JP2004241363A - 生成水処理システム及び生成水処理方法、並びに発電装置 - Google Patents
生成水処理システム及び生成水処理方法、並びに発電装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2004241363A JP2004241363A JP2003073414A JP2003073414A JP2004241363A JP 2004241363 A JP2004241363 A JP 2004241363A JP 2003073414 A JP2003073414 A JP 2003073414A JP 2003073414 A JP2003073414 A JP 2003073414A JP 2004241363 A JP2004241363 A JP 2004241363A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- generated water
- water
- generated
- absorbing member
- power generator
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
- H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
- H01M8/04119—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying
- H01M8/04156—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying with product water removal
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M2250/00—Fuel cells for particular applications; Specific features of fuel cell system
- H01M2250/30—Fuel cells in portable systems, e.g. mobile phone, laptop
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
- H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
- H01M8/04119—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying
- H01M8/04156—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying with product water removal
- H01M8/04171—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying with product water removal using adsorbents, wicks or hydrophilic material
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04291—Arrangements for managing water in solid electrolyte fuel cell systems
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
- Y02B90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02B90/10—Applications of fuel cells in buildings
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
【課題】発電体による発電の際に生成される生成水を、簡易な構成のもとに、効率よく且つ確実に処理する。
【解決手段】燃料電池におけるセパレータ１１０には、カソード電極に対して酸化剤ガスとしての空気を供給する空気供給溝１１６が形成される。そして、セパレータ１１０には、少なくとも空気供給溝１１６の途中領域に生成水を処理する吸水布１２０，１２１が設けられる。具体的には、セパレータ１１０には、空気供給溝１１６が形成された面の少なくとも一部を覆うように、生成水を吸水する吸水部材としての吸水布１２０が設けられるとともに、空気供給溝１１６の側壁に沿って吸水布１２１が設けられる。
【選択図】 図８
【解決手段】燃料電池におけるセパレータ１１０には、カソード電極に対して酸化剤ガスとしての空気を供給する空気供給溝１１６が形成される。そして、セパレータ１１０には、少なくとも空気供給溝１１６の途中領域に生成水を処理する吸水布１２０，１２１が設けられる。具体的には、セパレータ１１０には、空気供給溝１１６が形成された面の少なくとも一部を覆うように、生成水を吸水する吸水部材としての吸水布１２０が設けられるとともに、空気供給溝１１６の側壁に沿って吸水布１２１が設けられる。
【選択図】 図８
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発電体による発電の際に生成される生成水を処理する生成水処理システム及び生成水処理方法、並びにこれら生成水処理システム及び生成水処理方法を適用して発電の際に生成される生成水を処理する発電装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
燃料電池は、水素等の燃料ガスを供給するとともに、酸素（空気）を供給し、これら燃料ガスと酸素とを電気化学的に反応させて発電体に電力を発生させる装置である。このような燃料電池は、自動車等の車両に動力源として搭載することによって電気自動車やハイブリット式車両としての応用が大きく期待されている他、その軽量化や小型化が容易となる構造に起因して、現状の乾電池や充電式電池の如き用途に限らず、例えば携帯可能な機器といった電気通信分野、電動工具分野、一般家庭電気製品分野、照明分野、非常用無停電電源分野、及び軍需分野等への応用が試みられている。
【０００３】
燃料電池としては、水素側電極であるアノード電極と酸素側電極であるカソード電極との間に、例えばプロトン伝導体膜といった所定の電解質膜が設けられ、各電極が、それぞれに対する供給原料が反応するように添加された触媒を含む触媒層と、反応原料が触媒まで到達するための拡散層部とから構成されたセル構造体が複数積層されて構成されたものがある。このような燃料電池においては、アノード電極にて水素ガス（Ｈ２）がプロトン（Ｈ＋）と電子（ｅ−）とに分離する反応が生じる。そして、燃料電池においては、プロトン（Ｈ＋）がアノード電極側からカソード電極側に向かってプロトン伝導体膜中を移動するとともに、電子（ｅ−）が所定の外部回路を通過してカソード電極に移動し、カソード電極にて酸素（空気）とプロトン（Ｈ＋）と電子（ｅ−）とから水を生成する反応が行われることにより、所定の起電力が発生する。
【０００４】
このような燃料電池においては、反応が行われるために供給原料が触媒層に円滑に送られる必要があるが、カソード電極にて発生した水分やプロトン伝導体膜をアノード側に逆拡散してきた水分が、水素ガス等の供給原料の流れを阻害したり、これら水分が酸素（空気）を供給する空気供給溝に滞留して酸素（空気）の流れを阻害したりすることにより、発電効率を低下させる要因となることが知られている。
【０００５】
そこで、燃料電池においては、このような水分を除去するために、通常は、ガスの流速を利用して水分を液体のまま吹き飛ばす手法や、重力を利用して水分を液体のまま排出する手法といったことが行われている。
【０００６】
しかしながら、燃料電池においては、重力を利用して水分を液体のまま排出する手法は、携帯型の電子機器といった小型の機器に適用した場合には、デバイスを置く方向が限定されてしまうことから用いることができない。また、ガスの流速を利用して水分を液体のまま吹き飛ばす手法は、実現するために大型ポンプを用いる必要があることから現実的ではない。そのため、燃料電池においては、小型の機器に適用する場合には、小型のポンプ・ファンを用いて水分を液体のまま排出するか、または、空気で水分を蒸発させることになる。
【０００７】
なお、具体的には、触媒層や拡散層から水分を排出する技術として、特許文献１に記載された技術が提案されている。
【０００８】
【特許文献１】
特開平１０−２８９７２３号公報
【０００９】
この特許文献１には、カソード側集電体が、カーボン繊維を骨格とした基体の孔内に撥水性の第２充填材と当該第２充填材よりも撥水性の小さい第１充填材との混合ペーストが焼成された多孔性混合物層が形成された合成体であり、このカソード側集電体と、アノード側集電体の少なくとも一方が、接触する電極との界面から当該集電体の背面側に向けて水を移動する水移動手段を有する燃料電池が開示されている。この燃料電池においては、カソードでの反応生成水が、集電体の厚み方向に連続的に配された第１充填材粒子の形成する通路を通って移動することから、カソードガス供給が阻害されないという効果を奏する旨が記述されている。
【００１０】
また、空気供給溝から水分を排出してガスの流れを確保する技術として、特許文献２又は特許文献３に記載された技術が提案されている。
【００１１】
【特許文献２】
特開平１１−９７０４１号公報
【特許文献３】
特開２００１−１１０３２号公報
【００１２】
特許文献２には、少なくともアノード電極側の供給溝の壁面の一部に撥水処理及び親水処理を施した撥水性領域及び親水性領域を形成した固体高分子型燃料電池が開示されている。この固体高分子型燃料電池においては、撥水性領域及び親水性領域を形成することにより、ガスの通路を確保することができる旨が記述されている。
【００１３】
また、特許文献３には、アノード電極と、カソード電極と、これらアノード電極及びカソード電極にガスを供給する供給溝を形成した一対のセパレータとのうち、少なくとも１カ所に、水分除去用の流路を配置した高分子電解質型燃料電池が開示されている。この高分子電解質型燃料電池においては、カソード電極側にて生成した水分を除去するための流路を設けることにより、水分の排出とガスの流れとを分離することができ、ガス流路の閉塞を回避することができる旨が記述されている。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した特許文献１に記載された技術においては、水分を確実に拡散層から外部へと排出することができず、内部に滞留した水分が水滴となって触媒層へのガスの供給を阻害するという問題があった。また、この技術においては、カソード側にて生成した水分が外部に排出されなければプロトン伝導体膜をアノード側に逆拡散する水分が増加することから、アノード側においても水分が供給原料の流れを阻害するという問題があった。
【００１５】
このような水分は、カソード電極の酸素或いは空気を圧力や流量を管理してガスの流れに乗せて排出することもできるが、カソード電極を大気開放型にする場合が多い平面型や小型の発電セルにおいては、ガスの圧力や流量を管理してガスの流れに乗せて排出することが困難である。特に、このような発電セルを携帯型の電子機器に搭載する場合には、生成水を処理するためにガスの圧力や流量を管理する装置を新たに追加することが困難であり、生成された水分が水滴となって拡散すると、機器周囲への水分散乱による動作不良の原因となる。
【００１６】
また、上述したように、外部装置或いは自然によって発生した風の流れを用いて水分を吹き飛ばしたり、水滴の自重によって水分を外部に排出したりする方法もあるが、これらの方法においては、風の流れや重力に対するデバイスの向きが所定の範囲内でなければ、離脱した水滴が意図しない場所に散乱する等の事態を生じることが想定され、発電セルを所定の機器に内蔵する場合には、燃料電池の性能低下だけでなく、機器内への水分の放出そのものが問題となる。
【００１７】
さらに、生成された水滴をパイプや溝等に沿って流すことにより、一定場所に水滴を回収することもできるが、回収するためのエネルギを供給する新たな機能を設けることになり、装置の小型化と効率化が望めない。例えば、特許文献４に記載された技術においては、カソード電極にて生成する水分を回収してアノード電極の加湿に利用するのであるが、発電時間の増加にともなって水分の生成が増加し、最終的には水分を処理する必要がある。
【００１８】
【特許文献４】
特開平９−２１３３５９号公報
【００１９】
また、上述した特許文献２に記載された技術においては、重力によらずに、空気を供給する長い空気供給溝から水滴を排出する必要があることから、大型のポンプが必要となるという問題があった。
【００２０】
さらに、上述した特許文献３に記載された技術においては、水分を除去するための流路に入った水分は排出することができるものの、空気供給溝に入ってしまった水分については全く排出することができないという問題があった。
【００２１】
本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、発電体による発電の際に生成される生成水を、簡易な構成のもとに、効率よく且つ確実に処理することができる生成水処理システム及び生成水処理方法、並びにこれら生成水処理システム及び生成水処理方法を適用した発電装置を提供することを目的とする。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
上述した目的を達成する本発明にかかる生成水処理システムは、発電体による発電の際に生成される生成水を処理する生成水処理システムであって、発電体に配設されるとともに延在して設けられ、生成水を毛細管現象を利用して回収して移動させる生成水吸収部材と、生成水を一時的に蓄積する生成水保水部材とを備えることを特徴としている。
【００２３】
このような本発明にかかる生成水処理システムは、発電体の発電によって生成する生成水を生成水吸収部材によって回収し、生成水を発電体の内部に滞留させることなく処理することができる。
【００２４】
ここで、発電体は、水素を主体とする物質を活性物質として供給されるアノード電極と、大気開放されることによって酸素を活性物質として供給されるカソード電極と、これらアノード電極とカソード電極とに挟持される電解質膜とを有する燃料電池である。そして、本発明にかかる生成水処理システムにおいては、カソード電極に集電体が形成され、この集電体にカソード電極に酸素を供給するための開口部が形成され、この開口部の周辺部に生成水吸収部材が形成される。より具体的には、生成水吸収部材は、開口部の周囲を囲んで開口部の断面を覆い、カソード電極に至るように形成される。
【００２５】
したがって、本発明にかかる生成水処理システムは、発電体が大気開放型の燃料電池である場合には、大気開放することによって酸素を供給するために設けられる集電体の開口部の周辺部に生成水吸収部材を形成し、生成水を生成水吸収部材によって回収する。このように、本発明にかかる生成水処理システムは、生成水が特に生じやすい集電体の開口部を囲んで生成水吸収部材を形成することにより、生成水を効率よく吸収することができ、生成水を発電体の内部に滞留させることなく処理することができる。また、本発明にかかる生成水処理システムは、生成水吸収部材が発電体から生成水を吸収して大気に蒸発させることから、ガスの圧力や流量を管理する装置を新たに追加することなく、生成水を処理することができる。
【００２６】
このように、本発明にかかる生成水処理システムは、生成水吸収部材によって生成水を効率よく吸収して移動させて処理することができることから、生成水が電解質膜を通過してアノード電極に逆拡散し、水素ガスの触媒部への供給が阻害されるのも回避することができ、生成水が開口部を閉塞して空気の触媒層への供給が阻害されるのを回避することができる。また、本発明にかかる生成水処理システムは、水分がカソード側から排出されることから、燃料電池の出力低下を防止することができる。
【００２７】
また、本発明にかかる生成水処理システムにおいて、生成水吸収部材は、長手方向に対して空隙領域が形成された糸状の材料又は表面に凹部を有する多孔質の材料から構成される。
【００２８】
したがって、本発明にかかる生成水処理システムは、生成水吸収部材で毛細管現象が生じ、この毛細管現象を利用して生成水を容易に回収することができ、さらには、毛細管現象を利用して生成水を移動させることができる。また、生成水吸収部材は、毛細管現象を利用して生成水を移動させることができることから、風の流れに対する生成水吸収部材の向きや重力に対する生成水吸収部材の向きに関係なく、生成水を吸収して移動させることができる。
【００２９】
生成水吸収部材は、発電体の表面から回収した生成水を大気に蒸発させて処理することから、生成水を処理するための新たな機能やエネルギを供給する装置を設けることなく、発電時間の増加にともなって増加する生成水を簡便且つ効率よく処理することができる。特に、小型化された発電装置の場合には、生成水を簡便に処理し続けることができる。
【００３０】
さらに、本発明にかかる生成水処理システムにおいて、生成水吸収部材は、発電体が装着される電子機器の表面に延在して設けられる。そのため、生成水吸収部材は、回収した生成水を電子機器の表面に移動して発電体の表面に比べて面積が大きい電子機器の表面で確実に大気に蒸発させることができる。また、本発明にかかる生成水処理システムは、生成水を確実に処理することができるため、電子機器に内蔵される発電体の生成水による性能低下を防ぐことができ、さらには、生成水が機器周囲に散乱するのを防ぐことができることから、生成水の散乱による機器の動作不良を回避することができる。
【００３１】
さらにまた、本発明にかかる生成水処理システムにおいて、生成水吸収部材は、凹凸部又は突設部を有する。そのため、本発明にかかる生成水処理システムは、生成水吸収部材が大気に接触する面積を増加させることができ、大気に接触する面積の増加にともなって生成水の蒸発量を増加させることができる。また、本発明にかかる生成水処理システムは、凹凸部や突設部を設けるといったように、生成水吸収部材の構造を変化させることにより、蒸発する生成水の蒸発量を容易に調節することができ、生成水吸収部材が回収する生成水の回収量を調節して発電体の内部の水分量を調節することができる。
【００３２】
また、本発明にかかる生成水処理システムは、発電体が生成する生成水を一時的に蓄積する生成水保水部材を備えることを特徴としている。
【００３３】
そのため、本発明にかかる生成水処理システムは、生成水吸収部材が生成水を回収した後、生成水保水部材に生成水を蓄積することにより、生成水吸収部材から蒸発する生成水の蒸発量を調節することができる。さらに、本発明にかかる生成水処理システムは、生成水保水部材の容量等を変化させることにより、一時的に蓄積する生成水の蓄積量を調節することができ、生成水吸収部材から蒸発する生成水の蒸発量を調節して生成水吸収部材が回収する生成水の回収量を調節することができ、発電体の内部の水分量を調節することができる。
【００３４】
ここで、生成水保水部材は、生成水吸収部材と電子機器との間に設けられる。そのため、本発明にかかる生成水処理システムは、生成水が電子機器の周囲に散乱した場合であっても、電子機器の表面に設けられる生成水保水部材によって回収することができ、生成水の散乱による機器の動作不良を回避することができる。
【００３５】
さらに、本発明にかかる生成水処理システムは、拡散層と集電体との間に、少なくとも、吸水性、通気性、及び導電性を有する吸水層を備えることを特徴としている。
【００３６】
これにより、本発明にかかる生成水処理システムは、吸水層によって拡散層に存在する生成水を吸水し、吸水層によって吸水された生成水を、当該吸水層の一部に接触する生成水吸収部材によってさらに吸水することから、吸水のさらなる効率化を図ることができるとともに、発生した電気の集電を効率よく行うことができる。
【００３７】
また、上述した目的を達成する本発明にかかる生成水処理方法は、発電体による発電の際に生成される生成水を処理する生成水処理方法であって、生成水を毛細管現象を利用して回収して移動させ、発電体の外部へと処理する、若しくは一時的に蓄積した後に発電体の外部へと処理することを特徴としている。
【００３８】
このような本発明にかかる生成水処理方法は、発電体の発電によって生成する生成水を生成水吸収部材によって回収することにより、生成水を発電体の内部に滞留させることなく処理することができる。
【００３９】
さらに、上述した目的を達成する本発明にかかる発電装置は、燃料ガスと酸化剤ガスとを供給し、燃料ガスと酸化剤ガスとを電気化学的に反応させて電力を発生させる発電装置であって、発電体に延在して設けられ、発電体で生成される生成水を毛細管現象を利用して回収して移動させる生成水吸収部材を備えることを特徴としている。
【００４０】
このような本発明にかかる発電装置は、発電体の発電によって生成する生成水を生成水吸収部材によって回収することにより、生成水が発電体の内部に滞留することなく処理されることから、発電効率の安定化を図ることができる。
【００４１】
さらにまた、上述した目的を達成する本発明にかかる生成水処理システムは、発電体による発電の際に生成される生成水を処理する生成水処理システムであって、第１の電極に対して燃料ガスを供給する燃料供給溝と第２の電極に対して酸化剤ガスを供給する酸化剤供給溝とが形成され、発電体を挟持するセパレータと、少なくとも酸化剤供給溝の途中領域に設けられ、生成水を処理する生成水処理手段とを備えることを特徴としている。
【００４２】
このような本発明にかかる生成水処理システムは、生成水を、少なくとも酸化剤供給溝の途中領域に設けられた生成水処理手段によって処理することにより、酸化剤供給溝に生成水が滞留することによって閉塞することがなくなる。したがって、本発明にかかる生成水処理システムは、酸化剤供給溝を通過する酸化剤ガスの流れが阻害されることを回避することができる。
【００４３】
ここで、生成水処理手段としては、生成水を吸水する吸水部材を用いることができる。特に、この吸水部材は、少なくとも酸化剤供給溝の側壁の一部領域に沿って設けられるのが望ましい。
【００４４】
これにより、本発明にかかる生成水処理システムは、酸化剤供給溝に生成した生成水を直接的に吸水することができる。
【００４５】
また、本発明にかかる生成水処理システムにおいて、吸水部材を、さらに、酸化剤供給溝が形成された面の少なくとも一部を覆うように設けるようにしてもよい。
【００４６】
これにより、本発明にかかる生成水処理システムは、少なくとも酸化剤供給溝の側壁の一部領域に沿って設けられた吸水部材によって吸水された生成水を、さらに、酸化剤供給溝が形成された面の少なくとも一部を覆うように設けられた吸水部材によって外部手段を何ら用いることなく発電体とは離隔された場所にまで拡散させることができる。
【００４７】
さらに、本発明にかかる生成水処理システムにおいて、セパレータには、発電体の放熱を行うための放熱部が形成されており、酸化剤供給溝が形成された面の少なくとも一部を覆うように設けられた吸水部材は、放熱部が形成された面上から延在した所定の形状を呈するように形成され、所定の形状の領域が酸化剤供給溝の少なくとも一部を覆うように配置される。
【００４８】
これにより、本発明にかかる生成水処理システムは、発電体とは離隔された放熱部にまで生成水を拡散させ、この放熱部にて生成水を効率よく且つ確実に蒸発させることができる。
【００４９】
さらに、吸水部材は、毛細管現象を利用して生成水を吸水するものであることが望ましい。
【００５０】
これにより、本発明にかかる生成水処理システムは、生成水を吸水部材の全域に拡散させることができることから、水処理速度を向上させ、極めて効率よく且つ確実に生成水を吸水することが可能となる。また、本発明にかかる生成水処理システムは、吸水部材が生成水を一時的に保持するバッファの役割を果たすことができ、環境湿度による生成水の蒸発速度の変化にも対応することができる。
【００５１】
なお、このような毛細管現象を利用して生成水を吸水する吸水部材としては、長手方向に対して空隙領域が形成された糸状の繊維の集合体として構成されるものがある。
【００５２】
さらにまた、吸水部材は、吸放湿性を有する第１の素材と、吸水性を有する第２の素材とを貼り合わせた２層構造からなる素材に対して、所定のテープ材を第２の素材の下層に貼り合わせた３層構造からなるものであることが望ましい。また、第２の素材は、毛細管現象を利用して生成水を吸水するものであることが望ましい。
【００５３】
このように、本発明にかかる生成水処理システムは、所定のテープ材を最下層に設けた吸水部材を用いることにより、酸化剤供給溝を覆う部分が弛むのを回避することができ、形状を安定させることができるとともに、吸水部材に対する切断をともなう加工形成を容易に実現することが可能となる。
【００５４】
なお、この３層構造からなる吸水部材のうち、第２の素材は、毛細管現象を利用して生成水を吸水するものであることが望ましい。
【００５５】
また、本発明にかかる生成水処理システムは、生成水処理手段として、表面を粗面化した酸化剤供給溝を用いることもでき、さらには、撥水性や親水性の高い領域を形成した酸化剤供給溝を用いることもできる。
【００５６】
本発明にかかる生成水処理システムは、このような生成水処理手段を用いることによっても、酸化剤供給溝に生成水が滞留することによって閉塞することがなくなり、酸化剤供給溝を通過する酸化剤ガスの流れが阻害されることを回避することができる。
【００５７】
さらに、本発明にかかる生成水処理システムは、拡散層とセパレータとの間に、少なくとも、吸水性、通気性、及び導電性を有する吸水層を備えることを特徴としている。
【００５８】
これにより、本発明にかかる生成水処理システムは、吸水層によって拡散層に存在する生成水を吸水し、吸水層によって吸水された生成水を、当該吸水層の一部に接触する生成水処理手段によってさらに処理することから、生成水処理をさらに効率よく行うことができるとともに、発生した電気の集電を効率よく行うことができる。
【００５９】
また、上述した目的を達成する本発明にかかる生成水処理方法は、発電体による発電の際に生成される生成水を処理する生成水処理方法であって、発電体を挟持するセパレータに形成された燃料供給溝を介して第１の電極に対して燃料ガスを供給するとともに、セパレータに形成された酸化剤供給溝を介して第２の電極に対して酸化剤ガスを供給し、発電体による発電を行う発電工程と、少なくとも酸化剤供給溝の途中領域に設けられた生成水処理手段を用いて生成水を処理する生成水処理工程とを備えることを特徴としている。
【００６０】
このような本発明にかかる生成水処理方法は、生成水を、少なくとも酸化剤供給溝の途中領域に設けられた生成水処理手段によって処理することにより、酸化剤供給溝に生成水が滞留することによって閉塞することがなくなり、酸化剤供給溝を通過する酸化剤ガスの流れが阻害されることを回避することができる。
【００６１】
さらに、上述した目的を達成する本発明にかかる発電装置は、燃料ガスと酸化剤ガスとを供給し、これら燃料ガスと酸化剤ガスとを電気化学的に反応させて電力を発生させる発電装置であって、第１の電極と第２の電極との間に所定の電解質膜が設けられた発電体と、第１の電極に対して燃料ガスを供給する燃料供給溝と第２の電極に対して酸化剤ガスを供給する酸化剤供給溝とが形成され、発電体を挟持するセパレータと、少なくとも酸化剤供給溝の途中領域に設けられ、発電体による発電の際に生成される生成水を処理する生成水処理手段とを備えることを特徴としている。
【００６２】
このような本発明にかかる発電装置は、生成水を、少なくとも酸化剤供給溝の途中領域に設けられた生成水処理手段によって処理することにより、酸化剤供給溝に生成水が滞留することによって閉塞することがなくなる。したがって、本発明にかかる発電装置は、酸化剤供給溝を通過する酸化剤ガスの流れが阻害されることを回避することができ、発電効率の安定化を図ることができる。
【００６３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００６４】
この実施の形態は、燃料ガスとしての水素と酸化剤ガスとしての空気とを供給し、これら水素と空気とを電気化学的に反応させて発電体に電力を発生させる発電装置としての燃料電池、及びこの燃料電池に適用される生成水処理システムである。
【００６５】
まず、第１の実施の形態として示す生成水処理システムについて説明する。
【００６６】
図１は、生成水処理システムを適用した発電装置の一例を示す断面図である。生成水処理システムは、発電体と、この発電体に配設されるとともに延在して設けられ当該発電体による発電の際に生成される生成水を毛細管現象を利用して回収して移動させる生成水吸収部材と、生成水を一時的に蓄積する生成水保水部材とを有する。
【００６７】
具体的には、同図に示すように、発電装置２０は、水素側電極であるアノード電極に配設される水素側集電体１１と、酸素側電極であるカソード電極に配設される酸素側集電体１７と、これら水素側集電体１１と酸素側集電体１７との間に挟持される発電体１０を主たる構成要素とされる。
【００６８】
この発電装置２０の酸素側集電体１７上には、カソード電極にて生成される生成水を移動させる生成水吸収部材１８が設けられる。この生成水吸収部材１８は、後述する酸素側集電体１７における開口部１７ａからカソード電極に対して酸素が供給されるように当該開口部１７ａの周辺部に形成されるとともに、また、当該開口部１７ａからカソード電極が大気に接触するのを阻害しないように形成される。
【００６９】
この発電装置２０のアノード電極には、燃料として水素（Ｈ２）やメタノール等の物質が、例えば水素吸蔵カートリッジ等から燃料として供給される。発電装置２０のカソード電極には、酸素（空気）が供給される。ここで、酸素側集電体１７には、上述したように、開口部１７ａが形成されており、この開口部１７ａを介して酸素側拡散層１６が大気開放されて大気に接触することにより、カソード電極に対して酸素が供給される。
【００７０】
なお、同図において概略的に示すように、発電装置２０上に形成される生成水吸収部材１８は、発電体１０による発電の際に生成される生成水を一時的に蓄積する生成水保水部材２２に連結している。この生成水保水部材２２は、後述するように、生成水吸収部材１８に当接するとともに電子機器の表面等に設けられる。
【００７１】
発電体１０は、酸素側集電体１７に当接する酸素側拡散層１６と、この酸素側拡散層１６からの酸素に対してアノード電極からの電子（ｅ−）とプロトン（Ｈ＋）とを反応させて水分を生じさせる酸素側触媒層１５と、プロトン（Ｈ＋）の移動を可能とする電解質膜１４と、カソード電極へと移動する電子（ｅ−）とプロトン（Ｈ＋）とを生じさせる水素側触媒層１３と、水素側集電体１１に当接する水素側拡散層１２とを積層した構造となる。
【００７２】
このような発電体１０においては、酸素側集電体１７における開口部１７ａから大気開放によって流入する酸素が酸素側拡散層１６で拡散され、拡散した酸素を用いて酸素側触媒層１５で１／２Ｏ２＋２Ｈ＋＋２ｅ−＝Ｈ２Ｏの如き反応が起こり、このときの発電によって水分が生成される。ここで、水素側触媒層１３、水素側拡散層１２、及び水素側集電体１１は、燃料電極を構成する。燃料として供給される水素は、水素側拡散層１２で拡散され、拡散した水素を用いて水素側触媒層１３でＨ２→２Ｈ＋＋２ｅ−の如き反応が起こり、電子（ｅ−）とプロトン（Ｈ＋）を発生させる。水素側触媒層１３で発生したプロトン（Ｈ＋）は、電解質膜１４に移動した後、酸素側触媒層１５へと到達して酸素と反応する。そして、電子（ｅ−）は、図示しない外部回路によって酸素側集電体１７を介して酸素側触媒層１５へと到達する。
【００７３】
また、発電装置２０の酸素側集電体１７には、上述したように、空気中の酸素を発電体１０の酸素側拡散層１６に対して供給するための気体流入口として開口部１７ａが複数形成される。生成水吸収部材１８は、開口部１７ａの断面を覆うように形成される。酸素は、この開口部１７ａを介して発電体１０の酸素側拡散層１６が大気開放されることによって取り込まれる。なお、開口部としては、例えば生成水吸収部材１８に形成してもよく、より具体的には、この生成水吸収部材１８に形成された開口部を開口部１７ａに重ねるようにして当該開口部１７ａの断面を覆うように形成してもよい。この場合、生成水吸収部材１８に形成される開口部の形状は、酸素側集電体１７における開口部１７ａの形状と同様に、円形、楕円形、ストライプ形状、又は多角形形状等の各種形状とすることができ、酸素側拡散層１６を大気に接触しやすいような形状とするのが望ましい。また、ここでは、生成水吸収部材１８が酸素側集電体１７と別個の構成部材となっているが、生成水吸収部材としては、例えばコーティング等を施すことによって酸素側集電体１７と一体化することもできる。
【００７４】
さらに、酸素側集電体１７上に設けられる生成水吸収部材１８は、酸素側集電体１７に当接して設けられるのであるが、発電体１０の酸素側拡散層１６に対して大気開放して酸素を供給するために設けられた開口部１７ａの周囲を囲むようにして当該開口部１７ａの周辺部に設けられ、具体的には、例えば開口部１７ａの断面を覆うように形成される。この場合、生成水吸収部材１８は、空気を供給する開口部１７ａを閉塞することがないため、空気の流れを阻害することがない。
【００７５】
このような生成水吸収部材１８は、水分を吸収する親水性を有する吸収材料からなり、例えば、橋架ポリアクリル酸塩系、イソブチレン／マイレン酸塩系、澱粉／ポリアクリル酸塩系、ＰＶＡ（Ｐｏｌｙ Ｖｉｎｙｌ Ａｌｃｏｈｏｌ）／ポリアクリル系、アクリル繊維の加水分解系、橋架ＰＶＡ系といった高分子材料を適用することができる。また、生成水吸収部材１８は、後述するように、生成水を離隔された所定の場所まで移動させて蒸発させるのが望ましく、水分を移動させる材料でもあることが望ましい。このような材料としては、例えば、表面に凹部を有する多孔質金属や多孔質鉱物、親水性カーボン、紙、パルプ、高分子材料、天然繊維、合成繊維等が挙げられる。また、このような材料としては、毛細管現象が生じる高吸水性を有する材料が知られており、例えば、長手方向に対する断面に微細な空隙領域が形成された糸状の材料を縦横に織り込んだ合成繊維であるポリエステル／ナイロン複合材やポリエステル等がある。また、生成水吸収部材１８としては、長手方向に対する断面に微細な空隙領域が形成された糸状の材料を集合した合成繊維等でもよい。
【００７６】
例えば、長手方向に対する断面に微細な空隙領域が形成された糸状の材料としては、ポリエステル／ナイロン複合材等の複合材があるが、凸部を有する略星型形状の材料を中心として当該略星型形状の材料が有する各凸部の間に他の材料が形成される複合材がある。この複合材においては、略星型形状の材料と他の材料との間に微細な空隙領域が形成されており、微細な空隙領域に侵入する水分は、空隙領域の長手方向に対する断面での面積が小さいことから、水の表面張力によって圧力が高められて毛細管現象が生じる。また、微細な空隙領域は、略星型形状の材料と他の材料との間の隙間であってもよいし、長手方向に対して形成された微細な溝であってもよい。このように、長手方向に対する断面で微細な空隙領域が形成された糸状の材料を用いた場合には、微細な空隙領域により水の表面張力によって圧力が高められて毛細管現象が生じ、この毛細管現象を利用して水分を移動させることができ、高い吸水性を有する移動材料を構成できる。さらに、このような糸状の材料を用いた場合には、各糸状の材料同士の間で水の表面張力が生じ、水の表面張力によって水を吸収することができる吸水材料を構成できる。
【００７７】
ここで、従来例においては、カソード電極における酸素側触媒層にて生成される生成水は、酸素側拡散層に侵入する。さらに、酸素側拡散層に侵入した生成水は、酸素側集電体へと到達し、常温である大気に接触することによって水滴となり、酸素側集電体上に凝集する。このように、従来例においては、蒸気が水滴となって酸素側集電体上に生成する場合には、水の表面張力によって水滴が大きくなり、開口部１７ａに相当する開口部が水滴によって閉塞し、酸素側触媒層への酸素の供給が阻害され、発電体の出力が低下することになる。
【００７８】
これに対して、発電装置２０においては、酸素側集電体１７に当接して生成水吸収部材１８が形成され、この生成水吸収部材１８が酸素側集電体１７における開口部１７ａの周辺部に形成されることから、開口部１７ａで増加する生成水が生成水吸収部材１８に接触して吸収される。このとき、発電装置２０においては、生成水が生成水吸収部材１８に接触すると水の表面張力によって生成水吸収部材１８に吸い寄せられるのであるが、上述したように、生成水吸収部材１８が糸状の材料から構成される場合には、糸状の材料間で水の表面張力が作用して吸水性を呈することから、生成水が生成水吸収部材１８に吸収される。さらに、発電装置２０においては、上述したように、生成水吸収部材１８を形成する糸状の材料が長手方向に対する断面で微細な空隙領域が形成されることから、毛細管現象が生じる高吸水性を有する材料とされ、吸収した生成水を毛細管現象を利用して移動させることができる。また、発電装置２０においては、酸素側集電体１７に染み出る水分であっても、高吸収性を有する生成水吸収部材１８によって確実に吸収され、開口部１７ａが良好な状態のもとに発電体１０に酸素が供給されることになる。
【００７９】
また、後述するように、生成水吸収部材１８は、吸収した生成水を発電体１０の表面よりも大きい面積を有する電子機器等の表面に移動させて蒸発させる。このように、発電装置２０においては、生成水吸収部材１８を面積が大きい電子機器等の表面に設けることにより、効率よく蒸発させることができ、生成水吸収部材１８が生成水を吸収・移動させる度に生成水を常に蒸発させ続けることができる。
【００８０】
このように、発電装置２０においては、長手方向に対する断面に微細な空隙領域が形成された糸状の材料から構成される生成水吸収部材１８を用いることにより、生成水吸収部材１８で生じる毛細管現象を利用して生成水を高吸水性のもとに回収して移動させることができる。特に、発電体１０のような大気開放型燃料電池においては、酸素側集電体１７に凝集する生成水は開口部１７ａの周辺部に凝集しやすいが、開口部１７ａの周辺部に生成水吸収部材１８を設けることにより、生成水が生成される度に効率よく回収して移動させることができる。また、発電装置２０においては、生成水吸収部材１８が酸素側集電体１７上に設けられることから、発電によって酸素側集電体１７に生じる熱により、生成水吸収部材１８から生成水が蒸発するのを促進させることができ、発電時に生じる熱が生成水の蒸発に用いられることから、発電時の熱による発電体１０の温度上昇を効率よく回避することができる。なお、発電装置２０においては、生成水吸収部材１８を酸素側集電体１７の開口部１７ａ周辺部の断面を覆うように設けるのではなく、開口部１７ａから離隔して、重力や風の流れによって酸素側集電体１７から離隔した生成水を吸収するように構成してもよい。
【００８１】
図２は、生成水吸収部材１８が設けられたノート型パーソナルコンピュータの一例の概略図である。上述したように、生成水吸収部材１８は、発電装置２０における開口部１７ａの周辺部分に設けられて発電時の生成水を回収した後、回収した生成水を発電体１０の表面から移動させて表面積が大きいノート型パーソナルコンピュータ２１の背面で蒸発させる。そのため、生成水吸収部材１８は、発電装置２０の酸素側集電体１７に配設されると同時に、生成水が蒸発しやすいような表面積が大きいノート型パーソナルコンピュータ２１の背面に延在して設けられる。例えば、同図に示すように、生成水吸収部材１８は、発電装置２０が収納されるノート型パーソナルコンピュータ２１のディスプレイ背面全体に設けられる。また、図示しないが、発電装置２０は、装置本体であるノート型パーソナルコンピュータ２１に装着されるのであるが、カード用のスロットから挿入したりしてもよく、ノート型パーソナルコンピュータ２１の底部に装着したりしてもよい。なお、ここでは、携帯型の電子機器としてノート型パーソナルコンピュータを用いて説明するが、携帯型の電子機器としては、燃料電池カードから電力が供給される携帯電話等であってもよい。
【００８２】
生成水吸収部材１８として長手方向に対する断面に微細な空隙領域が形成された糸状の材料からなる移動材料を用いる場合には、発電装置２０のカソード電極で生成される生成水は、生成水吸収部材１８により、毛細管現象を利用して回収され、当該生成水吸収部材１８の全域に亘って移動される。特に、生成水吸収部材１８は、ノート型パーソナルコンピュータ２１のディスプレイの背面に設けられる場合には、当該ノート型パーソナルコンピュータ２１の使用時にディスプレイを開いた場合であっても、毛細管現象を利用して重力の方向とは逆方向に吸い上げて移動させることができる。このとき、毛細管現象を利用して水分を吸い上げる水通路の断面積が小さいほど吸い上げる力が大きくなることから、生成水吸収部材１８は、長手方向に対する断面に微細な空隙領域の断面積が小さいほど吸水性が高くなり、生成水を容易に吸い上げることができる。さらに、生成水吸収部材１８は、毛細管現象を利用して水分を吸い上げる水通路の断面積が小さいほど回収した生成水を容易に移動させることができ、当該生成水吸収部材１８の全域に生成水を移動しやすくなる。ノート型パーソナルコンピュータ２１においては、生成水吸収部材１８が生成水を全域に亘って移動させると、当該生成水吸収部材１８が大気に接触する表面部分で放湿材料である当該生成水吸収部材１８から生成水が蒸発される。このように、ノート型パーソナルコンピュータ２１においては、生成水吸収部材１８によって回収された生成水が、発電体１０の表面積に比べて大きいディスプレイ背面に形成される生成水吸収部材１８の表面全域から蒸発し続けることから、生成水を発電装置２０の外部へと排出する新たな装置を設けることなく、簡便に生成水を外部へと排出して処理することができる。
【００８３】
上述したように、発電体１０で生成された水分は、酸素側集電体１７に当接する生成水吸収部材１８によって吸収され、生成水吸収部材１８の全域へと移動される。このとき、ノート型パーソナルコンピュータ２１においては、生成水吸収部材１８によって生成水を吸収する際に、生成水吸収部材１８での毛細管現象を利用して重力の方向とは逆方向に水分を吸収する。そのため、ノート型パーソナルコンピュータ２１を開いて使用する発電時であっても、ノート型パーソナルコンピュータ２１の背面に形成された生成水吸収部材１８は、生成水を吸収して表面積が大きいノート型パーソナルコンピュータ２１のディスプレイ背面の全面から生成水を容易に蒸発させることができ、より効率よく生成水を処理することができる。また、ノート型パーソナルコンピュータ２１においては、生成水吸収部材１８から生成水を蒸発させることにより、生成水吸収部材１８が含む生成水の水分濃度が低下するため、発電体１０から生成水が生じやすい発電時であっても、生成水を処理することができ、発電体１０の発電性能を保持し続けることができる。また、発電装置２０を平面型で面積の大きな発電装置としてノート型パーソナルコンピュータ２１の底部に装着する場合には、発電体１０から生成水を回収する生成水吸収部材１８の表面積が大きくなることから、生成水吸収部材１８の表面から生成水が蒸発しやすくなり、より効率よく生成水を大気に蒸発させることができる。
【００８４】
このように、発電装置２０においては、酸素側集電体１７に生成水吸収部材１８を設け、発電によって生じる生成水を吸収・移動した後、この生成水を大気に蒸発させて処理する場合には、発電体１０で生じる水分を当該発電装置２０の内部で滞留させることなく、酸素側拡散層１６から排出することができる。そのため、発電装置２０においては、電解質膜１４を通過してアノード電極に水分が逆拡散することにより、水素ガスの水素側触媒層１３への供給が阻害されるのを回避することができる。また、発電装置２０においては、カソード電極にて生成された生成水についても、酸素側集電体１７における開口部１７ａを閉塞することがなく、空気の酸素側拡散層１６への供給が阻害されるのを回避することができ、発電体１０の発電性能を低下させることなく発電し続けることができる。さらに、発電装置２０においては、生成水吸収部材１８の容積や分量を容易に調整することができることから、生成水吸収部材１８の容積や分量を調節することにより、生成水吸収部材１８が吸収する生成水の水分量や生成水吸収部材１８で蒸発する生成水の蒸発量を容易に調節することができ、湿度、温度、空気の流れといった外部環境に影響されにくく、外部環境及び出力に応じた最適な発電を行うことができる。
【００８５】
なお、生成水吸水部材としては、以下のような形状とすることもできる。
【００８６】
図３には、ノート型パーソナルコンピュータ２１のディスプレイ背面に形成する生成水吸収部材について、他の形状を有する場合における一例を示している。同図における生成水吸収部材１８ａの形状は、鋸歯形状に凹凸部が形成されたものである。この生成水吸収部材１８ａにおいても、吸収した生成水を全域に移動した後に大気に蒸発させるのであるが、当該生成水吸収部材１８ａが大気に接触する表面積が大きいほど生成水は蒸発しやすいため、生成水吸収部材１８ａが大気に接触する表面積に比例して蒸発する生成水の量は増加する。そのため、同図に示す生成水吸収部材１８ａのように、鋸歯形状に凹凸部が形成された形状とした場合には、生成水吸収部材１８ａが大気に接触する表面積が増加し、生成水吸収部材１８ａの投影面積を増加させることなく、蒸発する生成水の量を増加させることができる。
【００８７】
また、図４には、ノート型パーソナルコンピュータ２１のディスプレイ背面に形成する生成水吸収部材について、さらに他の形状を有する場合における一例を示している。同図における生成水吸収部材１８ｂの形状は、その表面に断面がＴ字型を呈する突設部が形成されたものである。図３に示した生成水吸水部材１８ａと同様に、生成水吸収部材１８ｂが大気に接触する表面積が大きいほど生成水は蒸発しやすく、生成水が表面積に比例して蒸発する。そのため、同図に示す生成水吸収部材１８ｂのように、Ｔ字型の突設部が形成された形状とした場合には、生成水吸収部材１８ｂが大気に接触する表面積が増加し、生成水吸収部材１８ｂの投影面積を増加させることなく、蒸発する生成水の量を増加させることができる。
【００８８】
このように、生成水吸収部材１８としては、その形状を立体的な種々の形状とすることにより、大気に接触する面積を増加させることができ、大気に接触する面積の増加にともなって蒸発させて処理できる生成水の量を効率よく増加させることができる。また、発電装置２０におけるアノード電極には、水素を水素側拡散層１２へと侵入させるために適量の水分が必要であるが、生成水吸収部材１８の形状を変更して表面積を変更することにより、生成水吸収部材１８による生成水の吸収量を制御し、回収する生成水の回収量を制御することができる。
【００８９】
図５は、生成水吸収部材とともに生成水を一時的に蓄積する生成水保水部材が設けられたノート型パーソナルコンピュータの一例の概略図である。この場合、生成水保水部材２２は、ノート型パーソナルコンピュータ２１のディスプレイ背面と生成水吸収部材１８との間に設けられる。このとき、生成水保水部材２２は、ディスプレイの背面全体に設けるようにしてもよいし、ディスプレイ背面の外縁部付近等の一部に設けるようにしてもよい。ノート型パーソナルコンピュータ２１においては、生成水保水部材２２が生成水吸収材１８から生成水を吸収して蓄積した後、生成水吸収部材１８が生成水保水部材２２から蓄積された生成水を再度吸収し、この生成水を生成水吸収部材２２から大気に蒸発させる。このような生成水保水部材２２は、ノート型パーソナルコンピュータ２１及び生成水吸収部材１８から着脱できるように構成され、吸収した生成水がある一定の量を越えると交換したり、或いは生成水を絞ってから再利用したりすることもできる。例えば、生成水保水部材２２としては、ノート型パーソナルコンピュータ２１から発電装置２０を着脱する際に同時に着脱可能な構造とすることができ、発電装置２０に燃料を供給する水素吸蔵カートリッジを交換する際等に同時に着脱されるようにすることができる。
【００９０】
発電装置２０の発電体１０で生成される生成水は、生成水吸収部材１８で回収された後に生成水吸収部材１８の全域に亘って移動され、生成水保水部材２２に吸収されて当該生成水保水部材２２に一時的に蓄積される。生成水保水部材２２は、例えば生成水吸収部材１８と同様に生成水を吸収でき且つ保水できる材料から構成されるが、一例として、表面に凹部を有する多孔質金属や多孔質鉱物、親水性カーボン、高分子材料といった保水性を有する材料を用いることができる。また、生成水保水部材２２としては、生成水吸収部材１８と同様に、長手方向に対する断面に微細な空隙領域が形成された糸状の材料が集合して構成される移動材料を用いる場合には、生成水吸収部材１８が移動した生成水が毛細管現象を利用して吸い上げられて当該生成水保水部材２２に吸収されて蓄積される。このとき、微細な空隙領域の断面積が小さいほど毛細管現象によって吸い上げる力が大きくなることから、生成水保水部材２２は、微細な空隙領域の水通路の断面積が小さいほど吸水性が高くなり、容易に吸水することが可能とされる。
【００９１】
このように、発電装置２０に生成水吸収部材１８を配設し、発電によって生じる生成水を回収・移動した後、生成水保水部材２２に生成水を一時的に蓄積する場合には、生成水保水部材２２は、生成水吸収部材１８に当接して設けられるのであるが、生成水吸収部材１８が発電体１０の発電によって生じる生成水を回収・移動した後に生成水を蒸発させる場合には、生成水吸収部材１８からの蒸発量が生成水吸収部材１８の回収する生成水量に比べて少ないときに、一時的に生成水を蓄積することができる。そのため、発電装置２０においては、生成水保水部材２２の容積や分量を調節することにより、生成水吸収部材１８が回収する生成水の水分量を調節することができ、湿度、温度、空気の流れといった外部環境に影響されにくく、外部環境及び出力に応じた最適な発電を行うことができる。
【００９２】
以上のような発電装置２０について、本件出願人は、以下のような実験を行った。
【００９３】
まず、発電体である燃料電池を以下のように製造した。すなわち、発電体における水素側触媒層及び酸素側触媒層を形成するために、田中金属株式会社製”白金担持カーボン（担持量４６．７ｗｔ％）”とデュポン株式会社製”固体高分子電解質溶液（Ｎａｆｉｏｎ（登録商標）溶液）”とを、いわゆるＮＰＡと水とを用いて混合し、分散性向上のため、金属球を添加したポリエチレン容器中で２時間攪拌した。さらに、これをポリテトラフルオロエチレンシートの上に白金担持密度が０．２２ｍｇ／ｃｍ２となるように塗布して乾燥させ、水素側触媒層及び酸素側触媒層を形成した。そして、水素側触媒層及び酸素側触媒層を形成した後、これらの触媒層を固体高分子膜からなる電解質膜（商品名 Ｎａｆｉｏｎ（登録商標） １１２）の両面に熱転写した。さらに、水素側拡散層及び酸素側拡散層をそれぞれ水素側触媒層及び酸素側触媒層上に形成するため、ジャパンゴアテックス株式会社製”カーボンクロスＣＡＲＢＥＬ（登録商標）”にて挟み込み、再度、熱プレスにて接合を行い、発電体となる膜−電極接合体を製作した。
【００９４】
そして、この膜−電極接合体である発電体を、表面に金メッキ処理を施した水素側集電体及び酸素側集電体である金属構造体で把持して燃料電池を製造し、この燃料電池を用いて電圧特性の確認を行った。実験は、気温が２２℃〜２３℃であり、相対湿度が３０％〜４０％である室内環境下で行った。また、燃料としてアノード側に水素ガスを供給するとともに、カソード側については酸素側拡散層と接する金属構造体の一部に空気取り入れ口として開口部を設け、この開口部を介して空気を供給した。さらに、生成水吸収部材としては、カネボウ合繊株式会社製の高吸水性且つ高放湿性を有する繊維である”ベリーマ（登録商標）Ｘ”からなる布地を用い、これを開口部の周辺部、特に近傍に配置した。さらにまた、比較例として、生成水吸収部材を配置する処理を行わない場合についても、同様の実験を行った。
【００９５】
このような発電体を用いた実験結果を図６に示す。同図には、発電体による発電電圧について、１．５Ａでの定電流特性を測定したときの時系列チャートを示しており、同図における縦軸は、ボルト（Ｖ）を単位とする発電体からの出力電圧を示し、横軸は、分を単位とする経過時間を示している。
【００９６】
同図に示すように、生成水吸収部材を配置しない比較例においては、時間の経過にともない出力が徐々に低下していくのに対して、生成水吸収部材を配置した実施例においては、時間の経過にかかわらず出力が安定していることがわかる。また、目視観察についても、比較例においては、発電体の発電によって生成水が空気取り入れ口である開口部に水滴として蓄積したのが観察されたのに対して、生成水吸収部材を配置した場合には、水滴の蓄積は観察されなかった。これは、カソード側の金属構造体の一部に設けられる開口部の近傍に生成水吸収部材を配置したためであり、生成水吸収部材が生成水を回収して移動させたために、開口部から安定した空気の取り入れを行うことができるからに他ならない。このように、生成水吸収部材によって回収された生成水は、生成水吸収部材から大気に蒸発され、長時間に亘って安定した生成水の回収を行うことができ、さらには、燃料電池に対して安定した空気の取り入れを行うことができることがわかった。
【００９７】
以上のように、発電装置２０においては、生成水吸収部材１８によって発電体１０で生じる生成水を吸収・移動した後、生成水吸収部材１８によって生成水を大気に蒸発させて処理する。そのため、発電装置２０においては、発電体１０で生じる生成水を当該発電装置２０の内部に滞留させることなく処理することができ、酸素側拡散層１６から排出することができる。さらに、発電装置２０においては、電解質膜１４を通過してアノード電極に水分が逆拡散することにより、水素ガス等の水素を主体とする物質の水素側触媒層１３への供給が阻害されるのを回避することができる。また、発電装置２０においては、カソード電極についても、生成された生成水が酸素側集電体１７の開口部１７ａを閉塞することがなく、空気の酸素側拡散層１６への供給が阻害されるのを回避することができ、発電体１０の発電性能を低下させることなく発電し続けることができる。
【００９８】
また、発電装置２０においては、生成水吸収部材１８が毛細管現象を利用して生成水を回収して移動させることから、吸収性を変えることなく、生成水吸収材１８の容積や分量を容易に調整することにより、生成水の水分量や蒸発する生成水の蒸発量を調節することができ、湿度、温度、空気の流れといった外部環境に影響されにくく、外部環境及び出力に応じた最適な発電を行うことができる。さらに、発電装置２０のアノード電極には、プロトンが電解質内を移動するために適量の水分が必要であるが、発電装置２０においては、生成水吸収部材１８の容積や分量を調節することにより、生成水の水分量や蒸発する生成水の蒸発量を調節することができ、生成水吸収部材１８の生成水の吸収量を制御して水素側拡散層１２を湿らせる水分量を制御することができる。
【００９９】
さらに、生成水吸収部材１８は、毛細管現象を利用した高吸収性を有する高放湿材料であることから、カソード電極を大気開放型にする場合が多い平面型や小型の発電装置であっても、ガスの圧力や流量を管理する装置を新たに追加することなく、確実に生成水を回収して大気に蒸発させて処理することができ、さらには、生成水吸収部材１８が生成水を回収することにより、機器周囲に散乱する可能性がある生成水を処理することができ、機器の動作不良を回避することができる。
【０１００】
さらにまた、生成水吸収部材１８は、外部装置や自然に発生した風の流れによって水滴を吹き飛ばしたり、水滴の自重によって水分を外部へと排出したりする方法とは異なり、毛細管現象を利用して生成水を吸い上げて大気に蒸発させることから、風の流れや重力に対する装置の向きとは関係なく生成水を回収して大気に蒸発させることができる。そのため、発電装置２０においては、生成水が意図しない場所や機器内に散乱することなく、電子機器に内蔵される燃料電池の性能低下を防ぐだけではなく、機器外へ容易且つ確実に生成水を大気に蒸発させることができる。
【０１０１】
また、発電装置２０のカソード電極で生成された生成水は、生成水吸収部材１８によって回収された後に、生成水吸収部材１８で蒸発するのであるが、生成水吸収部材１８が回収して移動させる度に、生成水吸収部材１８から大気に蒸発する。そのため、一定場所に生成水を回収して蓄積させることなく、また新たなエネルギを発電する機能を設けることなく、小型化された装置で発電時間の増加にともなって増加する水分を簡便且つ効率よく大気に蒸発させることができる。また、新たに水分を蓄積する部位を設けることが困難な平面型や小型の携帯型の発電装置であっても、生成水吸収部材１８で水分を回収する度に、生成水吸収部材１８から大気に蒸発させるため、蓄積した水分を定期的に処理する必要がなく、発電体１０で生成される水分を容易に常に処理し続けることができる。
【０１０２】
さらに、生成水吸収部材１８は、その形状を種々の形状とすることにより、大気に接触する面積を増加させることができ、それにともなって蒸発させて処理できる生成水の量を効率よく増加させることができる。
【０１０３】
さらにまた、発電装置２０においては、生成水吸収部材１８からの蒸発量が生成水吸収部材１８の吸収する生成水量に比べて少ないような場合には、生成水吸収部材１８上に当接して生成水保水部材２２を設けることにより、一時的に生成水を蓄積することができる。そのため、発電装置２０においては、生成水保水部材２２を設けることにより、生成水吸収部材１８から蒸発する生成水の蒸発量を制御することができ、当該発電装置２０の内部の水分量を容易に制御することができ、湿度、温度、空気の流れといった外部環境に影響されにくく、外部環境及び出力に応じた最適な発電を行うことができる。
【０１０４】
なお、生成水吸収部材を適用した電子機器としては、ノート型パーソナルコンピュータに限られるものではない。すなわち、生成水吸収部材を適用した燃料電池や燃料電池カードを搭載する機器としては、ノート型パーソナルコンピュータの他、携帯型のプリンタやファクシミリ、パーソナルコンピュータ用周辺機器、電話機、テレビジョン受像機、通信機器、携帯端末機、カメラ、オーディオ機器、ビデオ機器、扇風機、冷蔵庫、アイロン、ポット、掃除機、炊飯器、電磁調理器、照明器具、ゲーム機やラジコンカー等の玩具、電動工具、医療機器、測定機器、車両搭載用機器、事務機器、健康美容器具、電子制御型ロボット、衣類型電子機器等を挙げることができ、その他の用途にも使用することができる。特に、本発明は、携帯型で小型の電子機器に燃料電池を搭載する場合には、新たに生成水を処理する装置を追加することなく使用することができる。
【０１０５】
つぎに、第２の実施の形態として示す生成水処理システムについて説明する。
【０１０６】
この第２の実施の形態は、生成水処理システムを適用した発電装置たる燃料電池である。この燃料電池は、アノード電極とカソード電極との間に所定の電解質膜が設けられた発電体としてのいわゆるＭＥＡを複数積層して構成されたものであり、アノード電極に対して水素を供給する燃料供給溝としての水素供給溝とカソード電極に対して空気を供給する酸化剤供給溝としての空気供給溝とが表裏面に形成された薄板状のセパレータによってＭＥＡを挟持し、このセパレータを介して水素及び空気の供給を行うことにより、発電を行うものである。
【０１０７】
特に、この燃料電池は、少なくともセパレータに形成された空気供給溝の途中領域に、発電体による発電の際に生成された生成水を処理する手段を設けることにより、簡易な構成のもとに、生成水を効率よく且つ確実に処理することができるものである。
【０１０８】
まず、燃料電池におけるセパレータの構成について説明する。
【０１０９】
図７に燃料電池におけるセパレータ１１０を表面から見た平面図を示す。このセパレータ１１０には、図示しないアノード電極に対して水素を供給する水素供給溝１１１がその表面に形成される。
【０１１０】
この水素供給溝１１１は、セパレータ１１０の面内に水素を流入させるためのものであり、水素ガスを供給する図示しない水素供給部と接続する供給孔１１２と接続部１１３を介して一体に形成されるとともに、水素ガスを排出する排出孔１１４と接続部１１５を介して一体に形成される。また、水素供給溝１１１は、小型化を図りつつも発電効率を高めるために、供給孔１１２と接続する接続部１１３から排出孔１１４と接続する接続部１１５まで蛇行状に１本の溝として形成される。なお、供給孔１１２及び排出孔１１４は、後述する発電部としてスタック構造を形成した際に積層される各セパレータ１１０の間で接続され、水素ガスを各セパレータ１１０に供給する供給路を形成する。
【０１１１】
また、このセパレータ１１０には、図８に裏面から見た底面図を示すように、図示しないカソード電極に対して空気を供給する空気供給溝１１６が形成される。
【０１１２】
この空気供給溝１１６は、セパレータ１１０の面内に酸素を含む空気を流入させるためのものであり、同図縦方向で示すセパレータ１１０の短手方向における両側縁部に開口して延在するように形成される。セパレータ１１０には、この空気供給溝１１６が、同図横方向で示す長手方向に沿って複数形成される。なお、同図においては、１０本の空気供給溝１１６が設けられている様子を示している。また、空気供給溝１１６には、空気を供給する図示しない空気供給部に臨んで一方の側縁部に開口した供給口１１７を介して空気が供給されるとともに、この供給口１１７とは逆側の他方の側縁に開口した排出口１１８を介して空気が排出される。ここで、供給口１１７及び排出口１１８は、それぞれ、空気供給溝１１６の断面積よりも大きく形成されるとともに、同図縦方向で示す空気供給溝１１６の奥行き方向に沿ってテーパ状に断面が狭まる形状に形成される。これにより、セパレータ１１０においては、空気供給溝１１６への空気の取り込み及び空気供給溝１１６からの空気の排出の際における流路抵抗を低減することができ、空気の供給及び排出を円滑に行うことが可能となる。
【０１１３】
さらに、セパレータ１１０には、同図中斜線部に示すように、空気供給溝１１６が形成された面の少なくとも一部を覆うように、生成水を吸水する吸水部材としての吸水布１２０が設けられる。この吸水布１２０は、同図中右部に示す空気供給溝１１６が形成されていない所定の面積を有する放熱フィンが形成された面上から、複数の帯状領域が延在することによって短冊状の形状を呈するように形成され、短冊状の領域が空気供給溝１１６の少なくとも一部を覆うように配置される。また、セパレータ１１０には、図８中一点鎖線で示すＨＨ線の断面図を図９に示すように、空気供給溝１１６の側壁に沿って同図斜線部に示す吸水部材としての吸水布１２１が設けられる。
【０１１４】
これら吸水布１２０，１２１としては、吸水性を有するものであればいかなるものであっても適用することができる。
【０１１５】
具体的には、吸水布１２０，１２１としては、親水性を有する吸水材料を用いるのが望ましく、上述した生成水吸収部材１８と同様に、例えば、橋架ポリアクリル酸塩系、イソブチレン／マイレン酸塩系、澱粉／ポリアクリル酸塩系、ＰＶＡ／ポリアクリル系、アクリル繊維の加水分解系、橋架ＰＶＡ系といった高分子材料を適用することができる。また、吸水布１２０，１２１としては、吸水した生成水を離隔された所定の場所まで移動させて蒸発させるのが望ましく、水分を移動させる材料でもあることが望ましい。このような材料としても、上述したように、例えば、表面に凹部を有する多孔質金属や多孔質鉱物、親水性カーボン、紙、パルプ、高分子材料、天然繊維、合成繊維等が挙げられる。また、このような材料としては、毛細管現象を利用した高吸水性を有する材料が知られており、例えば、長手方向に対する断面に微細な空隙領域が形成された糸状の材料を縦横に織り込んだ合成繊維であるポリエステル／ナイロン複合材やポリエステル等がある。
【０１１６】
吸水布１２０，１２１としては、このような特性を実現する種々の材料を用いることができる。
【０１１７】
ここで、吸水布１２０，１２１に望まれるこれらの特性を踏まえ、吸水布１２０，１２１として、以下に示すものを提案する。
【０１１８】
吸水布としては、図１０に示すように、吸放湿性に優れた第１の素材１３１と、吸水性に優れた第２の素材１３２とを貼り合わせた２層構造からなる布材に対して、さらに、粘着テープ等のテープ材１３３を第２の素材１３２の下層に貼り合わせた３層構造からなる素材を提案する。
【０１１９】
第１の素材１３１は、吸放湿性に優れたものが用いられ、例えば、吸水ポリマーをナイロンで被覆した芯鞘複合構造によって吸放湿性の制御を可能としたユニチカファイバー株式会社製”ハイグラ（ＨＹＧＲＡ）（登録商標）”を適用することができる。このハイグラ（登録商標）は、衣服等に用いた場合には、衣服内及び外気における蒸気圧の差によって吸湿及び放湿を行うものである。このような第１の素材１３１は、３層構造からなる吸水布の最上層を形成し、第２の素材１３２によって吸水された生成水を吸湿し、外気へと放湿する。
【０１２０】
第２の素材１３２は、吸水性に優れたものが用いられ、例えば、上述した毛細管現象を利用して高吸水性を発揮するユニチカファイバー株式会社製”ルミエース（ＬＵＭＩＡＣＥ）（登録商標）”を適用することができる。このルミエース（登録商標）は、不定型断面を有する異なる繊度の繊維の集合体であり、各繊維が通常の丸断面よりも非常に多くの接触点を有するとともに、通常の丸断面糸では存在しない接触面を有するものである。そして、このルミエース（登録商標）は、これら接触点及び接触面の存在によって長手方向に対して形成される微細な空隙領域に侵入した水分の表面張力による圧力が高くなることにより、毛細管作用が働き、優れた吸水性を発揮するものである。このような第２の素材１３２は、３層構造からなる吸水布の中間層を形成し、テープ材１３３を介して吸水した生成水を第１の素材１３１へと放出する。
【０１２１】
なお、第１の素材１３１と第２の素材１３２とを貼り合わせた２層構造からなる布材としては、例えば、ユニチカファイバー株式会社製”ＨＹＧＲＡ−ＬＵ”のように市販されているものもあり、吸水布としては、このような材料を用いることもできる。
【０１２２】
テープ材１３３は、粘着性を有する樹脂系のものが用いられ、セパレータ１１０に対して吸水布を貼着するために設けられる。したがって、テープ材１３３は、水分によって接着力に影響を受けにくいものが望ましく、例えば、住友スリーエム株式会社製”ポリエステル基材両面テープ４４２ＪＳ”を適用することができる。このポリエステル基材両面テープ４４２ＪＳは、ポリエステル基材の両面に耐アルカリ性に優れたゴム系粘着材をコーティングしたいわゆる両面テープであり、種々の被着体に対して優れた初期接着力を示すとともに、剥離時には糊残りがしにくいものである。このようなテープ材１３３は、３層構造からなる吸水布の最下層を形成し、セパレータ１１０に貼着され、第２の素材１３２による吸水力によって吸水された生成水を第２の素材１３２へと通過させる。
【０１２３】
セパレータ１１０においては、毛細管現象を利用して高吸水性を有するこのような３層構造からなる素材を用いることにより、極めて効率よく且つ確実に生成水を吸水することが可能となる。
【０１２４】
また、セパレータ１１０においては、吸水布１２０，１２１として、このようなテープ材１３３を最下層に設けたものを用いることにより、空気供給溝１１６を不必要に閉塞するおそれを回避することができる。すなわち、吸水性を有する布材は、極めてしなやかであることから、テープ材１３３を設けずにそのまま吸水布１２０として用いた場合には、図１１にセパレータ１１０の断面の一部領域を示すように、空気供給溝１１６を覆う部分が弛み、形状を安定させることが困難となるおそれがある。これに対して、テープ材１３３は、可撓性はあっても形状が安定する程度の強固性を有するものであることから、吸水布１２０の形状を安定させることができ、弛みによって空気供給溝１１６を不必要に閉塞するおそれを回避することができる。
【０１２５】
さらに、セパレータ１１０においては、吸水布１２０，１２１として、上述したテープ材１３３を最下層に設けたものを用いることにより、吸水布１２０，１２１を任意に切断して形状を整える際の取り扱いが容易となる。すなわち、セパレータ１１０においては、吸水布１２０，１２１を、上述した短冊状の形状等に加工形成する場合には、市販されている布材等を切断することになるが、布材の端部はほつれやすく、任意の形状に切断しにくい。そこで、吸水布１２０，１２１においては、テープ材１３３を設けた３層構造を呈する素材とすることにより、切断をともなう加工形成を容易に実現することが可能となる。
【０１２６】
さて、このようなセパレータ１１０においては、吸水布１２０，１２１が空気供給溝１１６の途中領域に設けられることにより、発電体による発電の際に生成された生成水が吸水される。
【０１２７】
具体的には、セパレータ１１０においては、空気供給溝１１６の側壁に沿って設けられた吸水布１２１により、空気供給溝１１６に滞留する生成水が吸水される。セパレータ１１０においては、この吸水布１２１によって吸水された生成水が、空気供給溝１１６の少なくとも一部を覆うように設けられた吸水布１２０によってさらに吸水され、図８中右部に示した放熱フィンがある領域へと吸水布１２０を介して移動する。そして、セパレータ１１０においては、放熱フィンへと移動した生成水が当該放熱フィンにて熱や風等によって蒸発する。
【０１２８】
このように、セパレータ１１０においては、吸水布１２０，１２１が空気供給溝１１６の途中領域に設けられることにより、発電体による発電の際に生成された生成水が吸水されることから、空気供給溝１１６が生成水によって閉塞することがなく、空気供給溝１１６を通過する空気の流れが阻害されることを回避することができ、発電効率の安定化を図ることができる。
【０１２９】
実際に、このような吸水布１２０，１２１が設けられたセパレータ１１０による効果を検証するために、本件出願人は比較実験を行った。
【０１３０】
実験は、気温２５℃、相対湿度１００％という結露しやすい環境下で、ＭＥＡへの供給電流を、１５７ｍＡ／ｃｍ２とした定電流測定によるものであり、吸水布１２０，１２１の有無による比較を試みた。なお、実験に使用したＭＥＡは、いわゆるパーフルオロカーボンスルホン酸を伝導体として用いたものである。また、吸水布１２０，１２１としては、上述したユニチカファイバー株式会社製”ＨＹＧＲＡ−ＬＵ”と住友スリーエム株式会社製”ポリエステル基材両面テープ４４２ＪＳ”とを貼り合わせた３層構造からなる素材を用いた。なお、この素材については、ＪＩＳ（Ｊａｐａｎ Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｓｔａｎｄａｒｄ）にて規格化されている繊維製品の吸水性試験方法の１つであって、鉛直に吊した試験片の下端を水中に浸して一定時間放置後に上昇した水の高さで吸水速度を表す方法であるバイレック法を用いて、吸水性の確認試験を行っている。
【０１３１】
この実験の結果、図１２に示す結果が得られた。なお、同図における縦軸は、ボルト（Ｖ）を単位とする発電体からの出力電圧を示し、横軸は、分を単位とする経過時間を示している。
【０１３２】
同図から、吸水布１２０，１２１を設けない場合には、発電開始から２０分程度で空気供給溝１１６の窒息現象によって電圧低下を引き起こしているのに対して、吸水布１２０，１２１を設けた場合には、発電開始から１時間経過後においても、安定した出力が得られることが明らかである。
【０１３３】
このように、セパレータ１１０においては、吸水布１２０，１２１が空気供給溝１１６の途中領域に設けられることにより、ポンプや水分除去用に新たに形成した流路といった複雑な機構を何ら用いることなく簡易な構成のもとに、生成水を効率よく且つ確実に処理することができ、発電効率の安定化を図ることができる。
【０１３４】
また、セパレータ１１０においては、吸水布１２０，１２１によって捉えた生成水が当該吸水布１２０，１２１の全域に拡散することから、蒸発速度、すなわち、水処理速度を向上させることができる。
【０１３５】
さらに、一般に、外部環境の湿度が低い場合には、水は蒸発しやすいが、外部環境の湿度が高い場合には、蒸発しにくい。すなわち、水の蒸発速度は、環境湿度によって変化する。これに対して、セパレータ１１０においては、吸水布１２０，１２１が生成水を保持するバッファの役割も果たすことから、外部環境の湿度が高い場合には、一時的に生成水を保持しておくことができる。
【０１３６】
さらにまた、セパレータ１１０においては、吸水布１２０，１２１として、毛細管現象を利用して高吸水性を有するこのような３層構造からなる素材を用いることにより、吸水布１２０，１２１を長く形成しさえすれば、毛細管現象によって外部手段を何ら用いることなく生成水を発電体とは離隔された放熱フィンにまで拡散させることができ、放熱フィンにて熱や風等を用いて生成水を蒸発させることができる。したがって、セパレータ１１０においては、水処理速度を向上させることができ、特に、相対湿度が高いような日常環境下であっても、発電時の出力を安定させることができる。
【０１３７】
なお、セパレータ１１０においては、空気供給溝１１６の側壁に沿って吸水布１２１を設けることにより、空気の通路が狭くなり、これによって空気の流れに影響が出ることが懸念される。しかしながら、空気の流れを阻害する最大要因は、生成水の滞留による窒息であることから、実際には、空気供給溝１１６の側壁に沿って吸水布１２１を設けることによる弊害はなく、この事実は、本件出願人による実験によって検証済みである。
【０１３８】
さて、以下では、このようなセパレータ１１０が設けられた燃料電池の具体例について説明する。
【０１３９】
図１３に示すように、燃料電池１５０は、筐体１６０と、当該燃料電池１５０を動作させるのに必要な各種回路が形成された制御基板１７０と、セパレータ１１０を用いて構成される発電部１８０と、この発電部１８０を冷却するための冷却ファン１９１と、発電部１８０に対して空気を供給する上述した空気供給部に相当する２つの空気供給ファン１９２，１９３と、水素供給溝１１１に滞留した水を排出するための水素パージバルブ１９４と、水素ガスの圧力制御を行うレギュレータ１９５と、水素ガスを発電部１８０に供給するための手動バルブ１９６とを備える他、図示しないが、必要に応じて、外部から取りこまれる空気や当該燃料電池１５０の内部から排出される空気の温度・湿度・圧力等を検知するセンサや、発電部１８０自体の温度を検知するセンサ等を備える。
【０１４０】
また、この燃料電池１５０には、水素ガスを吸蔵させた水素吸蔵カートリッジ２００が取り付けられる。燃料電池１５０は、この水素吸蔵カートリッジ２００から供給される水素ガスを受け取り、発電を行う。すなわち、この水素吸蔵カートリッジ２００は、上述した水素ガスを供給する水素供給部に相当するものである。
【０１４１】
筐体１６０は、図１３及び図１４に示すように、略直方体状の外形を呈し、燃料電池１５０に搭載される各種部材を覆うように、内部が空洞とされるとともに、底面が開放されて構成される。また、筐体１６０は、その上面における一の側面側が、かかる一の側面に向かった傾斜面とされる。
【０１４２】
また、筐体１６０には、３つの排気口１６１，１６２，１６３と、２つの吸気口１６４，１６５とが形成される。
【０１４３】
排気口１６１，１６２，１６３は、図１４（ａ）に示すように、筐体１６０の一の側面において互いに隣接するように形成される。これら排気口１６１，１６２，１６３からは、それぞれ、発電部１８０を冷却するために燃料電池１５０の内部で流動された空気と発電部１８０による発電反応後の空気とが排出される。具体的には、排気口１６１は、筐体１６０の一の側面に略スリット状に開口した孔がかかる一の側面の上下方向に複数形成されるとともに、これらの孔の大きさがかかる一の側面の上下方向にいくにしたがって徐々に短くなるように形成される。この排気口１６１は、後述する放熱フィンを介して放熱するための空気が、燃料電池１５０から排出されるための空気の出口として設けられる。また、排気口１６２，１６３は、それぞれ、排気口１６１と同様に、筐体１６０の一の側面に略スリット状に開口した孔がかかる一の側面の上下方向に複数形成されるとともに、これらの孔の大きさがかかる一の側面の上下方向にいくにしたがって徐々に短くなるように形成される。これら排気口１６２，１６３は、それぞれ、発電部１８０による発電を行う際に、この発電部１８０に供給された空気が排出されるための出口として設けられる。
【０１４４】
また、吸気口１６４，１６５は、図１４（ｂ）に示すように、筐体１６０における排気口１６１，１６２，１６３が形成された一の側面と対面する他の側面において互いに隣接するように形成される。これら吸気口１６４，１６５からは、それぞれ、発電部１８０を冷却するための空気と発電部１８０による発電反応に供される酸素を含む空気とが、燃料電池１５０の内部に取り込まれる。具体的には、吸気口１６４は、筐体１６０の他の側面に略スリット状に開口した孔がかかる一の側面の上下方向に複数形成される。この吸気口１６４は、後述する放熱フィンを介して放熱するための空気が、燃料電池１５０に取り込まれるための空気の取り込み口として設けられる。また、吸気口１６５は、吸気口１６４と同様に、筐体１６０の他の側面に略スリット状に開口した孔がかかる一の側面の上下方向に複数形成される。この吸気口１６５は、発電部１８０による発電を行う際に、この発電部１８０に供給される空気が取り込まれるための取り込み口として設けられる。
【０１４５】
さらに、筐体１６０には、図１３、図１４（ｃ）及び図１４（ｄ）に示すように、一の端面に、燃料電池１５０と外部との間で各種信号を送受信するための配線を当該燃料電池１５０の内部に挿入するための接続孔１６６が形成されるとともに、他の端面に、所要の接続孔１６７が形成される。
【０１４６】
制御基板１７０には、燃料電池１５０を構成する各種部材を制御するための制御回路を含む各種回路が形成される。制御基板１７０は、発電部１８０の上側に設けられる。なお、この制御基板１７０に形成される制御回路の詳細については、特に図示しないが、例えば、冷却ファン１９１及び空気供給ファン１９２，１９３の駆動を制御する制御回路、水素パージバルブ１９４の開閉動作を制御する制御回路、発電部１８０から出力される電圧を昇圧するＤＣ／ＤＣ（Ｄｉｒｅｃｔ Ｃｕｒｒｅｎｔ ｔｏ Ｄｉｒｅｃｔ Ｃｕｒｒｅｎｔ）コンバータといった電圧変換回路、後述するセンサによって検知された温度や湿度等の各種環境条件を取得することによって各種部材の駆動に関する指示を与える制御回路等が実装される。なお、ここでは、この制御基板１７０が、燃料電池１５０の内部に設けられるものとして説明するが、この制御基板１７０は、燃料電池１５０の外部に設けてもよく、例えば、燃料電池１５０から駆動用の電力が提供される各種電子機器が備えるようにしてもよい。
【０１４７】
発電部１８０は、図１３及び図１５に示すように、略直方体状の外形を呈し、冷却ファン１９１及び空気供給ファン１９２，１９３に臨む側面１８６に対向する側面の一部が上下方向に沿って矩形状に切り欠かれた形状とされる。
【０１４８】
具体的には、発電部１８０は、図１５に示すように、例えば９枚のセパレータ１１０の間にそれぞれ発電体としての接合体１８１が挟み込まれて構成され、これにより、発電を行う単位素子が８個直列に接続されたスタック構造を有する。
【０１４９】
図１６に示すように、単位素子ＵＮは、上述した２つのセパレータ１１０と、これら２つのセパレータ１１０の間に挟持される接合体１８１とから構成される。なお、同図においては、直列に接続される２つの単位素子ＵＮを示している。
【０１５０】
セパレータ１１０には、水素供給溝１１１及び空気供給溝１１６が形成された面外に放熱フィン１８２が突設される。セパレータ１１０においては、後述するように、冷却ファン１９１の作用により、この放熱フィン１８２を介して放熱が行われる。また、セパレータ１１０には、裏面側に複数の空気供給溝１１６が設けられる。セパレータ１１０においては、後述するように、空気供給ファン１９２，１９３の作用によってこの空気供給溝１１６に空気が供給されることにより、発電部１８０の内部における空気の流動が実現される。
【０１５１】
接合体１８１は、吸湿した際にイオン伝導性を有する固体高分子電解質膜１８３と、この固体高分子電解質膜１８３を両面から挟み込む電極１８４とによって形成される。固体高分子電解質膜１８３としては、例えばスルホン酸系の固体高分子電解質膜を用いることができる。また、電極１８４としては、発電反応を促進するための触媒が担持された電極を用いることができる。
【０１５２】
また、接合体１８１の周縁付近には、発電部１８０としてスタック構造を形成した際に、セパレータ１１０と接合体１８１との間を封止する封止部材１８５が配置される。この封止部材１８５は、セパレータ１１０の周縁部と接合体１８１の周縁部とを十分に絶縁することができる材質から構成される。また、封止部材１８５としては、発電部１８０の放熱性を高めるために高い熱伝導性を有する材質を用いてもよく、例えばコサーム（太陽金網社製）といった十分な熱伝導性及び電気的絶縁性を有するものを用いることもできる。
【０１５３】
このような単位素子は、１素子で約０．６Ｖの電圧を出力することができるものであり、図１５に示した発電部１８０は、単位素子が８個直列に接続されていることから、全体で４．８Ｖの電圧を出力することが可能とされる。また、発電部１８０は、約２Ａの電流を流すことが可能である。これにより、発電部１８０から出力される電力は、理想的には９．６Ｗとなるが、発電反応における発熱等により、実際には、理想的な出力電力の約７割である約６．７Ｗとされる。ただし、発電部１８０は、接合体１８１に含まれる水分量を適切に調整したり、当該発電部１８０への水素ガスの円滑な供給を実現したりすることにより、さらに出力電力を高めることができる。なお、発電部１８０を形成する単位素子は、８個である必要はなく、各種電子機器を駆動するために必要とされる出力電力に合わせて所要の数だけ設けられる。
【０１５４】
発電部１８０は、このような単位素子が複数直列に接続されることによってスタック構造とされる。したがって、発電部１８０の側面１８６には、図１５に示したように、各セパレータ１１０に形成された複数の空気供給溝１１６における上述した排出口１１８が臨み、側面１８６の反対側の側面には、図示しないが、複数の排出口１１８のそれぞれに対応するように、複数の空気供給溝１１６における上述した供給口１１７が臨むように、当該発電部１８０が構成される。
【０１５５】
そして、発電部１８０には、図１３に示したように、側面１８６に沿って、冷却ファン１９１及び空気供給ファン１９２，１９３が互いに隣接するように設けられる。また、発電部１８０には、端面に沿って、水素パージバルブ１９４、レギュレータ１９５及び手動バルブ１９６が互いに隣接するように設けられる。
【０１５６】
冷却ファン１９１は、筐体１６０に形成された排気口１６１と発電部１８０における放熱フィン１８２との間に側面１８６に沿って設けられ、発電部１８０を冷却する。具体的には、冷却ファン１９１は、図１７に示すように、筐体１６０に形成された吸気口１６４から取り込まれた空気を排気口１６１まで流動させ、燃料電池１５０の外部に排出する。
【０１５７】
このように、燃料電池１５０においては、放熱フィン１８２を通過するように冷却ファン１９１によって空気を流動させることにより、放熱フィン１８２を介して発電部１８０の放熱を行うことができる。
【０１５８】
なお、冷却ファン１９１を設ける位置としては、放熱フィン１８２の近傍に限ることはなく、発電部１８０の冷却を目的として燃料電池１５０の内部全体に空気を流動させるような位置に設けるようにしてもよい。また、燃料電池１５０においては、冷却ファン１９１を逆回転させることにより、空気を逆向きに流動させるようにしてもよい。
【０１５９】
空気供給ファン１９２，１９３は、それぞれ、筐体１６０に形成された排気口１６２，１６３と発電部１８０における空気供給溝１１６の排出口１１８に臨む領域との間に側面１８６に沿って設けられ、発電部１８０に対して空気を供給する。具体的には、空気供給ファン１９２，１９３は、それぞれ、図１７に示すように、筐体１６０に形成された吸気口１６５から取り込まれた空気を発電部１８０を介して排気口１６２，１６３まで流動させ、燃料電池１５０の外部に排出する。
【０１６０】
このように、燃料電池１５０においては、発電部１８０を通過するように空気供給ファン１９２，１９３のそれぞれによって空気を流動させることにより、発電部１８０を構成するセパレータ１１０に形成された空気供給溝１１６に空気を供給することができる。
【０１６１】
なお、燃料電池１５０においては、冷却ファン１９１と同様に、空気供給ファン１９２，１９３のそれぞれを逆回転させることにより、空気を逆向きに流動させるようにしてもよい。また、これら空気供給ファン１９２，１９３のそれぞれによって形成される空気の流れは、冷却ファン１９１によって形成される空気の流れとは独立させることができる。したがって、燃料電池１５０においては、冷却ファン１９１と空気供給ファン１９２，１９３とを独立して駆動することにより、発電部１８０の冷却と発電部１８０に対する空気の供給及び排出とを独立して行うことが可能となる。特に、燃料電池１５０においては、発電部１８０の温度や発電部１８０に残留する水分量を測定し、これに応じて、空気供給ファン１９２，１９３と冷却ファン１９１とを独立して駆動することにより、例えばドライアップのような発電の際の不具合を生じさせることなく安定した発電を行うことが可能となる。
【０１６２】
水素パージバルブ１９４は、セパレータ１１０に形成された水素供給溝１１１を大気開放することによって滞留した水を排出する。すなわち、燃料電池１５０においては、水素パージバルブ１９４を開くことによって水素供給溝１１１が大気開放されると、水素供給溝１１１に滞留した水分に対する供給路側の水素ガスの圧力と大気開放された排出側の圧力との間に圧力差が生じ、かかる圧力差によって水素供給溝１１１に滞留した水分が排出される。
【０１６３】
このように、燃料電池１５０においては、水素ガスを供給する供給路側と水素パージバルブ１９４によって大気開放される水分の排出側との間で圧力差を生じさせることにより、発電部１８０がスタック構造を有する場合であっても、滞留した水分の影響によって水素ガスが流れにくくなっている水素供給溝１１１から水分を排出することが可能となり、水素供給溝１１１に水素ガスを円滑に流すことができる。
【０１６４】
なお、燃料電池１５０においては、水素パージバルブ１９４として、例えば電磁力を用いた駆動方式によって駆動するものを用いてもよく、当該水素パージバルブ１９４を駆動させるための電力を発電部１８０から供給するようにしてもよい。
【０１６５】
レギュレータ１９５は、水素吸蔵カートリッジ２００から供給される水素ガスの圧力制御を行うものであり、水素ガスの圧力を所定の圧力になるように調整し、発電部１８０に供給する。例えば、レギュレータ１９５は、水素吸蔵カートリッジ２００から供給される水素ガスの圧力が０．８ＭＰａ〜１．０ＭＰａ程度である場合には、この水素ガスの圧力を０．０５ＭＰａ〜０．１０ＭＰａ程度の圧力に減圧し、発電部１８０に供給する。
【０１６６】
手動バルブ１９６は、水素ガスを発電部１８０に供給するために設けられるものであり、発電部１８０によって発電を行う際に、水素吸蔵カートリッジ２００から発電部１８０に水素ガスを供給するための流路を開放する。
【０１６７】
このような各部を備える燃料電池１５０においては、冷却ファン１９１、空気供給ファン１９２，１９３、水素パージバルブ１９４、レギュレータ１９５及び手動バルブ１９６を配置するための領域を発電部１８０の周囲に確保することにより、当該燃料電池１５０を駆動するための各種部材をコンパクトに筐体１６０の内部に収納することが可能となり、これにより、当該燃料電池１５０の大幅な小型化を実現することが可能となる。
【０１６８】
したがって、燃料電池１５０は、例えば、ノート型パーソナルコンピュータ、携帯電話機又は携帯情報端末機（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｓｓｉｓｔａｎｔｓ；ＰＤＡ）といった携帯型の各種電子機器をはじめとする任意の電子機器を駆動するための電力を供給する電源として極めて好適に用いることができる。
【０１６９】
そして、この燃料電池１５０においては、上述した吸水布１２０，１２１が設けられたセパレータ１１０を用いて発電部１８０を構成することにより、ポンプや水分除去用に新たに形成した流路といった複雑な機構を何ら用いることなく簡易な構成のもとに、生成水を効率よく且つ確実に処理することができ、発電効率の安定化を図ることができる。
【０１７０】
なお、この第２の実施の形態では、セパレータ１１０に形成された空気供給溝１１６の両側壁に沿って吸水布１２１が設けられるものとして説明したが、本発明は、吸水布１２１を片側壁に沿って設けるものであっても適用することができ、また、側壁全域に沿って設けるのではなく、少なくとも側壁の一部領域に沿って設けるようにしてもよい。
【０１７１】
また、第２の実施の形態では、吸水布１２０の形状として、放熱フィン１８２とされる領域から、複数の帯状領域が延在することによって短冊状の形状を呈するものについて説明したが、本発明は、吸水布１２０の形状に限定されるものではなく、例えば、空気供給溝１１６が形成された面を全部覆うような形状としてもよい。
【０１７２】
さらに、第２の実施の形態では、吸水布１２０，１２１を設けるものとして説明したが、本発明は、吸水布１２１によって吸水した生成水を効率よく外部へと排出できるのであれば、吸水布１２１のみを設ける場合であってもよい。
【０１７３】
さらにまた、第２の実施の形態では、生成水を処理する手段として、吸水布１２０，１２１を用いるものとして説明したが、本発明は、これら吸水布１２０，１２１とは異なる手段であっても適用することができる。
【０１７４】
例えば、生成水を処理する手段としては、空気供給溝の側壁や底面にキズ等を付けることによって当該空気供給溝の表面を粗面化することが挙げられる。また、生成水を処理する手段としては、空気供給溝の材質をテフロン（登録商標）やシリコン等の撥水性の高いものとしたり、フッ素ガスを用いたプラズマ処理等によって空気供給溝に対して撥水処理を行ったりするといったように、空気供給溝に撥水性の高い領域を形成することが挙げられる。さらに、生成水を処理する手段としては、空気供給溝を親水性の高い領域を形成することも挙げられる。さらにまた、生成水を処理する手段としては、これら複数の手段を組み合わせてもよい。
【０１７５】
いずれにせよ、本発明は、発電体による発電の際に生成された生成水を処理する手段を、少なくとも空気供給溝の途中領域に設けるものであれば、いかなるものであっても適用することができる。
【０１７６】
また、第２の実施の形態では、セパレータ１１０の具体的な適用例として、燃料電池１５０について説明したが、本発明は、このような燃料電池１５０についてのみ適用されるものではなく、生成水を処理する手段を設けたセパレータを適用可能な装置であれば、いかなるものであっても適用することができる。
【０１７７】
最後に、第３の実施の形態として示す生成水処理システムについて説明する。
【０１７８】
この第３の実施の形態は、上述した第１の実施の形態及び第２の実施の形態をさらに改良したものであって、拡散層と集電体たるセパレータとの間に、少なくとも、吸水性、通気性、及び導電性を有する吸水層を設けることにより、吸水のさらなる効率化を図るとともに、発生した電気の集電を効率よく行うことができるものである。
【０１７９】
上述した第１の実施の形態及び第２の実施の形態においては、例えば図１８に示す発電装置たる燃料電池３００のように、所定の電解質膜３０１の両側に設けられた水素側触媒層３０２や酸素側触媒層３０３で発電によって生成した水分が、例えばカーボン繊維を紙状として撥水処理が施された拡散層としてのカーボン繊維層３０４に移動し、この水分がセパレータ３０５に形成された空気供給溝３０６の周囲に設けられた生成水吸収部材や吸水布（以下、吸水布３０７と総称する。）によって吸水されるものとして説明した。
【０１８０】
ここで、吸水布３０７は、拡散層たるカーボン繊維層３０４の一部にしか接触していない。したがって、このような燃料電池３００においては、カーボン繊維層３０４に存在する生成水を、場所に応じて便宜上、Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３，Ｗ４として表すと、吸水布３０７が接触しているカーボン繊維層３０４の近傍に存在する生成水Ｗ２，Ｗ３か、若しくはカーボン繊維層３０４から排出されて空気供給溝３０６に到達した生成水しか、吸水布３０７によって吸水されない。
【０１８１】
カーボン繊維層３０４から生成水を効率よく排出するためには、カーボン繊維層３０４と接触する吸水布３０７の面積を大きくすればよいが、燃料電池３００においては、吸水布３０７をセパレータ３０５の全域に亘って設けるようにすると、吸水布３０７が導電性を有しないことから、発生した電気をセパレータ３０５によって集電することが困難となる。
【０１８２】
そこで、図１９に示すように、カーボン繊維層３０４とセパレータ３０５との間に、少なくとも、吸水性、通気性、及び導電性を有する吸水層３５０を設けた燃料電池３００’を考案した。
【０１８３】
このような燃料電池３００’においては、カーボン繊維層３０４に存在する生成水Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３，Ｗ４が一旦吸水層３５０によって吸水され、この吸水層３５０内部で拡散する。そして、燃料電池３００’においては、吸水層３５０によって吸水された生成水が、当該吸水層３５０の一部に接触する吸水布３０７によってさらに吸水され、この吸水布３０７を介して外部へと排出されることになる。
【０１８４】
吸水層３５０としては、例えばケッチョン・ブラック・インターナショナル社製”ケッチョンブラック”等のカーボンブラックとポリイミド等の親水性バインダとを、ＮＰＡ等の溶剤を用いて混合し、これをインクとしてセパレータ３０５の略全域に塗布することにより、形成することができる。
【０１８５】
その他、吸水層３５０としては、金属の合成繊維に親水処理を施したものや、例えば上述した毛細管現象を利用した高吸水性を有する糸状の繊維をカーボンや金属に混合したものを用いることもできる。
【０１８６】
このように、燃料電池３００’においては、カーボン繊維層３０４とセパレータ３０５との間に、少なくとも、吸水性、通気性、及び導電性を有する吸水層３５０を設けることにより、生成水をさらに効率よく吸水することができるとともに、発生した電気をセパレータ３０５によって効率よく集電することも可能となる。
【０１８７】
以上説明したように、本発明の実施の形態として示す生成水処理システム及び燃料電池（発電装置）は、生成水を吸水する吸水部材を設けることにより、極めて効率よく且つ確実に生成水を処理することができる。
【０１８８】
なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではない。例えば、上述した実施の形態では、生成水吸収部材や吸水布として、実施の形態に応じて異なる具体例について示したが、本発明は、これら具体例に代表されるような部材を、各実施の形態間で相互に用いる場合にも適用することができる。
【０１８９】
また、本発明は、上述した３つの実施の形態を、可能な範囲で適宜組み合わせるようにしてもよい。
【０１９０】
このように、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能であることはいうまでもない。
【０１９１】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明にかかる生成水処理システム及び生成水処理方法、並びに発電装置は、それぞれ、発電によって生じる生成水を生成水吸収部材により回収した後、生成水吸収部材によって生成水を大気に蒸発させて処理することにより、発電体の発電によって生じる水分を発電体の内部に滞留させることなく外部に処理することができる。
【０１９２】
また、本発明にかかる生成水処理システム及び生成水処理方法、並びに発電装置は、それぞれ、生成水を、少なくとも酸化剤供給溝の途中領域に設けられた生成水処理手段によって処理することにより、酸化剤供給溝に生成水が滞留することによって閉塞することがなくなり、酸化剤供給溝を通過する酸化剤ガスの流れが阻害されることを回避することができる。
【０１９３】
したがって、本発明にかかる生成水処理システム及び生成水処理方法、並びに発電装置は、それぞれ、ポンプや水分除去用に新たに形成した流路といった複雑な機構を何ら用いることなく極めて簡易な構成のもとに、効率よく且つ確実に処理することができ、発電効率の安定化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態として示す生成水処理システムを適用した発電装置の構成を示す断面図である。
【図２】生成水吸収部材が設けられたノート型パーソナルコンピュータの外観概略を示す斜視図である。
【図３】図２に示す生成水吸収部材とは異なる形状を有する生成水吸収部材が設けられたノート型パーソナルコンピュータの外観概略を示す斜視図である。
【図４】図２及び図３に示す生成水吸収部材とは異なる形状を有する生成水吸収部材が設けられたノート型パーソナルコンピュータの外観概略を示す斜視図である。
【図５】生成水吸収部材とともに生成水保水部材が設けられたノート型パーソナルコンピュータの外観概略を示す斜視図である。
【図６】生成水吸収部材が設けられた発電体による効果を検証するための実験結果を説明するための図であり、発電体からの出力電圧と発電開始からの経過時間との関係を示す図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態として示す燃料電池に適用可能なセパレータを表面から見た平面図である。
【図８】同セパレータを裏面から見た底面図である。
【図９】図８中一点鎖線で示すＨＨ線で切断した同セパレータの断面図である。
【図１０】３層からなる吸水布の構造を説明するための断面図である。
【図１１】セパレータの一部領域を示す断面図であって、テープ材を設けずにそのまま吸水布として用いた場合に、空気供給溝を覆う部分が弛む様子を説明するための図である。
【図１２】図１０に示す吸水布が設けられたセパレータによる効果を検証するための実験結果を説明するための図であり、発電体からの出力電圧と発電開始からの経過時間との関係を示す図である。
【図１３】同セパレータを適用した燃料電池の構成を示す分解斜視図である。
【図１４】同燃料電池を構成する筐体の構造を示す構造図であって、（ａ）は、一の側面を示す正面図であり、（ｂ）は、他の側面を示す背面図であり、（ｃ）は、一の端面を示す側面図であり、（ｄ）は、他の端面を示す側面図である。
【図１５】同燃料電池を構成する発電部を示す斜視図である。
【図１６】同発電部の一部を示す分解斜視図である。
【図１７】同燃料電池の内部構成を示す平面図であり、空気の流れを説明するための図である。
【図１８】吸水布が拡散層たるカーボン繊維層の一部にしか接触していない構成とされる燃料電池の構成を示す断面図である。
【図１９】本発明の第３の実施の形態として示す燃料電池の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
１０ 発電体
１１ 水素側集電体
１２ 水素側拡散層
１３，３０２ 水素側触媒層
１４，３０１ 電解質膜
１５，３０３ 酸素側触媒層
１６ 酸素側拡散層
１７ 酸素側集電体
１７ａ 開口部
１８，１８ａ，１８ｂ 生成水吸収部材
２０ 発電装置
２１ ノート型パーソナルコンピュータ
２２ 生成水保水部材
１１０，３０５ セパレータ
１１１ 水素供給溝
１１２ 供給孔
１１３，１１５ 接続部
１１４ 排出孔
１１６，３０６ 空気供給溝
１１７ 供給口
１１８ 排出口
１２０，１２１，３０７ 吸水布
１３１ 第１の素材
１３２ 第２の素材
１３３ テープ材
１５０，３００，３００’ 燃料電池
１６０ 筐体
１６１，１６２，１６３ 排気口
１６４，１６５ 吸気口
１６６，１６７ 接続孔
１７０ 制御基板
１８０ 発電部
１８１ 接合体
１８２ 放熱フィン
１８３ 固体高分子電解質膜
１８４ 電極
１８５ 封止部材
１８６ 側面
１９１ 冷却ファン
１９２，１９３ 空気供給ファン
１９４ 水素パージバルブ
１９５ レギュレータ
１９６ 手動バルブ
２００ 水素吸蔵カートリッジ
３０４ カーボン繊維層
３５０ 吸水層
【発明の属する技術分野】
本発明は、発電体による発電の際に生成される生成水を処理する生成水処理システム及び生成水処理方法、並びにこれら生成水処理システム及び生成水処理方法を適用して発電の際に生成される生成水を処理する発電装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
燃料電池は、水素等の燃料ガスを供給するとともに、酸素（空気）を供給し、これら燃料ガスと酸素とを電気化学的に反応させて発電体に電力を発生させる装置である。このような燃料電池は、自動車等の車両に動力源として搭載することによって電気自動車やハイブリット式車両としての応用が大きく期待されている他、その軽量化や小型化が容易となる構造に起因して、現状の乾電池や充電式電池の如き用途に限らず、例えば携帯可能な機器といった電気通信分野、電動工具分野、一般家庭電気製品分野、照明分野、非常用無停電電源分野、及び軍需分野等への応用が試みられている。
【０００３】
燃料電池としては、水素側電極であるアノード電極と酸素側電極であるカソード電極との間に、例えばプロトン伝導体膜といった所定の電解質膜が設けられ、各電極が、それぞれに対する供給原料が反応するように添加された触媒を含む触媒層と、反応原料が触媒まで到達するための拡散層部とから構成されたセル構造体が複数積層されて構成されたものがある。このような燃料電池においては、アノード電極にて水素ガス（Ｈ２）がプロトン（Ｈ＋）と電子（ｅ−）とに分離する反応が生じる。そして、燃料電池においては、プロトン（Ｈ＋）がアノード電極側からカソード電極側に向かってプロトン伝導体膜中を移動するとともに、電子（ｅ−）が所定の外部回路を通過してカソード電極に移動し、カソード電極にて酸素（空気）とプロトン（Ｈ＋）と電子（ｅ−）とから水を生成する反応が行われることにより、所定の起電力が発生する。
【０００４】
このような燃料電池においては、反応が行われるために供給原料が触媒層に円滑に送られる必要があるが、カソード電極にて発生した水分やプロトン伝導体膜をアノード側に逆拡散してきた水分が、水素ガス等の供給原料の流れを阻害したり、これら水分が酸素（空気）を供給する空気供給溝に滞留して酸素（空気）の流れを阻害したりすることにより、発電効率を低下させる要因となることが知られている。
【０００５】
そこで、燃料電池においては、このような水分を除去するために、通常は、ガスの流速を利用して水分を液体のまま吹き飛ばす手法や、重力を利用して水分を液体のまま排出する手法といったことが行われている。
【０００６】
しかしながら、燃料電池においては、重力を利用して水分を液体のまま排出する手法は、携帯型の電子機器といった小型の機器に適用した場合には、デバイスを置く方向が限定されてしまうことから用いることができない。また、ガスの流速を利用して水分を液体のまま吹き飛ばす手法は、実現するために大型ポンプを用いる必要があることから現実的ではない。そのため、燃料電池においては、小型の機器に適用する場合には、小型のポンプ・ファンを用いて水分を液体のまま排出するか、または、空気で水分を蒸発させることになる。
【０００７】
なお、具体的には、触媒層や拡散層から水分を排出する技術として、特許文献１に記載された技術が提案されている。
【０００８】
【特許文献１】
特開平１０−２８９７２３号公報
【０００９】
この特許文献１には、カソード側集電体が、カーボン繊維を骨格とした基体の孔内に撥水性の第２充填材と当該第２充填材よりも撥水性の小さい第１充填材との混合ペーストが焼成された多孔性混合物層が形成された合成体であり、このカソード側集電体と、アノード側集電体の少なくとも一方が、接触する電極との界面から当該集電体の背面側に向けて水を移動する水移動手段を有する燃料電池が開示されている。この燃料電池においては、カソードでの反応生成水が、集電体の厚み方向に連続的に配された第１充填材粒子の形成する通路を通って移動することから、カソードガス供給が阻害されないという効果を奏する旨が記述されている。
【００１０】
また、空気供給溝から水分を排出してガスの流れを確保する技術として、特許文献２又は特許文献３に記載された技術が提案されている。
【００１１】
【特許文献２】
特開平１１−９７０４１号公報
【特許文献３】
特開２００１−１１０３２号公報
【００１２】
特許文献２には、少なくともアノード電極側の供給溝の壁面の一部に撥水処理及び親水処理を施した撥水性領域及び親水性領域を形成した固体高分子型燃料電池が開示されている。この固体高分子型燃料電池においては、撥水性領域及び親水性領域を形成することにより、ガスの通路を確保することができる旨が記述されている。
【００１３】
また、特許文献３には、アノード電極と、カソード電極と、これらアノード電極及びカソード電極にガスを供給する供給溝を形成した一対のセパレータとのうち、少なくとも１カ所に、水分除去用の流路を配置した高分子電解質型燃料電池が開示されている。この高分子電解質型燃料電池においては、カソード電極側にて生成した水分を除去するための流路を設けることにより、水分の排出とガスの流れとを分離することができ、ガス流路の閉塞を回避することができる旨が記述されている。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した特許文献１に記載された技術においては、水分を確実に拡散層から外部へと排出することができず、内部に滞留した水分が水滴となって触媒層へのガスの供給を阻害するという問題があった。また、この技術においては、カソード側にて生成した水分が外部に排出されなければプロトン伝導体膜をアノード側に逆拡散する水分が増加することから、アノード側においても水分が供給原料の流れを阻害するという問題があった。
【００１５】
このような水分は、カソード電極の酸素或いは空気を圧力や流量を管理してガスの流れに乗せて排出することもできるが、カソード電極を大気開放型にする場合が多い平面型や小型の発電セルにおいては、ガスの圧力や流量を管理してガスの流れに乗せて排出することが困難である。特に、このような発電セルを携帯型の電子機器に搭載する場合には、生成水を処理するためにガスの圧力や流量を管理する装置を新たに追加することが困難であり、生成された水分が水滴となって拡散すると、機器周囲への水分散乱による動作不良の原因となる。
【００１６】
また、上述したように、外部装置或いは自然によって発生した風の流れを用いて水分を吹き飛ばしたり、水滴の自重によって水分を外部に排出したりする方法もあるが、これらの方法においては、風の流れや重力に対するデバイスの向きが所定の範囲内でなければ、離脱した水滴が意図しない場所に散乱する等の事態を生じることが想定され、発電セルを所定の機器に内蔵する場合には、燃料電池の性能低下だけでなく、機器内への水分の放出そのものが問題となる。
【００１７】
さらに、生成された水滴をパイプや溝等に沿って流すことにより、一定場所に水滴を回収することもできるが、回収するためのエネルギを供給する新たな機能を設けることになり、装置の小型化と効率化が望めない。例えば、特許文献４に記載された技術においては、カソード電極にて生成する水分を回収してアノード電極の加湿に利用するのであるが、発電時間の増加にともなって水分の生成が増加し、最終的には水分を処理する必要がある。
【００１８】
【特許文献４】
特開平９−２１３３５９号公報
【００１９】
また、上述した特許文献２に記載された技術においては、重力によらずに、空気を供給する長い空気供給溝から水滴を排出する必要があることから、大型のポンプが必要となるという問題があった。
【００２０】
さらに、上述した特許文献３に記載された技術においては、水分を除去するための流路に入った水分は排出することができるものの、空気供給溝に入ってしまった水分については全く排出することができないという問題があった。
【００２１】
本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、発電体による発電の際に生成される生成水を、簡易な構成のもとに、効率よく且つ確実に処理することができる生成水処理システム及び生成水処理方法、並びにこれら生成水処理システム及び生成水処理方法を適用した発電装置を提供することを目的とする。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
上述した目的を達成する本発明にかかる生成水処理システムは、発電体による発電の際に生成される生成水を処理する生成水処理システムであって、発電体に配設されるとともに延在して設けられ、生成水を毛細管現象を利用して回収して移動させる生成水吸収部材と、生成水を一時的に蓄積する生成水保水部材とを備えることを特徴としている。
【００２３】
このような本発明にかかる生成水処理システムは、発電体の発電によって生成する生成水を生成水吸収部材によって回収し、生成水を発電体の内部に滞留させることなく処理することができる。
【００２４】
ここで、発電体は、水素を主体とする物質を活性物質として供給されるアノード電極と、大気開放されることによって酸素を活性物質として供給されるカソード電極と、これらアノード電極とカソード電極とに挟持される電解質膜とを有する燃料電池である。そして、本発明にかかる生成水処理システムにおいては、カソード電極に集電体が形成され、この集電体にカソード電極に酸素を供給するための開口部が形成され、この開口部の周辺部に生成水吸収部材が形成される。より具体的には、生成水吸収部材は、開口部の周囲を囲んで開口部の断面を覆い、カソード電極に至るように形成される。
【００２５】
したがって、本発明にかかる生成水処理システムは、発電体が大気開放型の燃料電池である場合には、大気開放することによって酸素を供給するために設けられる集電体の開口部の周辺部に生成水吸収部材を形成し、生成水を生成水吸収部材によって回収する。このように、本発明にかかる生成水処理システムは、生成水が特に生じやすい集電体の開口部を囲んで生成水吸収部材を形成することにより、生成水を効率よく吸収することができ、生成水を発電体の内部に滞留させることなく処理することができる。また、本発明にかかる生成水処理システムは、生成水吸収部材が発電体から生成水を吸収して大気に蒸発させることから、ガスの圧力や流量を管理する装置を新たに追加することなく、生成水を処理することができる。
【００２６】
このように、本発明にかかる生成水処理システムは、生成水吸収部材によって生成水を効率よく吸収して移動させて処理することができることから、生成水が電解質膜を通過してアノード電極に逆拡散し、水素ガスの触媒部への供給が阻害されるのも回避することができ、生成水が開口部を閉塞して空気の触媒層への供給が阻害されるのを回避することができる。また、本発明にかかる生成水処理システムは、水分がカソード側から排出されることから、燃料電池の出力低下を防止することができる。
【００２７】
また、本発明にかかる生成水処理システムにおいて、生成水吸収部材は、長手方向に対して空隙領域が形成された糸状の材料又は表面に凹部を有する多孔質の材料から構成される。
【００２８】
したがって、本発明にかかる生成水処理システムは、生成水吸収部材で毛細管現象が生じ、この毛細管現象を利用して生成水を容易に回収することができ、さらには、毛細管現象を利用して生成水を移動させることができる。また、生成水吸収部材は、毛細管現象を利用して生成水を移動させることができることから、風の流れに対する生成水吸収部材の向きや重力に対する生成水吸収部材の向きに関係なく、生成水を吸収して移動させることができる。
【００２９】
生成水吸収部材は、発電体の表面から回収した生成水を大気に蒸発させて処理することから、生成水を処理するための新たな機能やエネルギを供給する装置を設けることなく、発電時間の増加にともなって増加する生成水を簡便且つ効率よく処理することができる。特に、小型化された発電装置の場合には、生成水を簡便に処理し続けることができる。
【００３０】
さらに、本発明にかかる生成水処理システムにおいて、生成水吸収部材は、発電体が装着される電子機器の表面に延在して設けられる。そのため、生成水吸収部材は、回収した生成水を電子機器の表面に移動して発電体の表面に比べて面積が大きい電子機器の表面で確実に大気に蒸発させることができる。また、本発明にかかる生成水処理システムは、生成水を確実に処理することができるため、電子機器に内蔵される発電体の生成水による性能低下を防ぐことができ、さらには、生成水が機器周囲に散乱するのを防ぐことができることから、生成水の散乱による機器の動作不良を回避することができる。
【００３１】
さらにまた、本発明にかかる生成水処理システムにおいて、生成水吸収部材は、凹凸部又は突設部を有する。そのため、本発明にかかる生成水処理システムは、生成水吸収部材が大気に接触する面積を増加させることができ、大気に接触する面積の増加にともなって生成水の蒸発量を増加させることができる。また、本発明にかかる生成水処理システムは、凹凸部や突設部を設けるといったように、生成水吸収部材の構造を変化させることにより、蒸発する生成水の蒸発量を容易に調節することができ、生成水吸収部材が回収する生成水の回収量を調節して発電体の内部の水分量を調節することができる。
【００３２】
また、本発明にかかる生成水処理システムは、発電体が生成する生成水を一時的に蓄積する生成水保水部材を備えることを特徴としている。
【００３３】
そのため、本発明にかかる生成水処理システムは、生成水吸収部材が生成水を回収した後、生成水保水部材に生成水を蓄積することにより、生成水吸収部材から蒸発する生成水の蒸発量を調節することができる。さらに、本発明にかかる生成水処理システムは、生成水保水部材の容量等を変化させることにより、一時的に蓄積する生成水の蓄積量を調節することができ、生成水吸収部材から蒸発する生成水の蒸発量を調節して生成水吸収部材が回収する生成水の回収量を調節することができ、発電体の内部の水分量を調節することができる。
【００３４】
ここで、生成水保水部材は、生成水吸収部材と電子機器との間に設けられる。そのため、本発明にかかる生成水処理システムは、生成水が電子機器の周囲に散乱した場合であっても、電子機器の表面に設けられる生成水保水部材によって回収することができ、生成水の散乱による機器の動作不良を回避することができる。
【００３５】
さらに、本発明にかかる生成水処理システムは、拡散層と集電体との間に、少なくとも、吸水性、通気性、及び導電性を有する吸水層を備えることを特徴としている。
【００３６】
これにより、本発明にかかる生成水処理システムは、吸水層によって拡散層に存在する生成水を吸水し、吸水層によって吸水された生成水を、当該吸水層の一部に接触する生成水吸収部材によってさらに吸水することから、吸水のさらなる効率化を図ることができるとともに、発生した電気の集電を効率よく行うことができる。
【００３７】
また、上述した目的を達成する本発明にかかる生成水処理方法は、発電体による発電の際に生成される生成水を処理する生成水処理方法であって、生成水を毛細管現象を利用して回収して移動させ、発電体の外部へと処理する、若しくは一時的に蓄積した後に発電体の外部へと処理することを特徴としている。
【００３８】
このような本発明にかかる生成水処理方法は、発電体の発電によって生成する生成水を生成水吸収部材によって回収することにより、生成水を発電体の内部に滞留させることなく処理することができる。
【００３９】
さらに、上述した目的を達成する本発明にかかる発電装置は、燃料ガスと酸化剤ガスとを供給し、燃料ガスと酸化剤ガスとを電気化学的に反応させて電力を発生させる発電装置であって、発電体に延在して設けられ、発電体で生成される生成水を毛細管現象を利用して回収して移動させる生成水吸収部材を備えることを特徴としている。
【００４０】
このような本発明にかかる発電装置は、発電体の発電によって生成する生成水を生成水吸収部材によって回収することにより、生成水が発電体の内部に滞留することなく処理されることから、発電効率の安定化を図ることができる。
【００４１】
さらにまた、上述した目的を達成する本発明にかかる生成水処理システムは、発電体による発電の際に生成される生成水を処理する生成水処理システムであって、第１の電極に対して燃料ガスを供給する燃料供給溝と第２の電極に対して酸化剤ガスを供給する酸化剤供給溝とが形成され、発電体を挟持するセパレータと、少なくとも酸化剤供給溝の途中領域に設けられ、生成水を処理する生成水処理手段とを備えることを特徴としている。
【００４２】
このような本発明にかかる生成水処理システムは、生成水を、少なくとも酸化剤供給溝の途中領域に設けられた生成水処理手段によって処理することにより、酸化剤供給溝に生成水が滞留することによって閉塞することがなくなる。したがって、本発明にかかる生成水処理システムは、酸化剤供給溝を通過する酸化剤ガスの流れが阻害されることを回避することができる。
【００４３】
ここで、生成水処理手段としては、生成水を吸水する吸水部材を用いることができる。特に、この吸水部材は、少なくとも酸化剤供給溝の側壁の一部領域に沿って設けられるのが望ましい。
【００４４】
これにより、本発明にかかる生成水処理システムは、酸化剤供給溝に生成した生成水を直接的に吸水することができる。
【００４５】
また、本発明にかかる生成水処理システムにおいて、吸水部材を、さらに、酸化剤供給溝が形成された面の少なくとも一部を覆うように設けるようにしてもよい。
【００４６】
これにより、本発明にかかる生成水処理システムは、少なくとも酸化剤供給溝の側壁の一部領域に沿って設けられた吸水部材によって吸水された生成水を、さらに、酸化剤供給溝が形成された面の少なくとも一部を覆うように設けられた吸水部材によって外部手段を何ら用いることなく発電体とは離隔された場所にまで拡散させることができる。
【００４７】
さらに、本発明にかかる生成水処理システムにおいて、セパレータには、発電体の放熱を行うための放熱部が形成されており、酸化剤供給溝が形成された面の少なくとも一部を覆うように設けられた吸水部材は、放熱部が形成された面上から延在した所定の形状を呈するように形成され、所定の形状の領域が酸化剤供給溝の少なくとも一部を覆うように配置される。
【００４８】
これにより、本発明にかかる生成水処理システムは、発電体とは離隔された放熱部にまで生成水を拡散させ、この放熱部にて生成水を効率よく且つ確実に蒸発させることができる。
【００４９】
さらに、吸水部材は、毛細管現象を利用して生成水を吸水するものであることが望ましい。
【００５０】
これにより、本発明にかかる生成水処理システムは、生成水を吸水部材の全域に拡散させることができることから、水処理速度を向上させ、極めて効率よく且つ確実に生成水を吸水することが可能となる。また、本発明にかかる生成水処理システムは、吸水部材が生成水を一時的に保持するバッファの役割を果たすことができ、環境湿度による生成水の蒸発速度の変化にも対応することができる。
【００５１】
なお、このような毛細管現象を利用して生成水を吸水する吸水部材としては、長手方向に対して空隙領域が形成された糸状の繊維の集合体として構成されるものがある。
【００５２】
さらにまた、吸水部材は、吸放湿性を有する第１の素材と、吸水性を有する第２の素材とを貼り合わせた２層構造からなる素材に対して、所定のテープ材を第２の素材の下層に貼り合わせた３層構造からなるものであることが望ましい。また、第２の素材は、毛細管現象を利用して生成水を吸水するものであることが望ましい。
【００５３】
このように、本発明にかかる生成水処理システムは、所定のテープ材を最下層に設けた吸水部材を用いることにより、酸化剤供給溝を覆う部分が弛むのを回避することができ、形状を安定させることができるとともに、吸水部材に対する切断をともなう加工形成を容易に実現することが可能となる。
【００５４】
なお、この３層構造からなる吸水部材のうち、第２の素材は、毛細管現象を利用して生成水を吸水するものであることが望ましい。
【００５５】
また、本発明にかかる生成水処理システムは、生成水処理手段として、表面を粗面化した酸化剤供給溝を用いることもでき、さらには、撥水性や親水性の高い領域を形成した酸化剤供給溝を用いることもできる。
【００５６】
本発明にかかる生成水処理システムは、このような生成水処理手段を用いることによっても、酸化剤供給溝に生成水が滞留することによって閉塞することがなくなり、酸化剤供給溝を通過する酸化剤ガスの流れが阻害されることを回避することができる。
【００５７】
さらに、本発明にかかる生成水処理システムは、拡散層とセパレータとの間に、少なくとも、吸水性、通気性、及び導電性を有する吸水層を備えることを特徴としている。
【００５８】
これにより、本発明にかかる生成水処理システムは、吸水層によって拡散層に存在する生成水を吸水し、吸水層によって吸水された生成水を、当該吸水層の一部に接触する生成水処理手段によってさらに処理することから、生成水処理をさらに効率よく行うことができるとともに、発生した電気の集電を効率よく行うことができる。
【００５９】
また、上述した目的を達成する本発明にかかる生成水処理方法は、発電体による発電の際に生成される生成水を処理する生成水処理方法であって、発電体を挟持するセパレータに形成された燃料供給溝を介して第１の電極に対して燃料ガスを供給するとともに、セパレータに形成された酸化剤供給溝を介して第２の電極に対して酸化剤ガスを供給し、発電体による発電を行う発電工程と、少なくとも酸化剤供給溝の途中領域に設けられた生成水処理手段を用いて生成水を処理する生成水処理工程とを備えることを特徴としている。
【００６０】
このような本発明にかかる生成水処理方法は、生成水を、少なくとも酸化剤供給溝の途中領域に設けられた生成水処理手段によって処理することにより、酸化剤供給溝に生成水が滞留することによって閉塞することがなくなり、酸化剤供給溝を通過する酸化剤ガスの流れが阻害されることを回避することができる。
【００６１】
さらに、上述した目的を達成する本発明にかかる発電装置は、燃料ガスと酸化剤ガスとを供給し、これら燃料ガスと酸化剤ガスとを電気化学的に反応させて電力を発生させる発電装置であって、第１の電極と第２の電極との間に所定の電解質膜が設けられた発電体と、第１の電極に対して燃料ガスを供給する燃料供給溝と第２の電極に対して酸化剤ガスを供給する酸化剤供給溝とが形成され、発電体を挟持するセパレータと、少なくとも酸化剤供給溝の途中領域に設けられ、発電体による発電の際に生成される生成水を処理する生成水処理手段とを備えることを特徴としている。
【００６２】
このような本発明にかかる発電装置は、生成水を、少なくとも酸化剤供給溝の途中領域に設けられた生成水処理手段によって処理することにより、酸化剤供給溝に生成水が滞留することによって閉塞することがなくなる。したがって、本発明にかかる発電装置は、酸化剤供給溝を通過する酸化剤ガスの流れが阻害されることを回避することができ、発電効率の安定化を図ることができる。
【００６３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００６４】
この実施の形態は、燃料ガスとしての水素と酸化剤ガスとしての空気とを供給し、これら水素と空気とを電気化学的に反応させて発電体に電力を発生させる発電装置としての燃料電池、及びこの燃料電池に適用される生成水処理システムである。
【００６５】
まず、第１の実施の形態として示す生成水処理システムについて説明する。
【００６６】
図１は、生成水処理システムを適用した発電装置の一例を示す断面図である。生成水処理システムは、発電体と、この発電体に配設されるとともに延在して設けられ当該発電体による発電の際に生成される生成水を毛細管現象を利用して回収して移動させる生成水吸収部材と、生成水を一時的に蓄積する生成水保水部材とを有する。
【００６７】
具体的には、同図に示すように、発電装置２０は、水素側電極であるアノード電極に配設される水素側集電体１１と、酸素側電極であるカソード電極に配設される酸素側集電体１７と、これら水素側集電体１１と酸素側集電体１７との間に挟持される発電体１０を主たる構成要素とされる。
【００６８】
この発電装置２０の酸素側集電体１７上には、カソード電極にて生成される生成水を移動させる生成水吸収部材１８が設けられる。この生成水吸収部材１８は、後述する酸素側集電体１７における開口部１７ａからカソード電極に対して酸素が供給されるように当該開口部１７ａの周辺部に形成されるとともに、また、当該開口部１７ａからカソード電極が大気に接触するのを阻害しないように形成される。
【００６９】
この発電装置２０のアノード電極には、燃料として水素（Ｈ２）やメタノール等の物質が、例えば水素吸蔵カートリッジ等から燃料として供給される。発電装置２０のカソード電極には、酸素（空気）が供給される。ここで、酸素側集電体１７には、上述したように、開口部１７ａが形成されており、この開口部１７ａを介して酸素側拡散層１６が大気開放されて大気に接触することにより、カソード電極に対して酸素が供給される。
【００７０】
なお、同図において概略的に示すように、発電装置２０上に形成される生成水吸収部材１８は、発電体１０による発電の際に生成される生成水を一時的に蓄積する生成水保水部材２２に連結している。この生成水保水部材２２は、後述するように、生成水吸収部材１８に当接するとともに電子機器の表面等に設けられる。
【００７１】
発電体１０は、酸素側集電体１７に当接する酸素側拡散層１６と、この酸素側拡散層１６からの酸素に対してアノード電極からの電子（ｅ−）とプロトン（Ｈ＋）とを反応させて水分を生じさせる酸素側触媒層１５と、プロトン（Ｈ＋）の移動を可能とする電解質膜１４と、カソード電極へと移動する電子（ｅ−）とプロトン（Ｈ＋）とを生じさせる水素側触媒層１３と、水素側集電体１１に当接する水素側拡散層１２とを積層した構造となる。
【００７２】
このような発電体１０においては、酸素側集電体１７における開口部１７ａから大気開放によって流入する酸素が酸素側拡散層１６で拡散され、拡散した酸素を用いて酸素側触媒層１５で１／２Ｏ２＋２Ｈ＋＋２ｅ−＝Ｈ２Ｏの如き反応が起こり、このときの発電によって水分が生成される。ここで、水素側触媒層１３、水素側拡散層１２、及び水素側集電体１１は、燃料電極を構成する。燃料として供給される水素は、水素側拡散層１２で拡散され、拡散した水素を用いて水素側触媒層１３でＨ２→２Ｈ＋＋２ｅ−の如き反応が起こり、電子（ｅ−）とプロトン（Ｈ＋）を発生させる。水素側触媒層１３で発生したプロトン（Ｈ＋）は、電解質膜１４に移動した後、酸素側触媒層１５へと到達して酸素と反応する。そして、電子（ｅ−）は、図示しない外部回路によって酸素側集電体１７を介して酸素側触媒層１５へと到達する。
【００７３】
また、発電装置２０の酸素側集電体１７には、上述したように、空気中の酸素を発電体１０の酸素側拡散層１６に対して供給するための気体流入口として開口部１７ａが複数形成される。生成水吸収部材１８は、開口部１７ａの断面を覆うように形成される。酸素は、この開口部１７ａを介して発電体１０の酸素側拡散層１６が大気開放されることによって取り込まれる。なお、開口部としては、例えば生成水吸収部材１８に形成してもよく、より具体的には、この生成水吸収部材１８に形成された開口部を開口部１７ａに重ねるようにして当該開口部１７ａの断面を覆うように形成してもよい。この場合、生成水吸収部材１８に形成される開口部の形状は、酸素側集電体１７における開口部１７ａの形状と同様に、円形、楕円形、ストライプ形状、又は多角形形状等の各種形状とすることができ、酸素側拡散層１６を大気に接触しやすいような形状とするのが望ましい。また、ここでは、生成水吸収部材１８が酸素側集電体１７と別個の構成部材となっているが、生成水吸収部材としては、例えばコーティング等を施すことによって酸素側集電体１７と一体化することもできる。
【００７４】
さらに、酸素側集電体１７上に設けられる生成水吸収部材１８は、酸素側集電体１７に当接して設けられるのであるが、発電体１０の酸素側拡散層１６に対して大気開放して酸素を供給するために設けられた開口部１７ａの周囲を囲むようにして当該開口部１７ａの周辺部に設けられ、具体的には、例えば開口部１７ａの断面を覆うように形成される。この場合、生成水吸収部材１８は、空気を供給する開口部１７ａを閉塞することがないため、空気の流れを阻害することがない。
【００７５】
このような生成水吸収部材１８は、水分を吸収する親水性を有する吸収材料からなり、例えば、橋架ポリアクリル酸塩系、イソブチレン／マイレン酸塩系、澱粉／ポリアクリル酸塩系、ＰＶＡ（Ｐｏｌｙ Ｖｉｎｙｌ Ａｌｃｏｈｏｌ）／ポリアクリル系、アクリル繊維の加水分解系、橋架ＰＶＡ系といった高分子材料を適用することができる。また、生成水吸収部材１８は、後述するように、生成水を離隔された所定の場所まで移動させて蒸発させるのが望ましく、水分を移動させる材料でもあることが望ましい。このような材料としては、例えば、表面に凹部を有する多孔質金属や多孔質鉱物、親水性カーボン、紙、パルプ、高分子材料、天然繊維、合成繊維等が挙げられる。また、このような材料としては、毛細管現象が生じる高吸水性を有する材料が知られており、例えば、長手方向に対する断面に微細な空隙領域が形成された糸状の材料を縦横に織り込んだ合成繊維であるポリエステル／ナイロン複合材やポリエステル等がある。また、生成水吸収部材１８としては、長手方向に対する断面に微細な空隙領域が形成された糸状の材料を集合した合成繊維等でもよい。
【００７６】
例えば、長手方向に対する断面に微細な空隙領域が形成された糸状の材料としては、ポリエステル／ナイロン複合材等の複合材があるが、凸部を有する略星型形状の材料を中心として当該略星型形状の材料が有する各凸部の間に他の材料が形成される複合材がある。この複合材においては、略星型形状の材料と他の材料との間に微細な空隙領域が形成されており、微細な空隙領域に侵入する水分は、空隙領域の長手方向に対する断面での面積が小さいことから、水の表面張力によって圧力が高められて毛細管現象が生じる。また、微細な空隙領域は、略星型形状の材料と他の材料との間の隙間であってもよいし、長手方向に対して形成された微細な溝であってもよい。このように、長手方向に対する断面で微細な空隙領域が形成された糸状の材料を用いた場合には、微細な空隙領域により水の表面張力によって圧力が高められて毛細管現象が生じ、この毛細管現象を利用して水分を移動させることができ、高い吸水性を有する移動材料を構成できる。さらに、このような糸状の材料を用いた場合には、各糸状の材料同士の間で水の表面張力が生じ、水の表面張力によって水を吸収することができる吸水材料を構成できる。
【００７７】
ここで、従来例においては、カソード電極における酸素側触媒層にて生成される生成水は、酸素側拡散層に侵入する。さらに、酸素側拡散層に侵入した生成水は、酸素側集電体へと到達し、常温である大気に接触することによって水滴となり、酸素側集電体上に凝集する。このように、従来例においては、蒸気が水滴となって酸素側集電体上に生成する場合には、水の表面張力によって水滴が大きくなり、開口部１７ａに相当する開口部が水滴によって閉塞し、酸素側触媒層への酸素の供給が阻害され、発電体の出力が低下することになる。
【００７８】
これに対して、発電装置２０においては、酸素側集電体１７に当接して生成水吸収部材１８が形成され、この生成水吸収部材１８が酸素側集電体１７における開口部１７ａの周辺部に形成されることから、開口部１７ａで増加する生成水が生成水吸収部材１８に接触して吸収される。このとき、発電装置２０においては、生成水が生成水吸収部材１８に接触すると水の表面張力によって生成水吸収部材１８に吸い寄せられるのであるが、上述したように、生成水吸収部材１８が糸状の材料から構成される場合には、糸状の材料間で水の表面張力が作用して吸水性を呈することから、生成水が生成水吸収部材１８に吸収される。さらに、発電装置２０においては、上述したように、生成水吸収部材１８を形成する糸状の材料が長手方向に対する断面で微細な空隙領域が形成されることから、毛細管現象が生じる高吸水性を有する材料とされ、吸収した生成水を毛細管現象を利用して移動させることができる。また、発電装置２０においては、酸素側集電体１７に染み出る水分であっても、高吸収性を有する生成水吸収部材１８によって確実に吸収され、開口部１７ａが良好な状態のもとに発電体１０に酸素が供給されることになる。
【００７９】
また、後述するように、生成水吸収部材１８は、吸収した生成水を発電体１０の表面よりも大きい面積を有する電子機器等の表面に移動させて蒸発させる。このように、発電装置２０においては、生成水吸収部材１８を面積が大きい電子機器等の表面に設けることにより、効率よく蒸発させることができ、生成水吸収部材１８が生成水を吸収・移動させる度に生成水を常に蒸発させ続けることができる。
【００８０】
このように、発電装置２０においては、長手方向に対する断面に微細な空隙領域が形成された糸状の材料から構成される生成水吸収部材１８を用いることにより、生成水吸収部材１８で生じる毛細管現象を利用して生成水を高吸水性のもとに回収して移動させることができる。特に、発電体１０のような大気開放型燃料電池においては、酸素側集電体１７に凝集する生成水は開口部１７ａの周辺部に凝集しやすいが、開口部１７ａの周辺部に生成水吸収部材１８を設けることにより、生成水が生成される度に効率よく回収して移動させることができる。また、発電装置２０においては、生成水吸収部材１８が酸素側集電体１７上に設けられることから、発電によって酸素側集電体１７に生じる熱により、生成水吸収部材１８から生成水が蒸発するのを促進させることができ、発電時に生じる熱が生成水の蒸発に用いられることから、発電時の熱による発電体１０の温度上昇を効率よく回避することができる。なお、発電装置２０においては、生成水吸収部材１８を酸素側集電体１７の開口部１７ａ周辺部の断面を覆うように設けるのではなく、開口部１７ａから離隔して、重力や風の流れによって酸素側集電体１７から離隔した生成水を吸収するように構成してもよい。
【００８１】
図２は、生成水吸収部材１８が設けられたノート型パーソナルコンピュータの一例の概略図である。上述したように、生成水吸収部材１８は、発電装置２０における開口部１７ａの周辺部分に設けられて発電時の生成水を回収した後、回収した生成水を発電体１０の表面から移動させて表面積が大きいノート型パーソナルコンピュータ２１の背面で蒸発させる。そのため、生成水吸収部材１８は、発電装置２０の酸素側集電体１７に配設されると同時に、生成水が蒸発しやすいような表面積が大きいノート型パーソナルコンピュータ２１の背面に延在して設けられる。例えば、同図に示すように、生成水吸収部材１８は、発電装置２０が収納されるノート型パーソナルコンピュータ２１のディスプレイ背面全体に設けられる。また、図示しないが、発電装置２０は、装置本体であるノート型パーソナルコンピュータ２１に装着されるのであるが、カード用のスロットから挿入したりしてもよく、ノート型パーソナルコンピュータ２１の底部に装着したりしてもよい。なお、ここでは、携帯型の電子機器としてノート型パーソナルコンピュータを用いて説明するが、携帯型の電子機器としては、燃料電池カードから電力が供給される携帯電話等であってもよい。
【００８２】
生成水吸収部材１８として長手方向に対する断面に微細な空隙領域が形成された糸状の材料からなる移動材料を用いる場合には、発電装置２０のカソード電極で生成される生成水は、生成水吸収部材１８により、毛細管現象を利用して回収され、当該生成水吸収部材１８の全域に亘って移動される。特に、生成水吸収部材１８は、ノート型パーソナルコンピュータ２１のディスプレイの背面に設けられる場合には、当該ノート型パーソナルコンピュータ２１の使用時にディスプレイを開いた場合であっても、毛細管現象を利用して重力の方向とは逆方向に吸い上げて移動させることができる。このとき、毛細管現象を利用して水分を吸い上げる水通路の断面積が小さいほど吸い上げる力が大きくなることから、生成水吸収部材１８は、長手方向に対する断面に微細な空隙領域の断面積が小さいほど吸水性が高くなり、生成水を容易に吸い上げることができる。さらに、生成水吸収部材１８は、毛細管現象を利用して水分を吸い上げる水通路の断面積が小さいほど回収した生成水を容易に移動させることができ、当該生成水吸収部材１８の全域に生成水を移動しやすくなる。ノート型パーソナルコンピュータ２１においては、生成水吸収部材１８が生成水を全域に亘って移動させると、当該生成水吸収部材１８が大気に接触する表面部分で放湿材料である当該生成水吸収部材１８から生成水が蒸発される。このように、ノート型パーソナルコンピュータ２１においては、生成水吸収部材１８によって回収された生成水が、発電体１０の表面積に比べて大きいディスプレイ背面に形成される生成水吸収部材１８の表面全域から蒸発し続けることから、生成水を発電装置２０の外部へと排出する新たな装置を設けることなく、簡便に生成水を外部へと排出して処理することができる。
【００８３】
上述したように、発電体１０で生成された水分は、酸素側集電体１７に当接する生成水吸収部材１８によって吸収され、生成水吸収部材１８の全域へと移動される。このとき、ノート型パーソナルコンピュータ２１においては、生成水吸収部材１８によって生成水を吸収する際に、生成水吸収部材１８での毛細管現象を利用して重力の方向とは逆方向に水分を吸収する。そのため、ノート型パーソナルコンピュータ２１を開いて使用する発電時であっても、ノート型パーソナルコンピュータ２１の背面に形成された生成水吸収部材１８は、生成水を吸収して表面積が大きいノート型パーソナルコンピュータ２１のディスプレイ背面の全面から生成水を容易に蒸発させることができ、より効率よく生成水を処理することができる。また、ノート型パーソナルコンピュータ２１においては、生成水吸収部材１８から生成水を蒸発させることにより、生成水吸収部材１８が含む生成水の水分濃度が低下するため、発電体１０から生成水が生じやすい発電時であっても、生成水を処理することができ、発電体１０の発電性能を保持し続けることができる。また、発電装置２０を平面型で面積の大きな発電装置としてノート型パーソナルコンピュータ２１の底部に装着する場合には、発電体１０から生成水を回収する生成水吸収部材１８の表面積が大きくなることから、生成水吸収部材１８の表面から生成水が蒸発しやすくなり、より効率よく生成水を大気に蒸発させることができる。
【００８４】
このように、発電装置２０においては、酸素側集電体１７に生成水吸収部材１８を設け、発電によって生じる生成水を吸収・移動した後、この生成水を大気に蒸発させて処理する場合には、発電体１０で生じる水分を当該発電装置２０の内部で滞留させることなく、酸素側拡散層１６から排出することができる。そのため、発電装置２０においては、電解質膜１４を通過してアノード電極に水分が逆拡散することにより、水素ガスの水素側触媒層１３への供給が阻害されるのを回避することができる。また、発電装置２０においては、カソード電極にて生成された生成水についても、酸素側集電体１７における開口部１７ａを閉塞することがなく、空気の酸素側拡散層１６への供給が阻害されるのを回避することができ、発電体１０の発電性能を低下させることなく発電し続けることができる。さらに、発電装置２０においては、生成水吸収部材１８の容積や分量を容易に調整することができることから、生成水吸収部材１８の容積や分量を調節することにより、生成水吸収部材１８が吸収する生成水の水分量や生成水吸収部材１８で蒸発する生成水の蒸発量を容易に調節することができ、湿度、温度、空気の流れといった外部環境に影響されにくく、外部環境及び出力に応じた最適な発電を行うことができる。
【００８５】
なお、生成水吸水部材としては、以下のような形状とすることもできる。
【００８６】
図３には、ノート型パーソナルコンピュータ２１のディスプレイ背面に形成する生成水吸収部材について、他の形状を有する場合における一例を示している。同図における生成水吸収部材１８ａの形状は、鋸歯形状に凹凸部が形成されたものである。この生成水吸収部材１８ａにおいても、吸収した生成水を全域に移動した後に大気に蒸発させるのであるが、当該生成水吸収部材１８ａが大気に接触する表面積が大きいほど生成水は蒸発しやすいため、生成水吸収部材１８ａが大気に接触する表面積に比例して蒸発する生成水の量は増加する。そのため、同図に示す生成水吸収部材１８ａのように、鋸歯形状に凹凸部が形成された形状とした場合には、生成水吸収部材１８ａが大気に接触する表面積が増加し、生成水吸収部材１８ａの投影面積を増加させることなく、蒸発する生成水の量を増加させることができる。
【００８７】
また、図４には、ノート型パーソナルコンピュータ２１のディスプレイ背面に形成する生成水吸収部材について、さらに他の形状を有する場合における一例を示している。同図における生成水吸収部材１８ｂの形状は、その表面に断面がＴ字型を呈する突設部が形成されたものである。図３に示した生成水吸水部材１８ａと同様に、生成水吸収部材１８ｂが大気に接触する表面積が大きいほど生成水は蒸発しやすく、生成水が表面積に比例して蒸発する。そのため、同図に示す生成水吸収部材１８ｂのように、Ｔ字型の突設部が形成された形状とした場合には、生成水吸収部材１８ｂが大気に接触する表面積が増加し、生成水吸収部材１８ｂの投影面積を増加させることなく、蒸発する生成水の量を増加させることができる。
【００８８】
このように、生成水吸収部材１８としては、その形状を立体的な種々の形状とすることにより、大気に接触する面積を増加させることができ、大気に接触する面積の増加にともなって蒸発させて処理できる生成水の量を効率よく増加させることができる。また、発電装置２０におけるアノード電極には、水素を水素側拡散層１２へと侵入させるために適量の水分が必要であるが、生成水吸収部材１８の形状を変更して表面積を変更することにより、生成水吸収部材１８による生成水の吸収量を制御し、回収する生成水の回収量を制御することができる。
【００８９】
図５は、生成水吸収部材とともに生成水を一時的に蓄積する生成水保水部材が設けられたノート型パーソナルコンピュータの一例の概略図である。この場合、生成水保水部材２２は、ノート型パーソナルコンピュータ２１のディスプレイ背面と生成水吸収部材１８との間に設けられる。このとき、生成水保水部材２２は、ディスプレイの背面全体に設けるようにしてもよいし、ディスプレイ背面の外縁部付近等の一部に設けるようにしてもよい。ノート型パーソナルコンピュータ２１においては、生成水保水部材２２が生成水吸収材１８から生成水を吸収して蓄積した後、生成水吸収部材１８が生成水保水部材２２から蓄積された生成水を再度吸収し、この生成水を生成水吸収部材２２から大気に蒸発させる。このような生成水保水部材２２は、ノート型パーソナルコンピュータ２１及び生成水吸収部材１８から着脱できるように構成され、吸収した生成水がある一定の量を越えると交換したり、或いは生成水を絞ってから再利用したりすることもできる。例えば、生成水保水部材２２としては、ノート型パーソナルコンピュータ２１から発電装置２０を着脱する際に同時に着脱可能な構造とすることができ、発電装置２０に燃料を供給する水素吸蔵カートリッジを交換する際等に同時に着脱されるようにすることができる。
【００９０】
発電装置２０の発電体１０で生成される生成水は、生成水吸収部材１８で回収された後に生成水吸収部材１８の全域に亘って移動され、生成水保水部材２２に吸収されて当該生成水保水部材２２に一時的に蓄積される。生成水保水部材２２は、例えば生成水吸収部材１８と同様に生成水を吸収でき且つ保水できる材料から構成されるが、一例として、表面に凹部を有する多孔質金属や多孔質鉱物、親水性カーボン、高分子材料といった保水性を有する材料を用いることができる。また、生成水保水部材２２としては、生成水吸収部材１８と同様に、長手方向に対する断面に微細な空隙領域が形成された糸状の材料が集合して構成される移動材料を用いる場合には、生成水吸収部材１８が移動した生成水が毛細管現象を利用して吸い上げられて当該生成水保水部材２２に吸収されて蓄積される。このとき、微細な空隙領域の断面積が小さいほど毛細管現象によって吸い上げる力が大きくなることから、生成水保水部材２２は、微細な空隙領域の水通路の断面積が小さいほど吸水性が高くなり、容易に吸水することが可能とされる。
【００９１】
このように、発電装置２０に生成水吸収部材１８を配設し、発電によって生じる生成水を回収・移動した後、生成水保水部材２２に生成水を一時的に蓄積する場合には、生成水保水部材２２は、生成水吸収部材１８に当接して設けられるのであるが、生成水吸収部材１８が発電体１０の発電によって生じる生成水を回収・移動した後に生成水を蒸発させる場合には、生成水吸収部材１８からの蒸発量が生成水吸収部材１８の回収する生成水量に比べて少ないときに、一時的に生成水を蓄積することができる。そのため、発電装置２０においては、生成水保水部材２２の容積や分量を調節することにより、生成水吸収部材１８が回収する生成水の水分量を調節することができ、湿度、温度、空気の流れといった外部環境に影響されにくく、外部環境及び出力に応じた最適な発電を行うことができる。
【００９２】
以上のような発電装置２０について、本件出願人は、以下のような実験を行った。
【００９３】
まず、発電体である燃料電池を以下のように製造した。すなわち、発電体における水素側触媒層及び酸素側触媒層を形成するために、田中金属株式会社製”白金担持カーボン（担持量４６．７ｗｔ％）”とデュポン株式会社製”固体高分子電解質溶液（Ｎａｆｉｏｎ（登録商標）溶液）”とを、いわゆるＮＰＡと水とを用いて混合し、分散性向上のため、金属球を添加したポリエチレン容器中で２時間攪拌した。さらに、これをポリテトラフルオロエチレンシートの上に白金担持密度が０．２２ｍｇ／ｃｍ２となるように塗布して乾燥させ、水素側触媒層及び酸素側触媒層を形成した。そして、水素側触媒層及び酸素側触媒層を形成した後、これらの触媒層を固体高分子膜からなる電解質膜（商品名 Ｎａｆｉｏｎ（登録商標） １１２）の両面に熱転写した。さらに、水素側拡散層及び酸素側拡散層をそれぞれ水素側触媒層及び酸素側触媒層上に形成するため、ジャパンゴアテックス株式会社製”カーボンクロスＣＡＲＢＥＬ（登録商標）”にて挟み込み、再度、熱プレスにて接合を行い、発電体となる膜−電極接合体を製作した。
【００９４】
そして、この膜−電極接合体である発電体を、表面に金メッキ処理を施した水素側集電体及び酸素側集電体である金属構造体で把持して燃料電池を製造し、この燃料電池を用いて電圧特性の確認を行った。実験は、気温が２２℃〜２３℃であり、相対湿度が３０％〜４０％である室内環境下で行った。また、燃料としてアノード側に水素ガスを供給するとともに、カソード側については酸素側拡散層と接する金属構造体の一部に空気取り入れ口として開口部を設け、この開口部を介して空気を供給した。さらに、生成水吸収部材としては、カネボウ合繊株式会社製の高吸水性且つ高放湿性を有する繊維である”ベリーマ（登録商標）Ｘ”からなる布地を用い、これを開口部の周辺部、特に近傍に配置した。さらにまた、比較例として、生成水吸収部材を配置する処理を行わない場合についても、同様の実験を行った。
【００９５】
このような発電体を用いた実験結果を図６に示す。同図には、発電体による発電電圧について、１．５Ａでの定電流特性を測定したときの時系列チャートを示しており、同図における縦軸は、ボルト（Ｖ）を単位とする発電体からの出力電圧を示し、横軸は、分を単位とする経過時間を示している。
【００９６】
同図に示すように、生成水吸収部材を配置しない比較例においては、時間の経過にともない出力が徐々に低下していくのに対して、生成水吸収部材を配置した実施例においては、時間の経過にかかわらず出力が安定していることがわかる。また、目視観察についても、比較例においては、発電体の発電によって生成水が空気取り入れ口である開口部に水滴として蓄積したのが観察されたのに対して、生成水吸収部材を配置した場合には、水滴の蓄積は観察されなかった。これは、カソード側の金属構造体の一部に設けられる開口部の近傍に生成水吸収部材を配置したためであり、生成水吸収部材が生成水を回収して移動させたために、開口部から安定した空気の取り入れを行うことができるからに他ならない。このように、生成水吸収部材によって回収された生成水は、生成水吸収部材から大気に蒸発され、長時間に亘って安定した生成水の回収を行うことができ、さらには、燃料電池に対して安定した空気の取り入れを行うことができることがわかった。
【００９７】
以上のように、発電装置２０においては、生成水吸収部材１８によって発電体１０で生じる生成水を吸収・移動した後、生成水吸収部材１８によって生成水を大気に蒸発させて処理する。そのため、発電装置２０においては、発電体１０で生じる生成水を当該発電装置２０の内部に滞留させることなく処理することができ、酸素側拡散層１６から排出することができる。さらに、発電装置２０においては、電解質膜１４を通過してアノード電極に水分が逆拡散することにより、水素ガス等の水素を主体とする物質の水素側触媒層１３への供給が阻害されるのを回避することができる。また、発電装置２０においては、カソード電極についても、生成された生成水が酸素側集電体１７の開口部１７ａを閉塞することがなく、空気の酸素側拡散層１６への供給が阻害されるのを回避することができ、発電体１０の発電性能を低下させることなく発電し続けることができる。
【００９８】
また、発電装置２０においては、生成水吸収部材１８が毛細管現象を利用して生成水を回収して移動させることから、吸収性を変えることなく、生成水吸収材１８の容積や分量を容易に調整することにより、生成水の水分量や蒸発する生成水の蒸発量を調節することができ、湿度、温度、空気の流れといった外部環境に影響されにくく、外部環境及び出力に応じた最適な発電を行うことができる。さらに、発電装置２０のアノード電極には、プロトンが電解質内を移動するために適量の水分が必要であるが、発電装置２０においては、生成水吸収部材１８の容積や分量を調節することにより、生成水の水分量や蒸発する生成水の蒸発量を調節することができ、生成水吸収部材１８の生成水の吸収量を制御して水素側拡散層１２を湿らせる水分量を制御することができる。
【００９９】
さらに、生成水吸収部材１８は、毛細管現象を利用した高吸収性を有する高放湿材料であることから、カソード電極を大気開放型にする場合が多い平面型や小型の発電装置であっても、ガスの圧力や流量を管理する装置を新たに追加することなく、確実に生成水を回収して大気に蒸発させて処理することができ、さらには、生成水吸収部材１８が生成水を回収することにより、機器周囲に散乱する可能性がある生成水を処理することができ、機器の動作不良を回避することができる。
【０１００】
さらにまた、生成水吸収部材１８は、外部装置や自然に発生した風の流れによって水滴を吹き飛ばしたり、水滴の自重によって水分を外部へと排出したりする方法とは異なり、毛細管現象を利用して生成水を吸い上げて大気に蒸発させることから、風の流れや重力に対する装置の向きとは関係なく生成水を回収して大気に蒸発させることができる。そのため、発電装置２０においては、生成水が意図しない場所や機器内に散乱することなく、電子機器に内蔵される燃料電池の性能低下を防ぐだけではなく、機器外へ容易且つ確実に生成水を大気に蒸発させることができる。
【０１０１】
また、発電装置２０のカソード電極で生成された生成水は、生成水吸収部材１８によって回収された後に、生成水吸収部材１８で蒸発するのであるが、生成水吸収部材１８が回収して移動させる度に、生成水吸収部材１８から大気に蒸発する。そのため、一定場所に生成水を回収して蓄積させることなく、また新たなエネルギを発電する機能を設けることなく、小型化された装置で発電時間の増加にともなって増加する水分を簡便且つ効率よく大気に蒸発させることができる。また、新たに水分を蓄積する部位を設けることが困難な平面型や小型の携帯型の発電装置であっても、生成水吸収部材１８で水分を回収する度に、生成水吸収部材１８から大気に蒸発させるため、蓄積した水分を定期的に処理する必要がなく、発電体１０で生成される水分を容易に常に処理し続けることができる。
【０１０２】
さらに、生成水吸収部材１８は、その形状を種々の形状とすることにより、大気に接触する面積を増加させることができ、それにともなって蒸発させて処理できる生成水の量を効率よく増加させることができる。
【０１０３】
さらにまた、発電装置２０においては、生成水吸収部材１８からの蒸発量が生成水吸収部材１８の吸収する生成水量に比べて少ないような場合には、生成水吸収部材１８上に当接して生成水保水部材２２を設けることにより、一時的に生成水を蓄積することができる。そのため、発電装置２０においては、生成水保水部材２２を設けることにより、生成水吸収部材１８から蒸発する生成水の蒸発量を制御することができ、当該発電装置２０の内部の水分量を容易に制御することができ、湿度、温度、空気の流れといった外部環境に影響されにくく、外部環境及び出力に応じた最適な発電を行うことができる。
【０１０４】
なお、生成水吸収部材を適用した電子機器としては、ノート型パーソナルコンピュータに限られるものではない。すなわち、生成水吸収部材を適用した燃料電池や燃料電池カードを搭載する機器としては、ノート型パーソナルコンピュータの他、携帯型のプリンタやファクシミリ、パーソナルコンピュータ用周辺機器、電話機、テレビジョン受像機、通信機器、携帯端末機、カメラ、オーディオ機器、ビデオ機器、扇風機、冷蔵庫、アイロン、ポット、掃除機、炊飯器、電磁調理器、照明器具、ゲーム機やラジコンカー等の玩具、電動工具、医療機器、測定機器、車両搭載用機器、事務機器、健康美容器具、電子制御型ロボット、衣類型電子機器等を挙げることができ、その他の用途にも使用することができる。特に、本発明は、携帯型で小型の電子機器に燃料電池を搭載する場合には、新たに生成水を処理する装置を追加することなく使用することができる。
【０１０５】
つぎに、第２の実施の形態として示す生成水処理システムについて説明する。
【０１０６】
この第２の実施の形態は、生成水処理システムを適用した発電装置たる燃料電池である。この燃料電池は、アノード電極とカソード電極との間に所定の電解質膜が設けられた発電体としてのいわゆるＭＥＡを複数積層して構成されたものであり、アノード電極に対して水素を供給する燃料供給溝としての水素供給溝とカソード電極に対して空気を供給する酸化剤供給溝としての空気供給溝とが表裏面に形成された薄板状のセパレータによってＭＥＡを挟持し、このセパレータを介して水素及び空気の供給を行うことにより、発電を行うものである。
【０１０７】
特に、この燃料電池は、少なくともセパレータに形成された空気供給溝の途中領域に、発電体による発電の際に生成された生成水を処理する手段を設けることにより、簡易な構成のもとに、生成水を効率よく且つ確実に処理することができるものである。
【０１０８】
まず、燃料電池におけるセパレータの構成について説明する。
【０１０９】
図７に燃料電池におけるセパレータ１１０を表面から見た平面図を示す。このセパレータ１１０には、図示しないアノード電極に対して水素を供給する水素供給溝１１１がその表面に形成される。
【０１１０】
この水素供給溝１１１は、セパレータ１１０の面内に水素を流入させるためのものであり、水素ガスを供給する図示しない水素供給部と接続する供給孔１１２と接続部１１３を介して一体に形成されるとともに、水素ガスを排出する排出孔１１４と接続部１１５を介して一体に形成される。また、水素供給溝１１１は、小型化を図りつつも発電効率を高めるために、供給孔１１２と接続する接続部１１３から排出孔１１４と接続する接続部１１５まで蛇行状に１本の溝として形成される。なお、供給孔１１２及び排出孔１１４は、後述する発電部としてスタック構造を形成した際に積層される各セパレータ１１０の間で接続され、水素ガスを各セパレータ１１０に供給する供給路を形成する。
【０１１１】
また、このセパレータ１１０には、図８に裏面から見た底面図を示すように、図示しないカソード電極に対して空気を供給する空気供給溝１１６が形成される。
【０１１２】
この空気供給溝１１６は、セパレータ１１０の面内に酸素を含む空気を流入させるためのものであり、同図縦方向で示すセパレータ１１０の短手方向における両側縁部に開口して延在するように形成される。セパレータ１１０には、この空気供給溝１１６が、同図横方向で示す長手方向に沿って複数形成される。なお、同図においては、１０本の空気供給溝１１６が設けられている様子を示している。また、空気供給溝１１６には、空気を供給する図示しない空気供給部に臨んで一方の側縁部に開口した供給口１１７を介して空気が供給されるとともに、この供給口１１７とは逆側の他方の側縁に開口した排出口１１８を介して空気が排出される。ここで、供給口１１７及び排出口１１８は、それぞれ、空気供給溝１１６の断面積よりも大きく形成されるとともに、同図縦方向で示す空気供給溝１１６の奥行き方向に沿ってテーパ状に断面が狭まる形状に形成される。これにより、セパレータ１１０においては、空気供給溝１１６への空気の取り込み及び空気供給溝１１６からの空気の排出の際における流路抵抗を低減することができ、空気の供給及び排出を円滑に行うことが可能となる。
【０１１３】
さらに、セパレータ１１０には、同図中斜線部に示すように、空気供給溝１１６が形成された面の少なくとも一部を覆うように、生成水を吸水する吸水部材としての吸水布１２０が設けられる。この吸水布１２０は、同図中右部に示す空気供給溝１１６が形成されていない所定の面積を有する放熱フィンが形成された面上から、複数の帯状領域が延在することによって短冊状の形状を呈するように形成され、短冊状の領域が空気供給溝１１６の少なくとも一部を覆うように配置される。また、セパレータ１１０には、図８中一点鎖線で示すＨＨ線の断面図を図９に示すように、空気供給溝１１６の側壁に沿って同図斜線部に示す吸水部材としての吸水布１２１が設けられる。
【０１１４】
これら吸水布１２０，１２１としては、吸水性を有するものであればいかなるものであっても適用することができる。
【０１１５】
具体的には、吸水布１２０，１２１としては、親水性を有する吸水材料を用いるのが望ましく、上述した生成水吸収部材１８と同様に、例えば、橋架ポリアクリル酸塩系、イソブチレン／マイレン酸塩系、澱粉／ポリアクリル酸塩系、ＰＶＡ／ポリアクリル系、アクリル繊維の加水分解系、橋架ＰＶＡ系といった高分子材料を適用することができる。また、吸水布１２０，１２１としては、吸水した生成水を離隔された所定の場所まで移動させて蒸発させるのが望ましく、水分を移動させる材料でもあることが望ましい。このような材料としても、上述したように、例えば、表面に凹部を有する多孔質金属や多孔質鉱物、親水性カーボン、紙、パルプ、高分子材料、天然繊維、合成繊維等が挙げられる。また、このような材料としては、毛細管現象を利用した高吸水性を有する材料が知られており、例えば、長手方向に対する断面に微細な空隙領域が形成された糸状の材料を縦横に織り込んだ合成繊維であるポリエステル／ナイロン複合材やポリエステル等がある。
【０１１６】
吸水布１２０，１２１としては、このような特性を実現する種々の材料を用いることができる。
【０１１７】
ここで、吸水布１２０，１２１に望まれるこれらの特性を踏まえ、吸水布１２０，１２１として、以下に示すものを提案する。
【０１１８】
吸水布としては、図１０に示すように、吸放湿性に優れた第１の素材１３１と、吸水性に優れた第２の素材１３２とを貼り合わせた２層構造からなる布材に対して、さらに、粘着テープ等のテープ材１３３を第２の素材１３２の下層に貼り合わせた３層構造からなる素材を提案する。
【０１１９】
第１の素材１３１は、吸放湿性に優れたものが用いられ、例えば、吸水ポリマーをナイロンで被覆した芯鞘複合構造によって吸放湿性の制御を可能としたユニチカファイバー株式会社製”ハイグラ（ＨＹＧＲＡ）（登録商標）”を適用することができる。このハイグラ（登録商標）は、衣服等に用いた場合には、衣服内及び外気における蒸気圧の差によって吸湿及び放湿を行うものである。このような第１の素材１３１は、３層構造からなる吸水布の最上層を形成し、第２の素材１３２によって吸水された生成水を吸湿し、外気へと放湿する。
【０１２０】
第２の素材１３２は、吸水性に優れたものが用いられ、例えば、上述した毛細管現象を利用して高吸水性を発揮するユニチカファイバー株式会社製”ルミエース（ＬＵＭＩＡＣＥ）（登録商標）”を適用することができる。このルミエース（登録商標）は、不定型断面を有する異なる繊度の繊維の集合体であり、各繊維が通常の丸断面よりも非常に多くの接触点を有するとともに、通常の丸断面糸では存在しない接触面を有するものである。そして、このルミエース（登録商標）は、これら接触点及び接触面の存在によって長手方向に対して形成される微細な空隙領域に侵入した水分の表面張力による圧力が高くなることにより、毛細管作用が働き、優れた吸水性を発揮するものである。このような第２の素材１３２は、３層構造からなる吸水布の中間層を形成し、テープ材１３３を介して吸水した生成水を第１の素材１３１へと放出する。
【０１２１】
なお、第１の素材１３１と第２の素材１３２とを貼り合わせた２層構造からなる布材としては、例えば、ユニチカファイバー株式会社製”ＨＹＧＲＡ−ＬＵ”のように市販されているものもあり、吸水布としては、このような材料を用いることもできる。
【０１２２】
テープ材１３３は、粘着性を有する樹脂系のものが用いられ、セパレータ１１０に対して吸水布を貼着するために設けられる。したがって、テープ材１３３は、水分によって接着力に影響を受けにくいものが望ましく、例えば、住友スリーエム株式会社製”ポリエステル基材両面テープ４４２ＪＳ”を適用することができる。このポリエステル基材両面テープ４４２ＪＳは、ポリエステル基材の両面に耐アルカリ性に優れたゴム系粘着材をコーティングしたいわゆる両面テープであり、種々の被着体に対して優れた初期接着力を示すとともに、剥離時には糊残りがしにくいものである。このようなテープ材１３３は、３層構造からなる吸水布の最下層を形成し、セパレータ１１０に貼着され、第２の素材１３２による吸水力によって吸水された生成水を第２の素材１３２へと通過させる。
【０１２３】
セパレータ１１０においては、毛細管現象を利用して高吸水性を有するこのような３層構造からなる素材を用いることにより、極めて効率よく且つ確実に生成水を吸水することが可能となる。
【０１２４】
また、セパレータ１１０においては、吸水布１２０，１２１として、このようなテープ材１３３を最下層に設けたものを用いることにより、空気供給溝１１６を不必要に閉塞するおそれを回避することができる。すなわち、吸水性を有する布材は、極めてしなやかであることから、テープ材１３３を設けずにそのまま吸水布１２０として用いた場合には、図１１にセパレータ１１０の断面の一部領域を示すように、空気供給溝１１６を覆う部分が弛み、形状を安定させることが困難となるおそれがある。これに対して、テープ材１３３は、可撓性はあっても形状が安定する程度の強固性を有するものであることから、吸水布１２０の形状を安定させることができ、弛みによって空気供給溝１１６を不必要に閉塞するおそれを回避することができる。
【０１２５】
さらに、セパレータ１１０においては、吸水布１２０，１２１として、上述したテープ材１３３を最下層に設けたものを用いることにより、吸水布１２０，１２１を任意に切断して形状を整える際の取り扱いが容易となる。すなわち、セパレータ１１０においては、吸水布１２０，１２１を、上述した短冊状の形状等に加工形成する場合には、市販されている布材等を切断することになるが、布材の端部はほつれやすく、任意の形状に切断しにくい。そこで、吸水布１２０，１２１においては、テープ材１３３を設けた３層構造を呈する素材とすることにより、切断をともなう加工形成を容易に実現することが可能となる。
【０１２６】
さて、このようなセパレータ１１０においては、吸水布１２０，１２１が空気供給溝１１６の途中領域に設けられることにより、発電体による発電の際に生成された生成水が吸水される。
【０１２７】
具体的には、セパレータ１１０においては、空気供給溝１１６の側壁に沿って設けられた吸水布１２１により、空気供給溝１１６に滞留する生成水が吸水される。セパレータ１１０においては、この吸水布１２１によって吸水された生成水が、空気供給溝１１６の少なくとも一部を覆うように設けられた吸水布１２０によってさらに吸水され、図８中右部に示した放熱フィンがある領域へと吸水布１２０を介して移動する。そして、セパレータ１１０においては、放熱フィンへと移動した生成水が当該放熱フィンにて熱や風等によって蒸発する。
【０１２８】
このように、セパレータ１１０においては、吸水布１２０，１２１が空気供給溝１１６の途中領域に設けられることにより、発電体による発電の際に生成された生成水が吸水されることから、空気供給溝１１６が生成水によって閉塞することがなく、空気供給溝１１６を通過する空気の流れが阻害されることを回避することができ、発電効率の安定化を図ることができる。
【０１２９】
実際に、このような吸水布１２０，１２１が設けられたセパレータ１１０による効果を検証するために、本件出願人は比較実験を行った。
【０１３０】
実験は、気温２５℃、相対湿度１００％という結露しやすい環境下で、ＭＥＡへの供給電流を、１５７ｍＡ／ｃｍ２とした定電流測定によるものであり、吸水布１２０，１２１の有無による比較を試みた。なお、実験に使用したＭＥＡは、いわゆるパーフルオロカーボンスルホン酸を伝導体として用いたものである。また、吸水布１２０，１２１としては、上述したユニチカファイバー株式会社製”ＨＹＧＲＡ−ＬＵ”と住友スリーエム株式会社製”ポリエステル基材両面テープ４４２ＪＳ”とを貼り合わせた３層構造からなる素材を用いた。なお、この素材については、ＪＩＳ（Ｊａｐａｎ Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｓｔａｎｄａｒｄ）にて規格化されている繊維製品の吸水性試験方法の１つであって、鉛直に吊した試験片の下端を水中に浸して一定時間放置後に上昇した水の高さで吸水速度を表す方法であるバイレック法を用いて、吸水性の確認試験を行っている。
【０１３１】
この実験の結果、図１２に示す結果が得られた。なお、同図における縦軸は、ボルト（Ｖ）を単位とする発電体からの出力電圧を示し、横軸は、分を単位とする経過時間を示している。
【０１３２】
同図から、吸水布１２０，１２１を設けない場合には、発電開始から２０分程度で空気供給溝１１６の窒息現象によって電圧低下を引き起こしているのに対して、吸水布１２０，１２１を設けた場合には、発電開始から１時間経過後においても、安定した出力が得られることが明らかである。
【０１３３】
このように、セパレータ１１０においては、吸水布１２０，１２１が空気供給溝１１６の途中領域に設けられることにより、ポンプや水分除去用に新たに形成した流路といった複雑な機構を何ら用いることなく簡易な構成のもとに、生成水を効率よく且つ確実に処理することができ、発電効率の安定化を図ることができる。
【０１３４】
また、セパレータ１１０においては、吸水布１２０，１２１によって捉えた生成水が当該吸水布１２０，１２１の全域に拡散することから、蒸発速度、すなわち、水処理速度を向上させることができる。
【０１３５】
さらに、一般に、外部環境の湿度が低い場合には、水は蒸発しやすいが、外部環境の湿度が高い場合には、蒸発しにくい。すなわち、水の蒸発速度は、環境湿度によって変化する。これに対して、セパレータ１１０においては、吸水布１２０，１２１が生成水を保持するバッファの役割も果たすことから、外部環境の湿度が高い場合には、一時的に生成水を保持しておくことができる。
【０１３６】
さらにまた、セパレータ１１０においては、吸水布１２０，１２１として、毛細管現象を利用して高吸水性を有するこのような３層構造からなる素材を用いることにより、吸水布１２０，１２１を長く形成しさえすれば、毛細管現象によって外部手段を何ら用いることなく生成水を発電体とは離隔された放熱フィンにまで拡散させることができ、放熱フィンにて熱や風等を用いて生成水を蒸発させることができる。したがって、セパレータ１１０においては、水処理速度を向上させることができ、特に、相対湿度が高いような日常環境下であっても、発電時の出力を安定させることができる。
【０１３７】
なお、セパレータ１１０においては、空気供給溝１１６の側壁に沿って吸水布１２１を設けることにより、空気の通路が狭くなり、これによって空気の流れに影響が出ることが懸念される。しかしながら、空気の流れを阻害する最大要因は、生成水の滞留による窒息であることから、実際には、空気供給溝１１６の側壁に沿って吸水布１２１を設けることによる弊害はなく、この事実は、本件出願人による実験によって検証済みである。
【０１３８】
さて、以下では、このようなセパレータ１１０が設けられた燃料電池の具体例について説明する。
【０１３９】
図１３に示すように、燃料電池１５０は、筐体１６０と、当該燃料電池１５０を動作させるのに必要な各種回路が形成された制御基板１７０と、セパレータ１１０を用いて構成される発電部１８０と、この発電部１８０を冷却するための冷却ファン１９１と、発電部１８０に対して空気を供給する上述した空気供給部に相当する２つの空気供給ファン１９２，１９３と、水素供給溝１１１に滞留した水を排出するための水素パージバルブ１９４と、水素ガスの圧力制御を行うレギュレータ１９５と、水素ガスを発電部１８０に供給するための手動バルブ１９６とを備える他、図示しないが、必要に応じて、外部から取りこまれる空気や当該燃料電池１５０の内部から排出される空気の温度・湿度・圧力等を検知するセンサや、発電部１８０自体の温度を検知するセンサ等を備える。
【０１４０】
また、この燃料電池１５０には、水素ガスを吸蔵させた水素吸蔵カートリッジ２００が取り付けられる。燃料電池１５０は、この水素吸蔵カートリッジ２００から供給される水素ガスを受け取り、発電を行う。すなわち、この水素吸蔵カートリッジ２００は、上述した水素ガスを供給する水素供給部に相当するものである。
【０１４１】
筐体１６０は、図１３及び図１４に示すように、略直方体状の外形を呈し、燃料電池１５０に搭載される各種部材を覆うように、内部が空洞とされるとともに、底面が開放されて構成される。また、筐体１６０は、その上面における一の側面側が、かかる一の側面に向かった傾斜面とされる。
【０１４２】
また、筐体１６０には、３つの排気口１６１，１６２，１６３と、２つの吸気口１６４，１６５とが形成される。
【０１４３】
排気口１６１，１６２，１６３は、図１４（ａ）に示すように、筐体１６０の一の側面において互いに隣接するように形成される。これら排気口１６１，１６２，１６３からは、それぞれ、発電部１８０を冷却するために燃料電池１５０の内部で流動された空気と発電部１８０による発電反応後の空気とが排出される。具体的には、排気口１６１は、筐体１６０の一の側面に略スリット状に開口した孔がかかる一の側面の上下方向に複数形成されるとともに、これらの孔の大きさがかかる一の側面の上下方向にいくにしたがって徐々に短くなるように形成される。この排気口１６１は、後述する放熱フィンを介して放熱するための空気が、燃料電池１５０から排出されるための空気の出口として設けられる。また、排気口１６２，１６３は、それぞれ、排気口１６１と同様に、筐体１６０の一の側面に略スリット状に開口した孔がかかる一の側面の上下方向に複数形成されるとともに、これらの孔の大きさがかかる一の側面の上下方向にいくにしたがって徐々に短くなるように形成される。これら排気口１６２，１６３は、それぞれ、発電部１８０による発電を行う際に、この発電部１８０に供給された空気が排出されるための出口として設けられる。
【０１４４】
また、吸気口１６４，１６５は、図１４（ｂ）に示すように、筐体１６０における排気口１６１，１６２，１６３が形成された一の側面と対面する他の側面において互いに隣接するように形成される。これら吸気口１６４，１６５からは、それぞれ、発電部１８０を冷却するための空気と発電部１８０による発電反応に供される酸素を含む空気とが、燃料電池１５０の内部に取り込まれる。具体的には、吸気口１６４は、筐体１６０の他の側面に略スリット状に開口した孔がかかる一の側面の上下方向に複数形成される。この吸気口１６４は、後述する放熱フィンを介して放熱するための空気が、燃料電池１５０に取り込まれるための空気の取り込み口として設けられる。また、吸気口１６５は、吸気口１６４と同様に、筐体１６０の他の側面に略スリット状に開口した孔がかかる一の側面の上下方向に複数形成される。この吸気口１６５は、発電部１８０による発電を行う際に、この発電部１８０に供給される空気が取り込まれるための取り込み口として設けられる。
【０１４５】
さらに、筐体１６０には、図１３、図１４（ｃ）及び図１４（ｄ）に示すように、一の端面に、燃料電池１５０と外部との間で各種信号を送受信するための配線を当該燃料電池１５０の内部に挿入するための接続孔１６６が形成されるとともに、他の端面に、所要の接続孔１６７が形成される。
【０１４６】
制御基板１７０には、燃料電池１５０を構成する各種部材を制御するための制御回路を含む各種回路が形成される。制御基板１７０は、発電部１８０の上側に設けられる。なお、この制御基板１７０に形成される制御回路の詳細については、特に図示しないが、例えば、冷却ファン１９１及び空気供給ファン１９２，１９３の駆動を制御する制御回路、水素パージバルブ１９４の開閉動作を制御する制御回路、発電部１８０から出力される電圧を昇圧するＤＣ／ＤＣ（Ｄｉｒｅｃｔ Ｃｕｒｒｅｎｔ ｔｏ Ｄｉｒｅｃｔ Ｃｕｒｒｅｎｔ）コンバータといった電圧変換回路、後述するセンサによって検知された温度や湿度等の各種環境条件を取得することによって各種部材の駆動に関する指示を与える制御回路等が実装される。なお、ここでは、この制御基板１７０が、燃料電池１５０の内部に設けられるものとして説明するが、この制御基板１７０は、燃料電池１５０の外部に設けてもよく、例えば、燃料電池１５０から駆動用の電力が提供される各種電子機器が備えるようにしてもよい。
【０１４７】
発電部１８０は、図１３及び図１５に示すように、略直方体状の外形を呈し、冷却ファン１９１及び空気供給ファン１９２，１９３に臨む側面１８６に対向する側面の一部が上下方向に沿って矩形状に切り欠かれた形状とされる。
【０１４８】
具体的には、発電部１８０は、図１５に示すように、例えば９枚のセパレータ１１０の間にそれぞれ発電体としての接合体１８１が挟み込まれて構成され、これにより、発電を行う単位素子が８個直列に接続されたスタック構造を有する。
【０１４９】
図１６に示すように、単位素子ＵＮは、上述した２つのセパレータ１１０と、これら２つのセパレータ１１０の間に挟持される接合体１８１とから構成される。なお、同図においては、直列に接続される２つの単位素子ＵＮを示している。
【０１５０】
セパレータ１１０には、水素供給溝１１１及び空気供給溝１１６が形成された面外に放熱フィン１８２が突設される。セパレータ１１０においては、後述するように、冷却ファン１９１の作用により、この放熱フィン１８２を介して放熱が行われる。また、セパレータ１１０には、裏面側に複数の空気供給溝１１６が設けられる。セパレータ１１０においては、後述するように、空気供給ファン１９２，１９３の作用によってこの空気供給溝１１６に空気が供給されることにより、発電部１８０の内部における空気の流動が実現される。
【０１５１】
接合体１８１は、吸湿した際にイオン伝導性を有する固体高分子電解質膜１８３と、この固体高分子電解質膜１８３を両面から挟み込む電極１８４とによって形成される。固体高分子電解質膜１８３としては、例えばスルホン酸系の固体高分子電解質膜を用いることができる。また、電極１８４としては、発電反応を促進するための触媒が担持された電極を用いることができる。
【０１５２】
また、接合体１８１の周縁付近には、発電部１８０としてスタック構造を形成した際に、セパレータ１１０と接合体１８１との間を封止する封止部材１８５が配置される。この封止部材１８５は、セパレータ１１０の周縁部と接合体１８１の周縁部とを十分に絶縁することができる材質から構成される。また、封止部材１８５としては、発電部１８０の放熱性を高めるために高い熱伝導性を有する材質を用いてもよく、例えばコサーム（太陽金網社製）といった十分な熱伝導性及び電気的絶縁性を有するものを用いることもできる。
【０１５３】
このような単位素子は、１素子で約０．６Ｖの電圧を出力することができるものであり、図１５に示した発電部１８０は、単位素子が８個直列に接続されていることから、全体で４．８Ｖの電圧を出力することが可能とされる。また、発電部１８０は、約２Ａの電流を流すことが可能である。これにより、発電部１８０から出力される電力は、理想的には９．６Ｗとなるが、発電反応における発熱等により、実際には、理想的な出力電力の約７割である約６．７Ｗとされる。ただし、発電部１８０は、接合体１８１に含まれる水分量を適切に調整したり、当該発電部１８０への水素ガスの円滑な供給を実現したりすることにより、さらに出力電力を高めることができる。なお、発電部１８０を形成する単位素子は、８個である必要はなく、各種電子機器を駆動するために必要とされる出力電力に合わせて所要の数だけ設けられる。
【０１５４】
発電部１８０は、このような単位素子が複数直列に接続されることによってスタック構造とされる。したがって、発電部１８０の側面１８６には、図１５に示したように、各セパレータ１１０に形成された複数の空気供給溝１１６における上述した排出口１１８が臨み、側面１８６の反対側の側面には、図示しないが、複数の排出口１１８のそれぞれに対応するように、複数の空気供給溝１１６における上述した供給口１１７が臨むように、当該発電部１８０が構成される。
【０１５５】
そして、発電部１８０には、図１３に示したように、側面１８６に沿って、冷却ファン１９１及び空気供給ファン１９２，１９３が互いに隣接するように設けられる。また、発電部１８０には、端面に沿って、水素パージバルブ１９４、レギュレータ１９５及び手動バルブ１９６が互いに隣接するように設けられる。
【０１５６】
冷却ファン１９１は、筐体１６０に形成された排気口１６１と発電部１８０における放熱フィン１８２との間に側面１８６に沿って設けられ、発電部１８０を冷却する。具体的には、冷却ファン１９１は、図１７に示すように、筐体１６０に形成された吸気口１６４から取り込まれた空気を排気口１６１まで流動させ、燃料電池１５０の外部に排出する。
【０１５７】
このように、燃料電池１５０においては、放熱フィン１８２を通過するように冷却ファン１９１によって空気を流動させることにより、放熱フィン１８２を介して発電部１８０の放熱を行うことができる。
【０１５８】
なお、冷却ファン１９１を設ける位置としては、放熱フィン１８２の近傍に限ることはなく、発電部１８０の冷却を目的として燃料電池１５０の内部全体に空気を流動させるような位置に設けるようにしてもよい。また、燃料電池１５０においては、冷却ファン１９１を逆回転させることにより、空気を逆向きに流動させるようにしてもよい。
【０１５９】
空気供給ファン１９２，１９３は、それぞれ、筐体１６０に形成された排気口１６２，１６３と発電部１８０における空気供給溝１１６の排出口１１８に臨む領域との間に側面１８６に沿って設けられ、発電部１８０に対して空気を供給する。具体的には、空気供給ファン１９２，１９３は、それぞれ、図１７に示すように、筐体１６０に形成された吸気口１６５から取り込まれた空気を発電部１８０を介して排気口１６２，１６３まで流動させ、燃料電池１５０の外部に排出する。
【０１６０】
このように、燃料電池１５０においては、発電部１８０を通過するように空気供給ファン１９２，１９３のそれぞれによって空気を流動させることにより、発電部１８０を構成するセパレータ１１０に形成された空気供給溝１１６に空気を供給することができる。
【０１６１】
なお、燃料電池１５０においては、冷却ファン１９１と同様に、空気供給ファン１９２，１９３のそれぞれを逆回転させることにより、空気を逆向きに流動させるようにしてもよい。また、これら空気供給ファン１９２，１９３のそれぞれによって形成される空気の流れは、冷却ファン１９１によって形成される空気の流れとは独立させることができる。したがって、燃料電池１５０においては、冷却ファン１９１と空気供給ファン１９２，１９３とを独立して駆動することにより、発電部１８０の冷却と発電部１８０に対する空気の供給及び排出とを独立して行うことが可能となる。特に、燃料電池１５０においては、発電部１８０の温度や発電部１８０に残留する水分量を測定し、これに応じて、空気供給ファン１９２，１９３と冷却ファン１９１とを独立して駆動することにより、例えばドライアップのような発電の際の不具合を生じさせることなく安定した発電を行うことが可能となる。
【０１６２】
水素パージバルブ１９４は、セパレータ１１０に形成された水素供給溝１１１を大気開放することによって滞留した水を排出する。すなわち、燃料電池１５０においては、水素パージバルブ１９４を開くことによって水素供給溝１１１が大気開放されると、水素供給溝１１１に滞留した水分に対する供給路側の水素ガスの圧力と大気開放された排出側の圧力との間に圧力差が生じ、かかる圧力差によって水素供給溝１１１に滞留した水分が排出される。
【０１６３】
このように、燃料電池１５０においては、水素ガスを供給する供給路側と水素パージバルブ１９４によって大気開放される水分の排出側との間で圧力差を生じさせることにより、発電部１８０がスタック構造を有する場合であっても、滞留した水分の影響によって水素ガスが流れにくくなっている水素供給溝１１１から水分を排出することが可能となり、水素供給溝１１１に水素ガスを円滑に流すことができる。
【０１６４】
なお、燃料電池１５０においては、水素パージバルブ１９４として、例えば電磁力を用いた駆動方式によって駆動するものを用いてもよく、当該水素パージバルブ１９４を駆動させるための電力を発電部１８０から供給するようにしてもよい。
【０１６５】
レギュレータ１９５は、水素吸蔵カートリッジ２００から供給される水素ガスの圧力制御を行うものであり、水素ガスの圧力を所定の圧力になるように調整し、発電部１８０に供給する。例えば、レギュレータ１９５は、水素吸蔵カートリッジ２００から供給される水素ガスの圧力が０．８ＭＰａ〜１．０ＭＰａ程度である場合には、この水素ガスの圧力を０．０５ＭＰａ〜０．１０ＭＰａ程度の圧力に減圧し、発電部１８０に供給する。
【０１６６】
手動バルブ１９６は、水素ガスを発電部１８０に供給するために設けられるものであり、発電部１８０によって発電を行う際に、水素吸蔵カートリッジ２００から発電部１８０に水素ガスを供給するための流路を開放する。
【０１６７】
このような各部を備える燃料電池１５０においては、冷却ファン１９１、空気供給ファン１９２，１９３、水素パージバルブ１９４、レギュレータ１９５及び手動バルブ１９６を配置するための領域を発電部１８０の周囲に確保することにより、当該燃料電池１５０を駆動するための各種部材をコンパクトに筐体１６０の内部に収納することが可能となり、これにより、当該燃料電池１５０の大幅な小型化を実現することが可能となる。
【０１６８】
したがって、燃料電池１５０は、例えば、ノート型パーソナルコンピュータ、携帯電話機又は携帯情報端末機（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｓｓｉｓｔａｎｔｓ；ＰＤＡ）といった携帯型の各種電子機器をはじめとする任意の電子機器を駆動するための電力を供給する電源として極めて好適に用いることができる。
【０１６９】
そして、この燃料電池１５０においては、上述した吸水布１２０，１２１が設けられたセパレータ１１０を用いて発電部１８０を構成することにより、ポンプや水分除去用に新たに形成した流路といった複雑な機構を何ら用いることなく簡易な構成のもとに、生成水を効率よく且つ確実に処理することができ、発電効率の安定化を図ることができる。
【０１７０】
なお、この第２の実施の形態では、セパレータ１１０に形成された空気供給溝１１６の両側壁に沿って吸水布１２１が設けられるものとして説明したが、本発明は、吸水布１２１を片側壁に沿って設けるものであっても適用することができ、また、側壁全域に沿って設けるのではなく、少なくとも側壁の一部領域に沿って設けるようにしてもよい。
【０１７１】
また、第２の実施の形態では、吸水布１２０の形状として、放熱フィン１８２とされる領域から、複数の帯状領域が延在することによって短冊状の形状を呈するものについて説明したが、本発明は、吸水布１２０の形状に限定されるものではなく、例えば、空気供給溝１１６が形成された面を全部覆うような形状としてもよい。
【０１７２】
さらに、第２の実施の形態では、吸水布１２０，１２１を設けるものとして説明したが、本発明は、吸水布１２１によって吸水した生成水を効率よく外部へと排出できるのであれば、吸水布１２１のみを設ける場合であってもよい。
【０１７３】
さらにまた、第２の実施の形態では、生成水を処理する手段として、吸水布１２０，１２１を用いるものとして説明したが、本発明は、これら吸水布１２０，１２１とは異なる手段であっても適用することができる。
【０１７４】
例えば、生成水を処理する手段としては、空気供給溝の側壁や底面にキズ等を付けることによって当該空気供給溝の表面を粗面化することが挙げられる。また、生成水を処理する手段としては、空気供給溝の材質をテフロン（登録商標）やシリコン等の撥水性の高いものとしたり、フッ素ガスを用いたプラズマ処理等によって空気供給溝に対して撥水処理を行ったりするといったように、空気供給溝に撥水性の高い領域を形成することが挙げられる。さらに、生成水を処理する手段としては、空気供給溝を親水性の高い領域を形成することも挙げられる。さらにまた、生成水を処理する手段としては、これら複数の手段を組み合わせてもよい。
【０１７５】
いずれにせよ、本発明は、発電体による発電の際に生成された生成水を処理する手段を、少なくとも空気供給溝の途中領域に設けるものであれば、いかなるものであっても適用することができる。
【０１７６】
また、第２の実施の形態では、セパレータ１１０の具体的な適用例として、燃料電池１５０について説明したが、本発明は、このような燃料電池１５０についてのみ適用されるものではなく、生成水を処理する手段を設けたセパレータを適用可能な装置であれば、いかなるものであっても適用することができる。
【０１７７】
最後に、第３の実施の形態として示す生成水処理システムについて説明する。
【０１７８】
この第３の実施の形態は、上述した第１の実施の形態及び第２の実施の形態をさらに改良したものであって、拡散層と集電体たるセパレータとの間に、少なくとも、吸水性、通気性、及び導電性を有する吸水層を設けることにより、吸水のさらなる効率化を図るとともに、発生した電気の集電を効率よく行うことができるものである。
【０１７９】
上述した第１の実施の形態及び第２の実施の形態においては、例えば図１８に示す発電装置たる燃料電池３００のように、所定の電解質膜３０１の両側に設けられた水素側触媒層３０２や酸素側触媒層３０３で発電によって生成した水分が、例えばカーボン繊維を紙状として撥水処理が施された拡散層としてのカーボン繊維層３０４に移動し、この水分がセパレータ３０５に形成された空気供給溝３０６の周囲に設けられた生成水吸収部材や吸水布（以下、吸水布３０７と総称する。）によって吸水されるものとして説明した。
【０１８０】
ここで、吸水布３０７は、拡散層たるカーボン繊維層３０４の一部にしか接触していない。したがって、このような燃料電池３００においては、カーボン繊維層３０４に存在する生成水を、場所に応じて便宜上、Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３，Ｗ４として表すと、吸水布３０７が接触しているカーボン繊維層３０４の近傍に存在する生成水Ｗ２，Ｗ３か、若しくはカーボン繊維層３０４から排出されて空気供給溝３０６に到達した生成水しか、吸水布３０７によって吸水されない。
【０１８１】
カーボン繊維層３０４から生成水を効率よく排出するためには、カーボン繊維層３０４と接触する吸水布３０７の面積を大きくすればよいが、燃料電池３００においては、吸水布３０７をセパレータ３０５の全域に亘って設けるようにすると、吸水布３０７が導電性を有しないことから、発生した電気をセパレータ３０５によって集電することが困難となる。
【０１８２】
そこで、図１９に示すように、カーボン繊維層３０４とセパレータ３０５との間に、少なくとも、吸水性、通気性、及び導電性を有する吸水層３５０を設けた燃料電池３００’を考案した。
【０１８３】
このような燃料電池３００’においては、カーボン繊維層３０４に存在する生成水Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３，Ｗ４が一旦吸水層３５０によって吸水され、この吸水層３５０内部で拡散する。そして、燃料電池３００’においては、吸水層３５０によって吸水された生成水が、当該吸水層３５０の一部に接触する吸水布３０７によってさらに吸水され、この吸水布３０７を介して外部へと排出されることになる。
【０１８４】
吸水層３５０としては、例えばケッチョン・ブラック・インターナショナル社製”ケッチョンブラック”等のカーボンブラックとポリイミド等の親水性バインダとを、ＮＰＡ等の溶剤を用いて混合し、これをインクとしてセパレータ３０５の略全域に塗布することにより、形成することができる。
【０１８５】
その他、吸水層３５０としては、金属の合成繊維に親水処理を施したものや、例えば上述した毛細管現象を利用した高吸水性を有する糸状の繊維をカーボンや金属に混合したものを用いることもできる。
【０１８６】
このように、燃料電池３００’においては、カーボン繊維層３０４とセパレータ３０５との間に、少なくとも、吸水性、通気性、及び導電性を有する吸水層３５０を設けることにより、生成水をさらに効率よく吸水することができるとともに、発生した電気をセパレータ３０５によって効率よく集電することも可能となる。
【０１８７】
以上説明したように、本発明の実施の形態として示す生成水処理システム及び燃料電池（発電装置）は、生成水を吸水する吸水部材を設けることにより、極めて効率よく且つ確実に生成水を処理することができる。
【０１８８】
なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではない。例えば、上述した実施の形態では、生成水吸収部材や吸水布として、実施の形態に応じて異なる具体例について示したが、本発明は、これら具体例に代表されるような部材を、各実施の形態間で相互に用いる場合にも適用することができる。
【０１８９】
また、本発明は、上述した３つの実施の形態を、可能な範囲で適宜組み合わせるようにしてもよい。
【０１９０】
このように、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能であることはいうまでもない。
【０１９１】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明にかかる生成水処理システム及び生成水処理方法、並びに発電装置は、それぞれ、発電によって生じる生成水を生成水吸収部材により回収した後、生成水吸収部材によって生成水を大気に蒸発させて処理することにより、発電体の発電によって生じる水分を発電体の内部に滞留させることなく外部に処理することができる。
【０１９２】
また、本発明にかかる生成水処理システム及び生成水処理方法、並びに発電装置は、それぞれ、生成水を、少なくとも酸化剤供給溝の途中領域に設けられた生成水処理手段によって処理することにより、酸化剤供給溝に生成水が滞留することによって閉塞することがなくなり、酸化剤供給溝を通過する酸化剤ガスの流れが阻害されることを回避することができる。
【０１９３】
したがって、本発明にかかる生成水処理システム及び生成水処理方法、並びに発電装置は、それぞれ、ポンプや水分除去用に新たに形成した流路といった複雑な機構を何ら用いることなく極めて簡易な構成のもとに、効率よく且つ確実に処理することができ、発電効率の安定化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態として示す生成水処理システムを適用した発電装置の構成を示す断面図である。
【図２】生成水吸収部材が設けられたノート型パーソナルコンピュータの外観概略を示す斜視図である。
【図３】図２に示す生成水吸収部材とは異なる形状を有する生成水吸収部材が設けられたノート型パーソナルコンピュータの外観概略を示す斜視図である。
【図４】図２及び図３に示す生成水吸収部材とは異なる形状を有する生成水吸収部材が設けられたノート型パーソナルコンピュータの外観概略を示す斜視図である。
【図５】生成水吸収部材とともに生成水保水部材が設けられたノート型パーソナルコンピュータの外観概略を示す斜視図である。
【図６】生成水吸収部材が設けられた発電体による効果を検証するための実験結果を説明するための図であり、発電体からの出力電圧と発電開始からの経過時間との関係を示す図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態として示す燃料電池に適用可能なセパレータを表面から見た平面図である。
【図８】同セパレータを裏面から見た底面図である。
【図９】図８中一点鎖線で示すＨＨ線で切断した同セパレータの断面図である。
【図１０】３層からなる吸水布の構造を説明するための断面図である。
【図１１】セパレータの一部領域を示す断面図であって、テープ材を設けずにそのまま吸水布として用いた場合に、空気供給溝を覆う部分が弛む様子を説明するための図である。
【図１２】図１０に示す吸水布が設けられたセパレータによる効果を検証するための実験結果を説明するための図であり、発電体からの出力電圧と発電開始からの経過時間との関係を示す図である。
【図１３】同セパレータを適用した燃料電池の構成を示す分解斜視図である。
【図１４】同燃料電池を構成する筐体の構造を示す構造図であって、（ａ）は、一の側面を示す正面図であり、（ｂ）は、他の側面を示す背面図であり、（ｃ）は、一の端面を示す側面図であり、（ｄ）は、他の端面を示す側面図である。
【図１５】同燃料電池を構成する発電部を示す斜視図である。
【図１６】同発電部の一部を示す分解斜視図である。
【図１７】同燃料電池の内部構成を示す平面図であり、空気の流れを説明するための図である。
【図１８】吸水布が拡散層たるカーボン繊維層の一部にしか接触していない構成とされる燃料電池の構成を示す断面図である。
【図１９】本発明の第３の実施の形態として示す燃料電池の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
１０ 発電体
１１ 水素側集電体
１２ 水素側拡散層
１３，３０２ 水素側触媒層
１４，３０１ 電解質膜
１５，３０３ 酸素側触媒層
１６ 酸素側拡散層
１７ 酸素側集電体
１７ａ 開口部
１８，１８ａ，１８ｂ 生成水吸収部材
２０ 発電装置
２１ ノート型パーソナルコンピュータ
２２ 生成水保水部材
１１０，３０５ セパレータ
１１１ 水素供給溝
１１２ 供給孔
１１３，１１５ 接続部
１１４ 排出孔
１１６，３０６ 空気供給溝
１１７ 供給口
１１８ 排出口
１２０，１２１，３０７ 吸水布
１３１ 第１の素材
１３２ 第２の素材
１３３ テープ材
１５０，３００，３００’ 燃料電池
１６０ 筐体
１６１，１６２，１６３ 排気口
１６４，１６５ 吸気口
１６６，１６７ 接続孔
１７０ 制御基板
１８０ 発電部
１８１ 接合体
１８２ 放熱フィン
１８３ 固体高分子電解質膜
１８４ 電極
１８５ 封止部材
１８６ 側面
１９１ 冷却ファン
１９２，１９３ 空気供給ファン
１９４ 水素パージバルブ
１９５ レギュレータ
１９６ 手動バルブ
２００ 水素吸蔵カートリッジ
３０４ カーボン繊維層
３５０ 吸水層
Claims (46)
- 発電体による発電の際に生成される生成水を処理する生成水処理システムであって、
上記発電体に配設されるとともに延在して設けられ、上記生成水を毛細管現象を利用して回収して移動させる生成水吸収部材と、
上記生成水を一時的に蓄積する生成水保水部材とを備えること
を特徴とする生成水処理システム。 - 上記発電体は、
水素を主体とする物質を活性物質として供給されるアノード電極と、
大気開放されることによって酸素を活性物質として供給されるカソード電極と、
上記アノード電極と上記カソード電極とに挟持される電解質膜とを有する燃料電池であること
を特徴とする請求項１記載の生成水処理システム。 - 上記カソード電極に集電体が形成され、
上記集電体に上記カソード電極に酸素を供給するための開口部が形成され、
上記開口部の周辺部に上記生成水吸収部材が形成されること
を特徴とする請求項２記載の生成水処理システム。 - 上記生成水吸収部材は、上記開口部の周囲を囲んで上記開口部の断面を覆い、上記カソード電極に至るように形成されること
を特徴とする請求項３記載の生成水処理システム。 - 上記生成水吸収部材は、長手方向に対して空隙領域が形成された糸状の材料又は表面に凹部を有する多孔質の材料から構成されること
を特徴とする請求項１記載の生成水処理システム。 - 上記生成水吸収部材は、上記発電体が装着される電子機器の表面に延在して設けられること
を特徴とする請求項１記載の生成水処理システム。 - 上記生成水吸収部材は、凹凸部又は突設部を有すること
を特徴とする請求項１記載の生成水処理システム。 - 上記生成水保水部材は、上記生成水吸収部材と上記電子機器との間に設けられること
を特徴とする請求項６記載の生成水処理システム。 - 拡散層と集電体との間に、少なくとも、吸水性、通気性、及び導電性を有する吸水層を備えること
を特徴とする請求項１記載の生成水処理システム。 - 発電体による発電の際に生成される生成水を処理する生成水処理方法であって、
上記生成水を毛細管現象を利用して回収して移動させ、上記発電体の外部へと処理する、若しくは一時的に蓄積した後に上記発電体の外部へと処理すること
を特徴とする生成水処理方法。 - 拡散層と集電体との間に設けられた、少なくとも、吸水性、通気性、及び導電性を有する吸水層によって上記拡散層に存在する上記生成水を吸水し、上記吸水層によって吸水された上記生成水を、当該吸水層の一部に接触する生成水吸収部材によってさらに吸水すること
を特徴とする請求項１０記載の生成水処理方法。 - 燃料ガスと酸化剤ガスとを供給し、上記燃料ガスと上記酸化剤ガスとを電気化学的に反応させて電力を発生させる発電装置であって、
発電体に延在して設けられ、上記発電体で生成される生成水を毛細管現象を利用して回収して移動させる生成水吸収部材を備えること
を特徴とする発電装置。 - 上記生成水を一時的に蓄積する生成水保水部材とを備えること
を特徴とする請求項１２記載の発電装置。 - 拡散層と集電体との間に、少なくとも、吸水性、通気性、及び導電性を有する吸水層を備えること
を特徴とする請求項１２記載の発電装置。 - 発電体による発電の際に生成される生成水を処理する生成水処理システムであって、
第１の電極に対して燃料ガスを供給する燃料供給溝と第２の電極に対して酸化剤ガスを供給する酸化剤供給溝とが形成され、上記発電体を挟持するセパレータと、
少なくとも上記酸化剤供給溝の途中領域に設けられ、上記生成水を処理する生成水処理手段とを備えること
を特徴とする生成水処理システム。 - 上記生成水処理手段は、上記生成水を吸水する吸水部材であること
を特徴とする請求項１５記載の生成水処理システム。 - 上記吸水部材は、少なくとも上記酸化剤供給溝の側壁の一部領域に沿って設けられること
を特徴とする請求項１６記載の生成水処理システム。 - 上記吸水部材は、さらに、上記酸化剤供給溝が形成された面の少なくとも一部を覆うように設けられること
を特徴とする請求項１７記載の生成水処理システム。 - 上記セパレータには、上記発電体の放熱を行うための放熱部が形成されており、
上記酸化剤供給溝が形成された面の少なくとも一部を覆うように設けられた上記吸水部材は、上記放熱部が形成された面上から延在した所定の形状を呈するように形成され、上記所定の形状の領域が上記酸化剤供給溝の少なくとも一部を覆うように配置されること
を特徴とする請求項１８記載の生成水処理システム。 - 上記吸水部材は、毛細管現象を利用して上記生成水を吸水するものであること
を特徴とする請求項１６記載の生成水処理システム。 - 上記吸水部材は、長手方向に対して空隙領域が形成された糸状の繊維の集合体であること
を特徴とする請求項２０記載の生成水処理システム。 - 上記吸水部材は、吸放湿性を有する第１の素材と、吸水性を有する第２の素材とを貼り合わせた２層構造からなる素材に対して、所定のテープ材を上記第２の素材の下層に貼り合わせた３層構造からなるものであること
を特徴とする請求項２０記載の生成水処理システム。 - 上記第２の素材は、毛細管現象を利用して上記生成水を吸水するものであること
を特徴とする請求項２２記載の生成水処理システム。 - 上記生成水処理手段として、表面を粗面化した上記酸化剤供給溝を用いること
を特徴とする請求項１５記載の生成水処理システム。 - 上記生成水処理手段として、撥水性の高い領域を形成した上記酸化剤供給溝を用いること
を特徴とする請求項１５記載の生成水処理システム。 - 上記生成水処理手段として、親水性の高い領域を形成した上記酸化剤供給溝を用いること
を特徴とする請求項１５記載の生成水処理システム。 - 上記燃料ガスは、水素ガスであり、
上記酸化剤ガスは、酸素を含む空気であること
を特徴とする請求項１５記載の生成水処理システム。 - 上記発電体は、上記第１の電極と上記第２の電極との間に所定の電解質膜が設けられたものであること
を特徴とする請求項１５記載の生成水処理システム。 - 拡散層と上記セパレータとの間に、少なくとも、吸水性、通気性、及び導電性を有する吸水層を備えること
を特徴とする請求項１５記載の生成水処理システム。 - 発電体による発電の際に生成される生成水を処理する生成水処理方法であって、
上記発電体を挟持するセパレータに形成された燃料供給溝を介して第１の電極に対して燃料ガスを供給するとともに、上記セパレータに形成された酸化剤供給溝を介して第２の電極に対して酸化剤ガスを供給し、上記発電体による発電を行う発電工程と、
少なくとも上記酸化剤供給溝の途中領域に設けられた生成水処理手段を用いて上記生成水を処理する生成水処理工程とを備えること
を特徴とする生成水処理方法。 - 上記生成水処理工程では、拡散層と上記セパレータとの間に設けられた、少なくとも、吸水性、通気性、及び導電性を有する吸水層によって上記拡散層に存在する上記生成水が吸水され、上記吸水層によって吸水された上記生成水が、当該吸水層の一部に接触する上記生成水処理手段によってさらに吸水されること
を特徴とする請求項３０記載の生成水処理方法。 - 燃料ガスと酸化剤ガスとを供給し、上記燃料ガスと上記酸化剤ガスとを電気化学的に反応させて電力を発生させる発電装置であって、
第１の電極と第２の電極との間に所定の電解質膜が設けられた発電体と、
上記第１の電極に対して上記燃料ガスを供給する燃料供給溝と上記第２の電極に対して上記酸化剤ガスを供給する酸化剤供給溝とが形成され、上記発電体を挟持するセパレータと、
少なくとも上記酸化剤供給溝の途中領域に設けられ、上記発電体による発電の際に生成される生成水を処理する生成水処理手段とを備えること
を特徴とする発電装置。 - 上記生成水処理手段は、上記生成水を吸水する吸水部材であること
を特徴とする請求項３２記載の発電装置。 - 上記吸水部材は、少なくとも上記酸化剤供給溝の側壁の一部領域に沿って設けられること
を特徴とする請求項３３記載の発電装置。 - 上記吸水部材は、さらに、上記酸化剤供給溝が形成された面の少なくとも一部を覆うように設けられること
を特徴とする請求項３４記載の発電装置。 - 上記セパレータには、上記発電体の放熱を行うための放熱部が形成されており、
上記酸化剤供給溝が形成された面の少なくとも一部を覆うように設けられた上記吸水部材は、上記放熱部が形成された面上から延在した所定の形状を呈するように形成され、上記所定の形状の領域が上記酸化剤供給溝の少なくとも一部を覆うように配置されること
を特徴とする請求項３５記載の発電装置。 - 上記吸水部材は、毛細管現象を利用して上記生成水を吸水するものであること
を特徴とする請求項３３記載の発電装置。 - 上記吸水部材は、長手方向に対して空隙領域が形成された糸状の繊維の集合体であること
を特徴とする請求項３７記載の発電装置。 - 上記吸水部材は、吸放湿性を有する第１の素材と、吸水性を有する第２の素材とを貼り合わせた２層構造からなる素材に対して、所定のテープ材を上記第２の素材の下層に貼り合わせた３層構造からなるものであること
を特徴とする請求項３７記載の発電装置。 - 上記第２の素材は、毛細管現象を利用して上記生成水を吸水するものであること
を特徴とする請求項３９記載の発電装置。 - 上記生成水処理手段として、表面を粗面化した上記酸化剤供給溝を用いること
を特徴とする請求項３２記載の発電装置。 - 上記生成水処理手段として、撥水性の高い領域を形成した上記酸化剤供給溝を用いること
を特徴とする請求項３２記載の発電装置。 - 上記生成水処理手段として、親水性の高い領域を形成した上記酸化剤供給溝を用いること
を特徴とする請求項３２記載の発電装置。 - 上記燃料ガスは、水素ガスであり、
上記酸化剤ガスは、酸素を含む空気であること
を特徴とする請求項３２記載の発電装置。 - 上記発電体を上記セパレータによって挟持した素子が複数積層されたスタック構造を有する発電部を備えること
を特徴とする請求項３２記載の発電装置。 - 拡散層と上記セパレータとの間に、少なくとも、吸水性、通気性、及び導電性を有する吸水層を備えること
を特徴とする請求項３２記載の発電装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003073414A JP4281382B2 (ja) | 2002-04-19 | 2003-03-18 | 生成水処理システム及び発電装置 |
| AU2003235279A AU2003235279A1 (en) | 2002-04-19 | 2003-04-18 | Formation water treating system and formation water treating method, and power generator |
| PCT/JP2003/005012 WO2003090305A1 (fr) | 2002-04-19 | 2003-04-18 | Systeme de traitement d'eau de formation et procede de traitement d'eau de formation, et generateur d'electricite |
| US10/509,843 US7816043B2 (en) | 2002-04-19 | 2003-04-18 | Water disposal system, method of disposing water, and power generation apparatus |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002117319 | 2002-04-19 | ||
| JP2002360491 | 2002-12-12 | ||
| JP2003073414A JP4281382B2 (ja) | 2002-04-19 | 2003-03-18 | 生成水処理システム及び発電装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2004241363A true JP2004241363A (ja) | 2004-08-26 |
| JP4281382B2 JP4281382B2 (ja) | 2009-06-17 |
Family
ID=29255102
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2003073414A Expired - Fee Related JP4281382B2 (ja) | 2002-04-19 | 2003-03-18 | 生成水処理システム及び発電装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US7816043B2 (ja) |
| JP (1) | JP4281382B2 (ja) |
| AU (1) | AU2003235279A1 (ja) |
| WO (1) | WO2003090305A1 (ja) |
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006179470A (ja) * | 2004-11-24 | 2006-07-06 | Hitachi Ltd | 燃料電池および燃料電池搭載電子機器 |
| JP2007095399A (ja) * | 2005-09-28 | 2007-04-12 | Hitachi Ltd | 燃料電池及びこれを搭載した電子機器 |
| KR100708693B1 (ko) * | 2005-06-24 | 2007-04-18 | 삼성에스디아이 주식회사 | 직접액체 연료전지 스택 |
| JP2007207597A (ja) * | 2006-02-02 | 2007-08-16 | Hitachi Ltd | 燃料電池用ウイッキング構造体 |
| JP2007234590A (ja) * | 2006-02-03 | 2007-09-13 | Canon Inc | 燃料電池セル、および燃料電池 |
| WO2007114175A1 (ja) * | 2006-03-31 | 2007-10-11 | Kyocera Corporation | 燃料電池及び当該燃料電池を備えた電子機器 |
| JP2008041496A (ja) * | 2006-08-08 | 2008-02-21 | Casio Comput Co Ltd | 電子機器の置き台 |
| JP2008047440A (ja) * | 2006-08-17 | 2008-02-28 | Fujitsu Ltd | 燃料電池 |
| JP2008529211A (ja) * | 2005-01-26 | 2008-07-31 | インテリジェント エナジー リミテッド | 多層燃料電池ディフューザ |
| US7674549B2 (en) | 2005-02-28 | 2010-03-09 | Sanyo Electric Co., Ltd. | Fuel cell power generation apparatus, fuel cartridge, and fuel cell system using the same |
| JP2010146994A (ja) * | 2008-12-22 | 2010-07-01 | Sharp Corp | 燃料電池システムおよびそれを備えた電子機器 |
| KR101156530B1 (ko) * | 2005-11-02 | 2012-06-20 | 삼성에스디아이 주식회사 | 직접액체 연료전지 |
Families Citing this family (19)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2409763B (en) | 2003-12-31 | 2007-01-17 | Intelligent Energy Ltd | Water management in fuel cells |
| US8945750B2 (en) * | 2005-05-13 | 2015-02-03 | Canon Kabushiki Kaisha | Electronic apparatus, control method and program thereof, and battery for operating electronic apparatus |
| WO2007031820A2 (en) * | 2005-09-15 | 2007-03-22 | More Energy Ltd. | Anode assembly for a direct liquid fuel cell |
| US8940449B2 (en) * | 2006-02-03 | 2015-01-27 | Canon Kabushiki Kaisha | Fuel cell |
| TW200814421A (en) * | 2006-09-05 | 2008-03-16 | Ind Tech Res Inst | Fuel cell |
| US7862936B2 (en) * | 2007-01-12 | 2011-01-04 | Gm Global Technology Operations, Inc. | Water removal channel for PEM fuel cell stack headers |
| US20080241624A1 (en) * | 2007-03-28 | 2008-10-02 | Sanyo Electric Co., Ltd. | Fuel cell device |
| US8034502B2 (en) | 2007-04-02 | 2011-10-11 | GM Global Technology Operations LLC | Water removal system for non-reactive regions in PEFMC stacks |
| JP4803532B2 (ja) * | 2007-04-06 | 2011-10-26 | Ｎｅｃカシオモバイルコミュニケーションズ株式会社 | 電子機器及び電子機器のプログラム |
| KR100821034B1 (ko) * | 2007-04-24 | 2008-04-08 | 삼성에스디아이 주식회사 | 습도조절장치 겸용 캐소드 엔드 플레이트 및 이를 채용한공기호흡형 연료전지 스택 |
| JP2008311166A (ja) * | 2007-06-18 | 2008-12-25 | Panasonic Corp | 燃料電池システム |
| JP5349851B2 (ja) * | 2007-08-02 | 2013-11-20 | キヤノン株式会社 | 燃料電池セル、および燃料電池 |
| US10608264B2 (en) * | 2013-01-09 | 2020-03-31 | Nissan Motor Co., Ltd. | Fuel cell system and control method therefor |
| TWI520404B (zh) * | 2013-02-15 | 2016-02-01 | Ｌｇ化學股份有限公司 | 電極組及包含其之高分子二次電池單元 |
| JP2015527709A (ja) * | 2013-02-15 | 2015-09-17 | エルジー・ケム・リミテッド | 電極組立体及びこれを含むポリマー二次電池セル |
| JP2017525102A (ja) * | 2014-07-03 | 2017-08-31 | カウンシル オブ サイエンティフィック アンド インダストリアル リサーチ | ウィックを用いた低温ｐｅｍ燃料電池における内部加湿 |
| GB2538991A (en) * | 2015-06-02 | 2016-12-07 | Intelligent Energy Ltd | Water management in an air-breathing fuel cell |
| KR102072861B1 (ko) * | 2016-06-07 | 2020-02-03 | 현대자동차주식회사 | 연료 전지용 전극막 접합체 |
| TWI699037B (zh) * | 2018-12-25 | 2020-07-11 | 財團法人工業技術研究院 | 電極分隔板結構及其應用之燃料電池 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02168565A (ja) * | 1988-12-21 | 1990-06-28 | Nippon Soken Inc | 燃料電池 |
| JPH05283094A (ja) * | 1992-03-31 | 1993-10-29 | Toshiba Corp | 燃料電池 |
| JPH07235324A (ja) * | 1994-02-23 | 1995-09-05 | Toyota Motor Corp | 燃料電池の駆動装置 |
| JPH10162842A (ja) * | 1996-11-29 | 1998-06-19 | Matsushita Electric Works Ltd | 固体高分子型燃料電池用セパレータ、及びこれを用いた固体高分子型燃料電池スタック |
| JP2001332274A (ja) * | 2000-05-24 | 2001-11-30 | Sony Corp | 電気エネルギー発生装置 |
Family Cites Families (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60258863A (ja) | 1984-06-06 | 1985-12-20 | Hitachi Ltd | 燃料電池 |
| US5350643A (en) * | 1992-06-02 | 1994-09-27 | Hitachi, Ltd. | Solid polymer electrolyte type fuel cell |
| US5595834A (en) * | 1995-09-01 | 1997-01-21 | The Regents Of The University Of Calif. | Annular feed air breathing fuel cell stack |
| JP4028603B2 (ja) | 1996-02-05 | 2007-12-26 | 松下電器産業株式会社 | 機器搭載用燃料電池装置 |
| JP3583897B2 (ja) | 1997-04-11 | 2004-11-04 | 三洋電機株式会社 | 燃料電池 |
| JPH1197041A (ja) | 1997-09-22 | 1999-04-09 | Sanyo Electric Co Ltd | 固体高分子型燃料電池 |
| EP1094535B1 (en) * | 1998-06-30 | 2006-10-11 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Solid polymer electrolyte fuel cell |
| WO2000014819A1 (fr) * | 1998-09-04 | 2000-03-16 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Systeme de cellule a combustible du type a polymere solide |
| JP2001011032A (ja) | 1999-07-02 | 2001-01-16 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 含フッ素アルキルアミンおよびその製造方法 |
| US6447945B1 (en) * | 2000-12-12 | 2002-09-10 | General Atomics | Portable electronic device powered by proton exchange membrane fuel cell |
| US6660423B2 (en) * | 2000-12-15 | 2003-12-09 | Motorola, Inc. | Direct methanol fuel cell including a water management system and method of fabrication |
| US6827747B2 (en) * | 2002-02-11 | 2004-12-07 | General Motors Corporation | PEM fuel cell separator plate |
-
2003
- 2003-03-18 JP JP2003073414A patent/JP4281382B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 2003-04-18 WO PCT/JP2003/005012 patent/WO2003090305A1/ja active Application Filing
- 2003-04-18 AU AU2003235279A patent/AU2003235279A1/en not_active Abandoned
- 2003-04-18 US US10/509,843 patent/US7816043B2/en active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02168565A (ja) * | 1988-12-21 | 1990-06-28 | Nippon Soken Inc | 燃料電池 |
| JPH05283094A (ja) * | 1992-03-31 | 1993-10-29 | Toshiba Corp | 燃料電池 |
| JPH07235324A (ja) * | 1994-02-23 | 1995-09-05 | Toyota Motor Corp | 燃料電池の駆動装置 |
| JPH10162842A (ja) * | 1996-11-29 | 1998-06-19 | Matsushita Electric Works Ltd | 固体高分子型燃料電池用セパレータ、及びこれを用いた固体高分子型燃料電池スタック |
| JP2001332274A (ja) * | 2000-05-24 | 2001-11-30 | Sony Corp | 電気エネルギー発生装置 |
Cited By (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006179470A (ja) * | 2004-11-24 | 2006-07-06 | Hitachi Ltd | 燃料電池および燃料電池搭載電子機器 |
| JP2008529211A (ja) * | 2005-01-26 | 2008-07-31 | インテリジェント エナジー リミテッド | 多層燃料電池ディフューザ |
| US8043767B2 (en) | 2005-01-26 | 2011-10-25 | Intelligent Energy Limited | Multi-layer fuel cell diffuser |
| US7674549B2 (en) | 2005-02-28 | 2010-03-09 | Sanyo Electric Co., Ltd. | Fuel cell power generation apparatus, fuel cartridge, and fuel cell system using the same |
| KR100708693B1 (ko) * | 2005-06-24 | 2007-04-18 | 삼성에스디아이 주식회사 | 직접액체 연료전지 스택 |
| JP2007095399A (ja) * | 2005-09-28 | 2007-04-12 | Hitachi Ltd | 燃料電池及びこれを搭載した電子機器 |
| KR101156530B1 (ko) * | 2005-11-02 | 2012-06-20 | 삼성에스디아이 주식회사 | 직접액체 연료전지 |
| JP2007207597A (ja) * | 2006-02-02 | 2007-08-16 | Hitachi Ltd | 燃料電池用ウイッキング構造体 |
| JP2007234590A (ja) * | 2006-02-03 | 2007-09-13 | Canon Inc | 燃料電池セル、および燃料電池 |
| WO2007114175A1 (ja) * | 2006-03-31 | 2007-10-11 | Kyocera Corporation | 燃料電池及び当該燃料電池を備えた電子機器 |
| JP5138583B2 (ja) * | 2006-03-31 | 2013-02-06 | 京セラ株式会社 | 燃料電池及び当該燃料電池を備えた電子機器 |
| JP2008041496A (ja) * | 2006-08-08 | 2008-02-21 | Casio Comput Co Ltd | 電子機器の置き台 |
| JP2008047440A (ja) * | 2006-08-17 | 2008-02-28 | Fujitsu Ltd | 燃料電池 |
| JP2010146994A (ja) * | 2008-12-22 | 2010-07-01 | Sharp Corp | 燃料電池システムおよびそれを備えた電子機器 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US7816043B2 (en) | 2010-10-19 |
| WO2003090305A1 (fr) | 2003-10-30 |
| JP4281382B2 (ja) | 2009-06-17 |
| US20050158593A1 (en) | 2005-07-21 |
| AU2003235279A1 (en) | 2003-11-03 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4281382B2 (ja) | 生成水処理システム及び発電装置 | |
| JP5290402B2 (ja) | 燃料電池スタックおよびこれを備える電子機器 | |
| US20060199061A1 (en) | Water management in bipolar electrochemical cell stacks | |
| EP1952472B1 (en) | Fuel cell and fuel cell system | |
| JP2008060044A (ja) | 燃料電池システム | |
| EP2041820B1 (en) | Fuel cell | |
| JP2002367655A (ja) | 燃料電池 | |
| JP2008146883A (ja) | 燃料電池装置 | |
| WO2008093895A1 (en) | Gas diffusion electrode, fuel cell, and manufacturing method for the gas diffusion electrode | |
| JP2008311166A (ja) | 燃料電池システム | |
| JP5349851B2 (ja) | 燃料電池セル、および燃料電池 | |
| JP2003203668A (ja) | 生成水回収装置、生成水回収方法、発電体、生成水排出装置、生成水排出方法、及び生成水回収システム | |
| JP5274149B2 (ja) | 燃料電池 | |
| JP5354860B2 (ja) | 燃料電池セル、および燃料電池 | |
| JP2006221868A (ja) | 燃料電池 | |
| WO2012001839A1 (ja) | 直接酸化型燃料電池システム | |
| US20080187816A1 (en) | Fuel cell unit and fuel cell | |
| US20080176128A1 (en) | Fuel cell | |
| KR102668054B1 (ko) | 공기호흡형 고분자전해질연료전지 | |
| JP4608958B2 (ja) | 燃料電池 | |
| JP2007257991A (ja) | 燃料電池システム | |
| US7691517B2 (en) | Fuel cell system with a water holding member | |
| CN1666373A (zh) | 燃料电池 | |
| JP2007234398A (ja) | 燃料電池装置 | |
| JP2007095399A (ja) | 燃料電池及びこれを搭載した電子機器 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20040531 |
|
| RD04 | Notification of resignation of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424 Effective date: 20050603 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821 Effective date: 20050629 |
|
| RD02 | Notification of acceptance of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422 Effective date: 20050629 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20070614 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20070813 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20090224 |
|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20090309 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120327 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130327 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140327 Year of fee payment: 5 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |