特開 2024-48383 可搬性を有する小型燃料電池

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024048383

(43)【公開日】2024-04-08

(54)【発明の名称】可搬性を有する小型燃料電池

(51)【国際特許分類】

   H01M 8/02 20160101AFI20240401BHJP

   H01M 8/0202 20160101ALI20240401BHJP

   H01M 8/0258 20160101ALI20240401BHJP

   H01M 8/2475 20160101ALI20240401BHJP

   H01M 8/0215 20160101ALI20240401BHJP

   H01M 8/241 20160101ALI20240401BHJP

   H01M 8/2465 20160101ALI20240401BHJP

   H01M 8/0265 20160101ALI20240401BHJP

   H01M 8/0267 20160101ALI20240401BHJP

   H01M 8/1007 20160101ALI20240401BHJP

   H01M 8/12 20160101ALN20240401BHJP

   H01M 8/10 20160101ALN20240401BHJP

【ＦＩ】

H01M8/02

H01M8/0202

H01M8/0258

H01M8/2475

H01M8/0215

H01M8/241

H01M8/2465

H01M8/0265

H01M8/0267

H01M8/1007

H01M8/12 101

H01M8/10 101

H01M8/12 102A

H01M8/12 102B

【審査請求】未請求

【請求項の数】22

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023161686

(22)【出願日】2023-09-25

(31)【優先権主張番号】P 2022153347

(32)【優先日】2022-09-27

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(71)【出願人】

【識別番号】304021417

【氏名又は名称】国立大学法人東京工業大学

(71)【出願人】

【識別番号】591040236

【氏名又は名称】石川県

(74)【代理人】

【識別番号】100124257

【弁理士】

【氏名又は名称】生井 和平

(72)【発明者】

【氏名】山田 哲也

(72)【発明者】

【氏名】鳥飼 龍太郎

(72)【発明者】

【氏名】柳田 保子

(72)【発明者】

【氏名】松下 真太郎

(72)【発明者】

【氏名】竹田 大樹

【テーマコード（参考）】

5H126

【Ｆターム（参考）】

5H126AA02

5H126AA08

5H126AA09

5H126AA12

5H126AA22

5H126AA23

5H126AA28

5H126BB06

5H126CC02

5H126EE03

5H126FF04

5H126FF10

5H126GG02

5H126GG11

5H126JJ02

(57)【要約】

【課題】発電効率が高く可搬性を有する小型燃料電池を提供する。
【解決手段】可搬性を有する小型燃料電池は、セル１０と第１基板２０と第２基板３０と真空容器５０とからなる。第１基板２０は、還元性燃料ガスを導入する第１入口流路２４と、還元性燃料排ガスを排出する第１出口流路２５と、を有すると共に、第１入口流路２４及び第１出口流路２５が、第１片持ち梁部２２内において熱交換可能な程度に近接配置される。第２基板３０は、酸化剤燃料ガスを導入する第２入口流路３４と、酸化剤燃料排ガスを排出する第２出口流路３５と、を有すると共に、第２入口流路３４及び第２出口流路３５が、第２片持ち梁部３２内において熱交換可能な程度に近接配置される。真空容器５０は、第１基板２０及び第２基板３０を囲み、第１固定部２３及び第２固定部３３が固定され、セル１０から発せられる熱を内部に封じ込める。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

可搬性を有する小型燃料電池であって、該小型燃料電池は、
アノードとカソードとそれらの間に介在する電解質とを有するセルと、
前記セルを収容する第１基板であって、セルが配置される第１主部と、第１主部から延在する第１片持ち梁部と、第１片持ち梁部から延在し、第１片持ち梁部を固定するための第１固定部と、を有し、さらに、セルのアノードに還元性燃料ガスを導入する第１入口流路と、セルのアノードから還元性燃料排ガスを排出する第１出口流路と、を有すると共に、第１入口流路及び第１出口流路が、第１片持ち梁部内において熱交換可能な程度に近接配置される、第１基板と、
前記第１基板と共にセルを覆うように収容する第２基板であって、セルが配置される第２主部と、第１片持ち梁部の延在方向と一致するように第２主部から延在する第２片持ち梁部と、第２片持ち梁部から延在し、第２片持ち梁部を固定するための第２固定部と、を有し、さらに、セルのカソードに酸化剤燃料ガスを導入する第２入口流路と、セルのカソードから酸化剤燃料排ガスを排出する第２出口流路と、を有すると共に、第２入口流路及び第２出口流路が、第２片持ち梁部内において熱交換可能な程度に近接配置される、第２基板と、
前記セルから発せられる熱を内部に封じ込めるための真空容器であって、第１基板及び第２基板を囲み、第１固定部及び第２固定部が固定される、真空容器と、
を具備することを特徴とする小型燃料電池。

【請求項2】

請求項１に記載の小型燃料電池において、前記第１基板及び第２基板は、セラミックス、ガラス、無機結晶の何れかからなることを特徴とする小型燃料電池。

【請求項3】

請求項１に記載の小型燃料電池において、前記第１基板及び第２基板は、積層される、又は一体形成されることを特徴とする小型燃料電池。

【請求項4】

請求項１に記載の小型燃料電池であって、該小型燃料電池は、セルと第１基板と第２基板とからなる基板構造が、上面視で第１片持ち梁部の延在方向が一致するように複数積層されることを特徴とする小型燃料電池。

【請求項5】

請求項４に記載の小型燃料電池において、複数積層される小型燃料電池は、
前記各第１入口流路がそれぞれ接続され並列の流路として構成され、
前記各第１出口流路がそれぞれ接続され並列の流路として構成され、
前記各第２入口流路がそれぞれ接続され並列の流路として構成され、
前記各第２出口流路がそれぞれ接続され並列の流路として構成される、
ことを特徴とする小型燃料電池。

【請求項6】

請求項４に記載の小型燃料電池において、複数積層される小型燃料電池は、
前記第１出口流路が他の第１入口流路に接続され直列の流路として構成され、
前記第２出口流路が他の第２入口流路に接続され直列の流路として構成される、
ことを特徴とする小型燃料電池。

【請求項7】

請求項１に記載の小型燃料電池において、前記第１基板又は第２基板は、ヒータ用又は温度センサ用の金属部を有することを特徴とする小型燃料電池。

【請求項8】

請求項１に記載の小型燃料電池において、前記第１基板及び第２基板は、第１主部及び第２主部のセルが配置される面の反対側の面に、又は第１主部及び第２主部のセルが配置される面の反対側の面及び側面に、輻射軽減用の金属薄膜が形成されることを特徴とする小型燃料電池。

【請求項9】

請求項１に記載の小型燃料電池において、
前記第１片持ち梁部は、第１固定部に向かって末広がり形状を有し、
前記第２片持ち梁部は、第２固定部に向かって末広がり形状を有する、
ことを特徴とする小型燃料電池。

【請求項10】

請求項１に記載の小型燃料電池において、
前記第１入口流路及び第１出口流路は、第１基板に設けられる第１凹溝により提供され、
前記第２入口流路及び第２出口流路は、第２基板に設けられる第２凹溝により提供され、
前記第１入口流路及び第１出口流路は、それぞれ第２入口流路及び第２出口流路と上面視で重ならないように配置されることを特徴とする小型燃料電池。

【請求項11】

請求項１に記載の小型燃料電池であって、さらに、前記第１基板と第２基板の間に介在するように位置合わせされるスペーサ基板を有し、
前記スペーサ基板は、セルを収容する貫通空間を有するスペーサ主部と、第１片持ち梁部の延在方向と一致するようにスペーサ主部から延在するスペーサ片持ち梁部と、スペーサ片持ち梁部から延在しスペーサ片持ち梁部を固定するためのスペーサ固定部とを有する、
ことを特徴とする小型燃料電池。

【請求項12】

請求項１１に記載の小型燃料電池において、
前記第１入口流路及び第１出口流路は、第１基板及び／又はスペーサ基板に設けられる第１凹溝により提供され、
前記第２入口流路及び第２出口流路は、第２基板及び／又はスペーサ基板に設けられる第２凹溝により提供される、
ことを特徴とする小型燃料電池。

【請求項13】

請求項１２に記載の小型燃料電池において、前記第１入口流路及び第１出口流路は、それぞれ第２出口流路及び第２入口流路と上面視で重なるように配置されることを特徴とする小型燃料電池。

【請求項14】

請求項１に記載の小型燃料電池であって、さらに、セルのアノードに導入される還元性燃料ガスを改質するための燃料改質触媒を有し、
前記燃料改質触媒は、第１入口流路のセル近傍に配置される、
ことを特徴とする小型燃料電池。

【請求項15】

請求項１に記載の小型燃料電池において、
前記第１固定部は、第１主部の周囲を囲うように配置され、
前記第２固定部は、第２主部の周囲を囲うように配置され、
前記第１固定部及び第２固定部は、真空容器に密閉状態で固定される、
ことを特徴とする小型燃料電池。

【請求項16】

請求項１に記載の小型燃料電池において、前記セルは、平板セル又はチューブ型セルであることを特徴とする小型燃料電池。

【請求項17】

請求項１乃至請求項１６の何れかに記載の小型燃料電池であって、さらに、
前記第１出口流路中に配置され、第１出口流路に対して流路断面積が小さくなる喉部を有することでベンチュリ効果が得られるベンチュリ管構造であって、喉部に設けられる吸込口を有し、第２出口流路が吸込口に接続される、ベンチュリ管構造と、
を具備することを特徴とする小型燃料電池。

【請求項18】

請求項１７に記載の小型燃料電池において、前記第２出口流路は、吸込口に対してベンチュリ管構造の還元性燃料排ガスの流れる下流方向に傾斜して接続されることを特徴とする小型燃料電池。

【請求項19】

請求項１７に記載の小型燃料電池において、前記第２出口流路は、ベンチュリ管構造の吸込口に接続されるところで第２出口流路に対して流路断面積が小さくなる括れ部を有することを特徴とする小型燃料電池。

【請求項20】

請求項１乃至請求項１９の何れかに記載の小型燃料電池であって、
小型燃料電池の燃料が液体燃料からなり、
さらに、液体燃料を吸い込むために第１入口流路中に配置され、第１入口流路に対して流路断面積が小さく毛細管現象が得られる毛細管構造を具備する、
ことを特徴とする小型燃料電池。

【請求項21】

請求項２０に記載の小型燃料電池において、前記毛細管構造は、セルの作動温度により加熱される位置に配置されることを特徴とする小型燃料電池。

【請求項22】

請求項２１に記載の小型燃料電池において、前記毛細管構造は、吸い込まれる液体燃料が加熱され蒸発することで還元性燃料ガスとすることを特徴とする小型燃料電池。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は小型燃料電池に関し、特に、可搬性を有する小型燃料電池に関する。

【背景技術】

【0002】

燃料電池とは、電気化学反応によって燃料の化学エネルギから電力を取り出す電池をいう。燃料電池は、アノードとカソードとそれらの間に介在する電解質とを有するセルを用いたものである。燃料電池には、使用する電解質の種類等によっていくつかの方式がある。例えば、固体酸化物形燃料電池（Ｓｏｌｉｄ Ｏｘｉｄｅ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ：ＳＯＦＣ）は、電解質として、イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）を用いたものである。ＳＯＦＣの作動温度は７００℃－１，０００℃と高温であるため、エネルギ密度が高く、高温の排出ガスを利用することで全体の高効率化を図れるといった利点がある一方、可搬性を有する小型燃料電池として適用しようとした場合には、高い耐熱性や断熱性が必要となる。

【0003】

従来の可搬性を有するＳＯＦＣは、主にＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ－Ｅｌｅｃｔｒｏ－Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ）を使って基板上に燃料電池のセルを集積する方法が取られていた（非特許文献１）。

【0004】

また、ＳＯＦＣの性能評価試験を行うための評価ホルダとして、特許文献１が知られている。特許文献１の評価ホルダは、ガス導入管及びガス排出管が設けられるアルミナ製の筐体内に評価対象となるＳＯＦＣを収容し、ＳＯＦＣのセルサイズに関わらず安定した性能評価試験を行うことができるものである。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１５－０３２５５３号公報

【非特許文献】

【0006】

【非特許文献1】Ｒｅｖｉｅｗ ｏｎ ｍｉｃｒｏｆａｂｒｉｃａｔｅｄ ｍｉｃｒｏ－ｓｏｌｉｄ ｏｘｉｄｅ ｆｕｅｌ ｃｅｌｌ ｍｅｍｂｒａｎｅｓ、Ａｎｎａ Ｅｖａｎｓら、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｐｏｗｅｒ Ｓｏｕｒｃｅｓ １９４ （２００９）、ｐ．ｐ．１１９-１２９

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

しかしながら、上述の非特許文献１のようにＭＥＭＳを用いた可搬性を有するＳＯＦＣは、コストが高くなるという問題があった。また、基板とセルの熱膨張係数の違いにより、高温作動させた場合に基板やセルが破損することがあり、高温作動させるのが難しいという問題もあった。

【0008】

さらに、耐熱性だけでなく、熱損失を減らし高温作動させて発電効率を向上させるためには断熱性も重要となる。しかしながら、上述の特許文献１のような評価ホルダでは、実用的な可搬性を有する燃料電池として応用する場合に、熱損失が大きく発電効率が低くなる問題があった。具体的には、ガス導入管及びガス排出管が離れた２本に分かれているため、熱応力が分散し、熱の利用効率が悪かった。さらに、アルミナ製の筐体とガス管の熱膨張率の違いにより、ガス管に歪が生じてしまうおそれもあった。

【0009】

本発明は、斯かる実情に鑑み、耐熱性や断熱性、発電効率が高く可搬性を有する小型燃料電池を提供しようとするものである。

【課題を解決するための手段】

【0010】

上述した本発明の目的を達成するために、本発明による小型燃料電池は、アノードとカソードとそれらの間に介在する電解質とを有するセルと、セルを収容する第１基板であって、セルが配置される第１主部と、第１主部から延在する第１片持ち梁部と、第１片持ち梁部から延在し、第１片持ち梁部を固定するための第１固定部と、を有し、さらに、セルのアノードに還元性燃料ガスを導入する第１入口流路と、セルのアノードから還元性燃料排ガスを排出する第１出口流路と、を有すると共に、第１入口流路及び第１出口流路が、第１片持ち梁部内において熱交換可能な程度に近接配置される、第１基板と、第１基板と共にセルを覆うように収容する第２基板であって、セルが配置される第２主部と、第１片持ち梁部の延在方向と一致するように第２主部から延在する第２片持ち梁部と、第２片持ち梁部から延在し、第２片持ち梁部を固定するための第２固定部と、を有し、さらに、セルのカソードに酸化剤燃料ガスを導入する第２入口流路と、セルのカソードから酸化剤燃料排ガスを排出する第２出口流路と、を有すると共に、第２入口流路及び第２出口流路が、第２片持ち梁部内において熱交換可能な程度に近接配置される、第２基板と、セルから発せられる熱を内部に封じ込めるための真空容器であって、第１基板及び第２基板を囲み、第１固定部及び第２固定部が固定される、真空容器と、を具備するものである。

【0011】

ここで、第１基板及び第２基板は、セラミックス、ガラス、無機結晶の何れかからなるものであれば良い。

【0012】

また、第１基板及び第２基板は、積層される、又は一体形成されるものであれば良い。

【0013】

また、本発明の小型燃料電池は、セルと第１基板と第２基板とからなる基板構造が、上面視で第１片持ち梁部の延在方向が一致するように複数積層されるものであっても良い。

【0014】

ここで、複数積層される小型燃料電池は、各第１入口流路がそれぞれ接続され並列の流路として構成され、各第１出口流路がそれぞれ接続され並列の流路として構成され、各第２入口流路がそれぞれ接続され並列の流路として構成され、各第２出口流路がそれぞれ接続され並列の流路として構成される、ものであっても良い。

【0015】

また、複数積層される小型燃料電池は、第１出口流路が他の第１入口流路に接続され直列の流路として構成され、第２出口流路が他の第２入口流路に接続され直列の流路として構成される、ものであっても良い。

【0016】

また、第１基板又は第２基板は、ヒータ用又は温度センサ用の金属部を有するものであっても良い。

【0017】

また、第１基板及び第２基板は、第１主部及び第２主部のセルが配置される面の反対側の面に、又は第１主部及び第２主部のセルが配置される面の反対側の面及び側面に、輻射軽減用の金属薄膜が形成されるものであっても良い。

【0018】

また、第１片持ち梁部は、第１固定部に向かって末広がり形状を有し、第２片持ち梁部は、第２固定部に向かって末広がり形状を有する、ものであっても良い。

【0019】

また、第１入口流路及び第１出口流路は、第１基板に設けられる第１凹溝により提供され、第２入口流路及び第２出口流路は、第２基板に設けられる第２凹溝により提供され、第１入口流路及び第１出口流路は、それぞれ第２入口流路及び第２出口流路と上面視で重ならないように配置されるものであっても良い。

【0020】

さらに、第１基板と第２基板の間に介在するように位置合わせされるスペーサ基板を有するものであっても良く、スペーサ基板は、セルを収容する貫通空間を有するスペーサ主部と、第１片持ち梁部の延在方向と一致するようにスペーサ主部から延在するスペーサ片持ち梁部と、スペーサ片持ち梁部から延在しスペーサ片持ち梁部を固定するためのスペーサ固定部とを有するものであれば良い。

【0021】

また、第１入口流路及び第１出口流路は、第１基板及び／又はスペーサ基板に設けられる第１凹溝により提供され、第２入口流路及び第２出口流路は、第２基板及び／又はスペーサ基板に設けられる第２凹溝により提供される、ものであっても良い。

【0022】

ここで、第１入口流路及び第１出口流路は、それぞれ第２出口流路及び第２入口流路と上面視で重なるように配置されるものであっても良い。

【0023】

さらに、セルのアノードに導入される還元性燃料ガスを改質するための燃料改質触媒を有するものであっても良く、燃料改質触媒は、第１入口流路のセル近傍に配置される、ものであれば良い。

【0024】

また、第１固定部は、第１主部の周囲を囲うように配置され、第２固定部は、第２主部の周囲を囲うように配置され、第１固定部及び第２固定部は、真空容器に密閉状態で固定される、ものであっても良い。

【0025】

また、セルは、平板セル又はチューブ型セルであれば良い。

【0026】

さらに、第１出口流路中に配置され、第１出口流路に対して流路断面積が小さくなる喉部を有することでベンチュリ効果が得られるベンチュリ管構造であって、喉部に設けられる吸込口を有し、第２出口流路が吸込口に接続される、ベンチュリ管構造と、を具備するものであっても良い。

【0027】

また、第２出口流路は、吸込口に対してベンチュリ管構造の還元性燃料排ガスの流れる下流方向に傾斜して接続されるものであっても良い。

【0028】

また、第２出口流路は、ベンチュリ管構造の吸込口に接続されるところで第２出口流路に対して流路断面積が小さくなる括れ部を有するものであっても良い。

【0029】

また、小型燃料電池の燃料が液体燃料からなり、さらに、液体燃料を吸い込むために第１入口流路中に配置され、第１入口流路に対して流路断面積が小さく毛細管現象が得られる毛細管構造を具備する、ものであっても良い。

【0030】

また、毛細管構造は、セルの作動温度により加熱される位置に配置されるものであっても良い。

【0031】

また、毛細管構造は、吸い込まれる液体燃料が加熱され蒸発することで還元性燃料ガスとするものであっても良い。

【発明の効果】

【0032】

本発明の小型燃料電池には、可搬性を有しながら耐熱性や断熱性、発電効率が高いという利点がある。

【図面の簡単な説明】

【0033】

【図1】図１は、本発明の小型燃料電池を説明するための概略図である。

【図2】図２は、本発明の小型燃料電池の第１基板と第２基板とスペーサ基板の詳細を説明するための概略図である。

【図3】図３は、本発明の小型燃料電池の基板が２層構造の場合の詳細を説明するための概略図である。

【図4】図４は、本発明の小型燃料電池が燃料改質触媒を有する場合の例について説明するための一部概略側断面図である。

【図5】図５は、本発明の小型燃料電池の基板の固定部の他の例の詳細を説明するための概略分解斜視図である。

【図6】図６は、本発明の小型燃料電池の基板の固定部を真空容器へ固定する構造を説明するための概略側断面図である。

【図7】図７は、本発明の小型燃料電池を積層構造とした例の詳細を説明するための概略側面図である。

【図8】図８は、本発明の小型燃料電池を積層構造とした他の例の詳細を説明するための概略側面図である。

【図9】図９は、本発明の小型燃料電池の吸排気を説明するための概略側断面図である。

【図10】図１０は、本発明の小型燃料電池の３層構造の基板にベンチュリ管構造を組み込んだ場合の詳細を説明するための概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0034】

以下、本発明を実施するための形態を図示例と共に説明する。本発明の小型燃料電池は、可搬性を有するものである。図１は、本発明の小型燃料電池を説明するための概略図であり、図１（ａ）が側断面図であり、図１（ｂ）が一部断面上面図である。図示の通り、本発明の小型燃料電池は、セル１０と、第１基板２０と、第２基板３０と、スペーサ基板４０と、真空容器５０とから主に構成されている。

【0035】

セル１０は、アノード１１とカソード１２とそれらの間に介在する電解質１３とを有するものである。以下の説明では、主に固体酸化物形燃料電池セル（Ｓｏｌｉｄ Ｏｘｉｄｅ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ：ＳＯＦＣ）をセル１０として用いた例について説明するが、本発明はこれに限定されない。セル１０としては高温作動するものが好ましく、ＳＯＦＣ以外に、例えば溶融炭酸塩形燃料電池セル（Ｍｏｌｔｅｎ Ｃａｒｂｏｎａｔｅ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ：ＭＣＦＣ）やプロトン導電性セラミック燃料電池セル（Ｐｒｏｔｏｎｉｃ Ｃｅｒａｍｉｃ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ：ＰＣＦＣ）が適用可能である。さらに、高温作動するものには必ずしも限定されず、低温作動するものであっても熱損失を減らせ発電効率を向上可能であるため、例えばリン酸形燃料電池（Ｐｈｏｓｐｈｏｒｉｃ Ａｃｉｄ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ：ＰＡＦＣ）や固体高分子形燃料電池（ Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ：ＰＥＦＣ）、アルカリ形燃料電池（Ａｌｋａｌｉｎｅ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ：ＡＦＣ）等であっても適用可能である。また、固体酸化物形電解セル（Ｓｏｌｉｄ Ｏｘｉｄｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｚｅｒ Ｃｅｌｌ： ＳＯＥＣ）でも適用可能である。その他、既存の又は今後開発されるべきあらゆる燃料電池が適用可能である。

【0036】

また、セル１０は、図示例では平板セルを示した。以下の説明では、主に平板セル、具体的には円形平板セルを例に説明する。しかしながら、本発明はこれに限定されず、セルは方形平板セルであっても良い。また、セル１０は、チューブ型セルであっても良い。チューブ型セルは、１本のチューブだけに限定されず、複数本のチューブを束ねたものであっても良い。

【0037】

図２を用いて、第１基板２０と第２基板３０とスペーサ基板４０の詳細について説明する。図２は、本発明の小型燃料電池の第１基板と第２基板とスペーサ基板の詳細を説明するための概略図であり、図２（ａ）が分解斜視図であり、図２（ｂ）が固定部側から見た側面図である。図中、図１と同一の符号を付した部分は同一物を表している。なお、図示例では第１基板２０と第２基板３０とスペーサ基板４０を用いた３層構造の例を示したが、本発明はこれに限定されず、スペーサ基板を用いない２層構造であっても良い。また、セルと基板部分のみを示し、他のものは図示を省略した。

【0038】

第１基板２０は、セル１０を収容するものである。第１基板２０は、例えばセラミックスからなるものであれば良い。なお、本発明はこれに限定されず、第１基板２０は、例えばガラスや無機結晶等であっても良い。

【0039】

図示の通り、第１基板２０は、第１主部２１と、第１片持ち梁部２２と、第１固定部２３とを有するものである。第１主部２１は、セル１０が配置される部分である。図示例では、セル１０が配置される部分に円柱状の窪みが設けられている。第１片持ち梁部２２は、第１主部２１から延在するものである。第１片持ち梁部２２は、第１主部２１よりも細いものであり、第１主部２１を１本の梁で支えるものである。第１固定部２３は、第１片持ち梁部２２を固定するためのものである。第１固定部２３は、後述の真空容器５０に固定される部分である。

【0040】

また、第１基板２０は、第１入口流路２４と、第１出口流路２５とを有するものである。図示例では、第１入口流路２４及び第１出口流路２５は、第１基板２０に設けられる第１凹溝により提供されている。第１入口流路２４は、セル１０のアノード１１に還元性燃料ガスを導入するものである。より具体的には、第１入口流路２４は、第１固定部２３から第１片持ち梁部２２を通り第１主部２１に配置されるセル１０のアノード１１に還元性燃料ガスを導入するものである。還元性燃料ガスは、例えば水素等である。また、第１出口流路２５は、セル１０のアノード１１から還元性燃料排ガスを排出するものである。より具体的には、第１出口流路２５は、第１主部２１に配置されるセル１０のアノード１１から第１片持ち梁部２２を通り第１固定部２３から還元性燃料排ガスを排出するものである。還元性燃料排ガスには、未反応ガスも含まれる。ここで、本発明の小型燃料電池では、第１入口流路２４及び第１出口流路２５が、第１片持ち梁部２２内において熱交換可能な程度に近接配置されていることが特徴の１つとなっている。即ち、第１入口流路２４は温度の低いガスが流れる流路である一方、第１出口流路２５はセル１０を通った後の温度の高いガスが流れる流路である。このため、これらの流路を熱交換可能な程度に近接配置すると、第１出口流路２５に流れる高温の還元性燃料排ガスを、第１入口流路２４に流れる低温の還元性燃料ガスで冷やすことが可能となる。逆にいうと、第１入口流路２４に流れる低温の還元性燃料ガスを、第１出口流路２５に流れる高温の還元性燃料排ガスで温めることが可能となる。したがって、第１片持ち梁部２２が不必要に高温になり過ぎることを防止できると共に、予め還元性燃料ガスを還元性燃料排ガスで温めてからアノード１１に導入することも可能になる。これにより、発電効率を高めることが可能となる。ここで、第１片持ち梁部２２内において、第１入口流路２４及び第１出口流路２５は、その間の距離を近付けるほど、また、流路断面積が小さいほど、熱交換が起こりやすくなる。また、流路断面を長方形とし、第１入口流路２４と第１出口流路２５とが対向する面を広くすることでも熱交換が起こりやすくなる。さらに、図示例では、第１固定部２３側から見て、第１入口流路２４が第１主部２１の遠い側からセル１０に還元性燃料ガスを導入するようにセル１０近傍を迂回する流路が設けられると共に、第１出口流路２５が第１主部２１の近い側から還元性燃料排ガスを排出するようにセル１０から直線的な流路が設けられている。これにより、還元性燃料ガスを導入する際に、熱いセル１０近傍を迂回させることで、セル１０の熱により還元性燃料ガスをさらに温めることも可能である。

【0041】

第１基板２０において、セラミックス等の同一材料を用いて第１主部２１や第１片持ち梁部２２、第１固定部２３、さらには第１入口流路２４や第１出口流路２５が形成されるため、熱膨張係数の違いによる問題は起きない。なお、第１主部２１や第１片持ち梁部２２、第１固定部２３は、必ずしも同一材料で一体形成されるものには限定されず、熱膨張係数が近いものであれば個々に形成されるものを組み合わせたものであっても良い。

【0042】

第２基板３０は、第１基板２０と共にセル１０を覆うように収容するものである。第２基板３０も、例えばセラミックスからなるものであれば良い。なお、本発明はこれに限定されず、第２基板３０は、例えばガラスや無機結晶等であっても良い。

【0043】

図２に示される通り、第２基板３０は、基本構造は第１基板２０と同様である。第２基板３０は、第２主部３１と、第２片持ち梁部３２と、第２固定部３３とを有するものである。第２主部３１は、セル１０が配置される部分である。図示例では、セル１０が配置される部分に円柱状の窪みが設けられている。第２片持ち梁部３２は、第２主部３１から延在するものである。第２片持ち梁部３２は、第２主部３１よりも細いものであり、第２主部３１を１本の梁で支えるものである。図１（ｂ）に示される通り、第２片持ち梁部３２は、第１片持ち梁部２２の延在方向と一致するように第２主部３１から延在するものである。第２固定部３３は、第２片持ち梁部３２を固定するためのものである。第２固定部３３は、後述の真空容器５０に固定される部分である。

【0044】

また、第２基板３０は、第２入口流路３４と、第２出口流路３５とを有するものである。図示例では、第２入口流路３４及び第２出口流路３５は、第２基板３０に設けられる第２凹溝により提供されている。第２入口流路３４は、セル１０のカソード１２に酸化剤燃料ガスを導入するものである。より具体的には、第２入口流路３４は、第２固定部３３から第２片持ち梁部３２を通り第２主部３１に配置されるセル１０のカソード１２に酸化剤燃料ガスを導入するものである。酸化剤燃料ガスは、例えば酸素等である。また、第２出口流路３５は、セル１０のカソード１２から酸化剤燃料排ガスを排出するものである。より具体的には、第２出口流路３５は、第２主部３１に配置されるセル１０のカソード１２から第２片持ち梁部３２を通り第２固定部３３から酸化剤燃料排ガスを排出するものである。酸化剤燃料排ガスには、未反応ガスも含まれる。ここで、本発明の小型燃料電池では、第２入口流路３４及び第２出口流路３５が、第２片持ち梁部３２内において熱交換可能な程度に近接配置されていることが特徴の１つとなっている。即ち、第２入口流路３４は温度の低いガスが流れる流路である一方、第２出口流路３５はセル１０を通った後の温度の高いガスが流れる流路である。このため、これらの流路を熱交換可能な程度に近接配置すると、第２出口流路３５に流れる高温の酸化剤燃料排ガスを、第２入口流路３４に流れる低温の酸化剤燃料ガスで冷やすことが可能となる。逆にいうと、第２入口流路３４に流れる低温の酸化剤燃料ガスを、第２出口流路３５に流れる高温の酸化剤燃料排ガスで温めることが可能となる。したがって、第２片持ち梁部３２が不必要に高温になり過ぎることを防止できると共に、予め酸化剤燃料ガスを酸化剤燃料排ガスで温めてからカソード１２に導入することも可能となる。これにより、発電効率を高めることが可能となる。ここで、第２片持ち梁部３２内において、第２入口流路３４及び第２出口流路３５は、その間の距離を近付けるほど、また、流路断面積が小さいほど、熱交換が起こりやすくなる。また、流路断面を長方形とし、第２入口流路３４と第２出口流路３５とが対向する面を広くすることでも熱交換が起こりやすくなる。さらに、図示例では、第２固定部３３側から見て、第２入口流路３４が第２主部３１の遠い側からセル１０に酸化剤燃料ガスを導入するようにセル１０近傍を迂回する流路が設けられると共に、第２出口流路３５が第２主部３１の近い側から酸化剤燃料排ガスを排出するようにセル１０から直線的な流路が設けられている。これにより、酸化剤燃料ガスを導入する際に、熱いセル１０近傍を迂回させることで、セル１０の熱により酸化剤燃料ガスをさらに温めることも可能である。

【0045】

第２基板３０においても、セラミックス等の同一材料を用いて第２主部３１や第２片持ち梁部３２、第２固定部３３、さらには第２入口流路３４や第２出口流路３５が形成されるため、熱膨張係数の違いによる問題は起きない。なお、第２主部３１や第２片持ち梁部３２、第２固定部３３は、必ずしも同一材料で一体形成されるものには限定されず、熱膨張係数が近いものであれば個々に形成されるものであっても良い。

【0046】

ここで、図２（ｂ）に示される通り、第１入口流路２４及び第１出口流路２５は、それぞれ第２出口流路３５及び第２入口流路３４と上面視で重なるように配置されるように構成されても良い。このように配置されると、第１入口流路２４と第２出口流路３５との間でも、熱交換可能な程度に近接配置可能となる。また、同様に、第１出口流路２５と第２入口流路３４との間でも、熱交換可能な程度に近接配置可能となる。

【0047】

さらに、図２に示される例は、３層構造の例であり、スペーサ基板４０が第１基板２０と第２基板３０の間に介在するように位置合わせされている。スペーサ基板４０も、例えばセラミックスからなるものであれば良い。なお、本発明はこれに限定されず、スペーサ基板４０は、例えばガラスや無機結晶等であっても良い。

【0048】

スペーサ基板４０は、スペーサ主部４１と、スペーサ片持ち梁部４２と、スペーサ固定部４３とを有するものである。スペーサ主部４１は、セル１０を収容する貫通空間４４を有する部分である。図示例では、セル１０を収容する円形の貫通空間４４が設けられている。スペーサ片持ち梁部４２は、スペーサ主部４１から延在するものである。スペーサ片持ち梁部４２は、スペーサ主部４１よりも細いものであり、スペーサ主部４１を１本の梁で支えるものである。図１（ｂ）に示される通り、スペーサ片持ち梁部４２は、第１片持ち梁部２２の延在方向と一致するようにスペーサ主部４１から延在するものである。スペーサ固定部４３は、スペーサ片持ち梁部４２を固定するためのものである。スペーサ固定部４３は、後述の真空容器５０に固定される部分である。

【0049】

なお、上述の通り、図示例では、第１入口流路２４及び第１出口流路２５は、第１基板２０に設けられる凹溝により提供されており、第２入口流路３４及び第２出口流路３５は、第２基板３０に設けられる凹溝により提供される例を示した。しかしながら、本発明はこれに限定されず、スペーサ基板４０側に凹溝を設けてこれらの流路が提供されても良い。さらに、第１基板２０とスペーサ基板４０、及び第２基板３０とスペーサ基板４０にそれぞれ位置合わせされて設けられる凹溝をそれぞれ組み合わせることで、流路が提供されても良い。

【0050】

このように、第１基板２０、第２基板３０、及びスペーサ基板４０は、外形上は同一形状を有しており、積層されることで一体的になるものである。しかしながら、本発明はこれに限定されず、例えば３Ｄプリンタ等により一体形成されても良い。３Ｄプリンタ等により形成される場合には、各流路は凹溝ではなく、中空な孔で提供されれば良い。

【0051】

再度図１を参照すると、真空容器５０は、セル１０から発せられる熱を内部に封じ込めるためのものである。真空容器５０は、真空やアルゴンガス等の希ガスを用いた断熱構造を有するものであれば良い。真空容器５０は、第１基板２０、第２基板３０、及びスペーサ基板４０を囲むものである。また、真空容器５０には、第１固定部２３、第２固定部３３、及びスペーサ固定部４３が固定されるものである。真空容器５０の内部空間を、真空やアルゴンガス等の希ガスを用いて雰囲気制御することで、断熱構造とすれば良い。

【0052】

ここで、図１（ｂ）を参照すると、第１片持ち梁部２２は、破線で表す通り、第１固定部２３に向かって末広がり形状を有するものであっても良い。同様に、第２片持ち梁部３２は、第２固定部３３に向かって末広がり形状を有するものであっても良い。より具体的には、第１片持ち梁部２２と第１固定部２３の接続部が、末広がり形状を有するように構成されても良い。同様に、第２片持ち梁部３２と第２固定部３３の接続部が、末広がり形状を有するように構成されても良い。末広がり形状は、曲線的に末広がりになっても良いし、図示の破線のように直線的に末広がりになっても良い。直線的な末広がり形状にするほうが、熱耐久性はより高くなる。また、末広がり形状と固定部の接続部の角度θは、熱耐久性の観点からは２０°－４０°程度の角度が好ましい。

【0053】

本発明の小型燃料電池は、上述のような構成により、セルを高温作動させたとしても、片持ち梁部により片持ちとすることで、第１基板２０や第２基板３０、スペーサ基板４０が熱により破損するリスクを減らすことが可能であり耐熱性の高いものとなる。また、流路を熱交換可能な程度に近接配置することや、真空容器で断熱することで、断熱性が高く、発電効率が高くなる。

【0054】

次に、図３を用いて本発明の小型燃料電池の基板構造の他の例について説明する。図３は、本発明の小型燃料電池の基板が２層構造の場合の詳細を説明するための概略図であり、図３（ａ）が分解斜視図であり図３（ｂ）が固定部側から見た側面図である。図中、図１と同一の符号を付した部分は同一物を表している。図２に示される例は３層構造の例であったが、図３に示される例は、スペーサ基板を用いない２層構造の例である。なお、図示例では、第１主部２１や第２主部３１が方形状のものを示したが、本発明はこれに限定されず、円形状の主部であっても良い。また、セル１０の例として、チューブ型セルを用いたものを示したが、本発明はこれに限定されず、平板セルであっても良い。

【0055】

図示の通り、本発明の小型燃料電池は、スペーサ基板を用いず、第１基板２０と第２基板３０とを用いた２層構造であっても良い。第１入口流路２４及び第１出口流路２５が第１凹溝により提供され、第２入口流路３４及び第２出口流路３５が第２凹溝により提供される場合、２層構造だと上面視で重なるように配置されると流路が繋がってしまうことになる。したがって、２層構造で流路が凹溝で提供される場合には、図３（ｂ）に示されるように、第１入口流路２４及び第１出口流路２５は、それぞれ第２入口流路３４及び第２出口流路３５と上面視で重ならないように配置されれば良い。このように配置されても、各流路は熱交換可能な程度に近接配置可能である。

【0056】

さらに、本発明の小型燃料電池は、燃料改質触媒を有するものであっても良い。図４は、本発明の小型燃料電池が燃料改質触媒を有する場合の例について説明するための一部概略側断面図である。図中、図１と同一の符号を付した部分は同一物を表している。なお、図４に示される例は、３Ｄプリンタにより一体形成されたものを示した。また、セル１０は、集電体１４を介して第１基板２０と第２基板３０の間に配置されたものを示した。例えば、燃料電池においては、メタンと水を反応させて水素を発生させ還元性燃料ガスとする際に、銅触媒等を用いている。このような化学的転換には高温が必要となる。そこで、図４に示される通り、本発明の小型燃料電池は、燃料改質触媒６０を有するものであっても良い。燃料改質触媒６０は、第１入口流路２４に配置されれば良い。具体的には、燃料改質触媒６０は、第１入口流路２４のセル１０近傍に配置されれば良い。より具体的には、セル１０の上側近傍を通るように構成される第１入口流路２４内の、セル１０の上側近傍に燃料改質触媒６０を配置すれば良い。本発明の小型燃料電池では、図４に示されるように構成することで、セル１０から発生する熱を燃料改質触媒６０に与えることが可能となり、改質の効率が良くなる。

【0057】

次に、図５を用いて本発明の小型燃料電池の基板の固定部の他の例について説明する。図５は、本発明の小型燃料電池の基板の固定部の他の例の詳細を説明するための概略分解斜視図である。図中、図１と同一の符号を付した部分は同一物を表している。なお、図示例では、３層構造の例を示したが、本発明はこれに限定されず、２層構造であっても良い。図示の通り、第１固定部２３は、第１主部２１の周囲を覆うように配置されている。具体的には、第１固定部２３は、リング状に構成されている。同様に、第２固定部３３も、第２主部３１の周囲を覆うように配置されている。具体的には、第２固定部３３は、リング状に構成されている。さらに、スペーサ基板４０のスペーサ固定部４３も、スペーサ主部４１の周囲を覆うようにリング状に構成されている。なお、各流路については上述の図示例と同様に配置されていれば良い。また、図示例では、第１固定部２３、第２固定部３３の流路の端部、及びこれらに対応するスペーサ固定部４３の端部が、タブ形状に構成される例を示した。また、図示例では、各固定部が各主部に対して同心円のリング状に構成される例を示した。しかしながら、本発明はこれに限定されず、各片持ち梁部をより長くしたり短くしたりすることで同心円とならないものであっても良い。また、本発明の小型燃料電池では、図示例のように主部や固定部が円形のものではなく、例えば六角形のものであっても良い。

【0058】

さらに、本発明の小型燃料電池の第１基板２０や第２基板３０には、ヒータ用や温度センサ用に利用可能な金属部が設けられても良い。図５に示されるように、第１主部２１や第２主部３１のセル１０が配置される面に、金属部６１が配置されれば良い。金属部６１は、例えば白金等からなるものであれば良い。金属部６１に電流を流せば、金属部６１をヒータとして用いることが可能である。これによりセル１０の作動温度を上げることが可能となる。また、金属部６１の抵抗値の変化を測定すれば温度センサとなるため、セル１０の温度を計測することが可能となる。なお、金属部６１は、第１基板２０と第２基板３０の両方に設けられるものであっても良いし、どちらか一方に設けられるものであっても良い。また、図示例ではセル１０が配置される面に金属部６１が設けられる例を示したが、本発明はこれに限定されない。例えば、第１主部２１や第２主部３１には、セル１０が配置される部分に円柱状の窪みが設けられているため、この窪みの内側側面に金属部が設けられていても良い。また、ヒータ用や温度センサ用に利用可能な金属部は、温めたり温度計測が必要な位置に配置されたりすれば良く、基板表面だけでなく基板の内部に埋め込まれても良い。

【0059】

さらに、本発明の小型燃料電池の第１基板２０や第２基板３０には、輻射軽減用の金属薄膜が形成されても良い。図５に示されるように、第１主部２１及び第２主部３１のセル１０が配置される面の反対側の面に、金属薄膜６２が形成されれば良い。金属薄膜６２は、セル１０から発生する熱が第１基板２０や第２基板３０の外側に輻射するのを抑えるために設けられる。輻射軽減用の金属薄膜６２を設けることで、熱損失を抑えることが可能となる。なお、図示例ではセル１０が配置される面の反対側の面にのみ金属薄膜６２を設ける例を示したが、本発明はこれに限定されず、第１主部２１及び第２主部３１のセル１０が配置される面の反対側の面だけでなく、第１主部２１及び第２主部３１の側面に金属薄膜６２を形成しても良い。これにより、より輻射を軽減可能となる。

【0060】

図６を用いて、図５に示されるような固定部を有する基板を真空容器へ固定する構造について説明する。図６は、本発明の小型燃料電池の基板の固定部を真空容器へ固定する構造を説明するための概略側断面図である。図中、図１と同一の符号を付した部分は同一物を表している。図示の通り、第１固定部２３及び第２固定部３３は、真空容器５０に密閉状態で固定されれば良い。具体的には、リング状に構成される第１固定部２３及び第２固定部３３に対して、シーリング材５１を用いてそれぞれ密閉状態で真空容器５０に固定されるように構成されている。真空容器５０は、例えばポリカーボネイト製の２枚の板状部材から構成されれば良い。リング状に構成される第１固定部２３及び第２固定部３３を上下からシーリング材５１を介在させて板状部材で挟み込むようにねじ等で固定すれば良い。このシーリング材５１で囲まれる内部空間を、真空やアルゴンガス等の希ガスを用いて雰囲気制御すれば良い。

【0061】

上述の図示例では、１つのセル１０を用いた小型燃料電池を説明したが、実用的には出力を高くするために複数のセルを積層して用いられる。以下、図７を用いて本発明の小型燃料電池を積層構造とした例について説明する。図７は、本発明の小型燃料電池を積層構造とした例の詳細を説明するための概略側面図である。図中、図１と同一の符号を付した部分は同一物を表している。なお、図示例では真空容器の図示を省略した。また、セル１０や第１基板２０、第２基板３０等からなる各基板構造は、単セル構造１５として表した。単セル構造１５は、上述の説明のような種々の構成が適用可能である。

【0062】

このように複数積層されてなる小型燃料電池において、各流路は以下のように構成されれば良い。即ち、複数の単セル構造１５の各第１入口流路２４がそれぞれ接続され、並列の流路として構成されている。同様に、各第１出口流路２５がそれぞれ接続され並列の流路として構成されている。また、各第２入口流路３４がそれぞれ接続され並列の流路として構成されている。そして、各第２出口流路３５がそれぞれ接続され並列の流路として構成されている。このように並列の流路となるように接続するために、図示の通り、各基板構造には、縦方向に延在するように構成された流路が設けられれば良い。なお、縦方向の流路は、単セル構造１５の外部に設けられても良い。このように各流路を構成することで、各セルに対して並列に燃料供給を行うことが可能となる。並列に各流路を構成すると、燃料供給量を多くできると共に燃料濃度も高めることが可能となるため、出力をより高めることが可能である。

【0063】

ここで、図示例では各入口流路及び各出口流路がそれぞれ接続され共通入口流路と共通出口流路としてまとめられたものが一番上部の単セル構造１５に設けられるものを示した。しかしながら、本発明はこれに限定されず、複数の単セル構造１５の個々に入口流路及び出口流路を設け、それぞれの単セル構造１５に対して個別に燃料供給及び排気を行うようにしても良い。

【0064】

一方、図８に示されるように、各流路を直列に構成することも可能である。図８は、本発明の小型燃料電池を積層構造とした他の例の詳細を説明するための概略側面図である。図中、図１と同一の符号を付した部分は同一物を表している。複数の単セル構造１５を積層する構造自体は図７に示される例と同様である。図８に示される例では、各流路が直列の流路として構成されている。即ち、第１出口流路２５が他の第１入口流路２４に接続され直列の流路として構成されている。また、第２出口流路３５が他の第２入口流路３４に接続され直列の流路として構成されている。図示例では、上下の基板構造の流路が左右反転した構造となっており、ジグザグの流路となるように構成された例を示した。しかしながら、本発明はこれに限定されず、上下の基板構造の流路は同じ構造で、別途折り返すための流路が設けられたものであっても良い。直列に各流路を構成すると、未反応燃料ガスを利用できるため、燃料利用効率が上がる。

【0065】

ここで、図示例では各入口流路及び各出口流路が一番上部の単セル構造１５に設けられるものを示した。しかしながら、本発明はこれに限定されず、第１入口流路２４及び第２入口流路３４が一番上部の単セル構造１５に設けられ、第１出口流路２５及び第２出口流路３５が一番下部の単セル構造１５に設けられるようにしても良い。即ち、上部から燃料供給し、下部から排気を行うようにしても良い。なお、上下はどちらでも良いのは勿論である。

【0066】

次に、本発明の小型燃料電池の吸排気について説明する。小型燃料電池において燃料を吸排気する際に、機械式ポンプを用いても良いが、本発明の小型燃料電池には、以下のようにベンチュリ効果を用いるものとすることが可能である。図９は、本発明の小型燃料電池の吸排気を説明するための概略側断面図である。図中、図１と同一の符号を付した部分は同一物を表している。図示の通り、この例では、ベンチュリ管構造７０が設けられている。ベンチュリ管構造７０は、喉部７１と、吸込口７２とを有している。喉部７１は、第１出口流路２５中に配置されている。喉部７１により第１出口流路２５に対して流路断面積が小さくなっている。このような構造によりベンチュリ効果が得られ流速が増加し圧力が低下することになる。吸込口７２は、喉部７１に設けられている。そして、第２出口流路３５が、吸込口７２に接続されている。

【0067】

このようなベンチュリ管構造７０では、第１出口流路２５を流れる還元性燃料排ガスは、ベンチュリ管構造７０の喉部７１により流速が増加する。これにより圧力が低下することで負圧となり、吸込口７２に接続される第２出口流路３５から酸化剤燃料排ガスを吸引することが可能となる。これにより、結果的に第２入口流路３４から酸化剤燃料ガスが導入されることになる。そして、第１出口流路２５と第２出口流路３５が共通出口流路２６となって、還元性燃料排ガス及び酸化剤燃料排ガスが排気されることになる。

【0068】

ここで、第２出口流路３５は、吸込口７２に対してベンチュリ管構造７０の還元性燃料排ガスの流れる下流方向に直角に接続されても良いが、図示例のように、下流方向に傾斜して接続されても良い。下流方向に傾斜して第２出口流路３５が吸込口７２に接続されることで、酸化剤燃料排ガスがよりスムーズに吸込口７２から吸引される。

【0069】

また、第２出口流路３５は、第２出口流路３５の流路の大きさのままベンチュリ管構造７０の吸込口７２に接続されても良いが、図示の通り括れ部７３を介して吸込口７２に接続されても良い。即ち、第２出口流路３５は、ベンチュリ管構造７０の吸込口７２に接続されるところで第２出口流路３５に対して流路断面積が小さくなる括れ部７３を有していても良い。括れ部７３を設けることで、より圧力が低下し流速を増加させることが可能となる。

【0070】

なお、ベンチュリ管構造７０の形状や流路の大きさについては、図示例には限定されず、必要な吸引量や吸引速度に応じて適宜設計されれば良い。

【0071】

さらに、図示の通り、第１入口流路２４に、毛細管構造２７を設けても良い。毛細管構造２７は、液体燃料を吸い込むために第１入口流路２４中に配置され、第１入口流路２４に対して流路断面積が小さく毛細管現象が得られるように構成されるものである。本発明の小型燃料電池の燃料が例えばバイオエタノール等の液体燃料の場合には、毛細管構造２７により液体燃料を吸い込むことが可能となる。毛細管構造２７による液体燃料の吸い込みによって、上述のベンチュリ管構造７０の第１出口流路２５の還元性燃料排ガスの流れにより酸化剤燃料排ガスが吸引されることになる。これにより、機械式ポンプを用いないポンプレス構造であっても燃料供給が可能となる。

【0072】

また、毛細管構造２７は、セル１０の作動温度により加熱される位置に配置されれば良い。これにより、毛細管構造２７により吸い込まれた液体燃料が加熱され、第１入口流路２４内で蒸発することで還元性燃料ガスとなる。これによりセル１０の燃料として利用可能となる。さらに、毛細管構造２７の温度をヒータにより制御すると、燃料供給量を温度により制御することも可能となる。具体的には、毛細管構造２７を加熱するヒータのオン・オフ制御により、小型燃料電池のオン・オフ制御も可能となる。

【0073】

次に、図１０を用いてベンチュリ管構造７０を組み込んだ３層構造の小型燃料電池について具体的に説明する。図１０は、本発明の小型燃料電池の３層構造の基板にベンチュリ管構造を組み込んだ場合の詳細を説明するための概略図であり、図１０（ａ）が第１基板と第２基板とスペーサ基板を重ねた状態の斜視図であり、図１０（ｂ）が第２基板を除いた第１基板とスペーサ基板を重ねた状態の斜視図であり、図１０（ｃ）が第２基板とスペーサ基板を除いた第１基板の斜視図である。図中、図９と同一の符号を付した部分は同一物を表している。なお、図示例では、ベンチュリ管構造の周辺のみを示し、他の部分は図示を省略した。また、図示例では、主部や固定部が六角形のものを示した。

【0074】

図１０に示される通り、第１基板２０にベンチュリ管構造７０が設けられている。より具体的には、セル１０のアノード１１側の第１出口流路２５が、直接喉部７１として流路断面積が小さくなるような幅狭の凹溝により提供されている。そして、流路が拡大する共通出口流路２６が喉部７１に接続される凹溝により提供されている。また、吸込口７２が喉部７１と共通出口流路２６の接続部に設けられており、吸込口７２に接続される凹溝により第２出口流路３５が提供されている。ここで、図示例では、第２出口流路３５が括れ部７３を有するものを示したので、吸込口７２に接続される凹溝は、括れ部７３となっている。

【0075】

そして、スペーサ基板４０には、第２出口流路３５が垂直方向の貫通孔により提供されている。ここで、図示例では、第２出口流路３５が括れ部７３を有するものを示したので、スペーサ基板４０の貫通孔は、括れ部７３となっている。このスペーサ基板４０の第２出口流路３５の貫通孔は、基板を積層すると第１基板２０の第２出口流路３５の凹溝、より具体的には括れ部７３の端部と重なる。

【0076】

また、第２基板３０には、第２出口流路３５が凹溝により提供されている。そして、図示例では、第２出口流路３５の凹溝の先端部分には、流路断面積が小さくなるような幅狭の凹溝により括れ部７３が提供されている。この括れ部７３の凹溝が、基板を積層するとスペーサ基板４０の貫通孔や第１基板２０の吸込口７２に接続される凹溝と重なる。本発明の小型燃料電池では、このような積層構造であってもベンチュリ管構造７０を組み込むことが可能である。

【0077】

なお、図示例の場合も、これまで説明した本発明の小型燃料電池と同様に、第１入口流路２４及び第１出口流路２５が、第１片持ち梁部２２内において熱交換可能な程度に近接配置されると共に、第２入口流路３４及び第２出口流路３５が、第２片持ち梁部３２内において熱交換可能な程度に近接配置されている。ここで、図示例では、片持ち梁部２２，３２で近接配置されていた流路は、第１固定部２３や第２固定部３３においては、第１入口流路２４及び第１出口流路２５や、第２入口流路３４及び第２出口流路３５が、それぞれ離れた位置に配置されている。このように構成されても、これまで説明した本発明の小型燃料電池と同様に、片持ち梁部２２，３２において高温の還元性燃料排ガスを、低温の還元性燃料ガスで冷やすことが可能となる構造を有していることになる。

【0078】

さらに、図示例の場合は、第１入口流路２４や第２入口流路３４を、それぞれ複数設けている。具体的には、第１入口流路２４を左右に設け２本の入口流路とすると共に、第２入口流路３４も左右に設け２本の入口流路としている。このような構成により、より効率的に還元性燃料ガスや酸化剤燃料ガスをセル１０に導入可能としている。

【0079】

なお、本発明の小型燃料電池は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

【符号の説明】

【0080】

１０ セル
１１ アノード
１２ カソード
１３ 電解質
１４ 集電体
１５ 単セル構造
２０ 第１基板
２１ 第１主部
２２ 第１梁部
２３ 第１固定部
２４ 第１入口流路
２５ 第１出口流路
２６ 共通出口流路
２７ 毛細管構造
３０ 第２基板
３１ 第２主部
３２ 第２梁部
３３ 第２固定部
３４ 第２入口流路
３５ 第２出口流路
４０ スペーサ基板
４１ スペーサ主部
４２ スペーサ梁部
４３ スペーサ固定部
４４ 貫通空間
５０ 真空容器
５１ シーリング材
６０ 燃料改質触媒
６１ 金属部
６２ 金属薄膜
７０ ベンチュリ管構造
７１ 喉部
７２ 吸込口
７３ 括れ部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】