JP2005032517A - 燃料電池 - Google Patents
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Abstract
【課題】小型化、並びに空気極への空気の円滑な流入及び完全な遮断が可能で、さらに空気の流入と遮断とを容易に切替え可能な燃料電池。
【解決手段】燃料電池セル１９は、燃料室１８と、燃料極集電体／燃料極触媒層／固体電解質膜／空気極触媒層／空気極集電体からなるセル構造体２８と、空気極集電体２６と接してセル構造体２８を押圧する空気導入板２９から構成され、空気導入板２９には空気極触媒層に空気を供給するための開口部２９Ａが設けられ、燃料電池セル１９を覆う第１の筐体１１−１には空気導入口３３が形成されている。第１の筐体が閉じた状態では、第１の筐体の内面が空気導入板２９と当接し開口部２９Ａが塞がれて外部からの空気の流入が防止され、一方、第１の筐体１１−１が引き出された状態では、空気導入板２９との間に形成された空間を介して外部から空気が円滑にセル構造体２８に供給される。
【選択図】 図５
【解決手段】燃料電池セル１９は、燃料室１８と、燃料極集電体／燃料極触媒層／固体電解質膜／空気極触媒層／空気極集電体からなるセル構造体２８と、空気極集電体２６と接してセル構造体２８を押圧する空気導入板２９から構成され、空気導入板２９には空気極触媒層に空気を供給するための開口部２９Ａが設けられ、燃料電池セル１９を覆う第１の筐体１１−１には空気導入口３３が形成されている。第１の筐体が閉じた状態では、第１の筐体の内面が空気導入板２９と当接し開口部２９Ａが塞がれて外部からの空気の流入が防止され、一方、第１の筐体１１−１が引き出された状態では、空気導入板２９との間に形成された空間を介して外部から空気が円滑にセル構造体２８に供給される。
【選択図】 図５
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池を備え、携帯端末装置に電力を供給して動作させ、あるいは携帯端末装置の二次電池を充電するための燃料電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近の携帯情報機器は、小型化、軽量化、高機能化が一段と急速に進んでいる。このような情報機器装置の発展に伴い、その電源となる電池も小型・軽量・高容量化が着実に進んできている。最も小型化が進んでいる携帯電話機における駆動電源はリチウムイオン電池である。リチウムイオン電池は実用化当初から高い駆動電圧と電池容量を持ち、携帯電話機の進歩に併せるように性能改善が図られてきた。しかし、携帯電話機等が高機能化するにつれて消費電力が増加し、リチウムイオン電池の高容量化等の性能向上に限界が見え始めてきた。
【０００３】
このような状況のもと、リチウムイオン電池に変わる新たな発電デバイスとして燃料電池を挙げることができる。燃料電池は、負極に燃料を供給することで電子とプロトンを生成し、そのプロトンを正極に供給された酸素と反応させることで発電する装置である。燃料電池の最大の特徴は二次電池における充電の代わりに燃料を補給することで二次電池と同様に機器電源に応用できることである。
【０００４】
燃料電池のうち、メタノールを燃料電池の燃料極（アノード）に直接供給する直接メタノール型燃料電池（ＤＭＦＣ）が注目されている。
【０００５】
ＤＭＦＣの燃料極にはメタノール水溶液が供給され、触媒層の触媒表面で、ＣＨ３ＯＨ＋Ｈ２Ｏ → ＣＯ２＋６Ｈ＋＋６ｅ−の反応が生じる。発生したプロトンは固体電解質膜を伝導し、電子は外部回路に接続された負荷を流れ、空気極に到達する。空気極側には空気中の酸素が供給され、触媒層の触媒表面で、３／２Ｏ２＋６Ｈ＋＋６ｅ− → ３Ｈ２Ｏの反応を生じ、酸素、プロトン及び電子を消費してから水を発生する。このように、ＤＭＦＣはメタノールを改質せずに直接燃料極に供給するため改質器を必要としないため小型化を図ることが比較的容易にできると期待されている。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００２−３４３３７８号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、携帯電子装置には、ニッケル水素二次電池やリチウムイオン二次電池などの充電することによって繰り返し使用可能な二次電池が電源として用いられている。二次電池の充電には少なくない時間を要することから、外出先や移動中に残容量が切れると支障が出るため、充電装置や予備の充電済み電池を携帯する必要が有る。しかし、充電装置や予備の電池は重くて嵩張るという問題がある。
【０００８】
一方、携帯電子装置の二次電池の充電装置には、ＡＣアダプタを用いて商用交流電源を直流に変換するものや、乾電池などの一次電池を用いて充電する方法がある。しかし、前者の場合は災害発生などによる停電時には使用できず、後者の場合は重量が大きく嵩張るため持ち運びには極めて不便であるという問題がある。
【０００９】
また、燃料電池を充電装置として用いた場合、燃料電池本体の小型化を図ると充電の際に発電に必要な空気を円滑に取り入れることが困難となる。また、充電しない際にも空気が空気極に供給されると反応が進んで燃料が消費されてしまうという問題がある。
【００１０】
そこで、本発明は上記の問題点に鑑みてなされたもので、本発明の目的は、小型化が可能で携帯に適し、空気の供給と供給停止とを容易に切替えであり、不使用時の燃料の消費を防止する燃料電池を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の如く、燃料電池セルと、前記燃料電池セルを内包する本体筐体部と、前記燃料電池セルに空気を供給する空気供給部と、前記燃料電池セルにより発電された電力を電子装置に供給する出力部とを備え、前記本体筐体部の一部を移動することにより、前記本体筐体部が、第１の状態と、前記第１の状態と異なる第２の状態とを形成し、前記本体筐体部の第１及び第２の状態変化に伴い、前記空気供給部における、空気の供給及び供給停止の状態を切り換える構成とした燃料電池が提供される。
【００１２】
本発明によれば、燃料電池セルを内包する本体筐体部の一部を移動することにより、本体筐体部の第１及び第２の状態を形成し、第１及び第２の状態変化に伴って空気の供給及び供給停止を行う。したがって、本体筐体部の一部を移動するだけで容易に空気の供給と供給停止とを容易に切り換えることができ、その結果、発電動作のオン−オフを容易に行うことができる。
【００１３】
請求項２に記載の如く、前記燃料電池セルは、空気極と、燃料極と、空気極と燃料極とに挟持された固体電解質膜とよりなると共に、前記空気極に空気を導入する第１の開口部を有する空気導入板が設けられ、前記本体筐体部の一部は、前記空気導入板に対向すると共に第２の開口部が形成され、前記第１の状態は、前記本体筐体部の一部と空気導入板とが離隔され、前記第２の状態は、前記本体筐体部の一部と空気導入板とが当接し、前記当接する状態で第２の開口部の空気導入板に投影してなる投影部が、前記空気導入板の第１の開口部を除く範囲とのみ重なる。
【００１４】
本発明によれば、空気極に空気を導入する空気導入板に形成された第１の開口部と、本体筐体部の一部に形成された第２の開口部は貫通しないように形成されている。したがって、本体筐体部の一部が移動して空気導入板に当接することによって、第１の開口部が塞がれるので空気極の内部に空気が供給されない。したがって発電を完全に停止することができる。一方、本体筐体部の一部が移動して空気導入板から離隔されることによって、本体筐体部の一部と空気導入板のとの間に空間が形成され、第２の開口部からこの空間及び第１の開口部を通じて空気極内部に空気が供給される。したがって円滑に発電を行うことができる。
【００１５】
請求項３に記載の如く、請求項２記載の燃料電池において、前記燃料電池セルと、前記燃料電池セルを支持するセル筐体部とを更に備え、前記本体筐体部は、前記第２の開口部以外は連続的に形成され、前記本体筐体部の一部がセル筐体部と係止されると共に前記空気導入板と当接することにより本体筐体部内への空気の供給停止が行われる。
【００１６】
本発明によれば、本体筐体部の一部が前記空気導入板と当接することにより第２の開口部からの空気の供給が停止し、さらに本体筐体部には他に開口部がないので、本体筐体部内への空気の供給が停止される。したがって発電が停止し、燃料の消費を防止することができる。
【００１７】
請求項４に記載の如く、請求項１〜３のうちいずれか一項記載の燃料電池において、前記セル筐体部は、弾発部材により接続された２つの副セル筐体部よりなり、前記第１の状態において弾発部材により離隔された状態であり、前記第２の状態において前記副セル筐体部は近接した状態である。
【００１８】
本発明によれば、燃料電池セルを支持する２つの副セル筐体部が弾発部材により接続されている。本体筐体部の一部が第１の状態では、弾発部材により副セル筐体部同士が離隔されて空気が供給され易くなり、発電効率等を向上することができる。一方、第２の状態では弾発部材が縮んで副セル筐体部同士が近接して本体筐体部内に小さく収納される。したがって、発電を行わない際は小型化することができ、携帯性が向上する。
【００１９】
請求項５に記載の如く、請求項１〜４のうちいずれか一項記載の燃料電池において、燃料電池セルは電気的に直列に接続され、さらに所定の電圧に昇圧する昇圧回路が接続されている。
【００２０】
本発明によれば、燃料電池セルは電気的に直列に接続され、さらに昇圧回路が設けられている。したがって、少ない燃料電池セルであっても昇圧回路により所定の電圧、例えば携帯電話機に必要な６Ｖや９Ｖが容易に得られる。その結果、燃料電池を小型化することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら実施の形態を説明する。
【００２２】
図１は、本実施の形態に係る燃料電池を携帯電話機に接続した様子を示す図である。図１を参照するに、本実施の形態に係る燃料電池１０は、燃料電池セル（隠れて図示されず。）と、燃料電池セルを収納する筐体１１と、これらよりなる燃料電池本体１２と、燃料電池本体１２から電力を供給するためのケーブル１３及び接続用コネクタ１４などから構成され、接続用コネクタ１４が携帯電話機１５の電源供給プラグ１６に接続されている。
【００２３】
燃料電池１０は、携帯電話機１５などの携帯端末に接続して、燃料電池セルが発電した電力を携帯電話機１５に供給し、携帯電話機１５が使用される際に必要な電力を直接供給したり、携帯電話機１５の二次電池に充電したりする。なお、図１に示すように燃料電池は机等に置いて使用してもよく、また、燃料電池本体１２を腰等のベルトに装着し携帯して使用してもよい。
【００２４】
図２（Ａ）は本実施の形態に係る燃料電池の燃料電池本体の側断面の模式図、（Ｂ）は、（Ａ）に示す燃料電池セルの要部拡大図である。図２（Ａ）及び（Ｂ）を参照するに、燃料電池本体１２には筐体１１の内部に燃料電池セル構成体１７が備えられ、２つの燃料室１８の両側のそれぞれに、燃料室１８を含む燃料電池セル１９が設けられ、セル筐体２０により一体化されている。なお、燃料電池セル１９は図示されない紙面に対して垂直方向にそれぞれ２個形成されており、筐体１１内には計８個の燃料電池セル１９が設けられている。
【００２５】
燃料電池１０は、８個の燃料電池セル１９が直列に電気的に接続され、さらに昇圧回路２１及び図１に示すケーブル１３に接続されている。燃料にメタノール水溶液を用いた燃料電池セル２０の起電力は約０．４Ｖなので、８つの燃料電池セル２０を直列に接続することで約３．２Ｖの起電力が得られ、さらに、昇圧回路２１、例えばリニアテクノロジ社製チャージポンプ式昇圧制御ＩＣ（商品名：ＬＴＣ１６１８）により昇圧して携帯電話機に必要な例えば約６Ｖあるいは９Ｖの電源電圧を供給することができる。
【００２６】
燃料電池セル１９は、燃料室１８と、燃料極集電体２２／燃料極触媒層２３／固体電解質膜２４／空気極触媒層２５／空気極集電体２６からなるセル構造体２８と、空気極集電体２６と接してセル構造体２８を押圧すると共に空気を供給する空気導入板２９から構成されている。
【００２７】
燃料室１８には、セル筐体２０の天面の燃料供給口３０から燃料供給路３１を通じてアルコールなどの燃料が供給・充填され、充填された燃料は、燃料極集電体２２を通じて燃料極触媒層２３に浸透し、加水分解されて電子とプロトンなどを生じる。燃料室１８の容積は電力を供給する携帯端末装置の消費電力に合わせて適宜選択され、例えば携帯端末装置の二次電池を１回充電可能な容積とする。なお、燃料供給口３０は燃料の漏洩等を防止するために燃料供給の際以外は密閉されている。
【００２８】
また、燃料極集電体２２及び空気極集電体２６は、ＳＵＳ３０４などの耐食性の高い合金のメッシュが用いられる。燃料極触媒層２２にはＰｔ−Ｒｕ合金の微粒子触媒、空気極触媒層２５にはＰｔ微粒子触媒が用いられ、カーボンペーパ上に塗布される。固体電解質膜２４は、高分子固体電解質膜、例えばナフィオン（登録商標）１１７（厚さ１２５μｍ）が用いられる。
【００２９】
空気導入板２９は、後ほど詳しく説明する複数の開口部２９Ａを有し、開口部２９Ａから空気極集電体２６を通じて空気極触媒層２５に空気を供給する。開口部２９Ａは空気極触媒層２５の面積の１０％〜７０％に設定されることが好ましい。１０％より小さいと酸素量が不足し発電効率が低下する。７０％より大きいと発電効率の観点からは好ましいが以下に述べる空気導入板２９の強度が不十分になるおそれがある。
【００３０】
また、空気導入板２９は、セル構造体２８が電気的に良好な接触が維持できるように、セル構造体２８を押圧するように固定されている。したがって、空気導入板２９は開口部２９Ａを必要とする一方、押圧する際の圧力に耐えられる強度が必要となり、例えば、アクリル樹脂、ポリカーボネイト樹脂、ガラスフィラー含有のＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）樹脂を用いることができる。ここでは、ガラスフィラー含有のＰＢＴ樹脂を用い厚さを３０ｍｍとしている。
【００３１】
図３（Ａ）は、本実施の形態の燃料電池の燃料電池本体の正面図、（Ｂ）は側面図である。図中、ケーブルは説明の便宜のため省略している。
【００３２】
図３（Ａ）及び（Ｂ）を参照するに、燃料電池本体１２の筐体１１の正面に、四角形に開口し、ほぼ等間隔でマトリックス状に配置された空気導入口３３が設けられている。また、隠れて図示されない筐体１１の後面にも対称的に同様の空気導入口３３が設けられている。
【００３３】
図３（Ｂ）に示すように、筐体１１は側面中央から第１筐体１１−１と第２筐体１１−２の２つに分かれるようになっており、それぞれ矢印の方向に引き出すことにより、第１筐体１１−１及び第２筐体１１−２と隠れて図示されない燃料電池セル構成体１７（図２（Ａ）に示す。）との間に空間が形成される。すなわち、図２（Ａ）に示す筐体１１内面と空気導入板２９との間に空間が形成される。
【００３４】
後程詳しく説明するが、このような状態において、空気導入口３３より空気が筐体１１内部の空間に流入され、図２（Ａ）及び（Ｂ）に示した空気導入板２９（隠れて図示されず。）に形成された開口部２９Ａを通じて空気極集電体２６／空気極触媒層２５に供給され、空気極触媒層２５での反応が進み発電が行われる。
【００３５】
一方、第１筐体１１−１及び第２筐体１１−２とが図３（Ｂ）に示す状態のように閉じられている場合は、筐体１１内部に係る空間が形成されず空気が外部より流入しないので、空気極触媒層２５での反応は進まず発電が行われず、燃料の消費が防止される。
【００３６】
図４は、燃料電池本体の第１筐体を取り外して示す燃料電池本体の正面図である。図４中、点線で示す四角形３４は、第１筐体の内部が空気導入板２９に当接する際に空気導入口３３の周縁部が空気導入板２９に接触する位置を示したものである。
【００３７】
図４を参照するに、空気導入板２９は、空気極触媒層２５に空気を供給する複数の開口部２９Ａが設けられている。開口部２９Ａは、第１筐体１１−１の空気導入口３３に対向する部分（点線で示す四角形３４）には設けられていない。開口部２９Ａは、第１筐体１１−１の空気導入口３３に対向する部分（点線で示す四角形３４）に面してＬ字形に形成され、空気導入板２９全体にマトリクス状に配置されている。空気導入板２９全体に均一に配置することにより、円滑かつ均一に空気を隠れて図示されない空気極触媒層２５に供給することができると共に、図２（Ａ）に示したセル構造体２８に対して均一に押圧して、セル構造体２８を構成する各層の電気的な接触を良好な状態に維持することができる。
【００３８】
図５（Ａ）は、第１筐体を閉めた状態の要部断面を拡大して示す図、（Ｂ）は第１筐体を引き出した状態の要部断面を拡大して示す図である。
【００３９】
図５（Ａ）を参照するに、第１筐体１１−１を閉めた状態では、第１筐体の内面と空気導入板の表面が当接し、第１筐体１１−１の内面と空気導入板２９の表面との間には空間が形成されず、かつ空気導入口３３と開口部２９Ａとは貫通する部分がないので、空気がセル構造体２８に供給されない。したがって、発電は行われず燃料の消費が防止される。
【００４０】
一方、図５（Ｂ）を参照するに、第１筐体１１−１を引き出した状態では、第１筐体１１−１の内面と空気導入板２９の表面が離隔し、第１筐体１１−１の内面と空気導入板２９の表面との間には空間が形成され、空気導入口３３を通じて流入した空気は、開口部２９Ａを通じてセル構造体２８に供給され発電が行われる。
【００４１】
なお、空気導入板２９の表面に、空気導入板２９の開口部２９Ａと同様の位置に開口部を有する適度の弾性を有する樹脂フィルムを設けてもよい。第１筐体１１−１を閉めた状態において第１筐体１１−１の内面と樹脂フィルムとを密着することができ、空気のセル構造体２８への流入をより完全に遮断することができる。樹脂フィルムとしては、アクリル系またはシリコン系ゴムを用いることができる。樹脂フィルムは第１筐体１１−１の内面に設けてもよく、また両方に設けてもよい。
【００４２】
なお、ここでは第１筐体１１−１を閉じた状態及び引き出した状態を例に説明したが、燃料電池本体１２の後面に対称に設けられている第２筐体１１−２側も同様であり、第１筐体及び第２筐体を引き出した状態を、図６を参照しながら説明する。
【００４３】
図６は、燃料電池本体の第１筐体及び第２筐体を引き出した状態を示す側面図である。図６を参照するに、上述したように、第１筐体１１−１及び第２筐体１１−２を引き出した状態では、空気導入口３３から空気が流入し、空気導入板２９の開口部２９Ａを通じてセル構造体２８に供給される。また、第１筐体１１−１及び第２筐体１１−２が引き出した状態では、セル筐体２０が露出される。セル筐体２０の側面には側面開口部３５が設けられており、セル筐体２０の内部に空気が流入するようになっている。したがって、２つの燃料室１８の間に設けられた燃料電池セル１９の空気導入板２９を通じてセル構造体２８に空気が供給される。なお、第１筐体１１−１及び第２筐体１１−２を引き出した際に側面開口部３５が完全に外部に露出した位置で第１筐体１１−１及び第２筐体１１−２が停止するように、第１筐体１１−１及び第２筐体１１−２の内面とセル筐体２０の外面とが嵌合するような係止部材を設けてもよい。
【００４４】
一方、第１筐体１１−１及び第２筐体１１−２を閉じた状態では、上述したように空気導入口３３は塞がれると共に、側面開口部３５は第１筐体１１−１及び第２筐体１１−２に塞がれるので、筐体内部に空気が流入しない。したがって、発電は行われず燃料の消費が防止される。
【００４５】
本実施の形態によれば、第１筐体１１−１及び第２筐体１１−２を閉めた状態では、第１筐体１１−１及び第２筐体１１−２の内面と空気導入板２９が当接して、空気導入口３３と開口部２９Ａが連通せず空気がセル構造体２８に供給されない。さらに側面開口部３５が塞がれるので、空気導入板２９が内部を向いて構成される燃料電池セルのセル構造体２８にも空気が供給されない。したがって、発電が行われず燃料の消費を防止することができる。また、第１筐体１１−１及び第２筐体１１−２が引き出されることにより、空気が空気導入口３３と開口部２９Ａを通じてセル構造体２８に円滑に供給され発電が行われる。したがって、簡単な操作により発電開始および発電停止の切り替えをすることができる。
【００４６】
本実施の形態の一実施例として、第１筐体１１−１及び第２筐体１１−２を閉じた状態で、燃料電池本体１２の寸法が高さ１２０ｍｍ、幅７０ｍｍ、奥行き４０ｍｍに形成し、８個の燃料電池セル１９を直列に接続し、昇圧回路にリニアテクノロジ社製チャージポンプ式昇圧制御ＩＣ（商品名：ＬＴＣ１６１８）を用いた。燃料電池１０の接続用コネクタ１４に携帯電話機１５（ＮＴＴドコモ社製デジタルムーバＦ５０４ｉ）に接続し、２つの燃料室１８に１０体積％メタノール水溶液をそれぞれ３０ｍＬ注入して、第１筐体１１−１及び第２筐体１１−２を引き出した状態で充電を行った。その結果、供給した６０ｍＬの１０体積％メタノール水溶液により、携帯電話機１５に二次電池（電池容量６５０ｍＡｈ）の満充電が１回可能であった。
【００４７】
図７は、空気導入板の変形例を示す図である。図７中、点線で示す四角形３８は、第１筐体の内部が空気導入板３６に当接する際に空気導入口３３の周縁部が空気導入板３６に接触する位置を示したものである。
【００４８】
図７を参照するに、変形例に係る空気導入板３６には、Ｉ字型の開口部３６Ａが設けられている。開口部３６Ａは空気導入口３３の周縁部が空気導入板３６に接触する位置３８を回避するように形成されている。また、開口部３６Ａの形状がＩ字形に形成され、空気導入板３６全体にマトリクス状に配置されている。空気導入板３６全体に均一に配置することにより、円滑かつ均一に空気を空気極触媒層に供給することができると共に、図２（Ａ）に示したセル構造体２８に対して均一に押圧して、セル構造体２８を構成する各層の電気的な接触を良好な状態に維持することができる。
【００４９】
図８（Ａ）及び（Ｂ）は、本実施の形態の変形例に係る燃料電池の燃料電池本体の側面図であり、（Ａ）は閉じた状態、（Ｂ）は開いた状態を示す図である。図中、先に説明した部分に対応する部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
【００５０】
図８（Ａ）及び（Ｂ）を参照するに、燃料電池本体４０は、２つの燃料電池セル構成体４１Ａ、４１Ｂから構成され、燃料電池セル構成体４１Ａ、４１Ｂは、それぞれ１つの燃料室１８とそれらの両側に設けられたセル構造体２８及び空気導入板２９Ａ１、２９Ａ２、２９Ｂ１、２９Ｂ２とセル筐体４２Ａ、４２Ｂが一体となって構成され、燃料電池セル構成体４１Ａ、４１Ｂ同士は、弾発部材４２、例えば板ばね、コイルばね、エラストマ（ゴム）等により連結されている。弾発部材４２の力の方向は燃料電池セル構成体４１Ａ、４１Ｂの間隔を広げる方向に働くように配設される。
【００５１】
図８（Ａ）を参照するに、第１筐体１１−１及び第２筐体１１−２が閉じた状態では、第１筐体１１−１及び第２筐体１１−２が互いに固定される嵌合部（図示せず）により、互いに対向する空気導入板２９Ａ２、２９Ｂ２がほぼ接触し、燃料電池セル構成体４１Ａ、４１Ｂ同士は互いに近接して、第１筐体１１−１及び第２筐体１１−２に小さくなって収納される。したがって、燃料電池本体４０は小型化される。
【００５２】
一方、図８（Ｂ）を参照するに、第１筐体１１−１及び第２筐体１１−２を引き出した状態では、弾発部品４２の力により燃料電池セル構成体４１Ａ、４１Ｂは互いに離隔され、空気導入板２９Ａ２、２９Ｂ２同士の間隙が広がる。したがって、空気導入板２９Ａ２、２９Ｂ２に十分な空気が供給される。
【００５３】
本変形例によれば、燃料電池を使用しない際は、第１筐体１１−１及び第２筐体１１−２を閉じて燃料電池セル構成体４１Ａ、４１Ｂを小さく収納し、小型化することができる。また、燃料電池を使用する際は、第１筐体１１−１及び第２筐体１１−２を引き出すことにより燃料電池セル構成体４１Ａ、４１Ｂ間を互いに離隔して空気の流入を確保することができる。
【００５４】
以上本発明の好ましい実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【００５５】
例えば、上記実施の形態では８個の燃料電池セルを直列に接続したが、燃料電池に接続する携帯端末機の必要とする電源電圧に応じて燃料電池セルの個数等を適宜調整してもよい。
【００５６】
なお、以上の説明に関して更に以下の付記を開示する。
（付記１） 燃料電池セルと、
前記燃料電池セルを内包する本体筐体部と、
前記燃料電池セルに空気を供給する空気供給部と、
前記燃料電池セルにより発電された電力を電子装置に供給する出力部とを備え、
前記本体筐体部の一部を移動することにより、前記本体筐体部が、第１の状態と、前記第１の状態と異なる第２の状態とを形成し、
前記本体筐体部の第１及び第２の状態変化に伴い、前記空気供給部における、空気の供給及び供給停止の状態を切り換える構成としたことを特徴とする燃料電池。
（付記２） 前記燃料電池セルは、空気極と、燃料極と、空気極と燃料極とに挟持された固体電解質膜とよりなると共に、前記空気極に空気を導入する第１の開口部を有する空気導入板が設けられ、
前記本体筐体部の一部は、前記空気導入板に対向すると共に第２の開口部が形成され、
前記第１の状態は、前記本体筐体部の一部と空気導入板とが離隔され、
前記第２の状態は、前記本体筐体部の一部と空気導入板とが当接し、前記当接する状態で第２の開口部の空気導入板に投影してなる投影部が、前記空気導入板の第１の開口部を除く範囲とのみ重なることを特徴とする付記１記載の燃料電池。
（付記３） 前記投影部の形状の一部に面して前記第１の開口部が形成されてなることを特徴とする付記２記載の燃料電池。
（付記４） 前記空気導入板の表面に、前記第１の開口部と略同一の形状の開口部が形成された樹脂フィルムが設けられていることを特徴とする付記２または３記載の燃料電池。
（付記５） 前記第１の開口部の総面積は、固体電解質膜の面積を基準として１０％〜７０％の範囲内であることを特徴とする付記２〜４のうち、いずれか一項記載の燃料電池。
（付記６） 前記空気極及び他の空気極が互いに外側を向く複数の燃料電池セルと、前記複数の燃料電池セルを支持するセル筐体部とを更に備え、
前記本体筐体部の一部及び前記本体筐体部の他の一部は、互いにあるいはセル筐体部と係止されると共に、前記空気導入板及び他の空気極に係る他の空気導入板とそれぞれ当接することを特徴とする付記２〜５のうち、いずれか一項記載の燃料電池。
（付記７） 前記燃料電池セルと、前記燃料電池セルを支持するセル筐体部とを更に備え、
前記本体筐体部は、前記第２の開口部以外は連続的に形成され、
前記本体筐体部の一部がセル筐体部と係止されると共に前記空気導入板と当接することにより本体筐体部内への空気の供給停止が行われることを特徴とする特徴とする付記２〜５のうち、いずれか一記載の燃料電池。
（付記８） 前記セル筐体部は、弾発部材により接続された２つの副セル筐体部よりなり、
前記第１の状態において弾発部材により離隔された状態であり、前記第２の状態において前記副セル筐体部は近接した状態であることを特徴とする付記１〜７のうち、いずれか一項記載の燃料電池。
（付記９） 燃料電池セルは電気的に直列に接続され、さらに所定の電圧に昇圧する昇圧回路が接続されていることを特徴とする付記１〜８のうち、いずれか一項記載の燃料電池。
（付記１０） 付記１〜９のうちいずれか一項記載の燃料電池の前記出力部に携帯端末機を接続し、前記携帯端末機に電力を送ることを特徴とする携帯端末機の電力供給方法。
【００５７】
【発明の効果】
以上詳述したところから明らかなように、本発明によれば、筐体の一部を移動して空気の供給と供給停止を行うことにより、小型化が可能で携帯に適し、空気の供給と供給停止とを容易に切替え可能な燃料電池を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る燃料電池を携帯電話機に接続した様子を示す図である。
【図２】（Ａ）は、本実施の形態の燃料電池の燃料電池本体の側断面の模式図、（Ｂ）は（Ａ）に示す燃料電池セルの要部拡大図である。
【図３】（Ａ）は本実施の形態の燃料電池の燃料電池本体の正面図、（Ｂ）は側面図である。
【図４】第１筐体を取り外して示す燃料電池本体の正面図である。
【図５】（Ａ）は第１筐体を閉めた状態の要部断面を拡大して示す図、（Ｂ）は第１筐体を引き出した状態の要部断面を拡大して示す図である。
【図６】第１筐体及び第２筐体を引き出した状態を示す側面図である。
【図７】空気導入板の変形例を示す図である。
【図８】図８（Ａ）及び（Ｂ）は、本実施の形態の変形例に係る燃料電池の燃料電池本体の側面図である。
【符号の説明】
１０ 燃料電池
１１ 筐体
１１−１ 第１筐体
１１−２ 第２筐体
１２、４０ 燃料電池本体
１３ ケーブル
１７、４１Ａ、４１Ｂ 燃料電池セル構成体
１８ 燃料室
１９ 燃料電池セル
２０、４２Ａ、４２Ｂ セル筐体
２１ 昇圧回路
２２ 燃料極集電体
２３ 燃料極触媒層
２４ 固体電解質膜
２５ 空気極触媒層
２６ 空気極集電体
２８ セル構造体
２９、３６ 空気導入板
２９Ａ、３６Ａ 開口部
３３ 空気導入口
３４ 空気導入口の周縁部が空気導入板に接触する位置
３５ 側面開口部
４２ 弾発部材
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池を備え、携帯端末装置に電力を供給して動作させ、あるいは携帯端末装置の二次電池を充電するための燃料電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近の携帯情報機器は、小型化、軽量化、高機能化が一段と急速に進んでいる。このような情報機器装置の発展に伴い、その電源となる電池も小型・軽量・高容量化が着実に進んできている。最も小型化が進んでいる携帯電話機における駆動電源はリチウムイオン電池である。リチウムイオン電池は実用化当初から高い駆動電圧と電池容量を持ち、携帯電話機の進歩に併せるように性能改善が図られてきた。しかし、携帯電話機等が高機能化するにつれて消費電力が増加し、リチウムイオン電池の高容量化等の性能向上に限界が見え始めてきた。
【０００３】
このような状況のもと、リチウムイオン電池に変わる新たな発電デバイスとして燃料電池を挙げることができる。燃料電池は、負極に燃料を供給することで電子とプロトンを生成し、そのプロトンを正極に供給された酸素と反応させることで発電する装置である。燃料電池の最大の特徴は二次電池における充電の代わりに燃料を補給することで二次電池と同様に機器電源に応用できることである。
【０００４】
燃料電池のうち、メタノールを燃料電池の燃料極（アノード）に直接供給する直接メタノール型燃料電池（ＤＭＦＣ）が注目されている。
【０００５】
ＤＭＦＣの燃料極にはメタノール水溶液が供給され、触媒層の触媒表面で、ＣＨ３ＯＨ＋Ｈ２Ｏ → ＣＯ２＋６Ｈ＋＋６ｅ−の反応が生じる。発生したプロトンは固体電解質膜を伝導し、電子は外部回路に接続された負荷を流れ、空気極に到達する。空気極側には空気中の酸素が供給され、触媒層の触媒表面で、３／２Ｏ２＋６Ｈ＋＋６ｅ− → ３Ｈ２Ｏの反応を生じ、酸素、プロトン及び電子を消費してから水を発生する。このように、ＤＭＦＣはメタノールを改質せずに直接燃料極に供給するため改質器を必要としないため小型化を図ることが比較的容易にできると期待されている。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００２−３４３３７８号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、携帯電子装置には、ニッケル水素二次電池やリチウムイオン二次電池などの充電することによって繰り返し使用可能な二次電池が電源として用いられている。二次電池の充電には少なくない時間を要することから、外出先や移動中に残容量が切れると支障が出るため、充電装置や予備の充電済み電池を携帯する必要が有る。しかし、充電装置や予備の電池は重くて嵩張るという問題がある。
【０００８】
一方、携帯電子装置の二次電池の充電装置には、ＡＣアダプタを用いて商用交流電源を直流に変換するものや、乾電池などの一次電池を用いて充電する方法がある。しかし、前者の場合は災害発生などによる停電時には使用できず、後者の場合は重量が大きく嵩張るため持ち運びには極めて不便であるという問題がある。
【０００９】
また、燃料電池を充電装置として用いた場合、燃料電池本体の小型化を図ると充電の際に発電に必要な空気を円滑に取り入れることが困難となる。また、充電しない際にも空気が空気極に供給されると反応が進んで燃料が消費されてしまうという問題がある。
【００１０】
そこで、本発明は上記の問題点に鑑みてなされたもので、本発明の目的は、小型化が可能で携帯に適し、空気の供給と供給停止とを容易に切替えであり、不使用時の燃料の消費を防止する燃料電池を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の如く、燃料電池セルと、前記燃料電池セルを内包する本体筐体部と、前記燃料電池セルに空気を供給する空気供給部と、前記燃料電池セルにより発電された電力を電子装置に供給する出力部とを備え、前記本体筐体部の一部を移動することにより、前記本体筐体部が、第１の状態と、前記第１の状態と異なる第２の状態とを形成し、前記本体筐体部の第１及び第２の状態変化に伴い、前記空気供給部における、空気の供給及び供給停止の状態を切り換える構成とした燃料電池が提供される。
【００１２】
本発明によれば、燃料電池セルを内包する本体筐体部の一部を移動することにより、本体筐体部の第１及び第２の状態を形成し、第１及び第２の状態変化に伴って空気の供給及び供給停止を行う。したがって、本体筐体部の一部を移動するだけで容易に空気の供給と供給停止とを容易に切り換えることができ、その結果、発電動作のオン−オフを容易に行うことができる。
【００１３】
請求項２に記載の如く、前記燃料電池セルは、空気極と、燃料極と、空気極と燃料極とに挟持された固体電解質膜とよりなると共に、前記空気極に空気を導入する第１の開口部を有する空気導入板が設けられ、前記本体筐体部の一部は、前記空気導入板に対向すると共に第２の開口部が形成され、前記第１の状態は、前記本体筐体部の一部と空気導入板とが離隔され、前記第２の状態は、前記本体筐体部の一部と空気導入板とが当接し、前記当接する状態で第２の開口部の空気導入板に投影してなる投影部が、前記空気導入板の第１の開口部を除く範囲とのみ重なる。
【００１４】
本発明によれば、空気極に空気を導入する空気導入板に形成された第１の開口部と、本体筐体部の一部に形成された第２の開口部は貫通しないように形成されている。したがって、本体筐体部の一部が移動して空気導入板に当接することによって、第１の開口部が塞がれるので空気極の内部に空気が供給されない。したがって発電を完全に停止することができる。一方、本体筐体部の一部が移動して空気導入板から離隔されることによって、本体筐体部の一部と空気導入板のとの間に空間が形成され、第２の開口部からこの空間及び第１の開口部を通じて空気極内部に空気が供給される。したがって円滑に発電を行うことができる。
【００１５】
請求項３に記載の如く、請求項２記載の燃料電池において、前記燃料電池セルと、前記燃料電池セルを支持するセル筐体部とを更に備え、前記本体筐体部は、前記第２の開口部以外は連続的に形成され、前記本体筐体部の一部がセル筐体部と係止されると共に前記空気導入板と当接することにより本体筐体部内への空気の供給停止が行われる。
【００１６】
本発明によれば、本体筐体部の一部が前記空気導入板と当接することにより第２の開口部からの空気の供給が停止し、さらに本体筐体部には他に開口部がないので、本体筐体部内への空気の供給が停止される。したがって発電が停止し、燃料の消費を防止することができる。
【００１７】
請求項４に記載の如く、請求項１〜３のうちいずれか一項記載の燃料電池において、前記セル筐体部は、弾発部材により接続された２つの副セル筐体部よりなり、前記第１の状態において弾発部材により離隔された状態であり、前記第２の状態において前記副セル筐体部は近接した状態である。
【００１８】
本発明によれば、燃料電池セルを支持する２つの副セル筐体部が弾発部材により接続されている。本体筐体部の一部が第１の状態では、弾発部材により副セル筐体部同士が離隔されて空気が供給され易くなり、発電効率等を向上することができる。一方、第２の状態では弾発部材が縮んで副セル筐体部同士が近接して本体筐体部内に小さく収納される。したがって、発電を行わない際は小型化することができ、携帯性が向上する。
【００１９】
請求項５に記載の如く、請求項１〜４のうちいずれか一項記載の燃料電池において、燃料電池セルは電気的に直列に接続され、さらに所定の電圧に昇圧する昇圧回路が接続されている。
【００２０】
本発明によれば、燃料電池セルは電気的に直列に接続され、さらに昇圧回路が設けられている。したがって、少ない燃料電池セルであっても昇圧回路により所定の電圧、例えば携帯電話機に必要な６Ｖや９Ｖが容易に得られる。その結果、燃料電池を小型化することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら実施の形態を説明する。
【００２２】
図１は、本実施の形態に係る燃料電池を携帯電話機に接続した様子を示す図である。図１を参照するに、本実施の形態に係る燃料電池１０は、燃料電池セル（隠れて図示されず。）と、燃料電池セルを収納する筐体１１と、これらよりなる燃料電池本体１２と、燃料電池本体１２から電力を供給するためのケーブル１３及び接続用コネクタ１４などから構成され、接続用コネクタ１４が携帯電話機１５の電源供給プラグ１６に接続されている。
【００２３】
燃料電池１０は、携帯電話機１５などの携帯端末に接続して、燃料電池セルが発電した電力を携帯電話機１５に供給し、携帯電話機１５が使用される際に必要な電力を直接供給したり、携帯電話機１５の二次電池に充電したりする。なお、図１に示すように燃料電池は机等に置いて使用してもよく、また、燃料電池本体１２を腰等のベルトに装着し携帯して使用してもよい。
【００２４】
図２（Ａ）は本実施の形態に係る燃料電池の燃料電池本体の側断面の模式図、（Ｂ）は、（Ａ）に示す燃料電池セルの要部拡大図である。図２（Ａ）及び（Ｂ）を参照するに、燃料電池本体１２には筐体１１の内部に燃料電池セル構成体１７が備えられ、２つの燃料室１８の両側のそれぞれに、燃料室１８を含む燃料電池セル１９が設けられ、セル筐体２０により一体化されている。なお、燃料電池セル１９は図示されない紙面に対して垂直方向にそれぞれ２個形成されており、筐体１１内には計８個の燃料電池セル１９が設けられている。
【００２５】
燃料電池１０は、８個の燃料電池セル１９が直列に電気的に接続され、さらに昇圧回路２１及び図１に示すケーブル１３に接続されている。燃料にメタノール水溶液を用いた燃料電池セル２０の起電力は約０．４Ｖなので、８つの燃料電池セル２０を直列に接続することで約３．２Ｖの起電力が得られ、さらに、昇圧回路２１、例えばリニアテクノロジ社製チャージポンプ式昇圧制御ＩＣ（商品名：ＬＴＣ１６１８）により昇圧して携帯電話機に必要な例えば約６Ｖあるいは９Ｖの電源電圧を供給することができる。
【００２６】
燃料電池セル１９は、燃料室１８と、燃料極集電体２２／燃料極触媒層２３／固体電解質膜２４／空気極触媒層２５／空気極集電体２６からなるセル構造体２８と、空気極集電体２６と接してセル構造体２８を押圧すると共に空気を供給する空気導入板２９から構成されている。
【００２７】
燃料室１８には、セル筐体２０の天面の燃料供給口３０から燃料供給路３１を通じてアルコールなどの燃料が供給・充填され、充填された燃料は、燃料極集電体２２を通じて燃料極触媒層２３に浸透し、加水分解されて電子とプロトンなどを生じる。燃料室１８の容積は電力を供給する携帯端末装置の消費電力に合わせて適宜選択され、例えば携帯端末装置の二次電池を１回充電可能な容積とする。なお、燃料供給口３０は燃料の漏洩等を防止するために燃料供給の際以外は密閉されている。
【００２８】
また、燃料極集電体２２及び空気極集電体２６は、ＳＵＳ３０４などの耐食性の高い合金のメッシュが用いられる。燃料極触媒層２２にはＰｔ−Ｒｕ合金の微粒子触媒、空気極触媒層２５にはＰｔ微粒子触媒が用いられ、カーボンペーパ上に塗布される。固体電解質膜２４は、高分子固体電解質膜、例えばナフィオン（登録商標）１１７（厚さ１２５μｍ）が用いられる。
【００２９】
空気導入板２９は、後ほど詳しく説明する複数の開口部２９Ａを有し、開口部２９Ａから空気極集電体２６を通じて空気極触媒層２５に空気を供給する。開口部２９Ａは空気極触媒層２５の面積の１０％〜７０％に設定されることが好ましい。１０％より小さいと酸素量が不足し発電効率が低下する。７０％より大きいと発電効率の観点からは好ましいが以下に述べる空気導入板２９の強度が不十分になるおそれがある。
【００３０】
また、空気導入板２９は、セル構造体２８が電気的に良好な接触が維持できるように、セル構造体２８を押圧するように固定されている。したがって、空気導入板２９は開口部２９Ａを必要とする一方、押圧する際の圧力に耐えられる強度が必要となり、例えば、アクリル樹脂、ポリカーボネイト樹脂、ガラスフィラー含有のＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）樹脂を用いることができる。ここでは、ガラスフィラー含有のＰＢＴ樹脂を用い厚さを３０ｍｍとしている。
【００３１】
図３（Ａ）は、本実施の形態の燃料電池の燃料電池本体の正面図、（Ｂ）は側面図である。図中、ケーブルは説明の便宜のため省略している。
【００３２】
図３（Ａ）及び（Ｂ）を参照するに、燃料電池本体１２の筐体１１の正面に、四角形に開口し、ほぼ等間隔でマトリックス状に配置された空気導入口３３が設けられている。また、隠れて図示されない筐体１１の後面にも対称的に同様の空気導入口３３が設けられている。
【００３３】
図３（Ｂ）に示すように、筐体１１は側面中央から第１筐体１１−１と第２筐体１１−２の２つに分かれるようになっており、それぞれ矢印の方向に引き出すことにより、第１筐体１１−１及び第２筐体１１−２と隠れて図示されない燃料電池セル構成体１７（図２（Ａ）に示す。）との間に空間が形成される。すなわち、図２（Ａ）に示す筐体１１内面と空気導入板２９との間に空間が形成される。
【００３４】
後程詳しく説明するが、このような状態において、空気導入口３３より空気が筐体１１内部の空間に流入され、図２（Ａ）及び（Ｂ）に示した空気導入板２９（隠れて図示されず。）に形成された開口部２９Ａを通じて空気極集電体２６／空気極触媒層２５に供給され、空気極触媒層２５での反応が進み発電が行われる。
【００３５】
一方、第１筐体１１−１及び第２筐体１１−２とが図３（Ｂ）に示す状態のように閉じられている場合は、筐体１１内部に係る空間が形成されず空気が外部より流入しないので、空気極触媒層２５での反応は進まず発電が行われず、燃料の消費が防止される。
【００３６】
図４は、燃料電池本体の第１筐体を取り外して示す燃料電池本体の正面図である。図４中、点線で示す四角形３４は、第１筐体の内部が空気導入板２９に当接する際に空気導入口３３の周縁部が空気導入板２９に接触する位置を示したものである。
【００３７】
図４を参照するに、空気導入板２９は、空気極触媒層２５に空気を供給する複数の開口部２９Ａが設けられている。開口部２９Ａは、第１筐体１１−１の空気導入口３３に対向する部分（点線で示す四角形３４）には設けられていない。開口部２９Ａは、第１筐体１１−１の空気導入口３３に対向する部分（点線で示す四角形３４）に面してＬ字形に形成され、空気導入板２９全体にマトリクス状に配置されている。空気導入板２９全体に均一に配置することにより、円滑かつ均一に空気を隠れて図示されない空気極触媒層２５に供給することができると共に、図２（Ａ）に示したセル構造体２８に対して均一に押圧して、セル構造体２８を構成する各層の電気的な接触を良好な状態に維持することができる。
【００３８】
図５（Ａ）は、第１筐体を閉めた状態の要部断面を拡大して示す図、（Ｂ）は第１筐体を引き出した状態の要部断面を拡大して示す図である。
【００３９】
図５（Ａ）を参照するに、第１筐体１１−１を閉めた状態では、第１筐体の内面と空気導入板の表面が当接し、第１筐体１１−１の内面と空気導入板２９の表面との間には空間が形成されず、かつ空気導入口３３と開口部２９Ａとは貫通する部分がないので、空気がセル構造体２８に供給されない。したがって、発電は行われず燃料の消費が防止される。
【００４０】
一方、図５（Ｂ）を参照するに、第１筐体１１−１を引き出した状態では、第１筐体１１−１の内面と空気導入板２９の表面が離隔し、第１筐体１１−１の内面と空気導入板２９の表面との間には空間が形成され、空気導入口３３を通じて流入した空気は、開口部２９Ａを通じてセル構造体２８に供給され発電が行われる。
【００４１】
なお、空気導入板２９の表面に、空気導入板２９の開口部２９Ａと同様の位置に開口部を有する適度の弾性を有する樹脂フィルムを設けてもよい。第１筐体１１−１を閉めた状態において第１筐体１１−１の内面と樹脂フィルムとを密着することができ、空気のセル構造体２８への流入をより完全に遮断することができる。樹脂フィルムとしては、アクリル系またはシリコン系ゴムを用いることができる。樹脂フィルムは第１筐体１１−１の内面に設けてもよく、また両方に設けてもよい。
【００４２】
なお、ここでは第１筐体１１−１を閉じた状態及び引き出した状態を例に説明したが、燃料電池本体１２の後面に対称に設けられている第２筐体１１−２側も同様であり、第１筐体及び第２筐体を引き出した状態を、図６を参照しながら説明する。
【００４３】
図６は、燃料電池本体の第１筐体及び第２筐体を引き出した状態を示す側面図である。図６を参照するに、上述したように、第１筐体１１−１及び第２筐体１１−２を引き出した状態では、空気導入口３３から空気が流入し、空気導入板２９の開口部２９Ａを通じてセル構造体２８に供給される。また、第１筐体１１−１及び第２筐体１１−２が引き出した状態では、セル筐体２０が露出される。セル筐体２０の側面には側面開口部３５が設けられており、セル筐体２０の内部に空気が流入するようになっている。したがって、２つの燃料室１８の間に設けられた燃料電池セル１９の空気導入板２９を通じてセル構造体２８に空気が供給される。なお、第１筐体１１−１及び第２筐体１１−２を引き出した際に側面開口部３５が完全に外部に露出した位置で第１筐体１１−１及び第２筐体１１−２が停止するように、第１筐体１１−１及び第２筐体１１−２の内面とセル筐体２０の外面とが嵌合するような係止部材を設けてもよい。
【００４４】
一方、第１筐体１１−１及び第２筐体１１−２を閉じた状態では、上述したように空気導入口３３は塞がれると共に、側面開口部３５は第１筐体１１−１及び第２筐体１１−２に塞がれるので、筐体内部に空気が流入しない。したがって、発電は行われず燃料の消費が防止される。
【００４５】
本実施の形態によれば、第１筐体１１−１及び第２筐体１１−２を閉めた状態では、第１筐体１１−１及び第２筐体１１−２の内面と空気導入板２９が当接して、空気導入口３３と開口部２９Ａが連通せず空気がセル構造体２８に供給されない。さらに側面開口部３５が塞がれるので、空気導入板２９が内部を向いて構成される燃料電池セルのセル構造体２８にも空気が供給されない。したがって、発電が行われず燃料の消費を防止することができる。また、第１筐体１１−１及び第２筐体１１−２が引き出されることにより、空気が空気導入口３３と開口部２９Ａを通じてセル構造体２８に円滑に供給され発電が行われる。したがって、簡単な操作により発電開始および発電停止の切り替えをすることができる。
【００４６】
本実施の形態の一実施例として、第１筐体１１−１及び第２筐体１１−２を閉じた状態で、燃料電池本体１２の寸法が高さ１２０ｍｍ、幅７０ｍｍ、奥行き４０ｍｍに形成し、８個の燃料電池セル１９を直列に接続し、昇圧回路にリニアテクノロジ社製チャージポンプ式昇圧制御ＩＣ（商品名：ＬＴＣ１６１８）を用いた。燃料電池１０の接続用コネクタ１４に携帯電話機１５（ＮＴＴドコモ社製デジタルムーバＦ５０４ｉ）に接続し、２つの燃料室１８に１０体積％メタノール水溶液をそれぞれ３０ｍＬ注入して、第１筐体１１−１及び第２筐体１１−２を引き出した状態で充電を行った。その結果、供給した６０ｍＬの１０体積％メタノール水溶液により、携帯電話機１５に二次電池（電池容量６５０ｍＡｈ）の満充電が１回可能であった。
【００４７】
図７は、空気導入板の変形例を示す図である。図７中、点線で示す四角形３８は、第１筐体の内部が空気導入板３６に当接する際に空気導入口３３の周縁部が空気導入板３６に接触する位置を示したものである。
【００４８】
図７を参照するに、変形例に係る空気導入板３６には、Ｉ字型の開口部３６Ａが設けられている。開口部３６Ａは空気導入口３３の周縁部が空気導入板３６に接触する位置３８を回避するように形成されている。また、開口部３６Ａの形状がＩ字形に形成され、空気導入板３６全体にマトリクス状に配置されている。空気導入板３６全体に均一に配置することにより、円滑かつ均一に空気を空気極触媒層に供給することができると共に、図２（Ａ）に示したセル構造体２８に対して均一に押圧して、セル構造体２８を構成する各層の電気的な接触を良好な状態に維持することができる。
【００４９】
図８（Ａ）及び（Ｂ）は、本実施の形態の変形例に係る燃料電池の燃料電池本体の側面図であり、（Ａ）は閉じた状態、（Ｂ）は開いた状態を示す図である。図中、先に説明した部分に対応する部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
【００５０】
図８（Ａ）及び（Ｂ）を参照するに、燃料電池本体４０は、２つの燃料電池セル構成体４１Ａ、４１Ｂから構成され、燃料電池セル構成体４１Ａ、４１Ｂは、それぞれ１つの燃料室１８とそれらの両側に設けられたセル構造体２８及び空気導入板２９Ａ１、２９Ａ２、２９Ｂ１、２９Ｂ２とセル筐体４２Ａ、４２Ｂが一体となって構成され、燃料電池セル構成体４１Ａ、４１Ｂ同士は、弾発部材４２、例えば板ばね、コイルばね、エラストマ（ゴム）等により連結されている。弾発部材４２の力の方向は燃料電池セル構成体４１Ａ、４１Ｂの間隔を広げる方向に働くように配設される。
【００５１】
図８（Ａ）を参照するに、第１筐体１１−１及び第２筐体１１−２が閉じた状態では、第１筐体１１−１及び第２筐体１１−２が互いに固定される嵌合部（図示せず）により、互いに対向する空気導入板２９Ａ２、２９Ｂ２がほぼ接触し、燃料電池セル構成体４１Ａ、４１Ｂ同士は互いに近接して、第１筐体１１−１及び第２筐体１１−２に小さくなって収納される。したがって、燃料電池本体４０は小型化される。
【００５２】
一方、図８（Ｂ）を参照するに、第１筐体１１−１及び第２筐体１１−２を引き出した状態では、弾発部品４２の力により燃料電池セル構成体４１Ａ、４１Ｂは互いに離隔され、空気導入板２９Ａ２、２９Ｂ２同士の間隙が広がる。したがって、空気導入板２９Ａ２、２９Ｂ２に十分な空気が供給される。
【００５３】
本変形例によれば、燃料電池を使用しない際は、第１筐体１１−１及び第２筐体１１−２を閉じて燃料電池セル構成体４１Ａ、４１Ｂを小さく収納し、小型化することができる。また、燃料電池を使用する際は、第１筐体１１−１及び第２筐体１１−２を引き出すことにより燃料電池セル構成体４１Ａ、４１Ｂ間を互いに離隔して空気の流入を確保することができる。
【００５４】
以上本発明の好ましい実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【００５５】
例えば、上記実施の形態では８個の燃料電池セルを直列に接続したが、燃料電池に接続する携帯端末機の必要とする電源電圧に応じて燃料電池セルの個数等を適宜調整してもよい。
【００５６】
なお、以上の説明に関して更に以下の付記を開示する。
（付記１） 燃料電池セルと、
前記燃料電池セルを内包する本体筐体部と、
前記燃料電池セルに空気を供給する空気供給部と、
前記燃料電池セルにより発電された電力を電子装置に供給する出力部とを備え、
前記本体筐体部の一部を移動することにより、前記本体筐体部が、第１の状態と、前記第１の状態と異なる第２の状態とを形成し、
前記本体筐体部の第１及び第２の状態変化に伴い、前記空気供給部における、空気の供給及び供給停止の状態を切り換える構成としたことを特徴とする燃料電池。
（付記２） 前記燃料電池セルは、空気極と、燃料極と、空気極と燃料極とに挟持された固体電解質膜とよりなると共に、前記空気極に空気を導入する第１の開口部を有する空気導入板が設けられ、
前記本体筐体部の一部は、前記空気導入板に対向すると共に第２の開口部が形成され、
前記第１の状態は、前記本体筐体部の一部と空気導入板とが離隔され、
前記第２の状態は、前記本体筐体部の一部と空気導入板とが当接し、前記当接する状態で第２の開口部の空気導入板に投影してなる投影部が、前記空気導入板の第１の開口部を除く範囲とのみ重なることを特徴とする付記１記載の燃料電池。
（付記３） 前記投影部の形状の一部に面して前記第１の開口部が形成されてなることを特徴とする付記２記載の燃料電池。
（付記４） 前記空気導入板の表面に、前記第１の開口部と略同一の形状の開口部が形成された樹脂フィルムが設けられていることを特徴とする付記２または３記載の燃料電池。
（付記５） 前記第１の開口部の総面積は、固体電解質膜の面積を基準として１０％〜７０％の範囲内であることを特徴とする付記２〜４のうち、いずれか一項記載の燃料電池。
（付記６） 前記空気極及び他の空気極が互いに外側を向く複数の燃料電池セルと、前記複数の燃料電池セルを支持するセル筐体部とを更に備え、
前記本体筐体部の一部及び前記本体筐体部の他の一部は、互いにあるいはセル筐体部と係止されると共に、前記空気導入板及び他の空気極に係る他の空気導入板とそれぞれ当接することを特徴とする付記２〜５のうち、いずれか一項記載の燃料電池。
（付記７） 前記燃料電池セルと、前記燃料電池セルを支持するセル筐体部とを更に備え、
前記本体筐体部は、前記第２の開口部以外は連続的に形成され、
前記本体筐体部の一部がセル筐体部と係止されると共に前記空気導入板と当接することにより本体筐体部内への空気の供給停止が行われることを特徴とする特徴とする付記２〜５のうち、いずれか一記載の燃料電池。
（付記８） 前記セル筐体部は、弾発部材により接続された２つの副セル筐体部よりなり、
前記第１の状態において弾発部材により離隔された状態であり、前記第２の状態において前記副セル筐体部は近接した状態であることを特徴とする付記１〜７のうち、いずれか一項記載の燃料電池。
（付記９） 燃料電池セルは電気的に直列に接続され、さらに所定の電圧に昇圧する昇圧回路が接続されていることを特徴とする付記１〜８のうち、いずれか一項記載の燃料電池。
（付記１０） 付記１〜９のうちいずれか一項記載の燃料電池の前記出力部に携帯端末機を接続し、前記携帯端末機に電力を送ることを特徴とする携帯端末機の電力供給方法。
【００５７】
【発明の効果】
以上詳述したところから明らかなように、本発明によれば、筐体の一部を移動して空気の供給と供給停止を行うことにより、小型化が可能で携帯に適し、空気の供給と供給停止とを容易に切替え可能な燃料電池を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る燃料電池を携帯電話機に接続した様子を示す図である。
【図２】（Ａ）は、本実施の形態の燃料電池の燃料電池本体の側断面の模式図、（Ｂ）は（Ａ）に示す燃料電池セルの要部拡大図である。
【図３】（Ａ）は本実施の形態の燃料電池の燃料電池本体の正面図、（Ｂ）は側面図である。
【図４】第１筐体を取り外して示す燃料電池本体の正面図である。
【図５】（Ａ）は第１筐体を閉めた状態の要部断面を拡大して示す図、（Ｂ）は第１筐体を引き出した状態の要部断面を拡大して示す図である。
【図６】第１筐体及び第２筐体を引き出した状態を示す側面図である。
【図７】空気導入板の変形例を示す図である。
【図８】図８（Ａ）及び（Ｂ）は、本実施の形態の変形例に係る燃料電池の燃料電池本体の側面図である。
【符号の説明】
１０ 燃料電池
１１ 筐体
１１−１ 第１筐体
１１−２ 第２筐体
１２、４０ 燃料電池本体
１３ ケーブル
１７、４１Ａ、４１Ｂ 燃料電池セル構成体
１８ 燃料室
１９ 燃料電池セル
２０、４２Ａ、４２Ｂ セル筐体
２１ 昇圧回路
２２ 燃料極集電体
２３ 燃料極触媒層
２４ 固体電解質膜
２５ 空気極触媒層
２６ 空気極集電体
２８ セル構造体
２９、３６ 空気導入板
２９Ａ、３６Ａ 開口部
３３ 空気導入口
３４ 空気導入口の周縁部が空気導入板に接触する位置
３５ 側面開口部
４２ 弾発部材
Claims (5)
- 燃料電池セルと、
前記燃料電池セルを内包する本体筐体部と、
前記燃料電池セルに空気を供給する空気供給部と、
前記燃料電池セルにより発電された電力を電子装置に供給する出力部とを備え、
前記本体筐体部の一部を移動することにより、前記本体筐体部が、第１の状態と、前記第１の状態と異なる第２の状態とを形成し、
前記本体筐体部の第１及び第２の状態変化に伴い、前記空気供給部における、空気の供給及び供給停止の状態を切り換える構成としたことを特徴とする燃料電池。 - 前記燃料電池セルは、空気極と、燃料極と、空気極と燃料極とに挟持された固体電解質膜とよりなると共に、前記空気極に空気を導入する第１の開口部を有する空気導入板が設けられ、
前記本体筐体部の一部は、前記空気導入板に対向すると共に第２の開口部が形成され、
前記第１の状態は、前記本体筐体部の一部と空気導入板とが離隔され、
前記第２の状態は、前記本体筐体部の一部と空気導入板とが当接し、前記当接する状態で第２の開口部の空気導入板に投影してなる投影部が、前記空気導入板の第１の開口部を除く範囲とのみ重なることを特徴とする請求項１記載の燃料電池。 - 前記燃料電池セルと、前記燃料電池セルを支持するセル筐体部とを更に備え、
前記本体筐体部は、前記第２の開口部以外は連続的に形成され、
前記本体筐体部の一部がセル筐体部と係止されると共に前記空気導入板と当接することにより本体筐体部内への空気の供給停止が行われることを特徴とする請求項２記載の燃料電池。 - 前記セル筐体部は、弾発部材により接続された２つの副セル筐体部よりなり、
前記第１の状態において弾発部材により離隔された状態であり、前記第２の状態において前記副セル筐体部は近接した状態であることを特徴とする請求項１〜３のうち、いずれか一項記載の燃料電池。 - 燃料電池セルは電気的に直列に接続され、さらに所定の電圧に昇圧する昇圧回路が接続されていることを特徴とする請求項１〜４のうち、いずれか一項記載の燃料電池。
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