JP2005108811A - 燃料電池システム - Google Patents

Abstract

【課題】
燃料電池システムの小型化または軽量化を実現する。
【解決手段】
燃料電池システム１００は、液体燃料により動作する燃料電池装置１２０と、液体燃料を保持する燃料タンク１１０と、燃料タンク１１０から燃料電池装置１２０へ液体燃料を供給する補機ユニット１３０と、それらを統括的に制御する制御ユニット１４０とを含む。この補機ユニット１３０は、燃料タンク１１０と燃料電池装置１２０とに挟まれる位置に配置される。
【選択図】 図５

Description

本発明は、燃料電池システムに関し、特に、液体燃料により動作する燃料電池を利用可能な燃料電池システムに関する。

燃料電池の一形態として、近年、直接型メタノール燃料電池（Ｄｉｒｅｃｔ Ｍｅｔｈａｎｏｌ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ：以下、「ＤＭＦＣ」と表記する）が注目されている。ＤＭＦＣは、燃料であるメタノールを改質せずに直接負極に供給し、メタノールと酸素の電気化学的反応により電力を得るものである。メタノールは、水素に比べて、単位体積当たりのエネルギーが高く、また、貯蔵に適しており、爆発などの危険性も少ないため、自動車や携帯機器などの電源への利用が期待されている（たとえば、特許文献１参照）。
特開２００２−３２１５４号公報

燃料電池システムを携帯機器の電源として利用するには、燃料電池システムのさらなる小型化及び軽量化が必要である。本発明者らは、燃料電池システムをできる限り小型化及び軽量化するために、様々な角度から燃料電池システムを改良する技術を想到するに至った。

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、燃料電池システムの小型化または軽量化を実現する技術の提供にある。

そこで本発明は、負荷へ電力を供給する燃料電池システムであって、燃料により動作する燃料電池部と、燃料を保持する燃料保持部と、燃料保持部から燃料電池部へ燃料を供給する燃料供給部と、を含み、燃料供給部を、燃料保持部と燃料電池部とに挟まれる位置に配置されることを特徴とする。これにより、配管や熱交換器などの構成を簡略化することができ、燃料電池システムを小型化及び軽量化することができる。

また、上記燃料電池システムにおいて、燃料保持部、燃料供給部、燃料電池部は、この順に、負荷への接続面に略平行に配置されることを特徴とする。これにより、負荷の接続面の形状に合わせて燃料電池システムの構成を配置することができる。

あるいは、上記燃料電池システムにおいて、燃料電池システムの幾何学的中心と重心とが、燃料電池部に位置することを特徴とする。これにより、燃料電池システムを携帯する際に、転がりにくく、物理的な安定性を向上させることができる。

さらに、燃料保持部、燃料供給部、燃料電池部のうち少なくとも一つを制御する制御部をさらに含み、制御部は、燃料保持部と燃料供給部と燃料電池部とを含む第１の領域の外周部に配置されることを特徴とする。これにより、水気を嫌う電子部品を有する制御部を、生成水などの水蒸気が流通しやすい燃料電池部、燃料供給部、燃料保持部などと隔離して、水蒸気などが制御部へ進入することを防止しやすくなる。

また、上記燃料電池システムにおいて、制御部は、外周部であって、負荷への接続部分付近に配置されることを特徴とする。あるいは、上記燃料電池システムにおいて、制御部は、外周部であって、燃料電池部に隣接する位置に配置されることを特徴とする。これにより、水蒸気などが制御部へ進入することを防止しやすくなるほか、制御部と他の構成とを接続する配線のレイアウトを簡略化することができる。

そして、負荷は、本体と、本体に開閉可能に軸支された蓋体と、蓋体の内側の面に設けられた表示装置と、を含み、燃料電池システムは、負荷の背面に接続され、蓋体を開いて表示装置を視認可能とするときの妨げにならないよう、負荷との接続面の上辺に傾斜がつけられていることを特徴とする。これにより、表示装置の視認性を向上させることができる。

そして、燃料電池部は、一対の電極層と、電極層に間挿された反応層と、を含むセルを複数積層した構造を有するスタックを含み、セルの積層方向は、燃料保持部、燃料供給部、燃料電池部が配置される方向に略平行であることを特徴とする。これにより、燃料を燃料電池装置の各セルに供給するための配管を簡略化することができる。

そして、燃料供給部は、燃料を流通させる燃料流通手段を含み、燃料システムは、燃料流通手段により燃料保持部から燃料電池部へ燃料を流通させるアクティブ形の燃料電池システムであることを特徴とする。本発明は特に、燃料を強制的に流通させる燃料流通手段を含むアクティブ形燃料電池システムにおいて、小型化または軽量化に寄与することができる。

なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法、装置、システム、記録媒体、コンピュータプログラムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、燃料電池システムを小型化又は軽量化する技術を提供することができる。

以下、図を用いて本発明の実施の形態を説明する。

［燃料電池システムの構成］
図１は、燃料電池システム１００の全体構成を模式的に示す。図１は、燃料電池システム１００の動作を説明するための模式図であり、本発明の燃料電池システム１００の全ての構成を図示しているわけではない。燃料電池システム１００は、燃料電池装置１２０に液体燃料を供給するための燃料供給装置の一例である燃料タンク１１０、液体燃料により動作する燃料電池装置１２０、燃料タンク１１０内の空気室１１２に空気を送るエアポンプ１３２、燃料タンク１１０内の液体燃料を希釈して保持するバッファタンク１３８、バッファタンク１３８内に保持された低濃度の液体燃料を燃料電池装置１２０に送る燃料ポンプ１３６、及び燃料電池装置１２０に空気を送るエアポンプ１３４を備える。

燃料電池装置１２０は、一対の電極層と、それらに間挿されたナフィオン（登録商標）などの水素イオン伝導性を有する固体高分子電解質膜とを含む膜電極接合体（Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ａｓｓｅｍｂｌｙ：以下、「ＭＥＡ」と表記する）と、ＭＥＡを挟むように設けられ、気体や液体燃料などの流体を流すための流路が刻まれた一対の導電性のセパレータとを含むセルを、複数積層させたスタックを含む。ＭＥＡとセパレータとの間に、ガスや液体燃料を膜上に均一に拡散させるための拡散層が設けられてもよい。本発明の燃料電池装置１２０においては、負極（燃料極）には、メタノール、エタノールなどのアルコール類や、エーテル類などの液体燃料が、改質することなく直接供給され、正極（空気極）には、酸素を含む空気が供給される。

燃料電池システム１００の動作時には、エアポンプ１３２により燃料タンク１１０内の空気室１１２に空気が送られ、空気室１１２が膨張することにより、液体燃料が押し出されてバッファタンク１３８に供給される。バッファタンク１３８では、燃料タンク１１０から供給された高濃度の液体燃料に、燃料電池装置１２０から排出された未反応の低濃度の液体燃料と、燃料電池装置１２０において生成した水とが混合され、液体燃料が希釈されて貯蔵される。希釈された液体燃料は、燃料ポンプ１３６により燃料電池装置１２０の燃料極に供給される。また、エアポンプ１３４により空気が燃料電池装置１２０の空気極に供給される。燃料電池装置１２０では、燃料極において、液体燃料と水とが反応して二酸化炭素と水素イオンが発生し、空気極において、空気中の酸素と水素イオンが反応して水が発生する。反応により生じた二酸化炭素及び水と、未反応の液体燃料及び空気は、バッファタンク１３８に送られる。バッファタンク１３８は、後述するように、気液分離槽としても機能し、二酸化炭素及び空気はバッファタンク１３８において分離されて系外へ排出される。

本発明では、燃料電池システム１００を、パーソナルコンピュータ１０などの携帯型電子機器の電源として利用することを考慮し、各構成を隣接して設けることにより配管を減らすとともに、従来の燃料電池システム１００において設けられていた熱交換器や気液分離槽などの補機類の数を最小限に抑えている。これにより、小型で軽量な燃料電池システム１００を実現することができる。

［燃料電池システムの外形寸法］
図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は、実施例１に係る燃料電池システム１００を搭載した電子機器の一例としてのノートブック型のパーソナルコンピュータ１０の外観を示す。パーソナルコンピュータ１０は、本体２０に、表示装置３０などの構成が設けられた蓋体２２が、開閉可能に軸支された構成を有しており、使用時は、蓋体２２を手前から上方に開いて、その内側に設けられた表示装置３０を視認可能とする。燃料電池システム１００は、パーソナルコンピュータ１０の本体２０に接続され、パーソナルコンピュータ１０に電力を供給する電源ユニットとして機能する。図２（ａ）は、パーソナルコンピュータ１０の本体２０の背面に燃料電池システム１００が接続される例を示す。また、図２（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は、それぞれ、パーソナルコンピュータ１０の本体２０の右側面、前面、左側面に燃料電池システム１００が接続される例を示す。図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）に示すように、燃料電池システム１００は、ノートブック型のパーソナルコンピュータ１０の本体２０の形状に合わせて設計されることが好ましい。すなわち、燃料電池システム１００の長さは、本体２０のうち燃料電池システム１００を接続する辺の長さとほぼ同じ長さになるようにしてもよい。また、燃料電池システム１００の厚さは、本体２０の厚さと同程度であってもよい。

［燃料電池システムの外形形状］
図３は、実施例１に係る燃料電池システム１００をノートブック型のパーソナルコンピュータ１０の背面に接続した様子を示す。パーソナルコンピュータ１０の使用時に、蓋体２２を開いたとき、燃料電池システム１００の厚さが本体２０の厚さよりも厚い場合は、蓋体２２を開く角度が制限されてしまい、表示装置３０の視認性を妨げる恐れがある。そのため、燃料電池システム１００の、パーソナルコンピュータ１０との接続面の上辺に傾斜をつけることにより、蓋体２２の開きを妨げないようにする。これにより、蓋体２２を十分に開いて表示装置３０の角度を調整することができるので、表示装置３０の視認性を向上させることができる。

［燃料電池システム内のレイアウト］
図４は、実施例１の燃料電池システム１００における各ユニットのレイアウトを模式的に示す。燃料電池システム１００において、燃料タンク１１０と、エアポンプ１３２及び１３４や燃料ポンプ１３６などの構成を含む補機ユニット１３０と、燃料電池装置１２０は、この順に、パーソナルコンピュータ１０の本体２０の接続面に対して平行に配置されている。燃料電池装置１２０へ液体燃料及び空気を供給する機能を有する補機ユニット１３０を、燃料タンク１１０と燃料電池装置１２０の間にユニット化して配置することにより、省スペース化することができ、装置の小型化及び軽量化に寄与することができる。また、液体燃料は、燃料タンク１１０から補機ユニット１３０を経由して燃料電池装置１２０に供給されるが、燃料電池装置１２０のスタックの積層方向が、この燃料供給ライン（図４中矢印で示す方向）と同じ方向になるように燃料電池装置１２０を配置する構成を採用することにより、配管やマニホールドなどの構成を簡略化することができる。燃料電池システム１００を統括的に制御する制御ユニット１４０は、パーソナルコンピュータ１０の本体２０への接続面に沿って設けられる。これにより、パーソナルコンピュータ１０との間で通信を行うための配線や、燃料タンク１１０、補機ユニット１３０及び燃料電池装置１２０と接続するための配線を単純化することができるほか、燃料供給ラインと制御ユニット１４０とを隔離することができ、水蒸気などが制御ユニット１４０へ回り込むことを抑制することができる。

図５は、実施例１に係る燃料電池システム１００の外観を示す。上述したように、燃料電池システム１００において、燃料タンク１１０と、補機ユニット１３０と、燃料電池装置１２０が、この順に、パーソナルコンピュータ１０の本体２０の接続面に対して平行に配置されている。補機ユニット１３０は、エアポンプ１３２、１３４、燃料ポンプ１３６、及び配管ユニット１７０を含む。配管ユニット１７０は、後で詳述するように、液体燃料及び空気の流路を内部に形成した板状のユニットである。本実施例では、この配管ユニット１７０は、燃料電池装置１２０のスタックに所定の面圧を与えるためのエンドプレートとしても機能している。言い換えれば、エンドプレートの内部に液体燃料や空気などの配管を形成しており、エンドプレートと各補機類を隣接して配置している。これにより、燃料電池システム１００の構成を簡略化し、燃料電池システム１００を小型化及び軽量化することができる。配管ユニット１７０の上面には、燃料電池装置１２０から排出された空気や二酸化炭素などの気体を系外へ排出する排気口１２５が設けられる。

燃料電池システム１００の、パーソナルコンピュータ１０への接続部分には、制御ユニット１４０が設けられている。制御ユニット１４０は、燃料電池システム１００の制御機能を担う制御回路と、燃料電池装置１２０により発電された電力をパーソナルコンピュータ１０が利用可能な形態に変換する変換回路と、補助電源１５０などを含む。燃料電池装置１２０において発生した電力は、変換回路により適切な電圧に変換され、ＰＣコネクタ１６０を介してパーソナルコンピュータ１０へ供給される。また、燃料電池装置１２０において発生した電力の一部は、補助電源１５０にも供給され、補助電源１５０を充電するために利用される。補助電源１５０は、補機ユニット１３０のポンプやモータなどに電力を供給する。

［燃料タンクの外形・外観］
図６（ａ）、（ｂ）は、実施例１に係る燃料電池システム１００に燃料タンク１１０が接続される様子を示す。図６（ａ）は、図５に示した燃料電池システム１００の左側面を示し、図６（ｂ）は、上面を示す。図６（ａ）に示すように、燃料電池システム１００には、燃料タンク１１０を摺動可能に支持するためのレール１１８ａ及び１１８ｂが設けられている。燃料タンク１１０を燃料電池システム１００に接続するときは、燃料タンク１１０に設けられた溝１１９ａ及び１１９ｂを、レール１１８ａ及び１１８ｂに噛み合わせて、燃料タンク１１０を前述した燃料供給ラインと平行な方向に摺動させ、燃料電池システム１００に設けられたコネクタ１１４に、燃料タンク１１０のキャップ１１６を押し込む。燃料タンク１１０を燃料電池システム１００から外すときは、燃料タンク１１０を接続時と逆の方向へ摺動させる。本実施の形態では、燃料タンク１１０の側面と底面とに、レール１１８ａ及び１１８ｂに噛合する溝１１９ａ及び１１９ｂを設けているので、安定性に優れており、燃料タンク１１０がずれたり外れたりするのを防ぐことができる。また、燃料電池システム１００をパーソナルコンピュータ１０などの機器に接続した状態で、燃料タンク１１０を着脱することができる。

燃料タンク１１０の、燃料電池システム１００と接触する面以外の側面、すなわち、溝１１９ａが設けられた側面、溝１１９ｂが設けられた底面、及びキャップ１１６が設けられた側面を除く３面は、それら自身が燃料電池システム１００の筐体面を構成する。すなわち、燃料電池システム１００の燃料タンク１１０の接続部分には筐体面が設けられておらず、燃料タンク１１０を接続したときに、その燃料タンク１１０の側面が筐体面となる。この構成により、燃料電池システムを小型化、軽量化することができるとともに、燃料タンク１１０の着脱を容易にすることができる。燃料タンク１１０の上面又は側面は、内部の液体燃料の残量を視認可能とするために、透明又は半透明としてもよい。燃料タンク１１０は、少なくとも液体燃料と触れる内面が、液体燃料に対する耐性を有する樹脂などの材料により構成されるのが好ましい。

［燃料タンクのコネクタ］
図７（ａ）（ｂ）は、燃料タンク１１０のキャップ１１６にコネクタ１１４が接続される様子を示す。図７（ａ）に示すように、コネクタ１１４には、空気用ニードル１１５ａと燃料用ニードル１１５ｂが設けられており、燃料タンク１１０のキャップ１１６には、空気接続口１１７ａと燃料接続口１１７ｂが設けられている。空気接続口１１７ａ及び燃料接続口１１７ｂには、シリコンゴムやテフロン（登録商標）などの材料により構成されたシール部が設けられており、燃料タンク１１０を燃料電池システム１００に接続するときは、図７（ｂ）に示すように、空気用ニードル１１５ａをキャップ１１６の空気接続口１１７ａに、燃料用ニードル１１５ｂをキャップ１１６の燃料接続口１１７ｂに、それぞれシール部を貫通するように突き刺すことにより、空気及び液体燃料の流通を可能とする。シール部は、ニードルが容易に突き刺さって貫通するように、柔軟性を有しており、さらに、ニードルが抜かれたときに、ニードルが突き刺さっていた部分の貫通孔がふさがって液体燃料の漏出を防ぐように、弾性と粘着性を備えている。

［燃料タンク内の構成］
燃料タンク１１０の内部は、液体燃料に対する耐性を有する材料でできた袋１１３が設けられており、高濃度の液体燃料を保持する燃料室１１１と、空気で満たされた空気室１１２とに仕切られている。液体燃料を供給するときは、エアポンプ１３２により空気室１１２に空気を送り込み、空気室１１２の体積を増加させることにより、袋１１３を圧縮し、燃料室１１１の液体燃料を押し出す。この構成により、どのような向きに燃料タンク１１０を配置したとしても、同じように液体燃料を供給することができる。袋１１３に代えて、摺動可能が板材などにより液体燃料と空気とが仕切られたピストン構造を有していてもよい。

［燃料電池装置内の構成］
図８は、燃料電池装置１２０の内部構成の一部を模式的に示す。燃料電池装置１２０は、空気入口マニホールド１２３と、燃料入口マニホールド１２４と、空気出口と燃料出口のマニホールドを共通化したバッファタンク１３８とが形成された部材と、スタックとを含む。空気は、燃料供給ラインと平行に形成された空気入口マニホールド１２３から供給され、空気極側セパレータ１２１の流路を通過して、バッファタンク１３８へ排出される。液体燃料は、燃料供給ラインと平行に形成された燃料入口マニホールド１２４から供給され、燃料極側セパレータ１２２の流路を通過し、バッファタンク１３８へ排出される。バッファタンク１３８は、気液分離槽としての機能も有し、Ｌ字型の形状を有するバッファタンク１３８の側面部分１３９ａにおいて気液分離された空気や二酸化炭素などの気体は、図１３において説明するように、上面部分１３９ｂから補機ユニット１３０を介して系外に排出される。

また、バッファタンク１３８は、燃料タンク１１０に保持された高濃度の液体燃料を希釈して、燃料電池装置１２０における動作に適した濃度に調整する機能も有しており、図１１において説明するように、バッファタンク１３８の上面部分１３９ｂへ供給された高濃度の液体燃料は、側面部分１３９ａにおいて、燃料電池装置１２０から排出された水や未反応の低濃度の液体燃料と混合されて希釈される。バッファタンク１３８内の液体燃料の濃度を検知するセンサが設けられてもよく、制御ユニット１４０は、センサにより取得された濃度に基づいて、燃料タンク１１０からバッファタンク１３８に供給する高濃度の液体燃料の量を調整してもよい。

［補機ユニットの構成］
図９は、補機ユニット１３０の構成を示す。補機ユニット１３０の配管ユニット１７０は、第１部材１７２、第２部材１７４及び第３部材１７６の３枚の板状の部材を含み、それぞれの部材には液体燃料や空気を燃料電池装置１２０へ供給するための配管が形成されている。エアポンプ１３２及び１３４は、第１部材１７２及び第２部材１７４に設けられたポンプ設置位置２００に配置される。燃料ポンプ１３６の駆動用のモータ１３６ａの回転軸は、第１部材１７２に設けられた貫通孔２０２を介してファン１３６ｂに接続されており、モータ１３６ａがファン１３６ｂを回転させることにより、液体燃料が循環される。これらのポンプを燃料電池装置１２０に直結することにより、構成を単純化することができるとともに、温度の影響が少ない安定な燃料電池システムを実現することができる。板状ユニット１７０は、樹脂などの材料により形成されてもよく、射出成形により製造されてもよい。これにより、部品の製造コストを低減することができる。また、配管系をユニット化することにより、コンパクトなパッケージングが可能となるとともに、組立時の作業性を向上させることができる。

図１０は、エアポンプ１３２から燃料タンク１１０の空気室１１２に空気が送り込まれる様子を示す。空気は、エアポンプ１３２から、第２部材の配管２１０、第３部材の配管２１２、第２部材の配管２１４、第１部材の配管２１６を通過して、燃料タンク１１０の空気接続口１１７ａから空気室１１２へ供給される。

図１１は、燃料タンク１１０からバッファタンク１３８へ高濃度の液体燃料が供給される様子を示す。燃料タンク１１０の燃料接続口１１７ｂから燃料用ニードル１１５ｂを介して送り出された液体燃料は、第１部材１７２の配管２２０、第２部材の配管２２２、第３部材の配管２２４を通過して、バッファタンク１３８の上面部分１３９ｂへ供給され、側面部分１３９ａで希釈されて保持される。

図１２は、バッファタンク１３８に保持された低濃度の液体燃料が、燃料電池装置１２０の燃料極へ供給される様子を示す。バッファタンク１３８に保持された液体燃料は、燃料ポンプ１３６により吸い出され、第２部材１７４の配管２３０、第３部材１７６の配管２３２を通過して、燃料電池装置１２０の燃料入口マニホールド１２４へ供給される。燃料電池装置１２０の燃料極から排出された未反応の液体燃料及び生成した二酸化炭素は、バッファタンク１３８の側面部分１３９ａで気液分離される。バッファタンク１３８には、上述のように高濃度の液体燃料が追加され、再び燃料ポンプ１３６により吸い出されて循環される。

図１３は、空気が燃料電池装置１２０の空気極へ供給される様子を示す。空気は、エアポンプ１３４から、第２部材１７４の配管２４０、第３部材１７６の配管２４２を通過して、燃料電池装置１２０の空気入口マニホールド１２３へ供給される。燃料電池装置１２０の空気極から排出された未反応の空気及び生成した水は、バッファタンク１３８の側面部分１３９ａで気液分離される。空気や二酸化炭素などの気体は、バッファタンク１３８の上面部分１３９ｂから、第３部材の配管２４４、第２部材１７４に設けられた排気口１２５を介して系外へ排気される。

［燃料電池システムの外形］
図１４は、実施例２に係る燃料電池システム２００を搭載したノートブック型のパーソナルコンピュータ１０の外観を示す。実施例１と重複する説明は省略するが、実施例２の燃料電池システム２００は、パーソナルコンピュータ１０の本体２０に電源出力コネクタ２６０および電源出力ケーブル２６１を介して接続され、パーソナルコンピュータ１０に電力を供給する電源ユニットとして機能する。実施例２の燃料電池システム２００は、電源ケーブル２６１により電力供給対象（例えば、パーソナルコンピュータ１０）との距離を任意に設定できるので、電力供給対象の形状を考慮して外形の設計する必要が無く、汎用な電源出力コネクタ２６０を用いることにより、汎用な電源ユニットとして利用が可能となる。

［燃料電池システム内のレイアウト］
図１５は、実施例２に燃料電池システム２００における各ユニットのレイアウトを模式的に示す。燃料電池システム２００において、燃料タンク２１０と、エアポンプ２３４や燃料ポンプ２３６及び２３７などの構成を含む補機ユニット２３０と、燃料電池装置２２０は、この順に配置されている。そして、燃料電池システム２００を統括的に制御する制御ユニット２４０は、燃料電池システム２００の端部、特に燃料電池装置２２０に隣接した端部に設けることにより、パーソナルコンピュータ１０との間で通信を行うための配線や、燃料電池装置２２０との電力配線を短くすることができるほか、燃料供給ラインと制御ユニット２４０とを隔離することができ、水蒸気などが制御ユニット２４０へ回り込むことを抑制することができる。また、燃料電池装置２２０は燃料電池システム２００内の構成部品の中でも最も重量が大きいので、燃料電池システム２００の幾何学上の中心が燃料電池装置２２０の中に入るように燃料電池装置２２０を配置すると、燃料電池システム２００の幾何学的中心と重心との位置が近づき、燃料が消費され燃料タンク２１０の重量が変化しても幾何学的中心と重心との位置を近い状態に保つことができ、燃料電池システム２００の物理的な安定性が向上する。

図１６は、実施例２に係る燃料電池システム２００の外観を示す。上述したように、燃料電池システム２００において、燃料タンク２１０及びバッファタンク２３８と、補機ユニット２３０と、燃料電池装置２２０とはこの順に配置され、補機ユニット２３０は、エアポンプ２３４、燃料ポンプ２３６、２３７、及び配管ユニット２７０などから構成される。本実施例のように、燃料タンク２１０とバッファタンク２３８とを隣接して配置することにより、燃料タンク２１０とバッファタンク２３８とを繋ぐ配管を短くすることができるため、高濃度のメタノール水溶液が配管の途中で揮発し気泡となってしまうことを防ぐことができる。

本実施例の燃料電システム２００の筐体２０１側面には、燃料電池装置２２０を冷却するための冷却ファン２０２が設けられ、燃料電池装置２２０を挟んで、この冷却ファン２０２に対向する位置には冷却空気を取り込むためのスリット２０３が配置される。また、筐体２０１上面に設けられたスリット２０４は、バッファタンク２３８の上部に位置し、燃料電池装置２２０から排出されバッファタンク２３８にて気液分離された空気や二酸化炭素などの気体を選択的に透過するフィルタ２３９を介して系外へ排出する排気口の役割を果たしている。

燃料電池システム２００の、パーソナルコンピュータ１０への接続部分には、制御ユニット２４０が設けられている。制御ユニット２４０は、燃料電池システム２００の制御機能を担う制御回路と、燃料電池装置２２０により発電された電力をパーソナルコンピュータ１０が利用可能な形態に変換する変換回路と、補助電源２５０などを含む。燃料電池装置２２０において発生した電力は、変換回路により適切な電圧に変換され、電源出力コネクタ２６０および電源出力ケーブル２６１を介してパーソナルコンピュータ１０へ供給される。また、燃料電池装置２２０において発生した電力の一部は、補助電源２５０にも供給され、補助電源２５０を充電するために利用される。補助電源２５０は、燃料電池システム２００を起動する際、補機ユニット２３０のポンプ、モータ、及びファンなどに電力を供給したり、パーソナルコンピュータ１０が急激な高負荷状態となったときに、燃料電池装置２２０と並行して電力を供給したりするのに用いられる。

［燃料タンクの外形・外観］
図１７（ａ）、（ｂ）は、実施例２に係る燃料電池システム２００に燃料タンク２１０が接続される様子を示す。図１７（ａ）は、図１６に示した燃料電池システム２００の上面を示し、図１７（ｂ）は、手前側面を示す。図１７（ａ）に示すように、燃料電池システム２００には、燃料タンク２１０を摺動可能に支持するためのレール（突起）２１８ａ及び溝２１９ｂが設けられ、燃料タンク２１０にも燃料電池システム２００に対応する位置に溝２１９ａ及びレール（突起）２１８ｂが設けられている。燃料タンク２１０を燃料電池システム２００に接続するときは、燃料電池システム２００と燃料タンク２１０にそれぞれ設けられた突起２１８ａ及び２１８ｂ、溝２１９ａ及び２１９ｂを噛み合わせて、燃料電池システム２００に設けられたコネクタ２１４に、燃料タンク２１０のキャップ２１６を押し込む。燃料タンク２１０を燃料電池システム２００から外すときは、燃料タンク２１０を接続時と逆の方向へ摺動させる。

本実施例においても、燃料電池システム２００をパーソナルコンピュータ１０などの機器に接続した状態で、燃料タンク２１０を容易に着脱することができる。また、燃料タンク２１０の側面のうち２面は、燃料電池システム２００の筐体面を構成しているので、燃料電池システムを小型化、軽量化することができるとともに、燃料タンク２１０の着脱を容易にすることができる。燃料タンク２１０のうち燃料電池システム２００の筐体２０１を構成する側面は、内部の液体燃料の残量を視認可能とするために、透明又は半透明としてもよい。燃料タンク２１０は、少なくとも液体燃料と触れる内面が、液体燃料に対する耐性を有する樹脂などの材料により構成されるのが好ましい。

［燃料タンクのコネクタ］
図１８（ａ）、（ｂ）は、燃料タンク２１０のキャップ２１６にコネクタ２１４が接続される様子を示す。図１８（ａ）に示すように、コネクタ２１４には、燃料チューブ２１５が設けられており、燃料タンク２１０のキャップ２１６には、燃料接続口２１７が設けられている。燃料接続口２１７には、シリコンゴムやテフロン（登録商標）などの材料により構成された逆止弁２１７’が設けられており、燃料タンク２１０を燃料電池システム２００に接続するときは、図１７（ｂ）に示すように、燃料チューブ２１５をキャップ２１６の燃料接続口２１７に、逆止弁２１７’を貫通するように突き刺すことにより、液体燃料の流通を可能とする。

［燃料タンク内の構成］
燃料タンク２１０の内部は、液体燃料に対する耐性と、例えばゴム風船のような伸縮性あるいはテドラバッグのような柔軟性を有する材料でできた袋２１３が設けられており、高濃度の液体燃料を保持する燃料室２１１と、空気で満たされた空気室２１２とに仕切られている。液体燃料を供給するときは、燃料ポンプ２３７により燃料室２１１から液体燃料を吸引し、空気室２１２へは、燃料タンク２１０の壁面に空気孔を設け、系外から空気を取り込む。この構成により、どのような向きに燃料タンク２１０を配置したとしても、同じように液体燃料を供給することができる。袋２１３に代えて、摺動可能が板材などにより液体燃料と空気とが仕切られたピストン構造を有していてもよい。

以上、本発明を実施例をもとに説明した。この実施例は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

［その他の事項］
なお、燃料電池部とは本実施の形態において少なくとも燃料電池装置１２０、２２０を含む部分、燃料保持部とは少なくとも燃料タンク１１０、２１０を含む部分、燃料供給部とは配管ユニット１７０のような燃料あるいは酸化剤の流通経路を含む部分、制御部とは制御ユニット１４０、２４０を含む部分のことである。また、アクティブ形燃料電池システムとは燃料を流通させる燃料流通手段として燃料ポンプなどを有する燃料電池システムのことをいう。

また、本実施の形態では、メタノール水溶液などの液体燃料を用いて説明したが、燃料はこれに限定されるものではなく、メタノール以外の液体燃料や、純水素を用いても良い。

本実施の形態では、ノート型のパーソナルコンピュータへ電力を供給する燃料電池システムについて説明したが、燃料電池システムが電力を供給する負荷はこれに限らず、携帯電話、ＰＤＡなどの携帯機器や、アイロン、ドライヤ、シェーバ、電動歯ブラシなど持ち運び可能な機器への利用が考えられる。

本発明の燃料電池システムの全体構成を模式的に示す図である。 本発明の実施例１に係る燃料電池システムを搭載した電子機器の一例としてのノートブック型のパーソナルコンピュータの外観を示す図である。 本発明の実施例１に係る燃料電池システムをノートブック型のパーソナルコンピュータの背面に接続した様子を示す図である。 本発明の実施例１に係る燃料電池システムにおける各ユニットのレイアウトを模式的に示す図である。 本発明の実施例１に係る燃料電池システムの外観を示す図である。 本発明の実施例１に係る燃料電池システムに燃料タンクが接続される様子を示す図である。 本発明の実施例１に係る燃料タンクのキャップにコネクタが接続される様子を示す図である。 本発明の実施例１に係る燃料電池装置の内部構成の一部を模式的に示す図である。 本発明の実施例１に係る補機ユニットの構成を示す図である。 本発明の実施例１に係る補機ユニットのエアポンプから燃料タンクの空気室に空気が送り込まれる様子を示す図である。 本発明の実施例１に係る燃料タンクからバッファタンクへ高濃度の液体燃料が供給される様子を示す図である。 本発明の実施例１に係る燃料電池装置の燃料極へ、バッファタンクに保持された低濃度の液体燃料が供給される様子を示す図である。 本発明の実施例１に係る燃料電池装置の空気極へ空気が供給される様子を示す図である。 本発明の実施例２に係る燃料電池システムを搭載した電子機器の一例としてのノートブック型のパーソナルコンピュータの外観を示す図である。 本発明の実施例２に係る燃料電池システムにおける各ユニットのレイアウトを模式的に示す図である。 本発明の実施例２に係る燃料電池システムの外観を示す図である。 本発明の実施例２に係る燃料電池システムに燃料タンクが接続される様子を示す図である。 本発明の実施例２に係る燃料タンクのキャップにコネクタが接続される様子を示す図である。

符号の説明

１０ パーソナルコンピュータ
２０ 本体
２２ 蓋体
３０ 表示装置
１００、２００ 燃料電池システム
２０１ 筐体
２０２ 冷却ファン
２０３、２０４ スリット
１１０、２１０ 燃料タンク
１１１、２１１ 燃料室
１１２、２１２ 空気室
１１３、２１３ 袋
１１４、２１４ コネクタ
１１５ａ 空気用ニードル
１１５ｂ 燃料用ニードル
２１５ 燃料チューブ
１１６、２１６ キャップ
１１７ａ 空気接続口
１１７ｂ、２１７ 燃料接続口
２１７’ 逆止弁
１１８ａ、１１８ｂ、２１８ａ、２１８ｂ レール（突起）
１１９ａ、１１９ｂ、２１９ａ、２１９ｂ 溝
１２０、２２０ 燃料電池装置
１２１ 空気極側セパレータ
１２２ 燃料極側セパレータ
１２３ 空気入口マニホールド
１２４ 燃料入口マニホールド
１２５ 排気口
１３０、２３０ 補機ユニット
１３２、１３４、２３４ エアポンプ
１３６、２３６、２３７ 燃料ポンプ
１３６ａ モータ
１３６ｂ ファン
１３８、２３８ バッファタンク
１４０、２４０ 制御ユニット
１５０、２５０ 補助電源
１６０ ＰＣコネクタ
２６０ 電源出力コネクタ
２６１ 電源出力ケーブル
１７０ 配管ユニット
１７２ 第１部材
１７４ 第２部材
１７６ 第３部材

Claims (9)

1. 負荷へ電力を供給する燃料電池システムであって、
   燃料により動作する燃料電池部と、
   前記燃料を保持する燃料保持部と、
   前記燃料保持部から前記燃料電池部へ前記燃料を供給する燃料供給部と、を含み、
   前記燃料供給部を、前記燃料保持部と前記燃料電池部とに挟まれる位置に配置されることを特徴とする燃料電池システム。
2. 前記燃料保持部、前記燃料供給部、前記燃料電池部は、この順に、前記負荷への接続面に略平行に配置されることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
3. 前記燃料電池システムの幾何学的中心と重心とが、前記燃料電池部に位置することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
4. 前記燃料保持部、前記燃料供給部、前記燃料電池部のうち少なくとも一つを制御する制御部をさらに含み、
   前記制御部は、前記燃料保持部と前記燃料供給部と前記燃料電池部とを含む第１の領域の外周部に配置されることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の燃料電池システム。
5. 前記制御部は、前記外周部であって、前記負荷への接続部分付近に配置されることを特徴とする請求項４に記載の燃料電池システム。
6. 前記制御部は、前記外周部であって、前記燃料電池部に隣接する位置に配置されることを特徴とする請求項４に記載の燃料電池システム。
7. 前記負荷は、本体と、前記本体に開閉可能に軸支された蓋体と、前記蓋体の内側の面に設けられた表示装置と、を含み、
   前記燃料電池システムは、前記負荷の背面に接続され、前記蓋体を開いて前記表示装置を視認可能とするときの妨げにならないよう、前記負荷との接続面の上辺に傾斜がつけられていることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の燃料電池システム。
8. 前記燃料電池部は、一対の電極層と、前記電極層に間挿された反応層と、を含むセルを複数積層した構造を有するスタックを含み、
   前記セルの積層方向は、前記燃料保持部、前記燃料供給部、前記燃料電池部が配置される方向に略平行であることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の燃料電池システム。
9. 前記燃料供給部は、前記燃料を流通させる燃料流通手段を含み、
   前記燃料システムは、前記燃料流通手段により前記燃料保持部から前記燃料電池部へ前記燃料を流通させるアクティブ形の燃料電池システムであることを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の燃料電池システム。
   
   

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