JP2005235575A - 燃料カートリッジ、燃料電池装置及びその燃料交換方法並びに携帯用電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】安定した燃料供給とユーザーの負担を軽減し、吸着剤の交換が確実に行える燃料カートリッジ、燃料電池装置及びその燃料交換方法並びに携帯用電子機器を供給する
【解決手段】燃料収納部と、内部に吸着剤が収納された捕水設備と、をカートリッジ容器の内部に収納してなることを特徴とし、定常状態において、前記燃料収納部が２５℃以上に保持されること、前記燃料収納部を、水素、ブタン、ジメチルエーテル及びアルコールの少なくとも１種で充填してなること、前記吸着剤が、シリカ、シリカゲル、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン、活性炭、ゼオライト及び吸水性高分子の少なくとも１種であることが好ましい。
【選択図】図１

Description

本発明は、ブタン、ジメチルエーテル、アルコール、水素などを原燃料とし、携帯型コンピュータやＰＤＡに代表される携帯情報端末、携帯電話等の移動体通信用電源、デジタルビデオ、デジタルカメラならびに、野外での緊急電源などに用いられる燃料電池に関するもので、さらに詳細には燃料電池への燃料源の供給方法ならびに発電における生成水の処理方法に関するものである。

近年、ノートパソコン、ＰＤＡ（Personal Digital Assistant）、携帯型ゲーム機、携帯電話等の携帯通信端末、デジタルカメラ、ビデオカメラ、携帯用ＤＶＤテレビ等の携帯用電子機器における長時間駆動への要求が益々増加している。その結果、電池はＮｉ−Ｃｄ２次電池やＮｉＨ２次電池から、よりエネルギー密度の高いＬｉイオン２次電池へ発展してきた。

しかしながら、ＣＰＵの高駆動周波数化、携帯電話や携帯用テレビ等における動画の普及に伴い、携帯電子機器の消費電力は益々伸びる方向にあり、これら２次電池では、要求されるエネルギー密度を満足することができないという問題があった。

そこで、近年、エネルギー密度が高く、理論変換効率の高い燃料電池が新しい供給電源として脚光を浴びている。

ここで、これらの燃料電池を携帯機器用電源として適用する場合は、持ち運びの必要性から燃料電池用燃料の供給方法と、電子機器は水を嫌うため発電時に発生する水の処理方法が重要になってくる。

燃料の供給方法については、ブタンボンベを使ったカセットボンベ方式や携帯電話用に単四電池程度の大きさの燃料カートリッジ方式のコンセプトが紹介されている。

一方、発電部において水素と酸素との反応によって生成した水の処理については、排ガスをカートリッジ方式の水分除去器を設けて除去するとともに、カートリッジの交換を可能とし、使い捨てもできる構造が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
ＵＳＰ５７２３２２９号公報 日経メカニカル２０００年１２月号

しかしながら、非特許文献１の燃料ボンベは、カートリッジ方式を用いるため、燃料交換が容易になるものの、寒冷地や冬場の気温が低い場合、燃料に有機燃料を用いると液体が気化しにくくなり、燃料供給が不安定になるという問題があった。

また、特許文献１に記載の水分除去器には吸着材が充填されており、水分を除去するのに効果があるものの、携帯用電子機器に用いる場合には燃料と吸着剤の補給のためカートリッジを頻繁に交換するため、ユーザーに負担がかかるという問題があり、吸着剤の交換を怠ると電子機器が故障する危険性があった。

従って、本発明は、安定した燃料供給とユーザーの負担を軽減し、吸着剤の交換が確実に行える燃料カートリッジ、燃料電池装置及びその燃料交換方法並びに携帯用電子機器を供給することを目的とする。

本発明の燃料カートリッジは、燃料タンクと、内部に吸着剤が収納された除水装置と、をカートリッジ容器の内部に収納してなることを特徴とする。

燃料使用時の定常状態において、前記燃料タンクが２５℃以上に保持されることが好ましい。

前記燃料タンクが、ブタン、ジメチルエーテル及びアルコールの少なくとも１種で充填されてなることが好ましい。

前記吸着剤が、シリカ、シリカゲル、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン、活性炭、ゼオライト及び吸水性高分子の少なくとも１種であることが好ましい。

本発明の燃料電池装置は、発電部と、燃料収納部と、該燃料収納部と連結し、前記発電部に燃料を供給するための燃料供給部と、前記発電部で生成された水を除去する水処理部と、を備えた燃料電池装置であって、前記燃料収納部の燃料タンク及び前記水処理部の除水装置が、上記の燃料カートリッジに収納されてなることを特徴とする。

前記燃料タンクが、ブタン、ジメチルエーテル及びアルコールの少なくとも１種で充填されてなることが好ましい。

予備電源を具備することが好ましい。

前記発電部で発生する排ガスの排出口と、前記燃料カートリッジの除水装置の気体導入口と、を連結することが好ましい。

本発明の燃料電池装置の燃料交換方法は、発電部と、燃料収納部と、該燃料収納部と連結し、前記発電部に燃料を供給するための燃料供給部と、前記発電部で生成された水を除去する水処理部と、を備えた燃料電池装置の燃料交換方法であって、前記燃料収納部の燃料タンク及び水処理部の除水装置をカートリッジ容器の内部に収納した燃料カートリッジで構成し、該燃料カートリッジを交換することを特徴とする。

前記燃料タンク及び前記除水装置を交換することによって前記燃料カートリッジを再生することが好ましい。

本発明の携帯用電子機器は、上記の燃料電池装置を電源として備えることを特徴とする。

前記燃料電池装置の発電部で発生する水蒸気を含む排ガスを、前記燃料カートリッジ内の吸着剤と接触させた後に前記燃料電池装置の外部へ排出することが好ましい。

本発明は、燃料電池における燃料及び吸着剤をカートリッジに一つにまとめ、同時に交換することによって、吸着剤の交換を忘れずに行えるとともに、排ガスの熱によって燃料収納部を加熱できるという新規な知見に基づくものであり、その結果、電子機器の故障を防止することができ、また、低温での使用においても安定した動作を行うことができる。

特に、燃料使用時の定常状態において、前記燃料タンクが２５℃以上に保持される場合、燃料が安定して供給される。

前記燃料タンクが、ブタン、ジメチルエーテル及びアルコールの少なくとも１種で充填されてなる場合、液化されやすいため、運搬等の取り扱いも容易で、単位体積当りの貯蔵量を高めることができる。水素を燃料タンクに貯蔵すると、改質反応などの反応プロセスを介することなく発電部に供給できるため、装置をコンパクトにすることができる。

前記吸着剤が、シリカ、シリカゲル、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン、活性炭、ゼオライト及び吸水性高分子の少なくとも１種である場合、吸着量が高いので、発電によって生成された水分、水蒸気改質のために供給された水蒸気、及び大気中に含まれる水分をより多量の吸収でき、吸着剤の交換期間を延ばせるとともに、外部へ放出する排ガス中から水分を除去し、特に水分を嫌う電子機器への燃料電池装置の適用が容易となる。

本発明の燃料電池装置は、発電部と、燃料収納部と、該燃料収納部と連結し、前記発電部に燃料を供給するための燃料供給部と、前記発電部で生成された水を除去する水処理部と、を備えた燃料電池装置であって、前記燃料収納部の燃料タンク及び前記水処理部の除水装置が、上記の燃料カートリッジに収納されてなることを特徴とする。

上記の燃料カートリッジを利用するため、燃料収納部の取り外しと移動が容易になり、燃料交換と同時に吸着剤の交換も同時に行うことができる。さらにカートリッジ内に燃料タンクと除水装置とを一体化することでカートリッジをコンパクトにできる。また、加熱された排ガスがカートリッジ内を通過することで燃料収納部の温度を２５℃以上に保持することが出来、特に低温での使用において燃料収納部からの燃料供給の安定化が容易となる。

前記燃料タンクが、水素、ブタン、ジメチルエーテル及びアルコールの少なくとも１種で充填されてなる場合、燃料を液体状態で貯蔵できるため燃料収納部の体積を小型化でき、改質器で容易に水素に変換することができる。

予備電源を具備することが好ましい。燃料電池装置の起動を容易にすることができる。

前記発電部で発生する排ガスの排出口と、前記燃料カートリッジの除水装置の気体導入口と、を連結する場合、発電部の廃熱を燃料カートリッジに取り込むことができ、廃熱で燃料タンクを加熱し、２５℃以上の温度に保持するのが容易になる。

前記発電部で発生する水蒸気を含む排ガスの排出口を、前記燃料カートリッジと連結してなる場合、排ガス中の水蒸気がカートリッジ内の捕水設備内にトラップされるので電子機器内へ水蒸気が進入し腐食やショートを起こすといった心配が無くなる。更に排ガスの温度が燃料収納部へ伝わることで定常状態において燃料収納部の温度を２５℃以上に保持できる。

本発明の燃料電池装置の燃料交換方法は、発電部と、燃料収納部と、該燃料収納部と連結し、前記発電部に燃料を供給するための燃料供給部と、前記発電部で生成された水を除去する水処理部と、を備えた燃料電池装置の燃料交換方法であって、前記燃料収納部の燃料タンク及び水処理部の除水装置をカートリッジ容器の内部に収納した燃料カートリッジで構成し、該燃料カートリッジを交換することを特徴とするものであり、燃料カートリッジの交換で容易に燃料交換ができ、同時に吸着剤の交換も確実に行うことができる。

前記燃料タンク及び前記除水装置を交換することによって前記燃料カートリッジを再生する場合、燃料カートリッジを容易に再生することができる。

本発明の携帯用電子機器は、上記の燃料電池装置を電源として備えることを特徴とするもので、燃料収納部の燃料タンクと水処理部の除水装置が一つのカートリッジに内蔵され、燃料交換及び水漏れを防ぐ構造を特徴とする燃料電池により電気を供給されるため、長時間寿命でかつ水の影響を受けないため信頼性の高い製品となる。

前記燃料電池装置の発電部で発生する水蒸気を含む排ガスを、前記燃料カートリッジ内の吸着剤と接触させた後に前記燃料電池装置の外部へ排出する場合、排ガスの熱を燃料収納部へ伝えることが出来、寒冷地など燃料ガスの蒸気圧が低くなるような場所においても一定温度以上に燃料収納部を保てることで安定した燃料ガスの供給が行えるという利点がある。

本発明の燃料カートリッジは、燃料タンクと、内部に吸着剤が収納された除水装置と、をカートリッジ容器の内部に収納してなることを特徴とするものである。このように、燃料タンクと除水装置とを同一容器に収納することにより、燃料の交換時に除水装置内の吸着剤を同時に行うことができ、吸着剤の交換を忘れることなく、確実に行うことができるため、電子機器の故障を防止することができる。

以下、本発明の燃料カートリッジを、より具体的に、本発明の燃料電池装置の構成図を用いて説明する。

図１は、本発明の燃料電池装置の構造を示す説明図である。図１によれば、本発明の燃料電池装置は、発電部１と、燃料収納部２と、燃料収納部２から発電部１に燃料を供給する燃料供給部３と、発電部１から発生する水分を捕集する水処理部４と、を備えている。

燃料収納部２は、燃料タンク６とその内部に充填されている燃料で構成される。

燃料供給部３は、流量調整バルブ９、圧力計１０、改質器１１、ＣＯ酸化反応器１２で構成される。

発電部１は、アノード側セパレータ１３、カソード側セパレータ１４、ＭＥＡ１５で構成される。

水処理部４は、除水装置７と、除水装置７に収容される吸着剤８で構成される。

本発明の燃料カートリッジ５は、燃料収納部２及び水処理部４を内部に組み込みこんだものである。即ち、燃料タンク６と、吸着剤８を内部に収容した除水装置７と、を内部に装填してなるものである。これにより、燃料及び吸着剤８の交換を同時に行うことになり、吸着剤８の交換を忘れることなく、確実に行うことができる。

燃料は、ガスでも液化燃料でも使用することができる。具体的に、燃料は、液体状態で貯蔵して燃料の容積を小型化できる点において、液化原料、例えば、ブタン、ジメチルエーテル及びアルコールの少なくとも１種であることが好ましい。燃料は燃料タンク６に充填される。

また、燃料は、改質反応などの反応プロセスを排除し、アノード電極へ直接供給することで、燃料電池装置をコンパクトにできる点で、水素であることが好ましい。水素は、ボンベに直接充填しても良いが、水素吸蔵材料に保有し、必要に応じて水素を取り出すこともできる。

燃料カートリッジ５内の除水装置７の内部には吸着剤が充填されており、発電部１で発生する水蒸気等の水分を吸着し、大気中へ放出する。大気中とは、電子機器の内部である場合があり、このような場合でも水蒸気による腐食を防止でき、携帯用電子機器等の電子機器の故障を防止することができる。

吸着剤８としては、シリカ、シリカゲル、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン、活性炭、ゼオライト及び吸水性高分子の少なくとも１種を用いることができる。これらの吸着剤はガス中に含まれる水分の吸着特性に優れている。これらのうち、実用性、経済性の点でシリカ又はシリカゲルが、装置のコンパクト性の点でカーボンナノチューブ又はカーボンナノホーンが、コスト的な面から吸着性高分子が好適に使用できる。

このように構成された燃料カートリッジ５は、燃料電池装置から脱着が容易になっており、燃料の消費によって交換時期が来た場合、燃料カートリッジ５ごと交換することができる。また、燃料カートリッジ５は、さらに燃料タンク６及び除水装置７を交換して再利用することもできる。

燃料の交換時期の検知方法は、特に制限されるものではなく、例えば、燃料の量を直接測定しても良いし、燃料が一定量以下になるのを検知しても良く、更に蒸気圧の低下を測定しても良い。

なお、燃料の交換時期は、吸着剤８の交換時期よりも短いサイクルであることが、電子機器の故障を防止するために好ましい。具体的には、吸着剤８の充填量は、燃料が全て消費され、反応によって生成する水を全て吸着する量（燃料等価量）してもさらに水分の吸着が可能になるように設定するのが良い。空気を取り込む場合には、空気からも水分を取り込むため、具体的には、充填量を燃料等価量の１２０％以上、好ましくは１５０％以上、更には２００％以上の水分吸着能力を備えることが好ましい。

燃料収納部２の燃料タンク６は、燃料使用時の定常運転状態において、２５℃以上に保持されることが好ましい。発電部における反応後の排ガスを冷却させずに燃料カートリッジの除水装置７に導入することで除水装置７を加熱するとともに、燃料カートリッジ５の内部に熱が補給されるため、その熱によって燃料タンク６の温度も２５℃以上、特に３０℃以上、さらには３５℃以上の温度にすることができる。

なお、燃料使用時の定常運転状態とは、発電を開始するために燃料供給を開始し、発電部１からの熱で燃料タンク６の温度が高くなった後、燃料タンク６の温度がほぼ一定になった状態を定常状態と規定する。

以上のように構成された燃料カートリッジ５は、燃料電池装置における燃料及び吸着剤８をカートリッジに一つにまとめ、同時に交換することによって、吸着剤８の交換を忘れずに行えるとともに、排ガスの熱によって燃料収納部２を加熱できるという新規な知見に基づくものであり、その結果、電子機器の故障を防止することができ、また、低温での使用においても安定した動作を行うことができる。

本発明の燃料電池装置は、一例として図１に示し、上述したように、燃料タンク６とその内部に充填されている燃料で構成される燃料収納部２と、流量調整バルブ９、圧力計１０、改質器１１、ＣＯ酸化反応器１２で構成される燃料供給部３と、アノード側セパレータ１３、カソード側セパレータ１４、ＭＥＡ（Membrane Electrode Assembly）１５で構成される発電部１と、除水装置７と、除水装置７に収容される吸着剤８で構成される水処理部４を具備する。

本発明によれば、燃料収納部２の燃料タンク６及び除水装置７が、燃料カートリッジ５に収容されていることが重要である。即ち、本発明の燃料電池装置は、本発明の燃料カートリッジ５を使用していることが重要である。これにより、吸着剤８を確実に交換することができる。また、後述するように、発電部１で加熱された排ガスを燃料カートリッジ５に取り込むことにより、廃熱を燃料タンク６の加熱に利用でき、特に、寒冷地での使用や冬季の戸外での使用といった低温環境下においても、液化燃料の安定供給を実現することができる。

燃料カートリッジ５が、ブタン、ジメチルエーテル及びアルコールの少なくとも１種を燃料として搭載することは上述した理由により適するが、同時に、これらの燃料を水素に変換する改質器１１を備えたことが好ましい。これにより、燃料を液体状態で貯蔵できるため燃料収納部２の体積を小型化でき、改質器１１で容易に水素に変換することができる。

上述したように発電部１で発生した熱を利用して燃料タンク６を加熱するが、燃料電池装置の起動時、即ち発電初期においては、起動時には発電部１の温度が低く、発電部１が所定の温度に達するまでの時間は電力の供給が不安定であるため、その期間の電源を補うための補助電源を具備することが好ましい。このような起動時に発電部１の温度を所定温度まで高める処理は、周知の方法、例えばヒーターにより加熱する方法、燃料を直接燃焼する方法、外部から熱源を供給する方法等を用いることができる。

予備電源としては、蓄電池の他に、ＡＣ電源、自動車からのＤＣ電源等を使用することができる。

発電部１で発生する水蒸気を含む排ガスの排ガス出口１６と、燃料カートリッジ５に格納されている除水装置７の気体導入口１９とを、アノード側排ガスライン１７及びカソード側排ガスライン１８を介して連結することで、排ガスに含まれる発電部１の廃熱を燃料カートリッジ内へ取り込み、燃料タンク６の温度を定常状態において２５℃以上に保持することができる。これにより低温環境下での使用においても安定した燃料供給を行うことができ、安定した出力を得ることができる。

燃料タンク６の燃料の流量は、圧力計１０の圧力値に従って流量調整バルブ９で調整される。

発電部１は、水素と酸素とを燃料とする燃料電池であれば、どのような方式のものでも良い。図１には、ＰＥＦＣ（固体高分子型燃料電池）方式の燃料電池の例を示したが、他にも、ＰＡＦＣ（リン酸型燃料電池）方式、ＭＣＦＣ（溶融炭酸塩型燃料電池）方式を例示でき、これら以外の方式であっても良い。

発電部１は、ＰＥＦＣ方式の場合、一対のセパレータでＭＥＡ１５を挟持するような構造を有する。即ち、図５に示すように、アノード側セパレータ層１３とカソード側セパレータ層１４によって電解質膜を挟み込んだ構造になっている。

このような燃料電池装置は、燃料タンク６と除水装置７を内蔵する燃料カートリッジ５を備えているため、燃料タンク６と吸着剤８の交換が容易になり、吸着剤８の交換を確実に行うことができ、除水装置７の排出口２０から出る排ガス中の水分濃度を顕著に低減することができる。また、燃料カートリッジ５に発電部１で発生する熱を取り込むため、廃熱を利用して燃料タンク６を保温することができ、特に低温環境下での燃料の安定供給が容易となる。

図２に本発明の他の燃料電池装置を示した。図２によれば、本発明の燃料電池装置は、図１の燃料電池装置において、圧力計１０と改質器１１との間に、加湿器３１を設けたものである。加湿器３１は燃料ガス中に水蒸気を含ませることができればその構造や方式は制限されるものではない。加湿器３１以外は、図１と同じ番号を付与した。このように、加湿器３１を導入することにより、燃料ガスと水蒸気の混合ガスとして改質することができる。

図３に本発明のさらに他の燃料電池装置を示した。図３によれば、本発明の燃料電池装置は、図１の燃料電池装置において、圧力計１０と改質器１１との間にマイクロフィーダー４１を設けたものである。マイクロフィーダー４１以外は、図１と同じ番号を付与した。このように、マイクロフィーダー４１を導入することにより、一定量の水蒸気を継続して導入することができ、燃料ガスと水蒸気の混合ガスとして改質することができる。

改質器１１には、有機燃料から水素を取り出すための触媒、例えばＣｕ−ＺｎＯ（直径３．２ｍｍ、厚み３．２ｍｍの錠剤）を充填することができる。改質器１１は外部ヒーター等により加熱され所望の温度に保たれ、改質器１１へ導入された燃料ガスは、触媒の働きによって、水蒸気と反応してＨ_２及びＣＯ等の炭素酸化物を生成する。

これらのガスは、空気導入口２１ａから導入された酸素と共にＣＯ酸化反応器１２に導入され、ＣＯが酸化されてＣＯ_２になる。ＣＯ酸化反応器１２には、ＣＯを酸化するための触媒が充填されている。例えば、直径が３．０ｍｍの球形のＰｔ−Ｐｄ触媒を用いることができる。このように、ＣＯ酸化反応器１２を備えることによって、アノード側セパレータ１３に用いた白金触媒がＣＯによって被毒されて特性劣化を引き起こすのを防止することができる。なお、ＣＯ酸化反応器１２はアノード側セパレータ１３がＣＯに対して耐食性を有する場合には省くことができる。

このように、改質器１１とＣＯ酸化反応器１２とを経て発電部１に供給されるガスは、水素の含有量の高い気体であり、水素が燃料として使用されるため、高出力を得ることができる。

なお、上述したような水蒸気改質を行う場合は、あらかじめ燃料自体を水と混合させ燃料収納部２に保存する方法、燃料を水に通過させて水蒸気を含有させる方法やマイクロフィーダーで強制的に一定量の水蒸気を供給する方法等を用いることができる。また、水蒸気改質反応を酸化反応にすることで、水蒸気の供給を省くことも可能である。さらに、ＤＭＦＣなどの直接燃料を発電部１へ供給する場合や燃料ガスとして水素を用いる場合、改質器１１やＣＯ酸化反応器１２を省略した構造にすることができる。

例えば、図４に示したように、本発明のさらに他の燃料電池装置は、図１の燃料電池装置において、改質器１１とＣＯ酸化反応器１２を取り除き、燃料タンク６に充填された水素ガスを、圧力計１０を経由して直接発電部１に導入するものである。なお、各部は図１と同じ番号を付与した。このように、水素ガスを用いる場合、改質に関係する部品を搭載する必要が無いため、燃料電池装置の小型化に寄与することが可能となる。

次に、燃料電池装置の燃料交換方法について図１の構造を有する燃料電池装置の場合について詳細に説明する。

まず、燃料収納部２の燃料タンク６にメタノール、エタノール、イソプロパノール及びブタノール等の有機燃料を充填し、また、水処理部４の除水装置７に収納された吸着剤８を交換した燃料カートリッジ５を燃料電池装置に装填する。発電を行って燃料交換時期になれば、使用済みの燃料カートリッジ５を取り外し、新しい燃料カートリッジ５又は燃料補充し吸着剤８を交換した燃料カートリッジ５を取り付ける。

次いで、流量調整バルブ９を開き、燃料ガス流量を調整しながら燃料ガスを改質器１１へ燃料を導く。改質器１１を経由して発電部１に供給される燃料ガスの圧力は圧力計１０によって監視され、供給ガスの圧力データを燃料供給部３へフィードバックすることで安定した発電を行うことができる。また、圧力計１０から得られる圧力データを、燃料電池装置を内蔵する携帯用電子機器に送ることで、携帯用電子機器に燃料カートリッジ５の交換時期を表示することが可能となる。

発電部１へ供給された水素ガスは、アノード側セパレータ１３によってプロトン化し電子を放出する。放出された電子はアノード側セパレータ１３から回路を経由し電気を起こしカソード側セパレータ１４へ移動する。一方プロトンはＭＥＡ１５を透過しカソード側セパレータ１４へ到達する。カソード側セパレータ１４には空気導入口２１ｂから酸素が供給されＭＥＡ１５を透過してきたプロトン及び回路を経由した電子と反応して水を生成する。

生成された水は空気を主成分とした排ガスにより排ガス通路であるアノード側排ガスライン１７及びカソード側排ガスライン１８を経由して水処理部４の除水装置７の気体導入口１９に導入される。除水装置７には吸着剤８が内蔵されており、排ガス中の水分は吸着剤８に吸着される。除湿された排ガスは排出口２０から燃料カートリッジ５の外、通常は燃料電池装置の外に排出される。

燃料電池装置を内部に備える電子機器の場合、燃料電池装置から排出される排ガスは、電子機器の内部になることがあり、本発明の燃料電池装置の燃料交換方法を用いる場合、特に水分による金属の腐食や劣化を防止でき、電子機器の長期信頼性を高めることができる。

また、ＭＥＡ１５は発電の定常状態において、固体高分子を電解質とした場合には１００℃程度に加熱されるため、発電部１からの排ガスを燃料カートリッジ５の内部に導入することにより、発電部１で発生した熱も燃料カートリッジ５に取り込むこととなり、燃料タンク６を加熱することができ、液体燃料の供給を安定化することができる。これは冬季、特に寒冷地等での低温環境下において、燃料電池を電源とする電子機器を使用する場合、特にジメチルエーテル、ｎ−ブタンやｉ−ブタンなどの沸点が比較的高い燃料を採用しても、容易にガス化することができ、安定した燃料供給を得ることができる。

本発明の燃料電池装置の燃料交換方法は、発電部１と、燃料収納部２と、燃料収納部２と連結し、発電部１に燃料を供給するための燃料供給部３と、発電部１で生成された水を除去する水処理部４と、を備えた燃料電池装置の燃料交換方法であって、燃料収納部２の燃料タンク６及び水処理部４の除水装置７をカートリッジ容器の内部に収納した燃料カートリッジ５で構成し、燃料カートリッジ５を交換することが重要である。

燃料が燃料カートリッジ５に収納されているため、燃料カートリッジ５を取り替えることによって燃料交換を容易に行うことができる。また、余分の燃料カートリッジ５を保持していれば急なバッテリー切れなどにおいてもすぐに交換でき、電池切れを防止できる。また、燃料カートリッジ５の交換によって、吸着剤８の交換も強制的に行なわれるため、水の漏れ出しによる電子機器への影響を大幅に低減することができる。

また、燃料タンク６及び除水装置７を交換することによって燃料カートリッジ５を再生することが好ましい。これにより、燃料カートリッジ５の再生を容易に行うことができる。使用済みの燃料タンク６は、燃料を充填することにより再生することができ、また、使用済みの除水装置７も内部の吸着剤８を交換することによって容易に再生することができる。さらに、取り出した吸着剤８は、所望の処理によって再生することができる。

次に、本発明の携帯用電子機器について説明する。

本発明の携帯用電子機器は、上記の燃料電池装置を電源として備えてなるものであり、燃料収納部２の燃料タンク６と水処理部４の除水装置７が一つのカートリッジに内蔵され、燃料交換及び水漏れを防ぐ構造を特徴とする燃料電池により電気を供給されるため、長時間寿命でかつ水の影響を受けないため信頼性の高い製品となる。

また、燃料電池装置の発電部１で発生する水蒸気を含む排ガスを、燃料カートリッジ５内の吸着剤８と接触させた後に外部へ排出することが好ましい。このように排ガスを燃料カートリッジ５内に取り込むことによって、排ガスの熱を燃料タンク６に伝えることができ、燃料タンク６を例えば２５℃以上の温度に保持できる。よって、冬季の屋外での使用や寒冷地などでの使用のように、燃料ガスの蒸気圧が低くなるような場合であっても液化燃料から気体を発生させるのに充分な温度に燃料タンク６を保持し、安定した燃料ガスの供給を行うことができる。

このような携帯用電子機器としては、例えば、携帯型コンピュータやＰＤＡに代表される携帯情報端末、携帯電話等の移動体通信機器、携帯用テレビやデジタルビデオ等の携帯用映像機器、ラジカセ、ＣＤ又はＭＤ等のオーディオ機器、デジタルカメラやビデオカメラ等の録画装置、携帯用プリンタや携帯用スキャナ等の入出力機器を例示できる。

なお、屋外用電源として、特に、ラジオや懐中電灯等、野外での緊急電源などに用いることも可能である。

図１の燃料電池装置を用いた。燃料としてジメチルエーテルと水の混合燃料を用い、燃料を燃料タンクに充填した。アノード側セパレータ及びカソード側セパレータはアルミナ製セパレータを用い、ＭＥＡ面に０．５ｍｍ×１ｍｍのリブを設けガス流路を設けた。また、ＭＥＡとして導電性多孔質カーボン板を用い、その表面にアノード電極として白金をディップコートにより担持した。同様にカソード電極として白金をディップコートにより作製した。

電解質膜には、ナフィオン（登録商標）を用いた。また、燃料カートリッジの内部には燃料タンクと共に、吸着剤としてシリカゲルを敷き詰めた除水装置を設けた。

気温０℃の環境において燃料電池装置を起動し、定常状態になった時、燃料タンク６の温度は４０℃であり、また、排出口から排出される排ガスの湿度は０．０５％であった。

図２の燃料電池装置を用いた。燃料としてジメチルエーテル燃料を用い、加湿器を設けた以外の構成は実施例１と同じであった。

気温−１０℃の環境において燃料電池装置を起動し、定常状態になった時、燃料タンク６の温度は３３℃であり、また、排出口から排出される排ガスの湿度は０．０９％であった。

図３の燃料電池装置を用いた。燃料としてジメチルエーテル燃料を用い、マイクロフィーダーを設けた以外の構成は実施例１と同じであった。なお、マイクロフィーダーにはイオン交換水を充填し、ジメチルエーテルに対してモル比２の割合でイオン交換水を導入した。

気温０℃の環境において燃料電池装置を起動し、定常状態になった時、燃料タンク６の温度は３１℃であり、また、排出口から排出される排ガスの湿度は０．０８％であった。

図４の燃料電池装置を用いた。燃料としてジメチルエーテル燃料を用い、ＭＥＡとして導電性多孔質カーボン板を用い、その表面にアノード電極として白金−ルテニウムの合金触媒をディップコートにより担持した以外の構成は実施例１と同じであった。燃料のジメチルエーテルは、燃料供給部において改質されることなく発電部に直接導入され、触媒を兼ねるアノード電極で水素イオンを発生することができる。

気温０℃の環境において燃料電池装置を起動し、定常状態になった時、燃料タンク６の温度は３４℃であり、また、排出口から排出される排ガスの湿度は０．０６％であった。

本発明の燃料電池装置の構造を示す説明図である。 本発明の燃料電池装置の他の構造を示す説明図である。 本発明の燃料電池装置のさらに他の構造を示す説明図である。 本発明の燃料電池装置のさらに他の構造を示す説明図である。 本発明の光学装置の構造の一例を示す断面図である。

符号の説明

１・・・発電部
２・・・燃料収納部
３・・・燃料供給部
４・・・水処理部
５・・・燃料カートリッジ
６・・・燃料タンク
７・・・除水装置
８・・・吸着剤
９・・・流量調整バルブ
１０・・・圧力計
１１・・・改質器
１２・・・ＣＯ酸化反応器
１３・・・アノード側セパレータ
１４・・・カソード側セパレータ
１５・・・ＭＥＡ（Membrane Electrode Assembly）
１６・・・排ガス出口
１７・・・アノード側排ガスライン
１８・・・カソード側排ガスライン
１９・・・気体導入口
２０・・・排出口
２１ａ、２１ｂ・・・空気導入口
３１・・・加湿器
４１・・・マイクロフィーダー

Claims (12)

1. 燃料タンクと、内部に吸着剤が収納された除水装置と、をカートリッジ容器の内部に収納してなることを特徴とする燃料カートリッジ。
2. 燃料使用時の定常状態において、前記燃料タンクが２５℃以上に保持されることを特徴とする請求項１記載の燃料カートリッジ。
3. 前記燃料タンクが、水素、ブタン、ジメチルエーテル及びアルコールの少なくとも１種で充填されてなることを特徴とする請求項１又は２記載の燃料カートリッジ。
4. 前記吸着剤が、シリカ、シリカゲル、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン、活性炭、ゼオライト及び吸水性高分子の少なくとも１種であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の燃料カートリッジ。
5. 発電部と、燃料収納部と、該燃料収納部と連結し、前記発電部に燃料を供給するための燃料供給部と、前記発電部で生成された水を除去する水処理部と、を備えた燃料電池装置であって、前記燃料収納部の燃料タンク及び前記水処理部の除水装置が、請求項１〜４記載の燃料カートリッジに収納されてなることを特徴とする燃料電池装置。
6. 前記燃料タンクが、水素、ブタン、ジメチルエーテル及びアルコールの少なくとも１種で充填されてなることを特徴とする請求項５記載の燃料電池装置。
7. 予備電源を具備することを特徴とする請求項５又は６記載の燃料電池装置。
8. 前記発電部で発生する排ガスの排出口と、前記燃料カートリッジの除水装置の気体導入口と、を連結することを特徴とする請求項５〜７のいずれかに燃料電池装置。
9. 発電部と、燃料収納部と、該燃料収納部と連結し、前記発電部に燃料を供給するための燃料供給部と、前記発電部で生成された水を除去する水処理部と、を備えた燃料電池装置の燃料交換方法であって、前記燃料収納部の燃料タンク及び水処理部の除水装置をカートリッジ容器の内部に収納した燃料カートリッジで構成し、該燃料カートリッジを交換することを特徴とする燃料電池装置の燃料交換方法。
10. 前記燃料タンク及び前記除水装置を交換することによって前記燃料カートリッジを再生することを特徴とする燃料電池装置の燃料交換方法。
11. 請求項５〜８のいずれかに記載の燃料電池装置を電源として備えることを特徴とする携帯用電子機器。
12. 前記燃料電池装置の発電部で発生する水蒸気を含む排ガスを、前記燃料カートリッジ内の吸着剤と接触させた後に前記燃料電池装置の外部へ排出することを特徴とする請求項１１に記載の携帯用電子機器。
    
    

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