JP2006085969A - 携帯型燃料電池ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】 携帯機器の電源として望ましい騒音レベルの小さい携帯型燃料電池ユニットを提供する。
【解決手段】 燃料電池発電部１３に空気を送給する空気ポンプ１７を筐体１１の水平方向面にその吸入口１８が筐体１１の側面に形成された空気取入口１２に対して９０〜１８０度の角度位置になるように固定する。吸入口１８から空気取入口１２に対して直接的な音響伝播経路が形勢されないので、吸入口１８から放射される空気ポンプ１７の騒音が空気取入口１２から外部に放散されることが抑制される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、比較的消費電力が大きい携帯機器に電力を供給することを目的とした携帯型燃料電池ユニットに関するものである。

携帯機器の電源として、その構造が比較的簡単であることからＤＭＦＣ（直接メタノール燃料電池）が有望視されている。このＤＭＦＣは電解質膜を介して燃料とするメタノール水溶液と空気中の酸素とを化学反応させて発電するもので、空気の供給は発電部に強制的に空気を供給するアクティブタイプと、自然循環により発電部に空気を供給するパッシブタイプとが存在する。携帯機器の中でもパソコンのように比較的消費電力が大きい機器（２０〜５０Ｗ）に対応するＤＭＦＣでは、空気ポンプにより発電部に比較的大量の空気（５〜１０Ｌ／ｍｉｎ）を強制的に供給するアクティブタイプのものが採用されている。このような空気ポンプを用いたＤＭＦＣの従来技術として、図４に示すような構成が知られている（特許文献１参照）。

図４に示すように、メタノール水溶液と空気とを反応させて発電するＤＭＦＣ起電装置１００は、電解質膜１１０を中心に、一方面側にアノード触媒層１２２、アノード集電体１２３、他方面にカソード触媒層１３２、カソード集電体１３３を積層したアノード側にメタノール水溶液の流路１２０を形成したアノード流路体１２１、カソード側に空気の流路１３０を形成したカソード流路体１３１を配して構成されている。前記アノード流路体１２１の流路１２０には燃料カートリッジ３０に貯留されたメタノール水溶液が送液ポンプ４１により供給され、カソード流路体１３１の流路１３０には送気ポンプ４２から空気が供給される。流路１２０からアノード触媒層１２２に染み込んだメタノール水溶液は触媒作用を受けて化学反応し、生成されたプロトンが電解質膜１１０を透過してカソード触媒層１３２に染み込んだ酸素と反応することにより電力が生起され、アノード集電体１２３及びカソード集電体から発電出力が取り出される。
特開２００４−０７１２５９号公報（第２〜４頁、図２）

上記従来技術として示したＤＭＦＣのように、空気ポンプから燃料電池発電部に空気を強制供給するとき、空気は狭い空気流路に送り込まれるので圧力損失が発生する。つまり、空気ポンプは流路抵抗に打ち勝って空気を送り出すので、空気の圧力（Δｐ）を３〜５ｋＰａ程度まで昇圧する必要がある。その結果、空気ポンプがコンプレッサの機能を果たすことになり、昇圧レベルに対応する騒音が発生し、空気ポンプの周囲が遮蔽されていないために騒音が周囲に放散される課題があった。

携帯機器に適用する燃料電池は、小型軽量であることが要求されると同時に、身近に存在するため騒音レベルが小さいことが要求される。

本発明は上記従来技術に係る課題に鑑みて創案されたもので、その目的とするところは、放散される騒音レベルの低い携帯型燃料電池ユニットを提供することにある。

上記目的を達成するための本発明は、空気フィルタを設けた空気取入口が形成された筐体内に、燃料電池発電部と共に空気ポンプを収容してなる携帯型燃料電池ユニットであって、前記空気ポンプの吸入口から前記空気取入口に対して直接的な音響伝播経路が形成されない位置関係となるように、前記筐体に空気取入口を形成すると共に、筐体内に空気ポンプを固定してなることを特徴とするものである。

上記構成によれば、空気ポンプの吸入口と空気取入口とは直接的な音響伝播経路が形成されない位置関係にあるため、吸入口から放射される空気ポンプの騒音が空気取入口から外部に放散されることが抑制される。携帯機器では、その電源とする燃料電池が身近に存在することになるので、燃料電池から放散される騒音はより低レベルに抑える必要があり、燃料電池ユニットとして騒音発生源になりやすい空気ポンプからの騒音を筐体内に閉じ込めるので、携帯機器の電源として好適な低騒音の燃料電池が得られる。

上記構成において、吸入口の開口面方向と、空気取入口の開口面方向とが、９０〜１８０度となるように、前記筐体に空気取入口を形成すると共に、筐体内に空気ポンプを固定することにより、空気ポンプの吸入口から放射された騒音は空気取入口に向かって伝播することが抑えられ、空気取入口から外部に放散される騒音レベルを大幅に抑制することができる。

また、空気取入口と、それに対峙する空気ポンプの吸入口との間に、空気流通を阻止しないように音響的障壁を設けることにより、空気ポンプの吸入口と空気取入口とが対峙していても、吸入口から放射された騒音は音響的障壁に遮られて空気取入口から外部に放散されることが抑制される。

また、筐体の垂直方向側面に空気取入口を形成すると共に、筐体内の水平方向面に空気ポンプを固定することにより、空気ポンプの取り付けが容易であり、燃料電池発電部との配管接続も容易となる。また、空気取入口は筐体の垂直方向側面に設けることにより、それに取り付けられる空気フィルタの向きは垂直方向となり、取り付けや着脱交換を容易に行うことができる。

また、上記構成に適用する空気ポンプとしてベーンロータリ型ポンプが好適である。ベーンロータリ型ポンプは大流量、高差圧のポンプを小型に構成することができ、携帯型燃料電池ユニットの小型化、低騒音化に好適である。

本発明によれば、燃料電池発電部に空気を送給する空気ポンプの吸入口から放射される空気ポンプの騒音が空気取入口から外部に放散されることを抑制することができるので、燃料電池が身近に存在することになる携帯機器の電源として好適な低騒音の携帯型燃料電池ユニットを提供することができる。

図１は、本発明の第１の実施形態に係る携帯型燃料電池ユニット１の構成を示すものである。筐体１１内には、液体燃料と空気とを化学反応させて電力を生起する燃料電池発電部１３と、この燃料電池発電部１３に液体燃料カートリッジ１４に貯留された液体燃料を送給する送液ポンプ１５と、燃料電池発電部１３に空気を送給する空気ポンプ１７とを収容して構成されている。

前記筐体１１の側面には、空気フィルタ１２ａを設けた空気取入口１２が形成されており、図示しないモータにより空気ポンプ１７が回転駆動されると、空気取入口１２から筐体１１内に取り込まれた空気は、空気ポンプ１７の吸入口１８から吸入され、所定圧力（Δｐ＝３〜５ｋＰａ）に昇圧されて吐出口１９ａから吐出され、吐出口１９ａと燃料電池発電部１３との間に配管接続された送気管路１９から燃料電池発電部１３に空気が供給される。一方、液体燃料カートリッジ１４に貯留された液体燃料は、送液ポンプ１５の駆動により吸液管１６ａから送液ポンプ１５に吸液され、所定圧力に昇圧されて送液管１６ｂから燃料電池発電部１３に供給される。

燃料電池発電部１３には、電解質膜の両側に燃料流路が形成された燃料流路形成体と空気流路が形成された空気流路形成体とが配された単位セルを複数段にスタック接続した燃料電池スタックが設けられており、各単位セルにおいて燃料流路に供給された液体燃料と空気流路に供給された空気とが電解質膜を介して化学反応することにより電力が生起され、複数の単位セルで生起された電力が直列接続されることにより、所要電圧の電力が出力される。

上記構成のように空気ポンプ１７により空気を強制的に供給して発電量に対応する空気供給量を得るアクティブタイプの燃料電池では、空気ポンプ１７からの騒音発生が避けられない。燃料電池を電源として構成した携帯機器では身近に燃料電池ユニットが存在するので、騒音発生を抑制することが特に重要課題となる。空気ポンプ１７から発生する騒音は、ポンプ機構部から発生する騒音と、モータ部から発生する騒音とが存在するが、一般的にはポンプ機構部から発生する騒音レベルの方が高いものとなる。ポンプ機構部から発生する騒音は、機構部品の摺動音と空気が漏れたときに生じる膨張音であり、これらの騒音は吐出圧力が大きいほど高くなる傾向にあり、空気ポンプ１７の吸入口１８から空気ポンプ１７の軸方向に放射される。

図１に示す第１の実施形態に係る構成においては、空気ポンプ１７の吸入口１８の開口面方向と、空気取入口１２の開口面方向とは、９０度に位置ずれした位置関係になり、空気ポンプ１７の軸方向から外れた位置に空気取入口１２が設けられているので、吸入口１８から空気取入口１２に対して直接的な音響伝播経路が形成されず、吸入口１８から空気ポンプ１７の軸方向に放射された騒音は筐体１１内に閉じ込められ、空気取入口１２から外部に放散されることが抑制され、騒音レベルの低い携帯型燃料電池ユニット１に構成することができる。

空気ポンプ１７の吸入口１８と、空気取入口１２との位置関係は、それぞれの開口面方向が９０度から１８０度に位置ずれした状態になるように、空気取入口１２の形成位置と、空気ポンプ１７の固定位置とを設定することにより、吸入口１８から空気ポンプ１７の軸方向に放射される騒音は筐体１１内に閉じ込められ、空気取入口１２から外部に漏れ出る騒音は大幅に抑制される。

また、上記構成のように空気ポンプ１７を筐体１１内に水平配置することにより、空気ポンプ１７の取り付けが容易であり、燃料電池発電部１３との配管接続も容易となる。また、空気取入口１２は筐体１１の垂直方向側面に設けることにより、それに取り付けられる空気フィルタ１２ａの向きは垂直方向となり、取り付けや着脱交換を容易に行うことができる。

図２は、第２の実施形態に係る携帯型燃料電池ユニット２の構成を示すもので、第１の実施形態の構成と共通する構成要素には同一の符号を付し、その説明は省略する。

第２の実施形態に係る構成では、筐体１１の空気ポンプ１７の吸入口１８と対峙する側面に空気取入口１２を形成しているが、空気取入口１２と吸入口１８との間に衝立板（音響的障壁）２０を配設し、吸入口１８から放射される騒音が空気取入口１２に向かうのを衝立板２０によって阻止している。従って、吸入口１８から放射された騒音が空気取入口１２から外部に放散されることを大幅に抑制することができる。空気取入口１２から取り込まれた空気は衝立板２０を迂回するように流れて吸入口１８に吸入されるので、空気取り入れの障害とはならない。

以上説明した第１及び第２の各実施形態の構成に適用する空気ポンプ１７として、図３に示すベーンロータリ型のポンプが好適である。図示するように、ベーンロータリ型空気ポンプ１７は、ポンプ機構部１０１とモータ部１０９とにより構成され、モータ部１０９によりポンプ機構部１０１を構成するシリンダ１０２内に収容したロータ１０３を回転駆動することにより、吸入口１８から吸気した空気を昇圧して吐出口１９ａから吐出する。

ポンプ機構部１０１は、シリンダ１０２及びロータ１０３をフロンとプレート１０５とリアプレート１０６とで挟み込んで構成されている。シリンダ１０２の内筒はロータ１０３の回転軸心から偏心した位置に形成されているので、ロータ１０３がモータ部１０９によって回転駆動されると、ロータ１０３に摺動可能に嵌めこまれたベーン１０４は、その先端部がシリンダ内壁に摺動接触するので、吸入口１８からシリンダ１０２内に吸入した空気を圧縮して吐出口１９ａから吐出させる。前記ベーン１０４はカーボン材料で形成されているので、オイルレス運転が可能である。

空気ポンプ１７として上記ベーンロータリ型ポンプを適用することにより、小型のポンプ構成でありながら大流量且つ高差圧の空気送給を可能とすることができ、騒音発生も少ないため、携帯型燃料電池ユニット１，２の小型化、低騒音化を図ることができる。

以上の説明の通り本発明によれば、空気取入口と空気ポンプの吸入口とが直接臨まない位置関係となるように、空気取入口と空気ポンプとが設けられるので、吸入口から放射される空気ポンプの騒音が空気取入口から外部に放散されることが抑制され、携帯機器の電源として好適な騒音レベルの小さい燃料電池ユニットが得られる。

第１の実施形態に係る携帯型燃料電池ユニットの構成を示す斜視図。 第２の実施形態に係る携帯型燃料電池ユニットの構成を示す斜視図。 ベーンロータリ型空気ポンプの構成を示す断面図。 従来技術に係る燃料電池の構成を示す模式図。

符号の説明

１，２携帯型燃料電池ユニット
１１ 筐体
１２ 空気取入口
１３ 燃料電池発電部
１５ 送液ポンプ
１７ 空気ポンプ
１８ 吸入口
２０ 衝立板（音響的障壁）

Claims (5)

1. 空気取入口が形成された筐体内に燃料電池発電部と共に空気ポンプを収容してなる携帯型燃料電池ユニットであって、前記空気ポンプの吸入口から前記空気取入口に対して直接的な音響伝播経路が形成されない位置関係となるように、前記筐体に空気取入口を形成すると共に、筐体内に空気ポンプを固定してなることを特徴とする携帯型燃料電池ユニット。
2. 吸入口の開口面方向と、空気取入口の開口面方向とが、９０〜１８０度となるように、前記筐体に空気取入口を形成すると共に、筐体内に空気ポンプを固定してなる請求項１に記載の携帯型燃料電池ユニット。
3. 空気取入口と、それに対峙する空気ポンプの吸入口との間に、空気流通を阻止しないように音響的障壁を設けてなる請求項１に記載の携帯型燃料電池ユニット。
4. 筐体の垂直方向側面に空気取入口を形成すると共に、筐体内の水平方向面に空気ポンプを固定してなる請求項１〜３いずれか一項に記載の携帯型燃料電池ユニット。
5. 空気ポンプがベーンロータリ型ポンプである請求項１〜４いずれか一項に記載の携帯型燃料電池ユニット。
   
   
   

Images