JP2006114449A - 燃料電池搭載機器及び燃料電池用燃料カートリッジ - Google Patents

Abstract

【課題】 ポンプの故障への対応及び燃料変更への対応を容易かつ比較的安価に実現できる燃料電池搭載機器を提供する。
【解決手段】 発電装置４に供給される燃料と空気とを反応させて電力を発生する燃料電池システムが搭載された携帯型電子機器１であって、カートリッジ装着部５を有した機器本体２、コネクタ６、使い捨て形の燃料カートリッジ20、及びポンプ駆動部11を具備する。装置４に供給される燃料が通されるコネクタ６を、装着部５に臨んで機器本体２に設ける。カートリッジ20は、装着部５に着脱自在に装着され、燃料を蓄えた燃料タンク22と、このタンクに接続されてタンク内の燃料を送り出すポンプ23を備える。ポンプは、ピストン（動力受け部材）26、及びコネクタ６に挿脱自在に接続される燃料出口28を有する。ポンプ23を作動させる駆動部11を機器本体２に配置する。駆動部11は、装着部５にカートリッジ20が装着された状態でピストン26を従動させる駆動部材14を有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、燃料電池を搭載した携帯型電子機器などの燃料電池搭載機器、及びこの機器に着脱自在に装着される燃料電池用燃料カートリッジに関する。

従来、一つのパッケージ内に一体化してなる燃料電池を、機器の電池収納部に着脱自在に収納するノート形パソコンなどの携帯型電子機器が知られている（例えば特許文献１参照。）。

このパッケージ化された燃料電池は、電池ケース内に、燃料電池本体、水素吸蔵ボンベ、このボンベ内の水素を燃料電池本体に導く水素供給手段、発電に必要な酸素を供給するための空気を燃料電池本体に供給する送気手段、及び制御部などを収納してなる。電池ケースにはボンベ着脱蓋が設けられていて、この蓋を開いて水素吸蔵ボンベが電池ケース内に出し入れできるようになっている。

又、燃料カートリッジ内の燃料を供給するために送液ポンプ装置を用いるとともに、このポンプ装置、燃料カートリッジ、及び燃料電池の発電部分等を一体に組込んで、一つの電源ユニットとしてパック化し、この電源ユニットを電子機器に着脱するようにした技術も知られている（例えば特許文献２参照。）。

又、燃料電池を備えた本体に燃料電池用の燃料カートリッジ単体を着脱する技術も知られている（例えば特許文献３参照。）。
特開平9-213359号公報（段落0010、図１−図１１） 特開2004-71262号公報（段落0011,0012,0025,0026、図１） 特開2004-142831号公報（段落0020-0039、図１−図５）

特許文献１の技術では、水素吸蔵ボンベ内の水素を燃料電池本体に導く水素供給手段が配管により形成され、これで水素吸蔵ボンベ内の水素を導いている。このため、パッケージ化された燃料電池が装着された機器の姿勢によっては、燃料電池本体への水素の供給が不安定に恐れがある。この点はポンプ装置を用いて燃料を送る特許文献２の技術で解決できる。

しかし、特許文献２の技術では、電子機器に着脱される電源ユニットが、ポンプ装置を備えてパック化されているので、このポンプ装置の駆動部も前記電源ユニットに配置され、ポンプ装置のポンプ（前記駆動部を除いた部分）が有した燃料入り口は燃料カートリッジの出口に接続されている。ところで、モータなどの駆動源を有して形成されるポンプ装置の駆動部は、ポンプ装置のポンプに比較して高コストであり、また、ポンプの耐久性は駆動部に比較して低いことが分かっている。

そのため、既述のようにポンプ装置の駆動部を含めた各機器が所定の結合関係を持って電源ユニットとしてパック化された特許文献２の技術では、ポンプが故障した場合に、ポンプ装置の健全な状態にある駆動部を含めた電源ユニット全体の交換を余儀なくされる。更に、燃料カートリッジとポンプ装置とを一体化して電源ユニットを使い捨て形の構成とする場合には、燃料カートリッジ内の燃料が消費され尽くされる度に、ポンプ装置の駆動部及びポンプが健全な状態にあるにも拘わらず、前記電源ユニット全体を交換しなければならない。これらのことは、使用者にとっての費用負担が大きいことを意味しているので、その改善が望まれている。

又、特許文献３の技術では、燃料カートリッジを使い捨て形にして交換し、或いは、取外した燃料カートリッジに燃料を補充してこのカートリッジを再利用することが可能である。しかし、燃料カートリッジが着脱される機器内に駆動部とポンプ部とからなるポンプ装置が配置されているので、駆動部より寿命が短いポンプが故障した場合の対応が面倒である。更に、機器内で駆動部とポンプと一体化されているので、燃料変更、つまり、寒い環境や暑い環境等の機器の使用環境に応じて燃料の成分濃度や種類を変える場合には、燃料が接するポンプの燃料接触部位を、例えば当該燃料と反応しない等の材質に変更することは困難であり、前記燃料変更に対応することが困難である。

本発明の目的は、ポンプの故障への対応及び燃料変更への対応を容易かつ比較的安価に実現できる燃料電池搭載機器、この機器に好適に使用できる燃料電池用燃料カートリッジを提供することにある。

前記課題を解決するために本発明の燃料電池搭載機器は、燃料と空気とが供給される発電装置で前記燃料と空気とを反応させて電力を発生する燃料電池システムが搭載された燃料電池搭載機器において、カートリッジ装着部を有した機器本体と、前記カートリッジ装着部に臨んで前記機器本体に設けられ前記発電装置に供給される燃料が通されるコネクタと、燃料を蓄えた燃料タンク、及びこの燃料タンクに接続されてタンク内の燃料を送り出すポンプを備え、前記カートリッジ装着部に着脱自在に装着されるとともに、前記ポンプが動力受け部材と前記コネクタに挿脱自在に接続される燃料出口とを有した使い捨て形の燃料カートリッジと、前記機器本体に配置され、前記カートリッジ装着部に前記燃料カートリッジが装着された状態で前記動力受け部材を従動させる駆動部材を有して前記ポンプを作動させるポンプ駆動部と、を具備している。

本発明で、燃料電池システムとしては、水素燃料形燃料電池システム、メタノール改質形燃料電池システム、及び補機搭載形燃料電池システム等を例示できる。水素燃形燃料電池システムでは、燃料電池セル（ＰＥＦＣ）をスタックしてなる発電装置に、燃料ポンプで水素を送り込むとともに、ブロアで空気を送り込み、これら水素と空気中の酸素とを燃料として発電を行う。メタノール改質形燃料電池システムでは、燃料電池セル（ＰＥＦＣ）をスタックしてなる発電装置に、燃料ポンプで取出される液体のメタノールを、触媒を用いて改質することにより生成した水素を送り込むとともに、ブロアで空気を送り込み、これら水素と空気中の酸素とを燃料として発電を行う。補機搭載形燃料電池システムでは、燃料電池セル（ＤＭＦＣ）をスタックしてなる発電装置に、燃料ポンプで取出される液体メタノールと水の混合液（メタノール水溶液）を強制的に送り込むとともに、ブロアで空気を送り込み、これらを燃料として、この燃料を燃料電池セルの燃料極板上で直接反応させて発電を行う。

本発明及び以下の発明で、燃料タンクとは、ガス又は液体の水素、或いはこれらの原料例えば液体メタノール又はメタノール水溶液等の燃料を蓄えるものであり、ボンベを好適に用いることができる。本発明及び以下の発明で、ポンプとは、それ自体に駆動部を有さずに外力を受けてポンピング動作をなすものであり、このポンプとポンプ駆動部とはいわゆるポンプ装置を形成するものである。本発明で、ポンプの動力受け部材とポンプ駆動部の駆動部材とは互いに接離可能であって、この接離は、機器本体のカートリッジ装着部への燃料カートリッジの着脱に伴って実現されるものでもよく、或いは、ポンプ駆動部の動作時に動力受け部材が追従されるようにこの動力受け部材に駆動部材が接触し、ポンプ駆動部の非動作時には駆動部材と動力受け部材とは離れるようにしてもよい。

本発明で、燃料タンクとポンプとを備えてなる燃料カートリッジが使い捨て形であるとは、燃料タンクが再利用できない構成にあっては、この燃料タンクでの燃料切れに伴い、燃料カートリッジが交換されることを指し、或いは、燃料タンクの出口をポンプの燃料入り口に挿脱できるようにして、燃料タンクに燃料を補充しこの燃料タンクを再利用できる構成にあっては、ポンプの耐用期間経後又はポンプの寿命が尽きることに伴い、燃料カートリッジが交換されることを指している。

本発明で、ポンプ駆動部には以下に例示のものを利用可能である。正逆回転が可能なステッピングモータ製の駆動源と、例えば軸方向に往復移動可能な棒等の駆動部材と、駆動源の往復回転を駆動部材の往復運動に変換する運動変換機構とを備えたポンプ駆動部。一方向回転のモータ製の駆動源と、ローラなどからなるカムフォロアを有して例えば軸方向に往復移動可能な棒等の駆動部材と、前記カムフォロアが嵌合された環状溝カムを有して駆動源に直結されたカムとを備えたポンプ駆動部。軸方向に往復移動可能な棒等の磁性体製の駆動部材と、印加される電流方向の切り替えにより駆動部材を往復移動させる電磁プランジャを備えたポンプ駆動部。軸方向に往復移動可能な棒等のピストンとしての駆動部材と、供給される液体の流れ方向の切り替えにより駆動部材を往復移動させる油圧シリンダなどの液圧プランジャを備えたポンプ駆動部。リニアステッピングモータ製の駆動源と、このモータのムーバをなして軸方向に往復移動可能な棒等の駆動部材とを備えたポンプ駆動部。又、ポンプ駆動部の駆動部材は、往復移動されればよく、既述のように軸方向に往復移動されるものが好ましいが、これには制約されず往復回転されるものでもよい。更に、ポンプ駆動部の駆動源には例えば回転型の超音波モータを用いてもよい。

本発明では、機器本体のカートリッジ装着部に着脱される燃料カートリッジが、燃料タンクとポンプとを備え、そのポンプは、機器本体に配置されたポンプ駆動部とは別の構成として設けられている。そして、燃料カートリッジがカートリッジ装着部に装着された状態で、ポンプ駆動部が動作されるに伴って、この駆動部の駆動部材が往復移動されて、燃料カートリッジのポンプに外力として駆動力が動力受け部材を介して与えられる。これにより、ポンプが作動されて、燃料タンク内の燃料がポンプ内を通ってポンプの燃料出口から吐き出されるので、燃料出口が接続された機器本体側のコネクタを通って燃料が発電装置に供給される。

燃料カートリッジは使い捨て形であるので、燃料タンクが空になったとき、若しくは寿命などでポンプが動作不良となったときに、燃料カートリッジは新たなものに交換される。ところで、既述のようにポンプより寿命が長く健全な状態にある機器側のポンプ駆動部に対してポンプ部は一体化されていない。このため、ポンプ駆動部になんら制約を受けることなくポンプの交換、つまり燃料カートリッジを容易に交換できる。更に、燃料カートリッジがポンプを備えていることにより、寒い環境や暑い環境等の機器の使用環境に適合する燃料変更に伴う仕様の燃料カートリッジを予め用意しておくことが可能である。この場合には、使用環境に適合する仕様の燃料カートリッジを選択して用いることができ、使用環境に応じた燃料変更への対応が容易である。そして、以上のポンプの故障への対応及び燃料変更への対応において交換される燃料カートリッジは、燃料タンクとポンプは備えているが、ポンプを作動させるポンプ駆動部は備えておらず、長寿命なポンプ駆動部は、燃料カートリッジの交換に拘わらず継続して使用できるので、ポンプ駆動部を含めて交換される構成に比較して使用者にとっての費用負担を軽減できる。

本発明の燃料電池搭載機器の好ましい形態では、拘束部を前記カートリッジ装着部に設けるとともに、前記カートリッジ装着部に対する前記燃料カートリッジの着脱に伴って前記拘束部に係脱される被拘束部を前記燃料カートリッジに設けている。

この発明では、コネクタへの燃料出口の挿着に伴って燃料カートリッジがカートリッジ装着部に装着されたときに、被拘束部が機器本体側の拘束部に係合して、この係合により燃料カートリッジを位置決めできる。これにより、燃料カートリッジに外力が作用した場合に、その力を被拘束部と拘束部との係合部で受けて、コネクタと燃料出口との接続部に集中しないようにできる。

又、前記課題を解決するために本発明の燃料電池用燃料カートリッジは、燃料電池用の燃料を蓄えた燃料タンクと、動力受け部材及び燃料出口を有して前記燃料タンクに接続され、前記動力受け部材に供給される外部動力により作動して前記燃料タンク内の燃料を前記燃料出口から送り出すポンプと、を備えている。

この発明の燃料電池用燃料カートリッジは、燃料と空気とが供給される発電装置で前記燃料と空気とを反応させて電力を発生する燃料電池システムが搭載された燃料電池搭載機器のカートリッジ装着部に着脱自在に装着して用いられる。このため、前記燃料電池搭載機器の燃料カートリッジとして使用することにより、既述のようにポンプの故障への対応及び燃料変更への対応を容易かつ比較的安価に実現できる点で好適である。

本発明の燃料電池用燃料カートリッジの好ましい形態では、前記燃料タンクの出口を前記ポンプの燃料入り口に挿脱自在に接続している。この発明では、燃料タンクの出口をポンプの燃料入り口に挿脱できるので、ポンプから外した燃料タンクに燃料を補充し、この燃料タンクを再利用できる。これにより、交換頻度が少ない燃料電池用燃料カートリッジを提供できる。

本発明の燃料電池用燃料カートリッジの好ましい形態では、前記燃料タンクと前記ポンプとを連結して一体化している。この発明では、燃料タンクの燃料が空になるごとに使い捨てて新たなものに交換できる。

本発明によれば、燃料タンクだけではなくこれに接続されるポンプを備えた燃料カートリッジを、ポンプを作動させるポンプ駆動部が配置された機器本体に着脱自在として、ポンプを備えた燃料カートリッジの交換を可能としたので、ポンプの故障への対応及び燃料変更への対応が容易であるともに、燃料カートリッジの交換に拘わらずポンプ駆動部が継続使用されるので、比較的安価に前記対応を実現できる燃料電池搭載機器を提供できる。

又、本発明によれば、前記燃料電池搭載機器に好適に使用できる燃料電池用燃料カートリッジを提供できる。

図１及び図２を参照して本発明の第１実施形態を説明する。

図１及び図２中符号１は燃料電池搭載機器例えばノート型パーソナルコンピュータなどの携帯型電子機器を示している。この携帯型電子機器１が備える機器本体２には、電力が供給される回路ユニット、冷却用ファンなどの電気機器、表示ランプなどの電気部品、及びＬＣＤ等のディスプレイ等各種の電力利用要素３が取付けられている。又、機器本体２内には、発電装置４と、この装置４が発電した電力を変換するＤＣ/ＡＣコンバータ（図示しない）と、このコンバータで変換された直流電力の一部を蓄える二次電池（図示しない）と、この二次電池の電力で駆動される補機としてブロワ（図示しない）なども設けられている。ブロワは、発電装置４にその燃料としての酸素を空気の形態で発電装置４に送り込むものである。発電装置４はスタック構造の燃料電池セルからなる。この発電装置４は、例えばＤＭＦＣ型のものであって、これに送り込まれるメタノール水溶液中のメタノールと、空気中の酸素とを、直接燃料極上で反応させて発電をする。

機器本体２にはその一側面に開放された凹部からなるカートリッジ装着部５が設けられている。カートリッジ装着部５の前記開放された部分は出入り口５ｅとして機能する。カートリッジ装着部５の装着部奥壁５ａにはコネクタ６が例えばカートリッジ装着部５内に配置されないように設けられている。カートリッジ装着部５内に臨んだコネクタ６には、その出口６ａに寄せてストレーナ６ｂが内蔵されているとともに、このストレーナ６ｂより装着部奥壁５ａに寄せてＯリング等のシールリング６ｃが内蔵されている。コネクタ６の出口６ａは、図示しない配管を介して発電装置４に接続されている。

カートリッジ装着部５には拘束部７が設けられている。拘束部７は好ましい例としてコネクタ６の近くに装着部奥壁５ａから一体に突設した筒状部で形成されている。拘束部７とコネクタ６の夫々の中心軸線（図示しない）は互いに平行である。この筒状の拘束部７複数のリブにより補強されているとともに、カートリッジ装着部５内に臨んだ側の端部はテーパ状をなしている。

機器本体２にはポンプ駆動部１１が内蔵されている。ポンプ駆動部１１は、例えば電動モータ１２と、偏心カム１３と、駆動部材１４と、付勢体１５とを備えている。

詳しくは、電動モータ１２には前記二次電池の電力で動作される一方向回転のステッピングモータ等が用いられており、この電動モータ１２は駆動部取付け台１６に取付けられている。駆動部取付け台１６はカートリッジ装着部５を区画した装着部側壁５ｂ、５ｃの内の一方に固定されている。偏心カム１３は、円柱形状をなし、その中心軸線を電動モータ１２の回転軸１２ａからずらしてこの回転軸１２ａに連結されている。

駆動部材１４は真っ直ぐな軸の一端に径大なヘッド１４ａを有している。この駆動部材１４は軸受１７にこれを摺動自在に貫通して支持されている。軸受１７は駆動部取付け台１６が固定された装着部側壁５ｂに形成した筒状の軸受支え５ｄ内に取付けられている。これにより、軸受１７を貫通した駆動部材１４の先端部（ヘッド１４ａと反対側の端部）がカートリッジ装着部５に挿入されている。

付勢体１５は、例えばコイルばねからなり、軸受１７と駆動部材１４のヘッド１４ａとの間に挟設されている。この付勢体１５の付勢力によって、偏心カム１３の周面にヘッド１４ａが押付け保持されている。したがって、駆動部材１４は偏心カム１３のカムフォロアとして機能するように設けられている。

このため、ポンプ駆動部１１は、電動モータ１２が作動されて偏心カム１３が回転されるに伴い、駆動部材１４をその軸方向に往復移動させる動作を営む。この場合、偏心カム１３の180度の回転により付勢体１５を圧縮しつつ駆動部材１４が図１の状態から更にカートリッジ装着部５内に押し込まれる方向に移動され、引き続く180度の回転により付勢体１５の付勢力で駆動部材１４が押し戻される。このように偏心カム１３の連続回転に追従する駆動部材１４はその軸方向に往復移動されるものである。以上の構成のポンプ駆動部１１は、一方向回転の電動モータ１２を用いるので図示しないモータドライバの構成が簡単である。これとともに、回転運動を駆動部材１４の直線往復運動に変換するのに偏心カム１３と付勢体１５とを用いたので、動作に無理がなく、かつ簡単な構成で、耐久性に優れている点で好ましい。

カートリッジ装着部５には、その出入り口５ｅを通って使い捨て形の燃料カートリッジ２０が着脱自在に装着されている。この燃料カートリッジ２０は、カートリッジケース２１と、燃料タンク２２と、ポンプ２３とを具備している。

詳しくは、カートリッジケース２１は、カートリッジ装着部５の大きさ・形状に見合った大きさ・形状をなしており、着脱可能な蓋２１ａ（図１参照）を有している。カートリッジケース２１の一側壁には通孔２１ｂが開けられている。この通孔２１ｂは、燃料カートリッジ２０がカートリッジ装着部５に挿入され適正位置に配置された状態で、前記軸受１７と対向して駆動部材１４を受け入れることができるように配置される。なお、機器本体２の外部から操作されてカートリッジケース２１に係脱される図示しない係脱機構によって、カートリッジ装着部５に装着された燃料カートリッジ２０が、カートリッジ装着部５の出入り口５ｅから不用意に外れることは防止されるようになっている。

カートリッジケース２１には被拘束部２４が設けられている。被拘束部２４は例えばカートリッジケース２１の挿入方向先端側の壁から外に突設されたピンからなる。この被拘束部２４は、ポンプ駆動時の振動によるストレスが燃料出口２８に集中してかかることを抑制し、それにより燃料出口２８の破損及び破損に伴う燃料漏れを防止するものである。更に、被拘束部２４は、後述する燃料出口２８のカートリッジケース２１からの突出長さより長く設けることで、燃料カートリッジ２０の挿入時の案内の役目をなし、カートリッジ装着部５に対する燃料カートリッジ２０の挿入の最終段階で、前記拘束部７内に挿入されて、燃料カートリッジ２０を適正位置に規制するものである。なお、カートリッジ装着部５に対する燃料カートリッジ２０の位置決めは、カートリッジ装着部５を区画する壁（側壁５ｂ、５ｃ等）にカートリッジケース２０の周側面を摺動させて行うことも可能である。

燃料タンク２２はカートリッジケース２１内にその蓋２１ａを開いて出し入れ自在に収容されている。この燃料タンク２２は、ボンベからなり、燃料として例えばメタノール水溶液が充填されている。燃料タンク２２はその外側に突出する出口２２ａを有しており、この出口２２ａには開閉弁２２ｂが組込まれている。開閉弁２２ｂは、燃料タンク２２がカートリッジケース２１にセットされていない状態では、開閉弁２２ｂの外周に配置されたコイルばね２２ｃのばね力及びメタノール水溶液の圧力などにより閉じた状態を維持し、燃料タンク２２がカートリッジケース２１にセットされた状態では開いた状態となる。

ポンプ２３は、前記ポンプ駆動部１１と協働して燃料を送るポンプ装置を構成するものであるが、ポンプ駆動部１１と一体ではなく、このポンプ駆動部１１に対してはカートリッジ装着部５への燃料カートリッジ２０に着脱に伴って係脱される。このポンプ２３には、例えば廉価に構成できる容積式ポンプが使用されている。このため、ポンプ２３は、シリンダ２５と、動力受け部材として機能するピストン２６と、燃料入り口２７と、燃料出口２８とを備えている。

シリンダ２５とこの一端を液密に貫通したピストン２６とによって、シリンダ２５内にポンプ室Ｐが仕切られている。このポンプ室Ｐに連通して燃料入り口２７と燃料出口２８とが夫々シリンダ２５の外側に突設されている。燃料入り口２７には、ストレーナ２７ａとＯリング等のシールリング２７ｂとが内蔵されている。燃料入り口２７とポンプ室Ｐとの境をなす部分には、燃料タンク２２からの燃料の流入を許し、ポンプ室Ｐから燃料タンク２２側への燃料の流出を妨げる逆止め弁２９が設けられている。この逆止め弁２９には例えば構造が簡単であるリーフ弁が用いられている。

燃料入り口２７には燃料タンク２２の出口２２ａが挿脱自在に接続される。燃料タンク２２の出口２２ａが燃料入り口２７に挿入して接続された状態は図１に示され、この状態では、ストレーナ２７ａに開閉弁２２ｂがコイルばね２２ｃの力に抗して押されてこの弁２２ｂが開かれるので、出口２２ａからポンプ室Ｐへの燃料の流出が可能となる。この接続状態では、出口２２ａにシールリング２７ｂが弾性的に密接して燃料の漏れが防止される。又、燃料タンク２２の出口２２ａが燃料入り口２７から引き外されると、開閉弁２２ｂがストレーナ２７ａで押されなくなるので、コイルばね２２ｃ等の力で開閉弁２２ｂが閉じ状態に戻されて出口２２ａからの燃料の流出が防止される。

燃料出口２８の大半はカートリッジケース２１の外部に突出されている。この燃料出口２８はカートリッジ装着部５への燃料カートリッジ２０の着脱に伴って前記コネクタ６に挿脱自在に接続される。

燃料出口２８には開閉弁２８ａが組込まれている。この開閉弁２８ａは、燃料カートリッジ２０がカートリッジ装着部５にセットされていない状態では、開閉弁２８ａの外周に配置されたコイルばね２８ｂのばね力及びメタノール水溶液の圧力などにより閉じた状態を維持し、燃料カートリッジ２０がカートリッジ装着部５にセットされた状態では開いた状態となる。詳しくは、燃料出口２８がコネクタ６に挿入して接続された状態は図１に示され、この状態では、ストレーナ６ｂに開閉弁２８ａがコイルばね２８ｂの力に抗して押されてこの弁２８ａが開かれるので、ポンプ室Ｐ内の燃料が燃料出口２８ａからコネクタ６に吐出し可能となる。この接続状態では、燃料出口２８にシールリング６ｃが弾性的に密接して燃料の漏れが防止される。又、燃料出口２８がコネクタ６から引き出された状態は図２に示され、この状態では、開閉弁２８ａがストレーナ６ｂで押されなくなるので、コイルばね２８ｂ等の力で開閉弁２８ａが閉じ状態に戻されて燃料出口２８からの燃料の流出が防止される。

ポンプ室Ｐには、このポンプ室Ｐから燃料出口２８への燃料の流出を許し、燃料出口２８からポンプ室Ｐ側への燃料の流れを妨げる逆止め弁３０が設けられている。この逆止め弁３０には例えば構造が簡単であるリーフ弁が用いられている。

ピストン２６はシリンダ２５外に位置する受動端部２６ａを有している。受動端部２６ａは、ピストンロッドより大径であって、半球状の表面を有している。この受動端部２６ａの裏面とシリンダ２５の一端面との間には付勢体例えばコイルばね３１が挟設されている。コイルばね３１によってピストン２６はシリンダ２５から突出する方向に付勢されている。前記構成のポンプ２３はカートリッジケース２１内に固定されていて、そのピストン２６の受動端部２６ａは、通孔２１ｂにコイルばね３１で押し付けられてこの通孔２１ｂを塞いでいる。なお、図１及び図２中符号３２は、ピストン２６がシリンダ２５を貫通した部分の液密を図るＯリングなどのシールリングを示している。又、符号２１ｃは、カートリッジ装着部５に燃料カートリッジ２０を挿入する際に、駆動部材１４とカートリッジケース２１との干渉を避けるために、カートリッジケース２１に形成された凹み状の逃げを示している。

前記出入り口５ｅから燃料カートリッジ２０を押し込むことにより、図１に示すようにカートリッジ装着部５に燃料カートリッジ２０が装着されて、この装着状態は図示しない係脱機構により保持される。前記押し込みにより、被拘束部２４が拘束部７に挿入された後に、燃料出口２８がコネクタ６内に挿入されて液密に接続される。拘束部７への被拘束部２４の挿入により、カートリッジ装着部５に対して燃料カートリッジ２０が適正位置に位置決めされる。このため、コネクタ６内への燃料出口２８の挿入が容易となり、カートリッジ装着部５への燃料カートリッジ２０の装着作業性を向上できるとともに、この逆にカートリッジ装着部５から燃料カートリッジ２０を引き外す場合の作業性も向上できる。以上のように機器使用者による燃料カートリッジ２０の着脱は容易である。

更に、燃料カートリッジ２０は、カートリッジ装着部５に装着された状態では被拘束部２４と拘束部７とで位置決めされているので、携帯型電子機器１の携帯時などに燃料カートリッジ２０にこれを動かす外力が作用した場合に、その外力を被拘束部２４と拘束部７との係合部で受けることができる。これにより、コネクタ６と燃料出口２８との接続部への外力の集中が抑制されるので、コネクタ６部分の力学的破損を抑制できる。

カートリッジ装着部５に燃料カートリッジ２０が装着されると、図１に示すように燃料カートリッジ２０側のポンプ２３のピストン２６と、機器本体２側の駆動部材１４とが同一軸線上に配置され、駆動部材１４にピストン２６の受動端部２６ａが接触した状態となる。この場合、カートリッジ装着部５に挿入されている駆動部材１４の先端に、受動端部２６ａが半球状表面に当たって、駆動部材１４のカートリッジ装着部５への入り込み深さに応じてコイルばね３１に抗してピストン２６が多少押込まれるとともに、コイルばね３１のばね力によって、駆動部材１４とピストン２６の受動端部２６ａとの接触状態が維持される。

図１の状態でポンプ駆動部１１の電動モータ１２が動作されることにより、燃料電池システムが機能して発電装置４が発電を行う。つまり、電動モータ１２により回転される偏心カム１３の回転は、これに従動する駆動部材１４の軸方向への往復移動に変換されるから、偏心カム１３の偏心量に応じて駆動部材１４がピストン２６を押込む方向に往動されたときにポンプ室Ｐの容積が小さくなるとともに、コイルばね３１の力で駆動部材１４がピストン２６から離れる方向に複動されたときに同方向にコイルばね３１の力でピストン２６が押し動かされてポンプ室Ｐの容積が大きくなる。

ポンプ室Ｐの容積が小さくなるときには、燃料タンク２２内からポンプ室Ｐ内に既に供給されているメタノール水溶液が増圧される。これに伴い、逆止め弁２９が閉じられるとともに逆止め弁３０が開かれるので、ポンプ室Ｐ内のメタノール水溶液がポンプ２３の燃料出口２８から吐き出される。こうして吐き出されたメタノール水溶液はコネクタ６を通って発電装置４に供給される。又、ポンプ室Ｐの容積が大きくなるときには、ポンプ室Ｐ内のメタノール水溶液が減圧される。これに伴い、逆止め弁３０が閉じられるとともに逆止め弁２９が開かれるので、燃料タンク２２内のメタノール水溶液が燃料入り口２７を通ってポンプ室Ｐに補給される。

このようにして偏心カム１３が一回転するたびに駆動部材１４のストロークに応じた定量のメタノール水溶液がコネクタ６を通って発電装置４に供給される。この一方で、図示しないブロワが駆動されて、酸化剤としての空気が発電装置４に供給される。したがって、発電装置４は、供給された燃料を燃料電池セルの燃料極板上で直接反応させて発電を行う。

既述のように燃料タンク２２内の燃料としてのメタノール水溶液を定量ずつ送出するポンプ２３は、これを動作させる機器側のポンプ駆動部１１とは一体化されていない。そして、燃料カートリッジ２０は使い捨て形であるので、燃料タンク２２が空になったとき、若しくは寿命などでポンプ２３が動作不良となったときに、燃料カートリッジ２０を新たなものと交換できる。この場合、一般的にポンプ２３より寿命が長いポンプ駆動部１１は交換対象とならないので、交換に必要な費用負担を軽減できる。

更に、既述のように燃料カートリッジ２０を交換する時点では未だ健全な状態にある機器側のポンプ駆動部１１は、ポンプ２３と一体化されていないので、ポンプ駆動部１１になんら制約を受けることなく燃料カートリッジ２０ごとポンプ２３を交換できる。

又、既述のようにポンプ２３と、これを動作させるポンプ駆動部１１とが一体化されておらず独立していて、これらは燃料カートリッジ２０をカートリッジ装着部５に装着することにより連動するようになるので、燃料カートリッジ２０の構成がポンプ駆動部１１に制約されることがない。このため、燃料カートリッジ２０を、使い捨てするに好適な簡素な構成として、そのコストを低減することが可能である。

しかも、本実施形態では、燃料タンク２２の出口２２ａをポンプ２３の燃料入り口２７に挿脱自在に接続しているので、燃料タンク２２内の燃料が空になった時点で、ポンプ２３が健全な状態にある場合には、燃料タンク２２に燃料を補充しこの燃料タンク２２を再利用できる。この場合、カートリッジケース２１の蓋２１ａを外してポンプ２３に対する燃料タンク２２の取外しと取付けとを実施すればよい。したがって、こうした燃料タンク２２の再利用により、燃料カートリッジ２０の交換頻度が少なくなって、更に費用負担を減らすことが可能である。

又、機器本体２に着脱自在な燃料カートリッジ２０がポンプ２３を備えていることにより、寒い環境や暑い環境等の携帯型電子機器１の使用環境に適合する燃料変更に伴う仕様の燃料カートリッジ２０を予め用意しておくことが可能である。そして、使用環境に適合する仕様の燃料カートリッジ２０を選択して用いることにより、使用環境に応じた燃料変更への対応が容易である。

なお、燃料タンク２２が空になるたびに、このタンク２２への燃料補充を伴うことなく燃料カートリッジ２０を交換する場合には、燃料を補充するための手間が不要となるので、燃料カートリッジ２０の交換によって短時間で燃料を補充できる。

又、ポンプ２３に対して燃料タンク２２が着脱できることにより、カートリッジケース２１に収容できる範囲で、容量が異なる燃料タンク２２を多種類用意するが可能である。このようにする場合には、携帯型電子機器１の使用頻度などに応じた発電可能時間を、燃料タンク２２の大きさにより選択できるので、電子機器１の使い勝手を改善可能である。

図３は本発明の第２実施形態を示している。

この第２実施形態では、燃料カートリッジ２０の燃料タンク２２とポンプ２３とを連結して一体化している。このために、ポンプ２３の燃料入り口２７を、燃料タンク２２の出口２２ａに見合った径の円筒で形成し、この燃料入り口２７は出口２２ａに圧入して被嵌されている。これに伴い、燃料入り口２７のシールリングは省略されているとともに、カートリッジケース２１の蓋２１ａは開かないように固定されている。以上説明した点以外の事項は、第１実施形態と同じであるので、同一部分には同じ符号を付して説明を省略する。

したがって、第２実施形態では、第１実施形態と同じ作用を得て本発明の課題を解決できとともに、燃料タンク２２の燃料が空になるごとに、燃料カートリッジ２０を使い捨てて交換できる。これにより、簡単な手間で短時間に燃料補充ができるとともに、この補充により常に新品の燃料タンク２２に交換されるので、燃料タンク２２を再利用する場合に比較して、ポンプ２３の燃料接触部に付着する付着成分によるタンクの故障発生の恐れを抑制できる点で優れている。

なお、本発明は携帯型電子機器に限らず、携帯できない機器にも適用できる。

本発明の第１実施形態に係る燃料電池搭載機器の要部を燃料カートリッジがセットされた状態で示す断面図。 図１の燃料電池搭載機器の要部を燃料カートリッジが所定位置から外れた状態で示す断面図。 本発明の第２実施形態に係る燃料電池搭載機器の要部を燃料カートリッジがセットされた状態で示す断面図。

符号の説明

１…携帯型電子機器（燃料電池搭載機器）
２…機器本体
４…発電装置
５…カートリッジ装着部
６…コネクタ
７…拘束部
１１…ポンプ駆動部
１４…駆動部材
２０…燃料カートリッジ
２１…カートリッジケース
２２…燃料タンク
２２ａ…出口
２３…ポンプ
２４…被拘束部
２５…シリンダ
２６…ピストン（動力受け部材）
２６ａ…受動端部
２７…燃料入り口
２８…燃料出口
３１…コイルばね

Claims (5)

1. 燃料と空気とが供給される発電装置で前記燃料と空気とを反応させて電力を発生する燃料電池システムが搭載された燃料電池搭載機器において、
   カートリッジ装着部を有した機器本体と、
   前記カートリッジ装着部に臨んで前記機器本体に設けられ前記発電装置に供給される燃料が通されるコネクタと、
   燃料を蓄えた燃料タンク、及びこの燃料タンクに接続されてタンク内の燃料を送り出すポンプを備え、前記カートリッジ装着部に着脱自在に装着されるとともに、前記ポンプが動力受け部材と前記コネクタに挿脱自在に接続される燃料出口とを有した使い捨て形の燃料カートリッジと、
   前記機器本体に配置され、前記カートリッジ装着部に前記燃料カートリッジが装着された状態で前記動力受け部材を従動させる駆動部材を有して前記ポンプを作動させるポンプ駆動部と、
   を具備した燃料電池搭載機器。
2. 拘束部を前記カートリッジ装着部に設けるとともに、前記カートリッジ装着部に対する前記燃料カートリッジの着脱に伴って前記拘束部に係脱される被拘束部を前記燃料カートリッジに設けた請求項１に記載の燃料電池搭載機器。
3. 燃料電池用の燃料を蓄えた燃料タンクと、
   動力受け部材及び燃料出口を有して前記燃料タンクに接続され、前記動力受け部材に供給される外部動力により作動して前記燃料タンク内の燃料を前記燃料出口から送り出すポンプと、
   を備えた燃料電池用燃料カートリッジ。
4. 前記燃料タンクの出口を前記ポンプの燃料入り口に挿脱自在に接続した請求項３に記載の燃料電池用燃料カートリッジ。
5. 前記燃料タンクと前記ポンプとを連結して一体化した請求項３に記載の燃料電池用燃料カートリッジ。

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