JP2007059328A - 燃料電池及び電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】 生成水を酸化剤ガス供給路または酸化剤ガス供給路と燃料ガス供給路から排除し、安定した出力を得ることができる燃料電池及びその燃料電池を備えた電子機器を提供する。
【解決手段】 電解質膜の両面に一対の電極を設けた電解質膜−電極構造体１と、前記電解質膜−電極構造体１の一方の面に燃料ガス供給路２を、他方の面に酸化剤ガス供給路３を備えたセルユニット４を、積層方向が重力方向に対して垂直またはほぼ垂直になるように積層してなる燃料電池であって、前記酸化剤ガス供給路３に多孔質体６を配置するとともに、前記多孔質体６の重力方向の下方の端部に排水口７を設けてなる燃料電池及びその燃料電池を備えた電子機器。
【選択図】 図３

Description

本発明は、燃料電池及び電子機器に関するものである。

燃料電池装置は体積あたりの供給可能なエネルギー量が従来の電池に比べて、数倍から十倍近くになる可能性があり、さらに燃料を充填することにより、携帯電話、ノートＰＣ等小型電子機器の長時間連続使用が可能となるため期待されている。

図９は燃料電池の一般的な概略断面図である。電解質膜の両面に一対の電極を設けた電解質膜−電極構造体１と、この電解質膜−電極構造体１の片面に燃料ガス供給路２を、反対側の面に酸化剤ガス供給路３をそれぞれ備えた構成をセルユニット４としている。そして、このセルユニット４を、導電性セパレータ５を介して積層して燃料電池が形成される。

上記のように構成された燃料電池において、燃料ガス、例えば水素ガスは、燃料ガス供給路を通じて電極まで到達し、そこでイオン化してプロトンと電子を生成する。プロトンは電解質膜を介して反対側の電極まで移動し、酸化剤ガス供給路を通じて電極に到達した酸化剤ガス、例えば酸素ガスと反応して、水を生成する。一方、電子は外部回路に取り出され、燃料電池の出力として利用される。

従って、燃料電池の発電は水の生成を伴って進行し、このような生成水が酸化剤ガス供給路内で結露し、あるいは、電解質膜を介して燃料ガス供給路まで移動して結露する場合がある。そのような場合、酸化剤ガスあるいは燃料ガスの供給が阻害され、出力低下するという問題があった。

このような問題を改善する方法としては、特許文献１には、燃料電池の端部に位置するセルユニットの昇温遅れを抑制し、これにより生成水の結露が、燃料電池の端部で優先的に進行することを抑制する方法が開示されている。
特開２００５−１９２２３号公報

上記の特許文献１の方法によると、生成水の結露による出力の低下を抑制することが可能となる。しかしながら、この方法は、積極的に生成水を酸化剤ガス供給路あるいは燃料ガス供給路から排除するものではない。

本発明は、この様な背景技術に鑑みてなされたものであり、効率的に生成水を酸化剤ガス供給路または酸化剤ガス供給路と燃料ガス供給路から排除し、安定した出力を得ることができる燃料電池、及びその燃料電池を備える電子機器を提供するものである。

本発明は上述の課題を解決するためになされたものである。
即ち、本発明は、電解質膜の両面に一対の電極を設けた電解質膜−電極構造体と、前記電解質膜−電極構造体の一方の面に燃料ガス供給路を、他方の面に酸化剤ガス供給路を備えたセルユニットを、積層方向が重力方向に対して垂直またはほぼ垂直になるように積層してなる燃料電池であって、前記酸化剤ガス供給路または酸化剤ガス供給路と燃料ガス供給路に多孔質体を配置するとともに、前記多孔質体の重力方向の下方の端部に排水手段を設けてなることを特徴とする燃料電池である。

また、本発明は、電解質膜の両面に一対の電極を設けた電解質膜−電極構造体と、前記電解質膜−電極構造体の一方の面に燃料ガス供給路を、他方の面に酸化剤ガス供給路を備えたセルユニットを、積層方向が重力方向に対して垂直またはほぼ垂直になるように積層してなり、前記酸化剤ガス供給路または酸化剤ガス供給路と燃料ガス供給路に多孔質体を配置するとともに、前記多孔質体の重力方向の下方の端部に排水手段を設けてなる燃料電池を装着してなる電子機器であって、前記装着された燃料電池の多孔質体の重力方向の下方の端部に設けられた排水手段が、静置した電子機器の重力方向の下方に配置されていることを特徴とする電子機器である。

本発明の燃料電池は、生成水を酸化剤ガス供給路または酸化剤ガス供給路と燃料ガス供給路から排除し、安定した出力を得ることができる。
また、本発明の電子機器は、燃料電池の出力の安定性を高め、安定した駆動を行うことができる。

以下、本発明を詳細に説明する。
本発明の燃料電池は、電解質膜の両面に一対の電極を設けた電解質膜−電極構造体と、前記電解質膜−電極構造体の一方の面に燃料ガス供給路を、他方の面に酸化剤ガス供給路を備えたセルユニットを、積層方向が重力方向に対して垂直またはほぼ垂直になるように積層してなる燃料電池であって、前記酸化剤ガス供給路または酸化剤ガス供給路と燃料ガス供給路に多孔質体を配置するとともに、前記多孔質体の重力方向の下方の端部に排水手段を設けてなることを特徴とする。

前記多孔質体が重力方向に平行またはほぼ平行に設けられているのが好ましい。
前記排水手段が、多孔質体の一部を外気に開放して形成される排水口であることが好ましい。

前記排水手段が、前記多孔質体より親水性の高い多孔質体からなるが好ましい。
前記親水性の高い多孔質体の一部が外気に開放して排水口を形成しているが好ましい。
本発明に係る燃料電池では、酸化剤ガス供給路または燃料ガス供給路内に存在する生成水は、その自重によって多孔質体内を端部に向けて移動し、排水手段により速やかに酸化剤ガス供給路または燃料ガス供給路から排除される。従って、酸化剤ガス供給路または燃料ガス供給路、特に、生成水が結露し易い酸化剤ガス供給路内において、生成水が堆積して出力低下することを抑制することが可能となる。

本発明における多孔質体とは、その内部に連続して存在する多数の空孔を持ち、該空孔を通じて酸化剤ガスまたは燃料ガスの供給、及び自重による生成水の移動が可能であれば、その材質及び形状は、特に限定されるものではない。例えば、金属製あるいは非金属製の多孔質体等が挙げられる。

多孔質体は、酸化剤ガス供給路または酸化剤ガス供給路と燃料ガス供給路の全部または一部に充填されて配置される。
排水手段としては、前記多孔質体の一部を外気に開放して形成される排水口を用いることが有効である。自重によって多孔質体内部を移動してきた生成水が、排水口から燃料電池外に排出されるため、長時間に渡って発電を継続した場合においても、安定した出力を供給することが可能となる。

前記排水手段としては、親水性多孔質体を用いることが有効である。自重によって多孔質体内部を移動してきた生成水が、毛管力によって速やかに親水性多孔質体に吸収されるため、効率的に酸化剤ガス供給路または燃料ガス供給路から生成水を排除することが可能となる。

この場合、親水性多孔質体の一部を外気に開放して排水口を備えると、親水性多孔質体に吸収された生成水が排水口から燃料電池外に排出されるため、特に有効である。
また、親水性多孔質体は、水に対する毛管力が前記多孔質体より高いものであれば、特にその材質を限定されるものではなく、カーボン、金属、セラミック、あるいは繊維質の多孔質体などを用いることができる。なお、前記多孔質体から速やかに生成水を吸収するために、親水性多孔質体としては前記多孔質体より平均孔径の小さいものを使用することが好ましい。

本発明に係る電子機器は、上記の燃料電池を装着してなる電子機器であって、燃料電池が、燃料電池の多孔質体の重力方向の下方の端部に設けられた排水手段が、静置した電子機器の重力方向の下方に配置される様に装着されていることを特徴とする。なお、静置した電子機器とは、プリンター、携帯電話用充電器等のことを表す。

前記静置した電子機器の重力方向の下方に開口部が設けられ、前記開口部の位置に、装着された燃料電池の多孔質体の重力方向の下方の端部に設けられた排水手段が配置されている。

本発明に係る電子機器の静置方向を基準にして、燃料電池のセルユニットの積層方向が重力方向に対して垂直またはほぼ垂直、かつ排水手段が重力方向に対しセルユニットの底部に位置するように、燃料電池を配置することが好ましい。それにより、酸化剤ガス供給路または燃料ガス供給路内において、生成水が堆積して酸化剤ガスまたは燃料ガスの供給を阻害することを抑制し、燃料電池から安定した出力を得ることができる。

また、デジタルスチールカメラ及び携帯電話等の携帯型電子機器に燃料電池を搭載する場合には、例えば、通常使用時における電子機器の静置方向を基準にして燃料電池を配置することにより、上述した効果を得ることができる。

本発明における燃料電池、あるいは電子機器では、セルユニットの積層方向は必ずしも重力方向に対して正確に垂直方向である必要はない。結果的に、酸化剤ガス供給路または燃料ガス供給路内に存在する生成水が、その自重により多孔質体端部に移動することが出来る角度であれば、上記した効果と同様の効果を得ることが可能である。

以下、実施例を示し本発明をさらに具体的に説明する。
実施例１
本発明の燃料電池について図面に基づいて説明する。

図１は本発明の電子機器の一実施態様を示す概略図である。燃料電池１６は図１に示すように電子機器筐体１０内に配置されている。このとき、電子機器筐体１０は、図中のＡ面が重力方向に対し上方となる方向を静置方向としている。図中の積層方向は、後述する通り燃料電池のセルユニットの積層方向を示す。

図２は図１の電子機器の底面図である。
図１及び図２に示すように、電子機器筐体１０底部に設けた筐体開口部１１を介して、燃料電池の底面が外気と接触するように構成されている。

図３は、本発明の燃料電池の一実施態様を示す概略断面図である。この燃料電池は、電解質膜１７の両面に一対の電極の燃料極１２および酸化剤極１３を設けた電解質膜−電極構造体１を有している。そして、電解質膜−電極構造体１の片面に燃料ガス供給路２を、反対側の面に酸化剤ガス供給路３を備えたものがセルユニット４となっている。そして、導電性セパレータ５を介して、複数のセルユニット４を、セルユニット４の積層方向が重力方向に対して垂直またはほぼ垂直になるように積層することにより燃料電池が形成されている。また、酸化剤ガス供給路３内には多孔質体６を配置するとともに、多孔質体６の重力方向の下方の端部には、排水手段として排水口７を設けている。多孔質体６は、酸化剤ガス供給路３の全部に充填して設けられている。

図４は、図３中のＢ部の多孔質体６および酸化剤ガス供給路３の部分を示す斜視図である。電子機器の重力方向の下方に設けられ筐体開口部１０の位置に、燃料電池の多孔質体６の排水口７が配置されている。発電により生じた生成水は、自重により矢印９の方向に移動し、排水口７から筐体開口部１１を介して電子機器筐体１０外に排出される。
従って、本実施例に示す電子機器では、酸化剤ガス供給路３から生成水が排除されるため、燃料電池から安定した出力を得ることが可能となる。

実施例２
図５は本発明の電子機器の他の実施態様を示す概略図である。燃料電池は図５に示すように電子機器筐体１０内に配置されている。このとき、電子機器筐体１０は、図中のＣ面が重力方向に対し上方となる方向を静置方向としている。図中の積層方向はセルユニットの燃料電池の積層方向を示す。

図６は図５の電子機器の底面図である。
図５及び図６に示すように、電子機器筐体１０底部に設けた筐体開口部１１を介して、燃料電池の底面が外気と接触するように構成されている。

図７は、本発明の燃料電池の他の実施態様を示す概略断面図である。酸化剤ガス供給路３内に配置した多孔質体６の重力方向の下方の端部に親水性多孔質体８が設けられ、該親水性多孔質体８の底面には排水口７を備えている。

図８は、図７中のＤ部の多孔質体６および酸化剤ガス供給路３の部分を示す斜視図である。電子機器の重力方向の下方に設けられ筐体開口部１０の位置に、燃料電池の多孔質体６の排水口７が配置されている。発電により生じた生成水は、自重により矢印９の方向に移動し、親水性多孔質体８に吸収された後、排水口７から筐体開口部１１を介して電子機器筐体１０外に排出される。

従って、本実施例に示す電子機器では、酸化剤ガス供給路３内の生成水を排水手段が速やかに吸収して電子機器筐体１０外に排出するため、燃料電池から安定した出力を得ることが可能となる。

また、本実施例に示す電子機器では、矢印９の示す方向に向けて親水性多孔質体８の孔径を小さくしていくことで、親水性体孔質体８に吸収された生成水を排水口７側に移動させる毛管力が発生するため、より効率的に生成水を排出することが可能である。この場合、親水性多孔質体８内部の親水性に傾斜を設けることで、上述した効果と同様の効果を得ることも可能である。

尚、実施例１および２では、多孔質体として、平均孔径が０．８〜３．２ｍｍのニッケルを主材料とする多孔質体を適宜選択して使用している。親水性多孔質体として、平均孔径が０．５〜３．０μｍの多孔質カーボンを適宜選択して使用している。電解質膜にはパーフルオロスルホン酸型イオン交換膜を、電極材料にはＰｔ担持カーボンをそれぞれ用いている。また、燃料電池の操作は、燃料ガスとして水素ガスを、酸化剤ガスとして空気を、それぞれ酸化剤ガス供給路及び燃料ガス供給路に導入して行っている。

本発明の燃料電池は、生成水を酸化剤ガス供給路または酸化剤ガス供給路と燃料ガス供給路から排除し、安定した出力を得ることができるので、プリンター、携帯電話あるいはその充電器、ノートＰＣ等の小型電子機器に利用することができる。

本発明の電子機器の一実施態様を示す概略図である。 図１の電子機器の底面図である。 本発明の燃料電池の一実施態様を示す概略断面図である。 図３中のＢ部の多孔質体および酸化剤ガス供給路の部分を示す斜視図である。 本発明の電子機器の他の実施態様を示す概略図である。 図５の電子機器の底面図である。 本発明の燃料電池の他の実施態様を示す概略断面図である。 図７中のＤ部の多孔質体および酸化剤ガス供給路の部分を示す斜視図である。 燃料電池の一般的な概略断面図である。

符号の説明

１ 電解質膜−電極構造体
２ 燃料ガス供給路
３ 酸化剤ガス供給路
４ セルユニット
５ 導電性セパレータ
６ 多孔質体
７ 排水口
８ 親水性多孔質体
９ 生成水の動き
１０ 電子機器筐体
１１ 筐体開口部
１２ 燃料極
１３ 酸化剤極
１５ 電子機器
１６ 燃料電池
１７ 電解質膜

Claims (8)

1. 電解質膜の両面に一対の電極を設けた電解質膜−電極構造体と、前記電解質膜−電極構造体の一方の面に燃料ガス供給路を、他方の面に酸化剤ガス供給路を備えたセルユニットを、積層方向が重力方向に対して垂直またはほぼ垂直になるように積層してなる燃料電池であって、前記酸化剤ガス供給路または酸化剤ガス供給路と燃料ガス供給路に多孔質体を配置するとともに、前記多孔質体の重力方向の下方の端部に排水手段を設けてなることを特徴とする燃料電池。
2. 前記多孔質体が重力方向に平行またはほぼ平行に設けられていることを特徴とする請求項１記載の燃料電池。
3. 前記排水手段が、多孔質体の一部を外気に開放して形成される排水口であることを特徴とする請求項１または２記載の燃料電池。
4. 前記排水手段が、前記多孔質体より親水性の高い多孔質体からなることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかの項に記載の燃料電池。
5. 前記親水性の高い多孔質体の一部が外気に開放して排水口を形成していることを特徴とする請求項４記載の燃料電池。
6. 電解質膜の両面に一対の電極を設けた電解質膜−電極構造体と、前記電解質膜−電極構造体の一方の面に燃料ガス供給路を、他方の面に酸化剤ガス供給路を備えたセルユニットを、積層方向が重力方向に対して垂直またはほぼ垂直になるように積層してなり、前記酸化剤ガス供給路または酸化剤ガス供給路と燃料ガス供給路に多孔質体を配置するとともに、前記多孔質体の重力方向の下方の端部に排水手段を設けてなる燃料電池を装着してなる電子機器であって、前記装着された燃料電池の多孔質体の重力方向の下方の端部に設けられた排水手段が、静置した電子機器の重力方向の下方に配置されていることを特徴とする電子機器。
7. 前記静置した電子機器の重力方向の下方に開口部が設けられ、前記開口部の位置に、装着された燃料電池の多孔質体の重力方向の下方の端部に設けられた排水手段が配置されていることを特徴とする請求項６記載の電子機器。
8. 前記多孔質体が重力方向に平行またはほぼ平行に設けられていることを特徴とする請求項６または７記載の電子機器。

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