JP2007227198A - 燃料電池、その燃料補給装置、これらを搭載した電子機器、及び燃料電池システム - Google Patents

Abstract

【課題】燃料電池に燃料を供給する場合に、燃料電池へ燃料を供給するとともに、残存した燃料であるドレンを排出することができる燃料電池、その燃料補給装置、これらを搭載した電子機器、及び燃料電池システムを提供する。
【解決手段】燃料電池の燃料部１００は、燃料を保持する燃料保持体３０と、圧力が付加された燃料を注入する燃料注入路４０と、燃料保持体に保持されている燃料が圧力により排出される燃料排出路５０と、燃料注入路と燃料排出路とを連通する流路Ｓと、燃料注入路に設けられた開放／遮断を切り替える注入弁４１と、燃料排出路に設けられた開放／遮断を切り替える排出弁５１とを有している。燃料補給装置６０が、燃料部１００に装着されると、新規の燃料が流路Ｓ内の残存した燃料であるドレンを押し出し、排出弁５１から排出することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、燃料電池、その燃料補給装置、これらを搭載した電子機器、及び燃料電池システムに関し、特に、燃料電池へ燃料を供給するとともに容易に残存燃料を排出することができる燃料電池、その燃料補給装置、これらを搭載した電子機器、及び燃料電池システムに関する。

近年、液体燃料であるメタノールを直接用いて発電するダイレクトメタノール型燃料電池（ＤＭＦＣ：Direct Methanol Fuel Cell）が、携帯型の電子機器（例えば、携帯型パーソナルコンピュータ）を長時間連続使用させる電源として脚光を浴びている。

ＤＭＦＣの発電媒体である膜電極接合体（ＭＥＡ：Membrane Electrode Assembly）へ燃料を供給する方式によりＤＭＦＣを分類すると、ポンプやファンを使用して燃料を循環させながら供給するアクティブ方式、ポンプやファンを使用せず重力や自然対流のみで燃料を供給するパッシブ方式の二つに大きく分類される。

携帯型の電子機器においては、機器の小型軽量化への要請から、後者のパッシブ方式のＤＭＦＣを採用することが主流となっている。

従来のパッシブ方式の燃料電池の構成は、膜電極接合体と、この膜電極接合体に供給する燃料を保持する燃料保持体とを少なくとも有するものである。さらにこの燃料電池は、長時間の発電が可能となるように、燃料保持体に燃料を補給するための燃料補給手段を構成として備える場合がある（例えば、特許文献１参照。）。

ＤＭＦＣにおいて燃料は、メタノール水溶液が通常用いられる。この燃料は、理論上、メタノールと水のモル比が１：１の割合で膜電極接合体において電気化学反応して発電するものである。

高濃度のメタノール水溶液を燃料に使用すると、メタノール分子の多くが膜電極接合体を透過して空気側の活性を低下させ（以下、クロスオーバ現象という。）、発電効率の低下を招く。そこで、燃料保持体には、最適の発電効率が得られる濃度範囲（以下、適切濃度範囲という。）に調節された燃料が使用される。
特開２００４−７９５０６号公報（段落００５１、図３）

しかし、燃料電池を長時間使用すると、発電による燃料消費により燃料保持体に保持される燃料のメタノール濃度の変化が避けられない問題があった。常に燃料電池内の燃料濃度を適切濃度範囲内にするには、燃料電池固有のマスバランスに応じた所定の濃度の燃料を供給する必要がある。

このため、特許文献１に記載の燃料電池においては、燃料補給手段を有しているが、燃料保持体に残留した燃料（以下、ドレンという。）はそのままで、新規に燃料を供給している。すると、燃料保持体内のドレンと、新規供給された燃料とが混合してしまう問題があった。

本発明は、上記の課題を解決するための発明であって、燃料電池に燃料を供給した場合に、燃料電池の燃料の供給を適切に行うことができる燃料電池、その燃料補給装置、これらを搭載した電子機器、及び燃料電池システムを提供することを目的とする。

本発明による燃料電池は、燃料を電気化学反応させて発電する膜電極接合体と、膜電極接合体に燃料が供給されるように燃料を保持する燃料保持体とを備える燃料電池であって、圧力が付加された燃料を燃料保持体に注入する燃料注入路と、燃料保持体に保持されている燃料が圧力により排出される燃料排出路とを有することを特徴とする。これによれば、新規な燃料が補充されると、燃料排出路の排出口（排出機構）からドレンが排出される。

本発明によれば、燃料電池に燃料を燃料注入路から供給した場合に、燃料排出路からドレンが排出されるので、燃料の供給を適切に行うことができる。またそれにより、燃料補給装置から繰り返し燃料補給を行って長時間連続使用される際にも、燃料濃度の過度の変化を防ぐことができ、発電の安定性を向上させることができる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。

第１の実施の形態．
図１は、本発明による燃料電池の第１の実施の形態を示す構成図である。燃料電池１０（図２参照）の燃料部１００は、燃料保持体３０と、燃料注入路４０と、注入弁４１と、流路Ｓと、排出弁５１と、燃料排出路５０とを備えている。また、着脱可能な燃料補給装置６０が、燃料注入路４０に装着されている。燃料電池１０は、燃料を、燃料保持体３０の内部に設けられている流路Ｓで保持するとともに、膜電極接合体２０（図２参照）に供給し、この燃料を電気化学反応させて発電する。

燃料補給装置６０は、内部圧力を利用して燃料を押し出す機能を有し、燃料注入路４０に装着／着脱ができる。燃料補給装置６０が、燃料補給のために燃料注入路４０に装着されると、燃料補給装置６０の補給弁６１が開放し、燃料補給装置６０が燃料注入路４０から着脱されると、補給弁６１が遮断する。

燃料注入路４０には、注入弁４１が設けられ、燃料注入路４０の一端が流路Ｓに連通され、他端が燃料補給装置６０に接続することができる。

注入弁４１は、燃料補給装置６０から流路Ｓへ圧力の付加された燃料が補給されるときにこの燃料を通過させるように開放して、それ以外の場合は、燃料の通過ができないように遮断する機能を有する。また、外部指令により、注入弁４１の開放／遮断を切り替えるようになっていてもよい。

燃料排出路５０には、排出弁５１が設けられ、燃料排出路５０の一端が流路Ｓの燃料注入路４０とは反対側に連通し、他端が燃料保持体３０の外部に向いて開口している。

排出弁５１は、流路Ｓの内部に保持されている燃料に付加する圧力の値が、第１閾値より高くなることで遮断から開放に切り替えるとともに、第２閾値（＜第１閾値）より低くなることで開放から遮断に切り替わるように動作する。ここで、第１閾値とは、補給される燃料の圧力より若干低い値に該当し、第２閾値とは大気圧より若干高い値に該当する。また、排出弁５１は、注入弁４１に同期して自動的に開放／遮断の切り替えてもよい。

なお、注入弁４１及び排出弁５１は、必須の要素ではなく、燃料注入路４０及び燃料排出路５０を塞ぐことのできる蓋や栓のようなものでもよい。さらに、流路Ｓは、一方向に燃料（流体）が流れる流路の例として蛇行しているものを示しているが、旋回したものでもよい。流路Ｓは、アノード極２０ａ（図２参照）の全面に燃料を供給でき、押し出し流れにより、燃料を排出できるものであればよい。また、燃料保持体３０の内部が広い空間となっているものでもよい。燃料が注入されると、燃料保持体３０内部のドレンが、燃料排出路５０から排出されて適切に燃料補給を行えるからである。

図２は、燃料電池の詳細な構成を示す説明図である。図２（ａ）に示されるように、膜電極接合体（ＭＥＡ：Membrane electrode assembly）２０は、その両面を二枚の集電板（アノード集電板２１ａ、カソード集電板２１ｃ）で挟まれて構成されている。そして、膜電極接合体２０は、これら集電板とともに挟持板１１及び締結部材１２により、燃料が供給されるように燃料保持体３０に対して固定されている。なお、図２（ｂ）にそのＸ−Ｘ´断面が示されるように、アノード集電板２１ａ及びカソード集電板２１ｃが、それぞれ燃料保持体３０及び挟持板１１に接する境界部分には、電気的に導通しないように絶縁膜１３が設けられている。

このように構成された膜電極接合体２０は、供給された燃料を電気化学反応させて発電し、電流を、アノード集電板２１ａ及びカソード集電板２１ｃからそれぞれ延出するマイナス端子２２ａ及びプラス端子２２ｃから外部に出力するものである。

膜電極接合体２０は、図２（ｂ）に示されるように、電解質膜２０ｂと、その両側に配置されるアノード極２０ａ及びカソード極２０ｃとから構成されている。このアノード極２０ａは、アノード集電板２１ａに複数設けられている燃料孔２３ａから、その一部が露出するように構成されている。

一方、カソード極２０ｃは、カソード集電板２１ｃに複数設けられている酸素孔２３ｃから、その一部が露出するように構成されている。なお、これら複数の燃料孔２３ａ及び酸素孔２３ｃは、図示するように、電解質膜２０ｂを挟んで、それぞれが対峙する位置に設けられている。なお、シール部材２４が、膜電極接合体２０の外周部分に設けられ、アノード極２０ａの側に供給された燃料が、カソード極２０ｃの側にまわり込むことを防止している。

ここでアノード極２０ａは、ルテニウム及び白金の合金微粒子からなる触媒と、この触媒を担持する炭素粉末との混合物からなるものである。そして、アノード極２０ａに燃料（メタノールと水）が供給されると、数式（１）に示すように、この燃料を酸化して水素イオンと電子とが発生する。そして、この発生した電子は、アノード集電板２１ａに移って、マイナス端子２２ａを経由して外部に伝達される。

電解質膜２０ｂは、例えば、ポリパーフルオロスルホン酸樹脂から構成され、具体的には、ナフィオン（商標）、アシプレックス（商標）等が挙げられる。そして、電解質膜２０ｂは、アノード極２０ａにおいて発生した水素イオンを反対面のカソード極２０ｃへ輸送するが、電子は輸送しない機能を有するものである。

カソード極２０ｃは、白金の微粒子からなる触媒と、この触媒を担持する炭素粉末との混合物からなるものである。そして、カソード極２０ｃに、プラス端子２２ｃからカソード集電板２１ｃ経由して電子が供給されると、数式（２）に示すように、酸素孔２３ｃから進入する酸素が還元された後に電解質膜２０ｂにより輸送される水素イオンと反応して水が生成する。

このようにして、膜電極接合体２０では、数式（１）と数式（２）とに示すように、燃料としてのメタノールと水とをモル比が１：１となるように電気化学反応させて発電し、数式（３）に示すように、アノード極２０ａにおいて副生成ガスとして二酸化炭素を、カソード極２０ｃにおいて副生成物として水を発生させるものである。ところで、現実の燃料電池１０の発電により消費される燃料は、水が水素イオンの輸送にかかわって選択的に膜電極接合体２０を通過することから、このような理論比のようにはならない。またこのように、選択的に膜電極接合体２０を通過する水の量も、電解質膜２０ｂの性能や使用環境により大きく変動するものである。

アノード極２０ａ：ＣＨ_３ＯＨ＋Ｈ_２Ｏ→ＣＯ_２＋６Ｈ^＋＋６ｅ⁻ …（１）
カソード極２０ｃ：３／２Ｏ_２＋６Ｈ^＋＋６ｅ⁻→３Ｈ_２Ｏ …（２）
全反応 ：ＣＨ_３ＯＨ＋３／２Ｏ_２→ＣＯ_２＋２Ｈ_２Ｏ …（３）

燃料保持体３０は、図２（ａ）に示されるように、容器３１と、仕切板３４とから構成されている。容器３１は、その底面を形成する底板３２と、その外周から延出して側面をなす側板３３とから形成される空間に、燃料を溜めて保持することが可能なように構成されている。

仕切板３４は、底板３２及び側板３３から延出し、その端部が図２（ｂ）に示されるように、膜電極接合体２０の下面側を支持するように設けられている。このようにして仕切板３４は、容器３１の内部に形成されている空間を仕切って、始端から終端まで一本につながる密閉された流路Ｓを形成するものである。この流路Ｓは、燃料が満たされるとこの燃料が膜電極接合体２０に供給されて、電気化学反応が発生するように構成されている。なお、図２（ａ）の流路Ｓは、折り返しのあるものであり、この点で図１の流路Ｓとは異なる。

ところで、燃料保持体３０（又は流路Ｓ）に保持される燃料の濃度は、発電効率を低下させないために、メタノールが膜電極接合体２０を透過してカソード極２０ｃ側の活性を低下させるクロスオーバ現象が発生しないように調整されている。具合的には、前記した理論比よりもさらに低濃度の１０％程度のメタノール濃度の燃料が燃料保持体３０に保持されるようにしている。

一方、発電が継続的に行なわれると、燃料保持体３０に保持される燃料の濃度は、所定の比率でメタノールと水とが消費されることにより、変動をきたすものである。この濃度の変動が続くと、燃料保持体３０に保持される燃料は、効率発電に適切な適切濃度範囲を逸脱して燃料電池１０の発電効率が低下することとなる。このように、適切濃度範囲を逸脱した燃料がドレンである。

燃料注入路４０は、図２（ａ）に示されるように、流路Ｓの始端付近に燃料を注入することができるように側板３３の一部分を貫通して設けられている。燃料注入路４０には、注入弁４１が設けられている。

燃料排出路５０は、図２（ａ）に示されるように、流路Ｓの終端付近から燃料を排出することができるように側板３３の一部分を貫通して設けられている。さらに、燃料排出路５０には、排出弁５１が設けられている。

このように、排出弁５１が作用することにより、圧力の付加された燃料が燃料保持体３０に注入されてもこの圧力をすぐに逃がすことができる。このため、燃料保持体３０及び膜電極接合体２０に対する負荷を軽減させることができる。なお、図２（ａ）の燃料排出路５０は、燃料注入路４０に隣接して設けてあり、この点で図１の燃料排出路５０とは異なる。

次に動作について説明する。
燃料を補給する場合、燃料補給装置６０が燃料注入路４０に装着される。すると、燃料補給装置６０の補給弁６１が開放し、所定の圧力で燃料が注入される。排出弁５１は、流路Ｓ内の燃料に付加される値が、第１閾値より高くなることで遮断から開放に切り替える。排出弁５１が開放されると、この流路Ｓのドレンは、燃料排出路５０より排出される。このため、流路Ｓの燃料は、燃料補給装置６０の新規の燃料により満たされることになる。その後、燃料補給装置６０が、燃料注入路４０から着脱されると、補給弁６１が遮断されるとともに、注入弁４１が遮断される。排出弁５１は、流路Ｓ内の燃料に付加される圧力の値が、第２閾値より低くなることで、開放から遮断に切り替わる。

以上のように、本実施の形態では、燃料補給装置６０が燃料注入路４０に装着されると、排出弁５１が流路Ｓ内の燃料に付加する圧力の値が大きくなり開放する。すなわち、排出弁５１は、ドレンを排出するドレン排出機能を有する。このため、燃料注入路４０からの燃料は、流路Ｓ内のドレンを排出する方向に押し出すため、排出弁５１からドレンを排出することができる。

また、流路Ｓは、一経路に燃料が流れる流路であるため、流路Ｓ内の燃料は、ドレンを排出する方向に押し出すため、排出弁５１からドレンを排出できる。

本実施の形態では、排出弁５１は、第１閾値と第２閾値の値により、遮断／開放できる逆止弁の制御をしているが、注入弁４１の開閉動作と同期して、排出弁５１の開閉動作を制御してもよい。これにより、燃料補給装置６０が燃料注入路４０に装着されると、排出弁５１が開放する。よって、注入弁４１からの燃料により、流路Ｓ内のドレンが押し出され、排出弁５１からドレンを排出することができる。なお、注入弁４１等の作動について、ゴムやバネ等の弾性体により受動的に作動するものでも、ソレノイドのように外部からの信号等により能動的に作動するものでも、手動のものでもよい。以下説明する各弁について同様である。

第２の実施の形態．
図３は、本発明による燃料電池の第２の実施の形態を示す構成図である。図３に示される構成は、図１に示される構成に対して、燃料補給装置７０にドレンを回収する手段が追加された構成である。燃料補給装置７０は、補給弁７１と、燃料収容室７２と、圧力付加手段８０と、燃料回収室９０と、回収弁９１と、燃料回収路９２とを備えている。

燃料収容室７２は、燃料電池１０の燃料保持体３０に補給される燃料を密閉状態で収容する空間であって、圧力付加手段８０により、収容されている燃料に圧力を付加するように構成されている。補給弁７１は、燃料補給装置７０が燃料注入路４０に装着されると開放され、燃料補給装置７０が燃料注入路４０から着脱されると遮断される。

燃料回収室９０は、補給弁７１から補給された燃料の圧力に押し出されて、燃料排出路５０から排出されるドレンを回収する空間である。燃料回収路９２は、燃料排出路５０と、燃料回収室９０とを接続する燃料通路であり、燃料排出路５０側に、回収弁９１が配置されている。回収弁９１は、燃料排出路５０の燃料に圧力がかかると開放され、ドレンが燃料排出路５０側に逆流しない逆支弁の機能を有する。

図４は、燃料電池の詳細な構成および動作を示す説明図である。図４（ａ）は、燃料部１００と燃料補給装置７０の構成断面図を示している。燃料補給装置７０は、筐体８３の内部空間が、移動隔壁８１により二つに仕切られて、燃料収容室７２及び燃料回収室９０が形成されている。燃料収容室７２の一端には、補給弁７１が取付けられている。補給弁７１の先端部分は、燃料保持体３０の燃料注入路４０に嵌合する構成を有している。

移動隔壁８１は、その外周縁が筐体８３の内壁に密着して、この移動隔壁８１により仕切られた燃料収容室７２及び燃料回収室９０の密封性を別個に維持しながら、一方向に摺動する。圧力発生手段８２は、移動隔壁８１が摺動する方向に沿って、燃料収容室７２の容積が収縮する向きに圧力を与える。圧力発生手段８２は、図４（ａ）において弾性バネを例示しているが、これに限定されるものでなく移動隔壁８１を摺動させるのに必要な圧力を与えるものであれば何でもよい。

燃料回収室９０は、移動隔壁８１の移動に伴い、燃料収容室７２の空間が縮小した分だけ拡張される。燃料回収路９２は、筐体８３の一部分を貫通して燃料回収室９０の密閉状態を解除するように設けられている。燃料回収路９２の先端部分は、燃料保持体３０の燃料排出路５０に嵌合する構成を有している。

着色手段９３は、燃料回収室９０又は燃料回収路９２に設けられ、ドレンに均一に拡散して着色させることができる顔料または染料が封入されている。この着色手段９３により燃料回収室９０に回収されるドレンは着色されることになる。これにより、燃料回収室９０で着色されているドレンの容積と、燃料収容室７２で未着色の燃料の容積とを対比してその比率から燃料補給装置７０における燃料の残量を容易に把握することができる。

次に動作について説明する。
図４（ｂ）に示すように、燃料補給装置７０が、燃料部１００に装着された場合、補給弁７１のガイド棒の先端部７１ａが、突起部４２に圧接し、補給弁７１が開放し、所定の圧力で燃料が注入される。すると、注入弁４１が開放される。排出弁５１は、燃料保持体３０の内部に保持されている流路Ｓ内の燃料に付加する圧力の値が、第１閾値より高くなることで遮断から開放に切り替える。排出弁５１が開放されると、この流路Ｓのドレンは、燃料排出路５０から、排出される。排出されたドレンは、回収弁９１を介して、燃料回収室９０に回収される。このため、流路Ｓの燃料は、燃料収容室７２の新規の燃料により満たされることになる。

燃料補給装置７０が燃料部１００から着脱された場合、補給弁７１のガイド棒の先端部７１ａが、突起部４２から離接し、補給弁７１が遮断する。すると、注入弁４１が遮断される。排出弁５１は、燃料保持体３０の内部に保持されている流路Ｓ内の燃料に付加する圧力の値が、第２閾値より低くなることで、開放から遮断に切り替わる。

本実施の形態によれば、補給弁７１は、燃料部１００に装着／脱離するのにともなって、開放／遮断が切り替えられる。従って、燃料補給装置７０が、燃料部１００に装着されると燃料の補給が開始され、燃料補給装置７０が、燃料部１００から着脱されると補給が終了し、燃料の補給作業が簡便になる。

また、補給弁７１の動作を、燃料補給装置７０が、燃料部１００に装着されると開放して、燃料補給装置７０が、燃料部１００から着脱されなくても、所定条件を充足すると遮断に切り替えられるようにしてもよい。この所定条件とは、例えば、補給弁７１が開放してからの経過時間や液圧変動情報等が考えられる。そして、この所定条件は、補給弁７１の開放／遮断が一回切り替わることによって、燃料収容室７２から補給される燃料の量が、燃料保持体３０の容積に略匹敵するように調節されているとする。このようにすれば、燃料補給装置７０を燃料部１００に装着すると燃料補給及びドレン排出が開始され、適正量の燃料補給（すなわち、ドレンが新しい燃料に置換）されたところで自動的に遮断され、燃料の補給作業及びドレン排出作業がさらに簡便になる。

燃料補給装置７０において、回収弁９１には、補給弁７１と同様の構成を備えてもよい。すなわち、上記形態において燃料補給装置７０を燃料部１００に装着すると同時に補給弁７１が開放するとする補給弁７１と注入弁４１の構成が、排出弁５１と回収弁９１との間に成立するようにしてもよい。本形態の場合、燃料補給装置７０を燃料部１００に装着すると同時に補給弁７１、注入弁４１、排出弁５１、ならびに回収弁９１が同時に開放されることとなる。この結果、燃料が注入されると同時にドレンがほぼ自然開放の状態となって、ごく短時間に燃料とドレンの入れ替え工程が完了できる。このことは、本工程を実際に実施する装置使用者の手間を軽減するのみならず、燃料とドレンの間の時間的濃度拡散を抑制することができ、新たに注入された燃料の純度を維持する上で効果的に作用する。

本実施の形態の場合、燃料収容室７２に燃料を収容することができる最大容積を、燃料保持体３０で保持することができる燃料の容積と同程度にすれば、燃料補給装置７０は一回の補給により燃料が空となり、一回の燃料補給及びドレン排出で使い捨て型の用途に適することになる。

また、燃料収容室７２の最大容積を燃料保持体３０で保持される燃料の容積の２倍以上の整数倍にすれば、燃料補給装置７０による燃料補給及びドレン排出を複数回実行することができることとなる。

さらに、燃料補給及びドレン排出を複数回実行することができる燃料収容室７２の場合は、外観から燃料が視認できるように、筐体８３が透明材質で構成されるとともに、燃料保持体３０で保持することができる燃料の容積に関連付けした目盛がふられているとよい。このような目盛があれば、収容されている燃料の液面の位置から、燃料の残量を把握することが可能であるし、燃料保持体３０に保持されているドレンを新しい燃料に置換する際の補給量の目安にもなる。

さらに、本実施の形態では、補給弁７１が設けられ、燃料の補給のために開放／遮断を切り替えることができるようになっている。このように補給弁７１が設けられていることにより、燃料補給を複数回実行することができる燃料補給装置７０において、燃料補給を行う場合のみに、燃料補給装置７０を、燃料部１００に装着して、それ以外のときは燃料補給装置７０を着脱するような使い方が可能になる。これは、使いきらない燃料を、補給弁７１で遮断させることにより、燃料収容室７２にそのまま収容させておくことができる。

本実施の形態の場合、突起部４２を有しているが、注入弁４１に手動で稼動できる突起部操作手段を有していてもよい。この場合、常時、燃料補給装置７０を燃料部１００に装着しておき、燃料補給が必要なときに、突起部操作手段の押しボタンを押すと、突起部が突起して補給弁７１を開放し、突起部操作手段の押しボタンをもう一度押すと、突起部が戻るようにすると、補給弁７１を遮断することができる。

図９は、燃料電池の詳細な構成を示す説明図であり、燃料補給装置７０の構成断面図を示している。燃料補給装置７０は、筐体８３の内部空間に更なる筐体８３ｂが、その１端面を燃料補給装置７０先端面に一致させ、かつ反対側端面を燃料補給装置７０の後端面から離れるように設けられており、筐体８３と８３ｂとで同心円状の二重円筒を構成している。また移動隔壁８１は、筐体８３ｂの内壁に設けられている。その他の構成要素は図４（ａ）で示した実施形態と同様である。本構成において、筐体８３ｂの内面は燃料収容室７２となり、また筐体８３と筐体８３ｂに挟まれた部分および筐体８３ｂの移動隔壁８１
背面が燃料回収室となる。本構成の動作は図４（ｂ）を用いて説明したと同様である。本構成を適用することにより、燃料補給装置７０は、その表面形態が単純な略円筒形となるため、図４（ａ）の構成に比べ持ち運び性、収納性およびハンドリング性が向上すると同時に、その体積が小型化し容積効率が向上する。

第３の実施の形態．
図５は、本発明による燃料電池の第３の実施の形態を示す構成図である。図５に示す構成は、図４に示された構成に対して、燃料補給装置７５内の燃料回収室９５の配置位置および構造を変更したものである。燃料補給装置７５は、筐体８３に設けられている隔壁８４により燃料収容室７２及び燃料回収室９５が仕切られる。

燃料収容室７２の一端には、補給弁７１が設けられている。移動隔壁８１は、その外周縁が筐体８３の内壁に密着して摺動する。圧力発生手段８２は、移動隔壁８１が摺動する方向に沿って、燃料収容室７２の容積が収縮する向きに圧力を与える。

燃料回収室９５の一端には、逆支弁として機能する回収弁９１が設けられている。燃料回収室９５は、容積が常時一定となるように構成され、回収弁９１から送られる燃料を回収するとともに、空気を外部に逃がすための通気孔９６が設けられている。

図６は、燃料回収室を燃料補給装置から分離したことを示す構成図である。図５の場合、燃料回収室９５は、筐体８３内に設けられた隔壁８４により空間が形成されているが、燃料回収室９５を燃料補給装置７５から分離することが好ましい。図６の場合、ドレンを回収した燃料回収室９５の交換だけで、燃料補給装置７５を再利用できる。

なお、燃料部１００については、すでに説明がなされている同一符号が付された図４の構成と同一であるので、その説明を省略する。

次に動作について説明する。
燃料補給装置７５が、燃料部１００に装着された場合、補給弁７１のガイド棒の先端部７１ａが、突起部４２に圧接し、補給弁７１が開放し、所定の圧力で燃料が注入される。すると、注入弁４１が開放される。排出弁５１は、燃料保持体３０の内部に保持されている流路Ｓ内の燃料に付加する圧力の値が、第１閾値より高くなることで遮断から開放に切り替える。排出弁５１が開放されると、この流路Ｓの流路Ｓのドレンは、燃料排出路５０より、排出される。排出されたドレンは、回収弁９１を介して、燃料回収室９５に回収される。このため、流路Ｓの燃料は、燃料収容室７２の新規の燃料により満たされることになる。

燃料補給装置７５が、燃料部１００から着脱された場合、補給弁７１のガイド棒の先端部７１ａが、突起部４２から離接し、補給弁７１が遮断する。すると、注入弁４１が遮断される。排出弁５１は、燃料保持体３０の内部に保持されている流路Ｓ内の燃料に付加する圧力の値が、第２閾値より低くなることで、開放から遮断に切り替わる。

本実施の形態の場合、燃料回収室９５と燃料収容室７２が分離されている。このため、図６に示すように、燃料回収室９５にドレンを回収した後、燃料回収室９５を、新規の燃料回収室９５に交換するだけで、燃料補給装置７５を再利用することができる。

次に、本発明の実施の形態に係る燃料電池及び燃料補給装置を搭載した電子機器について説明する。具体的には、電子機器として携帯型パーソナルコンピュータおよび携帯型電話機について例示する。

図7は、携帯型パーソナルコンピュータに燃料電池及び燃料補給装置の利用を示す説明図である。携帯型パーソナルコンピュータ２１０には電源として、本発明に係る燃料電池１０及び燃料補給装置７０が適用されている。図７において、燃料を補給する場合、燃料補給装置７０が、燃料電池１０に装着される。燃料補給後、燃料補給装置７０が、着脱されてもよい。また、燃料補給装置７０が、固定的に装着されていてもよい。

図８は、携帯型電話機に燃料電池及び燃料補給装置の利用を示す説明図である。燃料補給装置７０が、支持筐体２２１内に装着され据置型に構成されている。携帯型電話機２２０の内部には、燃料電池１０が配置されている。携帯型電話機２２０に燃料補給をするときは、携帯型電話機２２０を支持筐体２２１の上に載置し、燃料補給装置７０に装着する。

このような携帯型の電子機器は、様々な環境で使用されることにより、消費されるメタノール：水の比率が変動し、燃料電池１０に保持される燃料が適切濃度範囲から外れて発電効率が低下しやすいものである。
しかし、このよう発電効率が低下した場合は、燃料補給装置７０から燃料補給して、燃料電池１０に保持されているドレンを排出することにより、発電効率を回復させて電子機器１１０の使用を続行することができる。

このようにして、本発明に係る燃料電池１０、その燃料補給装置７０、及び燃料電池システム２００は、長期にわたり安定して発電を行えるので、これらを搭載した電子機器を長期にわたり使用することができる。さらに、燃料補給装置７０を燃料電池１０に対して着脱可能な構成にすれば、電子機器を小型化することができる。

本発明による燃料電池の第１の実施の形態を示す構成図である。 燃料電池の詳細な構成を示す説明図である。 本発明による燃料電池の第２の実施の形態を示す構成図である。 燃料電池の詳細な構成および動作を示す説明図である。 本発明による燃料電池の第３の実施の形態を示す構成図である。 燃料回収室を燃料補給装置から分離したことを示す構成図である。 携帯型パーソナルコンピュータに燃料電池及び燃料補給装置の利用を示す説明図である。 携帯型電話機に燃料電池及び燃料補給装置の利用を示す説明図である。 燃料電池の詳細な構成を示す説明図である。

符号の説明

１０ 燃料電池
２０ 膜電極接合体
４０ 燃料注入路
４１ 注入弁
５０ 燃料排出路
５１ 排出弁
６０，７０，７５ 燃料補給装置
６１，７１ 補給弁
７２ 燃料収容室
８０ 圧力付加手段
８１ 移動隔壁
８２ 圧力発生手段
９０，９５ 燃料回収室
９１ 回収弁
９２ 燃料回収路
９３ 着色手段
２００ 燃料電池システム

Claims (18)

1. 燃料を電気化学反応させて発電する膜電極接合体と、
   前記膜電極接合体に前記燃料が供給されるように前記燃料を保持する燃料保持体と、を備える燃料電池であって、
   圧力が付加された前記燃料を前記燃料保持体に注入する燃料注入路と、
   前記燃料保持体に保持されている前記燃料が前記圧力により排出される燃料排出路と、
   を有することを特徴とする燃料電池。
2. 前記燃料注入路と前記燃料排出路とを連通する流路と、
   前記燃料注入路に設けられた開放／遮断を切り替える注入弁と、
   前記燃料排出路に設けられた開放／遮断を切り替える排出弁と、
   を有することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池。
3. 前記排出弁は、前記流路の内部に保持されている燃料に付加される圧力の値が、所定の第１の制御値より高くなると遮断から開放し、第1の制御値より低い所定の第２の制御値より低くなると開放から遮断に切り替える
   ことを特徴とする請求項２に記載の燃料電池。
4. 請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の燃料電池を搭載していることを特徴とする電子機器。
5. 燃料を電気化学反応させて発電する膜電極接合体と、
   前記膜電極接合体に前記燃料が供給されるように前記燃料を保持する燃料保持体と、を備える燃料電池に、前記燃料を補給する燃料電池の燃料補給装置であって、
   前記燃料電池に補給される前記燃料を収容する燃料収容室と、
   前記燃料収容室に収容されている前記燃料に圧力を付加する圧力付加手段と、
   前記燃料収容室の一端に設けられ開放／遮断を切り替える補給弁と、
   前記補給弁から補給された前記燃料に押し出されて前記燃料保持体から排出される前記燃料を回収する燃料回収室と、
   前記燃料保持体から排出される前記燃料を前記燃料回収室に回収させる燃料回収路と、
   前記燃料回収路の開放／遮断を切り替える回収弁と、
   を有することを特徴とする燃料電池の燃料補給装置。
6. 前記圧力付加手段は、前記燃料収容室及び燃料回収室を仕切るとともに前記圧力が付加される方向に移動する移動隔壁と、前記圧力を発生させる圧力発生手段と、
   を有することを特徴とする請求項５に記載の燃料電池の燃料補給装置。
7. 燃料を電気化学反応させて発電する膜電極接合体と、
   前記膜電極接合体に前記燃料が供給されるように前記燃料を保持する燃料保持体と、を備える燃料電池に、前記燃料を補給する燃料電池の燃料補給装置であって、
   前記燃料電池に補給される前記燃料を収容する燃料収容室と、
   前記燃料収容室に収容されている前記燃料に圧力を付加する圧力付加手段と、
   前記燃料収容室の一端に設けられ開放／遮断を切り替える補給弁と、
   前記補給弁から補給された前記燃料に押し出されて前記燃料保持体から排出される前記燃料を回収する燃料回収室と、
   前記燃料回収路の開放／遮断を切り替える回収弁と、
   を有することを特徴とする燃料電池の燃料補給装置。
8. 前記燃料回収室は、装着／着脱することができる
   ことを特徴とする請求項７に記載の燃料電池の燃料補給装置。
9. 前記燃料収容室は、前記燃料を収容する容積が、前記燃料保持体で保持される前記燃料の容積の略整数倍であって、
   前記燃料収容室は、外観から前記燃料が視認できるとともに、前記燃料保持体の容積に関連付けした目盛がふられている
   ことを特徴とする請求項５から請求項８のいずれか1項に記載の燃料電池の燃料補給装置。
10. 前記燃料収容室は、前記燃料を収容する容積が、前記燃料保持体で保持される前記燃料の容積の略整数倍であって、
    前記燃料収容室から一回につき補給される前記燃料の量は、前記燃料保持体の容積に関連して調節されている
    ことを特徴とする請求項５から請求項８のいずれか1項に記載の燃料電池の燃料補給装置。
11. 前記補給弁は、前記燃料電池に装着された状態で、開放／遮断が切り替えられる
    ことを特徴とする請求項５から請求項１０のいずれか１項に記載の燃料電池の燃料補給装置。
12. 前記補給弁は、前記燃料電池に装着／着脱するのにともなって、開放／遮断が切り替えられる
    ことを特徴とする請求項５から請求項１０のいずれか1項に記載の燃料電池の燃料補給装置。
13. 前記燃料回収室に回収する前記燃料を着色させる着色手段が設けられている
    ことを特徴とする請求項５から請求項１２のいずれか１項に記載の燃料電池の燃料補給装置。
14. 請求項５から請求項１３のいずれか１項に記載の燃料電池の燃料補給装置を付帯している
    ことを特徴とする電子機器。
15. 請求項１から請求項３のいずれか1項に記載の燃料電池と、
    請求項５から請求項１３のいずれか１項に記載の燃料電池の燃料補給装置と、
    を含んでいることを特徴とする燃料電池システム。
16. 前記燃料電池の燃料補給装置は、前記燃料電池に常時装着して使用される固定式
    である
    ことを特徴とする請求項１５に記載の燃料電池システム。
17. 前記燃料電池の燃料補給装置は、前記燃料を前記燃料電池に補給するときのみ装着して使用される切離式である
    ことを特徴とする請求項１５に記載の燃料電池システム。
18. 前記燃料電池の燃料補給装置は、据置型に構成され、前記燃料を補給するときは前記燃料電池を載置する
    ことを特徴とする請求項１７に記載の燃料電池システム。

Images