JP2008103340A - 燃料電池システム - Google Patents

Abstract

【課題】カートリッジと燃料電池の本体とに分散されて備えられた加圧システムを備える燃料電池システムを提供する。
【解決手段】本発明の燃料電池システムは、燃料保存パック５０を備えるカートリッジ３００と、カートリッジ３００から燃料が供給される燃料電池の本体４００とを備える燃料電池システムである。燃料電池システムは、カートリッジ３００が燃料電池の本体４００に装着されるときに燃料保存パック５０を加圧する加圧手段を燃料電池の本体に備えることを特徴とする。ここで、カートリッジ３００は、カートリッジ３００が燃料電池の本体４００に装着されるときに加圧手段から伝達される圧力を燃料保存パック５０に伝達し、カートリッジ３００が燃料電池の本体４００と分離された状態において燃料保存パック５０が加圧されることを防止する加圧板４０と、燃料保存パック５０および加圧板４０が装着されるケース６０とをさらに備える。
【選択図】図１１

Description

本発明は、燃料電池システムに係り、さらに詳細には、カートリッジと燃料電池の本体とに分散されて備えられた加圧システムを備える燃料電池システムに関する。

燃料電池システムは、発電が起こる本体と本体に燃料を供給するカートリッジとを備える。すなわち、燃料電池システムは、カートリッジを交換することで発電を維持し続けることができる。

燃料電池システムを、例えば携帯電話等の携帯用端末に効果的に使用するために、燃料電池システムは、小型および軽量であり、カートリッジが高い燃料保存体積率を有する必要がある。また、燃料電池システムへ安定した燃料供給が行われることも必要である。さらに、カートリッジの使用に関係なく、ユーザーの一般的な操作によってカートリッジの燃料が外部に漏出する等の燃料の漏れが防止されねばならない。また、１回用であるカートリッジの単価が低いことや、システム運営と動作における信頼性も必要とされる。

ここで、従来の燃料電池システムは、カートリッジ内部における加圧システムの有無によって加圧式と非加圧式とに区分される。

従来の加圧式の燃料電池システムは、カートリッジ内部に燃料保存パックを加圧するための加圧システムを備える。このため、カートリッジの燃料保存体積率が低下し、カートリッジの燃料漏れ危険が増大し、さらにはカートリッジの単価が上昇する。

一方、従来の非加圧式の燃料電池システムは、カートリッジ内部に加圧システムを備えていない。その代わりに、カートリッジから供給される燃料を燃料電池の本体内部に供給するための別途の燃料供給機構、例えば、燃料ポンプを燃料電池の本体に備えている。このような燃料供給機構は高価である。このため、非加圧式の従来の燃料電池システムの場合、システムの全体体積が増大し、かつシステムの単価が高く、システムの燃料供給部の故障危険率が上昇してしまう。

結果的に、従来の燃料電池システムは、燃料電池システムを携帯用端末に適用するための条件の多くを満足することが困難である。

そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、カートリッジの燃料保存体積率を増大させるとともに、カートリッジの単価を低く、燃料漏れ危険を低減し、全体体積を低減することの可能な、新規かつ改良された燃料電池システムを提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、燃料保存パックを備えるカートリッジと、カートリッジから燃料が供給される燃料電池の本体とを備える燃料電池システムが提供される。かかる燃料電池システムは、カートリッジが燃料電池の本体に装着されるときに燃料保存パックを加圧する加圧手段を燃料電池の本体に備えることを特徴とする。

ここで、カートリッジは、カートリッジが燃料電池の本体に装着されるときに加圧手段から伝達される圧力を燃料保存パックに伝達し、カートリッジが燃料電池の本体と分離された状態において燃料保存パックが加圧されることを防止する加圧板と、燃料保存パックおよび加圧板が装着されるケースと、をさらに備えることもできる。

また、燃料保存パックは加圧板とケースとの間に設けられ、加圧板は該加圧板の一端に対応するケースの一端に締結されるようにすることもできる。

さらに、カートリッジは、燃料電池の本体とカートリッジとが分離された状態において加圧板を固定する固定手段をさらに備えることもできる。このとき、固定手段は、ケースの側壁内部側に、加圧板の他端を係止するラチェットを備えてもよい。かかる固定手段のラチェットは、カートリッジが燃料電池の本体から分離されたときにケースの内部側に突出するように形成される。また、ケースの固定手段が形成された側壁の上端は、外側に曲げられる。

また、燃料電池の本体のカートリッジが装着される面には、外側に曲げられた側壁の上端が挿入される溝を形成してもよい。また、加圧手段としては、例えばバネを用いることもできる。

燃料電池の本体のカートリッジが装着される面には、カートリッジが燃料電池の本体に装着されるときに加圧板の固定状態を解除する解除手段を備えることもできる。

また、本発明の燃料電池システムは、カートリッジが燃料電池の本体から分離されるときに加圧板を元の固定された位置に移動させる回送手段をさらに備えるようにしてもよい。ここで、回送手段は、加圧手段の一端に備えることもできる。また、回送手段としては、例えば磁石板や吸着板を用いることができる。

解除手段としては、カートリッジが燃料電池の本体に装着されるときに固定手段を外側に加圧するように形成された溝を用いることができる。

また、加圧板の両端を、カートリッジが燃料電池の本体と分離されているときに加圧板を固定させる固定手段として利用することができる。このとき、ケースには、加圧板の両端を係止するホールが形成される。

本発明の燃料電池システムは、カートリッジに燃料保存パックを加圧するための加圧手段を備えない。これにより、燃料が常時加圧されることを防止して、ユーザーの不注意による燃料漏れを防止できる。

また、本発明の燃料電池システムのカートリッジは加圧板を固定する固定手段を備えるので、加圧板は、カートリッジが燃料電池の本体に装着されるときのみ燃料保存パック側に移動できる。一方、それ以外の場合には、加圧板は固定手段に固定される。これにより、カートリッジが燃料電池の本体に装着される前に燃料保存パックを任意の外力から保護することができる。

さらに、カートリッジが使用中に燃料電池の本体から分離された場合、加圧板の固定手段は、加圧板を分離されたときの状態のまま維持するか、カートリッジが燃料電池の本体に装着される前の原状態に位置させるようにする。これにより、使用中のカートリッジを分離しても燃料保存パックを保護することができる。

また、燃料電池の本体に加圧機構を装着することによって、一回用のカートリッジごとに加圧機構を設置する必要がないので、カートリッジの製造コストを減らすことができ、カートリッジ互換性を向上させることができる。さらに、燃料ポンプを使用しないため、燃料電池システムの故障発生危険を低減することができ、燃料電池システムの信頼性を向上させることができる。そして、カートリッジ内に加圧機構を備えないので、カートリッジ内の燃料保存パックの燃料保存体積率を増大させることができる。

このような本発明にかかる燃料電池システムを利用すれば、カートリッジの燃料保存パックを加圧するための加圧システムがカートリッジと燃料電池の本体とに分散されているので、カートリッジの燃料保存体積率を増大させることができる。そして、カートリッジの単価を低くすることができる。また、燃料漏れの危険を減らし、システムの全体体積も減らすことができる。

以上説明したように本発明によれば、カートリッジの燃料保存体積率を増大させるとともに、カートリッジの単価を低く、燃料漏れ危険を低減し、全体体積を低減することの可能な燃料電池システムを提供することができる。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

以下、本発明の実施形態にかかるカートリッジと燃料電池の本体とに構成要素が分散された加圧システムを備える燃料電池システムを詳細に説明する。なお、図面に示された層や領域の厚さは、明細書の明確性のために誇張して示した。

まず、図１〜図３に基づいて、本発明の実施形態にかかる燃料電池システムの特徴を概念的に説明する。なお、図１は、燃料保存パック１０を含むカートリッジ１００が本体２００に装着される前の状態を示す説明図である。図２は、カートリッジ１００が本体２００に装着された状態を示す説明図である。図３は、使用後のカートリッジ１００が使用中に本体２００から分離される状態を示す説明図である。

図１に示すように、カートリッジ１００は、本体２００に挿入される部分に燃料パック圧搾板１２を備える。燃料パック圧搾板１２は、燃料保存パック１０が外部から任意に加圧されることを防止するための機構である。また、燃料パック圧搾板１２は、図２に示すように、カートリッジ１００が本体２００に装着された状態で、燃料保存パック１０を加圧するために本体２００に備えられたバネ１４から受けた圧力を燃料保存パック１０に伝達する。バネ１４の一端には回送手段１６が装着されている。

回送手段１６は、図２および図３に示すように、カートリッジ１００が本体２００に装着された後、本体２００から分離される過程において、燃料パック圧搾板１２をカートリッジ１００が本体２００に装着される前の位置に戻す役割を行う。これにより、カートリッジ１００が使用中に本体２００から分離された場合にも、燃料パック圧搾板１２が外部から任意に加圧されることを防止できる。回送手段１６は、例えば磁石板または吸着板から形成することができる。回送手段１６が磁石板である場合、燃料パック圧搾板１２は、鋼板（ｓｔｅｅｌ ｐｌａｔｅ）から形成される。

燃料パック圧搾板１２が上述したように機能できるのは、カートリッジ１００の燃料保存パック１０が収容されるケース１８に挿入された燃料パック圧搾板１２の両端１２ａ、１２ｂが係止可能なホールｈ１が形成されているためである。ホールｈ１は、ケース１８の対向する壁に形成されている。燃料パック圧搾板１２の両端１２ａ、１２ｂは、燃料保存パック１０と直接接触する燃料パック圧搾板１２の接触部１２ｃと同一直線上にはなく、本体２００への挿入方向に突出している。また、燃料パック圧搾板１２の両端１２ａ、１２ｂは、ケース１８の外面側に向かうにつれて本体２００と反対方向に傾斜する切り欠き状に形成されている。

図２に示すように、カートリッジ１００が本体２００に挿入されて締結された状態において、本体２００の対向する内壁に形成された突起２０は、カートリッジ１００のケース１８に形成されたホールｈ１に挿入される。この結果、突起２０は、ホールｈ１に係止していた燃料パック圧搾板１２の両端１２ａ、１２ｂをケース１８の内部側に押す。すなわち、突起２０は、燃料パック圧搾板１２の固定を解除する手段となる。これにより、燃料パック圧搾板１２の両端１２ａ、１２ｂはホールｈ１から抜け、本体２００に設けられたバネ１４から受ける圧力によりケース１８に形成されたガイド溝１８ａに沿って移動されながら燃料保存パック１０を加圧する。

また、カートリッジ１００が本体２００から分離されるときには、図３に示すように、回送手段１６により燃料パック圧搾板１２を一時的に保持しながら、燃料パック圧搾板１２の両端がホールｈ１に挿入される。矢印Ａ方向に回送手段１６による保持力より大きい力が加えられると、カートリッジ１００は本体２００から分離され、燃料パック圧搾板１２は元の位置、すなわちホールｈ１に位置する。

カートリッジ１００が本体２００に締結されるとき、カートリッジ１００は、本体２００のカートリッジ固定ストッパ２２により固定される。固定ストッパ２２は、本概念が適用された以下の実施形態で説明するように、多様な形態に変形できる。固定ストッパ２２だけでなく、上述した他の要素についても以下の実施形態で説明するように多様な形態に変形することができる。カートリッジ１００には、カートリッジ１００が本体２００に完全に挿入されたときに固定ストッパ２２が係止する溝２４が形成されている。

次に、図４〜図１２に基づいて、上述の概念が適用された本発明の実施形態にかかる燃料電池システムについて説明する。

まず、図４〜図６に基づいて、本実施形態にかかる燃料電池システムのカートリッジ３００について説明する。なお、図４は、本実施形態にかかる燃料電池システムのカートリッジ３００を示す斜視図である。図５は、本実施形態にかかる燃料電池システムのカートリッジ３００の組立過程を示す斜視図であって、加圧板４０および燃料保存パック５０がケース６０に収納される前の状態を示す。図６は、本実施形態にかかる燃料電池システムのカートリッジ３００の組立過程を示す斜視図であって、加圧板４０および燃料保存パック５０がケース６０に収納された状態を示す。

本実施形態にかかるカートリッジ３００は、図４に示すように、加圧板４０、燃料保存パック５０およびケース６０（あるいはカートリッジ上板）を備える。加圧板４０は、外部から伝達される圧力を燃料保存パック５０に伝達する。加圧板４０は、燃料保存パック５０に備えられたコネクタ５２が、加圧板４０と燃料保存パック５０との締結時に挿通するホール４４を備える。カートリッジ３００が燃料電池の本体（図１０の符号４００参照）に結合されるとき、コネクタ５２を介してカートリッジ３００から燃料電池の本体４００に燃料が供給される。加圧板４０のホール４４が存在する側の一端の両側（例えば長辺側）には、外向する突起４２が設けられている。

燃料保存パック５０および加圧板４０は、図５および図６に示すように、ケース６０内部に収納される。このとき、加圧板４０の突起４２は、突起４２と対応する位置に形成されたケース６０のホール（図７の符号６４）に挿入される。この状態において、加圧板４０は突起４２を回転中心として回転できる。

再び図４を参照すると、ケース６０の他端（加圧板４０の突起４２が形成された一端と反対側）にはヒンジ６２が設けられている。ヒンジ６２は、図５および図７に示すように、例えばケース６０の短辺側に設けられ、ケース６０の外部側に曲がっている。ヒンジ６２は、ヒンジ６２が存在する辺に沿ってその辺と略同一長さに形成されている。

加圧板４０および燃料保存パック５０が装着されるケース６０の内側は、図５および図７に示すように、加圧板４０および燃料保存パック５０が収容可能な広さと深さに凹部６６が形成されている。そして、ケース６０のヒンジ６２が形成された部分の内壁６８に溝７０が形成されている。溝７０は、ケース６０の底面に対して略垂直に形成される。溝７０には固定手段７２が設けられている。固定手段７２は、図６に示すように、加圧板４０および燃料保存パック５０がケース６０に完全に収納された後、カートリッジ３００が燃料電池の本体（図１０の符号４００）に締結されるまで、または使用中にカートリッジ３００が燃料電池の本体４００から分離されたときに、外部の任意の要素により加圧板４０が任意に移動すること、すなわち燃料保存パック５０が加圧されることを防止する。

固定手段７２は、ラチェット７２ａを有する。ラチェット７２ａは、その断面がケース６０の内部側に突出する鋸歯形状に形成されている。ラチェット７２ａは、固定手段７２が後（ケース６０の外部側）に反っていない状態においては、加圧板４０は固定手段７２に係止してケース６０の底面側に移動することができない。また、カートリッジ３００が燃料電池の本体４００に装着されていない状態においては、固定手段７２のラチェット７２ａは溝７０の外側（ケース６０の内部側）に突出する。したがって、カートリッジ３００が燃料電池の本体４００に装着されていない場合、加圧板４０は、ラチェット７２ａに係止してケース６０の底面側には移動しない。

すなわち、カートリッジ３００が一度も使用されない場合は、図８に示すように、加圧板４０は固定手段７２のラチェットにより固定される。一方、カートリッジ３００が使用中に燃料電池の本体４００から分離された場合には、図９に示すように、加圧板４０が固定手段７２により固定される。仮に、図８および図９において固定手段７２が矢印方向に反れれば、加圧板４０は外力によってケース６０の底面側に移動され、燃料保存パック５０は加圧される。なお、加圧板４０のケース６０と反対側の面が、後述する燃料電池の本体４００に接する。

次に、図１０〜図１２に基づいて、本実施形態にかかる燃料電池の本体について説明する。なお、図１０は、燃料電池の本体４００を示す斜視図である。図１１は、カートリッジ３００を燃料電池の本体４００に装着する過程を示す斜視図である。図１２は、カートリッジ３００が燃料電池の本体４００に装着された状態を示す斜視図である。

図１０において符号９０および符号９２は、カソード側ホールを示す。燃料電池の本体４００は、図１０に示すように、基本的にＭＥＡ（Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ａｓｓｅｍｂｌｙ）を含むが、従来の燃料ポンプは備えていない。従来の燃料ポンプを備えない代わりに、本実施形態にかかる燃料電池は、カートリッジ３００が装着される面にカートリッジ３００の加圧板４０に圧力を加えるバネ８０を備える。バネ８０は、加圧手段の一例であって、バネ８０の代りに他の形態の加圧手段を備えてもよい。

燃料電池の本体４００のカートリッジ３００が装着される面には、カートリッジ３００のコネクタ５２が挿入される溝８２が形成されている。また、本体４００には、溝８２の上側にカートリッジ３００が装着されるときにカートリッジ３００を固定する固定フック８４が形成されている。さらに、燃料電池の本体４００は、溝であるグルーブ８６を備える。グルーブ８６は、カートリッジ３００が装着されるときに、カートリッジ３００のケース６０のヒンジ６２が接する部分に形成され、ヒンジ６２と略同一長さに形成される。グルーブ８６は、カートリッジ３００のヒンジ６２に対応する形態であることが望ましい。

カートリッジ３００を燃料電池の本体４００に装着する過程においては、図１１に示すように、カートリッジ３００のヒンジ６２が燃料電池の本体４００のグルーブ８６に挿入され、まず、カートリッジ３００の固定手段７２がグルーブ８６の下面により図８に示す矢印方向に反る。これにより、カートリッジ３００の加圧板４０が移動することができるようになる。次いで、加圧板４０は、燃料電池の本体４００のバネ８０から加えられる圧力によって、燃料保存パック５０を加圧する。すなわち、グルーブ８６は、固定手段７２に固定された加圧板４０を解除する解除手段であることが分かる。こうして、図１２に示すように、カートリッジ３００を燃料電池の本体に装着することができる。

一方、燃料電池の本体４００に備えられた加圧手段として機能するバネ８０は、バネ形態が変形された状態でカートリッジ３００に備えることもできる。例えば、薄い板バネをカートリッジ３００の燃料電池の本体４００に接触する面、すなわち加圧板４０に備えることができる。このとき、板バネの一端を加圧板４０に固定し、他端にスライディングスイッチを設ける。このとき、スライディングスイッチを固定された板バネの一端側に適正量だけ押圧して固定することにより板バネが略半円状に曲がる。このように、カートリッジ３００にバネを設けることによっても、燃料電池の本体４００に備えられたバネ８０と同じように機能させることができる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば、上記実施形態では、燃料電池の本体にカートリッジを装着したが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、カートリッジを挿入可能なホルダーを備え、カートリッジをホルダーに挿入して装着することもできる。また、回送手段をカートリッジに備えることも可能である。

燃料保存パックを含むカートリッジが本体に装着される前の状態を示す説明図である。 カートリッジが本体に装着された状態を示す説明図である。 使用後のカートリッジが使用中に本体から分離される状態を示す説明図である。 本発明の実施形態にかかる燃料電池システムのカートリッジを示す斜視図である。 本発明の実施形態にかかる燃料電池システムのカートリッジの組立過程を示す斜視図である。 本発明の実施形態にかかる燃料電池システムのカートリッジの組立過程を示す斜視図である。 本実施形態にかかるカートリッジのケースを示す斜視図である。 本発明の実施形態にかかる燃料電池システムのカートリッジが使用されていない新たなカートリッジである場合の、加圧板と固定手段との位置関係を示す斜視図である。 本発明の実施形態にかかる燃料電池システムにおいて使用後、本体から分離されたカートリッジの、加圧板と固定手段との位置関係を示す斜視図である。 本発明の実施形態にかかる燃料電池システムで燃料電池の本体を示す斜視図である。 本発明の実施形態にかかる燃料電池システムであって、カートリッジと燃料電池の本体との締結過程を示す斜視図である。 図１１のカートリッジと燃料電池の本体とが締結された状態の、燃料電池システムを示す斜視図である。

符号の説明

１０、５０ 燃料保存パック
１２ 燃料パック圧搾板
１２ａ、１２ｂ 圧搾板の両端
１２ｃ 圧搾板の燃料保存パックと接触する部分
１４、８０ バネ
１６ 回送手段
１８、６０ ケース
１８ａ ガイド溝
２０、４２ 突起
２２ 固定ストッパ
２４、７０、８２ 溝
４０ 加圧板
４４、６４、ｈ１ ホール
５２ コネクタ
６２ ヒンジ
６６ 凹部
６８ 内壁
７２ 固定手段
７２ａ ラチェット
８４ 固定フック
８６ グルーブ
９０、９２ カソード側のホール
１００、３００ カートリッジ
２００ 本体
４００ 燃料電池の本体

Claims (14)

1. 燃料保存パックを備えるカートリッジと、前記カートリッジから燃料が供給される燃料電池の本体とを備える燃料電池システムにおいて、
   前記カートリッジが前記燃料電池の本体に装着されるときに前記燃料保存パックを加圧する加圧手段を前記燃料電池の本体に備えることを特徴とする、燃料電池システム。
2. 前記カートリッジは、
   前記カートリッジが前記燃料電池の本体に装着されるときに前記加圧手段から伝達される圧力を前記燃料保存パックに伝達し、前記カートリッジが前記燃料電池の本体と分離された状態において前記燃料保存パックが加圧されることを防止する加圧板と、
   前記燃料保存パックおよび前記加圧板が収納されるケースと、
   をさらに備えることを特徴とする、請求項１に記載の燃料電池システム。
3. 前記燃料保存パックは、前記加圧板と前記ケースとの間に設けられ、
   前記加圧板は、該加圧板の一端に対応する前記ケースの一端に締結されることを特徴とする、請求項２に記載の燃料電池システム。
4. 前記カートリッジは、前記燃料電池の本体と前記カートリッジとが分離された状態において前記加圧板を固定する固定手段をさらに備えることを特徴とする、請求項２に記載の燃料電池システム。
5. 前記固定手段は、前記ケースの内部に、前記加圧板の他端を係止するラチェットを備え、
   前記固定手段のラチェットは、前記カートリッジが前記燃料電池の本体から分離されたときに前記ケースの内部側に突出することを特徴とする、請求項４に記載の燃料電池システム。
6. 前記ケースの前記固定手段が形成された側壁の上端は、外側に曲げられたことを特徴とする、請求項４に記載の燃料電池システム。
7. 前記燃料電池の本体の前記カートリッジが装着される面には、外側に曲げられた前記側壁の上端が挿入される溝が形成されることを特徴とする、請求項６に記載の燃料電池システム。
8. 前記加圧手段は、バネであることを特徴とする、請求項１〜７のいずれかに記載の燃料電池システム。
9. 前記燃料電池の本体の前記カートリッジが装着される面には、前記カートリッジが前記燃料電池の本体に装着されるときに前記加圧板の固定状態を解除する解除手段が備えられることを特徴とする、請求項４に記載の燃料電池システム。
10. 前記カートリッジが前記燃料電池の本体から分離されるときに前記加圧板を元の固定された位置に移動させる回送手段をさらに備えることを特徴とする、請求項２に記載の燃料電池システム。
11. 前記回送手段は、前記加圧手段の一端に備えられることを特徴とする、請求項１０に記載の燃料電池システム。
12. 前記回送手段は、磁石板または吸着板であることを特徴とする、請求項１１に記載の燃料電池システム。
13. 前記解除手段は、前記カートリッジが前記燃料電池の本体に装着されるときに前記固定手段を前記ケースの外部側に加圧するように形成された溝であることを特徴とする、請求項９に記載の燃料電池システム。
14. 前記加圧板の両端は、前記カートリッジが前記燃料電池の本体と分離されているときに前記加圧板を固定する固定手段であり、
    前記ケースには、前記加圧板の両端を係止するホールが形成されることを特徴とする、請求項２に記載の燃料電池システム。

Images