JP2008293897A - 液体タンクおよび液体タンク用管状構造、燃料電池、並びに電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】如何なる角度に傾けても内部の液体を最後まで吸い出すことができる液体タンクおよび液体タンク用管状構造を提供する。
【解決手段】管状構造４０は、タンク本体３０内の特定位置４１Ａから、タンク本体３０の頂点，辺または面の方向に伸びる管路４１を有する。管路４１の先端は、タンク本体３０の頂点，辺または面に接すると共に液体の取入口４１Ｂを有する。取入口４１Ｂを管路４１の先端に制限したことにより、タンク本体３０内の液体の流れには、取入口４１Ｂのみから管路４１に入り、特定位置４１Ａまで輸送されて外に吸い出されるという一定の方向性が生じる。管状構造４０の内部には、多孔質体など、液体を通過させる空隙を有する内部構造体４５を設け、その空隙を、毛細管力により液体を取入口４１Ｂから特定位置４１Ａまで吸引可能な平均孔径を有するものとし、流路抵抗の増大を抑える。
【選択図】図８

Description

本発明は、燃料電池に好適な液体タンクおよび液体タンク用管状構造、これを用いた燃料電池、並びにこの燃料電池を内蔵した電子機器に関する。

燃料電池システムは、通常その内部に燃料を貯蔵するタンクを有している。ポータブル機器に搭載する燃料電池システムの燃料タンクは、タンクが如何なる角度に傾けられた状態でも、タンク内の液体を最後まで吸い出せることが要求される。これを可能にするため、従来は、例えば図１２に示したように、袋状の容器１２０Ａに液体燃料１２１を封入し、この容器を直方体形状の外側ケース１２０Ｂで覆った二重構造の燃料タンク１２０などが用いられている。しかし、この方法では、燃料を吸い上げるにつれて容器がしぼんでいくため、燃料を最後まで吸い出そうとすると大きな吸引圧が必要になり、事実上、最後まで使い切れないという問題を有していた。また、袋状の容器１２０Ａと外側ケース１２０Ｂとの二重構造のため、デッドスペース１２２が生じてしまうという問題もあった。

例えば特許文献１には、容器内に、多孔質材料よりなるＸ字形の吸い上げ構造を設け、毛管作用により液体燃料を吸い上げることが記載されている。
特表２００５−５３９３６４号公報（請求項１，請求項１５７，図２５）

しかしながら、この従来の吸い上げ構造は、多孔質材料のどの面からも液体等の出入りが可能であり、液体の取入口は特に限定されていなかった。液体燃料の残量が僅かな場合、液体燃料は下部となった頂点，辺または面に集まるが、従来の吸い上げ構造では、多孔質材料の側面から空気を吸ってしまうので、頂点，辺または面に集まっている液体燃料の液面を十分に負圧にすることができず、結果的に、最後まで吸い上げることができないという問題があった。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、如何なる角度に傾けても内部の液体を最後まで吸い出すことができる液体タンクおよび液体タンク用管状構造、これを用いた燃料電池、並びにこの燃料電池を内蔵する電子機器を提供することにある。

本発明の液体タンクは、液体が封入されるタンク本体と、タンク本体内に設けられ、タンク本体内の特定位置から二つ以上の頂点，辺または面の方向に伸びる複数の管路を有し、複数の管路の各々の先端はタンク本体の頂点，辺または面の一つに接すると共に液体の取入口が設けられている管状構造とを備えたものである。

本発明の液体タンク用管状構造は、液体が封入されるタンク本体内に設けられるものであって、タンク本体内の特定位置から二つ以上の頂点，辺または面の方向に伸びる管路を有し、管路の先端はタンク本体の頂点，辺または面に接すると共に液体の取入口を有するものである。

本発明の燃料電池は、発電部と燃料タンクとを備えたものであって、燃料タンクは、上記本発明の液体タンクにより構成されているものである。

本発明の電子機器は、発電部と燃料タンクとを備えた燃料電池を内蔵するものであって、燃料タンクは、上記本発明の液体タンクにより構成されているものである。

本発明の液体タンクまたは本発明の液体タンク用管状構造では、液体の取入口が管路の先端のみに制限されているので、タンク本体内の液体の流れには、この取入口のみから管路に入り、タンク本体内の特定位置まで輸送され、タンク本体外に吸い出されるという一定の方向性が生じる。タンク本体内の液体が減っても、タンク本体のいずれかの頂点，辺または面に存在する液体が、その頂点，辺または面に接する管路の先端の取入口から管路に入る。

本発明の燃料電池では、上記本発明の液体タンクを備えているので、液体燃料が最後まで確実に吸い上げられる。よって、この燃料電池を内蔵した電子機器では、液体燃料の利用効率が高くなり、利便性が向上する。

本発明の液体タンクまたは本発明の液体タンク用管状構造によれば、管路の先端に液体の取入口を設けるようにしたので、液体の流れの方向が一定になり、液体が少量になっても確実に吸い上げることができる。よって、タンク本体を如何なる角度に傾けてもタンク本体内の液体を最後まで吸い出すことができる。特にポータブル用途の電子機器に搭載される燃料電池に好適であり、液体燃料の利用効率を高め、機器の利便性を向上させることができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施の形態に係る燃料電池を含む電子機器の構成を表したものである。この電子機器１は、例えば、携帯電話やＰＤＡ（Personal Digital Assistant；個人用携帯情報機器）などのモバイル機器、またはノート型ＰＣ（Personal Computer ）などのポータブル電子機器であり、燃料電池２で発電される電気エネルギーが外部回路３に供給されるようになっている。

図２は、燃料電池２の構成を表したものである。燃料電池２は、複数（例えば三つ）の単位セル１０Ａ〜１０Ｃが電気的に直列に接続された発電部１０と、液体燃料２１（例えば、メタノール水）を収容する液体タンク２０とを備えている。

単位セル１０Ａ〜１０Ｃは、例えば、それぞれメタノールと酸素との反応により発電を行う直接メタノール型の燃料電池であり、電解質膜１１を間にして対向配置された燃料電極１２と酸素電極１３とを有している。

電解質膜１１は、例えば、スルホン酸基（−ＳＯ₃ Ｈ）を有するプロトン伝導材料により構成されている。プロトン伝導材料としては、ポリパーフルオロアルキルスルホン酸系プロトン伝導材料（例えば、デュポン社製「Ｎａｆｉｏｎ（登録商標）」）、ポリイミドスルホン酸などの炭化水素系プロトン伝導材料、またはフラーレン系プロトン伝導材料などが挙げられる。

燃料電極１２および酸素電極１３は、例えば、カーボンペーパーなどよりなる集電体に、白金（Ｐｔ）あるいはルテニウム（Ｒｕ）などの触媒を含む触媒層が形成された構成を有している。触媒層は、例えば、触媒を担持させたカーボンブラックなどの担持体をポリパーフルオロアルキルスルホン酸系プロトン伝導材料などに分散させたものにより構成されている。なお、酸素電極には図示しない空気供給ポンプが接続されていてもよいし、自然換気により空気すなわち酸素が供給されるようになっていてもよい。

図３は燃料タンク２０の外観を表したものであり、図４はこの燃料タンク２０の内部を表したものである。燃料タンク２０は、例えば、液体が封入されるタンク本体３０と、このタンク本体３０内に設けられた管状構造４０とを有している。また、タンク本体３０は空気の取込口５１を有し、この取込口５１には、空気および液体燃料２１の流れをタンク本体３０内への一方向に制限する逆流防止機構５２が設けられている。

タンク本体３０は、例えば直方体であり、アルミニウム（Ａｌ）などの金属材料により構成されている。タンク本体３０の上蓋３１には液体燃料２１の注入および吸出のための開口３２が設けられている。

管状構造４０は、タンク本体３０内の特定位置４１Ａから、タンク本体３０の二つ以上の頂点，辺または面の方向に伸びる管路４１を有している。管路４１の先端は、タンク本体３０の頂点，辺または面に接すると共に液体燃料２１の取入口４１Ｂを有している。これにより、この燃料タンク２０では、タンク本体３０を如何なる角度に傾けてもタンク本体３０内の液体燃料２１を最後まで吸い出すことができるようになっている。

上述したようにタンク本体３０が直方体である場合、管路４１は、例えば図５に示したように、特定位置４１Ａからタンク本体３０の八つの頂点の方向に伸び、管路４１の先端は、タンク本体３０の八つの頂点に接していることが好ましい。特に、タンク本体３０が扁平な直方体、つまり厚み方向の四辺ｚが幅方向の四辺ｘおよび高さ方向の四辺ｙよりも短い直方体である場合は、管路４１は、例えば図６に示したように、厚み方向の四辺ｚの方向に伸び、管路４１の先端はタンク本体の厚み方向の四辺ｚに接していることが好ましい。方位依存性をなくすことができ、本当の意味での如何なる角度、すなわちすべてのロール角（前後軸の回転角）、ピッチ角（左右軸の回転角）、ヨー角（上下軸の回転角）にも対応することができるからである。

また、タンク本体３０は、例えば図７に示したような筒状、すなわち、二つの端面３３Ａ，３３Ｂと、この二つの端面３３Ａ，３３Ｂの間の側面３３Ｃとを有する形状であってもよい。二つの端面３３Ａ，３３Ｂは、円形のほか、楕円形などの曲線を含む形状、または多角形でもよい。側面３３Ｃの長手方向の寸法Ｌは、二つの端面３３Ａ，３３Ｂの直径または最大径Ｗよりも十分に長くなっている。なお、開口３２および逆流防止機構５０は、二つの端面３３Ａ，３３Ｂのいずれかに設けてもよいし、側面３３Ｃに設けてもよい。

タンク本体３０がこのような筒状である場合、管路４１は、例えば、特定位置４１Ａからタンク本体３０の二つの端面３３Ａ，３３Ｂの方向に伸び、管路４１の先端はタンク本体３０の二つの端面３３Ａ，３３Ｂに接していてもよい。このようにしても方位依存性をなくすことができるからである。管路４１の先端は、端面３３Ａ，３３Ｂの中心に接していることが好ましい。なお、この場合にも、管路４１は、上述した直方体のタンク本体３０の場合と同様に、八方向分岐または四方向分岐の構造を有していてもよい。

管路４１の出発点となる特定位置４１Ａは、タンク本体３０の中心位置であることが好ましい。管路４１をすべての方向に等距離にすることができ、方位依存性の解消に有利であるからである。この特定位置４１Ａには、注射器などで液体燃料２１を強制的に吸い上げるための接続孔４２が設けられている。なお、この接続孔４２には、開口３１Ａから注射器などの針６０を接続孔４２に接続する際の取付けガイドとなる部品（図示せず）が設けられていることが望ましい。

管路４１は、例えば、一本の管で構成されていると共に、毛細管力により液体燃料２１を取入口４１Ｂから特定位置４１Ａまで吸引可能な内径を有している。具体的には、特定位置４１Ａがタンク本体３０の中心位置である場合、管路４１の半径ｒは数１を満たしている。

（数１）
ＳＱＲ（ｘ² ＋ｙ² ＋ｚ² ）＜４γｃｏｓθ／ｒρｇ
Ｈ１＝２γｃｏｓθ／ｒρｇ
Ｈ２＝ＳＱＲ（ｘ² ＋ｙ² ＋ｚ² ）／２
（式中、ＳＱＲ（ａ）はａの平方根、ｘ，ｙ，ｚはタンク本体３０の各辺の長さ（ｍ）、Ｈ１は円筒管の場合の毛細管力による液面上昇の高さ（ｍ）、γは液体の表面張力（Ｎ／ｍ）、θは接触角、ｒは管の半径（ｍ）、ρは液体の密度（ｋｇ／ｍ³ ）、ｇは重力加速度（９．８ｍ／ｓ² ）、Ｈ２は燃料タンク２０において必要な液面上昇の高さ（ｍ）をそれぞれ表す。）

数１の第２式は、管路４１が円筒管である場合の毛細管力による液面上昇の高さＨ１を表している。数１の第３式は、燃料タンク２０において必要な液面上昇の高さＨ２を表している。すなわち、液体燃料２１を特定位置４１Ａから針６０でタンク本体３０外に吸出すためには、取入口４１Ｂから少なくとも特定位置４１Ａまで、毛細管力により液体燃料２１を上昇させることが必要である。よって、燃料タンク２０において必要な液面上昇の高さＨ２は、タンク本体３０が直方体であった場合、タンク本体３０の各頂点から特定位置４１Ａすなわちタンク本体３０の中心位置までの距離となる。以上のことから、Ｈ２＜Ｈ１すなわち数１の第１式を満たす条件で、タンク本体３０の寸法あるいは管路４１の材料選定、管路４１の内径選定などを行う必要がある。なお、特定位置４１Ａがタンク本体３０の中心位置ではない場合、高さＨ２を求めるための数１の第３式は異なってくることは言うまでもない。

管路４１を一本の管で構成する場合、管路４１の材料や内径は、数１の第１式においておおよその寸法や物性値を代入することによって求めることができる。例えば、タンク本体３０の寸法ｘ，ｙ，ｚをそれぞれ１８ｍｍ×３４ｍｍ×５．５ｍｍとし、おおよその物性値として、γ＝２１Ｎ／ｍ、θ＝３０°、ρ＝０．７９ｇ／ｃｍ³ という値を代入すると、管路４１の半径ｒは２４２μｍ以下にしなければならないことが分かる。すなわち、管路４１は、濡れ性の良い接触角３０度程度の材料により構成され、内径は４８４μｍ未満である必要があることが分かる。

しかし、内径４８４μｍというのは非常に小さい値であり、無理やり吸い上げようとすると流路抵抗が高く、かなりの吸引圧が必要となる。これを解消するためには、例えば、内径４８４μｍの管を数本束ねた細管束、または、平均孔径が４８４μｍ程度以下の多孔質体，海綿状材料，発泡体または繊維状材料（以下、「発泡体等」という。）により管路４１を構成することが考えられる。なお、厳密に言えば、管の内径は発泡体等の平均孔径に置き換えられるものではないが、概数を議論する上では問題ないと考える。また、管と発泡体等とで、大きく異なる点がもう一つある。それは、管は両端面のみで液体の出入りがあるのに対し、発泡体等はどの面からも液体の出入りが可能であり、流れの方向が定まっていないという点である。ここでの発泡体等は管の代用として作用させるものであるので、管と同様に、両端面のみで液体の出入りが行われるよう、発泡体等の側面を覆うこと、すなわち発泡体等が管路４１に充填された状態にすることが重要になる。

図８および図９は、この技術的思想に基づく管状構造４０の内部構造の一例を表したものである。この管状構造４０は、ステンレス鋼（例えばＳＵＳ３０４）などよりなる一対のＸ字形の半割り部材４３Ａ，４３Ｂを重ねて接着剤（図示せず）により接着した構成を有する。半割り部材４３Ａ，４３Ｂにはそれぞれ溝４４Ａ，４４Ｂが設けられており、この溝４４Ａ，４４Ｂが合わさって管路４１が構成されるようになっている。

この管状構造４０の内部には、多孔質体，海綿状材料，発泡体，繊維状材料および細管束など、液体燃料２１を通過させる空隙を有する内部構造体４５が設けられている。内部構造体４５の空隙は、毛細管力により液体燃料２１を取入口４１Ｂから特定位置４１Ａまで吸引可能な平均孔径を有している。具体的には、内部構造体４５の平均孔径は、管路４１が一本の管で構成されている場合の半径ｒに関する数１と同様の要件を満たしている。これにより、この燃料タンク２０では、管路４１を太くすることを可能とし、流路抵抗の増大を抑え、液体燃料２１の吸出速度または吸出量を大きくすると共に、液体燃料２１の吸引圧を小さくすることができる。なお、内部構造体４５は、多孔質体，海綿状材料，発泡体，繊維状材料および細管束のうちいずれか一種でもよいし、これらのうち二種以上を組み合わせたものでもよい。

内部構造体４５は、液体燃料２１に対する濡れ性が良い材料、すなわち、液体燃料２１の接触角θが９０度未満の材料により構成されている。数１の第１式から、管の半径ｒが正の値となるためには、接触角θは９０度未満でなければならず（θ＞９０だとｃｏｓθ＜０なので）、内部構造体４５の平均孔径も管の半径ｒと同様の要件を満たす必要があるからである。ちなみに、数１の第１式から、タンク本体３０の寸法を大きくするためには、内部構造体４５の孔径は小さいほど良く、濡れ性は高いほど良いことが分かる。

このような内部構造体４５の材料としては、例えば、天然繊維、獣毛繊維、ポリアセタール、アクリル樹脂、ポリエチレンテレフタレートなどのポリエステル樹脂、ナイロンなどのポリアミド樹脂、ポリウレタン、ポリプロピレンあるいはポリエチレンなどのポリオレフィン系樹脂、ポリビニル、ポリカーボネート、ポリエーテル樹脂、ポリフェニレン樹脂、ポリ乳酸樹脂、発泡金属、発泡酸化物、ゼオライト、素焼きの陶器が適している。なお、これらにオゾン処理などを施して、メタノールに対する濡れ性を向上させてもよい。内部構造体４５は、上記の材料のうち１種または２種以上の組合せからなるフォーム（発泡体）、フェルト、フェルト焼結体、粒子焼結体により構成することができる。具体的な材料としては、例えば、ニッケル（Ｎｉ）よりなる多孔質金属体（例えば、富山住友電工社製「セルメット（商品名）」）が挙げられる。この多孔質金属体は、発泡樹脂の表面に電気めっきによりニッケル膜を形成したものであり、三次元の網目状骨格構造を有している。

図４および図８に示した空気の取込口５１は、例えば、タンク本体３０の底面に二つ設けられており、それらの中間には、逆流防止機構５２を設けるための貫通孔５３（図１１参照）が設けられている。逆流防止機構５２は、空気を取り込みつつ液体燃料２１の逆流を防止するためのものであり、そのような逆流防止弁としての機能を有するものであれば特に構造は限定されない。例えば、逆流防止機構５２は、シリコーン樹脂により構成され、貫通孔５３を塞ぐ栓状部分５２Ａと、取込口５１を覆う傘状部分５２Ｂとを有するものである。

この燃料電池２は、例えば次のようにして製造することができる。なお、以下の製造方法では、図８および図９に示した内部構造体４５を有する管状構造４０を形成する場合について説明する。

まず、上述した多孔質金属体よりなる薄板を溝４４Ａ，４４Ｂの形状に合わせて切断し、内部構造体４５を形成する。また、上述した材料よりなる半割り部材４３Ａ，４３Ｂを用意し、図９に示したように、内部構造体４５を半割り部材４３Ａ，４３Ｂのそれぞれの溝４４Ａ，４４Ｂに埋め込み、半割り部材４３Ａ，４３Ｂをマレイン酸変性ポリプロピレンなどの接着剤（図示せず）により熱溶着する。これにより、図５に示した内部構造体４５を有する管状構造４０が形成される。

次いで、管状構造４０の二本の管路４１の先端を、タンク本体３０の上蓋３１に接着剤（図示せず）で接着し、接続孔４２には、必要に応じて、針６０の取付けガイドとなる部品（図示せず）を取り付ける。続いて、上述した材料よりなるタンク本体３０の底面に逆流防止機構５２を設け、タンク本体３０の内部に管状構造４０を収容し、上蓋３１を例えばシリコーン系接着剤（図示せず）で接着し、密閉する。

また、上述した材料よりなる電解質膜１１を、上述した材料よりなる燃料電極１２および酸素電極１３の間に挟んで熱圧着することにより、電解質膜１１に燃料電極１２および酸素電極１３を接合し、単位セル１０Ａ〜１０Ｃを形成する。そののち、単位セル１０Ａ〜１０Ｃを電気的に直列に接続し、単位セル１０Ａ〜１０Ｃの燃料電極１２側に燃料タンク２０を配設する。以上により、図１に示した燃料電池２が完成する。

この燃料電池２では、各単位セル１０Ａ〜１０Ｃの燃料電極１２に、燃料タンク２０から液体燃料２１が供給され、反応によりプロトンと電子とを生成する。プロトンは電解質膜１１を通って酸素電極１３に移動し、電子および酸素と反応して水を生成する。これにより、液体燃料２１すなわちメタノールの化学エネルギーの一部が電気エネルギーに変換されて電流として取り出され、外部回路３が駆動される。ここでは、管状構造４０への液体燃料２１の取入口４１Ｂが管路４１の先端のみに制限されているので、タンク本体３０内の液体燃料２１の流れには、この取入口４１Ｂのみから管路４１に入り、タンク本体３０内の特定位置４１Ａまで輸送され、タンク本体３０外に吸い出されるという一定の方向性が生じる。タンク本体３０内の液体燃料２１が減っても、タンク本体３０の四本の短辺のいずれかに存在する液体燃料２１が、その短辺に接する管路４１の先端の取入口４１Ｂから管路４１に入る。よって、タンク本体３０が如何なる角度に傾けられても液体燃料２１が最後まで吸い出される。

更に、タンク本体３０の底面には、空気の取込口５１および逆流防止機構５２が設けられているので、液体燃料２１が最後まで吸い出されたのちに上蓋３１の開口３２からメタノールを再充填しようとしても、タンク本体３０の内圧が上がるばかりで注入することはできない。タンク本体３０の底面をメタノールに直接浸し、開口３２から空気を吸引しても、底面の取込口５１から注入されたメタノールは、直ちに管状構造４０を通り、効率的に開口３２へと運ばれてしまい、タンク本体３０をメタノールで満たすことはできない。よって、この燃料タンク２０は、管状構造４０と逆流防止機構５０とを備えたことにより、市場に出回った際にユーザーが燃料を再充填することが極めて困難となっており、不正な燃料が再充填されることによる安全上のトラブルを未然に防ぐことが可能となる。

また、図８および図９に示したように、管状構造４０の内部に、多孔質体，海綿状材料，発泡体，繊維状材料および細管束のうち少なくとも一種よりなる内部構造体４５が設けられているので、管路４１の流路抵抗の増大が抑えられ、液体燃料２１の吸出速度または吸出量が大きくなると共に、液体燃料２１の吸引圧が小さくなる。

図１０は、図８に示した管状構造４０を備えた燃料タンク２０における吸引圧の変化を説明するためのものである。この燃料タンク２０の吸引圧の変化には、以下の四つの特徴がある。
（１）二重構造ではなくデッドスペースが少ないので、初期に充填される液体燃料２１の量は多くなる。
（２）吸引の初期は、管状構造４０の内部に溜まった液体燃料２１が吸引されるので、吸引圧は低い。
（３）吸引の中期から後期にかけては、ほとんど吸引圧は変わらない。
（４）最後まで吸引できる。

なお、上述した製造方法により実際に管状構造４０を有する燃料タンク２０を作製し、注射器で液体燃料２１を吸い出したところ、管路４１のどれか一つでも液面に触れていれば、気泡を一切噛み込むことなく、液体燃料２１のみを吸い上げることが可能であった。この現象は、組立前（上蓋３１をタンク本体３０に接着する前）の状態でも完成した状態でも確認された。また、最後の一滴を吸い上げるまで、吸引圧がほとんど変化しないことも確認された。

また、図１０には、図１２に示したような従来の二重構造の燃料タンク１２０について、吸引圧の変化を測定した結果を併せて示す。図１０から分かるように、従来の二重構造の燃料タンク１２０では、液体燃料１２１の残量が少なくなるにつれて吸引圧は著しく上昇した。

なお、従来の二重構造の燃料タンク１２０における吸引圧の変化は、以下のようにして測定した。まず、注射器を用いて燃料タンク１２０に液体燃料１２１としてメタノールを注入した。注射器の針を抜いたところ、過充填された液体燃料１２１が噴出した。十分に噴出したのち、燃料タンク１２０内の液体燃料１２１の残量を測定し、これを初期充填量とした。

次いで、２ｋＰａの吸引圧で液体燃料１２１を吸引し、そののち、燃料タンク１２０内の液体燃料１２１の残量を測定した。次いで、４ｋＰａの吸引圧で液体燃料１２１を吸引し、そののち、燃料タンク１２０内の液体燃料１２１の残量を測定した。続いて、６ｋＰａの吸引圧で液体燃料１２１を吸引し、そののち、燃料タンク１２０内の液体燃料１２１の残量を測定した。そののち、８ｋＰａの吸引圧で液体燃料１２１を吸引し、そののち、燃料タンク１２０内の液体燃料１２１の残量を測定した。最後に、１０ｋＰａの吸引圧で液体燃料１２１を吸引し、そののち、燃料タンク１２０内の液体燃料１２１の残量を測定し、これを最終充填量とした。

初期充填量は６．６ｃｍ³ であった。２ｋＰａの吸引圧で液体燃料１２１を吸引した後の燃料タンク１２０内の液体燃料１２１の残量は、２．６ｃｍ³ であった。４ｋＰａ，６ｋＰａ，８ｋＰａ，１０ｋＰａの吸引圧で液体燃料１２１を吸引した後の燃料タンク１２０内の液体燃料１２１の残量は、それぞれ、１．６ｃｍ³ 、１．３ｃｍ³ 、１．１ｃｍ³ 、０．９ｃｍ³ であった。仮に、１０ｋＰａのポンプで吸引した場合、この燃料タンク１２０の充填容量（初期充填量から最終充填量を引いた値（初期充填量−最終充填量））は５．７ｃｍ³ であることが分かった。

このように本実施の形態では、管路４１の先端に液体燃料２１の取入口４１Ｂを設けるようにしたので、液体燃料２１の流れの方向が一定になり、液体燃料２１が少量になっても確実に吸い上げることができる。よって、タンク本体３０を如何なる角度に傾けてもタンク本体３０内の液体燃料２１を最後まで吸い出すことができる。特にポータブル用途の電子機器１に搭載される燃料電池２に好適であり、液体燃料２１の利用効率を高め、機器の利便性を向上させることができる。

特に、管状構造４０の内部に、多孔質体，海綿状材料，発泡体，繊維状材料および細管束のうち少なくとも一種よりなる内部構造体４５を設けるようにしたので、流路抵抗の増大を抑え、液体燃料２１の吸出速度または吸出量を大きくすると共に、液体燃料２１の吸引圧を小さくすることができる。

（変形例）
図１１は、上記実施の形態の変形例に係る液体タンク２０の構成を表したものである。この液体タンク２０は、管状構造４０がタンク本体３０に一体化されていることを除いては、上記実施の形態と同様の構成を有し、その作用および効果も上記実施の形態と同様である。よって、同一の構成要素には同一の符号を付して説明する。

タンク本体３０は、上側筐体３３Ａと下側筐体３３Ｂとを有しており、下側筐体３３Ｂには管路４１の一部となる壁４６が形成されている。上側筐体３３Ａと下側筐体３３Ｂと壁４６とによって囲まれる空間が、管路４１となっている。なお、壁４６は、上側筐体３３Ａに設けられていてもよい。

管状構造４０の内部には、上記実施の形態で説明した内部構造体４５が設けられている。

このような管状構造４０を一体化したタンク本体３０は、上記実施の形態で挙げたような金属材料により構成することも可能であるが、メタノール透過率が低く衝撃強度の高い合成樹脂、例えば環状オレフィンコポリマー（ＣＯＣ）により構成してもよい。特に、タンク本体３０および管状構造４０を合成樹脂により構成した場合には、管状構造４０のＸ字の形状が筋交いとなり、強度に大きく寄与するという利点も得られる。

なお、このような管状構造４０およびタンク本体３０は、例えば、次のようにして製造することができる。まず、上述した合成樹脂のペレットを型押し成型してブロック状にし、これを切削加工することにより上側筐体３３Ａおよび下側筐体３３Ｂを形成すると共に、いずれか一方には壁４６を形成する。また、上記実施の形態と同様にして内側構造体４５を形成する。次いで、内側構造体４５を壁４６の間の空間に配置し、上側筐体３３Ａと下側筐体３３Ｂを組み立てる。これにより、図１１に示した管状構造４０が一体化されたタンク本体３０が完成する。

以上、実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、種々変形することができる。例えば、上記実施の形態では、管路４１の出発点である特定位置４１Ａが、タンク本体３０の中心位置である場合について説明したが、特定位置４１Ａはこれに限られず、タンク本体３０を置く姿勢に応じて適切に選択することができる。例えば、タンク本体３０が下向きに（上蓋３１を下にして）配置されることが比較的多い場合には、中心位置よりも下方の位置を特定位置４１Ａとしてもよい。

また、例えば、上記実施の形態において説明した各構成要素の材料および厚み、または燃料電池の発電条件などは限定されるものではなく、他の材料および厚みとしてもよく、または他の発電条件としてもよい。例えば、液体燃料２１は、メタノールのほか、エタノールやジメチルエーテルなどの他の液体燃料でもよい。

更に、本発明の液体タンクは、燃料電池に限らず、灯油，軽油あるいはガソリンなど燃焼用燃料を使用する機器（照明用トーチ，ヒータあるいはエンジンなど）の燃料タンク、インクジェットプリンタにおけるインクカートリッジ、スプレーガン、または香水瓶などにも適用可能である。

本発明の燃料電池は、例えば、携帯電話、電子写真機、電子手帳、ノートブック型パーソナルコンピュータ、カムコーダ、携帯型ゲーム機、携帯型ビデオプレーヤー、ヘッドフォンステレオまたはＰＤＡ（Personal Digital Assistants ）等の携帯型の電子機器に好適に用いることが可能である。

本発明の一実施の形態に係る電子機器の構成を表す図である。 図１に示した燃料電池の構成を表す断面図である。 図２に示した燃料タンクの外観を表す斜視図である。 図３に示した燃料タンクの内部構造の一例を表す断面図である。 図４に示した管状構造の一例を表す斜視図である。 管状構造の他の例を表す斜視図である。 管状構造の更に他の例を表す斜視図である。 図３に示した燃料タンクの内部構造の他の例を表す断面図である。 図５に示した管状構造の一例を表す分解斜視図である。 図１に示した燃料タンクの吸引圧力の変化を、従来の燃料タンクと対比して説明するための図である。 本発明の変形例に係るタンク本体および管状構造の構成を表した分解斜視図である。 従来の燃料タンクの一例を表す断面図である。

符号の説明

１…電子機器、２…燃料電池、３…負荷、１０Ａ〜１０Ｃ…単位セル、１１…電解質膜、１２…燃料電極、１３…酸素電極、２０…燃料タンク、２１…液体燃料、３０…タンク本体、３１…上蓋、３２…開口、３３Ａ，３３Ｂ…端面、３３Ｃ…側面、４０…管状構造、４１…管路、４１Ａ…特定位置、４１Ｂ…取入口、４２…接続孔、４３Ａ，４３Ｂ…半割り部材、４４Ａ，４４Ｂ…溝、４５…内部構造体、４６…壁、５１…空気の取込口、５２…逆流防止機構、６０…針

Claims (13)

1. 液体が封入されるタンク本体と、
   前記タンク本体内に設けられ、前記タンク本体内の特定位置から二つ以上の頂点，辺または面の方向に伸びる管路を有し、前記管路の先端は前記タンク本体の頂点，辺または面に接すると共に前記液体の取入口を有する管状構造と
   を備えたことを特徴とする液体タンク。
2. 前記管状構造の内部に、前記液体を通過させる空隙を有する内部構造体を備え、前記空隙は、毛細管力により前記液体を前記取入口から前記特定位置まで吸引可能な平均孔径を有する
   ことを特徴とする請求項１記載の液体タンク。
3. 前記内部構造体は、多孔質体，海綿状材料，発泡体，繊維状材料および細管束のうち少なくとも一種よりなる
   ことを特徴とする請求項２記載の液体タンク。
4. 前記内部構造体は、前記液体の接触角θが９０度未満の材料により構成されている
   ことを特徴とする請求項２または請求項３記載の液体タンク。
5. 前記タンク本体は直方体であり、
   前記管路は、前記特定位置から前記タンク本体の八つの頂点の方向に伸び、前記管路の先端は前記タンク本体の八つの頂点に接する
   ことを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の液体タンク。
6. 前記タンク本体は、厚み方向の四辺が幅方向の四辺および高さ方向の四辺よりも短い直方体であり、
   前記管路は、前記特定位置から前記タンク本体の厚み方向の四辺の方向に伸び、前記管路の先端は前記タンク本体の厚み方向の四辺に接する
   ことを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の液体タンク。
7. 前記タンク本体は、二つの端面と、前記二つの端面の間の側面とを有する筒状であり、
   前記管路は、前記特定位置から前記タンク本体の二つの端面の方向に伸び、前記管路の先端は前記タンク本体の二つの端面に接する
   ことを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の液体タンク。
8. 前記タンク本体は、空気の取込口を有し、前記取込口には、空気および液体の流れをタンク本体内への一方向に制限する機構が設けられている
   ことを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の燃料タンク。
9. 前記特定位置は前記タンク本体の中心位置である
   ことを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載の液体タンク。
10. 前記管路は、一本の管で構成されていると共に、毛細管力により前記液体を前記取入口から前記特定位置まで吸引可能な内径を有する
    ことを特徴とする請求項１ないし請求項９のいずれか１項に記載の液体タンク。
11. 液体が封入されるタンク本体内に設けられる液体タンク用管状構造であって、
    前記タンク本体内の特定位置から二つ以上の頂点，辺または面の方向に伸びる管路を有し、前記管路の先端は前記タンク本体の頂点，辺または面に接すると共に前記液体の取入口を有する
    ことを特徴とする液体タンク用管状構造。
12. 発電部と燃料タンクとを備えた燃料電池であって、
    前記燃料タンクは、
    液体燃料が封入されるタンク本体と、
    前記タンク本体内に設けられ、前記タンク本体内の特定位置から二つ以上の頂点，辺または面の方向に伸びる管路を有し、前記管路の先端は前記タンク本体の頂点，辺または面に接すると共に前記液体燃料の取入口を有する管状構造と
    を備えたことを特徴とする燃料電池。
13. 発電部と燃料タンクとを備えた燃料電池を内蔵する電子機器であって、
    前記燃料タンクは、
    液体燃料が封入されるタンク本体と、
    前記タンク本体内に設けられ、前記タンク本体内の特定位置から二つ以上の頂点，辺または面の方向に伸びる管路を有し、前記管路の先端は前記タンク本体の頂点，辺または面に接すると共に前記液体燃料の取入口を有する管状構造と
    を備えたことを特徴とする電子機器。

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