JP2010192231A - 燃料電池 - Google Patents

Abstract

【課題】 燃料の供給を中断することなく燃料パックを交換する。
【解決手段】 発電部１との位置関係を通常状態の関係にして１つの燃料パック３を接続自在とした接続部材２を備え、１つの燃料パック３Ａが接続されている際に、燃料パック３Ａの残燃料が少なくなった場合、他の燃料パック３Ｂを接続して燃料の供給を継続し、通常の燃料パック３Ａの燃料が消費された後に燃料パック３Ａを外し、他の燃料パック３Ｂを燃料パック３Ａの位置に移動させて通常状態の位置関係にし、無駄なスペースを不要にする。
【選択図】図１

Description

本発明は、外部負荷の内部電源として用いられる燃料電池に関する。

携帯電話やノート型パーソナルコンピュータ（ＰＣ）等の外部負荷（使用機器）の内部電源として、燃料電池を用いることが知られている。燃料電池は、発電部で燃料である水素と空気を電気化学反応させて電力を得るもので、一般的に燃料はカートリッジ（燃料パック）に収容され、燃料の消費に伴って燃料パックが交換できるようになっている。

携帯電話やノート型ＰＣ等の使用機器は小型化が図られ、電源である燃料電池も小型化が図られているため、燃料を収容する燃料パックも小型化されている。燃料パックを小型化した場合、使用機器を長時間にわたり駆動させるだけの燃料を搭載することが困難になる。このため、複数の燃料パックが搭載可能で、一方の燃料パックの燃料が消費された場合に他方の燃料パックから燃料を供給することができる技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１で提案された技術では、常に一方の燃料パックから発電部に対して燃料が供給される。一方の燃料パックが空になった場合であっても、他方の燃料パックから燃料が供給されるため、空になった燃料パックの交換時にも燃料電池の発電が連続して可能になり、使用機器に対して長時間にわたり電力を供給することが可能になる。

使用機器の要求負荷が低い状態が続き、燃料電池の発電量に対して１つの燃料パックからの燃料の供給で十分な場合もあり、この場合には１つの燃料パックを接続しての電力供給が可能である。しかし、特許文献１で提案されている技術では、常に複数の燃料パックが接続できるスペースを有しているため、使用機器の要求負荷が低い状態の時には無駄なスペースが存在することになっていた。

特開２００７−１３４４７号公報

本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、燃料の供給を中断することなく燃料パックを交換することができる燃料電池を提供し、もって、最小限のスペースで燃料の供給を的確に実施できるようにすることを目的とする。

上記目的を達成するための本発明の燃料電池の第１の態様は、電気化学反応により発電を行い外部負荷に電力を供給する発電部と、前記発電部に供給される燃料が収容される燃料パックと、前記発電部に対して前記燃料パックを接続可能にする接続部材とを備え、前記接続部材は、前記発電部との位置関係を通常状態の関係にして１つの燃料パックを接続し、前記１つの燃料パックの交換時には前記１つの燃料パックが接続されている状態で他の燃料パックを接続し、前記１つの燃料パックが非接続状態となった場合に前記他の燃料パックを前記１つの燃料パックが接続されていた位置に移動させることを特徴とする。

かかる特徴によれば、発電部との位置関係が通常の状態で１つの燃料パックが接続されている際に、他の燃料パックが接続可能になっているので、通常状態の燃料パックの残燃料が少なくなった場合に他の燃料パックを接続することで、燃料の供給を継続することができる。１つの燃料パック（通常の燃料パック）の燃料が消費された後、他の燃料パックを１つの燃料パックが接続されていた位置（通常状態の位置）に移動させることで、無駄なスペースを必要としない。この結果、燃料の供給を中断することなく燃料パックを交換することが可能になり、最小限のスペースで燃料の供給を的確に実施することができる。

燃料パックに収容される燃料としては、酸化剤と反応する燃料（水素）そのものや、燃料（水素）を発生させるための燃料前駆体及び燃料改質手段が挙げられる。また、発電部側に改質手段が備えられている場合には、改質前の燃料源（例えば、水素に改質されるメタノール等）が燃料パックに収容される燃料として挙げられる。

そして、本発明の燃料電池の第２の態様は、第１の態様の燃料電池において、前記接続部材は、前記発電部側の発電接続部及び前記燃料パック側のパック接続部と、常時閉弁状態とされる前記発電接続部側の第１弁体及び常時閉弁状態とされる前記パック接続部側の第２弁体とを備え、前記発電接続部及び前記パック接続部が接続された際に、前記第１弁体及び前記第２弁体が相関されて前記第１弁体及び前記第２弁体が開弁状態にされることを特徴とする。

かかる特徴によれば、発電接続部及びパック接続部を接続することにより、第１弁体と第２弁体が互いに相関されて開弁状態にされ、接続部の接続動作により燃料の流通が許容される。

また、本発明の燃料電池の第３の態様は、第２の態様の燃料電池において、前記第１弁体及び前記第２弁体は、付勢手段により閉弁方向に維持される弁体を備え、前記発電接続部及び前記パック接続部が接続された際に、前記弁体同士が当接して前記付勢手段の付勢力に抗して移動することで開弁状態とされることを特徴とする。

かかる特徴によれば、発電接続部及びパック接続部を接続することにより、常時閉弁状態にある第１弁及び第２弁の弁体同士が当接して開弁状態にされる。

また、本発明の燃料電池の第４の態様は、第２の態様の燃料電池において、前記第１弁体及び前記第２弁体のいずれか一方は、付勢手段により閉弁方向に維持される弁体を備え、前記第１弁体及び前記第２弁体のいずれか他方は、常時閉状にされる弾性弁体及びストッパを備え、前記発電接続部及び前記パック接続部が接続された際に、前記弁体が前記弾性弁体を弾性変形させると共に前記ストッパに当接して前記付勢手段の付勢力に抗して移動することで、前記第１弁体及び前記第２弁体が開弁状態とされることを特徴とする。

かかる特徴によれば、発電接続部及びパック接続部を接続することにより、常時閉弁状態にある第１弁及び第２弁では、弾性弁体に弁体が挿入されて弾性弁体が開き、弁体がストッパに当接して弁体が相対的に開弁移動し、開弁状態にされる。

また、本発明の燃料電池の第５の態様は、第２の態様から第４の態様のいずれかの燃料電池において、前記発電接続部は、発電接続端が２つ備えられ回動自在な回動接続部材であり、１つの発電接続端及び前記パック接続部が接続された状態で前記回動接続部材を所定状態に回動させることにより、前記他の燃料パックを前記１つの燃料パックが接続されていた位置に移動させることを特徴とする。

かかる特徴によれば、回動接続部材の一方の発電接続端にパック接続部が接続された状態で回動接続部材を所定状態に回動させることにより、他の燃料パックを１つの燃料パックが接続されていた位置に回動させる（移動させる）ことができる。

また、本発明の燃料電池の第６の態様は、第２の態様から第４の態様のいずれかの燃料電池において、前記発電接続部は、前記発電部側の発電接続端が前記発電部の２箇所に備えられ、前記パック接続部が回動自在なパック回動接続部材であり、１箇所の前記発電接続端及び前記パック回動接続部材が接続された状態で前記パック回動接続部材を所定状態に回動させることにより前記発電部との位置関係を通常状態及び非通常状態のいずれかの関係にして１つの燃料パックが接続され、前記１つの燃料パックが非通常状態の関係にある際に他の１箇所の発電接続端に対して他の燃料パックのパック回動接続部材が接続自在とされることを特徴とする。

かかる特徴によれば、１箇所の発電接続端にパック回動接続部材を接続し、パック回動接続部材を回動させることで発電部との位置関係を通常状態の関係にして１つの燃料パックが接続され、１つの燃料パックを非通常状態の関係になるようにパック回動接続部材を回動させることで、他の燃料パックのパック回動接続部材が他の１箇所の発電接続端に接続自在となる。

また、本発明の燃料電池の第７の態様は、第５の態様の燃料電池において、前記回動接続部材には、前記発電部との位置関係が通常状態の関係にある１つの燃料パックが接続される前記発電接続端の流路を流通自在とし、他の１つの発電接続端の前記第１弁体を閉弁状態に維持する流通規制手段が備えられていることを特徴とする。

かかる特徴によれば、発電部との位置関係が通常状態の関係にある１つの燃料パックの燃料を優先して発電部に供給することができる。

また、本発明の燃料電池の第８の態様は、第２の態様から第４の態様のいずれかの燃料電池において、前記発電接続部は、前記発電部の２箇所に互いに平行に配された出し入れ自在な一対のスライドバーと、前記一対のスライドバーの先端部に備えられた発電接続部とで構成され、前記一対のスライドバーのいずれか一方の前記発電接続端に前記パック接続部が接続された状態で、前記発電部との位置関係を通常状態の関係にして１つの燃料パックが接続され、前記１つの燃料パックの交換時には前記１つの燃料パックが接続されている状態でいずれか他方の前記発電接続端に対して他の燃料パックのパック接続部が接続され、前記１つの燃料パックが非接続状態となった場合に前記他の燃料パックを前記１つの燃料パックが接続されていた位置に移動させることを特徴とする。

かかる特徴によれば、一対のスライドバーにより発電部との位置関係を通常状態の関係にして１つの燃料パックが接続され、他方の発電接続端に対して他の燃料パックのパック接続部が接続自在とされる。１つの燃料パックの交換時には、他の燃料パックのパック接続部を他方の発電接続端に接続し、１つの燃料パックを非接続状態にして他の燃料パックを１つの燃料パックが接続されていた位置に移動させる。

また、本発明の燃料電池の第９の態様は、第８の態様の燃料電池において、一方の前記スライドバーが他方の前記スライドバーに対して引き出し距離が長く設定され、前記一対のスライドバーのいずれか一方の前記発電接続端に前記パック接続部が接続された状態で、入り側に前記一対のスライドバーを移動させることで前記発電部との位置関係を通常状態の関係にして１つの燃料パックが接続され、前記一方のスライドバーだけの引き出し、もしくは、前記一方のスライドバーを長く引き出した状態での前記一対のスライドバーの引き出しにより、いずれか他方の前記発電接続端に対して他の燃料パックのパック接続部が接続自在とされることを特徴とする。

かかる特徴によれば、一対のスライドバーの出し入れ操作により発電部との位置関係を通常状態の関係にして１つの燃料パックが接続され、他方の発電接続端に対して他の燃料パックのパック接続部が接続自在とされる。

また、本発明の燃料電池の第１０の態様は、第１の態様から第９の態様のいずれかの燃料電池において、前記燃料パックが接続されたことを検出する装着検出手段を備えたことを特徴とする。

かかる特徴によれば、燃料パックが接続されたことを確認することができ、接続を確認することで、例えば、消費が進んだ燃料パック側の流路を優先して開いて燃料を供給することができる。

また、本発明の燃料電池の第１１の態様は、第１の態様から第１０の態様のいずれかの燃料電池において、前記燃料パックに収容された燃料の容量を検出する容量検出手段と、前記容量検出手段で検出された情報を表示する表示手段とを備えたことを特徴とする。

かかる特徴によれば、燃料パックの燃料の残量を確認することができ、燃料パックの交換を的確に行うことができる。また、新たに装着する燃料パックの容量を確認することができる。

本発明の燃料電池は、燃料の供給を中断することなく燃料パックを交換することが可能になり、最小限のスペースで燃料の供給を的確に実施できるようになる。

本発明の第１実施例に係る燃料電池の概略構成図である。 発電接続部の概略外観図である。 発電接続部及びパック接続部の概略構成図である。 発電接続端とパック接続部の具体的な構成を説明する断面図である。 第１弁体の他の例を説明する断面図である。 本発明の第２実施例に係る燃料電池の概略構成図である。 発電接続部及びパック接続部の概略構成を説明する断面図である。 第１弁体及び第２弁体の他の例を説明する断面図である。 他の実施例に係る燃料電池の概略構成図である。 燃料パックを交換する場合の動作説明図である。 燃料パックを交換する場合の動作説明図である。 他の実施例に係る燃料電池の概略構成図である。 燃料パックを交換する場合の動作説明図である。 燃料パックを交換する場合の動作説明図である。 他の実施例に係る回動接続部材の断面図である。 本発明の第３実施例に係る燃料電池の概略構成図である。 装着検出手段の概略構成図である。 本発明の第４実施例に係る燃料電池の概略構成図である。

＜実施例１＞
図１から図４に基づいて本発明の第１実施例に係る燃料電池を説明する。

図１には本発明の第１実施例に係る燃料電池の概略、図２には発電接続部の概略外観、図３には発電接続部及びパック接続部の概略構成を説明する断面を示してある。また、図４には発電接続部とパック接続部の具体的な構成を説明する断面を示してあり、図４（ａ）は接続前の状態で、図４（ｂ）は接続後の状態である。

図１に示すように、発電部１には接続部材２を介して燃料パック３が接続されるようになっている。発電部１は、アノード極とカソード極に挟持された固体高分子膜を有し、アノード極に燃料を供給し、カソード極に酸化剤を供給することによって電気化学反応により発電が行われる。発電部１で用いられる燃料としては、例えば、水素やメタノールが適用され、燃料パック３には水素が収容されている。

尚、燃料パック３に収容される燃料としては、酸化剤と反応する燃料（水素、メタノール）そのものの他に、水素を発生させるための燃料前駆体及び燃料改質手段（水素化ホウ素ナトリウム、水素化アルミニウム、アルミニウム等の金属、水素化ホウ素ナトリウム水溶液等）を収容することも可能である。また、発電部１側に改質手段が備えられている場合には、改質前の燃料源（例えば、水素に改質されるメタノール等）を燃料パックに収容することも可能である。

燃料パック３は接続部材２により発電部１に接続され、発電部１に対して燃料が供給される。携帯電話やノート型ＰＣ等の外部負荷（使用機器）４は発電部１で発電された電力が供給されて駆動される。接続部材２は２つの燃料パック３を接続することが可能な構成になっている。

即ち、図２に示すように、発電部１側の接続部材２は、Ｔ字型の軸部５が軸心周りで回動する回動接続部材６（発電接続部）とされ、回動接続部材６には２つの発電接続端７が備えられている。通常は、発電部１との位置関係を通常状態の関係にして１つの燃料パック３側の接続部材２が一方の発電接続端７に接続され、この時、他の燃料パック３の接続部材２が必要に応じて他方の発電接続端７に接続端接続可能となっている。

これにより、１つの燃料パック３から燃料を供給している状態で、新たな燃料パック３を接続し、発電部１への燃料の供給を継続した状態で燃料パック３を交換することができる。

図１に基づいて、使用機器４を運転している最中に燃料パック３を交換する時の状況を説明する。

燃料パック３は回動接続部材６の一方の発電接続端７に接続されて発電部１に接続され、燃料パック３Ａの位置が通常使用時の位置である。燃料パック３Ａの位置は、例えば、使用機器４に対して大きなスペースが突出しない位置とされる。燃料パック３Ａの燃料が消費されると、矢印Ａで示すように、回動接続部材６の他方の発電接続端７に新たな燃料パック３Ｂを接続する。この時、燃料パック３Ａ及び燃料パック３Ｂが回動接続部材６に接続され、燃料パック３Ａ及び燃料パック３Ｂから燃料が供給可能にされている。

燃料パック３Ａ及び燃料パック３Ｂが回動接続部材６に接続された後、矢印Ｂで示すように、回動接続部材６の一方の発電接続端７から燃料パック３Ａを取り外す。この時点で、発電部１への燃料の供給は燃料パック３Ｂからのみ行われる。この状態で、矢印Ｃで示すように、回動接続部材６を回動させて燃料パック３Ｂを燃料パック３Ａが存在していた場所に回動させる（移動させる）。

このため、発電部１との位置関係が通常の状態で１つの燃料パック３Ａが接続されている際に、他の燃料パック３Ｂが接続可能になっているので、通常状態の燃料パック３Ａの残燃料が少なくなった場合に他の燃料パック３Ｂを接続することで、燃料の供給を継続することができる。通常の燃料パック３Ａの燃料が消費された後、他の燃料パック３Ｂを通常状態の位置関係にすることで（移動させることで）、無駄なスペースを必要としない。この結果、燃料の供給を中断することなく燃料パック３を交換することが可能になり、最小限のスペースで燃料の供給を的確に実施することができる。

図３に基づいて接続部材２の構成を説明する。

接続部材２は、発電部１側の回動接続部材６及び燃料パック３のパック接続部８で構成されている。回動接続部材６は、発電部１の燃料導入部１１に取り付けられる軸部５を備えている。軸部５は燃料導入部１１に固定される固定筒部１２が備えられ、固定筒部１２に対して封止手段１３（例えば、樹脂製のＯリング等）を介して回動する回動筒部１４が設けられている。回動筒部１４の上端側が二股に分かれ、それぞれの先端部が発電接続端７とされている。

発電接続端７には第１弁体１５がそれぞれ設けられ、パック接続部８には第２弁体１６が設けられている。詳細は後述するが、第１弁体１５及び第２弁体１６は常時閉弁状態とされ、発電接続端７にパック接続部８が接続された際に、第１弁体１５及び第２弁体１６は互いに相関されて開弁状態にされる。このため、発電接続端７にパック接続部８を接続する接続動作により、第１弁体１５及び第２弁体１６が開弁され、燃料パック３に収容された燃料が燃料導入部１１に供給される（燃料の流通が許容される）。

図４に基づいて第１弁体１５及び第２弁体１６の構成を説明する。

発電接続端７は中空の流路を形成する筒部本体２１で構成され、筒部本体２１の先端（図中右端）にはパック接続部８が接続される嵌合凸部２２が形成されている。嵌合凸部２２にはパッキン２０が設けられている。筒部本体２１の流路部に第１弁体１５が収容されている。筒部本体２１の内部には座壁２３が形成され、座壁２３の内側には弁体２４が配されている。弁体２４がパッキン２５を介して座壁２３に着座することにより、筒部本体２１の流路が遮断されて閉弁状態にされる。

尚、パッキン２０、２５は、ブチルゴム、ニトリルゴム、フッ素系ゴム等からなる樹脂製パッキンが適用される。

弁体２４には、嵌合凸部２２側に延びる弁軸２６が形成され、弁軸２６の先端は嵌合凸部２２の内周部に臨んでいる。弁体２４を挟んで筒部本体２１の嵌合凸部２２の反対側には突起部２７が形成され、突起部２７には燃料流通用の補助穴３０が形成されている。また、弁軸２６の反対側の弁体２４には後弁軸２８が形成され、後弁軸２８は突起部２７を貫通している。突起部２７と弁体２４に亘り付勢手段としての圧縮ばね２９が設けられ、圧縮ばね２９のばね力により弁体２４が座壁２３に着座する方向（閉弁方向）に付勢されている。つまり、第１弁体１５は常時閉弁状態とされている。

パック接続部８は中空の流路を形成する筒部本体３１で構成され、筒部本体３１の先端（図中左端）には嵌合凸部２２に嵌合する嵌合凹部３２が形成されている。筒部本体３１の流路部に第２弁体１６が収容されている。第２弁体１６の構成は第１弁体１５の構成と略同一である。即ち、筒部本体３１の内部には座壁３３が形成され、座壁３３の内側には弁体３４が配されている。弁体３４がパッキン３５を介して座壁３３に着座することにより、筒部本体３１の流路が遮断されて閉弁状態にされる。

弁体３４には、嵌合凹部３２側に延びる弁軸３６が形成され、弁軸３６の先端は嵌合凹部３２の内周部に臨んでいる。弁体３４を挟んで筒部本体３１の嵌合凹部３２の反対側には突起部３７が形成され、突起部３７には燃料流通用の補助穴４０が形成されている。また、弁軸３６の反対側の弁体３４には後弁軸３８が形成され、後弁軸３８は突起部３７を貫通している。突起部３７と弁体３４に亘り付勢手段としての圧縮ばね３９が設けられ、圧縮ばね３９のばね力により弁体３４が座壁３３に着座する方向（閉弁方向）に付勢されている。つまり、第２弁体１６は常時閉弁状態とされている。

図４（ｂ）に基づいて発電接続端７にパック接続部８が接続された状態を説明する。

発電接続端７にパック接続部８を接続する場合、発電接続端７の嵌合凸部２２にパック接続部８の嵌合凹部３２を嵌合する。これにより、弁軸２６の先端と弁軸３６の先端が当接して互いに押し合う状態になり、圧縮ばね２９、３９のばね力に抗して弁体２４、３４が座壁２３、３３から離れる方向に移動する。これにより、第１弁体１５、第２弁体１６が開弁して筒部本体２１、３１の流路での燃料の流通が許容される。

尚、弁軸２６の先端及び弁軸３６の先端に凹凸部を形成し、当接を確実にする構成を採用することも可能である。

従って、発電接続端７にパック接続部８を接続する接続動作を行うことで、第１弁体１５及び第２弁体１６が開弁されて、筒部本体２１、３１の流路が開通し、燃料パック３に収容された燃料が燃料導入部１１に供給される。

図５に基づいて発電接続端７に備えられた第１弁体の他の例を説明する。図５には第１弁体の他の例を説明する断面を示してあり、図５（ａ）は接続前の状態で、図５（ｂ）は接続後の状態である。尚、燃料パック３のパック接続部８の構成は図４に示したものと同一であるため、同一符号を付して説明は省略してある。

発電接続端７には筒状の嵌合凸片４１がねじ結合され、嵌合凸片４１の先端（図中右端）にはパッキン４２が設けられている。嵌合凸片４１の内側には第１弁体である弾性弁体４３が設けられ、弾性弁体４３は弾性力により常時流路が閉じられる方向に付勢されている。また、弾性弁体４３は、発電部１側からの流体を阻止する形状の逆止弁構造とされている。弾性弁体４３の内側における発電接続端７には停止突起４４が設けられ、パック接続部８が接続された際に、弁軸３６の先端が停止突起４４に当接するようになっている。

図５（ｂ）に基づいて発電接続端７にパック接続部８が接続された状態を説明する。

発電接続端７にパック接続部８を接続する場合、発電接続端７の嵌合凸片４１にパック接続部８の嵌合凹部３２を嵌合する。これにより、弁軸３６が弾性弁体４３を押し開いて挿入され、弁軸３６の先端が停止突起４４に当接して弁軸３６が相対的に押されて移動する。弁軸３６が押されることで、圧縮ばね３９のばね力に抗して弁体３４が座壁３３から離れる方向に移動する。これにより、第２弁体１６が開弁すると共に、燃料が弾性弁体４３を発電部１側へのみ流通自在とされ、筒部本体３１及び嵌合凸片４１の流路での燃料の発電部１側への流通が許容される。

従って、発電接続端７にパック接続部８を接続する接続動作を行うことで、弾性弁体４３及び第２弁体１６が開弁されて、筒部本体３１及び嵌合凸片４１の流路での燃料の発電部１側への流通が許容される。このため、複雑な構成にすることなく燃料の流通を制御することができる。

図６、図７に基づいて本発明の第２実施例に係る燃料電池を説明する。

図６には本発明の第２実施例に係る燃料電池の概略、図７には発電接続部及びパック接続部の概略構成を説明する断面を示してある。尚、第１実施例の燃料電池と同一部材には同一符号を付してある。

図６に示すように、発電部１には発電接続端４６が２箇所に備えられ、燃料パック３にはパック接続部であるパック回動接続部材４７が備えられている。１箇所の発電接続端４６及びパック回動接続部材４７が接続された状態でパック回動接続部材４７を所定状態に回動させることにより（移動させることにより）、１つの燃料パック３の発電部１との位置関係が通常状態にされる（図中点線で示した状態）。１つの燃料パック３が発電部１に対して非通常状態の関係にある際には（図中実線で示した状態）、他の１箇所の発電接続端４６に他の燃料パック３のパック回動接続部材４７が接続自在とされている。

このため、１箇所の発電接続端４６にパック回動接続部材４７を接続し、パック回動接続部材４７を回動させることで、発電部１との位置関係を通常状態の関係にして１つの燃料パック３が接続され、１つの燃料パック３を非通常状態の関係になるようにパック回動接続部材４７を回動させることで、他の燃料パック３のパック回動接続部材４７が他の１箇所の発電接続端４６に接続自在となる。他の燃料パック３のパック回動接続部材４７を他の１箇所の発電接続端４６に接続し、パック回動接続部材４７を回動させることで、他の燃料パック３を１つの燃料パック３の位置に移動させることができる。

図７に基づいてパック回動接続部材４７の具体的な構成を説明する。

図７に示すように、発電部１の発電接続端４６には第１弁体１５が備えられている。第１弁体１５の構成は図４に示したものと同一である。パック回動接続部材４７には軸心周りで回動するＬ字型の軸部４８が備えられ、軸部４８の開放端部には第２弁体１６が備えられている。第２弁体１６の構成は図４に示したものと同一である。軸部４８が回動することにより１つの燃料パック３が所定の状態に回動される。

図８に基づいて発電接続端４６及びパック回動接続部材４７に備えられる弁体の他の構成を説明する。図８には第１弁体及び第２弁体の他の例を説明する断面を示してあり、図８（ａ）は接続前の状態で、図８（ｂ）は接続後の状態である。

発電接続端４６には開口を有する弁座部５１がねじ結合され、弁座部５１の内側には弁室５２が備えられている。弁室５２には弁座部５１に着座する弁体５３が移動自在に嵌合し、弁体５３の非着座側（図中左側）の移動量が弁室５２の縦壁で規制されるようになっている。パック回動接続部材４７には弁座部５１の開口に嵌合する筒部５４が備えられ、筒部５４には弁体５５が嵌合している。また、筒部５４の先端には流路を形成する切欠き５４ａが設けられている。弁体５５には外側に突出して延びる弁軸５６が設けられ、発電接続端４６にパック回動接続部材４７が接続された際に、筒部５４及び弁軸５６が弁体５３を押し込むようになっている。

図８（ｂ）に基づいて発電接続端４６にパック回動接続部材４７が接続された状態を説明する。

発電接続端４６にパック回動接続部材４７を接続する場合、発電接続端４６の弁座部５１の開口にパック回動接続部材４７の筒部５４を嵌合する。これにより、筒部５４及び弁軸５６が弁体５３を弁室５２に押し込み、更に、弁体５３が弁室５２の縦壁で規制されて弁軸５６が相対的に図中左側に移動する。弁体５３が押し込まれると共に弁軸５６が移動することにより、弁座部５１及び筒部５４の流路が開通し、燃料の流通が許容される。

従って、発電接続端４６にパック回動接続部材４７を接続する接続動作を行うことで、燃料の流通を許容することができる。

図９から図１１に基づいて発電接続部の他の実施例を説明する。図９には他の実施例に係る燃料電池の概略構成、図１０、図１１には燃料パックを交換する場合の動作説明を示してある。尚、第１実施例と同一部材には同一符号を付してある。

図９に示すように、発電接続部として、発電部１の２箇所に互いに平行に配された出し入れ自在な一対のスライドバー６１、６２を備え、スライドバー６１、６２は同期して出し入れが自在とされている。スライドバー６１、６２の先端部には発電接続端７が設けられている。一方のスライドバー６１の先端位置に対し、他方のスライドバー６２の先端位置が引き出し側に長く形成され、一対のスライドバー６１、６２を発電部１に収納した場合（入り動作させた場合）、他方のスライドバー６２の発電接続端７が発電部１から突出する状態にされる。

一対のスライドバー６１、６２を発電部１に収納して使用する場合には、他方のスライドバー６２の発電接続端７に燃料パック３（パック接続部８）を接続した状態が、発電部１との位置関係を通常状態の関係にして１つの燃料パック３が接続された状態で、この状態で一対のスライドバー６１、６２を引き出すことでスライドバー６１の発電接続端７に他の燃料パック３（パック接続部８）が接続自在とされる。

また、一対のスライドバー６１、６２を発電部１から引き出して使用する場合には、一方のスライドバー６１の発電接続端７に燃料パック３（パック接続部８）を接続した状態が、発電部１との位置関係を通常状態の関係にして１つの燃料パック３が接続された状態で、この状態で他方のスライドバー６２の発電接続端７に他の燃料パック３（パック接続部８）が接続自在とされる。

発電接続端７の第１弁体、パック接続部８の第２弁体の構成は、図４に示した構成と同一であるので、詳細な説明は省略してある。

図１０、図１１に基づいて燃料パック３の交換の状況を説明する。

図１０（ａ）に示すように、一対のスライドバー６１、６２を発電部１から引き出した状態で、一方のスライドバー６１の発電接続端７に燃料パック３Ａ（パック接続部８）が接続され、他方のスライドバー６２の発電接続端７が燃料パック３Ａから突出している。つまり、燃料パック３Ａは、発電部１との位置関係が通常状態にされている。燃料パック３Ａの消費が進んだ際に、図１０（ｂ）に示すように、新たな燃料パック３Ｂ（パック接続部８）を他方のスライドバー６２の発電接続端７に接続する。この状態で、図１０（ｃ）に示すように、消費が進んだ古い燃料パック３Ａと新たな燃料パック３Ｂが接続された状態になる。そして、図１０（ｄ）に示すように、古い燃料パック３Ａを外し、新たな燃料パック３Ｂだけが接続された状態にする。

次に、図１１（ａ）に示すように、一対のスライドバー６１、６２を発電部１に収納し、発電部１との位置関係が通常状態の関係になるように新たな燃料パック３Ｂを移動させる。燃料パック３Ｂの消費が進んだ際に、図１１（ｂ）に示すように、一対のスライドバー６１、６２を発電部１から引き出し、一方のスライドバー６１の発電接続端７が外部に臨む状態にし、新たな燃料パック３Ｃ（パック接続部８）を一方のスライドバー６１の発電接続端７に接続する。この状態で、図１１（ｃ）に示すように、消費が進んだ古い燃料パック３Ｂと新たな燃料パック３Ｃが接続された状態になる。そして、図１１（ｄ）に示すように、古い燃料パック３Ｂを外し、新たな燃料パック３Ｃだけが接続された状態にする。

上述した動作を繰り返すことにより、通常の使用時に大きなスペースを要することなく、燃料の供給を継続した状態で必要な時に燃料パック３の交換を行うことができる。

上述したように、一対のスライドバー６１、６２の出し入れ操作により、発電部１との位置関係を通常状態の関係にして１つの燃料パック３が接続され、他方の発電接続端７に対して他の燃料パック３のパック接続部８が接続自在とされる。

図１２から図１４に基づいて発電接続部の他の実施例を説明する。図１２には他の実施例に係る燃料電池の概略構成、図１３、図１４には燃料パックを交換する場合の動作説明を示してある。尚、第１実施例と同一部材には同一符号を付してある。

図１２に示すように、発電接続部として、発電部１の２箇所に互いに平行に配された出し入れ自在な一対のスライドバー６５、６６を備え、スライドバー６５、６６は同期して出し入れが自在とされている。スライドバー６５、６６を同期して引き出した状態で（引き出し距離が同じ状態で）、一方のスライドバー６５は他方のスライドバー６６に対して更に引き出しが可能にされている。即ち、一方のスライドバー６５は他方のスライドバー６６に対して引き出し距離が長く設定されている。そして、スライドバー６５、６６の先端部には発電接続端７が設けられている。

一対のスライドバー６５、６６を発電部１から同期して引き出して（引き出し距離を同じにして）使用する場合には、他方のスライドバー６６の発電接続端７に燃料パック３（パック接続部８）を接続した状態が、発電部１との位置関係を通常状態の関係にして１つの燃料パック３が接続された状態で、この状態で一方のスライドバー６５を引き出すことでスライドバー６５の発電接続端７に他の燃料パック３（パック接続部８）が接続自在とされる。

また、一対のスライドバー６５、６６を同期して発電部１に収納して使用する場合には、収納された状態から一方のスライドバー６５を引き出してスライドバー６５の発電接続端７に燃料パック３（パック接続部８）を接続した状態が、発電部１との位置関係を通常状態の関係にして１つの燃料パック３が接続された状態で、この状態で一対のスライドバー６５、６６を同期して発電部１から引き出すことでスライドバー６６の発電接続端７に他の燃料パック３（パック接続部８）が接続自在とされる。

発電接続端７の第１弁体、パック接続部８の第２弁体の構成は、図４に示した構成と同一であるので、詳細な説明は省略してある。

図１３、図１４に基づいて燃料パック３の交換の状況を説明する。

図１３（ａ）に示すように、一対のスライドバー６５、６６を発電部１から引き出した状態で、他方のスライドバー６６の発電接続端７に燃料パック３Ａ（パック接続部８）が接続される。つまり、燃料パック３Ａは、発電部１との位置関係が通常状態にされている。

燃料パック３Ａの消費が進んだ際に、図１３（ｂ）に示すように、一方のスライドバー６５を引き出し、新たな燃料パック３Ｂ（パック接続部８）を一方のスライドバー６５の発電接続端７に接続する。この状態で、図１３（ｃ）に示すように、消費が進んだ古い燃料パック３Ａと新たな燃料パック３Ｂが接続された状態になる。そして、図１３（ｄ）に示すように、古い燃料パック３Ａを外し、新たな燃料パック３Ｂだけが接続された状態にする。

次に、図１４（ａ）に示すように、一方のスライドバー６５を引き出した状態で一対のスライドバー６５、６６を発電部１に収納し、発電部１との位置関係が通常状態の関係になるように新たな燃料パック３Ｂを移動させる。この時、一方のスライドバー６５だけが引き出された状態になっている。

燃料パック３Ｂの消費が進んだ際に、図１４（ｂ）に示すように、一方のスライドバー６５だけが引き出された状態で一対のスライドバー６５、６６を同期して発電部１から引き出し、他方のスライドバー６６の発電接続端７が外部に臨む状態にし、図１４（ｃ）に示すように、新たな燃料パック３Ｃ（パック接続部８）を一方のスライドバー６５の発電接続端７に接続する。この状態で、消費が進んだ古い燃料パック３Ｂと新たな燃料パック３Ｃが接続された状態になる。そして、図１４（ｄ）に示すように、古い燃料パック３Ｂを外し、新たな燃料パック３Ｃだけが接続された状態にする。

上述した動作を繰り返すことにより、通常の使用時に大きなスペースを要することなく、燃料の供給を継続した状態で必要な時に燃料パック３の交換を行うことができる。

上述したように、一対のスライドバー６５、６６の出し入れ操作により、発電部１との位置関係を通常状態の関係にして１つの燃料パック３が接続され、他方の発電接続端７に対して他の燃料パック３のパック接続部８が接続自在とされる。

図１５に基づいて回動接続部材の他の実施例を説明する。

図１５には他の実施例に係る回動接続部材の断面を示してある。図１５に示した状態は、図３の発電部１側の状態に対応し、図４に示した弁体を合わせて示してある。このため、図３、図４に示した部材と同一部材には同一符号を付して重複する説明は省略してある。

図１５に示した回動接続部材７１は、発電部１との位置関係が通常状態の関係にある１つの燃料パック３（パック接続部８）につながる流路を流通自在とし、他の１つの発電接続端７（燃料パック３が接続されていない側）の第１弁体１５を閉弁状態に維持する流通規制手段が備えられている。図１５に示した状態は、図中左側の発電接続端７に燃料パック３のパック接続部８が接続され、図中右側の発電接続端７には燃料パック３のパック接続部８が接続されていない状態である。

即ち、回動筒部１４の通路の上部には弁玉７３が設けられ、各第１弁体１５の弁体２４の回動筒部１４には先端部が弁玉７３に当接する後弁軸７２が備えられている。つまり、図中左側の発電接続端７に燃料パック３のパック接続部８が接続されると、図４でも説明したように、弁体２４が圧縮ばね２９のばね力に抗して図中右側に移動し、弁玉７３が後弁軸７２に押されて図中右側の第１弁体１５を閉弁方向に押し付ける。

逆に、図中右側の発電接続端７に燃料パック３のパック接続部８が接続されると、弁玉７３が図中左側に押されて図中左側の第１弁体１５を閉弁方向に押し付ける。図中左側の燃料パック３の接続を解除し、回動筒部１４を回動させることで、新たに接続された燃料パック３の位置が、発電部１との関係が通常状態の位置関係になる。

このため、発電部１との位置関係が通常状態の関係にある１つの燃料パック３の燃料を優先して発電部１に供給することができる。

図１６、図１７に基づいて本発明の第３実施例に係る燃料電池を説明する。図１６には本発明の第３実施例に係る燃料電池の概略構成、図１７には装着検出手段の概略構成を示してある。尚、図１に示した部材と同一部材には同一符号を付して重複する説明は省略してある。

図１６に示すように、発電部１には接続部材７４を介して燃料パック３が接続されるようになっている。燃料パック３は接続部材７４により発電部１に接続され、発電部１に対して燃料が供給される。携帯電話やノート型ＰＣ等の外部負荷（使用機器）４は発電部１で発電された電力が供給されて駆動される。接続部材７４は２つの燃料パック３を接続することが可能な構成になっている。

２つの燃料パック３が接続される接続部材７４の流路には制御弁７５がそれぞれ備えられ、燃料パック３が接続されたことを検出する装着検出手段７６が備えられている。装着検出手段７６は、図１７に示すように、燃料パック３側に設けられる検出信号端子７７及び釦部７８とを備え（ａ）、燃料パック３が所定位置に接続されると、発電部１の筐体により釦部７８が検出信号端子７７側に押し付けられ（ｂ）、燃料パック３が接続されたことが検出される。

装着検出手段７６の検出情報は制御部７９に入力され、制御部７９からは制御弁７５に駆動指令が出力される。例えば、接続されている燃料パック３の消費が進んで新たな燃料パック３が接続された場合、新たな燃料パック３に対応する制御弁７５を閉弁する。これにより、消費が進んだ燃料パック３の燃料を優先して発電部１に供給することができ、燃料を無駄なく使用することができる。

尚、新たな燃料パック３に対応する制御弁７５を閉弁動作させるようにしたが、消費が進んだ燃料パック３に対応する制御弁７５だけを開弁状態にする制御を実施することも可能である。

図１８に基づいて本発明の第４実施例に係る燃料電池を説明する。図１８には本発明の第４実施例に係る燃料電池の概略構成を示してある。尚、図１に示した部材と同一部材には同一符号を付して重複する説明は省略してある。

図に示すように、発電部１には接続部材８１を介して燃料パック３が接続されるようになっている。燃料パック３は接続部材８１により発電部１に接続され、発電部１に対して燃料が供給される。携帯電話やノート型ＰＣ等の外部負荷（使用機器）４は発電部１で発電された電力が供給されて駆動される。接続部材８１は２つの燃料パック３を接続することが可能な構成になっている。

２つの燃料パック３が接続される接続部材８１の流路には制御弁８２がそれぞれ備えられ、制御弁８２の開閉により２つの燃料パック３からの燃料の供給が制御される。燃料パック３には収容された燃料の圧力を検出する容量検出手段としての圧力センサ８５が備えられ、圧力センサ８５で検出された情報は演算部８６に送られる。演算部８６では圧力情報に基づいて燃料パック３に収容された燃料の容量が演算される。演算部８６で演算された燃料の容量は表示部８７で表示される。

使用中の燃料パック３の圧力センサ８５により消費の状況（燃料残量）が把握され、燃料パック３の交換時期を確認することができる。このため、適切なタイミングで燃料パック３を交換することができる。また、新たに接続された燃料パック３の圧力センサ８５により、新たな燃料パック３が十分に燃料残量があるものか否かの判断が行える。このため、燃料の継続した供給をより確実に行うことができる。

尚、容量検出手段としては、燃料残量により変化する物質の状況を検出する距離センサを適用することも可能である。

本発明は、外部負荷の内部電源として用いられる燃料電池の産業分野で利用することができる。

１ 発電部
２、７４、８１ 接続部材
３ 燃料パック
４ 外部負荷（使用機器）
５ 軸部
６、７１ 回動接続部材
７、４６ 発電接続端
８ パック接続部
１１ 燃料導入部
１２ 固定筒部
１３ 封止手段
１４ 回動筒部
１５ 第１弁体
１６ 第２弁体
２１、３１ 筒部本体
２２ 嵌合凸部
２３、３３ 座壁
２４、３４、５３、５５ 弁体
２０、２５、３５、４２ パッキン
２６、３６、５６ 弁軸
２７、３７ 突起部
２８、３８、７２ 後弁軸
２９、３９ 圧縮ばね
３０、４０ 補助穴
３２ 嵌合凹部
４１ 嵌合凸片
４３ 弾性弁体
４４ 停止突起
４７ パック回動接続部材
４８ 軸部
５１ 弁座部
５２ 弁室
５４ 筒部
６１、６２、６５、６６ スライドバー
７３ 弁玉
７５、８２ 制御弁
７６ 装着検出手段
７７ 検出信号端子
７８ 釦部
７９ 制御部
８５ 圧力センサ
８６ 演算部
８７ 表示部

Claims (11)

1. 電気化学反応により発電を行い外部負荷に電力を供給する発電部と、
   前記発電部に供給される燃料が収容される燃料パックと、
   前記発電部に対して前記燃料パックを接続可能にする接続部材とを備え、
   前記接続部材は、
   前記発電部との位置関係を通常状態の関係にして１つの燃料パックを接続し、前記１つの燃料パックの交換時には前記１つの燃料パックが接続されている状態で他の燃料パックを接続し、前記１つの燃料パックが非接続状態となった場合に前記他の燃料パックを前記１つの燃料パックが接続されていた位置に移動させる
   ことを特徴とする燃料電池。
2. 請求項１に記載の燃料電池において、
   前記接続部材は、
   前記発電部側の発電接続部及び前記燃料パック側のパック接続部と、
   常時閉弁状態とされる前記発電接続部側の第１弁体及び常時閉弁状態とされる前記パック接続部側の第２弁体とを備え、
   前記発電接続部及び前記パック接続部が接続された際に、前記第１弁体及び前記第２弁体が相関されて前記第１弁体及び前記第２弁体が開弁状態にされる
   ことを特徴とする燃料電池。
3. 請求項２に記載の燃料電池において、
   前記第１弁体及び前記第２弁体は、付勢手段により閉弁方向に維持される弁体を備え、
   前記発電接続部及び前記パック接続部が接続された際に、前記弁体同士が当接して前記付勢手段の付勢力に抗して移動することで開弁状態とされる
   ことを特徴とする燃料電池。
4. 請求項２に記載の燃料電池において、
   前記第１弁体及び前記第２弁体のいずれか一方は、付勢手段により閉弁方向に維持される弁体を備え、
   前記第１弁体及び前記第２弁体のいずれか他方は、常時閉状にされる弾性弁体及びストッパを備え、
   前記発電接続部及び前記パック接続部が接続された際に、前記弁体が前記弾性弁体を弾性変形させると共に前記ストッパに当接して前記付勢手段の付勢力に抗して移動することで、前記第１弁体及び前記第２弁体が開弁状態とされる
   ことを特徴とする燃料電池。
5. 請求項２から請求項４のいずれか一項に記載の燃料電池において、
   前記発電接続部は、
   発電接続端が２つ備えられ回動自在な回動接続部材であり、
   １つの発電接続端及び前記パック接続部が接続された状態で前記回動接続部材を所定状態に回動させることにより、前記他の燃料パックを前記１つの燃料パックが接続されていた位置に移動させる
   ことを特徴とする燃料電池。
6. 請求項２から請求項４のいずれか一項に記載の燃料電池において、
   前記発電接続部は、
   前記発電部側の発電接続端が前記発電部の２箇所に備えられ、前記パック接続部が回動自在なパック回動接続部材であり、
   １箇所の前記発電接続端及び前記パック回動接続部材が接続された状態で前記パック回動接続部材を所定状態に回動させることにより前記発電部との位置関係を通常状態及び非通常状態のいずれかの関係にして１つの燃料パックが接続され、前記１つの燃料パックが非通常状態の関係にある際に他の１箇所の発電接続端に対して他の燃料パックのパック回動接続部材が接続自在とされる
   ことを特徴とする燃料電池。
7. 請求項５に記載の燃料電池において、
   前記回動接続部材には、
   前記発電部との位置関係が通常状態の関係にある１つの燃料パックが接続される前記発電接続端の流路を流通自在とし、他の１つの発電接続端の前記第１弁体を閉弁状態に維持する流通規制手段が備えられている
   ことを特徴とする燃料電池。
8. 請求項２から請求項４のいずれか一項に記載の燃料電池において、
   前記発電接続部は、
   前記発電部の２箇所に互いに平行に配された出し入れ自在な一対のスライドバーと、
   前記一対のスライドバーの先端部に備えられた発電接続部とで構成され、
   前記一対のスライドバーのいずれか一方の前記発電接続端に前記パック接続部が接続された状態で、前記発電部との位置関係を通常状態の関係にして１つの燃料パックが接続され、前記１つの燃料パックの交換時には前記１つの燃料パックが接続されている状態でいずれか他方の前記発電接続端に対して他の燃料パックのパック接続部が接続され、前記１つの燃料パックが非接続状態となった場合に前記他の燃料パックを前記１つの燃料パックが接続されていた位置に移動させる
   ことを特徴とする燃料電池。
9. 請求項８に記載の燃料電池において、
   一方の前記スライドバーが他方の前記スライドバーに対して引き出し距離が長く設定され、
   前記一対のスライドバーのいずれか一方の前記発電接続端に前記パック接続部が接続された状態で、入り側に前記一対のスライドバーを移動させることで前記発電部との位置関係を通常状態の関係にして１つの燃料パックが接続され、
   前記一方のスライドバーだけの引き出し、もしくは、前記一方のスライドバーを長く引き出した状態での前記一対のスライドバーの引き出しにより、いずれか他方の前記発電接続端に対して他の燃料パックのパック接続部が接続自在とされる
   ことを特徴とする燃料電池。
10. 請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の燃料電池において、
    前記燃料パックが接続されたことを検出する装着検出手段を備えた
    ことを特徴とする燃料電池。
11. 請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載の燃料電池において、
    前記燃料パックに収容された燃料の容量を検出する容量検出手段と、
    前記容量検出手段で検出された情報を表示する表示手段とを備えた
    ことを特徴とする燃料電池。

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