JP4060298B2 - 直接メタノール燃料電池用燃料供給装置 - Google Patents

Description

本発明は直接メタノール燃料電池用燃料供給装置に関する。

最近、ノート型パソコン、モバイルホン、ＰＤＡなどの携帯用電子装置の使用が一般化されることによって携帯用電子装置のエネルギー源に対する関心が高まっている。小型であり長時間携帯しても継続的な電力供給が可能であることなどが、携帯電子装置のエネルギー源に求められる点である。

既存の二次電池は一回の充電により使用可能な時間がさほど長くなく、そのサイズを小型化するのに限界がある。また重量がありかつ高価であるほか、廃棄時に公害を誘発する問題点がある。

これに比べて、燃料電池はエネルギー密度が既存の二次電池の約３倍で、一回の充電で長時間使用でき、軽量かつ小型でエネルギー源を提供することが可能である。また、貯蔵容器に燃料を補給することにより半永久的に使用できる。さらに、燃料電池は廃棄時に公害を発生させず環境保全に有効なエネルギー源であり、携帯用電子装置のエネルギー源として期待されている。

燃料電池は内部電解質により区分される。例えば、リン酸を電解質として使用するリン酸型燃料電池、水酸化カリウムを電解質として使用するアルカリ型燃料電池、ナフィオンダウポリマーを電解質として使用する高分子電解質型燃料電池、炭酸リチウムまたは炭酸カリウムを電解質として使用する溶融炭酸塩型燃料電池、イットリア-安定化ジルコニアを電解質として使用する固体酸化物型燃料電池、高分子膜(membrane)を電解質として使用する直接メタノール燃料電池などがある。

このうち、直接メタノール燃料電池はメタノールを燃料として直接使用できるため小型化が可能であり、燃料の供給が容易であり、燃料の出力密度が高く携帯用電子装置用燃料電池として研究されている。

図１に、直接メタノール燃料電池の概略図を示す。直接メタノール燃料電池は図１に示すようにメンブレイン電極アセンブリ(membrane electrode assembly)、すなわちアノード２、メンブレイン１及びカソード３を含む。アノード２でメタノールと水が反応して水素イオンと電子を生成する。アノード２で生成された水素イオンはメンブレイン１を通してカソード３に移動し、カソード３で水素イオンと電子が酸素と結合して水を生成する。このような反応を反応式で示すと次の通りである。

前記反応式のように燃料電池内で化学反応により生成されたエネルギーが電気エネルギーとして電子装置に供給される。

燃料電池のメンブレイン電極アセンブリは、液体燃料の分布、反応副産物の浸透、液体流速の調節は、燃料電池のメンブレイン電極アセンブリを左右し、また、携帯用電子機器の直接メタノール燃料電池の作用にも多大な影響を及ぼす。従って、燃料電池に液体燃料を供給する燃料供給装置は燃料電池において重要な役割を持つ。

燃料供給装置は、燃料(メタノールと水の混合物)を燃料タンクによってメンブレイン電極アセンブリの表面へ運搬し、メンブレイン電極アセンブリの表面で二酸化炭素及び使用された燃料の反応副産物を除去する。直接メタノール燃料電池の燃料供給装置は一般的に、均一な燃料の供給、優れた信頼性、流速調節の容易性、低電力消耗及び小型化などが求められる。特許文献１および特許文献２は小型の直接メタノール燃料電池に対する発明を開示している。同特許に開示された燃料供給システムは、小型のポンプを採択している。この小型ポンプによって、燃料タンクに存する燃料は、メンブレイン電極アセンブリアノードと接している微細な通路に移動する。

一方、特許文献３に開示された発明はアノードアセンブリがメタノールと水の混合物と直接接触する受動的方法を採択している。
アメリカ特許第６、４９７、９７５号 アメリカ特許第６、３８７、５５９号 アメリカ特許第６、４５８、４７９号

特許文献１および特許文献２に開示された燃料供給システムでは、燃料を十分に供給でき流速調節が容易であるが、ポンプを主構成にしているため、全サイズを縮めるのに限界があり、モバイルホンやＰＤＡのような一部小型電子機器用小型直接メタノール燃料電池には適用し難い。また、消費電力についての問題点がある。公知のように、同一なＲｅ(レイノルド数)を有する場合、小型または超小型通路の流速抵抗は、普通または広い通路の流速抵抗よりも大きい。つまり、小型の通路を有するメンブレイン電極アセンブリ表面を通して液体燃料の移動には、さらに多くの電力が消耗される。従って、に開示された発明は消耗電力に比べて効率が低下する。

特許文献３に開示された燃料供給システムでは、消費電力は少ないが、供給される燃料の流速を調節することが困難である。従って、このような受動的燃料供給システムを採択した直接メタノール燃料電池の作用は電子機器に影響を及ぼす。また、燃料の流速が極めて遅く、総放出電力も極めて少ないため、単純に省エネルギ−のバッテリ−交換装置が必要である。

さらに、従来の直接メタノール燃料電池用能動的燃料供給システムは、燃料供給のポンプメカニズムが多くの部品で構成されるため、製造が複雑でありコストがかかるという問題点がある。また、燃料供給源から燃料タンクに燃料を再充填する過程において、非汚染再充填が困難である。

そこで、本発明ではこのような問題を解決するために、消費電力を最小限にしつつ能動的液体燃料の流速を調節して適正分量を燃料電池に供給できる直接メタノール燃料電池用燃料供給装置を提供するところにある。

このような目的を達成するために本発明に係る直接メタノール燃料電池用燃料供給装置は、液体燃料が貯蔵される燃料タンクと、該燃料タンクの上部に形成され、前記燃料タンクから移動された液体燃料が貯蔵されるキャビティ板と、前記キャビティ板の上部に形成され、前記キャビティ板に貯蔵された液体燃料を上部に噴射させるノズル板とを含む。ここで、前記燃料タンクは収縮及び膨張可能な蛇腹状の燃料タンク本体を含む。前記燃料タンクの収縮および膨張は極めてゆっくり進行するため、蛇腹状の型燃料タンク本体の疲労の発生がない。よって半永久的に使用できる。

前記燃料タンクは前記キャビティ板について着脱の可能なものが好ましい。

前記燃料タンク本体は上端部及び下端部を備え、前記燃料タンク本体の上端部は前記燃料タンク本体の収縮によって上部に液体燃料を流出させる燃料流出口を含む。

前記燃料流出口は前記燃料タンク本体の上端部の周上において中心から対称な位置に位置されることが好ましい。

前記燃料タンクは、前記燃料タンク本体の下部に形成された基板と、前記基板上に形成された平面円形コイルと、前記燃料タンク本体の下端部に接合され形成され、前記平面円形コイルの上部に形成された永久磁石とを含むことが好ましい。

ここで、前記燃料タンク本体は前記平面円形コイルと前記永久磁石との間で発生する磁場による斥力で上部に収縮される。前記平面円形コイルと前記永久磁石との間で発生する磁場は、平面円形コイルへ印加する電流量に依存するため、印加する電流量を調節して、燃料電池に供給される液体燃料の分量および流速を適切に調節できる。また、前記蛇腹状の燃料タンク本体を収縮するのに必要な電流量は極小さいため、燃料の供給に使用する消費電流量は少なくてすむ。さらには、前記蛇腹状の燃料タンク本体の収縮および膨張は、極めてゆっくりと進行するため、疲労が発生せず、半永久的に使用できる。

また前記燃料タンクは、前記燃料タンク本体の下端部に接合され形成された平面円形コイルと、前記燃料タンク本体の上端部に接合され形成された永久磁石とを含むことが好ましい。

ここで、前記燃料タンク本体は前記平面円形コイルと前記永久磁石との間で発生する磁場による引力で上部に収縮される。前記平面円形コイルと前記永久磁石との間で発生する磁場は、平面円形コイルへ印加する電流量に依存するため、印加する電流量を調節して、燃料電池に供給される液体燃料の分量および流速を適切に調節できる。また、前記蛇腹状の燃料タンク本体を収縮するのに必要な電流量は極小さいため、燃料の供給に使用する消費電流量は少なくてすむ。さらには、前記蛇腹状の燃料タンク本体の収縮および膨張は、極めてゆっくりと進行するため、疲労が発生せず、半永久的に使用できる。さらには、前記蛇腹状の燃料タンク本体の収縮および膨張は、極めてゆっくりと進行するため、疲労が発生せず、半永久的に使用できる。

前記キャビティ板は、前記燃料流出口に対応する位置に形成され、前記燃料タンクから移動された液体燃料が流入される燃料流入口と、前記燃料流入口に流入された燃料が貯蔵される少なくとも１つのキャビティを含む。

前記キャビティはその底面および側面は壁で形成されており、その上部面は開放されている、凹の形態をなしている。

前記ノズル板は、前記キャビティに貯蔵された液体を上部に移動させる複数のノズルと、上部の二酸化炭素及び水蒸気を前記ノズル板の側面に排出する少なくとも１つのチャネルを含む。これにより、燃料電池の効率を向上することができる。

前記ノズルは前記キャビティに対応する位置に形成される。

１つ以上の複数個の前記ノズルは、所定間隔隔離され、かつ前記キャビティに形成されている前記燃料流入口が位置する方向に沿って一列に形成され、前記ノズルの複数の列は、所定間隔隔離され、かつ前記キャビティに形成されている前記燃料流入口が位置する方向と垂直な方向に、前記チャネルと交互に並んでいる。

前記チャネルは上部が開放された凹の形をなして前記ノズル板に形成されており、前記チャネルの両端部のうち少なくとも１つ以上の端部が前記ノズル板の側面に向かって開放されている。

これらの燃料供給装置のメカニズムは単純であり、その製造が容易である。また、燃料タンクに燃料を再充電する過程においても非汚染で再充電ができる。

本発明による直接メタノール燃料電池用燃料供給装置は、平面円形コイルと永久磁石を含む蛇腹状の燃料タンクを使用する。電力消耗を最小限に平面円形コイルと永久磁石間の磁場により生じる斥力または引力の大きさを調節して、燃料電池に供給される液体燃料の分量および流速を能動的に調節することができ、かつ低消費電力が実現する。また、本発明の燃料供給装置はチャネルが形成されたノズル板を含んで燃料電池で発生する反応副産物を効率よく除去できるため、燃料電池の効率を向上させられる。

さらに、本発明に係る燃料供給装置は、燃料供給メカニズムが単純化され、その製造が容易になる長所も有する。また、燃料タンクに燃料を再充電する過程においても非汚染での再充電ができる。

本明細書に添付された図面で同一に働く同一な構成要素は各図面において同一な符号で表現される。

はじめに、本発明の一実施形態である直接メタノール燃料電池用液体燃料供給装置について、図を用いて詳細に説明する。
＜液体燃料供給装置の一実施例＞
［構造と作用］
図２は本発明の一実施形態に係る直接メタノール燃料電池用液体燃料供給装置の概略的な断面図である。図２を参照すると、燃料供給装置は燃料タンク１００と、その上部に積層され形成されたキャビティ板２００と、キャビティ板２００の上部に形成されたノズル板３００とを含む。

燃料タンク１００は液体燃料が貯蔵される蛇腹状の燃料タンク本体１４０を含む。

燃料容器は蛇腹状の構造である。これにより、容器全体には外部から物理的な力が加わり、容器は収縮したり膨張したりする形態となる。蛇腹状の容器は主に液体を貯蔵して携帯するのに使われる。蛇腹状の容器の上端部には液体の流入口と流出口とを備えており、液体が注入されることによって蛇腹状の容器が膨張し、また、この蛇腹状の容器に物理的な力を加えて収縮させ流出口を通して液体を外部に流出させる。

蛇腹状の燃料タンク本体１４０は蛇腹状で形成され、外部の物理的な力によって収縮される。この蛇腹状の燃料タンク本体１４０の上部にはキャビティ板２００が形成されており、蛇腹状の燃料タンク本体１４０はキャビティ板２００について着脱が可能である。蛇腹状の燃料タンク本体１４０の内部には液体燃料が貯蔵される。貯蔵された液体燃料が消耗されて蛇腹状の燃料タンク本体１４０が収縮されれば、蛇腹状の燃料タンク本体１４０をキャビティ板２００から取り外し、その後蛇腹状の燃料タンク本体１４０内部には外部から液体燃料を再充填する。液体燃料が再充填されれば、蛇腹状の燃料タンク本体１４０は再び膨張する。液体燃料を再充填した後、蛇腹状の燃料タンク本体１４０を再びキャビティ板２００に取付けて使用する。

図３ａ及び図３ｂは図２の燃料タンク１００の断面を示した図である。

図３ａを参照すると、燃料タンク１００の本体１４０は下端部１４１及び上端部１４２を備えて形成される。この端部１４１、１４２は、蛇腹状の燃料タンク本体１４０の収縮及び膨張の際に蛇腹状の燃料タンク本体１４０の形態を支持して歪みが発生しないようにする役割を果たす。また、上端部１４２の周上において中心から対称な位置、すなわち上端部１４２の両端には、燃料流出口１４３が形成されている。この燃料流出口１４３は、蛇腹状の燃料タンク本体１４０の内部の液体燃料が外部に流出される際の液体燃料の出口であり、燃料タンク１００をキャビティ板２００から着脱する場合には連結部の役割を果たす。また、下端部１４１は、蛇腹状の燃料タンク本体１４０に取付けられる小型の永久磁石１３０が接合されうる位置である。

蛇腹状の燃料タンク本体１４０および下端部１４１の下部には基板１１０が形成され、この基板１１０上の所定領域に平面円形コイル１２０が接合され形成される。蛇腹状の燃料タンク本体１４０の下端部１４１には、小型の永久磁石１３０が接合され形成されている。そして、この小型の永久磁石１３０は、平面円形コイル１２０の上部で、かつ平面円形コイル１２０と対応する位置に形成されている。また、この複数個の小型の永久磁石１３０は所定の間隔隔離されて形成されている。

平面円形コイル１２０は燃料供給装置が提供される外部電源(図示せず)と連結されている。平面円形コイル１２０は外部電源から電流を印加されて磁場を発生する。すると、平面円形コイル１２０と、平面円形コイル１２０の上部に位置している小型の永久磁石１３０との間には斥力が発生する。平面円形コイル１２０は固定された基板１１０上に形成されたものなので、この斥力によって蛇腹状の燃料タンク本体１４０の下端部１４１が上部に押される。即ち、蛇腹状の燃料タンク１４０の上端部は位置固定されているため、蛇腹状の燃料タンク１４０の荷担部が上部へ押される。これによって燃料タンク本体１４０が収縮される。

平面円形コイル１２０と小型の永久磁石１３０との間に発生する斥力の強度は、平面円形コイル１２０に印加される電流量に依存する。従って、平面円形コイル１２０に印加される電流量を調節することにより燃料電池に供給される液体燃料の分量および流速を適切に調節することができる。また、平面円形コイル１２０に印加され蛇腹状の燃料タンク本体１４０を収縮させるのに消耗される電流量は極めて少ないため、液体燃料の供給のために消耗される電流量を最小限に押さえることができる。

図３ｂは平面円形コイル１２０と小型の永久磁石１３０との間の斥力によって、図３ａに示した蛇腹状の燃料タンク本体１４０が収縮された状態を示した図である。図面の矢印は蛇腹状の燃料タンク本体１４０の収縮方向を示す。蛇腹状の燃料タンク本体１４０が収縮されることによって蛇腹状の燃料タンク本体１４０内部に貯蔵された液体燃料には圧力が加わる。この圧力により液体燃料は燃料流出口１４３を通して上部に供給される。燃料流出口１４３を通して蛇腹状の燃料タンク本体１４０の内部に貯蔵された液体燃料が全て流出されれば、燃料タンク１００をキャビティ板２００から取出す。

次に、外部液体燃料筒(図示せず)と燃料流出口１４３とを連結する。平面円形コイル１２０に外部電源から電流を印加して磁場を発生させる。この際、平面円形コイル１２０に印加する電流の方向は、蛇腹状の燃料タンク本体１４０を収縮する際に印加した電流の逆方向に印加する。電流を印加されると平面円形コイル１２０には磁場が発生し、この磁場によって平面円形コイル１２０と小型の永久磁石１３０との間には引力が発生する。引力が発生すると、蛇腹状の燃料タンク本体１４０の上端部１４２は外部液体燃料筒（図示せず）に連結されているので、本体下端部１４１が引力の影響を受けて基板側に移動される。つまり、本体下端部１４１は収縮方向とは逆の方向へ移動する。これにより蛇腹状の燃料タンク本体１４０は膨張する。

蛇腹状の燃料タンク本体１４０が膨張すると蛇腹状の燃料タンク本体１４０内部の圧力が外部に比べて低くなるので、液体燃料が燃料流出口１４３に連結された外部液体燃料筒（図示せず）から蛇腹状の燃料タンク本体１４０の内部に吸い込まれる。この場合、燃料流出口１４３は外部燃料を再充填する燃料流入口の役割を果たす。蛇腹状の燃料タンク本体１４０が完全に膨張され、その内部に燃料が十分貯蔵されると、蛇腹状の燃料タンク本体１４０を再びキャビティ板２００に取付けて使用する。

蛇腹状の燃料タンク本体１４０の収縮及び膨張は極めてゆっくり進行するので、蛇腹状の燃料タンク本体１４０の疲労が発生しない。従って、蛇腹状の燃料タンク本体１４０は半永久的に使用することが可能である。さらに、燃料供給メカニズムが単純化されており、その製造が容易である。
＜液体燃料供給装置の他の実施例＞
［構造と作用］
次に、本発明の他の実施形態である直接メタノール燃料電池用液体燃料供給装置について、図を用いて詳細に説明する。

図４は本発明の燃料供給装置の他の実施形態を示す。図５a及び図５bは、図４の燃料タンク１００の断面をさらに詳細に示した図である。

図４を参照すると、燃料供給装置は燃料タンク１００とその上部に順次に積層されたキャビティ板２００及びノズル板３００を含む。

図５ａを参照すると、燃料タンク１００は図３ａ及び図３ｂの燃料タンクと同様に、蛇腹状の燃料タンク本体１４０を含み、蛇腹状の燃料タンク本体１４０の上端部１４２及び下端部１４１を備え、上端部１４２の周上において中心から対称な位置、即ち上端部１４２の両端には、燃料流出口１４３が形成される。

また、蛇腹状の燃料タンク本体１４０の下端部１４１には平面円形コイル１２０が接合され形成され、蛇腹状の燃料タンク本体１４０の上端部１４２上には棒状の永久磁石１３０が接合され形成される。これが、本発明の一実施形態と他の実施形態との相違点である。図５では、永久磁石１３０は１つの棒状に形成されているが、図２の実施形態のように永久磁石１３０は小型のものを複数個使用してもよい。

平面円形コイル１２０は外部電源(図示せず)と連結されており、外部電源（図示せず）から電流を印加される。平面円形コイル１２０には外部電源（図示せず）より電流が流れて磁場が発生し、この磁場によって平面円形コイル１２０と棒状の永久磁石１３０との間には引力が発生する。蛇腹状の燃料タンク本体１４０の上端部１４２はキャビティ板２００に取り付けられ固定されているので、燃料タンク下端部１４１が引力により上部に上昇する。これにより蛇腹状の燃料タンク本体１４０は収縮される。

平面円形コイル１２０と棒状の永久磁石１３０との間に発生する引力の強度は、平面円形コイル１２０に印加される電流量に依存する。従って、平面円形コイル１２０に印加する電流量を調節することにより、燃料電池に供給される液体燃料の分量および流速を適切に調節することができる。また、平面円形コイル１２０に印加され蛇腹状の燃料タンク本体１４０を収縮させるのに消耗される電流量は極端に少ないため、燃料の供給のために消耗される電流量を最小限に押さえるができる。

図５ｂは図５ａの蛇腹状の燃料タンク本体１４０が収縮した時の断面を示した図である。図５ｂを参照すると、蛇腹状の燃料タンク本体１４０が収縮されその下端部１４１が上昇した状態を示す。図面の矢印は蛇腹状の燃料タンク本体１４０が収縮される方向を示している。一方、燃料タンク本体の上端部１４２はキャビティ板２００に取り付けられて固定されているので動かない。蛇腹状の燃料タンク本体１４０が収縮されることによってその内部に貯蔵された液体燃料には圧力が作用する。これにより液体燃料は燃料流出口１４３を通して上部に流出される。

燃料流出口１４３を通して蛇腹状の燃料タンク本体１４０の内部に貯蔵された液体燃料が全て流出されれば、燃料タンク１００をキャビティ板２００から取出す。次に、外部液体燃料筒(図示せず)と燃料流出口１４３とを連結して、平面円形コイル１２０に外部電源（図示せず）から電流を印加して磁場を発生させる。この際、電流は蛇腹状の燃料タンク本体１４０を収縮する際に印加した電流の逆方向に印加する。電流を印加されると平面円形コイル１２０には磁場が発生し、この磁場により平面円形コイル１２０と棒状の永久磁石１３０との間には斥力が発生する。斥力が発生すると、蛇腹状の燃料タンク本体１４０の上端部１４２は外部液体燃料筒（図示せず）に連結されているので、本体下端部１４１が斥力の影響を受けて収縮方向の逆方向へ移動する。よって蛇腹状の燃料タンク本体１４０は膨張する。

蛇腹状の燃料タンク本体１４０が膨張すると、蛇腹状の燃料タンク本体１４０の内部の圧力が外部に比べて低くなるため、液体燃料は燃料流出口１４３に連結された外部液体燃料筒（図示せず）から蛇腹状の燃料タンク本体１４０の内部に吸い込まれる。この場合、燃料流出口１４３は外部燃料を再充填する燃料流入口の役割を果たす。蛇腹状の燃料タンク本体１４０が完全に膨張されてその内部に燃料が十分貯蔵されれば、蛇腹状の燃料タンク本体１４０を再びキャビティ板２００に取付けて使用する。

蛇腹状の燃料タンク本体１４０の収縮及び膨張は極めてゆっくり進行するので、蛇腹状の燃料タンク本体１４０の疲労が発生しない。従って、蛇腹状の燃料タンク本体１４０は半永久的に使用することが可能である。さらに、燃料供給メカニズムが単純化されており、その製造が容易である。
＜キャビティ板＞
［構造と作用］
次に、キャビティ板２００について図を用いて詳細に説明する。

図６は図２及び図４のキャビティ板２００の平面図である。

図６を参照すると、キャビティ板２００は燃料流入口２１０とキャビティ２２０とを含む。燃料流入口２１０は、キャビティ板２００の下部に位置している燃料タンク１００の燃料流出口１４３に対応する位置に形成されている。つまり、燃料流出口１４３の真上にキャビティ板２００の燃料流入口２１０が形成されている。また、キャビティ２２０は、燃料供給装置が提供された燃料電池に対応する位置に形成されている。図面の矢印は燃料の流入経路を簡単に示している。

燃料流出口１４３を通して流出された液体燃料は、燃料流入口２１０を通してキャビティ板２００に移動する。従って、燃料流入口２１０のサイズ及び位置は燃料流出口１４３に対応して形成される。また、燃料流入口２１０は上下が開いている、即ち上下が貫通している筒状の構造で形成される。さらに、燃料流入口２１０はキャビティ板２００の両端に形成され、燃料流出口１４３が向かい合って位置しているのと同様に燃料流入口２１０も向かい合う位置に形成される。

キャビティ２２０は１つまたはそれ以上形成されうる。形成されるキャビティ２２０の数は製造の容易性、燃料供給装置が提供される燃料電池の形態などに依存する。キャビティ２２０はその底面および側面は壁で形成されて上部面は開放された、凹んだボウルのような形態である。燃料タンク１００から移動された液体燃料は燃料流入口２１０を通してこのキャビティ２２０に貯蔵され、キャビティ２２０の上部に形成されたノズル３１０を介して一定した流速で均一に上部に噴射される。

キャビティ２２０と燃料流入口２１０との間には壁が形成される。または、壁に微細なマイクロチャネル(図示せず)を形成して燃料流入口２１０とキャビティ２２０とを連結することができる。マイクロチャネル（図示せず）はその直径が微細なので、燃料流入口２１０に移動した液体燃料は毛細管力によってキャビティ２２０に容易に移動することができる。さらにマイクロチャネル（図示せず）は、液体燃料がキャビティ２２０から燃料流入口２１０に逆流することを防止することもできる。
＜ノズル板＞
［構造と作用］
次に、ノズル板３００について図を用いて詳細に説明する。

図７は図２及び図４のノズル板の平面図である。図７を参照すると、ノズル板３００はノズル３１０とチャネル３２０とを含む。

複数個のノズル３１０は、所定間隔隔離され、ノズル３００下部のキャビティ２００に形成されている燃料流入口２１０が位置している方向に沿ってノズル板３００上に列をなして形成される。また、液体燃料はノズル３１０を介してその下部に存するキャビティ２００から上部に噴射される。このため、ノズル３１０は下部のキャビティ２００の位置に対応して形成される。図７中における一部分を拡大した図は、ノズル３１０とチャネル３２０の断面を示したものであり、ノズル３１０の内部の矢印は液体燃料が流れる方向を示している。

ノズル３１０の複数の列は、ノズル板３００上に、キャビティ２００に形成されている燃料流入口２１０と垂直な方向に所定間隔隔離しながら並んで形成されている。また、ノズル３１０の複数の列の間にはチャネル３２０が形成される。即ち、ノズル３１０の複数の列とチャネル３２０は、ノズル板３００上に交互に並んで形成される。チャネル３２０は上部が開放されている凹の形をなして、ノズル板３００に形成されている。即ち、チャネル３２０はノズル３００について溝状に形成されている。図７に示した実施形態では、チャネル３２０の両端部はノズル板３００の側面について開放されている、即ちチャネルの端から端へ貫通している形態であるが、両端部のうちのどちらか片方の端部がノズル板３００の側面について開放された形態でもよい。

燃料供給装置は、その上部に燃料電池が取付けられ使われる。燃料電池で化学反応が起った後に発生したエネルギーは電子装置に使用され、反応副産物である二酸化炭素と水蒸気は生成と同時に除去されることが好ましい。二酸化炭素と水蒸気が燃料電池に残存すれば、燃料電池から期待される化学反応を阻害して燃料電池の効率を低下するからである
燃料電池から発生した二酸化炭素と水蒸気は、燃料電池の下部形成されているノズル板３００のチャネル３２０に流入され、このチャネル３２０に沿ってノズル板３００の側面に排出される。これにより、燃料電池から発生した二酸化炭素と水蒸気を除去することができ、燃料電池の効率を向上させることができる。そして、燃料タンクに燃料を再充電する過程においても非汚染の再充電ができる。
＜燃料電池取り付け実施例＞
［構造と作用］
次に、本発明の燃料供給装置の上部に燃料電池が取り付けられ使用される実施例について、図を用いて詳細に説明する。

図８及び図９はそれぞれ図２及び図３の直接メタノール燃料電池用燃料供給装置の上部に燃料電池が取付けられ使用される断面を示した参考図である。

図８を参照すると、燃料タンク１００とその上部に順次にキャビティ板２００、及びノズル板３００が積層され燃料供給装置を形成し、ノズル板３００の上部には燃料電池４００が形成されている。

蛇腹状の燃料タンク本体１４０の内部には液体燃料が貯蔵されている。基板１１０上に形成された平面円形コイル１２０に外部電源(図示せず)から電流を印加すると、平面円形コイル１２０には磁場が発生する。これにより、燃料タンク１４０本体の下端部(図示せず)に接合され形成されている小型の永久磁石１３０と平面円形コイル１２０との間には斥力が発生する。この斥力と、燃料タンク本体１４０の上端部１４２は固定されていることにより、蛇腹状の燃料タンク本体１４０の下端部１４１は上部に押し上がる。即ち、蛇腹状の燃料タンク本体１４０は収縮するようになる。

蛇腹状の燃料タンク本体１４０の収縮により、その内部に貯蔵された液体燃料には圧力が加わるので、液体燃料は燃料流出口１４３を通して上部に流出される。

平面円形コイル１２０に発生する磁場による斥力の強度は、平面円形コイル１２０に印加される電流量に依存する。よって、平面円形コイル１２０に流れる電流量を適切に調節することにより、燃料流出口１４３を通して流出される液体燃料の流速および分量を適切に調節することができる。

燃料流出口１４３を介して流出された液体燃料は、燃料流入口２１０を通してキャビティ板２００に移動してキャビティ２２０に貯蔵される。継続的な液体燃料の流入によって、キャビティ２２０に貯蔵された液体燃料は、その上部に形成されたノズル３１０を介してノズル板３００の上部に形成された燃料電池４００に供給される。

燃料電池４００内で起こる化学反応によって二酸化炭素と水蒸気が発生するが、この二酸化炭素と水蒸気は燃料電池４００の下部に形成されたノズル板３００に移動されノズル板３００のチャネル３２０を通してノズル板３００の外部に排出される。

図９を参照すると、燃料タンク１００とその上部には順次にキャビティ板２００、及びノズル板３００が積層され燃料供給装置を形成し、ノズル板３００の上部には燃料電池４００が形成されている。

燃料タンク本体１４０の内部には液体燃料が貯蔵されている。燃料タンク本体の下端部１４１に接合され形成された平面円形コイル１２０に外部電源(図示せず)から電流を印加すると、平面円形コイル１２０には磁場が発生する。これにより、燃料タンク本体の下端部１４１に接合され形成された平面円形コイル１２０と棒状の永久磁石１３０との間には引力が発生する。この引力と、燃料タンク本体１４０の上端部１４２は固定されていることから、蛇腹状の燃料タンク本体１４０の下端部１４１は上部に引っ張り上がる。すなわち、蛇腹状の燃料タンク本体１４０は収縮するようになる。

蛇腹状の燃料タンク本体１４０の収縮により、その内部に貯蔵された液体燃料には圧力が加わるので、液体燃料は燃料流出口１４３を通して上部に流出される。

平面円形コイル１２０に発生する磁場による引力の強度は、平面円形コイルに印加される電流量に依存する。従って、平面円形コイル１２０に流れる電流量を適切に調節することにより、燃料流出口を介して流出される液体燃料の流速および分量を適切に調節することができる。

燃料流出口１４３を介して流出された液体燃料は、燃料流入口２１０を通してキャビティ板２００に移動されキャビティ２２０に貯蔵される。液体燃料が引き続き流入されることによって、キャビティ２２０に貯蔵された液体燃料は、その上部に形成されたノズル３１０を介してノズル板３００の上部に形成された燃料電池４００に供給される。

燃料電池４００内で起こる化学反応によって、二酸化炭素と水蒸気が発生する。この二酸化炭素と水蒸気は燃料電池４００の下部に形成されたノズル板３００に移動され、ノズル板３００のチャネル３２０を介してノズル板３００の外部に排出される。

よって、本発明における直接メタノール燃料電池用燃料供給装置により、燃料電池４００に供給される液体燃料の分量および流速を適切に調節でき、液体燃料は継続的に均一に燃料電池４００へ供給することが可能であり、さらには液体燃料の供給に使う消費電力を節減することができる。そして、液体燃料４００の再充填が容易である。さらには、蛇腹状の燃料タンク本体１４０の収縮および膨張は極めてゆっくりと進行することから、タンクにおける疲労が発生せず半永久的に使用が可能であり、燃料電池４００から発生する反応副産物を早速除去して燃料電池４００の効率を向上させることもできる。さらには、燃料タンクに燃料を再充電する過程において非汚染の再充電ができる。

尚、本発明における直接メタノール燃料電池用燃料供給装置は、ノート型パソコンやモバイルホン、ＰＤＡなどの携帯用電子装置のエネルギー源として利用することができる。

直接メタノール燃料電池の概略図 本発明の一実施形態による直接メタノール燃料電池用燃料供給装置の概略図 図２の燃料タンクを詳細に示した断面図 図２の燃料タンクを詳細に示した断面図であり、図３aに示した燃料タンク本体が収縮された断面を示した図 本発明の他の実施形態による直接メタノール燃料電池用燃料供給装置の概略図 図４の燃料タンクを詳細に示した断面図 図４の燃料タンクを詳細に示した断面図であり、図５aに示した燃料タンク本体が収縮した断面を示した図 図２及び図４のキャビティ板の平面図 図２及び図４のノズル板の平面図 図２の直接メタノール燃料電池用燃料供給装置の上部に燃料電池が取付けられることを示す参考図 図４の直接メタノール燃料電池用燃料供給装置の上部に燃料電池が取付けられることを示す参考図

符号の説明

１００ 燃料タンク
１１０ 基板
１２０ 平面円形コイル
１３０ 永久磁石
１４０ 蛇腹状の燃料タンク本体
１４１ 下端部
１４２ 上端部
１４３ 燃料流出口
２００ キャビティ板
２１０ 燃料流入口
２２０ キャビティ
３００ ノズル板
３１０ ノズル
３２０ チャネル
４００ 燃料電池

Claims (14)

1. 液体燃料が貯蔵される燃料タンク、
   前記燃料タンクの上部に形成され、前記燃料タンクから移動した液体燃料が貯蔵されるキャビティ板、及び、
   前記キャビティ板の上部に形成され、前記キャビティ板に貯蔵された液体燃料を上方に噴射するノズル板、
   を有する燃料供給装置であり、
   前記燃料タンクが、収縮及び膨張可能な蛇腹状の燃料タンク本体、平面円形コイル、及び、永久磁石を含むこと、並びに、
   前記平面円形コイルにより発生する磁場が前記平面円形コイルと前記永久磁石との間に及ぼす斥力又は引力で、前記燃料タンク本体が収縮し又は膨張すること、
   を特徴とする直接メタノール燃料電池用燃料供給装置。
2. 前記燃料タンクが前記キャビティ板に対して着脱可能であることを特徴とする、請求項１に記載の直接メタノール燃料電池用燃料供給装置。
3. 前記燃料タンク本体が上端部に、前記燃料タンク本体の収縮により上方に液体燃料を流出させる燃料流出口を含むことを特徴とする、請求項１に記載の直接メタノール燃料電池用燃料供給装置。
4. 前記燃料流出口が、前記燃料タンク本体の上端部の周上で、前記上端部の中心に対して対称に配置されていることを特徴とする、請求項３に記載の直接メタノール燃料電池用燃料供給装置。
5. 前記燃料タンクが、前記燃料タンク本体の下に設置された基板を更に含むこと、
   前記平面円形コイルが前記基板上に形成されていること、及び、
   前記永久磁石が前記燃料タンク本体の下端部に接合され、前記平面円形コイルの上に設置されていること、
   を特徴とする、請求項３に記載の直接メタノール燃料電池用燃料供給装置。
6. 前記燃料タンク本体が、前記平面円形コイルにより発生する磁場から前記永久磁石の受ける斥力で上方に押されて収縮することを特徴とする、請求項５に記載の直接メタノール燃料電池用燃料供給装置。
7. 前記平面円形コイルが前記燃料タンク本体の下端部に接合されていること、及び、
   前記永久磁石が前記燃料タンク本体の上端部に接合されていること、
   を特徴とする、請求項３に記載の直接メタノール燃料電池用燃料供給装置。
8. 前記燃料タンク本体が、前記平面円形コイルにより発生する磁場から前記永久磁石の受ける引力で上方に押されて収縮することを特徴とする、請求項７に記載の直接メタノール燃料電池用燃料供給装置。
9. 前記キャビティ板が、
   前記燃料流出口に対応する位置に形成され、前記燃料タンクから移動する液体燃料を流入させる燃料流入口、及び、
   前記燃料流入口に流入した液体燃料が貯蔵される、少なくとも１つのキャビティ、
   を含むことを特徴とする、請求項１に記載の直接メタノール燃料電池用燃料供給装置。
10. 前記キャビティの底面及び側面が壁で封じられ、前記キャビティの上面が開放されている、請求項９に記載の直接メタノール燃料電池用燃料供給装置。
11. 前記ノズル板が、
    前記キャビティに貯蔵された液体燃料を上部に移動させる複数のノズル、並びに、
    上部の二酸化炭素及び水蒸気を前記ノズル板の側面に排出する、少なくとも１つのチャネル、
    を含むことを特徴とする、請求項１に記載の直接メタノール燃料電池用燃料供給装置。
12. 前記ノズルが、前記キャビティに対応する位置に形成されていることを特徴とする、請求項１１に記載の直接メタノール燃料電池用燃料供給装置。
13. 複数個の前記ノズルが、前記キャビティ板に形成されている前記燃料流入口に沿って所定の間隔で一列に形成されていること、及び、
    前記複数個のノズルから成る列が複数、所定の間隔で前記チャネルと交互に並んでいること、
    を特徴とする、請求項１１に記載の直接メタノール燃料電池用燃料供給装置。
14. 前記チャネルは、上部が開放された凹形であること、及び、前記チャネルの少なくとも一方の端部が前記ノズル板の側面で開放されていること、を特徴とする、請求項１１に記載の直接メタノール 燃料電池用燃料供給装置。

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