JP4316654B1 - 燃料電池装置 - Google Patents

Abstract

【課題】吸気フィルタの寿命を長くすることができる燃料電池装置を提供する。
【解決手段】発電に用いる燃料を発電部に供給する燃料カートリッジ１３の装置本体に対する挿脱時の動きに応じて、発電部に供給する空気を浄化する吸気フィルタ４１に振動を与える振動付与機構（燃料カートリッジ１３、吸気フィルタ４１の突起４３）を備える。これにより、定期的な燃料カートリッジ１３の交換の際の挿脱時における吸気フィルタ４１の振動により、吸気フィルタ４１に付着するゴミ（例えば、炭化水素系の化合物）を定期的に除去することができるので、エア流量低下による性能劣化を抑制することで吸気フィルタ４１の寿命を長くすることができ、ランニングコストを低く抑えることができる。
【選択図】 図６

Description

本発明は、燃料電池装置に関する。

現在、携帯可能なノート型のパーソナルコンピュータ（以下、ノートＰＣと称する）、モバイル機器等の電子機器の電源としては、主に、リチウムイオンバッテリなどの二次電池が用いられている。

近年、これらの電子機器の高機能化に伴う消費電力の増加や更なる長時間使用の要請から、高出力で充電の必要ない小型の燃料電池装置が新たな電源として期待されている。この種の燃料電池装置のうち、例えばメタノール水溶液を循環させるダイレクトメタノール型の燃料電池装置（以下、ＤＭＦＣ（Direct Methanol Fuel Cell）と称する）は、水素を燃料とする燃料電池装置に比べて燃料の取り扱いが容易で、かつシステム全体が簡易であることから、電子機器用の電源として注目されている。

従来のＤＭＦＣは、燃料極、空気極および電界質膜を有するＤＭＦＣスタックと、このＤＭＦＣスタックの燃料極にメタノール水溶液を供給する燃料供給路と、ＤＭＦＣスタックの空気極に空気を供給する空気供給路とを備えている。空気供給路は、発電に供する空気を大気中から吸い込む吸気口を有している。

ＤＭＦＣスタックの燃料極では、メタノールが水と反応して酸化され、二酸化炭素、水素イオンおよび電子が生成される。水素イオンは、電界質膜を透過して空気極に到達する。空気極では、空気中の酸素が水素イオンおよび電子と結合して還元され、水を生成する。この時、燃料極および空気極の間に接続された外部回路に電子が流れて、発電動作が実行されるようになっている。

ところで、ＤＭＦＣスタックに供給される空気中に例えば炭化水素系の化合物が含まれていると、この化合物が空気極に付着し、この空気極上での還元反応を阻害する原因となる。特に還元反応の阻害は、ＤＭＦＣの発電性能の低下に繋がるために、還元反応用の酸素を空気中から取り込むに当っては、炭化水素系の化合物を空気中から速やかに除去することが必要となる。

このため、従来のＤＭＦＣでは、吸気口から空気極に至る空気供給路に吸気フィルタを配置している。この吸気フィルタは、吸気口から吸い込まれた空気を浄化するためのものであり、空気中に含まれる炭化水素系の化合物を吸着する機能を有している（例えば、特許文献１，２参照）。

特開２００１−１８５１９３号公報 特開２００７−１８８６４０号公報

ＤＭＦＣの本来の発電性能を持続させるためには、吸気フィルタの浄化性能を高く維持することが重要となる。そのため、吸気フィルタは、浄化性能の低下を防ぐために頻繁に交換することが望ましいものとなる。

ところが、上記特許文献１に開示された技術によれば、空気を浄化する吸気フィルタを備えてはいるものの、この吸気フィルタを頻繁に交換することを何等想定しておらず、吸気フィルタの浄化性能を維持するための具体的な構成が記載されていない。

一方、特許文献２に開示された技術によれば、燃料カートリッジ内にエアフィルタを有し、カートリッジの交換毎に新フィルタとなることでフィルタ効果の低下を防いでいるが、エアフィルタを使い捨てることになりコストが増加するという問題がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、吸気フィルタの寿命を長くすることができる燃料電池装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の燃料電池装置は、装置本体と、前記装置本体に収容され、発電機能を発揮する発電部と、前記装置本体に対して挿脱自在に収納され、発電に用いる燃料を前記発電部に供給する燃料カートリッジと、前記発電部に供給する空気を大気中から吸い込む吸気口と、前記吸気口を覆い、空気を浄化する吸気フィルタと、前記燃料カートリッジの前記装置本体に対する挿脱時の動きに応じて前記吸気フィルタに振動を与える振動付与機構と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、吸気フィルタの寿命を長くすることができる、という効果を奏する。

以下に添付図面を参照して、この発明にかかる燃料電池装置の最良な実施の形態を詳細に説明する。

［第１の実施の形態］
本発明の第１の実施の形態を図１ないし図７に基づいて説明する。ここで、図１は本発明の第１の実施の形態にかかる燃料電池装置１を示す斜視図、図２は燃料電池装置１にポータブルコンピュータ２を接続した状態を示す斜視図、図３は燃料電池装置１の内部構成を示す斜視図である。図１ないし図３に示す燃料電池装置１は、メタノール水溶液を循環させるダイレクトメタノール型の燃料電池装置（ＤＭＦＣ（Direct Methanol Fuel Cell））である。図２に示すように、燃料電池装置１は、ポータブルコンピュータ２の電源として使用可能な大きさを有している。

図１ないし図３に示すように、燃料電池装置１は、装置本体３と載置部４とを有している。装置本体３は、ポータブルコンピュータ２の幅方向に沿う細長い箱状をなしている。載置部４は、ポータブルコンピュータ２の後端部を載置し得るように、装置本体３の前端から水平に突出している。載置部４の上面に電源コネクタ５が配置されている。電源コネクタ５は、載置部４の上にポータブルコンピュータ２を載せた時に、このポータブルコンピュータ２に電気的に接続されるようになっている。

装置本体３は、ベース６（図３参照）と、このベース６を覆うトップカバー７とを有している。ベース６およびトップカバー７は、互いに協働して中空の閉塞領域８を規定している。閉塞領域８は、基本的に燃料電池装置１を使用するユーザがアクセスすることを禁止するセクションであって、装置本体３の大部分を占有している。

ベース６は、ホルダ支持部９を有している。ホルダ支持部９は、装置本体３の長手方向に沿う一端に位置するとともに、トップカバー７で覆われることなく閉塞領域８の外方に突出している。ホルダ支持部９の上にホルダ１０が取り付けられている。ホルダ１０は、底壁１１ａ、一対の側壁１１ｂ，１１ｃおよび仕切り壁１１ｄを有している。底壁１１ａは、ホルダ支持部９の上に置かれている。側壁１１ｂ，１１ｃは、装置本体３の幅方向に互いに間隔を存して向かい合っている。仕切り壁１１ｄは、閉塞領域８とホルダ１０との間を仕切るように、底壁１１ａから起立している。

図３に示すように、ホルダ１０は、燃料カートリッジ１３を取り外し可能に支持している。燃料カートリッジ１３は、電池構成要素の一例であり、この燃料カートリッジ１３の内部に例えば発電に供する燃料としての高濃度メタノールが充填されている。燃料カートリッジ１３は、中空の箱状をなすとともに、その一端面に燃料供給口１４（図４参照）を有している。燃料カートリッジ１３は、燃料が空となった時点でホルダ１０から取り外され、新たな燃料カートリッジ１３がホルダ１０に取り付けられる。言い換えると、燃料カートリッジ１３は、交換可能にホルダ１０に支持されている。

燃料カートリッジ１３は、蓋１５で覆われている。蓋１５は、トップカバー７に連続するようにホルダ１０に取り外し可能に支持されている。この蓋１５は、ホルダ１０と協働して中空の開放領域１６を規定している。開放領域１６は、基本的にユーザが自由にアクセスできるユーザアクセス領域の一例であり、上記仕切り壁１１ｄを介して閉塞領域８と仕切られている。燃料カートリッジ１３は、開放領域１６に収容されている。

蓋１５は、燃料カートリッジ１３を交換する時に、ホルダ１０から取り外される。蓋１５を取り外した状態では、燃料カートリッジ１３やホルダ１０が装置本体３の外に露出するようになっている。

図３に示すように、装置本体３の閉塞領域８には、混合タンク２０、ＤＭＦＣスタック２１、第１の凝縮器２２および第２の凝縮器２３が収容されている。

混合タンク２０は、高濃度メタノールを希釈して例えば濃度数％〜数十％のメタノール水溶液を生成するためのものである。混合タンク２０は、ベース６に支持されるとともに、仕切り壁１１ｄを間に挟んで燃料カートリッジ１３と隣り合っている。混合タンク２０は、燃料ポンプ２５を介して燃料カートリッジ１３と接続され、燃料ポンプ２５は燃料カートリッジ１３内の高濃度メタノールを混合タンク２０に送り込む。

ＤＭＦＣスタック２１は、発電部として機能するものであり、メタノールの化学反応を利用して発電を行う燃料電池の一例である。ＤＭＦＣスタック２１は、燃料極（アノード）と、空気極（カソード）と、これら両極の間に介在される電界質膜とを有している。ＤＭＦＣスタック２１は、ベース６に支持されるとともに、装置本体３の長手方向に沿う中間部に位置している。

ＤＭＦＣスタック２１の燃料極（アノード）は、送液ポンプ３１（図４参照）を介して混合タンク２０に接続され、送液ポンプ３１は混合タンク２０内のメタノール水溶液をＤＭＦＣスタック２１の燃料極（アノード）に送り込む。

ＤＭＦＣスタック２１の燃料極（アノード）の他端は、燃料戻し管（図示せず）を介して混合タンク２０に接続されている。燃料戻し管は、ＤＭＦＣスタック２１の燃料極（アノード）から排出される未反応のメタノール水溶液や燃料極（アノード）での酸化反応により生成された二酸化炭素を混合タンク２０に戻すためのものである。未反応のメタノール水溶液および二酸化炭素は、燃料極（アノード）から排出される排出物質の一例であり、燃料極（アノード）から排出された直後では、ＤＭＦＣスタック２１の発電動作時の熱影響を受けてメタノール水溶液の水温が６０℃以上となっている。

第１の凝縮器２２は、燃料戻し管の途中に介在されている。第１の凝縮器２２は、燃料極（アノード）から混合タンク２０に戻るメタノール水溶液を冷却するためのものである。第１の凝縮器２２は、メタノール水溶液が流れる管３３と、この管３３に熱的に接続された複数の放熱フィン３４とを有している。

一方、ＤＭＦＣスタック２１の空気極（カソード）の一端に空気供給管３５が接続されている。空気供給管３５は、上記閉塞領域８に収容されるとともに、ＤＭＦＣスタック２１から上記ホルダ１０の仕切り壁１１ｄに向けて直線状に延びている。

仕切り壁１１ｄは、吸気口３６（図４参照）を有している。吸気口３６は、発電に供する空気を大気中から吸い込むためのものであり、上記開放領域１６に向けて開口している。このため、吸気口３６は、装置本体３の長手方向に沿う一端部に位置しており、この吸気口３６にＤＭＦＣスタック２１から延びる空気供給管３５が接続されている。さらに、装置本体３のトップカバー７は、吸気口３６に対応する位置に複数の通気孔７ａを有している。

空気供給管３５は、送気ポンプ３７を有している。送気ポンプ３７は、吸気口３６から吸い込んだ空気をＤＭＦＣスタック２１の空気極（カソード）に送り込むためのものである。この送気ポンプ３７は、ＤＭＦＣスタック２１と吸気口３６との間に位置している。

ＤＭＦＣスタック２１の空気極（カソード）の他端には、第２の凝縮器２３が接続されている。第２の凝縮器２３は、空気極（カソード）から排出される水蒸気や水のような物質を冷却するためのものである。第２の凝縮器２３は、回収タンク（図示せず）を有している。回収タンクは、空気極２８から排出される水および水蒸気から回収された水を貯溜するためのものであり、この第２の凝縮器２３で水分が分離された気体成分は、第２の凝縮器２３から大気中に放出される。

なお、第２の凝縮器２３には混合タンク２０も接続されており、第２の凝縮器２３は、混合タンク２０に戻された二酸化炭素も冷却する。第２の凝縮器２３に導かれた二酸化炭素は、第２の凝縮器２３から大気中に放出される。

図３に示すように、第１の凝縮器２２および第２の凝縮器２３は、装置本体３の他端部に設置されており、上記燃料カートリッジ１３に対し混合タンク２０やＤＭＦＣスタック２１を間に挟んだ反対側に位置している。第１および第２の凝縮器２２，２３は、互いに間隔を存して向かい合うようにベース６に支持されており、これら凝縮器２２，２３の間に第１および第２のファン５０，５１が配置されている。

したがって、本実施の形態では、燃料カートリッジ１３、混合タンク２０、送気ポンプ３７、ＤＭＦＣスタック２１、第１および第２の凝縮器２２，２３は、装置本体３の長手方向に沿って一列に並んでいる。

第１のファン５０は、第１の凝縮器２２に重なり合っている。第１のファン５０が動作すると、第１の凝縮器２２を通り抜けて第１のファン５０に向うような冷却風の流れが形成され、この冷却風により第１の凝縮器２２が冷却される。第１の凝縮器２２を冷却した冷却風は、第１のファン５０の吐出口から吐き出される。

また、第２のファン５１は、第２の凝縮器２３に重なり合っている。第２のファン５１が動作すると、第２の凝縮器２３を通り抜けて第２のファン５１に向うような冷却風の流れが形成され、この冷却風により第２の凝縮器２３が冷却される。第２の凝縮器２３を冷却した冷却風は、第２のファン５１の吐出口から吐き出される。さらに、第２の凝縮器２３から排出される二酸化炭素のような不純物にしても、冷却風の流れに乗じて第２のファン５１の吐出口から吐き出される。

なお、第１および第２のファン５０，５１の各吐出口は、装置本体３の他端の方向を指向するように開口している。装置本体３は、その他端に排気口５２を有している。排気口５２は、装置本体３のトップカバー７に形成されて、第１および第２のファン５０，５１の各吐出口と向かい合っている。そのため、第１および第２のファン５０，５１の各吐出口から吐き出される冷却風および二酸化炭素のような不純物は、排気口５２を通じて装置本体３の外に排出される。

この排気口５２の開口方向は、上記吸気口３６の開口方向とは逆向きとなっている。言い換えると、発電用の空気を吸い込む吸気口３６は、排気口５２から装置本体３の長手方向に遠ざかった位置において、排気口５２とは異なる方向に向けて開口している。したがって、発電に必要な酸素濃度が低く、かつ二酸化炭素のような不純物を含む気体が排気口５２から排出されていても、吸気口３６が排気口５２から排出される気体を吸い込み難くなる。

次に、ホルダ１０に対する燃料カートリッジ１３の挿脱方法について説明する。図４は、ホルダ１０に装着した状態の燃料カートリッジ１３を示す縦断側面図である。図４に示すように、ホルダ１０には、燃料カートリッジ１３の挿脱方向を案内するためのガイド６１が設けられている。燃料カートリッジ１３は、このガイド６１に沿ってホルダ１０に挿入される。ホルダ１０の仕切り壁１１ｄには、開放領域１６に露出しているカートリッジ接続口１７が設けられている。ガイド６１に沿ってホルダ１０に挿入された燃料カートリッジ１３の燃料供給口１４は、カートリッジ接続口１７に接続される。このような状態で、燃料カートリッジ１３内の高濃度メタノールはコンクポンプ３２により吸い出されアノード流路に導かれ、送液ポンプ３１によりＤＭＦＣスタック２１に導かれる。

また、図４に示すように、ホルダ１０に装着した状態の燃料カートリッジ１３の下方には、装置本体３のトップカバー７の複数の通気孔７ａに連通する吸気部４０が設けられている。吸気部４０は、前述した吸気口３６に対応する位置に設けられており、吸気口３６に対して吸気フィルタ４１を位置づける。吸気フィルタ４１は、一定の厚みを有する略直方体形状をなしており、例えば空気中に含まれる炭化水素系の化合物を吸着する機能を有している。吸気フィルタ４１は、ホルダ１０の燃料カートリッジ１３の挿入方向から挿脱可能に嵌め込まれている。これにより、吸気フィルタ４１の端面が吸気口３６を覆い、吸気口３６を開放領域１６に露出させないようにしている。このような吸気フィルタ４１は、空気供給管３５の延長線上に位置している。また、この吸気フィルタ４１と送気ポンプ３７とは、直線状の位置関係を保つように互いに並んでいる。そして、送気ポンプ３７が駆動すると、吸気部４０内の空気が吸気フィルタ４１を介して吸気口３６から吸い込まれ、吸い込まれた空気はＤＭＦＣスタック２１に導かれる。

また、吸気フィルタ４１の下方には付勢部材である板バネ４２が設けられており、板バネ４２の作用により吸気フィルタ４１は燃料カートリッジ１３側に付勢されている。

さらに、燃料カートリッジ１３の外周の一部には、溝形状の凹部１９が形成されている。吸気フィルタ４１は、ホルダ１０に装着された状態の燃料カートリッジ１３の凹部１９に対向する位置に、突起４３を設けている。図５に示すように、吸気フィルタ４１に設けられる突起４３は、燃料カートリッジ１３の凹部１９と寸法Ａの長さだけオーバラップする。

次に、ホルダ１０に対する燃料カートリッジ１３の挿脱動作について図６を参照しつつ説明する。図６（ａ）に示すように、燃料カートリッジ１３は蓋１５を取り外した状態の装置本体３の外部からガイド６１に沿って挿入される。燃料カートリッジ１３が一定の距離だけ挿入されると、図６（ｂ）に示すように、吸気フィルタ４１に設けられた突起４３と燃料カートリッジ１３の外部とが接触し、突起４３と燃料カートリッジ１３の凹部１９とがラップしている寸法Ａの長さ分だけ、吸気フィルタ４１が燃料カートリッジ１３とは反対の方向に押される。さらに、図６（ｂ）の状態から燃料カートリッジ１３が更に挿入されると、図６（ｃ）に示すように、燃料カートリッジ１３の凹部１９に吸気フィルタ４１に設けられた突起４３が入り込み、吸気フィルタ４１を燃料カートリッジ１３とは反対の方向に押していた力が開放され、吸気フィルタ４１は板バネ４２により燃料カートリッジ１３側に付勢される。このとき吸気フィルタ４１が振動するので、吸気フィルタ４１にゴミ等が付着していた場合、振動により吸気部４０の下方へとゴミ等が落下する。また、吸気フィルタ４１内に活性炭などのエア清浄剤が入っていた場合、振動によりエア清浄剤が撹拌される。

一方、ホルダ１０に対する燃料カートリッジ１３の取出し動作については、燃料カートリッジ１３が一定の距離だけガイド６１に沿って引き出されると、図６（ｂ）に示すように、吸気フィルタ４１に設けられた突起４３と燃料カートリッジ１３の外部とが接触し、突起４３と燃料カートリッジ１３の凹部１９とがオーバラップしている寸法Ａの長さ分だけ、吸気フィルタ４１が燃料カートリッジ１３とは反対の方向に押される。さらに、図６（ｂ）の状態から燃料カートリッジ１３が更に引き出されると、図６（ａ）に示すように、吸気フィルタ４１に設けられた突起４３が燃料カートリッジ１３から外れ、吸気フィルタ４１を燃料カートリッジ１３とは反対の方向に押していた力が開放され、吸気フィルタ４１は板バネ４２により燃料カートリッジ１３側に付勢される。このとき吸気フィルタ４１が振動するので、吸気フィルタ４１にゴミ等が付着していた場合、振動により吸気部４０の下方へとゴミ等が落下する。また、吸気フィルタ４１内に活性炭などのエア清浄剤が入っていた場合、振動によりエア清浄剤が撹拌される。

すなわち、燃料カートリッジ１３および吸気フィルタ４１の突起４３により振動付与機構が構成されている。

なお、吸気フィルタ４１の振動により吸気部４０内に落下したゴミ等は、吸気部４０に開閉自在な回収口などを設けるようにすれば、回収することができる。

続いて、燃料電池装置１の発電動作について図７を参照しつつ説明する。図７は、燃料電池装置１の発電動作の流れを概略的に示す模式図である。

燃料カートリッジ１３に貯えられた高濃度メタノールは、燃料ポンプ２５によって混合タンク２０に送り込まれる。この混合タンク２０には、ＤＭＦＣスタック２１の空気極（カソード）から回収された水およびＤＭＦＣスタック２１の燃料極（アノード）から排出される未反応の低濃度メタノールが戻される。そのため、高濃度メタノールは、混合タンク２０内で水および低濃度メタノールと混じり合って希釈され、所定の濃度のメタノール水溶液が生成される。

混合タンク２０で生成されたメタノール水溶液は、送液ポンプ３１によってＤＭＦＣスタック２１の燃料極（アノード）に送り込まれる。燃料極（アノード）では、メタノールが水と反応して酸化され、水素イオン、二酸化炭素および電子を生成する。水素イオンは、ＤＭＦＣスタック２１の電界質膜を透過して空気極（カソード）に達する。

燃料極（アノード）で生成された二酸化炭素は、未反応のメタノール水溶液と一緒に第１の凝縮器２２に導かれ、第１のファン５０から送られる冷却風により冷やされた後に、混合タンク２０に戻される。混合タンク２０に戻された二酸化炭素は、混合タンク２０内で気化するとともに、第２の凝縮器２３に流入する。

一方、発電に供する空気は、送気ポンプ３７の駆動により、吸気フィルタ４１を介して吸気口３６から吸い込まれ、吸い込まれた空気はＤＭＦＣスタック２１に導かれる。この時、吸気フィルタ４１は、空気中の塵埃を捕捉するとともに、この空気中に含まれる炭化水素系の化合物を吸着する。

吸気フィルタ４１で浄化された空気は、送気ポンプ３７を介してＤＭＦＣスタック２１の空気極（カソード）に送り込まれる。空気極（カソード）では、空気中の酸素が水素イオン、電子と結合して還元され、水蒸気が生成される。この時、燃料極（アノード）と空気極（カソード）との間に接続された外部回路に電子が流れて、発電動作が行われる。

空気極２８で生成された水蒸気は、混合タンク２０からの二酸化炭素と合流して第２の凝縮器２３に導かれる。第２の凝縮器２３では、第２のファン５１から送られる冷却風により水蒸気が冷却されて水となる。この水は回収タンクに一時的に貯溜される。水分が分離され、かつ二酸化炭素のような不純物を含む気体は、第２の凝縮器２３から排出されるとともに、この第２の凝縮器２３を通過した冷却風と共に第２のファン５１の吐出口から排気口５２に向けて吐き出される。

回収タンクに貯えられた水は、回収ポンプ４６を介して混合タンク２０に送り込まれ、高濃度メタノールを希釈するための水として再利用される。

このような燃料電池装置１によると、発電用の空気は、吸気フィルタ４１で浄化された後、吸気口３６に吸い込まれる。このため、空気中に含まれる塵埃および空気極（カソード）上での還元反応を阻害する炭化水素系の化合物を、夫々ＤＭＦＣスタック２１の上流で除去することができる。このため、燃料電池装置１の発電性能を維持できる。

吸気フィルタ４１は、燃料電池装置１の運転時間の経過に伴い次第に汚損し、浄化性能が徐々に低下するのを避けられない。そのため、燃料電池装置１の本来の発電性能を維持するためには、吸気フィルタ４１のメンテナンスを頻繁に行い、発電用の空気の浄化性能を持続させることが必要となる。

本実施の形態によれば、発電に用いる燃料をＤＭＦＣスタック２１に供給する燃料カートリッジ１３の装置本体３に対する挿脱時の動きに応じて、ＤＭＦＣスタック２１に供給する空気を浄化する吸気フィルタ４１に振動を与える振動付与機構を備えることにより、定期的な燃料カートリッジ１３の交換の際の挿脱時における吸気フィルタ４１の振動により、吸気フィルタ４１に付着するゴミ（例えば、炭化水素系の化合物）を定期的に除去することができるので、エア流量低下による性能劣化を抑制することで吸気フィルタ４１の寿命を長くすることができ、ランニングコストを低く抑えることができる。また、定期的な燃料カートリッジ１３の交換の際の挿脱時における吸気フィルタ４１の振動により、吸気フィルタ４１内の活性炭などの清浄剤を撹拌することができるので、清浄剤の性能低下を抑えることができる。よって、燃料電池装置１の発電性能の低下を防止でき、長期に亘って高出力が得られる。

なお、本実施の形態においては、吸気フィルタ４１に１つの突起４３を設けた例について説明したが、これに限るものではなく、吸気フィルタ４１に複数の突起４３を設けるよういにしても良い。吸気フィルタ４１に複数の突起４３を設けた場合には、吸気フィルタ４１の振動数が増えることになるので、ゴミ等の落下を促進させることができるとともに、エア清浄剤の撹拌を促進させることができる。

さらに、上記構成によると、吸気フィルタ４１、吸気口３６および送気ポンプ３７は、発電用空気の流れ方向に沿う上流側から下流側に向けて直線状に並んでいる。そのため、吸気フィルタ４１と送気ポンプ３７との間での圧力損失を最小限に抑えることができ、吸気フィルタ４１の浄化効率を高めることができる。

それとともに、空気を吸い込む時の吸気抵抗が小さくなり、送気ポンプ３７の負担が軽減される。よって、送気ポンプ３７の消費電力を抑えることができるといった利点がある。

なお、本実施の形態においては、燃料カートリッジ１３がガイド６１に沿ったスライド方向に挿脱動作される場合の例のみを記載しているが、これに限るものではなく、挿脱動作はスライド方向以外にも、「燃料カートリッジ１３の回転挿脱動作」や「燃料カートリッジ１３および吸気フィルタ４１の双方の複合動作」等、動作方向には囚われない。

なお、本発明は上記実施の形態に特定されるものではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々変形して実施可能である。

例えば、ホルダに装着される発電構成要素は、燃料カートリッジに特定されるものではなく、燃料カートリッジ以外の部品を追加してもよい。

さらに、本発明に係る燃料電池装置は、ポータブルコンピュータ用に限らず、例えば携帯形情報端末のようなその他の電子機器用の電源としても実施可能である。

［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態を図８に基づいて説明する。なお、前述した第１の実施の形態と同じ部分は同じ符号で示し説明も省略する。

第１の実施の形態においては、燃料カートリッジ１３の外周の一部に溝形状の凹部１９を形成し、燃料カートリッジ１３の挿脱の際の凹部１９に対する吸気フィルタ４１に設けられた突起４３の進入および離脱により吸気フィルタ４１を振動させるようにした。

本実施の形態は、燃料カートリッジに直接凹部を形成するのではなく、凹部を有する部材を燃料カートリッジで移動させることにより、吸気フィルタ４１を振動させるようにしたものである。

図８は、本発明の第２の実施の形態にかかる燃料電池装置７０を示す縦断側面図である。図８に示すように、燃料電池装置７０は、第１の実施の形態にかかる燃料電池装置１と比較して、燃料カートリッジ１３の凹部１９が無くなった代わりに、凹部７２を有する部材７３を、挿入される燃料カートリッジ７４に干渉する位置に備えている。この部材７３の凹部７２は、燃料カートリッジ７４がホルダ１０に装着された状態において、吸気フィルタ４１の突起４３に対向する位置になるように設けられている。第１の実施の形態の図５に示したのと同様に、吸気フィルタ４１に設けられた突起４３は、部材７３の凹部７２と寸法Ａの長さだけオーバラップする。

凹部７２を有する部材７３は、燃料カートリッジ７４の挿脱方向に沿った長穴７５を有している。長穴７５は、側壁１１ｂ，１１ｃに設けられ、挿脱方向に沿って複数並べられたガイド７６に沿って部材７３を移動可能にするものである。このような部材７３は、バネ７７で燃料カートリッジ７４の挿入方向に付勢されている。

次に、ホルダ１０に対する燃料カートリッジ７４の挿入動作について説明する。図８（ａ）に示すように、燃料カートリッジ７４は蓋１５を取り外した状態の装置本体３の外部からガイド６１に沿って挿入される。燃料カートリッジ７４が一定の距離だけ挿入されると、図８（ｂ）に示すように、燃料カートリッジ７４が部材７３に当接する。その状態のまま燃料カートリッジ７４をホルダ１０内に挿入させると、部材７３はバネ７７の付勢力に抗しつつ燃料カートリッジ７４によって押し込まれることになり、吸気フィルタ４１に設けられた突起４３と部材７３の外部とが接触し、突起４３と部材７３の凹部７２とがオーバラップしている寸法Ａの長さ分だけ、吸気フィルタ４１が燃料カートリッジ７４とは反対の方向に押される。さらに、図８（ｂ）の状態から燃料カートリッジ７４が更に挿入されると、図８（ｃ）に示すように、部材７３の凹部７２に吸気フィルタ４１に設けられた突起４３が入り込み、吸気フィルタ４１を燃料カートリッジ７４とは反対の方向に押していた力が開放され、吸気フィルタ４１は板バネ４２により燃料カートリッジ７４側に付勢される。このとき吸気フィルタ４１が振動するので、吸気フィルタ４１にゴミ等が付着していた場合、振動により吸気部４０の下方へとゴミ等が落下する。また、吸気フィルタ４１内に活性炭などのエア清浄剤が入っていた場合、振動によりエア清浄剤が撹拌される。

すなわち、燃料カートリッジ１３、部材７３および吸気フィルタ４１の突起４３により振動付与機構が構成されている。

本発明の第１の実施の形態にかかる燃料電池装置を示す斜視図である。 燃料電池装置にポータブルコンピュータを接続した状態を示す斜視図である。 燃料電池装置の内部構成を示す斜視図である。 ホルダに装着した状態の燃料カートリッジを示す縦断側面図である。 吸気フィルタの突起と燃料カートリッジの凹部との関係を示す縦断側面図である。 ホルダに対する燃料カートリッジの挿脱動作を示す縦断側面図である。 燃料電池装置の発電動作の流れを概略的に示す模式図である。 本発明の第２の実施の形態にかかる燃料電池装置を示す縦断側面図である。

符号の説明

１，７０ 燃料電池装置
３ 装置本体
１３ 燃料カートリッジ
１９ 凹部
２１ 発電部
３６ 吸気口
４１ 吸気フィルタ
４２ 付勢部材
４３ 突起
７２ 凹部
７３ 部材

Claims (5)

1. 装置本体と、
   前記装置本体に収容され、発電機能を発揮する発電部と、
   前記装置本体に対して挿脱自在に収納され、発電に用いる燃料を前記発電部に供給する燃料カートリッジと、
   前記発電部に供給する空気を大気中から吸い込む吸気口と、
   前記吸気口を覆い、空気を浄化する吸気フィルタと、
   前記燃料カートリッジの前記装置本体に対する挿脱時の動きに応じて前記吸気フィルタに振動を与える振動付与機構と、
   を備えることを特徴とする燃料電池装置。
2. 前記振動付与機構は、前記燃料カートリッジの外周の一部に形成された溝形状の凹部と、前記装置本体に装着された状態の前記燃料カートリッジの凹部に対向する位置に設けられ、前記凹部とオーバラップする長さを有して前記吸気フィルタに設けられた突起と、を有しており、
   前記燃料カートリッジの前記装置本体に対する挿入時における前記凹部に対する前記突起の進入、および、前記装置本体からの前記燃料カートリッジの取り出し時における前記燃料カートリッジからの前記突起の離脱によって前記吸気フィルタに振動を与える、
   ことを特徴とする請求項１記載の燃料電池装置。
3. 前記振動付与機構は、挿入される前記燃料カートリッジに干渉する位置に設けられ、凹部を有し、前記燃料カートリッジの挿入側に付勢された部材と、前記装置本体に前記燃料カートリッジが装着された状態での前記部材の凹部に対向する位置に設けられ、前記凹部とオーバラップする長さを有して前記吸気フィルタに設けられた突起と、を有しており、
   前記燃料カートリッジの前記装置本体に対する挿入時における前記凹部に対する前記突起の進入、および、前記装置本体からの前記燃料カートリッジの取り出し時における前記部材からの前記突起の離脱によって前記吸気フィルタに振動を与える、
   ことを特徴とする請求項１記載の燃料電池装置。
4. 前記吸気フィルタの前記突起を前記燃料カートリッジ側に付勢する付勢部材を更に備える、
   ことを特徴とする請求項２記載の燃料電池装置。
5. 前記吸気フィルタの前記突起を前記部材側に付勢する付勢部材を更に備える、
   ことを特徴とする請求項３記載の燃料電池装置。

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