JP5223169B2 - 燃料容器及び発電システム - Google Patents

Description

本発明は、燃料を貯蔵する燃料容器及び燃料が供給されることにより改質反応を利用して発電する発電システムに関する。

近年では、携帯電話機、ノート型パーソナルコンピュータ、デジタルカメラ、腕時計、ＰＤＡ（Personal Digital Assistance）、電子手帳等といった小型電子機器がめざましい進歩・発展を遂げている。電子機器の電源として、アルカリ乾電池、マンガン乾電池といった一次電池又はニッケル−カドミウム蓄電池、ニッケル−水素蓄電池、リチウムイオン電池といった二次電池が用いられている。今日では、一次電池及び二次電池の代替えのために、高いエネルギー容量を実現できる燃料電池についての研究・開発が盛んに行われている。

燃料電池は、燃料と大気中の酸素とを電気化学的に反応させて化学エネルギーを電気エネルギーに変換するものであり、燃料の化学エネルギーを直接電気エネルギーに変換する電気化学反応を利用しているので、該反応に副生成物が生成され排出される。このような副生成物には、水や二酸化炭素等があり、また、未反応の燃料や空気等が排出される。このような排出物の一部は冷却器や熱交換器を経て回収器などによって回収される。例えば、特許文献１のように、燃料電池のアノードから排出されるメタノール水溶液を冷却する熱交換器や、カソードから排出される空気を冷却して水を生成し、生成した水をタンクに供給する冷却器を備えた燃料電池システム（発電システム）がある。
特開２００４−２６５７８７号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の冷却器は３つのファンで構成されているので大きな構造となってしまっていた。また燃料電池システムの内部に設けられているため、燃料電池システム内に熱がこもり高温となりやすいので、冷却するための空気を外部から大量に取り込まなければならず、このために送気ポンプを大型化する必要があった。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、高効率で水を回収することができ、また小型化を図ることのできる燃料容器及び発電システムを提供することを目的としている。

上記課題を解決するため、請求項１の発明は、燃料容器において、
筐体内に収容され、燃料を貯蔵する燃料貯蔵部と、
前記燃料貯蔵部から燃料が供給されることにより発電する発電部から排出された排出物を冷却する冷却部と、
を備え、
前記冷却部は、放熱板を有し、
前記放熱板と前記筐体との互いに対向する対向面のいずれか一方に溝部が形成され、
前記溝部と、前記筐体の外面のうちの前記溝部に対向する対向面との間に形成される流路内に前記排出物を流通させることを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１に記載の燃料容器において、
前記筐体と前記燃料貯蔵部との間に形成される空間部分に、前記冷却部により冷却された排出物を回収する回収部が、前記筐体に設けられた孔を介して前記溝部に連通するように設けられていることを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項２に記載の燃料容器において、
前記筐体には、前記流路と前記回収部とを連通させる貫通穴が形成されていることを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項２又は３に記載の燃料容器において、
前記回収部には、前記排出物中の気体と液体をそれぞれ分離する気液分離膜が設けられていることを特徴とする。

請求項５の発明は、筐体内に収容された燃料容器であって燃料を貯蔵する前記燃料容器と、前記燃料容器が着脱自在に設けられて燃料容器から燃料が供給されることにより発電する発電部と、を備えた発電システムにおいて、
前記発電部から排出される排出物を冷却する冷却部が外部に露出するように装着されていて、
前記冷却部は、放熱板を有し、
前記放熱板と前記筐体との互いに対向する対向面のいずれか一方に溝部が形成され、
前記溝部と、前記筐体の外面のうちの前記溝部に対向する対向面との間に形成される流路内に前記排出物を流通させることを特徴とする。

本発明によれば、燃料容器に冷却部を設けられ、特に放熱板のような薄く簡易な構造によって排出物を冷却できるので、大型化することなく、また発電部から排出される排出部を冷却する冷却部が外部に露出するように装着されているので冷却効果が高く高効率で水を回収でき、小型化を図ることができる。

以下、図面を参照しながら本発明を実施するための最良の形態について説明する。ただし、発明の範囲は図示例に限定されないものとする。
図１は、燃料容器１００の分解斜視図、図２(a)は放熱板２１の下面図、(b)は切断線IIＢ-IIＢに沿って切断した際の矢視断面図、(c)は筐体４の上面図、図３(a)は切断線IIIＡ−IIIＡに沿って切断した際の矢視断面図、(b)は切断線IIIＢ−IIIＢに沿って切断した際の矢視断面図、図４(a)は燃料容器１００の上面図、(b)は切断線IVＢ-IVＢに沿って切断した際の矢視断面図である。
燃料容器１００は、燃料を貯蔵する燃料貯蔵部１と、燃料貯蔵部１から燃料が供給されることにより発電する発電モジュール（発電部）２００（図５参照）から排出された気体及び水を含む排出物を冷却する冷却部２と、冷却部２により冷却された排出物を回収する回収部３と、燃料貯蔵部１を収容する筐体４と、取り込まれた気体を燃料容器１００に排出することができるとともに取り込まれた液体を回収部３に残す気液分離膜５と、を備えている。

燃料貯蔵部１は、内部に燃料が貯蔵され、貯蔵された燃料の量に応じて内部の容積が可変になるように収縮自在な薄い袋状をなし、燃料貯蔵部１は固形の箱状の筐体４内に収容されている。
燃料は、化学燃料例えばメタノール、エタノール等のアルコール類やジメチルエーテル等のエーテル類、ガソリンといった化学組成に水素原子を含む化合物、又は化学燃料と水との混合物を使用することができる。本実施の形態では、メタノールが燃料として用いられる。
燃料貯蔵部１の長手方向一端面（図１中右端面）には、その端面から外側に突出するとともに筐体４の右端面を貫通して、発電モジュール２００に燃料を排出する燃料排出口１１が凸状に形成されている。

燃料排出口１１には、燃料排出口１１を通って燃料貯蔵部１の内から外に不要に燃料が排出するのを阻止する逆止弁（図示しない）が嵌め込まれている。具体的には、逆止弁は可撓性・弾性を有する材料をダックビル状に形成したダックビル弁であり、逆止弁はそのダックビル状の先端を燃料貯蔵部１の内側に向けた状態で燃料排出口１１に嵌め込まれている。可撓性・弾性を有する材料としては、エチレンプロピレンジエンゴム（ＥＰＤＭ）やブチルゴム等が挙げられ、一般的にブチルゴムは高分子の弾性材料の中では低いガス透過性を示すため、より小さいサイズの部品を作るためには実用においてブチルゴムを選択することが好ましい。また、逆止弁は機械的な複雑構造を持たないため、容積を小さくすることができ、低コスト化を図ることができる。なお、逆止弁には、後述の発電モジュール２００側に設けられた燃料供給管（図示しない）が挿入される際に燃料貯蔵部１の内と外を連通する挿入孔が予め設けられていても良く、燃料供給管を挿入することによって初めて挿入孔が形成されるような構造であっても良い。挿入孔が予め設けられている場合、燃料供給管の内部に圧力が加わると、挿入孔の周囲では挿入孔を閉じる方向に力が加わるので燃料が挿入孔から不要に燃料貯蔵部１の外に漏洩することがない。そして、発電モジュール２００の燃料供給管が挿入されることにより、燃料貯蔵部１から燃料排出口１１、燃料供給管を介して発電モジュール２００へと燃料が排出される。

回収部３は、燃料貯蔵部１の外側であって筐体４内の空間部分とされている。よって、燃料貯蔵部１内の燃料が減少するにつれて袋状の燃料貯蔵部１内の容積は小さくなるので、相対的に回収部３の容積が大きくなり、その容積分の水等の液体Ｌを回収することができるようになっている。また、回収部３には予め液体Ｌが少量入れられており、回収部３内に回収されるときの状態が水蒸気であっても予め入っている水Ｌによって冷却されて液化し収縮するので回収部３の容積を抑えながら効率的に水回収を促進している。なお、冷却用の液体Ｌは水以外の液体でもよく、液体Ｌの代わりに吸湿性の塩化カルシウム等の薬剤を含む固体であっても構わない。

筐体４は、透明又は半透明をなした部材であって、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、ポリカーボネート、アクリル等の材料から構成されているが、ＡＢＳ等の不透明な樹脂でも金属でも構わない。
筐体４の右端面には、燃料貯蔵部１に設けられた燃料排出口１１が貫通し、外部に突出している。

また、筐体４の右端面には、燃料排出口１１の上側に、その右端面を貫通して筐体４内に連通し、後述の発電モジュール２００で排出された排出物が供給される排出物供給口４１が形成されている。
排出物供給口４１には、排出物供給口４１を通って筐体４の内から外に不要に排出物が排出するのを阻止する逆止弁（図示しない）が嵌め込まれている。具体的に、逆止弁は上記燃料排出口１１に嵌め込まれた逆止弁と同様のものを使用することができる。逆止弁には排出物供給管４２が連結され、排出物供給管４２は筐体４の上面に貫通する貫通穴４３を介して後述の流路２３に連通している。

筐体４の長手方向他端部（図１中左端部）側における上面には、筐体４内に連通する矩形状の開口部４４が形成され、筐体４の長手方向他端面（左端面）にも、筐体４内に連通する矩形状の開口部４５が形成されている。そして、これら２つの開口部４４，４５に跨って各開口部４４，４５を覆うように気液分離機能を有する気液分離膜５が貼り付けられている。気液分離膜５は、膜の表面に接触される液体に対して膜の厚さ方向にほとんど透過しないとともに接触される気体に対して膜の厚さ方向に透過性を示す特性を有している膜であって、疎水性多孔質膜が好適であり具体的には、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアクリロニトリル、ポリメチルメタクリレート、セルロースアセテートやセルローストリアセテートなどのセルロース系樹脂、ポリエーテルスルホンやポリスルホンなどのポリスルホン系樹脂等からなるものが挙げられる。このような気液分離膜５は長方形状の薄膜で、折り曲げて貼り付けられている。よって、気液分離膜５を介して筐体４の内側と外側とを酸素や水蒸気等の気体が通過でき、水等の液体は気液分離膜５を通過しないようになっている。そのため、外部に水が液体として漏れることがない。また、気液分離膜５は、二つの開口部４４，４５に跨って貼り付けられているので、開口部４４，４５の二カ所から気体を放出させることができる。また少なくとも開口部４４，４５の一方が開放されていれば、他方が回収部３に回収された液体によって塞がれていても正常に気体を外に放出することができる。

また、筐体４の左端部側における上面には、上面を貫通して回収部３に連通する貫通穴４６が形成されている。この貫通穴４６を通って、後述の流路２３内を流通する排出物が回収部３に回収される。
さらに、筐体４の下面左端部には、後述の電子機器４００に着脱自在に装着するためのガイド部４７が取り付けられている。ガイド部４７は、筐体４の下面から下方に突出する側断面視Ｔ字型をなしている（図１参照）。

冷却部２は、筐体４の上面に対向する下面に蛇行状の溝部２２が形成された放熱板２１を備え、放熱板２１が筐体４の上面に組み合わされて設けられた筐体４の上面と溝部２２との間の空間によって形成される流路２３内に排出物が流通されて冷却されるようになっている。
放熱板２１は、筐体４の材料よりも熱伝導率が高く、左端部の一部が矩形状に切り欠かれた上面視コ字状をなしており、筐体４の長手方向（左右方向）及び幅方向（前後方向）においてそれぞれ若干小さく形成されている。矩形状の切欠部２４には、上述の気液分離膜５が配置される。放熱板２１には、熱伝導率の高い金属を使用することが好ましく、例えばアルミニウム（熱伝導率２３７Ｗ／ｍ・Ｋ）、銅（熱伝導率３９８Ｗ／ｍ・Ｋ）、マグネシウム（熱伝導率１５６Ｗ／ｍ・Ｋ）、等のいずれかを含む単体金属又は合金を使用することができる。筐体４が例えば樹脂製で熱伝導率が低ければ放熱板２１はＳＵＳ３０４（熱伝導率１６Ｗ／ｍ・Ｋ）、チタン（熱伝導率２１．９Ｗ／ｍ・Ｋ）であってもよい。このような放熱板２１が筐体４の上面に接着剤等によって貼り付けられていてもよく、、熱融着によって放熱板２１を筐体４の上面に固定しても良い。
放熱板２１の下面には、図２（ａ）中、右上側に位置する一端部２２ａから左下側に位置する他端部２２ｂまで蛇行した溝部２２が形成されている。一端部２２ａは、排出物供給口４１に連結された排出物供給管４２に連通している。また、溝部２２の他端部２２ｂは、筐体４の左端部側の上面に形成された上記貫通穴４６に連通している。

上述の燃料容器１００において、燃料貯蔵部１内の燃料は、燃料排出口１１を介して後述の発電モジュール２００に供給され、この燃料を利用して電気エネルギーが取り出される。また、発電モジュール２００で生じた排出物は、排出物供給口４１を介して排出物供給管４２内に供給された後、貫通穴４３を介して流路２３内に送り込まれる。そして、排出物中の気体は流路２３内を流通している間に熱伝導性のよい放熱板２１により吸熱されることによって冷却されて、一部が凝縮されて水となり、貫通穴４６を介して回収部３に回収される。放熱部２１において流路２３内の流体から奪った熱は、速やかに放熱部２１全体に伝搬されるので、溝部２２が設けられている箇所ばかりでなく、溝部２２が設けられていない箇所でも燃料容器１００の外に放熱することができる。また、排出物中の水は流路２３内を流通してそのまま貫通穴４６を介して回収部３に回収される。凝縮されなかった気体は、回収部３の上方に形成された開口部４４，４５を覆う気液分離膜５を通過して外部へ放出され、水等の液体は気液分離膜５を通過できないので回収部３に貯留され、液体Ｌとなる。

図５は、上記燃料容器１００と発電モジュール２００とを備えた発電システム３００の概略構成を示したブロック図である。
発電システム３００は、上述の燃料容器１００と、燃料容器１００から供給された燃料によって発電する発電モジュール２００とから構成され、発電モジュール２００で発電するとともに発電モジュール２００から排出された排出物を燃料容器の冷却部を介して回収部に回収する。
発電モジュール２００は、水を貯蔵する水タンク２０１と、燃料容器１００及び水タンク２０１から供給された燃料と水から水素を生成する反応装置２１０と、水素の電気化学反応により電気エネルギーを生成する燃料電池２２０とを備えている。また、反応装置２１０で生成された水素を加湿して燃料電池２２０のアノードに供給する第一の加湿器２２１、燃料電池２２０のカソードに供給する空気を加湿する第二の加湿器２２２を備えている。燃料電池２２０の電解質膜は、第一の加湿器２２１及び第二の加湿器２２２によって加湿された空気及び改質ガスにより加湿されており、電解質膜内の水素イオンが移動しやすい状態となっている。第一の加湿器２２１及び第二の加湿器２２２への水の供給の開始時期は、燃料電池２２０が発電を開始する直前が好ましく、水供給期間は、燃料電池２２０が発電している間供給されていてもよく、また燃料電池２２０が発電する際に生じる水が電解質膜全体に浸透するのであれば、発電を開始する直前のみであってもよい。

水タンク２０１は、水が貯蔵され、貯蔵された水は後述する第一の水ポンプＰ１及び第二の水ポンプＰ２が反応装置２１０の気化器２１１や第一及び第二の加湿器２２１，２２２に水を供給する。また、後述するように燃料電池２２０のカソードから排出された排出物（水、空気等）を水回収器２０２によって一旦回収した後、水回収器２０２に設けられた疎水性膜を含む気液分離膜２０３によって気液分離した水を水タンク２０１に貯蔵する。気液分離膜２０３で気液分離された水蒸気を含む気体は燃料容器１００の冷却部２へ送るようになっている。さらに、第一及び第二の加湿器２２１，２２２から排出された水も水タンク２０１に貯蔵する。
また、水タンク２０１には、水タンク２０１内に貯蔵された水の残量検出を行う水残量センサＳ１が設けられている。水残量センサＳ１は、水タンク２０１に貯蔵された水の残量を測定し、その測定結果となる電気信号を制御部２３０に出力する。

反応装置２１０は、燃料容器１００及び水タンク２０１から供給された燃料と水を気化させて燃料ガス（気化された燃料と水蒸気の混合気）を生成する気化器２１１と、化学反応式（１）に示すように気化器２１１から供給された燃料ガスを改質して改質ガスを生成する改質器２１２と、改質器２１２を加熱して化学反応式（１）の反応を良好に行うために必要な温度に設定する燃料触媒器２１３と、化学反応式（１）についで逐次的に起こる化学反応式（２）によって微量に副成される一酸化炭素ＣＯを、化学反応式（３）に示すように酸化させて除去するＣＯ除去器２１４とを備えている。また、気化器２１１、触媒燃焼器２１３及びＣＯ除去器２１４を加熱する電気ヒータとして機能するとともにこれらの温度を測定する温度計としても機能するヒータ兼温度計（図示しない）とを備えている。
ＣＨ_３ＯＨ＋Ｈ_２Ｏ→３Ｈ_２＋ＣＯ_２・・・（１）
Ｈ_２＋ＣＯ_２→Ｈ_２Ｏ＋ＣＯ・・・（２）
２ＣＯ＋Ｏ_２→２ＣＯ_２・・・（３）

第一の加湿器２２１は、ＣＯ除去器２１４で一酸化炭素が除去された改質ガスを水タンク２０１から供給された水によって加湿して、燃料電池２２０のアノードに供給する。
第二の加湿器２２２は、空気ポンプＰ４から供給された空気を水タンク２０１から供給された水によって加湿して、燃料電池２２０のカソードに供給する。また、第二の加湿器２２２に供給された水の一部は第一の加湿器２２１に送り込まれ、第二の加湿器２２２から排出された水は水タンク２０１に回収されるようになっている。

燃料電池２２０は、触媒微粒子を担持したアノードと、触媒微粒子を担持したカソードと、アノードとカソードとの間に介在されたフィルム状の固体高分子電解室膜とを備えている。燃料電池２２０のアノードには、ＣＯ除去器２１４を通った改質ガスが供給され、燃料電池２２０のカソードには、後述の空気ポンプＰ４によって外部から空気が供給される。アノードにおいては、改質ガス中の水素が、電気化学反応式（４）に示すように、アノードの触媒微粒子の作用を受けて水素イオンと電子とに分離する。水素イオンは固体高分子電解質膜を通じてカソードに伝導し、電子はアノードにより電気エネルギー（発電電力）として取り出される。カソードにおいては、電気化学反応式（５）に示すように、カソードに移動した電子と、空気中の酸素と、固体高分子電解質膜を通過した水素イオンとが反応して水が生成される。そして、アノードで未反応の水素を含むオフガスは触媒燃焼器２１３に送られ、カソードで生成された水や未反応の空気は排出物として水回収器２０２に送られるようになっている。
Ｈ_２→２Ｈ^＋＋２ｅ⁻・・・（４）
２Ｈ^＋＋１／２Ｏ_２＋２ｅ⁻→Ｈ_２Ｏ・・・（５）

また、発電システム３００は、燃料容器１００、水タンク２０１、反応装置２１０及び燃料電池２２０等の他に、燃料容器１００内の燃料を気化器２１１に供給する燃料ポンプＰ３と、水タンク２０１内の水を気化器２１１に供給する第一の水ポンプＰ１と、水タンク２０１内の水を第一及び第二の加湿器２２１，２２２に供給する第二の水ポンプＰ２と、外気から発電システム３００中に空気を導入する空気ポンプＰ４とを備えている。
燃料ポンプＰ３には、第一のバルブＶ１が接続され、第一のバルブＶ１には第一の流量計Ｆ１が接続されている。第一のバルブＶ１は、燃料ポンプＰ３と気化器２１１との間に設けられており、その開閉動作で燃料ポンプＰ３から気化器２１１への燃料の流通を遮断又は許容するようになっている。第一の流量計Ｆ１は第一のバルブＶ１と気化器２１１との間に設けられており、第一のバルブＶ１を通過した燃料の流量を測定するようになっている。
また、燃料ポンプＰ３と燃料容器１００との間には、燃料容器１００に貯蔵された燃料の残量検出を行う燃料残量センサＳ２が設けられている。燃料残量センサＳ２は、燃料貯蔵部１に貯蔵された燃料の残量を測定し、その測定結果となる電気信号を制御部２３０に出力する。

第一の水ポンプＰ１には、第二のバルブＶ２が接続され、第二のバルブＶ２には第二の流量計Ｆ２が接続されている。第二のバルブＶ２は、第一の水ポンプＰ１と気化器２１１との間に設けられており、その開閉動作で第一の水ポンプＰ１から気化器２１１への水の流通を遮断又は許容するようになっている。第二の流量計Ｆ２は第二のバルブＶ２と気化器２１１との間に設けられており、第二のバルブＶ２を通過した水の流量を測定するようになっている。
なお、第一の流量計Ｆ１と気化器２１１との間で、燃料ポンプＰ３によって送られた燃料と第一の水ポンプＰ１によって送られた水とが混合された後、気化器２１１に送られるようになっている。第一のバルブＶ１から排出された燃料１２と第二のバルブＶ２から排出された水は、反応装置２１０に到達する前に混合される。

第二の水ポンプＰ２には、第一の加湿器２２１及び第二の加湿器２２２が接続されて、第一の加湿器２２１及び第二の加湿器２２２に水が供給されるようになっている。
また、水回収器２０２と燃料容器１００の冷却部２との間には第三のバルブＶ３が接続されている。第三のバルブＶ３は、その開閉動作で水回収器２０２から燃料容器１００の冷却部２へ、また、触媒燃焼器２１３から冷却部２へ、排出物（水、水蒸気を含む気体、オフガス等）の流通を遮断又は許容するようになっている。
さらに、水タンク２０１と燃料電池２２０のカソードとの間であって、水タンク２０１と第三のバルブＶ３との間には第四のバルブＶ４が接続されている。第四のバルブＶ４は、水タンク２０１側に切り替えて第二の加湿器２２２から水タンク２０１へ、燃料電池２２０のカソードから排出された不要な水の流通を遮断又は許容するようになっている。具体的には、第四のバルブＶ４は、水タンク２０１内の水が所定量以上（満タン）である場合に、水タンク２０１側への水の供給を遮断し、第三のバルブＶ３側に水の供給の許容するように切り替えて第二の加湿器２２２から第三のバルブＶ３を介して燃料容器１００の冷却部２へ、第二の加湿器２２２から排出された水の流通を遮断又は許容するように制御され、一方、水タンク２０１内の水が所定量未満である場合に、第三のバルブＶ３側への水の供給を遮断し、水タンク２０１側に水の供給を行うように制御される。

空気ポンプＰ４には、第五のバルブＶ５、第六のバルブＶ６及び第二の加湿器２２２が接続されている。第五のバルブＶ５は、空気ポンプＰ４とＣＯ除去器２１４との間に設けられ、その開閉動作で、空気ポンプＰ４からＣＯ除去器２１４への空気の流通を遮断又は流量調整を行なうようになっている。

第六のバルブＶ６は、空気ポンプＰ４と触媒燃焼器２１３との間に設けられており、その開閉動作で、空気ポンプＰ４から触媒燃焼器２１３への空気の流通を遮断又は流量調整を行なうようになっている。

制御部２３０には、燃料ポンプＰ３、第一の水ポンプＰ１、第二の水ポンプＰ２及び空気ポンプＰ４がドライバＤ１〜Ｄ４を介して電気的に接続されている。制御部２３０は、例えば汎用のＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）等から構成されているもので、燃料ポンプＰ３、第一の水ポンプＰ１、第二の水ポンプＰ２及び空気ポンプＰ４とに制御信号を送信し、燃料ポンプＰ３、第一の水ポンプＰ１、第二の水ポンプＰ２及び空気ポンプＰ４の各ポンピング動作（送出量の調整を含む。）を制御するようになっている。

また、制御部２３０には、第一〜第六のバルブＶ１〜Ｖ６がドライバＤ１１〜Ｄ１６を介して電気的に接続され、また、第一の流量計Ｆ１、第二の流量計Ｆ２も電気的に接続されている。制御部２３０は、第一の流量計Ｆ１、第二の流量計Ｆ２の測定結果を受けて燃料及び水の流量を認識することができるとともに、第一〜第四のバルブＶ１〜Ｖ４の開閉動作（開き量の調整を含む。）と第四のバルブＶ４の水タンク２０１側と第三のバルブＶ３側との切替動作とを制御することができるようになっている。

さらに、制御部２３０には、気化器２１１、触媒燃焼器２１３及びＣＯ除去器２１４をそれぞれ加熱する電気ヒータがドライバＤ２１を介して電気的に接続されている。制御部２３０は、電気ヒータの発熱量とその停止とを制御するとともに、温度によって変化する電気ヒータの抵抗値等の電気的特性を計測することによって気化器２１１、触媒燃焼器２１３及びＣＯ除去器２１４の各反応器の温度を検出することができるようになっている。電気ヒータは、反応装置２１０の起動時に気化器２１１、触媒燃焼器２１３及びＣＯ除去器２１４を加熱し、触媒燃焼器２１３が安定して加熱できるようになったら、停止あるいは熱量を低減させてもよい。

また、制御部２３０には、燃料残量センサＳ２及び水残量センサＳ１が電気的に接続されている。制御部２３０は、燃料残量センサＳ２で測定された残量が所定量未満であれば、発電システム３００を起動しない又は動作を停止し、残量が所定量以上であれば、発電システム３００を起動する又は動作を維持するよう制御している。また、制御部２３０は、水残量センサＳ１で測定された残量が所定量以下であれば、水タンク２０１内に水を回収し、所定量以上（満タン）であれば、燃料容器１００の回収部３へと水を送るよう制御している。

燃料電池２２０には、ＤＣ／ＤＣコンバータ２４０が接続されており、ＤＣ／ＤＣコンバータ２４０には外部電源、つまり発電システム３００から電力の供給を受けて作動可能な外部機器（負荷）が接続されている。ＤＣ／ＤＣコンバータ２４０は燃料電池２２０から出力された電圧を外部電子機器の規格に応じて所定の電圧に変換して外部電子機器に出力する装置であり、制御部２３０に接続され、制御部２３０は燃料電池２２０からＤＣ／ＤＣコンバータ２４０に入力される入力電力を検出することができるようになっている。
さらに、ＤＣ／ＤＣコンバータ２４０には２次電池２４１が接続されている。そして、例えば燃料電池２２０で得た余剰の電気エネルギーを蓄え、燃料電池２２０での電気エネルギーの生成が停止している場合に燃料電池２２０の代替として外部電子機器に電力を供給できるようになっている。制御部２３０や、各ドライバ、各センサ、反応装置２１０の電気ヒータは、起動時において、ＤＣ／ＤＣコンバータ２４０を介して２次電池２４１の出力の一部によって電気的に駆動され、燃料電池２２０の出力が定常状態になったら、ＤＣ／ＤＣコンバータ２４０を介して燃料電池２２０の出力の一部によって電気的に駆動される。

上記構成を具備する発電システム３００は、例えば、デスクトップ型パーソナルコンピュータ、ノート型パーソナルコンピュータ、携帯電話機、ＰＤＡ(Personal Digital Assistant)、電子手帳、腕時計、デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ、ゲーム機器、遊技機、家庭用電気機器その他の電子機器（外部電子機器）内に備え付けられるものであり、外部電子機器を作動させるための電源として用いられる。

次に、発電システム３００の動作について説明する。
発電システム３００が作動し、制御部２３０がドライバＤ１〜Ｄ４を介して燃料ポンプＰ３、第一の水ポンプＰ１、第二の水ポンプＰ２及び空気ポンプＰ４を作動させ、さらにドライバＤ２１を介して電気ヒータを発熱させる。ここで、発電システム３００の作動は、外部電子機器から通信用端子、通信用電極を介して制御部２３０に作動信号が入力されることによって開始する。

発電システム３００の作動中、制御部２３０は、各電気ヒータからフィードバックされた温度のデータに基づき、各電気ヒータが所定温度になるように温度制御を行う。
燃料ポンプＰ３が作動すると、燃料容器１００の燃料貯蔵部１内の燃料が燃料排出管１１から第一のバルブＶ１、第一の流量計Ｆ１を介して反応装置２１０に向けて送られる。
第一の水ポンプＰ１が作動すると、水タンク２０１内の水が第二のバルブＶ２、第二の流量計Ｆ２を介して反応装置２１０に向けて送られ、燃料と水とが混合された後、気化器２１１に送られる。さらに、第二の水ポンプＰ２が作動すると、水タンク２０１内の水が燃料電池２２０のカソード側に設けられた第一及び第二の加湿器２２１，２２２に送られる。
空気ポンプＰ４が作動すると、外気の空気が第六のバルブＶ６を介して触媒燃焼器２１３に送られ、第五のバルブＶ５を介して一酸化炭素除去器２１４に送られる。また、空気ポンプＰ４の作動により、外気の空気が第二の加湿器２２２に送られる。ここで、制御部２３０は、各流量計Ｆ１、Ｆ２からフィードバックされた流量のデータに基づき、所定の流量となるように各バルブＶ１〜Ｖ４を制御する。

気化器２１１では、供給された燃料及び水が加熱されて気化（蒸発）し、メタノール及び水（水蒸気）の混合気となって改質器２１２に供給される。
改質器２１２では、気化器２１１から供給された混合気中のメタノールと水蒸気が触媒により反応して二酸化炭素及び水素が生成される（上記化学反応式（１）参照））。また、改質器２１２では、化学反応式（１）についで逐次的に一酸化炭素が生成される（上記化学反応式（２）参照）。そして、改質器２１２で生成された一酸化炭素、二酸化炭素及び水素等からなる混合気がＣＯ除去器２１４に供給される。

ＣＯ除去器２１４では、改質器２１２から供給された改質ガス中の一酸化炭素と、第五のバルブＶ５から供給された空気に含まれる酸素とが反応して二酸化炭素が生成される（上記化学反応式（３）参照）。

このように、反応装置２１０の気化器２１１、改質器２１２及びＣＯ除去器２１４を経た燃料から二酸化炭素と水素が生成される。反応装置２１０で生成された改質ガス（二酸化炭素及び水素等）は、第一の加湿器２２１に供給される。第一の加湿器２２１は、第四のバルブＶ４が水タンク２０１側に切り替えられて第二の水ポンプＰ２及び第二の加湿器２２２を介して水が供給され、この供給された水の中に改質ガスを通過させることで加湿した後、燃料電池２２０のアノードに供給する。
燃料電池２２０のアノードに供給された改質ガス中の水素が上記化学反応式（４）に示すように水素イオンと電子とに分離する。

一方、空気ポンプＰ４を介して第二の加湿器２２２に空気が供給される。第二の加湿器２２２は、第四のバルブＶ４が水タンク２０１側に切り替えられて第二の水ポンプＰ２を介して水が供給され、この供給された水の中に空気を通過させることで加湿した後、燃料電池２２０のカソードに供給する。
燃料電池２２０のカソードに供給された空気は、空気中の酸素が上記化学反応式（５）に示すように水素イオンと電子と反応し、副生成物として水が生成される。

ここで、アノード側では未反応の多くの水素はオフガスとして触媒燃焼器２１３に送られて燃焼されて、改質反応及び蒸発のエネルギーとして利用された後、燃料容器１００の冷却部２に送られる。そして、冷却部２で冷却された後、水は回収部３で回収され、気体は気液分離膜５から放出される。
カソード側では、供給された空気が副生成物である水とともに排出され、水回収器２０２に送り込まれ、気液分離膜２０３によって気液分離されて、水は水タンク２０１に貯蔵され再利用される。水蒸気を含む気体は燃料容器１００の冷却部２に送られる。そして、上記と同様にして冷却部２で冷却されて液体となった水は回収部３で回収され、液体とならなかった気体は気液分離膜５を介して放出される。
また、水残量検出センサＳ１が水タンク２０１内の水が所定量以上（満タン）となったことを検出した場合には、第四のバルブＶ４を水タンク２０１側から第三のバルブＶ３側に切り替え、余分な水等の液体が燃料容器１００の回収部３へと送られる。

燃料電池２２０によって生成された電気エネルギーは、二次電池２４１に充電される。さらには、生成された電気エネルギーは、ＤＣ／ＤＣコンバータ２４０に供給され、ＤＣ／ＤＣコンバータ２４０によって直流電流の所定電圧に変換され、外部電子機器に供給される。外部電子機器は、供給された電気エネルギーにより動作する。

燃料電池２２０は、高分子電解質型燃料電池の場合数十℃に加熱されているため、燃料電池２２０のカソードにおいて生成される水の殆んどが水蒸気として水回収器２０２又は第四のバルブＶ４に供給される。このうち、気液分離膜２０３を介して送出された水蒸気及び第四のバルブＶ４を介して送出された水蒸気及び水は、第三のバルブＶ３を経て冷却部２でさらに冷却され、このうちの水蒸気が液体となる。このため、気液分離膜５から放出される気体のうちの水分量は比較的少なくて済むので、発電システム３００の周囲が湿気のために濡れてしまうということを抑制できる。

上記発電システム３００を電子機器４００に適用した場合を説明する。特に、携帯型の電子機器であって、ノート型パーソナルコンピュータに適用した場合である。図６(a)は電子機器４００の上面図、(b)は(a)を右側から見た際の右側面図、(c)は(a)を後面側から見た際の後面図である。
電子機器４００は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、その他の電子部品から構成された演算処理回路を内蔵した本体４０１と、本体４０１に対して着脱自在の発電モジュール２００とを備える。発電モジュール２００は、燃料を貯留した燃料容器１００を収容自在であり、燃料容器１００の燃料を用いて発電を行い、生成した電気エネルギーを本体４０１に供給することにより本体４０１を駆動する。なお、燃料容器１００及び発電モジュール２００の構成や動作は上述と同様であるためその説明を省略する。

本体４０１は、キーボードを備え付けた下筐体４０２と、液晶等のディスプレイパネルを備え付けた上筐体４０３とを備える。上筐体４０３は下筐体４０２にヒンジ結合されており、上筐体４０３を下筐体４０２に重ねてキーボードにディスプレイパネルを相対させた状態で本体４０１を折り畳むことができるように構成されている。発電モジュール２００は、下筐体４０２の後側で露出した形で電子機器４００に電力を供給を供給するように下筐体４０２に連結されている。発電モジュール２００は下筐体４０２から取り外し自在に設定されているので、電子機器４００は発電モジュール２００及び発電モジュール２００と同サイズ、同型状のリチウムイオンバッテリのいずれに対しても装着可能であり、これらから出力される電力によって動作することが可能である。 発電モジュール２００には、上面、右側面及び後面が開口した左右に延在する矩形状の収納空間４０４が形成されている。この収納空間４０４に、右側の開口から燃料容器１００を差し込んで収納できるようになっている。また、収納空間４０４を形成する底部の右端部には、燃料容器１００の下面に形成されたガイド部４７に係合するレール部４０５が形成されている。よって、燃料容器１００は放熱板２１が上面となるようにして、左方向へスライド移動させるとともに、ガイド部４７をレール部４０５に係合させることによって収納空間４０４に燃料容器１００が装着される。
このように収納空間４０４に収納された燃料容器１００は、放熱板２１が収納空間４０４の上面開口から露出し、外気に直接触れるため、放熱性が良く水回収率が高く、外部への水漏れが防止される。放熱板２１からの放熱による温度は燃料電池２２０の動作温度より十分低く、冷却部２によって液化される水等の液体の量も燃料容器１００の筐体４の容量の一部に過ぎないので、電子機器４００のＣＰＵの放熱による熱量より十分小さいため安全である。
以上のように、燃料容器１００は、燃料貯蔵部１と冷却部２と回収部３とがセットになっているので、燃料容器１００を発電モジュール２００に装着することによって、燃料電池２２０で生成される液体のうち一部の水を水タンク２０１に残し、余剰の水や水蒸気を燃料容器１００に送り込み、そのうち残った水蒸気を、表面が外部に露出された冷却部２で冷却して液体とするので発電モジュール２００への燃料の供給及び発電モジュール２００からの排出物の回収の両方を十分に行うことができる。そして、燃料容器１００の交換の際に取り込まれた排出物も一緒に捨てることができ、発電モジュール２００での余剰の水が外部への漏れることを確実に防止できる。また、燃料容器１００の冷却部２を電子機器の最も外側に装着させて外部に露出するように設けることによって、従来と異なり冷却効果が高く、水回収率も高くなる。また、熱がこもって高温となるのを防ぐこともでき、ファン等の大型冷却手段を設ける必要がなく、小型化でき、コストを低減できる。
さらに、回収部３は筐体４と燃料貯蔵部１との間に形成される空間部分であるので、筐体４内のスペースを有効利用でき、別途回収部３を設けることなく、この点においても小型化を図ることができる。特に、燃料貯蔵部１は袋状であるので、燃料貯蔵部１内の燃料が減少した場合に、これに伴って回収部３の容積が増加し、回収効率に優れる。
冷却部２は、筐体４の上面に、溝部２２が形成された放熱板２１を貼り付け、溝部２２と筐体４の上面とで形成される流路２３内に排出物を流通させる構成であるので、単純な構造で容易かつ安価に製造でき、使い捨ての燃料容器１００側に設けた場合に好適である。
また、筐体４に、流路２３と回収部３とを連通させる貫通穴４６が形成され、筐体４の回収部３に臨む面（上面及び左端面）にそれぞれ開口部４４，４５が形成されて、これら開口部４４，４５に跨って気液分離膜５が設けられているので、流路２３を流通して冷却された排出物が貫通穴４６を介して回収部３に回収される。そして、回収部３で回収された排出物中の気体は気液分離膜５を介して外部に放出され、水は気液分離膜５を通過できないので外部に漏れることがない。

なお、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。図７中、図１と同様の構成部分については同様の数字に符号Ｂを付している。
例えば、上記実施の形態において、気液分離膜５を覆う開口部４４，４５は矩形状であるとしたが、これに限らず図７に示すように多数の孔４４Ｂ，４４Ｂ，…、４５Ｂ，４５Ｂ，…によって気液分離膜５Ｂを覆うようにしても良い。このような構造にすることで仮に切欠部２４を有する冷却部２を用いても、外部から気液分離膜５Ｂに内部に向けて力が加わっても各孔４４Ｂ間又は各孔４５Ｂ間には、筐体４が介在し気液分離膜５Ｂを支えているので気液分離膜５Ｂがへこんだり、破損したりしにくくなる。また仮に気液分離膜５Ｂが剥がれてしまった場合でも、各孔４４Ｂ、４５Ｂの径が小さいため、回収部３Ｂ内の液体が漏洩しにくい。また、図示しないが上記二つの開口部４４，４５を互いに連通させて、筐体４の上面及び左端面に跨って切り欠いた一つの開口部としても良く、形状は適宜変更しても良い。その他、円形状や三角形状等であっても良い。
また、上記実施の形態において、放熱板２１の左端部の一部に形成された切欠部２４は矩形状であるとしたが、切欠部２４の代わりに図７に示すように多数の孔２３Ｂ，２３Ｂ，…としても良く、形状は適宜変更可能である。この場合、開口部４４が単孔であっても、孔２３Ｂ間の放熱板２１Ｂが気液分離膜５Ｂの一部を覆うので気液分離膜５Ｂがへこんだり、破損したり、剥がれることを抑制することができる。さらに、多数の孔４４Ｂ、４５Ｂを有する筐体４Ｂと冷却部２とを組み合わせることによってより、気液分離膜５Ｂを保護しやすくなる。このとき、筐体４Ｂの各孔４４Ｂの位置は、放熱板２１Ｂに設けられた孔２３Ｂの位置に対応していることが好ましい。また孔２３Ｂの孔の数が孔４４Ｂの孔の数と少なくとも同数であればそれ以上であってもよい。なお放熱板２１Ｂも気液分離膜５Ｂの各外面を覆うように折れ曲がった形状でもよく、孔４４、４５（又は孔４４Ｂ、４５Ｂ）を、気液分離膜５Ｂを介して覆うようにしてもよい。

さらに、上記実施の形態において、放熱板２１の下面に溝部２２を形成し、この溝部２２と筐体４の上面とで流路２３を構成するとしたが、筐体４の上面に上記蛇行状の溝部２２を形成し、この溝部２２と放熱板２１の下面とで流路２３を構成するとしても良い。また、放熱板２１の下面及び筐体４の上面の両面に互いに位置が合致するように上記溝部２３を形成しても構わない。さらに、溝部２３の形状も適宜変更可能である。

また、放熱板２１の表面積を大きくして放熱効率を高めるため、放熱板２１の上面に複数のフィンを取り付けても良いし、複数のフィンを放熱板２１と一体に形成しても良い。
また、筐体４は上記樹脂以外であっても、熱伝導性の高い材料、例えば金属や、表面をアルマイト処理したアルミニウム等から構成しても良い。この場合も、放熱効率が高くなるため水回収率が高くなり好ましい。
また上記実施の形態では、放熱板を燃料容器に設けたが、電子機器４００に設けてもよい。このとき放熱板は、電子機器４００に収容される燃料容器に接し且つ図６に示すように外に露出されていることが好ましい。

燃料容器１００の分解斜視図である。 (a)は放熱板２１の下面図、(b)は切断線IIＢ-IIＢに沿って切断した際の矢視断面図、(c)は筐体４の上面図である。 (a)は切断線IIIＡ−IIIＡに沿って切断した際の矢視断面図、(b)は切断線IIIＢ−IIIＢに沿って切断した際の矢視断面図である。 (a)は燃料容器１００の上面図、(b)は切断線IVＢ-IVＢに沿って切断した際の矢視断面図である。 発電システム３００の概略構成を示したブロック図である。 (a)は電子機器４００の上面図、(b)は(a)を右側から見た際の右側面図、(c)は(a)を後面側から見た際の後面図である。 燃料容器１００Ｂの分解斜視図である。

符号の説明

１ 燃料貯蔵部
２ 冷却部
３ 回収部
４ 筐体
５ 気液分離膜
２１ 放熱板
２２ 溝部
２３ 流路
４６ 貫通穴
１００ 燃料容器
２００ 発電モジュール（発電部）
３００ 発電システム

Claims (5)

1. 筐体内に収容され、燃料を貯蔵する燃料貯蔵部と、
   前記燃料貯蔵部から燃料が供給されることにより発電する発電部から排出された排出物を冷却する冷却部と、
   を備え、
   前記冷却部は、放熱板を有し、
   前記放熱板と前記筐体との互いに対向する対向面のいずれか一方に溝部が形成され、
   前記溝部と、前記筐体の外面のうちの前記溝部に対向する対向面との間に形成される流路内に前記排出物を流通させることを特徴とする燃料容器。
2. 前記筐体と前記燃料貯蔵部との間に形成される空間部分に、前記冷却部により冷却された排出物を回収する回収部が、前記筐体に設けられた孔を介して前記溝部に連通するように設けられていることを特徴とする請求項１に記載の燃料容器。
3. 前記筐体には、前記流路と前記回収部とを連通させる貫通穴が形成されていることを特徴とする請求項２に記載の燃料容器。
4. 前記回収部には、前記排出物中の気体と液体をそれぞれ分離する気液分離膜が設けられていることを特徴とする請求項２又は３に記載の燃料容器。
5. 筐体内に収容された燃料容器であって燃料を貯蔵する前記燃料容器と、前記燃料容器が着脱自在に設けられて燃料容器から燃料が供給されることにより発電する発電部と、を備えた発電システムにおいて、
   前記発電部から排出される排出物を冷却する冷却部が外部に露出するように装着されていて、
   前記冷却部は、放熱板を有し、
   前記放熱板と前記筐体との互いに対向する対向面のいずれか一方に溝部が形成され、
   前記溝部と、前記筐体の外面のうちの前記溝部に対向する対向面との間に形成される流路内に前記排出物を流通させることを特徴とする発電システム。

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