JPWO2008041355A1 - 燃料電池構造体 - Google Patents

Abstract

燃料電池構造体１０は、燃料電池２０を内装する燃料電池パック３０と、給電部を有しこの給電部に接続状態で電子機器を保持可能な電気機器保持部材４０と、燃料電池パック３０と電気機器保持部材４０とを回転可能にヒンジ接続する連結構造体５０と、燃料電池２０の出力部と電気機器保持部材の給電部とを電気的に接続する電気配線とを備える。

Description

本発明は、燃料電池、特に電子機器に装着して電力を供給する小型の燃料電池構造体に関する。

近年、電子技術の進歩により、電子機器の小型化、高性能化、ポータブル化が進んでいる。例えば、典型的なポータブルメディアプレーヤでは、写真を表示するだけでなくオーディオおよびビデオファイルを再生することもできる。このようなポータブルメディアプレーヤにおいて、画面を見たい角度に調節して、テーブル上に設置可能な札入れ式（ウォレット式）のポータブルメディアプレーヤなどが開示されている。

また、上記したポータブルメディアプレーヤのような小型の携帯電子機器の電源においては、軽量で小型でありながら高容量であることが要求され、従来においてはリチウムイオン二次電池などが電源として使用されてきた。しかしながら、このような携帯電子機器のオペレーション時間は、さらに増加する傾向にあり、リチウムイオン二次電池では、材料の観点からも構造の観点からもエネルギー密度の向上はほぼ限界にきており、更なる要求に対応できなくなりつつある。

このような状況のもと、リチウムイオン二次電池に代わって、小型の燃料電池が注目を集めている。特に、メタノールを燃料として用いた直接メタノール型燃料電池（ＤＭＦＣ）は、水素ガスを使用する燃料電池に比べ、水素ガスの取り扱いの困難さや、有機燃料を改質して水素を作り出す装置等が必要なく小型化に優れている。従来において、このようなメタノールを燃料とする燃料電池を備え、携帯電話機を装着して携帯電話機に電力を供給する携帯端末装置用クレイドルなどが開示されている。

しかしながら、上記した従来の小型の携帯電子機器においては、二次電池などの電源を備えた上に、さらに札入れ式（ウォレット式）の構造とすることで、機器のコンパクト化を図ることは難しかった。また、従来の小型の携帯電子機器である携帯端末装置用クレイドルなどは、携帯端末装置にのみ対応する電源であり、他の電子機器に対して併用でできる構成を備えていなかった。また、上記した従来の携帯端末装置用クレイドルは、携帯電話機に備えられた二次電池に電力供給して充電するものであるが、携帯端末装置用クレイドルに備えられた燃料電池の空気極側と、携帯端末装置用クレイドルに設置する携帯電話機との距離が短く、携帯電話機や携帯電話機に備わる二次電池に熱的な弊害を及ぼすことが懸念される。さらに、上記した従来の携帯端末装置用クレイドルは、通常テーブルなどに設置される底面側においても、空気極に空気を供給するための開口部が設けられているので、効率よく空気極に空気を供給することが困難であった。
特開２００４−３６４２９５公報 特開２００５−１４３０３３公報

そこで、本発明の目的は、電力を供給する電子機器に対して熱的な影響を及ぼすことを防止でき、電子機器を所定の角度で保持可能な保持機能を備え、空気極への空気の取り入れを効率よく行うことができる燃料電池構造体を提供することである。

本発明の一態様に係る燃料電池構造体は、燃料電池を内装する燃料電池パックと、給電部を有し該給電部に接続状態で電子機器を保持可能な電気機器保持部材と、前記燃料電池パックと前記電気機器保持部材とを回転可能にヒンジ接続する連結構造体と、前記燃料電池の出力部と前記電気機器保持部材の給電部とを電気的に接続する電気配線とを具備することを特徴とする。

また、本発明の一態様に係る燃料電池構造体は、燃料電池を内装する燃料電池パックと、給電部を有し該給電部に接続状態で電子機器を保持可能な電気機器保持部材と、前記燃料電池パックと前記電気機器保持部材とを直交する２つの回転方向に回動可能に連結する２つの回転軸を有する連結構造体と、前記燃料電池の出力部と前記電気機器保持部材の給電部とを前記連結構造体を介して電気的に接続する電気配線とを具備することを特徴とする。

本発明に係る第１の実施の形態の燃料電池構造体の斜視図である。 本発明に係る第１の実施の形態の燃料電池構造体の側面を示す平面図である。 本発明に係る第１の実施の形態の燃料電池構造体の内部構造を示す分解斜視図である。 本発明に係る第１の実施の形態の燃料電池構造体に電気機器を装着した状態を示す斜視図である。 本発明に係る第１の実施の形態の燃料電池構造体に電気機器を装着し、電気機器を所定の角度回転させた状態を示す斜視図である。 ロック機構を備えた連結構造体の断面を示す図である。 ロック機構を備えた連結構造体の断面を示す図である。 図３に示した燃料電池パック内の燃料電池のＡ−Ａ断面を模式的に示す図である。 本発明に係る第２の実施の形態の燃料電池構造体に電気機器を装着し、電気機器を所定の角度回転させた状態の側面を示す平面図である。 連結構造体の回転軸における一部の断面を示す図である。

符号の説明

１０…燃料電池構造体、２０…燃料電池、３０…燃料電池パック、３２…表面、３３…空気口、３４…裏面、４０…電気機器保持部材、５０…連結構造体。

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。

（第１の実施の形態）
図１は、本発明に係る第１の実施の形態の燃料電池構造体１０の斜視図である。また、図２は、燃料電池構造体１０の側面を示す平面図である。図３は、燃料電池構造体１０の内部構造を示す分解斜視図である。図４は、燃料電池構造体１０に電気機器を装着した状態を示す斜視図であり、図５は、燃料電池構造体１０に電気機器を装着し、電気機器を所定の角度回転させた状態を示す斜視図である。図６Ａおよび図６Ｂは、ロック機構を備えた連結構造体５０の断面を示す図である。

図１および図２に示すように、燃料電池構造体１０は、燃料電池パック３０と、電気機器保持部材４０と、連結構造体５０とを備えている。

図３に示すように、燃料電池パック３０は、筐体で構成され、その内部には燃料電池２０、回路基板６０などが設置されている。また、燃料電池パック３０の表面３２には、燃料電池２０の空気極へ空気を取り入れるための空気口３３が設けられている。また、燃料電池パック３０の裏面３４における長手方向に沿う一つの端辺には、連結構造体５０が設けられ、この連結構造体５０により燃料電池パック３０と電気機器保持部材４０とが接続されている。ここで、燃料電池２０の空気極へ空気を取り入れるための空気口３３は、電気機器保持部材４０に電気機器を装着したときに、電気機器側とは異なる側に向けて構成されている。

連結構造体５０は、上記した燃料電池パック３０の裏面３４における長手方向に沿う一つの端辺に沿って設けられた軸を回転軸として回転可能に設けられた構造体であり、例えば、ヒンジなどで構成される。なお、ここでは、燃料電池パック３０の裏面３４における長手方向に沿う方向に所定の長さを有する１つのヒンジで構成された連結構造体５０を示しているが、燃料電池パック３０の裏面３４における長手方向に沿う方向に複数のヒンジを設けて連結構造体５０を構成してもよい。

電気機器保持部材４０は、例えば幅方向の断面がコ字状の支持部を有し、この支持部に電気機器８０を保持する（図４参照）。また、電気機器保持部材４０には、電気機器８０が電力を入力するための入力部（入力端子）に対応する位置に、例えば端子で構成された給電部（図示しない）が設けられている。電気機器保持部材４０に電子機器を保持することで、電気機器の入力部と電気機器保持部材４０の給電部が接触するように構成されている。なお、電気機器の入力部が設けられている位置が異なる電気機器に対応するために、例えば、所定の長さの電気配線の先端に給電部を設けて、電気機器の入力部に接続可能なように構成してもよい。ここで、電気機器保持部材４０に保持される電気機器８０は、特に限定されるものでないが、例えば、ポータブルメディアプレーヤ、テレビジョン、ビデオデッキ、携帯電話、コンピュータ、携帯ゲーム機などが挙げられる。

また、上記したように、電気機器保持部材４０は、燃料電池パック３０の長手方向に沿う一つの端辺に沿って、回転可能に設けられており、回転させていない状態（図４参照）から、所定の回転角度θの範囲で電気機器保持部材４０、すなわち電気機器８０を回転させることができる（図５参照）。図４および図５では、電気機器８０としてポータブルメディアプレーヤを電気機器保持部材４０に保持した一例を示しているが、図５に示すように、電気機器保持部材４０を回転させることで、所定の角度に画面を設定することができる。この電気機器保持部材４０を回転させることで、回転軸を中心に逆Ｖ字状に燃料電池パック３０と電気機器８０とが位置するようになり、安定した状態で電気機器を保持および支持することが可能となり、載置面（床面）に載置した際に任意の位置で操作が可能となる。ここで、回転可能な回転角度θは、好ましくは０〜１２０度であり、より好ましくは０〜９０度である。ここで、１２０度を回転角度θの上限値としたのは、この回転角度を超えると電気機器８０が上部を向いてしまい実用上の操作性が低下してしまうとともに、燃料電池パック３０の空気口３３が電気機器８０側にも形成されている構成の場合、載置面（床面）との距離が近くなりすぎ、空気の供給が低下してしまうためである。

また、上記した回転角度θの範囲内の少なくとも所定の１箇所において電気機器保持部材の回転を解除可能にロックするロック機構を備えてもよい。このロック機構として、例えば図６Ａおよび図６Ｂに示す機構が一例として挙げられる。この図６Ａおよび図６Ｂに示されたロック機構は、連結構造体５０の回転軸５１の一部に凹部５２を形成し、この凹部５２の底面とバネなどの弾性部材５３を介して接続された突出部材５４を備える。また、回転軸５１の周囲を覆い、回転軸５１の周囲を回転する筒体５５の少なくとも１箇所に突出部材５４の少なくとも一部を収容可能な開口部５６を形成する。なお、開口部５６を設ける代わりに、突出部材５４の少なくとも一部を収容可能な溝部でもよい。また、開口部５６を形成する壁面５６ａは、ロックを容易に解除可能とするため、回転軸５１側に断面積が若干広がるような、テーパ状に形成されることが好ましい。

図６Ａに示す状態から筒体５５、すなわち電気機器保持部材４０を回転させ、回転軸５１の凹部５２上に筒体５５の開口部５６が位置すると、図６Ｂに示すように、弾性部材５３の弾性力によって突出部材５４が開口部５６内に突出しロックされる。さらに筒体５５を回転させると、弾性部材５３は、開口部５６を形成する壁面５６ａおよび筒体５５の内壁面によって凹部５２内に押し込まれる。このロック機構は、いわゆるラッチ機構である。この突出部材５４が開口部５６内に突出しロックされる位置を、上記した回転角度θの範囲内の少なくとも所定の１箇所に対応する位置なるように構成することで、回転角度θの範囲内の少なくとも所定の１箇所において電気機器保持部材の回転を解除可能にロックするロック機構を実現することができる。なお、上記したロック機構は一例であり、この機構に限定されるものではない。また、逆Ｖ字状に燃料電池パック３０と電気機器８０とが位置するような角度が１点でよい場合には、ロック機構を設けず連結構造体５０の回転可能角度の最大角度そのものを所定の角度に設定すればよい。

次に、燃料電池パック３０の内部構造について、図３および図７を参照して説明する。図７は、図３に示した燃料電池パック３０内の燃料電池２０のＡ−Ａ断面を模式的に示す図である。なお、図７に示した燃料電池２０の構成は一例であり、燃料電池の構成がこの図７に示された構成に限られるものではない。

図３に示すように、燃料電池パック３０内には、燃料電池２０、この燃料電池２０からの電力を回路基板６０に導出する端子６１が備えられている。また、回路基板６０の出力部には、燃料電池２０からの電力を上記した電気機器保持部材４０の給電部（図示しない）に導出するための電気配線（図示しない）の一端が接続されている。また、この電気配線の他端は、電気機器保持部材４０の給電部に接続される。ここで、この電気配線は、燃料電池パック３０から一旦外部に配線されて電気機器保持部材４０の給電部に接続されてもよいが、燃料電池パック３０から連結構造体５０を介して電気機器保持部材４０の給電部に接続されることが好ましい。このように連結構造体５０を介して電気配線を配線することで、電気配線が外部に露出することがなくなり、断線などの障害の発生を抑制できる。

なお、燃料電池２０からの出力電力を回路基板６０を介して電気機器保持部材４０の給電部に直接供給するようにしてもよいし、燃料電池パック３０内にリチウムイオン二次電池を備えて、このリチウムイオン二次電池を燃料電池２０からの出力電力で充電し、リチウムイオン二次電池から回路基板６０を介して電気機器保持部材４０の給電部に電力を供給するようにしてもよい。電気機器保持部材４０に装着される電気機器が電力変動の少ないタイプの機器の場合には、燃料電池２０からの出力電力を直接電気機器保持部材４０の給電部に供給する構成でも十分に対応できる。一方、電気機器保持部材４０に装着される電気機器が電力変動の大きいタイプの機器（例えば、テレビジョンやコンピュータなど）の場合には、燃料電池２０とリチウムイオン二次電池と備えたハイブリッドタイプで構成することが好ましい。

また、図７に示すように、燃料電池２０は、燃料極触媒層１００および燃料極ガス拡散層１０１からなる燃料極と、空気極触媒層１０２および空気極ガス拡散層１０３からなる空気極と、燃料極触媒層１００と空気極触媒層１０２との間に挟持されたプロトン（水素イオン）伝導性の電解質膜１０４とから構成される膜電極接合体（ＭＥＡ：Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ａｓｓｅｍｂｌｙ）１０５を起電部として備えている。ここで、燃料極触媒層１００は、例えばＰｔ−ＲｕやＰｔ−Ｍｏなどの触媒を含有し、空気極触媒層１０２は、白金やＰｔ−Ｎｉなどの触媒を含有して、それぞれの層における諸反応を促進させている。また、電解質膜１０４は、ナフィオン（商品名、デュポン社製）などのプロトン（水素イオン）伝導性を有する材料で構成される。なお、燃料極触媒層１００、空気極触媒層１０２、電解質膜１０４などの材料は、上記したものに限られるものではなく、公知の燃料極触媒層、空気極触媒層、電解質膜の材料であればよい。

また、燃料極ガス拡散層１０１には、燃料極導電層１０６が積層され、空気極ガス拡散層１０３には、空気極導電層１０７が積層されている。また、燃料極導電層１０６と電解質膜１０４との間には、燃料極シール材１０８が配置され、空気極導電層１０７と電解質膜１０４との間には、空気極シール材１０９が配置され、燃料や酸化剤が漏れを防止している。

また、燃料電池パック３０の短手方向の側面に設けられた蓋部１２１を開くことで露出可能に設けられた燃料供給口１２０から供給された液体燃料Ｆを収容する一端が開口した液体燃料収容室１１０が設けられている。この液体燃料収容室１１０の開口部を覆うように、液体燃料Ｆの気化成分と液体燃料Ｆとを分離する気液分離膜１１１が配設されている。この気液分離膜１１１上には、燃料電池２０の外縁形に対応した形状で構成されたフレーム１１２が配置されている。そして、このフレーム１１２上には、上記した燃料極導電層１０６および空気極導電層１０７を備えた膜電極接合体１０５が、燃料極導電層１０６がフレーム１１２に接するように積層配置されている。また、気液分離膜１１１、燃料極導電層１０６およびフレーム１１２で囲まれた空間である気化燃料収容室１１３は、気液分離膜１１１を透過してきた液体燃料Ｆの気化成分を一時的に収容し、さらに気化成分における燃料の濃度分布を均一にする空間として機能する。

一方、空気極導電層１０７上には、燃料電池２０の外縁形に対応した形状で構成されたフレーム１１４を介して、保湿層１１５が積層されている。また、保湿層１１５上には、酸化剤である空気を取り入れるための空気導入口１１７が複数個形成された表面カバー層１１６が積層されている。この保湿層１１５は、空気極触媒層１０２において生成した水の一部を含浸して、水の蒸散を抑制する役割をなすとともに、空気極ガス拡散層１０３に酸化剤を均一に導入することにより、空気極触媒層１０２への酸化剤の均一拡散を促す補助拡散層としての機能も有している。

ここで、燃料電池２０は、燃料電池パック３０の表面３２側、すなわち空気口３３が形成された側に燃料電池２０の空気極側が位置するように配置される。なお、上記した燃料電池２０では液体燃料収容室１１０を備えた一例を示したが、液体燃料Ｆは、例えば外付けされた燃料供給手段などから供給されるように構成してもよい。この場合には、液体燃料収容室１１０の機能を備える必要はなく、液体燃料収容室１１０の構成部分には、燃料を供給する通路として機能する燃料供給通路が設けられる。

次に、上記した燃料電池２０における作用について説明する。

液体燃料収容室１１０内の液体燃料Ｆ（例えば、メタノール水溶液）が気化し、気化したメタノールと水蒸気の混合気は、気液分離膜１１１を透過し、気化燃料収容室１１３に一旦収容され、濃度分布が均一にされる。気化燃料収容室１１３に一旦収容された混合気は、燃料極導電層１０６を通過し、さらに燃料極ガス拡散層１０１で拡散され、燃料極触媒層１００に供給される。燃料極触媒層１００に供給された混合気は、次の式（１）に示すメタノールの内部改質反応を生じる。
ＣＨ_３ＯＨ＋Ｈ_２Ｏ → ＣＯ_２＋６Ｈ^＋＋６ｅ⁻ …式（１）

なお、液体燃料Ｆとして、純メタノールを使用した場合には、液体燃料収容室２１からの水蒸気の供給がないため、空気極触媒層１０２で生成した水や電解質膜１０４中の水などがメタノールと上記した式（１）の内部改質反応を生じるか、または上記した式（１）の内部改質反応によらず、水を必要としない他の反応機構により内部改質反応を生じる。

内部改質反応で生成されたプロトン（Ｈ^＋）は、電解質膜１０４を伝導し、空気極触媒層１０２に到達する。燃料電池パック３０の表面３２の空気口３３を介して表面カバー層１１６の空気導入口１１７から取り入れられた空気は、保湿層１１５、空気極導電層１０７、空気極ガス拡散層１０３を拡散して、空気極触媒層１０２に供給される。空気極触媒層１０２に供給された空気は、次の式（２）に示す反応を生じる。この反応によって、水が生成され、発電反応が生じる。
（３／２）Ｏ_２＋６Ｈ^＋＋６ｅ⁻ → ３Ｈ_２Ｏ …式（２）

この発電反応によって発生した電力は、端子６１から回路基板６０に導出され、さらに回路基板６０の出力部に接続された電気配線（図示しない）を介して電気機器保持部材４０の給電部に導出され、電気機器の入力部に供給される。

また、この反応によって空気極触媒層１０２中に生成した水は、空気極ガス拡散層１０３を拡散して保湿層１１５に到達し、一部の水は、保湿層１１５上に設けられた表面カバー層１１６の空気導入口１１７から蒸散され、燃料電池パック３０の表面３２の空気口３３から燃料電池パック３０の外部に排出される。ここで、燃料電池２０の空気極へ空気を取り入れるための空気口３３は、電気機器保持部材４０に電気機器を装着したときに、電気機器側とは異なる側に向けて構成されているので、空気口３３から水や水蒸気が直接電気機器に向けて排出されることはない。また、残りの水は、保湿層１１５に一旦停滞し、空気極ガス拡散層１０３を通過して空気極触媒層１０２に達する。また、空気極触媒層１０２中の水分貯蔵量が増加すると、浸透圧現象によって、空気極触媒層１０２に生成した水が、電解質膜１０４を通過して燃料極触媒層１００に移動する。

上記したように、第１の実施の形態の燃料電池構造体１０によれば、連結構造体５０を備えることで、電気機器保持部材４０を回転させて所定の角度に電気機器を配置することができる。さらに、電気機器保持部材４０を回転させ、回転軸を中心に逆Ｖ字状に燃料電池パック３０と電気機器８０とが位置するようになり、安定した状態で電気機器を保持および支持することが可能となる。

また、燃料電池２０の空気極へ空気を取り入れるための空気口３３は、電気機器保持部材４０に電気機器を装着したときに、電気機器側とは異なる側に向けて構成されているので、電気機器に及ぼす燃料電池２０における発熱の影響や、空気口３３から排出される水や水蒸気の影響を防止することができる。また、燃料電池２０の空気極へ空気を取り入れるための空気口３３は、電気機器保持部材４０に電気機器を装着したときに、電気機器側とは異なる側、すなわち外側に向けて配置されているので、抵抗なく空気の取り込みを効率よく行うことができる。さらに、従来、携帯用の電気機器の電源として広く使用されていた、リチウムイオン二次電池などと比較して、電力供給時間を大幅に延ばすことができる。

ここで、上記した説明では、主に燃料電池２０の構成としてパッシブ型の燃料電池を例に挙げて説明したが、アクティブ型の燃料電池、さらには燃料供給など一部にポンプ等を用いたセミパッシブ型の燃料電池などに対しても本発明を適用することができ、パッシブ型の燃料電池を用いた場合と同様の作用効果が得られる。
また、液体燃料収容室１１０に収容する液体燃料は必ずしもメタノール燃料に限られるものではなく、例えばエタノール水溶液や純エタノール等のエタノール燃料、プロパノール水溶液や純プロパノール等のプロパノール燃料、グリコール水溶液や純グリコール等のグリコール燃料、ジメチルエーテル、ギ酸、もしくはその他の液体燃料であってもよい。いずれにしても、燃料電池に応じた液体燃料が収容される。

また、上記した燃料電池構造体１０では、燃料電池パック３０の裏面３４における長手方向に沿う一つの端辺に沿って連結構造体５０を設けた一例を示したが、連結構造体５０は、燃料電池パック３０の裏面３４における短手方向に沿う一つの端辺に沿って設けられてもよい。この場合には、燃料電池構造体１０を上方から見た場合、連結構造体５０を中心に電気機器保持部材４０、すなわち電気機器がく字状に回転可能に構成される。この構成においても上記した燃料電池構造体１０と同様の効果を得ることができる。

また、燃料電池パック３０の表面３２と裏面３４の双方に、燃料電池２０の空気極へ空気を取り入れるための空気口を設け、燃料電池パック３０内に、それぞれの空気口側に空気極が配置されるように２つの燃料電池を配置することで出力向上を図ってもよい。なお、この場合には、使用時（燃料電池２０運転時）に、燃料電池パック３０と電気機器８０とが連結構造体５０を中心に逆Ｖ字状に開いた状態とし、電気機器８０側の空気口が塞がらないように配慮することが好ましい。

（第２の実施の形態）
図８は、本発明に係る第２の実施の形態の燃料電池構造体２００に電気機器８０を装着し、電気機器８０を所定の角度回転させた状態の側面を示す平面図である。図９は、連結構造体２１０の回転軸における一部の断面を示す図である。なお、第１の実施の形態の燃料電池構造体１０と同一の構成部分には、同一の符号を付して、重複する説明を省略または簡略する。

第２の実施の形態の燃料電池構造体２００は、第１の実施の形態の燃料電池構造体１０と連結構造体の構成が異なり、第２の実施の形態の燃料電池構造体２００における連結構造体２１０は、第１の実施の形態の燃料電池構造体１０の連結構造体５０に、さらに、連結構造体５０の回転軸方向に垂直な回転軸を備えたものである。したがって、以下の説明では、主に第２の実施の形態の燃料電池構造体２００における連結構造体２１０について説明する。

図８に示すように、燃料電池構造体２００は、燃料電池パック３０と、電気機器保持部材４０と、連結構造体２１０とを備えている。

図９に示すように、連結構造体２１０は、燃料電池パック３０と、電気機器保持部材４０とを直交する２つの回転方向に回動可能に連結する２つの回転軸２２１、２３１を有して構成されている。

まず、第１の回転方向に回動可能な連結構造体２１０の第１の回転機構２２０について説明する。

この第１の回転機構２２０は、電気機器保持部材４０の外面４１における長手方向に沿う一つの端辺に沿って設けられた回転軸２２１と、その回転軸２２１の周囲を覆う筒体２２２とを備え、筒体２２２が回転軸２２１の周りを回転可能に設けられている。この第１の回転機構２２０は、例えば、ヒンジなどで構成される。

次に、第２の回転方向に回動可能な連結構造体２１０の第２の回転機構２３０について説明する。

この第２の回転機構２３０は、第１の回転機構における回転軸２２１に対して直交する方向に設けられた回転軸２３１を備える。図９に示すように、この回転軸２２１は、Ｉ字状の形状を有し、一端が第１の回転機構２２０を構成する筒体２２２の所定の位置に回転可能に支持されている。そして、回転軸２２１は、筒体２２２の外側に向けて配置され、他端は、燃料電池パック３０を構成する筐体の所定の位置に回転可能に支持されている。この第２の回転機構２３０によって、第１の回転機構と燃料電池パック３０とが連結され、回転軸２２１を中心に燃料電池パック３０を３６０度回転可能となる。

なお、ここでは、電気機器保持部材４０の外面４１における長手方向に第１の回転機構２２０を設け、この第１の回転機構２２０と燃料電池パック３０とを第２の回転機構２３０で連結しているがこの構成に限られるものではない。例えば、第１の実施の形態と同様に、燃料電池パック３０の裏面３４における長手方向に沿う一つの端辺に沿って第１の回転機構２２０を設け、この第１の回転機構２２０と電気機器保持部材４０とを第２の回転機構２３０で連結してもよい。

上記した連結構造体２１０の構成を備えることで、第１の実施の形態の燃料電池構造体１０と同様に、回転軸２２１を中心に逆Ｖ字状に燃料電池パック３０と電気機器８０とが位置するように電気機器保持部材４０を回転させることができる（図５参照）。さらに、燃料電池パック３０を、回転軸２２１に直交する方向に設けられた回転軸２３１を中心に回転させることで、図８に示すように、電気機器保持部材４０、すなわち電気機器８０に対して垂直な方向に燃料電池パック３０を配置することができる。

上記したように、連結構造体２１０の構成を備えることで、燃料電池パック３０を電気機器８０に対して垂直な方向に配置することができるので、燃料電池パック３０の表面３２と裏面３４の双方に、燃料電池２０の空気極へ空気を取り入れるための空気口を設け、燃料電池パック３０内に、それぞれの空気口側に空気極が配置されるように２つの燃料電池を配置することで出力向上を図ってもよい。ここで、この２つの燃料電池を備える具体的な構成は、図７に示した燃料電池の構成に、さらに液体燃料収容室１１０を介して図７に示した燃料電池の構成が設けられた構造となる。すなわち、液体燃料収容室１１０を介して、それぞれ逆方向に燃料電池を構成する積層体が配置された構造となる。なお、この場合、液体燃料収容室１１０は、両端が開口され、それぞれの開口部が気液分離膜で覆われた構成となる。そして、それぞれの気液分離膜を介して、気化した燃料がそれぞれの燃料電池に供給される。

上記したように、第２の実施の形態の燃料電池構造体２００によれば、連結構造体２１０を備えることで、電気機器保持部材４０を直交する２つの回転方向に回動させて所定の角度に電気機器を配置することができる。さらに、電気機器保持部材４０を回転させ、回転軸を中心に逆Ｖ字状に燃料電池パック３０と電気機器８０とを位置させたり、電気機器８０に対して垂直な方向に燃料電池パック３０を位置させたりすることができるので、安定した状態で電気機器を保持および支持することが可能となる。

また、燃料電池２０の空気極へ空気を取り入れるための空気口３３は、電気機器保持部材４０に電気機器を装着したときに、電気機器側とは異なる側に向けて構成されているので、電気機器に及ぼす燃料電池２０における発熱の影響や、空気口３３から排出される水や水蒸気の影響を防止することができる。また、燃料電池２０の空気極へ空気を取り入れるための空気口３３は、電気機器保持部材４０に電気機器を装着したときに、電気機器側とは異なる側に向けて配置することができるので、抵抗なく空気の取り込みを効率よく行うことができる。さらに、電気機器８０に対して垂直な方向に燃料電池パック３０を位置させることができるので、上記したように、燃料電池パック３０内に、液体燃料収容室１１０を介して、それぞれ逆方向に燃料電池を構成する積層体が配置された２つの燃料電池を備える構成とすることができ、出力を増加させることができる。さらに、従来、携帯用の電気機器の電源として広く使用されていた、リチウムイオン二次電池などと比較して、電力供給時間を大幅に延ばすことができる。

以上、本発明を実施の形態により説明したが、本発明はこれらの実施の形態にのみに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

例えば、上記した説明では、燃料電池２０の構成として膜電極接合体１０５の下部に液体燃料収容室１１０を有する構造を例示したが、液体燃料収容室１１０から膜電極接合体１０５への燃料の供給は、液体燃料収容室１１０から膜電極接合体１０５へ液体燃料を導く流路を設け、この流路によって行ってもよい。

また、燃料電池２０の構成として、パッシブ型の燃料電池を例に挙げて説明したが、アクティブ型の燃料電池、さらには燃料供給流路の一部にポンプ等を備えたセミパッシブと称される型の燃料電池に対しても本発明を適用することができる。ここで、セミパッシブ型の燃料電池において、液体燃料収容室から膜電極接合体に供給された燃料は、発電反応後に循環して液体燃料収容室に戻されることはない。このように、セミパッシブ型の燃料電池は、燃料を循環しないことから、従来のアクティブ方式とは異なるものであり、装置の小型化等を損なうものではない。また、セミパッシブ型の燃料電池は、燃料の供給にポンプを使用しており、従来の内部気化型のような純パッシブ方式とも異なる。このため、このような燃料電池は、上述したようにセミパッシブ方式と呼称される。なお、このセミパッシブ型の燃料電池では、液体燃料収容室から膜電極接合体への燃料供給が行われる構成であれば、ポンプに代えて燃料遮断バルブを配置する構成とすることも可能である。この場合、燃料遮断バルブは、流路による液体燃料の供給を制御するために設けられるものである。

また、膜電極接合体へ供給される燃料の蒸気においても、全て燃料の蒸気を供給してもよいが、一部が液体状態で供給される場合であっても本発明を適用することができる。

本発明の態様に係る燃料電池構造体によれば、連結構造体を備えることで、電力を供給する電子機器に対して熱的な影響を及ぼすことを防止でき、さらに、電気機器保持部材を回転させて、所定の角度に安定した状態で電気機器を配置することができる。本発明の態様に係る燃料電池構造体は、例えば、電子機器に装着して電力を供給する小型の燃料電池構造体に有効に利用される。

Claims (14)

1. 燃料電池を内装する燃料電池パックと、
   給電部を有し該給電部に接続状態で電子機器を保持可能な電気機器保持部材と、
   前記燃料電池パックと前記電気機器保持部材とを回転可能にヒンジ接続する連結構造体と、
   前記燃料電池の出力部と前記電気機器保持部材の給電部とを電気的に接続する電気配線と
   を具備することを特徴とする燃料電池構造体。
2. 燃料電池を内装する燃料電池パックと、
   給電部を有し該給電部に接続状態で電子機器を保持可能な電気機器保持部材と、
   前記燃料電池パックと前記電気機器保持部材とを直交する２つの回転方向に回動可能に連結する２つの回転軸を有する連結構造体と、
   前記燃料電池の出力部と前記電気機器保持部材の給電部とを前記連結構造体を介して電気的に接続する電気配線と
   を具備することを特徴とする燃料電池構造体。
3. 請求項１記載の燃料電池構造体において、
   前記燃料電池の空気極へ空気を取り入れるための空気口が、前記燃料電池パックの前記電子機器に対向する面とは反対側の面に設けられていることを特徴とする燃料電池構造体。
4. 請求項２記載の燃料電池構造体において、
   前記燃料電池の空気極へ空気を取り入れるための空気口が、前記燃料電池パックの前記電子機器に対向する面とは反対側の面に設けられていることを特徴とする燃料電池構造体。
5. 請求項１記載の燃料電池構造体において、
   前記燃料電池の空気極へ空気を取り入れるための空気口が、前記燃料電池パックの両面に設けられていることを特徴とする燃料電池構造体。
6. 請求項２記載の燃料電池構造体において、
   前記燃料電池の空気極へ空気を取り入れるための空気口が、前記燃料電池パックの両面に設けられていることを特徴とする燃料電池構造体。
7. 請求項１記載の燃料電池構造体において、
   前記燃料電池パックが、燃料を収容し、前記燃料電池に燃料を供給する燃料収容部をさらに具備することを特徴とする燃料電池構造体。
8. 請求項２記載の燃料電池構造体において、
   前記燃料電池パックが、燃料を収容し、前記燃料電池に燃料を供給する燃料収容部をさらに具備することを特徴とする燃料電池構造体。
9. 請求項１記載の燃料電池構造体において、
   前記電気配線が、前記連結構造体を介して前記燃料電池の出力部と前記電気機器保持部材の給電部を接続していることを特徴とする燃料電池構造体。
10. 請求項２記載の燃料電池構造体において、
    前記電気配線が、前記連結構造体を介して前記燃料電池の出力部と前記電気機器保持部材の給電部を接続していることを特徴とする燃料電池構造体。
11. 請求項１記載の燃料電池構造体において、
    前記連結構造体によって、前記電気機器保持部材を前記燃料電池パックに沿う回転軸に対して所定の回転角度の範囲で回転可能に構成されていることを特徴とする燃料電池構造体。
12. 請求項２記載の燃料電池構造体において、
    前記連結構造体によって、前記電気機器保持部材を前記燃料電池パックに沿う回転軸に対して所定の回転角度の範囲で回転可能に構成されていることを特徴とする燃料電池構造体。
13. 請求項１１記載の燃料電池構造体において、
    前記所定の回転角度の範囲内の少なくとも１箇所において前記電気機器保持部材の回転を解除可能にロックするロック機構を備えることを特徴とする燃料電池構造体。
14. 請求項１２記載の燃料電池構造体において、
    前記所定の回転角度の範囲内の少なくとも１箇所において前記電気機器保持部材の回転を解除可能にロックするロック機構を備えることを特徴とする燃料電池構造体。

Images