(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料極を有する燃料電池本体と、
液体燃料を収容する燃料タンクと、
前記燃料タンクに外部から液体燃料を補給するための燃料注入口と、
前記燃料注入口に嵌め込まれる部分を有するカートリッジと、を少なくとも備えた燃料電池システムであって、
前記燃料注入口の周囲に設けられるとともに前記カートリッジに対向するように露出した第一の燃料吸収部材を備えたことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記第一の燃料吸収部材がシート形状であることを特徴とする請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記第一の燃料吸収部材が、前記カートリッジの対向面の全面に設けられていることを特徴とする請求項２記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記カートリッジが、前記燃料注入口に嵌め込まれる部分の周囲に設けられるとともに前記燃料注入口に対向するように露出した第二の燃料吸収部材を備えたことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記第一の燃料吸収部材及び前記第二の燃料吸収部材が吸水性ポリマーを含有することを特徴とする請求項４記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記第一の燃料吸収部材及び前記第二の燃料吸収部材が吸水性ポリマーにより形成された合繊、または粉体状の吸水性ポリマーと綿の混合粉体を吸水性の台紙の間に挟んで圧着して形成されたシートよりなることを特徴とする請求項５記載の燃料電池システム。
【請求項７】
液体燃料を用いる燃料電池システムに用いられるカートリッジであって、燃料の供給部周囲かつ最外周面に燃料吸収部材を設けてなることを特徴とするカートリッジ。
【請求項８】
前記燃料吸収部材が吸水性ポリマーを含有することを特徴とする請求項７記載のカートリッジ。
【請求項９】
前記燃料吸収部材が吸水性ポリマーにより形成された合繊、または粉体状の吸水性ポリマーと綿の混合粉体を吸水性の台紙の間に挟んで圧着して形成されたシートよりなることを特徴とする請求項８記載のカートリッジ。
【請求項１０】
請求項１から６のいずれか一項に記載の燃料電池システムによって電力を供給されることを特徴とする電気機器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池システム、電気機器、およびカートリッジに関する。
【０００２】
【従来の技術】
燃料電池は、燃料極および酸化剤極と、これらの間に設けられた電解質から構成され、燃料極には燃料が、酸化剤極には酸化剤が供給されて電気化学反応により発電する。燃料としては、一般的には水素が用いられるが、近年、安価で取り扱いの容易なメタノールを燃料として直接利用する直接型の燃料電池の開発も盛んに行われている。
【０００３】
燃料として水素を用いた場合、燃料極での反応は以下の式（１）のようになる。
３Ｈ２  →  ６Ｈ＋  ＋  ６ｅ−    （１）
【０００４】
燃料としてメタノールを用いた場合、燃料極での反応は以下の式（２）のようになる。
ＣＨ３ＯＨ  ＋  Ｈ２Ｏ  →  ６Ｈ＋  ＋  ＣＯ２  ＋  ６ｅ−    （２）
【０００５】
また、いずれの場合も、酸化剤極での反応は以下の式（３）のようになる。
３／２Ｏ２  ＋  ６Ｈ＋  ＋  ６ｅ−  →  ３Ｈ２Ｏ    （３）
【０００６】
とくに、直接型の燃料電池では、メタノール水溶液から水素イオンを得ることができるので、改質器等が不要になり、小型化および軽量化を図ることができる。また、液体のメタノール水溶液を燃料とするため、エネルギー密度が非常に高いという特徴がある。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００１−１０２０６９号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このような液体燃料を用いる燃料電池は、液体燃料を補給することによって繰り返し使用される。しかし、液体燃料を用いる燃料電池を電気機器に搭載する場合、液体燃料を補給する際、または燃料注入口からの燃料漏れにより、燃料が電気機器の部品に付着して、電気機器が正常に作動しなくなるおそれがある。また、燃料補給時に燃料が漏れ出して使用者に付着して、不快感を与えるという問題もある。また、燃料極で発生する水素イオンの伝導性を上昇させるために液体燃料にアルカリを加えることもある。このような場合のように、使用する液体燃料の種類によっては、燃料が使用者に付着しないようにするのが好ましい。
【０００９】
本発明は上記事情を踏まえてなされたものであり、液体燃料を用いる燃料電池において、液体燃料の漏れを防ぐことを目的とする。本発明の別の目的は、液体燃料を用いる燃料電池において、簡便な機構で液体燃料の漏れを防ぐことを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、燃料極を有する燃料電池本体と、
液体燃料を収容する燃料タンクと、
前記燃料タンクに外部から液体燃料を補給するための燃料注入口と、
前記燃料注入口に嵌め込まれる部分を有するカートリッジと、を少なくとも備えた燃料電池システムであって、
前記燃料注入口の周囲に、前記カートリッジに対向するように露出した第一の燃料吸収部材を設けたことを特徴とする燃料電池システムが提供される。
【００１１】
燃料吸収部材としては、燃料中に含まれる成分に対する吸収性が高く、およびこれらの成分に対する耐薬品性に優れた材料が好ましく用いられる。また、燃料吸収部材は、吸収した燃料を良好に保持することのできるものが好ましい。このようにすれば、燃料タンクに燃料を注入する際に、燃料が漏れ出しても、燃料は燃料吸収部材に速やかに吸収されるので、燃料タンクの周囲が汚染されるのを防ぐことができる。
【００１２】
燃料電池本体は、固体電解質膜と、固体電解質膜を挟んで設けられた燃料極および酸化剤極とを含むことができる。また、固体電解質膜は、燃料極と酸化剤極とで挟持された構成とすることができる。固体電解質膜として、高分子固体電解質膜を用いることができる。燃料電池の燃料として、液体燃料を用いることができる。ここで、液体燃料は、メタノール、エタノール、ジメチルエーテル、または他のアルコール類、シクロパラフィン等の液体炭化水素等、ホルマリン、ギ酸、あるいはヒドラジン等の液体燃料を用いることができる。液体燃料は、水溶液とすることができる。
【００１３】
燃料カートリッジの燃料注入口は、燃料タンクの燃料注入口に嵌め合わされてよい。このようにすれば、燃料カートリッジを燃料タンクに嵌め合わせる際に、燃料が漏れ出しても、燃料は吸収部材に速やかに吸収されるため、燃料タンクの周囲が汚染されるのを防ぐことができる。
【００１４】
本発明の燃料電池システムにおいて、燃料カートリッジの燃料注入口の周囲に設けられた燃料吸収部材をさらに含むことができる。このようにすれば、燃料カートリッジを燃料タンクに嵌め合わせる際に、燃料が漏れ出しても、燃料は吸収部材に速やかに吸収されるため、燃料タンクの周囲が汚染されるのを防ぐことができる。
【００１６】
本発明の燃料電池システムにおいて、燃料吸収部材は、シート状に形成されてよい。燃料電池をコンパクトな形状に保ったまま、燃料吸収部材を設けることができる。
【００１７】
本発明の燃料電池システムにおいて、燃料吸収部材は、カートリッジの対向面の全面に設けられてよい。このようにすれば、燃料の吸収量を高めることができる。
【００１８】
本発明の燃料電池システムにおいて、燃料吸収部材は、吸水性ポリマーを含むことができる。吸水性ポリマーとしては、とくに制限はなく、既知の吸水性ポリマーを用いることができるが、燃料中に含まれる成分に対する吸収性が高く、およびこれらの成分に対する耐薬品性に優れたものが好ましく用いられる。また、吸水性ポリマーは、吸収した燃料を良好に保持することのできるものが好ましい。
【００１９】
本発明の燃料電池システムにおいて、燃料吸収部材は、水の吸水量が自重の２０質量％以上である吸水性ポリマーを含むことができる。
【００２０】
本発明の燃料電池システムにおいて、吸水性ポリマーは、ポリＮ−ビニルアセトアミド、架橋型アクリル共重合体、またはポリアクリル酸ソーダを含むことができる。
【００２１】
本発明によれば、上記のいずれかの燃料電池システムによって電力を供給される電気機器が提供される。このような燃料電池システムに燃料吸収部材を設けることにより、燃料の漏れ出しを防ぐことができ、燃料が電気機器の部品に付着することによる電気機器の故障等を防ぐことができる。
【００２２】
本発明によれば、液体燃料を用いる燃料電池システムに用いられるカートリッジであって、燃料の供給部周囲かつ最外周面に燃料吸収部材を設けてなることを特徴とするカートリッジが提供される。
【００２４】
本発明のカートリッジにおいて、燃料吸収部材は、吸水性ポリマーを含むことができる。
【００２５】
本発明のカートリッジにおいて、燃料吸収部材は、水の吸水量が自重の２０質量％以上である吸水性ポリマーを含むことができる。
【００２６】
本発明のカートリッジにおいて、吸水性ポリマーは、ポリＮ−ビニルアセトアミド、架橋型アクリル共重合体、またはポリアクリル酸ナトリウム塩を含むことができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下の実施の形態で説明する燃料電池は各種電気機器に好適に用いられ、とくに、携帯電話、ノート型等の携帯型パーソナルコンピュータ、ＰＤＡ（Personal Digital Assistant）、各種カメラ、ナビゲーションシステム、ポータブル音楽再生プレーヤー等の小型電気機器に適切に用いられる。
【００２８】
（第一の実施の形態）
まず、本実施の形態で用いる燃料電池本体１００の構成を説明する。燃料電池本体１００は、単数または複数の単セル構造１０１を有する。図１は、単セル構造１０１を模式的に示した断面図である。各単セル構造１０１は、燃料極１０２、酸化剤極１０８および固体電解質膜１１４を含む。燃料電池本体１００において、単セル構造１０１の燃料極１０２には、燃料極側セパレータ１２０を介して燃料１２４が供給される。また、各単セル構造１０１の酸化剤極１０８には、酸化剤極側セパレータ１２２を介して酸化剤１２６が供給される。
【００２９】
固体電解質膜１１４は、燃料極１０２と酸化剤極１０８を隔てるとともに、両者の間で水素イオンを移動させる役割を有する。このため、固体電解質膜１１４は、水素イオンの伝導性が高い膜であることが好ましい。また、化学的に安定であって機械的強度が高いことが好ましい。固体電解質膜１１４を構成する材料としては、スルフォン基、リン酸基等の強酸基や、カルボキシル基等の弱酸基等の極性基を有する有機高分子が好ましく用いられる。こうした有機高分子として、スルフォン化ポリ（４−フェノキシベンゾイル−１,４−フェニレン）、アルキルスルフォン化ポリベンゾイミダゾール等の芳香族縮合系高分子；スルフォン基含有パーフルオロカーボン（ナフィオン（デュポン社製）（登録商標）、アシプレックス（旭化成社製））；カルボキシル基含有パーフルオロカーボン（フレミオンＳ膜（旭硝子社製）（登録商標））；等が例示される。
【００３０】
燃料極１０２および酸化剤極１０８は、それぞれ、触媒を担持した炭素粒子と固体電解質の微粒子とを含む燃料極側触媒層１０６および酸化剤極側触媒層１１２をそれぞれ基体１０４および基体１１０上に形成した構成とすることができる。
【００３１】
燃料極側触媒層１０６の触媒としては、白金、金、銀、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、イリジウム、コバルト、ニッケル、レニウム、リチウム、ランタン、ストロンチウム、イットリウム、またはこれらの合金等が例示される。酸化剤極１０８に用いる酸化剤極側触媒層１１２の触媒としては、燃料極側触媒層１０６と同様のものを用いることができ、上記例示物質を使用することができる。なお、燃料極側触媒層１０６および酸化剤極側触媒層１１２の触媒は同じものを用いても異なるものを用いてもどちらでもよい。
【００３２】
触媒を担持する炭素粒子としては、アセチレンブラック（デンカブラック（電気化学社製）（登録商標）、ＸＣ７２（Vulcan社製）等）、ケッチェンブラック、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン等が例示される。
【００３３】
燃料極側触媒層１０６および酸化剤極側触媒層１１２における固体電解質の微粒子は、同一のものであっても異なるものであってもよい。ここで、固体電解質の微粒子は、固体電解質膜１１４と同じ材料を用いることができるが、固体電解質膜１１４とは異なる材料や、複数の材料を用いることもできる。
【００３４】
燃料極１０２、酸化剤極１０８ともに、基体１０４および基体１１０としては、カーボンペーパー、カーボンの成形体、カーボンの焼結体、焼結金属、発泡金属等の多孔性基体を用いることができる。燃料極１０２において、基体１０４における二酸化炭素の気泡の滞留は発電効率の低下の原因となる。この気泡滞留の原因は、気泡を覆う水分が基体１０４に付着して留まっているためである。そこで、基体１０４の表面に、親水性コート材あるいは疎水性コート材による表面処理を行うことが好ましい。親水性コート材により表面処理することで、基体１０４の表面における燃料の流動性が高められる。これにより二酸化炭素の気泡は燃料１２４とともに移動しやすくなる。また、疎水性コート材により処理することにより、基体１０４の表面に、気泡の形成の原因となる水分の付着を軽減できる。したがって、基体１０４の表面上における気泡の形成を軽減できる。親水性コート材としては、例えば酸化チタン、酸化ケイ素などが挙げられる。一方、疎水性コート材としては、ポリテトラフルオロエチレン、シランなどが例示される。基体１１０の表面も同様に表面処理を行ってもよい。
【００３５】
次に、本発明における単セル構造１０１の製造方法を説明する。
固体電解質膜１１４をたとえば有機高分子材料で構成する場合、固体電解質膜１１４は、有機高分子材料を溶媒に溶解ないし分散した液体を、ポリテトラフルオロエチレン等の剥離性シート等の上にキャストして乾燥させることにより得ることができる。
【００３６】
燃料極１０２および酸化剤極１０８は、たとえば以下の方法で得ることができる。まず、一般的に用いられている含浸法によって炭素粒子に触媒を担持させる。次に触媒を担持させた炭素粒子と固体電解質の微粒子を溶媒に分散させ、ペースト状としたのち、親水性コート剤または疎水性コート剤による表面処理を行った基体１０４または基体１１０に塗布する。基体１０４または基体１１０へのペーストの塗布方法についてはとくに制限がないが、たとえば、刷毛塗り、スプレー塗布、およびスクリーン印刷法等の方法を用いることができる。ペーストを塗布した後、たとえば、加熱温度１００℃〜２５０℃、加熱時間３０秒間〜３０分で乾燥させることによって燃料極１０２および酸化剤極１０８が得られる。
【００３７】
次に、固体電解質膜１１４を、燃料極１０２および酸化剤極１０８で挟み、ホットプレスすることにより、単セル構造１０１を得る。このとき、燃料極側触媒層１０６および酸化剤極側触媒層１１２が固体電解質膜１１４と接するようにする。たとえば固体電解質膜１１４や燃料極側触媒層１０６および酸化剤極側触媒層１１２中の固体電解質の微粒子を有機高分子で構成する場合、ホットプレスの条件は、これらの有機高分子の軟化温度やガラス転位温度を超える温度とすることができる。具体的には、たとえば、温度１００〜２５０℃、圧力１〜１００ｋｇ／ｃｍ２、時間１０秒〜３００秒とする。
【００３８】
以上のようにして、単セル構造１０１が形成される。また、得られた単セル構造１０１を積み重ねることにより、複数の単セル構造１０１が直列に接続された燃料電池セルスタックを含む燃料電池本体１００を得ることができる。
【００３９】
このように構成された燃料電池本体１００において、各単セル構造１０１の燃料極１０２には、燃料１２４が供給される。また、各単セル構造１０１の酸化剤極１０８には、酸化剤１２６が供給される。燃料１２４としては、メタノール、エタノール、ジメチルエーテル、または他のアルコール類、シクロパラフィン等の液体炭化水素等、ホルマリン、ギ酸、あるいはヒドラジン等の液体燃料を用いることができる。液体燃料は、水溶液とすることができる。また、燃料１２４にはアルカリを加えることもできる。これにより、水素イオンのイオン伝導性を高めることができる。酸化剤１２６としては、通常、空気を用いることができるが、酸素ガスを供給してもよい。
【００４０】
図２は、本実施の形態における燃料電池システム９９を示す図である。図２（ａ）に示すように、燃料電池システム９９は燃料電池本体１００と、燃料タンク６００とを含む。図２（ｂ）は、燃料タンク６００の上面図である。燃料タンク６００には燃料注入口６０２が形成され、燃料注入口６０２の周囲には燃料吸収部材６０４が設けられる。ここで、燃料タンク６００は、たとえば塩化ビニルまたはシリコンにより形成することができる。
【００４１】
燃料吸収部材６０４は、シート状に形成される。燃料吸収部材６０４は、吸水性ポリマーにより形成された合繊、または粉体状の吸水性ポリマーと綿の混合粉体を吸水性の台紙の間に挟んで圧着して形成されたシートにより構成される。本実施の形態における吸水性ポリマーとしては、とくに制限はなく、既知の吸水性ポリマーを用いることができるが、燃料中に含まれる成分に対する吸収性が高く、およびこれらの成分に対する耐薬品性に優れたものが好ましく用いられる。また、吸水性ポリマーは、吸収した燃料を良好に保持することのできるものが好ましい。吸水性ポリマーとしては、たとえば水の吸水量が自重の２０質量％以上のものを用いることができる。これにより、好適に燃料の漏洩を防ぐことができる。このように構成された燃料吸収部材６０４は、粘着テープや接着剤等により、燃料タンク６００に固定される。
【００４２】
吸水性ポリマーとしては、たとえばポリアクリル酸ナトリウム塩等のポリアクリル酸ソーダ系、ポリアクリルアミド等のアクリルアミド系、ポリＮ−ビニルアセトアミド、ポリＮ−ビニルホルムアミド、ポリビニルアルコール、ポリエチレンオキサイド、ポリエチレングリコール、ポリＮ−ビニルピロリドン、架橋型アクリル共重合体、ポリエステル、多糖系、ゼラチン、寒天、ゼラチン、デンプン、スチレン−ジビニルベンゼン系、ポリグルタミン酸、ポリアクリル酸、酢酸ビニルアクリル等の吸水性ポリマー等、またはこれらの共重合体が例示される。これらは単独または複合して用いることもできる。また、燃料として高濃度のアルコール水溶液を用いる場合は、上記のうち、ポリＮ−ビニルアセトアミド、ポリＮ−ビニルホルムアミド、ポリビニルアルコール、ポリエチレンオキサイド、ポリエチレングリコール、ポリＮ−ビニルピロリドン等およびこれらの変性物および共重合体等のノニオン性ポリマーが好ましく用いられる。これにより、アルコールをも好適に吸収することができる。
【００４３】
上記のうち、ポリＮ−ビニルアセトアミドとしては、たとえば「クリアテック」（昭和電工株式会社製）を用いることができる。ポリＮ−ビニルアセトアミドは、水およびアルコールの吸収性が高いため、燃料１２４としてメタノール水溶液を用いた場合、燃料１２４を良好に吸収することができる。また、ポリアクリル酸ナトリウム塩としては、たとえばポリアクリル酸ナトリウム塩を主成分としたポリマーを直接紡糸して形成された「ベルオアシス（登録商標）」（カネボウ合繊株式会社製）を用いることができる。架橋型アクリル共重合体としては、たとえば「レオジック」（日本純薬株式会社製）を用いることができる。
【００４４】
さらに、多糖系のポリマーとして、グルコース、ラムノース、フコース、グルクロン酸のモノマーから構成された多糖類であるバイオポリマーを用いることもできる。
【００４５】
図３は、燃料タンク６００の構成を詳細に示す図である。図３（ａ）は、図２（ａ）に示した燃料タンク６００のＡ−Ａ'断面図である。ここで、燃料タンク６００の燃料注入口６０２内部にはネジ部６０６が設けられている。図３（ｂ）は、燃料タンク６００の燃料注入口６０２に嵌合するふた部材６０８を示す図である。ふた部材６０８はネジ部６１４が設けられたふた本体６１０と、シール部材６１２とを含む。ここで、シール部材６１２は、Ｏ−リングまたはテフロン（登録商標）パッキン等により構成され、ふた部材６０８が燃料タンク６００の燃料注入口６０２に嵌合したときにふた部材６０８と燃料タンク６００との間を封鎖する機能を果たす。ここでは、燃料タンク６００の燃料注入口６０２がメス型に形成され、ふた部材６０８がオス型に形成されている。
【００４６】
図３（ｃ）は、燃料タンク６００内に燃料１２４を導入した後、ふた部材６０８を燃料タンク６００の燃料注入口６０２に嵌合した状態を示す断面図である。燃料タンク６００のネジ部６０６とふた部材６０８のネジ部６１４とが連結することにより、ふた部材６０８が燃料タンク６００に嵌合される。このとき、ふた部材６０８のシール部材６１２により燃料タンク６００内部に導入された燃料１２４が漏れ出すことなく燃料タンク６００内に保持される。また、燃料タンク６００の燃料注入口６０２周囲には燃料吸収部材６０４が設けられているため、ふた部材６０８を燃料タンク６００に嵌める際に燃料１２４が漏れ出しても、漏れ出した燃料１２４は燃料吸収部材６０４に速やかに吸収されるため、燃料１２４により燃料タンク６００周囲が汚染されるのを防ぐことができる。
【００４７】
燃料電池システム９９において、燃料タンクは種々の異なる形状とすることができる。図４は、燃料タンクの他の例を示す図である。ここで、燃料タンク６１６には、燃料注入口６１８と、燃料吸収部材６０４とが形成されている。燃料吸収部材６０４は、図２を参照して上述して説明したものと同様に構成することができる。燃料注入口６１８にはネジ部６２０が形成される。ここで、燃料注入口６１８が燃料タンク６１６の外部に突出して設けられている点で図２および図３に示したものと異なる。
【００４８】
図５は、図４に示した燃料タンク６１６の構成を詳細に示す図である。図５（ａ）は、図４に示した燃料タンク６１６のＢ−Ｂ'断面図である。図５（ｂ）は、燃料タンク６１６の燃料注入口６１８と嵌合するふた部材６２２を示す斜視図である。図５（ｃ）は、図５（ｂ）に示したふた部材６２２のＣ−Ｃ'断面図である。ふた部材６２２は、ふた本体６２４と、シール部材６２８とを含む。ふた本体６２４の内壁にはネジ部６２６が形成されている。シール部材６２８は、シリコンゴム等の弾性材料により構成することができる。ここでは、燃料タンク６１６の燃料注入口６１８がオス型に形成され、ふた部材６２２がメス型に形成されている。
【００４９】
図５（ｄ）は、燃料タンク６１６内に燃料１２４を導入した後、ふた部材６２２を燃料タンク６１６の燃料注入口６１８に嵌合した状態を示す断面図である。燃料タンク６１６のネジ部６２０とふた部材６２２のネジ部６２６とが連結することにより、ふた部材６２２が燃料タンク６１６に嵌合される。このとき、ふた部材６２２のシール部材６２８により燃料タンク６１６内部に導入された燃料１２４が漏れ出すことなく燃料タンク６１６内に保持される。また、燃料タンク６１６の燃料注入口６１８周囲には燃料吸収部材６０４が設けられているため、ふた部材６２２を燃料タンク６１６に嵌める際に燃料１２４が漏れ出しても、漏れ出した燃料１２４は燃料吸収部材６０４に速やかに吸収されるため、燃料１２４により燃料タンク６１６周囲が汚染されるのを防ぐことができる。
【００５０】
また、燃料吸収部材６０４は、図６に示すように、燃料タンク６００および燃料タンク６１６の燃料注入口６０２および燃料注入口６１８がそれぞれ設けられた面全面に設けてもよい。
【００５１】
図７は、燃料タンク６００に燃料１２４を注入する燃料供給用カートリッジを示す図である。図７（ａ）に示すように、燃料供給用カートリッジ６３０には、燃料１２４を排出および注入する先端部６３２および燃料吸収部材６３４が設けられる。燃料吸収部材６３４は、燃料吸収部材６０４と同様の材料により構成することができる。図７（ｂ）は、燃料供給用カートリッジ６３０の上面図である。図７（ｃ）は、図７（ａ）のＤ−Ｄ'断面図である。図７（ｃ）に示すように、燃料供給用カートリッジ６３０の先端部６３２は、燃料供給用カートリッジ６３０から遠ざかる方向に径が縮小するテーパ状に形成される。このように、燃料供給用カートリッジ６３０の先端部６３２の周囲に燃料吸収部材６３４が形成されているので、燃料供給用カートリッジ６３０から燃料タンク６００または燃料タンク６１６に燃料１２４を注入する際に燃料供給用カートリッジ６３０から燃料１２４が漏れ出しても、燃料１２４が速やかに燃料吸収部材６３４に吸収されるので、燃料タンク６００または燃料タンク６１６周辺が燃料１２４により汚染されるのを防ぐことができる。
【００５２】
また、燃料タンク６００は、図８に示したような形状とすることもできる。図８（ａ）は、燃料タンク６００の断面図、図８（ｂ）は図８（ａ）に示した燃料タンク６００の上面図である。ここで、燃料タンク６００には図２および図３に示したものと同様、燃料注入口６０２および燃料吸収部材６０４が設けられている。燃料注入口６０２は、燃料注入口６０２を燃料タンク６００の内側から外側にテーパ状に広がる形状に形成される。燃料タンク６００の燃料注入口６０２をこのように形成することにより、たとえば図７に示したような燃料供給用カートリッジ６３０を用いて燃料１２４を燃料タンク６００に注入する際に、燃料１２４が燃料タンク６００から漏れ出しにくい構造とすることができ、燃料タンク６００の周辺が燃料１２４により汚染されるのを防ぐことができる。
【００５３】
さらに、燃料タンク６１６は、図９に示したような形状とすることもできる。ここで、燃料タンク６１６の燃料注入口６１８にはふた部材６３３が設けられる。ふた部材６３３は、たとえばシリコンゴムにより構成することができる。この場合、燃料タンク６１６には、シリンジ等を用いて燃料が供給される。
【００５４】
また、図示していないが、燃料タンク６００または燃料タンク６１６の燃料注入口６０２または燃料注入口６１８は、逆止弁により閉鎖される構成とすることもできる。
【００５５】
図１３は、図１に示した燃料電池システム９９を携帯型パーソナルコンピュータに実装した例を示す図である。図１３（ａ）は携帯型パーソナルコンピュータ３７０の斜視図であり、図中のＦ−Ｆ'断面が図１３（ｂ）に示されている。ここでは、燃料電池本体１００および燃料タンク６００は、携帯型パーソナルコンピュータ３７０のディスプレイ３７１の裏面に配設される。図１３（ｃ）は、ディスプレイ３７１の裏面を示す図である。この場合、燃料タンク６００の燃料注入口は、ディスプレイ３７１の裏面に形成され、ふた部材６０８で封鎖される。燃料注入口の周囲には、燃料吸収部材６０４が形成される。このような構成とすると、パソコン本体に燃料電池を配置するためのスペースが不要となり、パソコンのサイズの小型化を阻害することなく本発明に係る燃料電池を実装することができる。
【００５６】
（第二の実施の形態）
図１０は、本発明の第二の実施の形態における燃料電池システムの構成を示す図である。本実施の形態において、燃料電池本体１００には燃料カートリッジが取り付けられる。
【００５７】
図１０（ａ）は、燃料カートリッジ６３５の構成を示す断面図である。燃料カートリッジ６３５は、カートリッジ本体６３６と、燃料供給部材６３７と、燃料吸収部材６３８とを含む。燃料吸収部材６３８は、図２に示した燃料吸収部材６０４と同様の材料により構成することができる。
【００５８】
燃料供給部材６３７は、カートリッジ本体６３６に収容された燃料を燃料電池本体１００に供給する機能を果たす。燃料供給部材６３７は、燃料を吸収するとともに、吸収した燃料を燃料電池本体１００に供給することのできる材料により構成される。燃料供給部材６３７は、たとえばウレタンにより構成することができる。また、燃料供給部材６３７は、シリカ多孔体やアルミナ多孔体などのセラミックス多孔体、フッ素樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ポリイミド、ポリスルホン、ポリスルフィドまたはポリベンズイミダゾール等の多孔質フィルム等により構成することもできる。
【００５９】
図１０（ｂ）は、燃料電池本体１００の構成を示す断面図である。燃料電池本体１００は、第一の実施の形態において図１を参照して説明したのと同様の構成要素を有する。ここで、図１に示したものと同様の構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。本実施の形態において、燃料電池本体１００は、絶縁シート１３０と、燃料極側集電体１３２と、酸化剤極側集電体１３４と、燃料吸収部材６４８と、撥水部材６５０とを有する。撥水部材６５０は、たとえばシリコンゴムにより構成することができる。ここで、撥水部材６５０は、図１０（ａ）に示した燃料カートリッジ６３５の燃料供給部材６３７の先端部が嵌め合わされるように形成される。燃料吸収部材６４８は、図２に示した燃料吸収部材６０４と同様の材料により構成することができる。
【００６０】
図１０（ｃ）は、燃料カートリッジ６３５を燃料電池本体１００に取り付けた状態を示す図である。このように、燃料カートリッジ６３５は、燃料供給部材６３７の先端部が燃料電池本体１００の燃料極側集電体１３２と接するように燃料電池本体１００に取り付けられる。カートリッジ本体６３６中の燃料は、燃料供給部材６３７を介して燃料極側集電体１３２に供給される。酸化剤極側集電体１３４には酸化剤である空気が供給されるので、これにより、燃料電池システム９９が発電する。
【００６１】
図１１は、図１０に示した燃料電池システム９９の他の例を示す図である。図１１（ａ）は、燃料カートリッジ６４４の構成を示す断面図である。燃料カートリッジ６４４はカートリッジ本体６４５と、燃料吸収部材６４６とを有する。燃料吸収部材６４６は、カートリッジ本体６４５の先端部６４７の周囲に形成される。燃料吸収部材６４６は、図２に示した燃料吸収部材６０４と同様の材料により構成することができる。
【００６２】
図１１（ｂ）は、燃料電池本体１００の構成を示す断面図である。燃料電池本体１００は、図１０に示したのと同様の構成要素を有するが、さらに、燃料タンク６４０を有する。また、図１０に示した燃料電池本体１００の燃料吸収部材６４８および撥水部材６５０にかえて、撥水部材６４１および燃料吸収部材６４２を有する。燃料吸収部材６４２は、図２に示した燃料吸収部材６０４と同様の材料により構成することができる。燃料タンク６４０には、図１１（ａ）に示したカートリッジ本体６４５の先端部６４７が嵌め合わされる燃料供給口６４３が形成される。燃料タンク６４０において、燃料吸収部材６４２は、燃料供給口６４３の周囲に形成される。ここで、図示していないが、燃料電池本体１００は燃料タンク６４０に導入された燃料１２４を循環する循環経路を有する。循環経路にはたとえば送液用ポンプが設けられる。送液用ポンプとしては、たとえば消費電力が非常に小さい小型の圧電モーター等の圧電素子を用いることができる。このように、燃料１２４を循環するための構成を燃料電池本体１００に組み込んでおけば、燃料カートリッジ６４４を容易に取り替えることができる。
【００６３】
図１２は、複数の燃料電池本体１００の間に燃料タンク６４０が形成された例を示す図である。図１２（ａ）に示すように、燃料タンク６４０は、燃料極側集電体１３２が互いに対向するように配置された複数の燃料電池本体１００の間に形成される。図１２（ｂ）は、図１２（ａ）に示した燃料タンク６４０のＥ−Ｅ'断面図である。図示したように、ここでも、燃料タンク６４０は燃料カートリッジ６４４を装着可能に形成される。
【００６４】
【実施例】
（実施例１）
以下に示す親水性材料０．１ｇをそれぞれ吸水性の台紙の間に挟んでシート（質量約０．７ｇ、体積約１〜２ｃｍ３）を形成し、それらのシートをそれぞれシャーレ内に配置した。その後、シャーレに７０体積％メタノール水溶液を１０ｍｌ、約５秒間かけて滴下した。各親水性材料について、給水時間および保持状態を目視により観察した。表１にその結果を示す。
【００６５】
【表１】
0003724476.tif 000002
【００６６】
表１に示すように、親水性材料としてポリＮ−ビニルアセトアミド（１）、架橋型アクリル共重合体（２）、またはポリアクリル酸ナトリウム塩＋ポリエステル合繊（３）を用いたシートは、燃料を迅速に吸収し、また吸収した燃料を良好に保持することができた。親水性材料としてポリエステル（５）またはポリウレタン（７）を用いた場合、シートは比較的速やかに燃料を吸収したが、吸収した燃料は保持されず、シート表面に浮き出してきた。親水性材料としてナイロン（４）または綿（６）を用いた場合、給水時間および保持状態ともにあまり良好な結果を示さなかった。
【００６７】
（実施例２）
親水性材料として、実施例１で良好な結果を示したポリＮ−ビニルアセトアミド（１）、架橋型アクリル共重合体（２）、およびポリアクリル酸ナトリウム塩＋ポリエステル合繊（３）を含む燃料吸水部材を用いて図２に示した構成の燃料電池システム９９を形成した。この燃料電池システム９９に、燃料として１０体積％メタノール水溶液を必要量の２倍を注入したところ、いずれの場合も、燃料注入口６０２から溢れ出てきた燃料は燃料吸水部材６０４に速やかに吸収され、燃料タンク６００周辺に漏洩しないことが確認された。
【００６８】
以上、本発明を実施の形態および実施例をもとに説明した。この実施の形態および実施例は例示であり、その各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能であり、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。以下、そうした例を説明する。
【００６９】
以上の実施の形態において、燃料としてはメタノール水溶液等の液体燃料を用いた例を説明したが、燃料電池本体１００の燃料極１０２には、ジメチルエーテル等の炭化水素系燃料から得られる改質水素を使用することができる。この場合、液体燃料を収容する容器に燃料吸収部材を設けることができる。
【００７０】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、液体燃料を用いる燃料電池において、液体燃料の漏れを防ぐことができる。また、これにより、燃料電池および燃料電池を搭載した電気機器の取り扱いを容易にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施の形態における燃料電池本体の単セル構造を模式的に示した断面図である。
【図２】  本発明の第一の実施の形態における燃料電池システムを示す図である。
【図３】  図２に示した燃料タンクの構成を詳細に示す図である。
【図４】  燃料タンクの他の例を示す図である。
【図５】  図４に示した燃料タンクの構成を詳細に示す図である。
【図６】  燃料タンクの他の例を示す図である。
【図７】  燃料タンクに燃料を注入する燃料供給用カートリッジを示す図である。
【図８】  燃料タンクの他の例を示す図である。
【図９】  燃料タンクの他の例を示す図である。
【図１０】  本発明の第二の実施の形態における燃料電池システムの構成を示す図である。
【図１１】  図１０に示した燃料電池システムの他の例を示す図である。
【図１２】  複数の燃料電池本体の間に燃料タンクが形成された例を示す図である。
【図１３】  図２に示した燃料電池システムを携帯型パーソナルコンピュータに実装した例を示す図である。
【符号の説明】
９９  燃料電池システム
１００  燃料電池本体
１０１  単セル構造
１０２  燃料極
１０４  基体
１１０  基体
１０６  燃料極側触媒層
１０８  酸化剤極
１１２  酸化剤極側触媒層
１１４  固体電解質膜
１２０  燃料極側セパレータ
１２２  酸化剤極側セパレータ
１２４  燃料
１２６  酸化剤
１３０  絶縁シート
１３２  燃料極側集電体
１３４  酸化剤極側集電体
３７０  携帯型パーソナルコンピュータ
３７１  ディスプレイ
６００  燃料タンク
６０２  燃料注入口
６０４  燃料吸収部材
６０６  ネジ部
６０８  ふた部材
６１０  ふた本体
６１２  シール部材
６１４  ネジ部
６１６  燃料タンク
６１８  燃料注入口
６２０  ネジ部
６２２  ふた部材
６２４  ふた本体
６２６  ネジ部
６２８  シール部材
６３０  燃料供給用カートリッジ
６３２  先端部
６３３  ふた部材
６３４  燃料吸収部材
６３５  燃料カートリッジ
６３６  カートリッジ本体
６３７  燃料供給部材
６３８  燃料吸収部材
６４０  燃料タンク
６４１  撥水部材
６４２  燃料吸収部材
６４３  燃料供給口
６４４  燃料カートリッジ
６４５  カートリッジ本体
６４６  燃料吸収部材
６４７  先端部
６４８  燃料吸収部材
６５０  撥水部材
【図１】
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【図２】
0003724476.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
0003724476.tif 000007
【図６】
0003724476.tif 000008
【図７】
0003724476.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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