(57)【要約】      （修正有） 【課題】構成部材を簡素化し、低コストで製造することができる教材用燃料電池装置を提供する。【解決手段】気体燃料１１を化学反応させて電気エネルギに変換する燃料電池セルを備えた燃料電池１３と、気体燃料１１を一時貯蔵すると共に、気体燃料１１を、供給経路１５を介して燃料電池１３へと供給しうる気体燃料貯蔵部１６と、燃料電池１３と導電可能に接続され、燃料電池１３にて発電された電気エネルギを他のエネルギへと変換するエネルギ変換手段１７と、を有する教材用燃料電池装置１０であって、気体燃料貯蔵部１６は、管状体１８を巻回して形成されていることを特徴とする。【選択図】図１
0003197663.tif 000002
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
気体燃料を化学反応させて電気エネルギに変換する燃料電池セルを備えた燃料電池と、前記気体燃料を一時貯蔵すると共に、前記気体燃料を、供給経路を介して前記燃料電池へと供給しうる気体燃料貯蔵部と、前記燃料電池と導電可能に接続され、前記燃料電池にて発電された電気エネルギを他のエネルギへと変換するエネルギ変換手段と、を有する教材用燃料電池装置であって、
前記気体燃料貯蔵部は、管状体を巻回して形成されていることを特徴とする教材用燃料電池装置。
【請求項２】
前記気体燃料は、水素および酸素であり、前記管状体および前記供給経路は柔軟な合成樹脂製の一本のチューブにより構成され、前記供給経路は、前記管状体における燃料供給側とは反対側の端部に連続して形成されており、前記燃料電池は、略四角形状に形成された燃料電池セルを、保護材により両面から挟持固定されて形成されており、前記保護材の両面には其々、前記燃料電池セルに連通する供給口が設けられ、前記供給口には前記供給経路が接続されていると共に、燃料電池セルより排出される未反応気体を外部へ排出しうる排出口が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の教材用燃料電池装置。
【請求項３】
前記排出口には、排出チューブが固定されており、前記排出チューブには、内部圧力が一定以上に達すると自動で大気解放される圧力解放弁が設けられていることを特徴とする請求項２に記載の教材用燃料電池装置。
【請求項４】
前記気体燃料貯蔵部および前記供給経路は、前記水素および前記酸素の其々について別個に設けられていることを特徴とする請求項２に記載の教材用燃料電池装置。
【請求項５】
前記管状体の燃料供給側端部には、水の電気分解によって水素および酸素を発生する水素・酸素発生装置が接続されていることを特徴とする請求項２に記載の教材用燃料電池装置。
【請求項６】
前記エネルギ変換手段はモータであり、前記燃料電池、前記気体燃料貯蔵部および前記モータは前記シャーシに固定され、前記モータより発生される駆動エネルギは、歯車を介して車両の車輪を駆動させるように構成された請求項２に記載の教材用燃料電池装置を備えることを特徴とする車両玩具。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は、教材用燃料電池装置及び教材用燃料電池装置を備える車両玩具に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、燃料電池は、化石燃料によらない新規のエネルギ創出方法として注目を集めており、近年では、様々な産業分野において実用化に向けた開発が行われている。
【０００３】
燃料電池には複数の種類があるが、そのうちの１つとしては、例えば、水素および酸素を用いるものがあり、これは負極側においては、触媒を用いて水素をイオン化して電子を放出させ、正極側においては、負極側で生じた電子と酸素を反応させてイオン化し、さらに電解質中の水素と化学反応させて水を生成する燃料電池である。
【０００４】
このような燃料電池においては、電極間に電子の移動が発生することにより、電気エネルギを得ることができる。そこで、発生した電気エネルギを利用して、例えば、モータを駆動させてプロペラを回転させることにより、実際に発電していることを視覚的に確認することができる装置を得ることができる。
【０００５】
また、このような装置を小型化して製造販売し、家庭あるいは学校における授業等において利用可能とすることにより、燃料電池の仕組みを学ぶための教材として利用することができ有用である。
【０００６】
このように教材として利用することが可能な燃料電池システムを備える玩具としては、例えば、特許文献１が開示されている。特許文献１においては、燃料の貯蔵手段としては交換可能なカートリッジタイプの燃料タンクが用いられ、燃料はチューブポンプによって燃料電池へと供給されることが開示されている。
【０００７】
しかしながら、教材として用いられる燃料電池装置は、燃料電池に関する知識を深めることに利用され、多くの人に触れてもらうことが望ましく、できるだけ簡素な構成で低コストなものが要望されており、特許文献１は、このような要望に応えるものではなかった。
【特許文献１】公開特許第２００４−１６４９５４号公報
【考案の開示】
【考案が解決しようとする課題】
【０００８】
そこで、本考案は、このような従来の要請に基づくものであって、構成部材を簡素化し、低コストで製造することができる教材用燃料電池装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記課題を解決するために、請求項１に記載の教材用燃料電池装置にあっては、気体燃料を化学反応させて電気エネルギに変換する燃料電池セルを備えた燃料電池と、前記気体燃料を一時貯蔵すると共に、前記気体燃料を、供給経路を介して前記燃料電池へと供給しうる気体燃料貯蔵部と、前記燃料電池と導電可能に接続され、前記燃料電池にて発電された電気エネルギを他のエネルギへと変換するエネルギ変換手段と、を有する教材用燃料電池装置であって、前記気体燃料貯蔵部は、管状体を巻回して形成されていることを特徴とする。
【００１０】
請求項１に記載の教材用燃料電池装置は、気体燃料貯蔵部は、管状体を巻回して形成されているため、複雑な構造を備えておらず、例えば、供給経路が管状体で形成される場合には、供給経路と一体に形成することができ構造部材を簡素なものとすることができる。
【００１１】
請求項２に記載の教材用燃料電池装置にあっては、前記気体燃料は、水素および酸素であり、前記管状体および前記供給経路は柔軟な合成樹脂製の一本のチューブにより構成され、前記供給経路は、前記管状体における燃料供給側とは反対側の端部に連続して形成されており、前記燃料電池は、略四角形状に形成された燃料電池セルを、保護材により両面から挟持固定されて形成されており、前記保護材の両面には其々、前記燃料電池セルに連通する供給口が設けられ、前記供給口には前記供給経路が接続されていると共に、燃料電池セルより排出される未反応気体を外部へ排出しうる排出口が設けられていることを特徴とする。
【００１２】
請求項２に記載の教材用燃料電池装置は、前記管状体および前記供給経路は柔軟な合成樹脂製の一本のチューブより構成され、前記供給経路は、前記管状体における前記燃料供給側端部とは反対側の端部に連続して形成されているため、例えば、一本のチューブの一部を巻回して形成することにより、気体燃料貯蔵部と供給経路を形成することができる。
【００１３】
請求項３に記載の教材用燃料電池装置にあっては、前記排出口には、排出チューブが固定されており、前記排出チューブには、内部圧力が一定以上に達すると自動で大気解放される圧力解放弁が設けられていることを特徴とする。
【００１４】
請求項３に記載の教材用燃料電池装置は、前記排出口には、排出チューブが固定されており、前記排出チューブには、内部圧力が一定以上に達すると自動で大気解放される圧力解放弁が設けられていることから、教材用燃料電池装置を始動させる際に、管状体、供給経路、燃料電池セル等の内部に残存している空気を溜め込んで一気に排出することにより、効率よく残存空気を気体燃料に置換することができる。
【００１５】
請求項４に記載の教材用燃料電池装置にあっては、前記気体燃料貯蔵部および前記供給経路は、前記水素および前記酸素の其々について別個に設けられていることを特徴とする。
【００１６】
請求項４に記載の教材用燃料電池装置は、前記気体燃料貯蔵部および前記供給経路は、前記水素および前記酸素の其々について別個に設けられていることから、水素及び酸素の其々の気体燃料を一時貯蔵して燃料電池へと供給することができる。
【００１７】
請求項５に記載の教材用燃料電池装置にあっては、前記管状体の燃料供給側端部には、水の電気分解によって水素および酸素を発生する水素・酸素発生装置が接続されていることを特徴とする。従って、水素・酸素発生装置において発生した水素および酸素は、管状体の燃料供給側端部へと導入される。
【００１８】
請求項６に記載の教材用燃料電池装置を備える車両玩具にあっては、前記請求項２に記載の構成を備え、前記エネルギ変換手段はモータであり、前記燃料電池、前記気体燃料貯蔵部および前記モータは前記シャーシに固定され、前記モータより発生される駆動エネルギは、歯車を介して車両の車輪を駆動させるように構成されたことを特徴とする。
【００１９】
請求項６に記載の教材用燃料電池装置を備える車両玩具は、前記エネルギ変換手段はモータであり、前記燃料電池、前記気体燃料貯蔵部および前記モータは前記シャーシに固定され、前記モータより発生される駆動エネルギは、歯車を介して車両の車輪を駆動させるように構成されていることから、燃料電池において発電された電気エネルギを、モータによって駆動エネルギへ変換し、車輪を駆動させることにより、車両玩具を走行させることができる。
【考案の効果】
【００２０】
請求項１に記載の教材用燃料電池装置にあっては、気体燃料貯蔵部は、複雑な構造を備えておらず、例えば、供給経路が管状体で形成される場合には、供給経路と一体に形成することができ構造部材を簡素なものとすることができるため、低コストで製造することができる。また、管状体の長さ或いは径を変更することにより、自由に気体燃料の貯蔵量を変更することができる。
【００２１】
請求項２に記載の教材用燃料電池装置にあっては、例えば、１本のチューブの一部を巻回して形成することにより、気体燃料貯蔵部と供給経路を形成することができるため、低コストで製造することができる。
【００２２】
請求項３に記載の教材用燃料電池装置にあっては、教材用燃料電池装置を始動させる際に、管状体、供給経路、燃料電池セル等の内部に残存している空気を溜め込んで一気に排出することにより、効率よく残存空気を気体燃料に置換されるため、燃料電池において発電が開始される。これにより、管状体、供給経路、燃料電池セル等の内部に残存した空気がいつまでも排出されずに、発電が開始されないという事態を回避することができる。
【００２３】
請求項４に記載の教材用燃料電池装置にあっては、水素および酸素の其々の気体燃料を一時貯蔵して燃料電池へと供給することができるため、エネルギ変換手段へと一定時間安定的に電気エネルギを供給することができる。例えば、エネルギ変換手段がモータである場合には、一定時間安定的にモータを駆動させることができ、利用者は、モータの回転を視認して、水素および酸素から電気エネルギが生みだされたことを確実に認識することができる。
【００２４】
請求項５に記載の教材用燃料電池装置にあっては、水素・酸素発生装置において発生した水素および酸素は、管状体の燃料供給側端部へと導入されることから、利用者は、燃料電池装置の仕組みだけでなく、水の電気分解によって水素および酸素が発生させることを含めて、学ぶことができる。
【００２５】
請求項６に記載の教材用燃料電池装置を備える車両玩具にあっては、燃料電池において発電された電気エネルギを、モータによって駆動エネルギへ変換し、車輪を駆動させることにより、車両玩具を走行させることができるため、利用者は、走行した車両玩具を観て、水素および酸素から電気エネルギが生みだされたことを認識することができると共に、走行させて遊びながら燃料電池について学ぶことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】図１は、本考案に係る教材用燃料電池装置の一実施の形態を示した概念図である。
【図２】図２は、本考案に係る教材用燃料電池装置の一実施の形態を示し、燃料電池の斜視図である。
【図３】図３は、本考案に係る教材用燃料電池装置を備えた車両玩具の一実施の形態を示した斜視図である。
【考案を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本考案に係る教材用燃料電池装置を実施の形態に基づき、図面を参照して詳細に説明する。
【００２８】
図１および図２に示すように、本考案に係る教材用燃料電池装置１０は、気体燃料１１を化学反応させて電気エネルギに変換する燃料電池セル１２を備えた燃料電池１３と、気体燃料１１を一時貯蔵すると共に、気体燃料１１を、供給経路１５，１５を介して燃料電池１３へと供給しうる気体燃料貯蔵部１６，１６と、燃料電池１３と導電可能に接続され、燃料電池１３にて発電された電気エネルギを他のエネルギへと変換するエネルギ変換手段１７とを備えている。
【００２９】
図１に示すように、気体燃料貯蔵部１６，１６は、一本の管状体１８を巻回して形成されており、本実施の形態においては、気体燃料１１は、水素１１ａおよび酸素１１ｂであり、管状体１８および供給経路１５は柔軟な合成樹脂製のチューブより構成されている。本実施の形態においては、気体燃料貯蔵部１６は、チューブを接着剤により互いに接着して形成されている。
【００３０】
図１に示すように、供給経路１５は、管状体１８における燃料供給側端部１４とは反対側の端部１９に連続して形成されている。本実施の形態においては、チューブの一部を巻回することにより、巻回された部分は気体燃料貯蔵部１６、巻回されていない部分は供給経路１５として其々連続して形成されている。気体燃料貯蔵部１６および供給経路１５は、水素１１ａおよび酸素１１ｂの其々について別個に設けられている。
【００３１】
図１および図２に示すように、燃料電池１３は、略四角形状に形成された燃料電池セル１２を、保護材２０により両面から挟持固定されて形成されており、保護材２０の両面には其々、燃料電池セル１２に連通する供給口２１が設けられている。図２に示すように、保護材２０は、ボルト３２により挟持固定されており、供給口２１は保護材２０の上端部において、厚さ方向外方へ円筒状に突出して設けられている。供給口２１は、供給経路１５を構成するチューブの内径よりもやや大きい径に形成されている。
【００３２】
図１および図２に示すように、供給口２１には供給経路１５がやや拡開しながら装着されて接続されていると共に、燃料電池セル１２より排出される未反応気体を外部へ排出しうる排出口２２が設けられている。排出口２２は、保護材２０の下端部において厚さ方向外方へ円筒状に突出して設けられ、供給口２１と同径に形成されている。
【００３３】
排出口２２には、排出チューブ２３が固定されており、排出チューブ２３には、内部圧力が一定以上に達すると自動で大気解放される圧力解放弁２４が設けられている。排出チューブ２３は、供給経路１５と同一内径のチューブであり、やや拡開しながら排出口２２に装着されている。
【００３４】
図１に示すように、燃料供給側端部１４，１４には、水の電気分解によって水素１１ａおよび酸素１１ｂを発生する水素・酸素発生装置２５が接続されている。
水素・酸素発生装置２５には其々、水素１１ａが発生する水素発生漕２６ａと酸素１１ｂが発生する酸素発生漕２６ｂが設けられており、水が溜められており、中央には電極が備えられている。
【００３５】
水素発生漕２６ａと酸素発生漕２６ｂから其々、管状体１８と同径に形成された燃料供給チューブ２７，２７を通じて、管状体１８の燃料供給側端部１４，１４へと接続されている。
【００３６】
管状体１８，１８に形成されている燃料供給側端部１４，１４には、円筒状に形成され、長さ方向中央は円盤状に膨出して形成された接続具２８，２８の一端部が係合され、接続具２８，２８の他端部は、燃料供給チューブ２７，２７に係合されている。燃料供給チューブ２７は、管状体１８および供給経路１５と同一内径のチューブである。
【００３７】
本実施の形態においては、エネルギ変換手段１７は、モータであり、電気エネルギは駆動エネルギへと変換される。モータ１７は、導電ケーブル２９により燃料電池１３と導電可能に接続されている。導電ケーブル２９は、端部にコネクタを備えており、燃料電池１３の上端部に形成された電気エネルギ送出部３０に挿入して係合されている。
【００３８】
以下、本考案に係る教材用燃料電池装置の作用について、図面を参照して詳細に説明する。
【００３９】
本考案に係る教材用燃料電池装置１０は、以上のように構成されていることから、供給経路１５及び気体燃料貯蔵部１６は、一本のチューブ１８より構成されており、簡素なものである。
【００４０】
本考案に係る教材用燃料電池装置１０を利用する際には、水素・酸素発生装置２５を電源へ接続して、電極に通電させることにより水が電気分解されて水素発生漕２６ａおよび酸素発生漕２６ｂにおいて水素１１aおよび酸素１１ｂが其々生成する。
【００４１】
水素１１aおよび酸素１１ｂは、燃料供給チューブ２７，２７を通じ、接続具２８を介して、管状体１８の燃料供給側端部１４，１４より気体燃料貯蔵部１６，１６へと導入され、さらに供給経路１５，１５を通じて、燃料電池１３内部に備えられた燃料電池セル１２へと導入される。
【００４２】
このとき、燃料供給チューブ２７、気体燃料貯蔵部１６、供給経路１５及び燃料電池１３に残存していた空気は、水素１１aまたは酸素１１ｂによって押し出されて排出口２２より排出チューブ２３へと送られ、排出チューブ２３途中に配設された圧力解放弁２４によって閉塞されていることから、圧縮されて貯留される。
【００４３】
排出チューブ２３の内圧が一定以上に達すると、圧力解放弁２４が開いて外部へと一気に空気が排出されて、装置内部が、空気から水素１１aおよび酸素１１ｂへと置換される。
【００４４】
燃料電池セル１２は、水素１１aおよび酸素１１ｂで満たされると化学反応を開始して、水が生成すると共に、電気エネルギが発生する。燃料電池セル１２で生成された水は、保護材２０，２０の間隙より排出される。電気エネルギは、電気エネルギ送出部３０を介して、導電ケーブル２９に送電され、導電ケーブル２９を通じてモータ１７へと供給される。
【００４５】
電気エネルギは、モータ１７において、駆動エネルギに変換されてモータ１７の軸を回転させる。モータ１７の軸にはプロペラ３１が備えられており、利用者はプロペラ３１が回転する様子を見て、水素１１ａおよび酸素１１ｂから電気エネルギが得られたことを認識することができる。
【００４６】
本実施の形態においては、気体燃料貯蔵部１６は、チューブを接着剤により互いに接着して形成されている例を説明したが、これに限定されることはなく、例えば、棒状体にチューブを巻き付けて形成されていても良いし、巻回された状態において、バンド等で束ねても良い。また、一本のチューブでなくとも、複数本のチューブを互いに接合して気体燃料貯蔵部１６を構成しても良い。
【００４７】
本実施の形態においては、圧力解放弁２４は、排出チューブ２３の内部圧力が一定以上に達すると自動で大気解放される圧力解放弁２４である例を説明したが、これに限定されることはなく、例えば、所定の操作を行うことにより、外部と連通して圧力解放される手動の圧力解放弁であっても良い。
【００４８】
以下、本考案に係る教材用燃料電池装置を備えた車両玩具を実施の形態に基づき、図面を参照して詳細に説明する。なお、同一部材については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００４９】
図３に示すように、教材用燃料電池装置を備えた車両玩具４０は、エネルギ変換手段４１はモータであり、燃料電池４２、気体燃料貯蔵部４３およびモータ４１はシャーシ４４に固定され、モータ４１より発生される駆動エネルギは、歯車４５を介して車両の車輪４６を駆動させるように構成されている。
【００５０】
燃料電池４２及びモータ４１は、導電ケーブル４７により導電可能に連結されている。本実施の形態においては、シャーシ４４には４つの車輪４６が回転可能に取付けられ、このうちモータ４１によって駆動させる車輪４６は後輪である。
【００５１】
気体燃料貯蔵部４３は、シャーシ４４前方から上方に向って突出して形成された棒状体４９に、合成樹脂製の一本のチューブ１８を巻き付けることにより、巻回して形成され固定されて形成されている。燃料供給側端部５３は、爪部５４によって外周面を保持されシャーシ４４に着脱可能に固定されている。
【００５２】
モータ４１の回転軸は、先端に歯車４５が取り付けられ、駆動エネルギを伝達する他の３つの歯車４５と共に、ギヤボックス５０内に配設されており、モータ４１は、ギヤボックス５０を介してシャーシ４４後方に固定されている。
【００５３】
燃料電池４２は、両端部に電気エネルギ送出部（図示せず）が形成され、電気エネルギ送出部および導電ケーブル４７は、互いに導電可能に接した状態において、シャーシ４４へとボルト５２によって、固定されている。
気体燃料貯蔵部４３および供給経路５１は、水素１１ａを一時貯蔵して燃料電池４２へと供給するために全体として１つ配設されている。
【００５４】
従って、図３に示すように、教材用燃料電池装置を備えた車両玩具４０は、管状体１８の燃料供給側端部５３から水素１１ａを導入することにより、気体燃料貯蔵部４３および供給経路５１内部に残存していた空気は、水素１１ａに置換される。
【００５５】
燃料電池４２へ水素１１ａが供給されると共に、酸素１１ｂとして空気が供給され、空気中に含まれる酸素１１ｂと、気体燃料貯蔵部１６および供給経路５１を通じて供給される水素１１ａとによって発電が開始されて電気エネルギが得られる。
【００５６】
電気エネルギは、導電ケーブル４７を通じてモータ４１へと供給されて、モータ４１は駆動される。モータ４１の駆動は歯車４５へと伝達され、さらに歯車４５から車両の車輪４６へと伝達されて、車両を走行させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本考案に係る教材用燃料電池装置及び教材用燃料電池装置を備えた車両玩具は、家庭あるいは学校における授業等において教材として利用することができ、産業上利用可能性を有している。
【符号の説明】
【００５８】
１０    教材用燃料電池装置
１１    気体燃料
１１ａ  水素
１１ｂ  酸素
１２    燃料電池セル
１３    燃料電池
１４    燃料供給側端部
１５    供給経路（チューブ）
１６    気体燃料貯蔵部
１７    エネルギ変換手段（モータ）
１８    管状体（チューブ）
１９    反対側の端部
２０    保護材
２１    供給口
２２    排出口
２３    排出チューブ
２４    圧力解放弁
２５    水素・酸素発生装置
２６ａ  水素発生漕
２６ｂ  酸素発生漕
２７    燃料供給チューブ
２８    接続具
２９    導電ケーブル
３０    電気エネルギ送出部
３１    プロペラ
３２    ボルト
４０    教材用燃料電池装置を備えた車両玩具
４１    エネルギ変換手段（モータ）
４２    燃料電池
４３    気体燃料貯蔵部
４４    シャーシ
４５    歯車
４６    車輪
４７    導電ケーブル
４９    棒状体
５０    ギヤボックス
５１    供給経路
５２    ボルト
５３    燃料供給側端部
５４    爪部
【図１】
0003197663.tif 000003
【図２】
0003197663.tif 000004
【図３】
0003197663.tif 000005