(57)【要約】【課題】  燃料電池発電部に供給する空気中に含まれる塵埃を除去して送気ポンプや発電部の性能低下を抑制する燃料電池装置を提供する。【解決手段】  筐体１１０内に配設された燃料電池発電部１１９に、送気ポンプ１１７により空気取入口１１３から取り入れた空気を送給する。空気取入口１１３、吸気管路１１５又は送気ポンプ１１７の吸入口１１６、送気管路１３０又は燃料電池発電部１１９の空気送給口のうち少なくとも１箇所に集塵フィルタ１１４を配設する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気取入口が形成された筐体内に、電解質膜を介して燃料と空気とを化学反応させて電力を発生させる燃料電池発電部と、前記空気取入口から取り込んだ空気を前記燃料電池発電部に送給する送気ポンプとを収容してなる燃料電池装置であって、前記空気取入口、この空気取入口から前記送気ポンプの吸入口までの吸気流路、送気ポンプの吐出口から燃料電池発電部の空気送給口までの送気流路のうち、少なくとも１箇所に集塵フィルタが設けられてなることを特徴とする燃料電池装置。
【請求項２】
空気取入口及び吸気流路に集塵フィルタが設けられてなる請求項１に記載の燃料電池装置。
【請求項３】
空気取入口及び送気流路に集塵フィルタが設けられてなる請求項１に記載の燃料電池装置。
【請求項４】
吸気流路及び送気流路に集塵フィルタが設けられてなる請求項１に記載の燃料電池装置。
【請求項５】
空気取入口、吸気流路及び送気流路に集塵フィルタが設けられてなる請求項１に記載の燃料電池装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、比較的消費電力が大きい携帯機器などの電源として好適な燃料電池装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
携帯機器の電源として、その構造が比較的簡単であることからＤＭＦＣ（直接メタノール燃料電池）が有望視されている。このＤＭＦＣは電解質膜を介してメタノール水溶液と空気とを化学反応させて発電するもので、空気の供給は発電部に強制的に空気を供給するアクティブタイプと、自然循環により発電部に空気を供給するパッシブタイプとが存在する。携帯機器の中でもパソコンのように比較的消費電力が大きい機器（２０〜５０Ｗ）に対応するＤＭＦＣでは、送気ポンプにより発電部に比較的大量の空気（５〜１０Ｌ／ｍｉｎ）を強制的に供給するアクティブタイプのものが採用されている。このような送気ポンプを用いたＤＭＦＣの基本的構成が知られている（特許文献１参照）。
【０００３】
図５に示すように、メタノール水溶液と空気とを反応させて発電するＤＭＦＣ起電装置１００は、電解質膜１１０を中心に、一方面側にアノード触媒層１２２、アノード集電体１２３、他方面にカソード触媒層１３２、カソード集電体１３３を積層したアノード側にメタノール水溶液の流路１２０を形成したアノード流路体１２１、カソード側に空気の流路１３０を形成したカソード流路体１３１を配して構成されている。前記アノード流路体１２１の流路１２０には燃料カートリッジ３０に貯留されたメタノール水溶液が送液ポンプ４１により供給され、カソード流路体１３１の流路１３０には送気ポンプ４２から空気が供給される。流路１２０からアノード触媒層１２２に染み込んだメタノール水溶液は触媒作用を受けて化学反応し、生成されたプロトンが電解質膜１１０を透過してカソード触媒層１３２に染み込んだ酸素と反応することにより電力が生起され、アノード集電体１２３及びカソード集電体１３３から発電出力が取り出される。
【特許文献１】特開２００４−０７１２５９号公報（第２〜４頁、図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のごとき燃料電池発電部に送気ポンプにより空気を送給する燃料電池においては、外気中に含まれる塵埃が送気ポンプに吸入されると、送気ポンプ内に付着してポンプ性能を低下させる課題があった。また、送気ポンプを通過した塵埃が燃料電池発電部に侵入すると、狭い空気流路に付着して流路面積を減少させ、反応膜に付着すると発電効率を低下させるため、燃料電池の性能低下や寿命の減少などの弊害をまねく課題があった。また、送気ポンプは回転部分や摺動部分があり、磨耗粉の発生が少なからずあるので、燃料電池発電部に送給する空気に磨耗粉が混入すると、塵埃と同様に燃料電池発電部に悪影響を及ぼす課題があった。
【０００５】
本発明は上記従来技術に係る課題に鑑みて創案されたもので、その目的とするところは、空気中に含まれる塵埃による弊害の発生を抑制する構造を備えた燃料電池装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するための本発明は、空気取入口が形成された筐体内に、電解質膜を介して燃料と空気とを化学反応させて電力を発生させる燃料電池発電部と、前記空気取入口から取り込んだ空気を前記燃料電池発電部に送給する送気ポンプとを収容してなる燃料電池装置であって、前記空気取入口、この空気取入口から前記送気ポンプの吸入口までの吸気流路、送気ポンプの吐出口から燃料電池発電部の空気送給口までの送気流路のうち、少なくとも１箇所に集塵フィルタが設けられてなることを特徴とするものである。
【０００７】
上記構成によれば、集塵フィルタにより燃料電池発電部に送給される空気から塵埃が除去されるので、塵埃が空気流路や電解質膜に付着することによる発電性能や電池寿命の低下を抑制することができる。集塵フィルタは送気ポンプの吸入口より上流側に設けると、空気取入口から取り込んだ空気中に含まれた塵埃が送気ポンプに付着することによるポンプ性能の低下やポンプロック等の発生を防止することができる。
【０００８】
上記構成において、空気取入口及び吸気流路に集塵フィルタを設けることにより、２種類の集塵特性を有する集塵フィルタを併用して捕捉できる塵埃の粒径の範囲を拡大することができる。また、空気取入口に設けた集塵フィルタは目詰まりが生じたとき交換が容易であるため、これに主たる集塵作用を担わせることにより、交換が困難な吸気流路の集塵フィルタの交換頻度を減少させることができる。
【０００９】
また、空気取入口及び送気流路に集塵フィルタを設けることにより、送気ポンプから磨耗粉等が吐出された場合に、それが燃料電池発電部に送給されることが防止できる。
【００１０】
また、吸気流路及び送気流路に集塵フィルタを設けることにより、送気ポンプに吸入される空気中から塵埃を除去すると共に、燃料電池発電部に送給される送気ポンプから吐出された磨耗粉等の塵埃を除去することができる。
【００１１】
また、空気取入口、吸気流路及び送気流路に集塵フィルタを設けることにより、筐体内、送気ポンプ内、燃料電池発電部内に塵埃が侵入することが防止できるので、より確実な防塵対策構造に構成することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、燃料電池発電部に送給するために筐体内に取り込む空気中に含まれる塵埃が送気ポンプに吸入されることが抑制され、送気ポンプを通過した塵埃や送気ポンプで発生する磨耗粉などが燃料電池発電部に送給されることが抑制されるので、送気ポンプや燃料電池発電部の性能低下を抑制して長期にわたって安定した性能を維持することができる燃料電池装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１は、実施形態に係る燃料電池装置の構成を示すもので、筐体１１０内に、燃料と空気とを反応させて発電する燃料電池発電部１１９、この燃料電池発電部１１９に燃料を供給する燃料供給部３００、燃料電池発電部１１９に空気を供給する空気供給部２００を収容して構成されている。
【００１４】
前記燃料電池発電部１１９は、電解質膜に正負両極それぞれの触媒層及び集電体を設けて反応膜が形成され、その両側に燃料流路を形成した燃料流路形成体と空気流路が形成された空気流路形成体とが配された単位セルを複数段にスタック接続した燃料電池スタック１２０が設けられており、各単位セルにおいて燃料流路に供給された燃料と空気流路に供給された空気とが反応膜を介して化学反応することにより電力が生起され、複数の単位セルで生起された電力が直列接続されることにより、所要電圧の電力が出力される。
【００１５】
また、前記燃料供給部３００は、燃料タンク１１１に貯留されたメタノール水溶液等の燃料を送液ポンプ１１２により燃料電池発電部１１９の燃料流路に供給する。また、空気供給部２００は、送気ポンプ１１７により筐体１１０に形成された空気取入口１１３から吸気管路１１５に取り込んだ外気を吸入口１１６から吸入し、所要圧力に昇圧して吐出口１１８から吐出し、送気管路１３０を通じて燃料電池発電部１１９の空気流路に供給する。
【００１６】
上記構成のように外気を導入して、送気ポンプ１１７により発電部１１９に送給するとき、外気に含まれた塵埃が送気ポンプ１１７に吸入されて送気ポンプ１１７内に付着すると、送気ポンプ１１７の性能を低下させ、ポンプロックを生じさせる原因ともなる。また、燃料電池発電部１１９に塵埃が侵入すると、発電性能や電池寿命の低下をまねくことになる。従って、送気ポンプ１１７や燃料電池発電部１１９に塵埃が侵入することを阻止する必要がある。空気中から塵埃を除去するために、空気取入口１１３から吸入口１１６の間及び吐出口１１８から燃料電池発電部１１９の間に集塵フィルタ１１４ａ、１１４ｂを設けることが有効な手段となる。
【００１７】
図１に示すように、空気取入口１１３に第１の集塵フィルタ１１４ａを設けるのが基本的な対策構造となる。即ち、空気取入口１１３は筐体１１０の外面に開口しているので、燃料電池装置１００の運転時間の増加と共に集塵されて目詰まりが生じた第１の集塵フィルタ１１４ａを交換する際に、筐体１１０を分解することなく容易に実行することができる。また、第１の集塵フィルタ１１４ａは、粒径の小さい微細な塵埃も捕捉できるように目の細かい素材を適用しても、着脱交換が容易であるために、交換により即座に目詰まりを解消できる。
【００１８】
更に、図１に示すように、送気ポンプ１１７の吸入口１１６に第２の集塵フィルタ１１４ｂを設けるのがより好ましい対策構造となる。第２の集塵フィルタ１１４ｂは、空気取入口１１３に第１の集塵フィルタ１１４ａが設けられている場合には、目の粗い素材のものを適用して送気ポンプ１１７の吸入抵抗を小さくすることが望ましい。この第２の集塵フィルタ１１４ｂを設けることにより、第１の集塵フィルタ１１４ａの脱落や装着忘れがあった場合でも、送気ポンプ１１７への塵埃の侵入、更には送気ポンプ１１７を通過して発電部１１９に塵埃が侵入することを防止することができる。従って、送気ポンプ１１７の運転効率を低下させることなく塵埃の侵入、付着を抑制することができ、異物の混入による送気ポンプ１１７のポンプロックなどの発生を防止することができる。尚、第２の集塵フィルタ１１４ｂは、空気取入口１１３から吸入口１１６に至る吸気管路１１５に設けても同様の効果が得られる。
【００１９】
送気ポンプ１１７として様々な形式のものを適用することができるが、いずれの形式においても回転部分や摺動部分が存在するため、少なからず磨耗粉の発生が避けられない。送気ポンプ１１７で発生した磨耗粉が吐出口１１８から排出されると、燃料電池発電部１１９に侵入して発電効率の低下や電池寿命を減少させることになる。そこで、図２に示す第２の実施形態の構成のように、燃料電池発電部１１９の空気供給口に第３の集塵フィルタ１１４ｃを設けるのが好適な構成となる。
【００２０】
燃料電池発電部１１９の空気供給口に第３の集塵フィルタ１１４ｃを設けることにより、送気ポンプ１１７を通過した塵埃や送気ポンプ１１７から発生した塵埃が燃料電池発電部１１９の空気流路に侵入して発電効率を低下させたり、燃料電池装置１００の寿命減少を生じさせたりすることが抑制される。尚、第３の集塵フィルタ１１４ｃは、必ずしも燃料電池発電部１１９の空気供給口に設ける必要はなく、送気ポンプ１１７の吐出口１１８から燃料電池発電部１１９の空気供給口に至る送気管路１３０に設けることもできる。
【００２１】
上記第３の集塵フィルタ１１４ｃによって燃料電池発電部１１９に防塵効果が付加されるが、筐体１１０内に位置しているので、目詰まりが生じた場合の交換が困難である。そこで、図２に示すように、空気取入口１１３に第１の集塵フィルタ１１４ａを設け、外気に含まれる塵埃は第１の集塵フィルタ１１４ａによって捕捉させ、送気ポンプ１１７を通過した塵埃や送気ポンプ１１７で発生した塵埃を第３の集塵フィルタ１１４ｃによって捕捉するように構成することにより、着脱交換が容易な第１の集塵フィルタ１１４ａにより塵埃の大部分を捕捉することによって、第３の集塵フィルタ１１４ｃの交換頻度を大幅に減少させることができる。
【００２２】
また、図３に示す第３の実施形態の構成のように、送気ポンプ１１７の吸入口１１６又は吸気管路１１５に第２の集塵フィルタ１１４ｂを配設すると共に、燃料電池発電部１１９の空気送給口又は送気管路１３０に第３の集塵フィルタ１１４ｃを配設することにより、空気取入口１１３から取り込んだ空気中の塵埃が送気ポンプ１１７に侵入することを防止し、送気ポンプ１１７から発生した磨耗粉等が燃料電池発電部１１９に侵入することを防止することができる。この構成の場合、第２の集塵フィルタ１１４ｂの着脱交換を容易に行い得る配設構造を設ける必要がある。
【００２３】
また、図４に示す第４の実施形態の構成のように、空気取入口１１３に第１の集塵フィルタ１１４ａ、送気ポンプ１１７の吸入口１１６又は吸気管路１１５に第２の集塵フィルタ１１４ｂ、燃料電池発電部１１９の空気送給口又は送気管路１３０に第３の集塵フィルタ１１４ｃをそれぞれ設けることにより、より確実な防塵対策構造を構成することができる。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
以上の説明の通り本発明によれば、燃料電池発電部に送給するために筐体内に取り込む空気中に含まれる塵埃が送気ポンプに吸入されることが抑制され、送気ポンプを通過した塵埃や送気ポンプで発生する磨耗粉などが燃料電池発電部に送給されることが抑制されるので、送気ポンプや燃料電池発電部の性能低下を抑制して長期にわたって安定した性能を維持することができる燃料電池装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】第１の実施形態に係る燃料電池装置の構成を示す模式図。
【図２】第２の実施形態に係る燃料電池装置の構成を示す模式図。
【図３】第３の実施形態に係る燃料電池装置の構成を示す模式図。
【図４】第４の実施形態に係る燃料電池装置の構成を示す模式図。
【図５】従来技術に係る燃料電池の構成を示す模式図。
【符号の説明】
【００２６】
１００  燃料電池装置
１１０  筐体
１１３  空気取入口
１１４ａ，１１４ｂ，１１４ｃ  集塵フィルタ
１１５  吸気管路
１１６  吸入口
１１７  送気ポンプ
１１８  吐出口
１１９  燃料電池発電部
１３０  送気管路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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