(57)【要約】【課題】ビデオカメラに燃料電池を分割搭載して小型軽量を維持しつつ、燃料電池の高効率発電と短時間充電の効果を最大限に享受する。【解決手段】燃料電池の発電手段をビデオカメラ本体に搭載し、本体に脱着可能な燃料供給装置を設け、燃料供給手段には改質器や水素吸蔵合金等の手段を設ける。【選択図】        図１
2006127880.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池駆動型携帯可搬システムにおいて、携帯可搬型装置本体に、燃料電池の電力生成手段と、短期的で容量の少ない燃料備蓄手段を設け、前記本体と着脱可能な燃料供給装置に、燃料電池の燃料保存手段から燃料抽出する燃料抽出手段と、前記燃料備蓄手段への燃料供給手段と、燃料供給装置の着脱に応じて前記燃料抽出手段と前記燃料供給手段を制御する燃料供給制御手段を有することを特徴とする電源供給システム。
【請求項２】
前記形態可搬装置に、燃料電池の電力生成部から発生する水分と熱を回収する手段と、前記回収した水分と熱を一時蓄積する手段を設け、前記燃料供給装置に、前記形態可搬型装置から前記水分と熱を取込む受給手段と、前記受給手段からの水分と熱を前記燃料抽出手段に供給する回収手段を有することを特徴とする請求項１記載の電源供給システム。
【請求項３】
前記燃料供給手段は水素ガスを供給することを特徴とする請求項１記載の電源供給システム。
【請求項４】
前記燃料保存手段はエタノール液体ボンベで、前記燃料抽出手段は燃料改質器であることを特徴とする請求項１記載の電源供給システム。
【請求項５】
前記燃料保存手段は水素吸蔵合金で、前記燃料抽出手段は加熱手段であることを特徴とする請求項１記載の電源供給システム。
【請求項６】
前記携帯可搬装置はデジタルカメラ機器であり、前記燃料供給装置にストロボ発光手段を有し、前記携帯可搬装置から電力を供給する手段を有するストロボ発光装置とすることを特徴とする請求項１記載の電源供給システム。
【請求項７】
前記携帯可搬装置に二次電池を設け、前記燃料電池で発生する電力で二次電池を充電する手段を有することを特徴とする請求項１記載の電源供給システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、比較的大きな電力を要する携帯可搬装置、特に手元操作と小回り効くハンドリングが必要な道具、具体的には、動く対象に向けて画像データを取込むデジタルカメラ、デジタルビデオカメラを想定した電源供給システムに関する技術である。
【背景技術】
【０００２】
比較的大容量の電力を必要とするデジタル機器の中で、可搬性が重視されるカメラ特にビデオカメラは、小型化が進みバッテリーの占める面積や重量も大きなものとなっている。
【０００３】
そこで、現在のリチウムイオン二次電池よりもさらなる高効率なバッテリーシステムが求められている。
【０００４】
一方、最近注目を浴びてきている燃料電池は、変換効率がかなり高く電気自動車への応用以外にも、携帯機器への応用も期待されている。
【０００５】
ここで、一般的な燃料電池を携帯機器に応用するにあたっての構成例について、図５に従って説明する。
【０００６】
図において、１００が燃料電池ユニットで、１０１はエタノール等の燃料タンク、１０２が蒸発器、１０３がエタノールから水素を含む成分に変換する改質器、１０４が生成された成分から水素を取り出す水素分離器、１０６は水素と酸素の化学反応で電子を取り出す燃料電池本体のスタック、１０７は取り出した電子で電気が充電される二次電池、１０８は燃料電池の化学反応で生成する水分を凝縮する水素凝縮器である。
【０００７】
ここで、電気の発生する過程を図５に従って説明する。
【０００８】
電気供給オンになると制御部１１０により燃料タンク１０１の燃料供給が開始される。
【０００９】
燃料タンク１０１より燃料電池の主燃料となるエタノールが蒸発器１０２に供給される。一方前記制御部１１０は、加熱部１０５に対しても加熱開始の指示を出し、蒸発器１０２と改質器１０３を加熱する。前記蒸発器１０２では、前記エタノール以外に後述する発電作用で生成する水分も供給されており、前記過熱操作によりエタノールと水分を蒸発させ改質器１０３へ供給する。加熱された改質器１０３では、ルテニウム（Ｒｕ）等の触媒により、供給されたエタノールと水分の気体が
ＣＨ３ＯＨ＋Ｈ２Ｏ→ＣＯ２＋３Ｈ２
の化学反応が起こし、水素（Ｈ２）等が生成される。前記生成物は、パラジウム（Ｐｄ）等を利用した水素分離器１０４で、二酸化炭素と水素を分離し、水素だけを燃料電池のスタック１０６へ供給する。前記生成された水素は、一部加熱部１０５へ戻し、加熱部の燃焼作用にも利用している。
【００１０】
一般的な水素を燃料とする燃料電池のスタック（本体）１０６の構造について、図６，図７に示す。図６において、２０１は燃料極側ガス通路、２０２は燃料極（アノード）、２０３はセパレータ、２０４は高分子固体電解質膜、２０５はセパレータ、２０６は空気極（カソード）、２０７は空気極側ガス通路である。図７に示すように、これらの部材２０１〜２０７が一組の重ね合わせ構造になってセルを構成し、前記セルをスタック構造に重ねた構造で、燃料電池の本体は構成されている。
【００１１】
つぎに、燃料電池本体での発電動作について、図６を用いて説明する。まず、燃料となる水素が燃料極側のガス通路２０１の入口２０１ａからに吸入される。燃料極２０３では、白金の触媒作用により、
２Ｈ２→４Ｈ＋＋４ｅ−
の化学反応が起こる。ここで発生した水素イオンは、電解質ポリマー２０４を移動する。電解質ポリマー２０４は水素イオンを伝導するだけで、電子は伝導しない。前記発生した電子はセパレータ２０５を介して外部の電気回路に流れ出す。
【００１２】
一方、空気極側では、外部から流れ込む電子がセパレータ２０５を介して、空気極２０６に流れる。空気極２０６では、外部からガス通路２０７に吸気された空気の中の酸素と、電解質ポリマー１０６を伝導してきた水素イオンと化学反応を起こす。
Ｏ２＋４Ｈ＋＋４ｅ−→２Ｈ２Ｏ
【００１３】
ここで、発生した水分はガス通路の出口２０７から排出される。
【００１４】
全体の反応としては、
２Ｈ２＋Ｏ２→２Ｈ２Ｏ
の発熱反応となり、電子の流れが発生するので、発電動作をしたことになる。
【００１５】
以上のように、燃料電池のスタック１０６では発電動作が展開されるとともに、水分と熱も発生することになる。
【００１６】
図５に戻ると、前記発生した水分は、水凝縮器１０８で回収され、前述した蒸発器１０２に供給される。また、発生した電気は二次電池１０７等に充電され、ポータブル携帯機器の電源にも利用できるとされている。
【００１７】
しかしながら、燃料電池は上記のように、燃料電池本体だけでなく、改質器や加熱部等の複数の部材で構成され比較的大規模なシステムになりやすい。また、改質器等を省略し、水素を生の形で保存できる水素吸蔵合金なるものもあるが、重くなってしまう。
【００１８】
さらに、前述したように化学反応を起こさせるのに加熱したりする操作も必要で、起動停止に関しては、多くに時間を消費してしまい、従来の二次電池のような扱いやすさがなくなっている。
【００１９】
以上のことから、従来の燃料電池をそのまま携帯機器に搭載し本電源に利用してしまうと、大きさや重さだけでなく、起動停止や発熱に関して、不向きな現象が多々発生することが予想される。
【００２０】
そこで、結局、携帯機器には本体には二次電池を装着し、その二次電池を充電するための、燃料電池を利用したポータブル充電器の提案は、特許文献１でなされている。
【特許文献１】特開平６−３１０１６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
しかしながら、特許文献１では、燃料電池で発生した電力を、一旦ビデオカメラ等の本体機器に装着する二次電池に充電して電力供給するので、携帯機器のバッテリーの使用時間は、従来と同様に二次電池に依存してしまう。つまり、燃料電池の本来と特性である高効率な発電能力を活用していない。また、電力の充電時間も、本来の燃料電池なら燃料を充填すればよいので比較的短時間で実現するのであるが、開示された従来例では、従来通りの二次電池の充電時間を消費してしまう。
【００２２】
本発明は、以上の問題を解決するために、燃料電池への燃料供給部分を、可般型本体から分離し、可搬型本体には燃料電池の電力発生部を搭載することにより、携帯機器の大きさや重さを維持しつつ、かつ、燃料電池の高効率の電源システムを享受できるようになった電源供給システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
この発明は下記の構成を備えることにより上記課題を解決できるものである。
【００２４】
（１）燃料電池駆動型携帯可搬システムにおいて、携帯可搬型装置本体に、燃料電池の電力生成手段と、短期的で容量の少ない燃料備蓄手段を設け、前記本体と着脱可能な燃料供給装置に、燃料電池の燃料保存手段から燃料抽出する燃料抽出手段と、前記燃料備蓄手段への燃料供給手段と、燃料供給装置の着脱に応じて前記燃料抽出手段と前記燃料供給手段を制御する燃料供給制御手段を有することを特徴とする電源供給システム。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、燃料電池への燃料供給部分を、可般型本体から分離することにより、携帯機器の大きさや重さを軽減し、かつ、燃料電池の高効率の電源システムを享受できるようにする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下に、発明を実施した実施例を説明する。
【実施例】
【００２７】
図１は、本発明を実施したビデオカメラの電源システムの概念図である。
【００２８】
図において、２０は燃料電池本体を搭載する携帯型ビデオカメラ、５０は本体内の燃料電池に燃料を供給する燃料電池チャージ部である。チャージ部５０には、燃料交換用タンクを矢印の部分から挿入することを示している。このように、本電源システムでは、燃料電池チャージ部５０が、カメラ本体２０とは別体になっているところ部分が特徴である。
【００２９】
以下、本発明の構成および動作について、詳細ブロック図２をもとに説明していく。図において、１０が本体内に内蔵された燃料電池電源システム、１１が水素タンク、１２が燃料電池本体のスタック、１３が二次電池、１４が保温水タンク、５０が燃料電池チャージ部、５１が燃料タンク、５２が蒸発器、５３が改質器、５４が水素分離コンプレッサ部、５５が加熱部、５６が制御部である。
【００３０】
次に、本電源システムの動作について説明する。基本的な流れは、従来例で説明したもの同じ重複部分もあるので、該当部分はある程度簡略して説明する。
【００３１】
図２でチャージ部５０の入口から挿入された燃料タンク５１には、エタノールが充填されている。このような状態で、図１に示すように、チャージ部５０と本体が合体すると、図２のマイコン制御部５６が検出しチャージ部５０の動作を開始する。
【００３２】
まず、燃料タンク５１に対しては、充填されているエタノールの蒸発器５２への供給を開始する。蒸発器５２では、制御部の指令を受けて、前記燃料タンク５１からのエタノールと後述する電池本体から供給される熱水を加熱部５５により受ける熱量で蒸発させる。前記加熱部５５もまた、制御部５６の指令を受けて動作している。上記処理により蒸発したエタノールと水分は、改質器５３に送られ、Ｒｕ等の触媒と加熱部５５の熱量により、水素と二酸化炭素に改質される。ここで、生成された気体は、水素分離＆コンプレッサ部５４内で、Ｐｄにより水素成分だけ抽出され、さらにコンプレッサで、本体電池１０内の水素タンク１１に供給される。従来例と同様に、水素の一部は加熱部５５の燃焼行程に利用され、改質器５３と蒸発器５２に熱を供給する。
【００３３】
チャージ部５０で生成された水素は、本体の水素タンク１１に逐次充填されるが、コンプレッサ５４により、圧力をかけて充填されるので、効率的に水素を格納することができる。前記水素は、水素タンク１１より燃料電池スタック１２へ供給され、従来例で述べたように発電動作が開始される。発電により使用されない電気は、二次電池を充電するために使用される。
【００３４】
前記燃料電池スタック１２の発電動作により発生した水分および発熱量は、保温水タンク１４に回収される。保温水タンク１４は、反応により生成された水分を回収するだけでなく、前記水分を燃料電池スタック１２の周りを巡回させて水分に熱を吸収させ、熱水状態で水分を回収する構成となっている。つまり、保温水タンク１４は、反応熱を水分とともに回収することが可能で、その熱容量を逃がさないような保温構造となっている。
【００３５】
前記保水タンク１４に回収された熱水は、前述したように、チャージ部５０の蒸発器５２へ供給され、エタノールの改質作業に利用される。このように、本発明では、燃料電池で発生した熱と水分を保温水タンク１４に一旦蓄積し、チャージ部の改質作業の要求に応じて、水分と熱を供給できる熱交換システムとなっている。また、本実施例では、水素タンク１１に水素を充填するとき高圧にするので、このとき発生する熱量もまた、保温水タンク１４の回収システムに利用すると、さらに効率のよい熱交換システムとなる。
【００３６】
以上は、本体電池１０とチャージ部５０を合体したときの動作である。このときの動作は、燃料電池スタック１２の発電動作による二次電池の充電完了を待たずに、逐次水素タンク１１に水素を供給している。つまり、燃料電池へのチャージ時間は、チャージ部５０の改質器５３の反応速度にのみ依存することになる。そして、これは、改質器の化学反応が一旦開始されてしまえば、二次電池への充電動作よりも速い速度で水素を生成することができるので、燃料電池スタックによる二次電池の充電が完了する前に、水素タンク１１に所定量の水素が充填されてしまう。よって、前述したような水素充填動作が完了してしまえば、本体電池１０とチャージ部５０を切り離すことが可能となる。
【００３７】
そこで、今度は、チャージ部が切り離されたときの動作について説明する。切り離されたチャージ部５０は、切り離し状態を制御部５６が検出すると、燃料タンク５１へ燃料供給停止を指示する。蒸発器５２では、エタノールだけでなく、本体が分離されたので、熱水も供給されなくなり、改質器５３への供給はとまる。すると、加熱部での改質反応は終了し水素分離コンプレッサ５４への水素供給も終了する。したがって、水素の生成は停止する。制御部５６は、同時に、コンプレッサ５４や加熱部５５の動作も停止させる。
【００３８】
一方、切り離された本体電池１０での動作は、水素タンク１１に水素がある限り燃料電池の発電動作は続く。そして、発電動作で発生する熱と水分は、保温水タンク１４に逐次回収されていく。このように、分離されても発電動作は引きつづき継続されている。したがって、この状態で本体機器の電源を入れることが可能で、燃料電池で発電された電池を直接利用することができる。つまり、高効率で生成された電力を直接利用することができる。また、利用されなり電力は二次電池を充電している。たとえば、本体電源を切った場合でも、燃料電池は水素タンクに水素が残っている限り発電動作を継続し、起動停止の制御しやすい二次電池を充電している。
【００３９】
このように、本体とチャージ部を切り離したあとも充電動作は継続することができる。これは、通常二次電池を充電する時間より短時間で燃料電池に水素をチャージし、本体を分離して使用可能な状態にできるので、実質充電時間を短縮化している効果がある。
【００４０】
さらに、燃料電池のシステムを分離することにより、燃料電池スタックのみの本体内蔵が実現することができるので、コンパクトな大きさと軽い重量を維持することができる。
【００４１】
さらに、保温水タンクで本体内の発熱反応とチャージ部の吸熱反応の熱交換システムを実現することができるので、燃料電池を分離しても効率よく発電することができるのである。
【００４２】
次に、本発明を実施した第二の実施例について、図３を使って説明する。図において、第一の実施例と同じ番号で示されたものは、同じものなので、説明は省略する。６０は燃料電池のチャージ部、６１は水素吸蔵合金、６２はコンプレッサ、６３は加熱部、６４は制御部である。
【００４３】
ここで、電池本体１０とチャージ部６０を合体したときの動作を説明する。水素吸蔵合金６１には、水素が貯蔵されており加熱により水素成分を取り出すことができる。図３において、本体電池１０とチャージ部６０の合体が検知されると、制御部６４は加熱部６３に対して指示をだす。加熱部６３は制御部の指示にしたがって、加熱を開始し水素吸蔵合金６１を加熱する。加熱された水素吸蔵合金６１からは、水素が発生し、コンプレッサ６２に供給される。生成された水素は、コンプレッサ６２により本体電池１０の水素タンク１１に充填される。
【００４４】
以下発電動作は、実施例１と同じであるので、説明を省略する。なお、本体の燃料電池スタック１２で生成された熱と水分は、前述と同様に保温水タンク１４に回収されるが、その熱水を、チャージ部６０の加熱部６３に供給している。これにより、燃料電池で発生した反応熱を、水素を取出すための吸熱反応に利用する熱交換システムが成り立ち、より効率的な発電動作が実現できる。
【００４５】
このように、本実施例では、燃料電池の水素供給手段の水素吸蔵合金を着脱可能なチャージ部に分離することにより、比較的大きな重量となる燃料電池部を本体から取り除くことができた。つまり、携帯機器に最適な小型軽量の燃料電池を搭載することが可能となっている。
【００４６】
また、燃料電池本体で発生した熱を、分離したチャージ部に供給することにより、熱交換システムを実現することができ、さらに効率的な発電動作を実現することができる。
【００４７】
さらに、本発明を実施した第三の実施例を図４にしめす。先と同様に、同じ番号の部分は同じ機能を有する部分であるので、説明は省略する。図において、１５は本体電池１０に搭載されたコンデンサ、７０は燃料電池のチャージ部を搭載するストロボ、７１は液体水素ボンベ、７２はコンプレッサ、７３は加熱部、７４は制御部、７５はコンデンサ、７６はストロボ発光回路である。
【００４８】
次に、ストロボ部７０の水素生成動作について、説明する。図において、本体１０にストロボ部７０を装着すると、制御部７４がこれを検出し、液体水素ボンベの弁を開放する。液体水素ボンベから放出された水素はコンプレッサ部７２に供給され、本体１０の水素タンク１１に充填される。
【００４９】
以下、カメラ本体内の発電動作は、前述と同じである。また、発電反応で生成された熱は、熱水となってストロボ部７０の加熱部７３を供給される。加熱部７３では、液体水素ボンベ７１からの水素の放出を促進するために、前記液体水素ボンベ７１を暖める部分で、前記熱水が通ることで、液体水素ボンベ７１を暖めている。このように、本実施例においても、水分を媒体とした熱交換システムを構成することで、より効率的な水素生成を実現している。
【００５０】
また、本体１０における発電動作において、発生した電力の一部をコンデンサ１５に蓄積している。この電荷は、ストロボ７０が本体に装着されてときの、ストロボ用電力がチャージされていないとき、ストロボ部７０のコンデンサ７５に充填される。そして、制御部７４の指示により、コンデンサ７５に充填された電荷で、ストロボ発光回路に電力が供給されストロボが発光する。このように、本実施例では、ストロボ部７０には、燃料電池の水素を生成する部位は内蔵されているだけで、ストロボを発光させるための電池は搭載されていない。そして、その内蔵された水素生成部位は液体水素ボンベという比較的軽い部品なので、軽いコンパクトなストロボを実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】燃料電池を搭載したビデオカメラシステムの概念図
【図２】本発明を実施した第一の実施例のブロック図
【図３】本発明を実施した第二の実施例のブロック図
【図４】本発明を実施した第三の実施例のブロック図
【図５】従来の一般的な燃料電池のブロック図
【図６】燃料電池本体の模式図
【図７】燃料電池本体の概要図
【符号の説明】
【００５２】
２０  燃料電池を搭載したビデオカメラ本体
１０  本体内に内蔵された燃料電池電源システム（本体電池）
１１  水素タンク
１２  燃料電池本体
１４  保温水タンク
５０  燃料電池チャージ部（充電器）
５１  燃料タンク
５２  蒸発器
５３  改質器
５４  コンプレッサ
５５  加熱部
５６  制御部
【図１】
2006127880.tif 000003
【図２】
2006127880.tif 000004
【図３】
2006127880.tif 000005
【図４】
2006127880.tif 000006
【図５】
2006127880.tif 000007
【図６】
2006127880.tif 000008
【図７】
2006127880.tif 000009