(57)【要約】【課題】  構造乃至機構が簡単で製造コストを要さず、取扱性に優れ、燃料電池における発電反応において発生する水を簡便かつ確実に回収可能であり、回収した水を燃料交換時に容易に廃棄可能であり、再利用が容易でリサイクル性・環境性等に優れる燃料電池用カートリッジ等の提供。【解決手段】  本発明の燃料電池用カートリッジ１は、燃料電池発電部５０に供給する燃料を収容するための燃料収容室１ａを有してなり、燃料電池発電部５０において発生した水を吸収する水吸収手段２を外表面の少なくとも一部に有する。燃料電池システム１０に装備された際、燃料収容室１ａに収容されていた燃料が燃料電池１０に供給される。燃料電池発電部５０における発電反応により発電が生ずる。該発電反応に伴い生成した水は、水吸収手段２により吸収され、燃料電池用カートリッジ１に簡便かつ確実に吸収されるため、燃料電池システム１０の外部に漏れることがない。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池発電部に供給する燃料を収容するための燃料収容室を有してなり、前記燃料電池発電部から発生した水を吸収する水吸収手段を外表面の少なくとも一部に有することを特徴とする燃料電池用カートリッジ。
【請求項２】
水吸収手段が吸水性部材を有してなる請求項１に記載の燃料電池用カートリッジ。
【請求項３】
吸水性部材が吸収した水を固定可能である請求項２に記載の燃料電池用カートリッジ。
【請求項４】
吸収性部材が、天然ポリマー及び合成ポリマーから選択される少なくとも１種の有機物質、並びに、無機物質の少なくともいずれかを含む請求項２から３のいずれかに記載の燃料電池用カートリッジ。
【請求項５】
水吸収手段が、水を吸収したこと示すシグナルを発生可能なシグナル発生手段を有する請求項１から４のいずれかに記載の燃料電池用カートリッジ。
【請求項６】
水吸収手段が着脱可能に設けられた請求項１から５のいずれかに記載の燃料電池用カートリッジ。
【請求項７】
燃料極、固体電解質及び空気極を有する燃料電池発電部と、請求項１から６のいずれかに記載の燃料電池用カートリッジとを有することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項８】
燃料電池発電部から発生した水を集めるための集水手段を有する請求項７に記載の燃料電池システム。
【請求項９】
請求項７から８のいずれかに記載の燃料電池システムを有することを特徴とする電気機器。
【請求項１０】
燃料電池システムにおいて発生した水を、該燃料電池システムにおける燃料電池発電部に燃料を供給する燃料電池用カートリッジの外表面の少なくとも一部に設けた水吸収手段により吸収させることを特徴とする燃料電池システムにおける発生水の回収方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池において発生する水の簡便かつ確実な吸収技術に関し、更に詳しくは、燃料電池発電部から発生した水を吸収可能な燃料電池用カートリッジ、該燃料電池用カートリッジを備えた燃料電池システム、該燃料電池システムを備えた電気機器、及び、燃料電池システムにおいて発生した水を回収するための燃料電池システムにおける発生水の回収方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話装置、携帯型コンピュータシステム(ノートＰＣ)等の携帯性情報機器は、小型化、軽量化、高速化、高機能化などが一段と進んでおり、これに伴い、その電源となる電池も小型・軽量・高容量化が着実に進んできている。
前記携帯性情報機器における、現在、最も一般的な駆動電源は、リチウムイオン電池である。前記リチウムイオン電池は、実用化当初から高い駆動電圧と電池容量とを持ち、携帯電話装置の進歩に併せてその性能が改善されてきた。しかし、前記リチウムイオン電池の性能の改善にも限界があり、該リチウムイオン電池では、今後も高機能化が進む携帯性情報装置の駆動電源としての要求を十分に満足できなくなりつつある状況にある。
【０００３】
このような状況の下、前記リチウムイオン電池に代わる新たなエネルギーデバイスの開発が期待されており、その一つとして燃料電池が注目されてきている。該燃料電池においては、負極に燃料を供給することにより、電子とプロトンとを生成し、該プロトンを正極に供給された酸素と反応させることにより、発電を可能にしている。
前記燃料電池の最大の特徴は、前記負極に燃料を供給し、前記正極に酸素を供給する点にあり、該燃料電池は、前記燃料及び前記酸素の供給により長時間の連続発電が可能であり、二次電池における充電の代わりに前記燃料を供給することにより、二次電池と同様に機器電源として応用可能である。また、メタノールを燃料とする前記燃料電池は、その理論エネルギー密度が活物質換算で前記リチウムイオン電池よりも約１０倍高く、小型軽量化に甚だしく寄与可能である。これらの理由により、燃料電池は、近時、分散電源や電気自動車用の大型の発電機としてだけでなく、ノートＰＣや携帯電話等の携帯性情報装置における超小型の発電ユニットとしての研究開発が盛んに行われてきている。
【０００４】
前記燃料電池の中でも、特に小型燃料電池の分野では、燃料としてメタノール水溶液を用いた、いわゆるダイレクトメタノール型の燃料電池が盛んに研究開発されている。該ダイレクトメタノール型の燃料電池の単位セルは、一般に、燃料極、固体電解質、空気極、及びこれらを挟むように設置された集電体などを有してなる。
前記ダイレクトメタノール型燃料電池においては、燃料であるメタノールの発電反応に伴い、以下の（１）から（３）のメカニズムにより水が発生する。先ず、（１）次式：ＣＨ３ＯＨ（燃料）＋Ｈ２Ｏ→ＣＯ２(前記燃料極から排出)＋６Ｈ＋＋６ｅ−、のように、燃料であるメタノールと水とが反応（発電反応）して二酸化炭素とＨ＋（プロトン）とが生成される。次に、（２）前記固体電解質中のＨ＋(プロトン)が前記燃料極から前記空気極に移動（プロトン伝導）して、前記燃料電池に内部電流が生じる。次に、（３）次式：６Ｈ＋＋３／２Ｏ２＋６ｅ−→３Ｈ２Ｏ、のように、プロトンが該空気極で酸化されて水が発生する。以上のように、前記空気極側では、前記発電反応等により水が生成される。そして、この水を含む空気が、前記燃料電池の周囲の比較的低温の空気、あるいは低温の物体に接触すると、空気中あるいは該物体の表面において結露を生ずる。
ところが、結露した水は、前記燃料電池によって作動される装置の内部に侵入すると、該装置に不具合をもたらすばかりでなく、使用者にとっても不快な湿潤状態をもたらすため、前記燃料電池においては前記水が外部に放出されないような構造乃至機能を有していることが望まれる。
【０００５】
従来においては、前記水が外部に放出されないような構造乃至機能として、例えば、燃料電池用カートリッジ中に前記水を回収・保持できる空間（室）を設けることが提案されている（例えば、特許文献１及び２参照）。
しかしながら、この場合、該燃料電池用カートリッジの構造乃至機構が複雑化し、製造コストを要し、取扱性に劣り、回収・保持した水の廃棄等が容易でなく、しかもリサイクル性に劣り、水の吸収の有無の判別が容易でない、などの問題があった。
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−９２１２８号公報
【特許文献２】特開２００３−２０３６６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、従来における問題を解決し、以下の目的を達成することを課題とする。即ち、
本発明は、構造乃至機構が簡単で製造コストを要さず、取扱性に優れ、燃料電池発電部から発生する水を簡便かつ確実に回収可能であり、回収した水を燃料交換時に容易に廃棄可能であり、再利用が容易でリサイクル性・環境性等に優れる燃料電池用カートリッジを提供することを目的とする。
本発明は、前記燃料電池用カートリッジを備え、構造乃至機構が簡単で製造コストを要さず、取扱性に優れ、燃料電池発電部から発生する水を簡便かつ確実に回収可能であり、回収した水を燃料交換時に容易に廃棄可能であり、再利用が容易でリサイクル性・環境性等に優れる燃料電池システムを提供することを目的とする。
本発明は、前記燃料電池システムを備え、該燃料電池システムによるクリーンエネルギーを利用して駆動可能であり、該燃料電池システムにおいて発生した水を簡便にかつ確実に吸収し、装置内外に水漏れを生ずることがなく、取扱性に優れ、回収・保持した水の廃棄等が容易な電気機器を提供することを目的とする。
本発明は、燃料電池システムにおいて発生した水を簡便にかつ確実に回収可能な燃料電池システムにおける発生水の回収方法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】
【０００８】
前記課題を解決するための手段は、後述する付記に列挙した通りである。
本発明の燃料電池用カートリッジは、燃料電池発電部に供給する燃料を収容するための燃料収容室を有してなり、前記燃料電池発電部において発生した水を吸収する水吸収手段を外表面の少なくとも一部に有することを特徴とする。
該燃料電池用カートリッジは、燃料電池システムに装備された際、前記燃料収容室に収容されていた燃料が該燃料収容室から燃料電池発電部に供給される。すると、該燃料電池発電部において前記燃料を利用した発電反応により発電が生ずる。そして、この発電反応に伴い水が生成される。該水は、前記燃料電池用カートリッジの外表面の少なくとも一部に設けられた前記水吸収手段により、吸収される。このため、前記発電反応によって生成した水が、前記燃料電池用カートリッジに簡便かつ確実に吸収され、前記燃料電池システムの外部に漏れることがない。
【０００９】
なお、本発明の燃料電池用カートリッジにおいては、前記水吸収手段が、吸水性部材を有してなる態様、前記吸水性部材が、吸収した水を固定可能である態様、前記吸収性部材が、天然ポリマー及び合成ポリマーから選択される少なくとも１種の有機物質、並びに、無機物質の少なくともいずれかを含む態様、前記天然ポリマーが、セルロース系ポリマー、アルギン酸系ポリマー、マンナン系ポリマー、プルラン系ポリマー、及びキチン・キトサン系ポリマーから選択される少なくとも１種である態様、前記合成ポリマーが、アクリル系ポリマー、アクリルアミド系ポリマー、ポリエチレンレンオキサイド系ポリマー、及びポリエステル系ポリマーから選択される少なくとも１種である態様、前記無機物質が、シリカゲル、ゼオライト、及び酸化マグネシウムから選択される少なくとも１種である態様、前記水吸収手段が、水を吸収したこと示すシグナルを発生可能なシグナル発生手段を有する態様、前記シグナルが、変色、変形、ｐＨ変化、温度変化、圧力変化、磁気変化、電圧変化、及び物質吸放出から選択される少なくとも１種である態様、前記シグナルが、目視可能である態様、前記シグナル発生手段が、水の吸収量に対応してシグナルの発生量を制御可能である態様、前記シグナル発生手段が、水を吸収すると変色可能な化合物を含む態様、前記水を吸収すると変色可能な化合物が、塩化コバルトである態様、前記シグナル発生手段が、水を吸収するとイオンを放出可能な化合物と、ｐＨ指示薬とを含む態様、前記水を吸収するとイオンを放出可能な化合物が、電離した際のｐＨが７超１２以下である弱アルカリ性結晶から選択され、ｐＨ指示薬が、フェノールフタレイン、チモールブルーから選択される態様、前記シグナル発生手段が、水を吸収すると溶解して発色可能な化合物を含む態様、前記水を吸収すると溶解して発色可能な化合物が、亜硝酸ナトリウムとスルファニル酸とを含む乾燥物、及びＮ−１ナフチルエチレンジアミンと酒石酸とを含む乾燥物から選択される態様、前記水吸収手段が、水の吸収前の体積をＸ（ｃｍ３）とし、水の吸収後の体積をＹ（ｃｍ３）とすると、（Ｙ／Ｘ）が１．０以上である態様、前記水吸収手段が、吸水性部材の成型体、及び、支持体に吸水性部材を添加させた構造体の少なくともいずれかである態様、前記水吸収手段が、シート状構造物である態様、前記水吸収手段が、着脱可能に設けられた態様、前記水吸収手段が、シート状構造物における一方のシート面が貼付された態様、柱形状である態様、柱形状の燃料電池用カートリッジの周側面上に水吸収手段が配された態様、前記水吸収手段の数が２以上である態様、前記燃料収容室内に収容された燃料を燃料電池発電部に供給可能な燃料供給手段を有する態様、前記燃料供給手段が、柱形状の燃料電池用カートリッジの一端に設けられた態様、前記燃料供給手段がノズルである態様、前記燃料供給手段が燃料収容室側に押入可能であり、該燃料供給室側に押入された時に、燃料収容室内に収容された燃料を燃料電池発電部に供給可能である態様、前記燃料電池発電部から発生した水が、燃料電池反応により発生した水を含む態様、リサイクル可能である態様、などが好ましい。
【００１０】
本発明の燃料電池システムは、燃料極、固体電解質及び空気極を有する燃料電池発電部と、本発明の前記燃料電池用カートリッジとを有することを特徴とする。
該燃料電池システムにおいては、前記燃料電池用カートリッジの前記燃料収容室に収容されていた燃料が該燃料収容室から前記燃料電池発電部に供給される。すると、該燃料電池発電部において前記燃料を利用した発電反応により発電が生ずる。該発電により生じた電気は、取り出されて利用される。そして、前記発電反応に伴い水が生成される。該水は、前記燃料電池用カートリッジの外表面の少なくとも一部に設けられた前記水吸収手段により、吸収される。このため、前記燃料電池システムにおいて前記発電反応によって生成した水は、前記燃料電池用カートリッジに簡便かつ確実に吸収されるため、前記燃料電池システムの外部に漏れることがない。
前記燃料電池システムにおいては、前記燃料電池発電部から発生した水を集めるための集水手段を有する態様、前記集水手段が、前記燃料電池発電部から発生する水を受ける受水口と、該受水口から受水した水を燃料電池用カートリッジに放出する放水口とを有してなる態様、前記受水口の開口面積が、放水口の開口面積よりも大きい態様、前記集水手段における受水口が、前記燃料電池発電部における空気極に当接して配置され、集水手段における放水口が、燃料電池用カートリッジにおける水吸収手段に当接して配置された態様、前記集水手段がロート部材である態様、前記燃料電池発電部、集水手段、及び燃料電池用カートリッジが、この順に上から位置する態様、前記燃料電池発電部における、燃料極、固体電解質及び空気極の積層面が上下方向と略並行に配置された態様、などが好ましい。
【００１１】
本発明の電気機器は、本発明の前記燃料電池システムを有することを特徴とする。該電気機器においては、前記燃料電池システムにおける前記燃料電池用カートリッジの前記燃料収容室に収容されていた燃料が該燃料収容室から前記燃料電池発電部に供給される。すると、該燃料電池発電部において前記燃料を利用した発電反応により発電が生する。該発電により生じた電気は、該電気機器の駆動源として利用される。そして、前記発電反応に伴い水が生成される。該水は、前記燃料電池用カートリッジの外表面の少なくとも一部に設けられた前記水吸収手段により、吸収される。このため、前記電気機器における前記燃料電池システムにおいて前記発電反応によって生成した水は、前記燃料電池用カートリッジに簡便かつ確実に吸収されるため、前記電気機器の外部に漏れることがない。
なお、前記電気機器は、携帯電話機、携帯電話機用クレイドル、パソコン、デジタルカメラ、ポータブルオーディオ、ＭＰ３プレーヤー、ＰＤＡ（パーソナル・デジタル・アシスタンス）、玩具などである態様、などが好ましい。
【００１２】
本発明の燃料電池システムにおける発生水の回収方法は、前記燃料電池システムにおいて発生した水を、該燃料電池システムにおける燃料電池発電部に燃料を供給する燃料電池用カートリッジの外表面の少なくとも一部に設けた水吸収手段により吸収させることを特徴とする。
該燃料電池システムにおける発生水の回収方法においては、前記燃料電池用カートリッジから燃料が前記燃料電池システムにおける前記燃料電池発電部に供給される。すると、該燃料電池発電部において前記燃料を利用した発電反応により発電が生する。そして、前記発電反応に伴い生成した水を、前記燃料電池用カートリッジの外表面の少なくとも一部に設けられた前記水吸収手段によって吸収させる。このため、前記発電反応によって生成した水は、前記燃料電池用カートリッジに簡便かつ確実に吸収されるため、前記燃料電池システムの外部に漏れることがない。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によると、従来における前記問題を解決することができ、前記目的を達成することができる。即ち、
本発明によると、構造乃至機構が簡単で製造コストを要さず、取扱性に優れ、燃料電池発電部から発生する水を簡便かつ確実に回収可能であり、回収した水を燃料交換時に容易に廃棄可能であり、再利用が容易でリサイクル性・環境性等に優れる燃料電池用カートリッジを提供することができる。
本発明によると、前記燃料電池用カートリッジを備え、構造乃至機構が簡単で製造コストを要さず、取扱性に優れ、燃料電池発電部から発生する水を簡便かつ確実に回収可能であり、回収した水を燃料交換時に容易に廃棄可能であり、再利用が容易でリサイクル性・環境性等に優れる燃料電池システムを提供することができる。
本発明によると、前記燃料電池システムを備え、該燃料電池システムによるクリーンエネルギーを利用して駆動可能であり、該燃料電池システムにおいて発生した水を簡便にかつ確実に吸収し、装置内外に水漏れを生ずることがなく、取扱性に優れ、回収・保持した水の廃棄等が容易な電気機器を提供することができる。
本発明によると、燃料電池システムにおいて発生した水を簡便にかつ確実に回収可能な燃料電池システムにおける発生水の回収方法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】
【００１４】
（燃料電池用カートリッジ）
本発明の燃料電池用カートリッジは、水吸収手段を外表面の少なくとも一部に有してなり、また、燃料収容室を有してなり、更に必要に応じて適宜選択したその他の手段を有してなる。
【００１５】
前記燃料電池用カートリッジの形状、構造、材質、大きさ等については、特に制限はなく、目的に応じて公知のものの中から適宜選択することができる。
前記形状としては、例えば、円柱状、角柱状等の柱状、円錐状、角錘上等の錘状、円錐台状、角錘台状等の錘台状、棒状、などが挙げられる。これらの中でも、柱状であるのが好ましく、円柱状であるのがより好ましい。
前記構造としては、例えば、単独の部材で形成された構造であってもよいし、２以上の部材で形成された構造であってもよい。
前記材質としては、例えば、強度に優れた材質であるのが好ましく、例えば、合成樹脂、天然樹脂、金属、ガラス、セラミクスなどが挙げられる。これらは、１種単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。これらの中でも、金属、合成樹脂などが好ましい。
前記大きさとしては、例えば、該燃料電池用カートリッジが装着される前記燃料電池システムの大きさ等に応じて適宜選択することができるが、本発明においては、携帯電話等の携帯性情報装置に装備可能な大きさであるのが特に好ましい。
【００１６】
−水吸収手段−
前記水吸収手段としては、前記燃料電池システムにおける燃料電池発電部から発生した水を吸収することができる限り特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、吸水性部材を有してなる態様、などが好適に挙げられる。
なお、前記燃料電池システムにおいて発生した水としては、例えば、前記燃料電池システムにおける発電反応により発生した水などが挙げられる。
【００１７】
前記吸水性部材としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、吸収した水を固定可能であるのが好ましい。この場合、前記燃料電池システムにおいて発生した水を固定化することができ、一旦吸収した前記水を再度放出させてしまうことがない点で有利である。
【００１８】
吸収した水を固定可能な前記水吸収部材としては、特に制限はなく、前記燃料電池システム、前記燃料電池用カートリッジ等に応じて、その形状、構造、大きさ等について適宜選択することができる。
【００１９】
前記吸水性部材の材質としては、例えば、有機物質、無機物質、などが挙げられる。これらは、１種単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。
前記有機物質としては、例えば、天然ポリマー、合成ポリマーなどが挙げられる。
前記天然ポリマーとしては、例えば、セルロース系ポリマー、アルギン酸系ポリマー、マンナン系ポリマー、プルラン系ポリマー、及びキチン・キトサン系ポリマー、などが挙げられる。なお、該天然ポリマーは、市販品を使用し手もよいし、天然物から適宜抽出等したものであってもよい。
前記合成ポリマーとしては、例えば、アクリル系ポリマー、アクリルアミド系ポリマー、ポリエチレンレンオキサイド系ポリマー、ポリエステル系ポリマー、などが挙げられる。なお、該合成ポリマーは、市販品を使用してもよいし、適宜合成したものを使用してもよい。
前記無機物質としては、例えば、シリカゲル、ゼオライト、酸化マグネシウム、などが挙げられる。
【００２０】
前記水吸収手段としては、前記水の吸収前後においてその体積が略一定であるものが好ましく、例えば、前記水の吸収前の体積をＸ（ｃｍ３）とし、前記水の吸収後の体積をＹ（ｃｍ３）とすると、（Ｙ／Ｘ）が１．０以上であるのが好ましい。
【００２１】
前記水吸収手段の形状としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、断面形状としては、例えば、シート状、板状などが好適に挙げられ、平面形状としては、例えば、正方形、長方形などが好適に挙げられる。これらは、１種単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。
前記水吸収手段の構造としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、吸水性部材の成型体である構造、支持体に吸水性部材を添加させた構造、などが好適に挙げられる。これらは、１種単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。
なお、前記支持体に前記吸収性部材を添加させた構造の場合、前記支持体の構造としては、例えば、多孔質構造、シート構造などが挙げられ、前記支持体の材質としては、軟質、硬質のいずれであってもよい。
【００２２】
前記水吸収手段は、前記燃料電池用カートリッジをリサイクル可能に設計する観点からは、例えば、前記燃料電池用カートリッジの外表面の少なくとも一部に着脱可能に設けられているのが好ましく、例えば、該水吸収手段がシート状である場合にはその一方のシート面が着脱可能に貼付されているのがより好ましい。前記水吸収手段が着脱可能であると、前記水を吸収して廃棄する場合等において、廃棄等が容易であり、前記燃料電池用カートリッジを再生するのが極めて容易であり、リサイクル性、環境性等に極めて優れる点で有利であり、前記水吸収手段が着脱可能に貼付されている場合には、貼付面を引き剥がすだけで容易に廃棄等が可能であり、再生が極めて容易であり、リサイクル性、環境性等に優れる点で有利である。
なお、前記貼付面の形成方法としては、特に制限はなく、公知の方法の中から目的に応じて適宜選択することができ、例えば、前記水吸収手段に両面粘着性テープを貼付する方法、前記水吸収手段に粘着剤の塗布液乃至エマルジョンを塗布する方法、などが挙げられる。
【００２３】
前記水吸収手段が、前記燃料電池用カートリッジの外表面の少なくとも一部に、着脱可能に設けられている場合、該水吸収手段における水の吸収量が飽和状態に達していれば、該水吸収手段を廃棄・交換等することができるが、この廃棄・交換等の時期としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、前記燃料電池用カートリッジにおける前記燃料収容室内に収容された燃料がなくなり、該燃料電池用カートリッジの交換する際と略一致しているのが好ましい。
このように設計するには、例えば、前記燃料電池用カートリッジにおける前記燃料収容室内に収容させる燃料が完全に消費されるまでの時間（Ｘ）と、前記燃料電池用カートリッジの外表面に設けた前記水吸収手段における水の吸収量（該水吸収手段が複数ある場合には全部の水吸収手段における水の吸収量）が飽和状態に達するまでの時間（Ｙ）とが、次式、Ｘ≦Ｙ、を満たすようにすればよい。なお、前記水吸収手段における水の吸収量は、例えば、前記吸水性部材の量、大きさ等を適宜調整することにより、所望の程度に調節することができる。
【００２４】
前記水吸収手段は、前記燃料電池用カートリッジの外表面に配され、該外表面の全面であってもよいし、一部であってもよいが、該燃料電池用カートリッジの形状等に応じて適宜選択することができる。例えば、該燃料電池用カートリッジが前記柱形状である場合には、前記水吸収手段は、該燃料電池用カートリッジの周側面上に配されているのが好ましい。
この場合、前記燃料電池システムの燃料電池発電部における空気極等の層面が設置面に対し略垂直に位置するように該燃料電池システムを配置させ、その下方に前記燃料電池用カートリッジの周側面が前記設置方向に対し略水平に位置するように該燃料電池用カートリッジを配置させることができ、前記燃料電池発電部における空気極側で発生した水を重力を利用して落下させて前記燃料電池用カートリッジの周側面上に配された前記水吸収手段に吸収させることができ、該水の吸収効率に優れ、また、燃料電池システムと燃料電池用カートリッジとを小スペースに組み込むことができ、燃料電池システムを小型化することができる点で有利である。
【００２５】
前記水吸収手段の数としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、１つであってもよいし、２以上であってもよいが、例えば、後者である場合には、一つの前記水吸収手段における水の吸収量が飽和状態に達したときに、例えば、燃料電池用カートリッジを回転等させることにより、未だ水を吸収していない前記水吸収手段に新たに水を吸収させること等が可能となる。
なお、前記水吸収手段において水が吸収されているか、水の吸収量が飽和状態に達しているか等は、後述のシグナル発生手段を用いることにより、容易に判別することができる。
【００２６】
−シグナル発生手段−
前記水吸収手段は、前記水を吸収したこと示すシグナルを発生可能なシグナル発生手段を有するのが好ましい。この場合、該水吸収手段が前記水を吸収したことの識別が誰にでも容易に可能となり、該水吸収手段等の交換等の判断が容易となる点で有利である。
【００２７】
前記シグナル発生手段が発生する前記シグナルとしては、判別が可能である限り特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、変色、変形、ｐＨ変化、温度変化、圧力変化、磁気変化、電圧変化、物質吸放出、などが挙げられる。
これらは、１種単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。これらの中でも、判別が容易であり、かつ該燃料電池用カートリッジを装備する前記燃料電池システムが用いられる各種電気機器等に対して悪影響を与える可能性がゼロに近いものが好ましく、更に目視可能であるものがより好ましく、変色が特に好ましい。
【００２８】
前記シグナルが前記変色である場合の前記シグナル発生手段としては、例えば、（１）水を吸収すると変色可能な化合物を含む態様、（２）水を吸収するとイオンを放出可能な化合物とｐＨ指示薬とを含む態様、（３）水を吸収すると溶解して発色可能な化合物を含む態様、などが挙げられる。これらは、１種単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。
【００２９】
前記（１）の場合、前記水を吸収すると変色可能な化合物としては、例えば、塩化コバルト、などが好適に挙げられる。
前記（２）の場合、前記水を吸収するとイオンを放出可能な化合物としては、電離した際のｐＨが７超１２以下である弱アルカリ性結晶などが好適に挙げられ、該弱アルカリ性結晶としては、例えば、炭酸アンモニウム、炭酸ナトリウム、酒石酸ナトリウム、などが好適に挙げられ、前記ｐＨ指示薬としては、例えば、フェノールフタレイン、チモールブルー、などが好適に挙げられる。
前記（３）の場合、前記水を吸収すると溶解して発色可能な化合物としては、例えば、亜硝酸ナトリウムとスルファニル酸とを含む乾燥物、Ｎ−１ナフチルエチレンジアミンと酒石酸とを含む乾燥物、などが好適に挙げられる。
【００３０】
前記シグナル発生手段は、水の吸収の有無に対応して前記シグナルを発生可能であればよいが、水の吸収量に対応して前記シグナルの発生量を制御可能であるのがより好ましい。後者の場合には、前記シグナルの発生量と、前記水吸収手段における水の吸収量とを対応させることが可能となり、前記シグナルの発生量を検知することにより、水の吸収量を定量することができる点で有利である。例えば、前記シグナルが発色である場合には、発色色の濃淡等によって前記水吸収手段における水の吸収量を目視にて容易に判別可能となる点で有利である。
【００３１】
−燃料収容室−
前記燃料収容室としては、前記燃料電池発電部に供給するための燃料を収容することができる限り、その形状、構造、材質、大きさ等については特に制限はなく、該燃料電池用カートリッジを装備させる燃料電池システム、電気機器等の大きさ等に応じて適宜選択することができる。
前記燃料収容室に収容される燃料としては、前記燃料電池システムの種類等に応じて適宜選択することができるが、液体であってもよいし、気体であってもよいが、通常は液体であり、例えば、前記燃料電池システムがいわゆるダイレクトメタノール型である場合にはメタノールが挙げられる。
【００３２】
前記燃料収容室には、内部に収容された前記燃料を前記燃料電池発電部に供給可能な燃料供給手段が備えられている。
前記燃料供給手段としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、前記燃料収容室側に押入可能であり、該燃料供給室側に押入された時に、該燃料収容室内に収容された燃料を前記燃料電池発電部に供給可能であるものが好ましく、具体的にはノズルなどが好適に挙げられる。この場合には、前記燃料電池用カートリッジを前記燃料電池システムに装着させる前は、前記ノズルが前記燃料収容室側に押入されないため、該燃料収容室内の前記燃料が該燃料収容室の外部に漏出されることがない一方、前記燃料電池用カートリッジを前記燃料電池システムに装着させた後は、前記ノズルが前記燃料収容室側に押入されるため、該燃料収容室内の前記燃料が該燃料収容室の外部に漏出され、前記燃料電池発電部に供給可能となる点で、必要時にのみ前記燃料を前記燃料電池発電部に供給することができる点で有利である。
【００３３】
前記燃料供給手段が設けられる位置としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、前記燃料電池用カートリッジが、円柱形状、角柱形状等の柱形状乃至棒状である場合には、該燃料電池用カートリッジの一端であるのが好ましい。この場合には、前記水吸収手段を該燃料電池用カートリッジの周側面上に広い面積で配置させることができる点で有利である。
【００３４】
−その他の手段−
前記その他の手段としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、剥離補助手段、保護手段、安全手段、などが挙げられる。
前記剥離補助手段は、前記水吸収手段を廃棄する際に、該水吸収手段の前記燃料電池用カートリッジからの剥離除去を補助する機能を有する手段であり、該機能を有する限り特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、公知の粘着テープの剥離紙（台紙）などが挙げられる。該剥離紙（台紙）を前記燃料電池用カートリッジの表面に配置させておき、その表面に前記水吸収手段を粘着させておけば、該水吸収手段の廃棄等が容易となる点で有利である。
前記保護手段としては、前記燃料用カートリッジの使用時まで少なくとも前記水吸収手段の表面を覆い、該水吸収手段が水を吸収してしまうのを防止することができれば特に制限はなく、例えば、前記水吸収手段の表面を覆うカバーフィルム、などが好適に挙げられる。
前記安全手段としては、前記燃料用カートリッジの使用時まで前記燃料収容室内に収容された燃料を外部に漏出させない機能を有していれば特に制限はなく、例えば、前記燃料電池用カートリッジが前記ノズルを有している場合には、該ノズルが前記燃料収容室側に押入されないように、該ノズルをカバーする保護キャップ、などが好適に挙げられる。
【００３５】
本発明の燃料電池用カートリッジは、燃料電池システム等に装着させて使用することができ、公知の電池等に代わる電源として、各種電気機器等、特に小型の携帯性情報機器等に好適に使用することができる。
本発明の燃料電池用カートリッジは、前記燃料電池システム等に装備された際、前記燃料収容室に収容されていた燃料が該燃料収容室から前記燃料電池発電部に供給される。すると、該燃料電池発電部において前記燃料を利用した上述の発電反応により発電が生する。そして、この発電反応に伴い水が生成される。該水は、前記燃料電池用カートリッジの外表面の少なくとも一部に設けられた前記水吸収手段により、吸収される。このため、前記発電反応によって生成した水が、前記燃料電池用カートリッジに簡便かつ確実に吸収される結果、前記燃料電池システムの外部への水の漏出が防止される。
【００３６】
本発明の燃料電池用カートリッジの具体例を図面を参照しながら説明する。図１及び図２に示すように、燃料電池用カートリッジ１は、燃料電池セル１０に装着されて使用される。燃料電池用カートリッジ１は、図１、図２及び図４に示すように、乾電池のような略円柱形状を有している。燃料電池用カートリッジ１における２つの端面のうちの一つには、前記燃料供給手段としてのノズル３が貫入状態で備えられている。ノズル３は、燃料収容室１ａ内にその一部が挿入されており、ノズル補助機構５の作用により、燃料収容室１ａ側に押入されると燃料収容室１ａ内の燃料が外部に漏出される。燃料電池用カートリッジ１の周側面上には前記水吸収部材としての水吸収部材２が貼付されている。水吸収部材２は、平面形状が長方形状のシートであり、図４の上段の図の場合には、一つ貼付されていおり、図４の中段の図の場合には、三つ貼付されており、図４の下段の図の場合、前記周側面の全周を環回した状態で貼付されている。
【００３７】
水吸収部材２の表面は、直接的に又は間接的に燃料電池発電部５０が、より詳しくは燃料電池における空気極２１側に配置されており、燃料電池発電部５０における発生水を吸収可能である。具体的には、図１及び図２に示すように、積層面が設置面に略垂直に配置された燃料電池発電部５０における空気極２１の下端部の下方に、水吸収部材２の表面が位置するように配置される。
【００３８】
水吸収部材２には、前記シグナル発生手段としての、例えば吸水すると試薬そのものが変色可能な物質を含有しているため、燃料電池発電部５０から発生した水を吸収すると、色が変わる、あるいは色を生ずる。このため、水吸収部材２が水を吸収したか否かの判別が容易である。そして、図４中段の図に示すように、発色等のシグナルを判別した場合には、燃料電池用カートリッジ１を軸方向に回転等させることにより、シグナルが発生した水吸収部材２ａの位置を、未だ水を吸収していない水吸収部材２ｂ又は２ｃの位置と変えることができ、これにより、効率よく前記水を吸収乃至回収させることができる。
【００３９】
（燃料電池システム）
本発明の燃料電池システムは、燃料電池発電部と、本発明の上述した燃料電池用カートリッジとを有してなり、更に必要に応じて適宜選択したその他の部材、例えば集水手段、燃料インターフェースなどを有してなる。
【００４０】
−燃料電池発電部−
前記燃料電池発電部としては、特に制限はなく、公知のものの中から適宜選択することができ、例えば、燃料極、固体電解質及び空気極を有するものなどが好適に挙げられる。
【００４１】
前記燃料極は、負極であり、燃料を酸化してプロトンと電子とを取り出す機能を有する。
前記燃料極としては、特に制限はなく、公知のものの中から目的に応じて適宜選択することができ、例えば、前記固体電解質側から負極触媒層、負極集電体層の順に積層しされてなるものが好ましい。
【００４２】
前記負極触媒層は、燃料を酸化させる機能を有する限り、特に制限はなく、公知のものの中から適宜選択することができる。前記負極触媒層としては、例えば、白金、白金とルテニウム等の遷移金属とからなる合金、などの微粒子、炭素粉末、電解質層を形成可能なポリマーなどをカーボンペーパーなどの多孔質導電膜上に塗布乃至充填等してなるもの、などが挙げられる。
【００４３】
前記負極集電体層としては、前記負極触媒層で生成された電子を効率的に取り出すことができるものであれば特に制限はなく、公知のものの中から適宜選択することができ、例えば、ＳＵＳ、Ｎｉなどの金属メッシュなどが好適に挙げられる。
【００４４】
前記固体電解質は、電解質層は負極において生成したプロトンを正極に輸送するための経路としての機能を有する。該固体電解質としては、特に制限はなく、公知のものの中から適宜選択することができ、例えば、常温固体で固体でありながら、電解質溶液のごとくプロトンを透過・輸送することが可能な材料、例えば電子伝導性を持たないイオン導電体などが好適に挙げられ、具体的には、パーフルオロスルホン酸ポリマーなどが好適に挙げられる。なお、該固体電解質は、市販品を使用してもよいし、適宜合成したものを使用してもよく、前記パーフルオロスルホン酸の市販品としては、デュポン社製のＮａｆｉｏｎなどが好適に挙げられる。
前記固体電解質の形状としては、例えば、層状であるのが好ましく、その厚みとしては、目的に応じて適宜選択することができる。
【００４５】
前記空気極は、正極であり、酸素を還元して発生したイオンと、前記燃料極で生成された電子及びプロトンから水を生成する機能を有する。
前記空気極としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、前記固体電解質側から正極触媒層、正極集電体層の順に積層してなるものなどが好ましい。
【００４６】
前記正極触媒層としては、酸素を還元して発生したイオンと、前記燃料極で生成された電子及びプロトンから水を生成する機能を有する限り、特に制限はなく、公知のものの中から適宜選択することができる。前記正極触媒層としては、例えば、白金、白金とルテニウム等の遷移金属とからなる合金、などの微粒子、炭素粉末、電解質層を形成可能なポリマーなどをカーボンペーパーなどの多孔質導電膜上に塗布乃至充填等してなるもの、などが挙げられる。
【００４７】
前記正極集電体層としては、前記正極触媒層に電子を効率的に供給することができるものであれば特に制限はなく、公知のものの中から適宜選択することができ、例えば、ＳＵＳ、Ｎｉなどの金属メッシュなどが好適に挙げられる。
なお、該正極集電体層は、空気（酸素）を自然拡散により導入可能な構造を有しているのが好ましく、例えば、空隙を有する構造などを有しているのが好ましい。
【００４８】
上述した燃料極、固体電解質及び空気極は、これら一組で単位セル（単位燃料電池発電部）を形成する。なお、該単位セル（単位燃料電池発電部）は、通常、層状の前記燃料極、前記固体電解質及び前記空気極を積層してなり、通常、層状乃至シート状の形状を有する。このため、該単位セルは、他の単位セルと積層することもできる。
前記燃料電池発電部としては、前記単位セルを１つ有していればよいが、所望の発電量に応じて２以上を有していてもよい。前記単位セルを２以上有する場合、例えば、互いに直列に配置してもよいし、並列に配置してもよく、後者の場合には、例えば特開平５−３２５９９３号公報に記載のように、複数個の前記単位セルを平面内に配置してもよい。
【００４９】
前記単位セルにおける出力電圧としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、出力電流にも依存するが、例えば、ダイレクトメタノール型燃料電池の場合、通常、０．８Ｖ以下であり、多くは０．３Ｖ〜０．６Ｖ程度である。
携帯電話等の携帯性情報機器などの電気機器における必要な動作電圧は、通常、１．５Ｖ〜１２Ｖ程度であるため、これらの用途においては、前記単位セルを２以上直列に配置して所望の電圧が得られるように設計するのが好ましい。
【００５０】
前記単位セルの前記燃料電池システムにおける位置としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、設置面に対し、略水平であってもよいし、略垂直であってもよいが、後者の場合には、前記空気極側に発生する水を重量を利用して集めることができる点で有利である。この場合、前記燃料電池用カートリッジにおける前記水吸収手段により前記水を効率的に吸収させる観点からは、該燃料電池用カートリッジを該燃料電池発電部の下方に配置させるのが好ましい。
【００５１】
−集水手段−
前記集水手段は、前記燃料電池発電部から発生した水を集めるための手段である。
前記集水手段としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、前記燃料電池発電部から発生する水を受ける受水口と、該受水口から受水した水を燃料電池用カートリッジに放出する放水口とを有してなるものなどが好適に挙げられる。なお、この場合、集水効率等の点で、前記受水口の開口面積が、放水口の開口面積よりも大きく設計されているのが好ましい。また、この場合、集水効率等の点で、前記集水手段における受水口が、前記燃料電池発電部における空気極に当接して配置され、前記集水手段における放水口が、前記燃料電池用カートリッジにおける水吸収手段に当接して配置されるのが好ましい。
前記集水手段の具体例としては、ロート部材などが好適に挙げられる。
前記集水手段の材料としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、樹脂、金属、セラミックスなどが好適に挙げられる。
【００５２】
前記集水手段の位置としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、前記燃料電池発電部における前記空気極に当接した位置が挙げられ、該燃料電池発電部における前記空気極の層面が設置面に対して略垂直である場合には、該空気極の下端部に当接した位置であるのが、前記空気極に発生した水を効果的に集めることができる点で有利である。この場合、前記燃料電池用カートリッジは、該集水手段の下方に配置されるのが好ましい。
【００５３】
−燃料インターフェース−
前記燃料インターフェースは、前記燃料電池用カートリッジにおける前記燃料収容室から取り出された燃料を一旦貯蔵させる機能等を有する。前記燃料インターフェースが設けられていると、前記燃料を、該燃料インターフェースから前記燃料極側に向って流動乃至拡散などの自然移動により、燃料導入路等を通して円滑にかつ効率的に供給することができ、一定量の前記燃料を前記燃料極に安定供給することができる点で有利である。
前記燃料インターフェースの形状、構造、大きさ等について、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
【００５４】
前記燃料インターフェースの位置としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、前記燃料電池用カートリッジにおける前記燃料供給手段（ノズル等）の近傍などが好ましい。
【００５５】
本発明の燃料電池システムは、公知の電池等に代わる電源として、各種電気機器等、特に小型の携帯性情報機器等に好適に使用することができる。
本発明の燃料電池セルにおいては、前記燃料電池用カートリッジの前記燃料収容室に収容されていた前記燃料が該燃料収容室から前記燃料電池発電部に供給される。すると、該燃料電池発電部において前記燃料を利用した発電反応により発電が生する。該発電により生じた電気は、電気機器等の駆動電源等として利用される。そして、前記発電反応に伴い水が生成される。該水は、前記燃料電池用カートリッジの外表面の少なくとも一部に設けられた前記水吸収手段により、吸収される。このため、前記燃料電池システムにおいて前記発電反応によって生成した水は、前記燃料電池用カートリッジに簡便かつ確実に吸収されるため、前記燃料電池システムの外部に漏れることがない。
【００５６】
本発明の燃料電池セルの具体例を図面を参照しながら説明する。図１及び図２に示すように、燃料電池セル１０は、燃料電池発電部５０と、燃料電池用カートリッジ１とを備えている。
燃料電池発電部５０は、図３に示すように、空気極集電体５１と、カーボンペーパー５２と、空気極（正極触媒層）５３と、固体電解質５４と、燃料極（負極触媒層）５５と、カーボンペーパー５６と、燃料極集電体５７とを、この順に積層してなる構造を有する。
燃料電池用カートリッジ１は、上述した通りであり、図１、図２及び図４に示すように、乾電池のような略円柱形状を有している。燃料電池用カートリッジ１における２つの端面のうちの一つには、前記燃料供給手段としてのノズル３が貫入状態で備えられている。ノズル３は、燃料収容室１ａ内にその一端が挿入され、他端が燃料インターフェース６内に挿入されており、ノズル補助機構５の作用により、燃料収容室１ａ側に押入されると燃料収容室１ａ内の燃料が燃料インターフェース６内に移送される。燃料電池用カートリッジ１の周側面上には前記水吸収部材としての水吸収部材２が貼付されている。水吸収部材２は、平面形状が長方形状のシートであり、図４の上段の図の場合には、一つ貼付されており、図４の中段の図の場合には、三つ貼付されており、図４の下段の図の場合、前記周側面の全周を環回した状態で貼付されている。
【００５７】
水吸収部材２の表面は、前記集水手段としてのロート材４により間接的に燃料電池発電部５０における空気極側と接続されており、燃料電池発電部５０における発生水をロート材４を介して吸収可能である。具体的には、図１及び図２に示すように、積層面が設置面に略垂直に配置された燃料電池発電部５０における空気極５１の下端部に当接配置されたロート材４の他端開口部に当接するように水吸収部材２の表面が位置される。
【００５８】
水吸収部材２には、前記シグナル発生手段としての、例えば吸水すると試薬そのものが変色可能な物質を含有しているため、燃料電池４０における発生水を吸収すると、色が変わる、あるいは色を生ずる。このため、水吸収部材２が水を吸収したか否かの判別が容易である。そして、図４中段の図に示すように、発色等のシグナルを判別した場合には、燃料電池用カートリッジ１を軸方向に回転等させることにより、シグナルが発生した水吸収部材２ａの位置を、未だ水を吸収していない水吸収部材２ｂ又は２ｃの位置と変えることができ、これにより、効率よく前記水を吸収乃至回収させることができる。
【００５９】
（電気機器）
本発明の電気機器は、本発明の上述した燃料電池システムを少なくとも有してなり、更に各種用途に応じた機能を奏するのに必要な一般構成を備えてなる。
前記電気機器としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、現在、電池等で駆動可能な機器などが好適に挙げられ、携帯性情報機器などが特に好適に挙げられる。
前記携帯性情報機器としては、例えば、携帯電話機、携帯電話機用クレイドル、パソコン、デジタルカメラ、ポータブルオーディオ、ＭＰ３プレーヤー、ＰＤＡ（パーソナル・デジタル・アシスタンス）、玩具、などが挙げられる。
【００６０】
本発明の電気機器においては、前記燃料電池システムにおける前記燃料電池用カートリッジの前記燃料収容室に収容されていた燃料が該燃料収容室から前記燃料電池発電部に供給される。すると、該燃料電池発電部において前記燃料を利用した発電反応により発電が生する。該発電により生じた電気は、該電気機器の駆動源として利用される。そして、前記発電反応に伴い水が生成される。該水は、前記燃料電池用カートリッジの外表面の少なくとも一部に設けられた前記水吸収手段により、吸収される。このため、前記電気機器における前記燃料電池システムにおいて前記発電反応によって生成した水は、前記燃料電池用カートリッジに簡便かつ確実に吸収されるため、前記電気機器の外部に漏れることがない。
【００６１】
ここで、本発明の電気機器の一例として、携帯電話機及び携帯電話機用クレイドルについて図面を参照しながら説明する。
図５は、携帯電話機用クレイドルに携帯電話機を装着した様子を示す斜視図である。携帯電話機用クレイドル１０には、携帯電話機２０が装着され、外部電源、例えば商用電源に接続するためのパワーアダプタ３０（ＡＣ−ＤＣ変換器）が接続可能な構成とされている。携帯電話機２０は、操作キー２４及びマイク２５が内面２１−１に設けられた携帯電話機本体部２１と、液晶表示部２６及びスピーカ２７が内面２２−１に設けられた携帯電話機可動部２２とがヒンジ部２３により接続され、ヒンジ部２３を中心にして携帯電話機可動部２２が回動可能となっている。携帯電話機２０は、携帯電話機用クレイドル１０に装着した状態で、携帯電話機本体部２１の内面２１−１と携帯電話機可動部２２の内面２２−１が対峙するように折り畳むことができる。また、携帯電話機可動部２２を開いた位置にして、液晶表示部２６を見ながら操作キー２４を押して操作することができ、あるいは、携帯電話機用クレイドル１０の本体部（クレイドル本体部１１）を把持して、通常の携帯電話機のように通話することができる。
【００６２】
携帯電話機用クレイドル１０は、燃料電池システム（図示されず）を内蔵したクレイドル本体部１１と、燃料を充填した燃料電池用カートリッジ１２とから構成されている。燃料電池用カートリッジ１２は、携帯電話機のヒンジ部２３（携帯電話機可動部２２が開位置のスピーカ２７）側に、クレイドル本体部１１の端面１１−１と当接して配設されている。また、マイク２５側の端面１１−２にはパワーアダプタ３０を接続する外部電源接続部１３が配設されている。クレイドル本体部１１は、その内面１１−３を携帯電話機本体部２１の外面２１−２と対峙するようにして携帯電話機本体部２１を保持するようになっている。なお、以下説明の便宜のため、燃料カートリッジ１２側をクレイドル本体部１１の後部、外部電源接続部１３が配設されている側をクレイドル本体部１１の前部と称する。
【００６３】
図６は、携帯電話機用クレイドルの平面図であり、図７は、携帯端末装置の斜視図である。クレイドル本体部１１の内面１１−３には、携帯電話機本体部２１の側部に設けられた凹部２８と係合するための係止部材１４ａ、１４ｂや、携帯電話機２０に電力を供給するための接続コネクタ１５が設けられている。内面１１−３の前部に設けられた係止部材１４ａは、マイク２５側に設けられた２つの凹部２８と係合するようになっている。係止部材１４ａは、その基部にバネが設けられ、携帯電話機本体部２１の方向にばね応力が印加されるようになっている。係止部材１４ａの爪部は凹部２８の下側の内壁にかかり、携帯電話機が上方向に容易に移動できないようになっている。
【００６４】
図６及び図７に示すように、クレイドル本体部１１の内面１１−３の後部に設けられた係止部材１４ｂはヒンジ部２３側に設けられた２つの凹部２８と係合するようになっている。係止部材１４ｂは、係止部材１４ｂの爪部１４ｂ−１は凹部２８の下側の内壁にかかり、携帯電話機本体部２１が上方向に容易に外れないようになっている。さらに係止部材１４ｂには、爪部に接続され、クレイドル本体部１１の側部から突出する凸部が設けられている。前記凸部を押し下げることにより、爪部が凹部２８から離れ、携帯電話機本体部２１をクレイドル本体部１１から外すことができる。
【００６５】
携帯電話機２０をクレイドル本体部１１に装着する際は、クレイドル本体部１１の内面１１−３の前部に、携帯電話機２０のマイク２５側を押し込み、前部の係止部材１４ａの爪部と携帯電話機本体部２１の凹部２８を係合させ、次いで、携帯電話機２０をクレイドル本体部１１の内面１１−３に押しつけるようにして、携帯電話機本体部２１のヒンジ２３側を下方に移動させて、後部の係止部材１４ｂの爪部と携帯電話機本体部２１の凹部２８を係合させる。
また、携帯電話機２０を取り外す際には、先ずクレイドル本体部１１の後部の２つの係止部材１４ｂの凸部を同時に下方に押し込み係止部材１４ｂを開く方向に移動させることにより係合を解除して、携帯電話機本体部１１のヒンジ部１３側をクレイドル本体部１１から取り外し、次いで、斜め後方に携帯電話機２０を移動することにより、クレイドル本体部１１の前部の２つの係止部材１４ａとの係合を解除する。
【００６６】
このように、携帯電話機２０は携帯電話機本体部２１がクレイドル本体部１１と係合して固定されているので、クレイドル本体部１１を把持して携帯電話機２０の操作キーを押すなどの操作をしたり通話をしたりしても、携帯電話機本体部２１とクレイドル本体部１１が互いに外れることがなく安心して使用することができる。また、携帯電話機本体部２１がクレイドル本体部１１に固定されているので、携帯電話機可動部２２を折り畳んでコンパクトな形態で持ち運びすることができる。
【００６７】
図８に示すように、クレイドル本体部１１は、後部端面１１−１に当接した燃料カートリッジ１２から燃料が供給される燃料導入路３１と、燃料の導入を遮断する燃料遮断部３２と、燃料導入路３１と接続された燃料室３４を有する燃料電池３３と、燃料電池３３によって発電された電力の携帯電話機２０への供給を制御する制御部４１と、図５に示すパワーアダプタ３０が接続され、外部電源から電力が供給される外部電源接続部１３と、携帯電話機２０に電力を供給するための接続コネクタ１５などから構成されている。
燃料電池用カートリッジ１２は、クレイドル本体部１１の後部の端面１１−１に当接して嵌合により固定されている。燃料電池用カートリッジ１２の燃料送出口１２ａは凸状になっており、他方、クレイドル本体部１１の端面１１−１には凹部が互いに嵌合するようになっている。
ここでは、本発明の電気機器の一例として、携帯電話機及び携帯電話機用クレイドルについて説明したが、他の電気機器においても、本発明の上述した燃料電池システムを装備させることができる。
【００６８】
（燃料電池システムにおける発生水の回収方法）
本発明の燃料電池システムにおける発生水の回収方法は、上述の燃料電池システムにおいて発生した前記水を、該燃料電池システムにおける前記燃料電池発電部に燃料を供給する上述の燃料電池用カートリッジの外表面の少なくとも一部に設けた上述の水吸収手段により吸収させることを少なくとも含み、更に必要に応じて適宜選択したその他の処理を含む。
前記燃料電池システムにおける発生水の回収方法は、本発明の燃料電池システムを実施することにより好適に実施することができる。
【００６９】
本発明の燃料電池システムにおける発生水の回収方法は、前記燃料電池システムの前記燃料電池発電部における発電反応により発生する水を吸収乃至回収させる場合に好適に使用することができる。
本発明の燃料電池システムにおける発生水の回収方法においては、前記燃料電池用カートリッジから燃料が前記燃料電池システムにおける燃料電池発電部に供給される。すると、該燃料電池発電部において前記燃料を利用した発電反応により発電が生する。そして、前記発電反応に伴い生成した水を、前記燃料電池用カートリッジの外表面の少なくとも一部に設けられた前記水吸収手段によって吸収させる。このため、前記発電反応によって生成した水は、前記燃料電池用カートリッジに簡便かつ確実に吸収されるため、前記燃料電池システムの外部に漏れることがない。
【実施例】
【００７０】
以下、本発明の実施例について説明するが、本発明はこれらの実施例に何ら限定されるものではない。
本発明の燃料電池システムの実施例を図面を参照しながら説明する。図１及び図２に示すように、燃料電池システム１０は、燃料電池発電部５０と、燃料電池用カートリッジ１とを備えている。燃料電池システム１０は、図５から図８に記載の携帯電話機、携帯電話機用クレイドルに装備されている。
【００７１】
燃料電池発電部５０は、図３に示すように、空気極集電体５１と、カーボンペーパー５２と、空気極（正極触媒層）５３と、固体電解質５４と、燃料極（負極触媒層）５５と、カーボンペーパー５６と、燃料極集電体５７とを、この順に積層してなる構造を有する。燃料電池発電部５０は、ダイレクトメタノール型燃料電池である。
【００７２】
この実施例において、空気極（正極触媒層）５３は、白金担持触媒（ＴＥＣ１０Ｅ５０Ｅ、田中貴金属製）で形成されており、固体電解質５４は、部分フッ素化固体電解質（Ｎａｆｉｏｎ  ＮＦ１１７、Ｄｕｐｏｎｔ社製）で形成されており、燃料極（負極触媒層）５５は、白金−ルテニウム合金担持触媒（ＴＥＣ６１Ｅ５４、田中貴金属製）で形成されている。なお、上述した空気極は、空気極集電体５１と、カーボンペーパー５２と、空気極（正極触媒層）５３とで構成されており、また、上述した燃料極は、燃料極（負極触媒層）５５と、カーボンペーパー５６と、シャッター５７と、燃料極集電体５７とで構成されている。
【００７３】
燃料電池用カートリッジ１は、上述した通りであり、図１、図２及び図４に示すように、乾電池のような略円柱形状を有している。この実施例において、燃料電池用カートリッジ１を形成する筐体は、機械的強度、化学的安定性に優れたポリスルホン製であり、そのサイズは、直径１５ｍｍ×長さ６０ｍｍである。燃料電池用カートリッジ１には、内部に燃料収容室１ａが設けられており、燃料であるメタノールが充填されている。なお、この実施例において、燃料収容室１ａは、約６ｍｌの燃料（メタノール）を収容可能である。
【００７４】
燃料電池用カートリッジ１における２つの端面のうちの一つには、前記燃料供給手段としてのノズル３が貫入状態で備えられている。ノズル３は、燃料収容室１ａ内にその一端が挿入され、他端が燃料インターフェース６内に挿入されており、ノズル補助機構５の作用により、燃料収容室１ａ側に押入されると燃料収容室１ａ内の燃料（メタノール）が燃料インターフェース６内に移送される。
【００７５】
燃料電池用カートリッジ１の周側面上には前記水吸収手段としての水吸収部材２が貼付されている。水吸収部材２は、平面形状が長方形状のシートであり、図４の上段の図の場合には、一つ貼付されており、図４の中段の図の場合には、三つ貼付されており、図４の下段の図の場合、前記周側面の全周を環回した状態で貼付されている。この実施例において、水吸収部材２は、アクリル酸系ポリマー（サンフレッシャ、三洋化成工業（株）製）０．２ｇで形成されたシートであり、５ｍｌの水を容易に吸収・固定化可能である。
【００７６】
水吸収部材２の表面は、前記集水手段としてのロート材４により間接的に燃料電池発電部５０における空気極５１側と接続されており、燃料電池発電部５０における発生水をロート材４を介して吸収可能である。具体的には、図１及び図２に示すように、積層面が設置面に略垂直に配置された燃料電池発電部５０における空気極５１の下端部に当接配置されたロート材４の他端開口部（水吸収部材２に当接する側の一端開口部よりも大径に設計されている）に当接するように水吸収部材２の表面が位置される。
【００７７】
この実施例においては、水吸収部材２には、前記シグナル発生手段としての塩化コバルトの結晶が含まれているため、水吸収部材２は、燃料電池４０における発生水を吸収前においては青色を呈しており、前記発生水を吸収後においては赤（ピンク色）を呈するため、水吸収部材２が水を吸収したか否かの判別が容易である。そして、図４中段の図に示すように、赤色（ピンク色）の発色を判別した場合には、燃料電池用カートリッジ１を軸方向に回転等させることにより、赤色（ピンク色）を呈した水吸収部材２ａの位置を、未だ水を吸収してなく青色を呈している水吸収部材２ｂ又は２ｃの位置と変えることができ、これにより、効率よく前記水を吸収乃至回収させることができる。
【００７８】
燃料電池セル１０においては、燃料電池用カートリッジ１の燃料収容室１ａに収容されていた燃料（メタノール）が燃料収容室１ａから燃料電池発電部５０に供給される。すると、燃料電池発電部５０において前記燃料（メタノール）を利用した発電反応により発電が生ずる。即ち、先ず、（１）次式：ＣＨ３ＯＨ（燃料）＋Ｈ２Ｏ→ＣＯ２(燃料極（負極触媒層）５５から排出)＋６Ｈ＋＋６ｅ−、のように、燃料であるメタノールと水とが反応（発電反応）して二酸化炭素とＨ＋（プロトン）とが生成される。次に、（２）前記固体電解質中のＨ＋(プロトン)が燃料極（負極触媒層）５５から空気極（正極触媒層）５３に移動（プロトン伝導）して、燃料電池に内部電流が生じる。次に、（３）次式：６Ｈ＋＋３／２Ｏ２＋６ｅ−→３Ｈ２Ｏ、のように、プロトンが空気極（正極触媒層）５３で酸化されて水が発生する。以上のように、空気極（正極触媒層）５３側では、前記発電反応等により水が生成される。そして、この水を含む空気が、燃料電池発電部５０の表面等において結露を生ずる。該結露により生じた水は、重力により下方に移動し、燃料電池発電部５０（空気極（正極触媒層）５３）の下端まで到達すると、そこに開口して配置されているロート材４により集められて重力により更に下方に移動し、ロート材４の開口部に当接配置された燃料電池用カートリッジ１の外表面に設けられた水吸収手段２により、吸収され、そこに固定化される。このため、燃料電池システムにおいて前記発電反応によって生成した水は、燃料電池用カートリッジ１に簡便かつ確実に吸収され、固定されるため、燃料電池システム１０の外部に漏れることがない。
一方、燃料電池発電部５０における前記発電反応により生じた電気は、取り出されて携帯電話機の電力として消費される。
燃料電池用カートリッジ１は、燃料収容室１ａ内の燃料（メタノール）がなくなった時、燃料電池システム１０から取り外して、燃料収容室１ａ内に燃料（メタノール）を再充填し、表面の水吸収部材２を剥がして廃棄し、新しい水吸収部材２を貼付するだけで、再生可能である。このため、燃料電池用カートリッジ１は、リサイクル性、環境性、取扱性等に極めて優れる。また、燃料電池用カートリッジ１を使用する燃料電池セル１０、携帯電話機及び携帯電話機用クレイドルも同様にリサイクル性、環境性、取扱性等に極めて優れる。
【００７９】
本発明の好ましい態様を付記すると、以下の通りである。
（付記１）  燃料電池発電部に供給する燃料を収容するための燃料収容室を有してなり、前記燃料電池発電部から発生した水を吸収する水吸収手段を外表面の少なくとも一部に有することを特徴とする燃料電池用カートリッジ。
（付記２）  水吸収手段が、吸水性部材を有してなる付記１に記載の燃料電池用カートリッジ。
（付記３）  吸水性部材が、吸収した水を固定可能である付記１から２のいずれかに記載の燃料電池用カートリッジ。
（付記４）  吸収性部材が、天然ポリマー及び合成ポリマーから選択される少なくとも１種の有機物質、並びに、無機物質の少なくともいずれかを含む付記１から３のいずれかに記載の燃料電池用カートリッジ。
（付記５）  天然ポリマーが、セルロース系ポリマー、アルギン酸系ポリマー、マンナン系ポリマー、プルラン系ポリマー、及びキチン・キトサン系ポリマーから選択される少なくとも１種である付記４に記載の燃料電池用カートリッジ。
（付記６）  合成ポリマーが、アクリル系ポリマー、アクリルアミド系ポリマー、ポリエチレンレンオキサイド系ポリマー、及びポリエステル系ポリマーから選択される少なくとも１種である付記４から５のいずれかに記載の燃料電池用カートリッジ。
（付記７）  無機物質が、シリカゲル、ゼオライト、及び酸化マグネシウムから選択される少なくとも１種である付記４から６のいずれかに記載の燃料電池用カートリッジ。
（付記８）  水吸収手段が、水を吸収したこと示すシグナルを発生可能なシグナル発生手段を有する付記１から７のいずれかに記載の燃料電池用カートリッジ。
（付記９）  シグナルが、変色、変形、ｐＨ変化、温度変化、圧力変化、磁気変化、電圧変化、及び物質吸放出から選択される少なくとも１種である付記８に記載の燃料電池用カートリッジ。
（付記１０）  シグナルが、目視可能である付記８から９のずれかに記載の燃料カートリッジ。
（付記１１）  シグナル発生手段が、水の吸収量に対応してシグナルの発生量を制御可能である付記８から１０のいずれかに記載の燃料電池用カートリッジ。
（付記１２）  シグナル発生手段が、水を吸収すると変色可能な化合物を含む付記８から１１のいずれかに記載の燃料電池用カートリッジ。
（付記１３）  水を吸収すると変色可能な化合物が、塩化コバルトである付記１２に記載の燃料電池用カートリッジ。
（付記１４）  シグナル発生手段が、水を吸収するとイオンを放出可能な化合物と、ｐＨ指示薬とを含む付記８から１３のいずれかに記載の燃料電池用カートリッジ。
（付記１５）  水を吸収するとイオンを放出可能な化合物が、電離した際のｐＨが７超１２以下である弱アルカリ性結晶から選択され、ｐＨ指示薬が、フェノールフタレイン及びチモールブルーから選択される付記１４に記載の燃料電池用カートリッジ。
（付記１６）  シグナル発生手段が、水を吸収すると溶解して発色可能な化合物を含む付記８から１５のいずれかに記載の燃料電池用カートリッジ。
（付記１７）  水を吸収すると溶解して発色可能な化合物が、亜硝酸ナトリウムとスルファニファール酸とを含む乾燥物、及びＮ−１ナフチルエチレンジアミンと酒石酸とを含む乾燥物から選択される付記１６に記載の燃料電池用カートリッジ。
（付記１８）  水吸収手段が、水の吸収前の体積をＸ（ｃｍ３）とし、水の吸収後の体積をＹ（ｃｍ３）とすると、（Ｙ／Ｘ）が１．０以上である付記１から１７のいずれかに記載の燃料電池用カートリッジ。
（付記１９）  水吸収手段が、吸水性部材の成型体、及び、支持体に吸水性部材を添加させた構造体の少なくともいずれかである付記２から１８のいずれかに記載の燃料電池用カートリッジ。
（付記２０）  水吸収手段が、シート状構造物である付記１から１９のいずれかに記載の燃料電池用カートリッジ。
（付記２１）  水吸収手段が、着脱可能に設けられた付記１から２０のいずれかに記載の燃料電池用カートリッジ。
（付記２２）  水吸収手段が、シート状構造物における一方のシート面が貼付された付記２０から２１のいずれかに記載の燃料電池用カートリッジ。
（付記２３）  柱形状である付記１から２２のいずれかに記載の燃料電池用カートリッジ。
（付記２４）  柱形状の燃料電池用カートリッジの周側面上に水吸収手段が配された付記２３のいずれかに記載の燃料電池用カートリッジ。
（付記２５）  水吸収手段の数が２以上である付記１から２４のいずれかに記載の燃料電池用カートリッジ。
（付記２６）  燃料収容室内に収容された燃料を燃料電池発電部に供給可能な燃料供給手段を有する付記１から２５のいずれかに記載の燃料電池用カートリッジ。
（付記２７）  燃料供給手段が、柱形状の燃料電池用カートリッジの一端に設けられた付記２６に記載の燃料電池用カートリッジ。
（付記２８）  燃料供給手段が燃料収容室側に押入可能であり、該燃料供給室側に押入された時に、燃料収容室内に収容された燃料を燃料電池発電部に供給可能である付記２６から２７のいずれかに記載の燃料電池用カートリッジ。
（付記２９）  燃料電池発電部から発生した水が、燃料電池反応により発生した水を含む付記１から２８に記載の燃料電池用カートリッジ。
（付記３０）  リサイクル可能である付記１から２９のいずれかに記載の燃料電池用カートリッジ。
（付記３１）  燃料極、固体電解質及び空気極を有する燃料電池発電部と、付記１から３０のいずれかに記載の燃料電池用カートリッジとを有することを特徴とする燃料電池システム。
（付記３２）  燃料電池発電部から発生した水を集めるための集水手段を有する付記３１に記載の燃料電池システム。
（付記３３）  集水手段が、燃料電池発電部から発生する水を受ける受水口と、該受水口から受水した水を燃料電池用カートリッジに放出する放水口とを有してなる付記３２に記載の燃料電池システム。
（付記３４）  受水口の開口面積が、放水口の開口面積よりも大きい付記３３に燃料電池システム。
（付記３５）  集水手段における受水口が、燃料電池発電部における空気極に当接して配置され、集水手段における放水口が、燃料電池用カートリッジにおける水吸収手段に当接して配置された付記３３から３４のいずれかに燃料電池システム。
（付記３６）  集水手段がロート部材である付記３２から３５のいずれかに記載の燃料電池システム。
（付記３７）  燃料電池発電部、集水手段、及び燃料電池用カートリッジが、この順に上から位置する付記３２から３６のいずれかに記載の燃料電池システム。
（付記３８）  燃料電池発電部における、燃料極、固体電解質及び空気極の積層面が上下方向と略並行に配置された付記３１から３７のいずれかに記載の燃料電池システム。
（付記３９）  付記３１から３８のいずれかに記載の燃料電池システムを有することを特徴とする電気機器。
（付記４０）  携帯電話機、携帯電話機用クレイドル、パソコン、デジタルカメラ、ポータブルオーディオ、ＭＰ３プレーヤー、ＰＤＡ（パーソナル・デジタル・アシスタンス）及び玩具から選択される少なくともいずれかである付記３９に記載の電気機器。
（付記４１）  燃料電池システムにおいて発生した水を、該燃料電池システムにおける燃料発電部に燃料を供給する燃料電池用カートリッジの外表面の少なくとも一部に設けた水吸収手段により吸収させることを特徴とする燃料電池システムにおける発生水の回収方法。
【産業上の利用可能性】
【００８０】
本発明の燃料電池用カートリッジは、各種の燃料電池システムに好適に使用することができ、特に本発明の燃料電池システム、電気機器、燃料電離における発生水の回収方法に好適に使用することができる。
本発明の燃料電池システムは、各種の電気機器、例えば、携帯性情報機器、具体的には、携帯電話機、携帯電話機用クレイドル、パソコン、デジタルカメラ、ポータブルオーディオ、ＭＰ３、玩具等に好適に使用することができ、特に本発明の電気機器、燃料電池システムにおける発生水の回収方法に好適に使用することができる。
本発明の電気機器は、リサイクル性、環境性に優れた各種電気機器等として使用することができる。
本発明の燃料電池システムにおける発生水の回収方法は、燃料電池システムにおいて発生した水の回収・固定化等を行うのに使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】図１は、本発明の燃料電池システムの一例を示す概略斜視図である。
【図２】図２は、図１の燃料電池システムの側面図である。
【図３】図３は、単位燃料電池発電部の断面構造の一例を示す断面図である。
【図４】図４は、本発明の燃料電池システムの他の例を示す概略説明図であり、上段の図は、水吸収手段が燃料電池用カートリッジの一部表面に一つ設けられた例を示し、中段の図は、水吸収手段が燃料電池用カートリッジの一部表面に三つ設けられた例を示し、下段の図は、水吸収手段が燃料電池用カートリッジの全表面に設けられた例を示す。
【図５】図５は、携帯電話機用クレイドルに携帯電話機を装着した状態を示す斜視図である。
【図６】図６は、図４に示す携帯電話機用クレイドルの平面図である。
【図７】図７は、図４に示す携帯電話機の概略図である。
【図８】図８は、携帯電話機の断面概略図である。
【符号の説明】
【００８２】
１      燃料電池用カートリッジ
１ａ    燃料収容室
２      水吸収部材
２ａ    水吸収部材
２ｂ    水吸収部材
２ｃ    水吸収部材
３      ノズル
４      ロート材
５      ノズル補助機構
６      燃料インターフェース
１０    燃料電池システム
５０    燃料電池発電部
５１    空気極集電体
５２    カーボンペーパー
５３    空気極
５４    固体電解質
５５    燃料極
５６    カーボンペーパー
５７    燃料極集電体
【図１】
2006049153.tif 000003
【図２】
2006049153.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2006049153.tif 000007
【図６】
2006049153.tif 000008
【図７】
2006049153.tif 000009
【図８】
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