(57)【要約】【課題】空気供給装置の構成を工夫して小型化を実現した燃料電池を提供する。【解決手段】燃料の供給を受けるアノード極と、酸素の供給を受けるカソード極と、前記アノード極とカソード極の間に介在された電解質膜とを備えた燃料電池１において、前記カソード極に空気を供給する空気供給装置３を、大気から空気を取り入れる第１のファン６を有する吸気室４と、吸気室４に連結され、吸引室４内の圧力よりも圧力を高めてカソード極に供給する第２のファン７を有する圧送室５とで構成した。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料の供給を受けるアノード極と、酸素の供給を受けるカソード極と、前記アノード極とカソード極の間に介在された電解質膜とを備えた燃料電池において、前記カソード極に空気を供給する空気供給装置を、大気から空気を取り入れる第１のファンを有する吸気室と、前記吸気室に連結され、前記吸気室内の圧力よりも圧力を高めてカソード極に供給する第２のファンを有する圧送室とで構成したことを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
前記吸気室より前記圧送室の容積を小さくしたことを特徴とする請求項１記載の燃料電池。
【請求項３】
前記吸気室に、電池冷却用空気を供給する開口部を設け、前記開口部の開口面積を変更する開度調整機構を設けたことを特徴とする請求項１記載の燃料電池。
【請求項４】
前記第１のファンと第２のファンを１つのモータで駆動するようにしたことを特徴とする請求項１記載の燃料電池。
【請求項５】
前記第１のファンより第２のファンの回転数を高くする変速機構を設けたことを特徴とする請求項４記載の燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は燃料電池に関し、特に小型携帯機器用途の電源として好適な構造を持つ燃料電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、燃料電池は、コジェネレーション装置用の燃料電池システムに代表される定置型のものだけでなく、携帯電子機器用燃料電池などの小型携帯機器用途の電池として好適な構造を持つ燃料電池も盛んに提案されている。例えば、ＡＣアダプターからの充電を必要としない、ユビキタスモバイル電源として、燃料を直接アノード極へ供給する直接型燃料電池が着目され、活発な研究開発が行われている。
【０００３】
これらの燃料電池に必要な補機として、カソード極に発電用空気を供給するための空気ファンなどの空気供給装置がある。また、燃料電池の発熱量が多いときは、冷却風を供給して強制冷却する必要があるので、燃料電池に必要な補機として、燃料電池スタックの温度をコントロールするための冷却ファンが設けられる（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
ここで、空気供給装置は、 燃料電池スタックに設けられた狭くて長い通路から成る空気流路に空気を供給するため、高圧空気を作り出す必要がある。一方、冷却ファンは、冷却効率を上げるために多量の空気を送り出す必要がある。
【特許文献１】特開平６−２０７０８号公報（第２頁）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、冷却ファンとして使われる空気ファンを、空気供給装置、すなわち高圧力空気発生装置としても使うように構成する場合には、そのファンの羽根を大きく設計する必要があり、その結果燃料電池を小型化することができず、また消費電力が大きくなるという問題がある。
【０００６】
本発明は、上記従来の問題点に鑑み、空気供給装置の構成を工夫して小型化を実現した燃料電池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】
【０００７】
本発明の燃料電池は、燃料の供給を受けるアノード極と、酸素の供給を受けるカソード極と、前記アノード極とカソード極の間に介在された電解質膜とを備えた燃料電池において、前記カソード極に空気を供給する空気供給装置を、大気から空気を取り入れる第１のファンを有する吸気室と、前記吸気室に連結され、前記吸気室内の圧力よりも圧力を高めてカソード極に供給する第２のファンを有する圧送室とで構成したものである。
【０００８】
この構成によると、カソード極へ供給する空気が、吸気室の第１のファンと圧送室の第２のファンにより多段昇圧を受けることになり、その結果比較的小さなファンを用いながら、１つの空気ファンでは実現できない高圧力空気を作り出すことができ、燃料電池の小型化を実現することができる。
【０００９】
また、吸気室より圧送室の容積を小さくすることにより、カソード極へ供給する空気をより高圧にすることができる。
【００１０】
また、吸気室に、電池冷却用空気を供給する開口部を設け、開口部の開口面積を変更する開度調整機構を設けると、冷却用空気と発電用空気の２種類の空気を作り出すことができ、また開度調整機構を制御することで２種類の空気の流量や圧力を制御することができる。
【００１１】
また、第１のファンと第２のファンを１つのモータで駆動するようにすると、燃料電池の補機の消費電力を低減することができて燃料電池の発電能力を向上できるとともに、空気ファン用のモータが１つで済むので小型化を図ることができる。
【００１２】
また、第１のファンより第２のファンの回転数を高くする変速機構を設けると、カソード極へ供給する空気をより高圧にすることができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の燃料電池によれば、カソード極へ供給する空気が第１と第２のファンにより多段昇圧を受けるので、比較的小さなファンを用いながら、１つの空気ファンでは実現できない高圧力空気を作り出すことができ、燃料電池の小型化を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の燃料電池の一実施形態について、図１、図２を参照して説明する。
【００１５】
図１において、１は燃料電池で、電解質膜の両面にアノード極とカソード極を接合して構成された膜電極接合体（ＭＥＡ）をセパレータで挟み込んで構成したセルを、複数積層して構成された燃料電池スタック２（スタック構造は図示せず）と、補機としての燃料供給装置（図示せず）や空気供給装置３を備えている。燃料電池スタック２のセパレータには、燃料をアノード極に供給するためのアノード流路と、空気をカソード極に供給するためのカソード流路が設けられている。
【００１６】
空気供給装置３は、大気から空気を取り入れる吸気室４と、この吸気室４に連結され、吸気室４内圧力よりも圧力を高めて燃料電池スタック２のカソード流路に発電用空気１０を供給する圧送室５にて構成されている。吸気室４には第１のファン６が、圧送室５には第２のファン７が配置されている。第１のファン６及び第２のファン７は、それぞれ羽根６ａ、７ａをモータ６ｂ、７ｂにて回転駆動するように構成されている。
【００１７】
吸気室４には、燃料電池スタック２の外周に冷却用空気１１を供給するための開口部８が設けられ、その開口面積を変更する開度調整機構９が設けられている。
【００１８】
以上の構成の燃料電池１によると、カソード極へ供給する発電用空気１０が、吸気室４の第１のファン６と圧送室５の第２のファン７により多段昇圧させて供給することができるので、第１のファン６と第２のファン７として比較的小さなファンを用いながら高圧力空気を作り出すことができ、燃料電池１の小型化を実現することができる。
【００１９】
また、吸気室４に開口部８を設けて燃料電池スタック２の外周に冷却用空気１１を供給できるようにしているので、発電用空気１０と冷却用空気１１の２種類の空気を作り出すことができ、さらにその開口部８に開度調整機構９を設けているので、この開度調整機構９を制御することで上記２種類の空気の流量や圧力を制御することができる。
【００２０】
次に、本実施形態の燃料電池１の他の構成例について、図２を参照して説明する。図２示した構成では、吸気室４より圧送室５の容積を小さく形成するとともに、圧送室５に配置される第２のファン７は羽根７ａとその回転軸のみを配置し、吸気室４に配置した単一のファン駆動モータ１２にて第１のファン６の羽根６ａと第２のファン７の羽根７ａの両方を回転駆動するように構成している。また、ファン駆動モータ１２と第２のファン７の羽根７ａとの間に変速機構１３を配設して第２のファン７の回転数を高くするように構成している。
【００２１】
この構成によれば、吸気室４より圧送室５の容積を小さく形成し、さらに変速機構１３にて第２のファン７の回転数を高くしているので、カソード極へ供給する発電用空気１０をより高圧にすることができる。また、第１のファン６と第２のファン７を１つのファン駆動モータ１２で駆動するようにしているので、燃料電池１の補機の消費電力を低減することができて燃料電池の発電能力を向上できるとともに、燃料電池１の小型化を図ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００２２】
本発明の燃料電池は、メタルールやジメチルエーテル等を水素に改質せずに燃料として直接用いることができるとともに、カソード極へ供給する空気が第１と第２のファンにより多段昇圧されることで小さなファンで高圧力空気を作り出すことができ、燃料電池の小型化を実現することができるので、携帯電話や携帯情報端末（ＰＤＡ）、ノートパソコン、ビデオカメラ等の携帯電子機器用の電源として、また電動スクータや自動車用の電源等にも有用である。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の一実施形態の燃料電池の概略構成図。
【図２】同実施形態の他の構成例の燃料電池の概略構成図。
【符号の説明】
【００２４】
１  燃料電池
２  燃料電池スタック
３  空気供給装置
４  吸気室
５  圧送室
６  第１のファン
７  第２のファン
８  開口部
９  開度調整機構
１０  発電用空気
１１  冷却用空気
１２  ファン駆動モータ
１３  変速機構
【図１】
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【図２】
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