(57)【要約】【課題】燃料電池発電システム全体の容積に占めるカートリッジを除く部分の容積の割合を低減する。【解決手段】燃料電池発電システム１は、円柱状の基部２と、基部２の端面２２から延設された胴部３と、基部２の端面２１に設けられた第１電極４と、胴部３の先端に設けられた第２電極５と、胴部３を抱持したカートリッジ６と、胴部３に内蔵された燃料電池７７と、基部２に内蔵された蒸発器７４と、基部２に内蔵された水蒸気改質反応器７５とを備える。カートリッジ６には燃料と水が貯留され、その燃料と水が蒸発器７４に供給され、燃料と水が蒸発器７４により蒸発する。蒸発した燃料と水が水蒸気改質反応器７５に送られ、水蒸気改質反応器７５では水素が生成される。生成された水素は燃料電池７７のアノード７８に供給される。燃料電池７７は水素と酸素の電気化学反応によって発電する。【選択図】図１
2008147126.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基部と、
前記基部から延設された胴部と、
前記胴部が延設された側と反対側において前記基部に設けられた第１電極と、
前記基部が配設された側と反対側において前記胴部の先端に設けられた第２電極と、
前記胴部に内蔵された燃料電池と、を備えることを特徴とする燃料電池発電システム。
【請求項２】
前記基部は柱状に形成され、
前記胴部が前記基部の中心線を含むように延設されていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池発電システム。
【請求項３】
前記基部は柱状に形成され、
前記胴部が前記基部の中心線に対して平行に延設されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の燃料電池発電システム。
【請求項４】
前記胴部を抱持し、燃料を貯留したカートリッジを更に備えることを特徴とする請求項１から３の何れか一項に記載の燃料電池発電システム。
【請求項５】
前記胴部が前記基部の中心線から径方向外側にかけて設けられていることを特徴とする請求項２又は３に記載の燃料電池発電システム。
【請求項６】
前記胴部の径方向外側の面が前記基部の径方向外側の面に揃っていることを特徴とする請求項５に記載の燃料電池発電システム。
【請求項７】
前記胴部を抱持し、燃料を貯留したカートリッジを更に備えることを特徴とする請求項５又は６に記載の燃料電池発電システム。
【請求項８】
前記カートリッジは径方向に着脱可能とされていることを特徴とする請求項７に記載の燃料電池発電システム。
【請求項９】
前記胴部が前記カートリッジに抱持された状態において前記カートリッジの径方向外側の面が前記基部の径方向外側の面に揃っていることを特徴とする請求項７又は８に記載の燃料電池発電システム。
【請求項１０】
前記胴部は柱状に形成され、前記胴部が前記基部と同心となり、前記胴部が前記基部よりも細いことを特徴とする請求項２又は３に記載の燃料電池発電システム。
【請求項１１】
前記胴部を抱持し、燃料を貯留したカートリッジを更に備えることを特徴とする請求項１０に記載の燃料電池発電システム。
【請求項１２】
前記カートリッジは円筒状に形成され、前記胴部が前記カートリッジに挿入されて前記カートリッジにより抱持されていることを特徴とする請求項１１に記載の燃料電池発電システム。
【請求項１３】
前記カートリッジは前記基部の中心線に平行な方向に着脱可能とされていることを特徴とする請求項１１又は１２に記載の燃料電池発電システム。
【請求項１４】
前記胴部が前記カートリッジに抱持された状態において前記基部、前記胴部及び前記カートリッジにより円柱を成していることを特徴とする請求項４、７、８、９、１１、１２、１３の何れか一項に記載の燃料電池発電システム。
【請求項１５】
前記胴部が前記カートリッジに抱持された状態において、前記基部、前記胴部、前記第１電極、前記第２電極及び前記カートリッジよりなる外形がＪＩＳ  Ｃ８５０１又はＪＩＳ  Ｃ８５１１に規格化された乾電池の外形に対応する外形を成していることを特徴とする請求項４、７、８、９、１１、１２、１３、１４の何れか一項に記載の燃料電池発電システム。
【請求項１６】
前記基部に内蔵され、前記カートリッジから供給された燃料を蒸発させる蒸発器を更に備えることを特徴とする請求項４、７、８、９、１１、１２、１３、１４、１５の何れか一項に記載の燃料電池発電システム。
【請求項１７】
前記基部に内蔵され、前記蒸発器で蒸発された燃料から水素を生成する改質反応器を更に備え、
前記燃料電池は前記改質反応器で生成された水素を用いて発電することを特徴とする請求項１６に記載の燃料電池発電システム。
【請求項１８】
前記胴部と同じ側において前記基部に設けられ、前記カートリッジ内の燃料を前記蒸発器に供給する供給部を更に備えることを特徴とする請求項１６又は１７に記載の燃料電池発電システム。
【請求項１９】
前記胴部が延設された側と反対側において前記基部に通気口が形成されていることを特徴とする請求項１から１８の何れか一項に記載の燃料電池発電システム。
【請求項２０】
前記基部が配設された側と反対側において前記胴部の先端に通気口が形成されていることを特徴とする請求項１から１８の何れか一項に記載の燃料電池発電システム。
【請求項２１】
前記胴部が延設された側と反対側において前記基部に一の通気口が形成されているとともに、前記基部が配設された側と反対側において前記胴部の先端に他の通気口が形成されていることを特徴とする請求項１から１８の何れか一項に記載の燃料電池発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、小型な燃料電池発電システムに関し、特に電子機器の電源として汎用性のある一次電池に代用可能な燃料電池発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年では、携帯電話機、ノート型パーソナルコンピュータ、デジタルカメラ、腕時計、ＰＤＡ（Personal Digital Assistance）、電子手帳等といった小型電子機器がめざましい進歩・発展を遂げている。電子機器の電源として燃料電池発電システムを用いるための研究・開発が盛んに行われている。燃料電池は供給される水素と酸素の電気化学反応によって発電するものであり、燃料電池を用いた発電システムは、燃料電池の他に、補助的装置を有するものである。補助的装置としては、燃料を貯留する容器、燃料を送るポンプ、燃料から水素を生成する改質反応器等がある。
【０００３】
燃料電池発電システムの形状を所謂単一型、単二型、単三型といった汎用性のある一次電池形状とする（例えば、特許文献１参照）ことによって、燃料電池発電システムを一次電池に代替えして用いることができる。
【特許文献１】特開２００２−２８００３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、特許文献１に記載された発明では、胴部（連結部５２ｃおよび対向部５２ｂ）には燃料電池が内蔵されていないので、胴部全体の剛性はこの連結部の形状や材料によって決定される剛性により主に規定されるため、この連結部の容積を所定値以下とすると、胴部全体の剛性を所望のレベルにて高く維持できなくなるため、結果的に、この連結部の容積を所定値以下に低く抑えることはできなかった。これにより、燃料電池発電システム全体の容積に占めるカートリッジを除く部分の容積の割合が増大するとともに、カートリッジの容積の割合が低減し、ひいては、カートリッジの交換サイクルを短くなってしまうという問題があった。
そこで、本発明は、燃料電池発電システム全体の容積に占めるカートリッジの容積の割合を増大することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
以上の課題を解決するため、請求項１に係る発明は、燃料電池発電システムにおいて、基部と、前記基部から延設された胴部と、前記胴部が延設された側と反対側において前記基部に設けられた第１電極と、前記基部が配設された側と反対側において前記胴部の先端に設けられた第２電極と、前記胴部に内蔵された燃料電池と、を備えることを特徴とする。
【０００６】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の燃料電池発電システムにおいて、前記基部は柱状に形成され、前記胴部が前記基部の中心線を含むように延設されていることを特徴とする。
請求項３に係る発明は、請求項１又は２に記載の燃料電池発電システムにおいて、前記基部は柱状に形成され、前記胴部が前記基部の中心線に対して平行に延設されていることを特徴とする。
請求項４に係る発明は、請求項１から３の何れか一項に記載の燃料電池発電システムにおいて、前記胴部を抱持し、燃料を貯留したカートリッジを更に備えることを特徴とする。
請求項５に係る発明は、請求項２又は３に記載の燃料電池発電システムにおいて、前記胴部が前記基部の中心線から径方向外側にかけて設けられていることを特徴とする。
請求項６に係る発明は、請求項５に記載の燃料電池発電システムにおいて、前記胴部の径方向外側の面が前記基部の径方向外側の面に揃っていることを特徴とする
請求項７に係る発明は、請求項５又は６に記載の燃料電池発電システムにおいて、前記胴部を抱持し、燃料を貯留したカートリッジを更に備えることを特徴とする。
請求項８に係る発明は、請求項７に記載の燃料電池発電システムにおいて、前記カートリッジは径方向に着脱可能とされていることを特徴とする。
請求項９に係る発明は、請求項７又は８に記載の燃料電池発電システムにおいて、前記胴部が前記カートリッジに抱持された状態において前記カートリッジの径方向外側の面が前記基部の径方向外側の面に揃っていることを特徴とする。
請求項１０に係る発明は、請求項２又は３に記載の燃料電池発電システムにおいて、前記胴部は柱状に形成され、前記胴部が前記基部と同心となり、前記胴部が前記基部よりも細いことを特徴とする。
請求項１１に係る発明は、請求項１０に記載の燃料電池発電システムにおいて、前記胴部を抱持し、燃料を貯留したカートリッジを更に備えることを特徴とする。
請求項１２に係る発明は、請求項１１に記載の燃料電池発電システムにおいて、前記カートリッジは円筒状に形成され、前記胴部が前記カートリッジに挿入されて前記カートリッジにより抱持されていることを特徴とする。
請求項１３に係る発明は、請求項１１又は１２に記載の燃料電池発電システムにおいて、前記カートリッジは中心線に平行な方向に着脱可能とされていることを特徴とする。
請求項１４に係る発明は、請求項４、７、８、９、１１、１２、１３の何れか一項に記載の燃料電池発電システムにおいて、前記胴部が前記カートリッジに抱持された状態において前記基部、前記胴部及び前記カートリッジにより円柱を成していることを特徴とする。
請求項１５に係る発明は、請求項４、７、８、９、１１、１２、１３、１４の何れか一項に記載の燃料電池発電システムにおいて、前記胴部が前記カートリッジに抱持された状態において、前記基部、前記胴部、前記第１電極、前記第２電極及び前記カートリッジよりなる外形がＪＩＳ  Ｃ８５０１又はＪＩＳ  Ｃ８５１１に規格化された乾電池の外形に対応する外形を成していることを特徴とする。
請求項１６に係る発明は、請求項４、７、８、９、１１、１２、１３、１４、１５の何れか一項に記載の燃料電池発電システムにおいて、前記基部に内蔵され、前記カートリッジから供給された燃料を蒸発させる蒸発器を更に備えることを特徴とする。
請求項１７に係る発明は、請求項１６に記載の燃料電池発電システムにおいて、前記基部に内蔵され、前記蒸発器で蒸発された燃料から水素を生成する改質反応器を更に備え、前記燃料電池は前記改質反応器で生成された水素を用いて発電することを特徴とする。
請求項１８に係る発明は、請求項１６又は１７に記載の燃料電池発電システムにおいて、前記第１電極の反対側において前記基部に設けられ、前記カートリッジ内の燃料を前記蒸発器に供給する供給部を更に備えることを特徴とする。
請求項１９に係る発明は、請求項１から１８の何れか一項に記載の燃料電池発電システムにおいて、前記胴部が延設された側と反対側において前記基部に通気口が形成されていることを特徴とする
請求項２０に係る発明は、請求項１から１８の何れか一項に記載の燃料電池発電システムにおいて、前記基部が配設された側と反対側において前記胴部の先端に通気口が形成されていることを特徴とする。
請求項２１に係る発明は、請求項１から１８の何れか一項に記載の燃料電池発電システムにおいて、前記胴部が延設された側と反対側において前記基部に一の通気口が形成されているとともに、前記基部が配設された側と反対側において前記胴部の先端に他の通気口が形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明においては、燃料電池が胴部に内蔵されているため、この胴部全体の剛性を所望のレベルまで高くする際に燃料電池の剛性を利用することができるので、この燃料電池と同様にこの胴部全体の剛性を高くしている他の部分の容積を低減することができ、燃料電池発電システム全体の容積に占めるカートリッジを除く部分の容積の割合を低減するとともにカートリッジの容積の割合を増大することができ、ひいては、カートリッジの交換サイクルを長くとることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下に、本発明を実施するための最良の形態について図面を用いて説明する。但し、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい種々の限定が付されているが、発明の範囲を以下の実施形態及び図示例に限定するものではない。
【０００９】
＜第１の実施の形態＞
図１は燃料電池発電システム１の斜視図であり、図２は燃料電池発電システム１の分解斜視図であり、図３は燃料電池発電システム１の側面図である。
【００１０】
図１〜図３に示すように、この燃料電池発電システム１は、基部２と、基部２から延設された胴部３と、基部２に関して胴部３の反対側において基部２に設けられた第１電極４と、胴部３に関して基部２の反対側において胴部３の先端に設けられた第２電極５と、胴部３を抱持したカートリッジ６と、を備える。
【００１１】
基部２は円柱状に設けられ、基部２の側面２３は円柱面を成している。第１電極４は基部２の端面２１の中央部から突設されている。第１電極４はプラス電極である。また、図４に示すように、基部２の端面２１であって第１電極４の周囲には、通気口として吸気口２４と排気口２５が形成されている。
【００１２】
図１〜図４に示すように、胴部３は、基部２の中心線（図５参照）に対して平行となるよう基部２の端面２１の反対側の端面２２から延設されている。胴部３は、基部２の中心線から径方向外側にかけて設けられている。なお、径方向とは、基部２の中心線に対して直交する方向である。
【００１３】
胴部３の径方向外側の側面３３は円柱面の一部をなし、胴部３の径方向外側の側面３３は基部２の側面２３に揃っている。胴部３はその先端部にフランジ３４を有している。そのフランジ３４が円板状を呈し、フランジ３４と基部２は同心となり、フランジ３４の径と基部２の径が等しい。フランジ３４の端面３５が胴部３の先端面となり、その端面３５の中央部から第２電極５が突設されている。第２電極５の径は第１電極４の径よりも大きい。第２電極５がマイナス電極である。なお、第１電極４がマイナス電極であり、第２電極５がプラス電極であっても良い。また、基部２の端面２１に吸気口２４及び排気口２５が形成されるのではなく、フランジ３４の端面に吸気口と排気口が形成されていても良い。
【００１４】
カートリッジ６は円柱をその側面の一部から中心線に向かってえぐり抜いた形状を成している。カートリッジ６のえぐり部６１に胴部３が嵌め込まれ、これによりカートリッジ６が胴部３を抱持して、カートリッジ６が胴部３に装着されている。逆に、装着したカートリッジ６は胴部３からスライドにより取り外し可能とされている。このように、カートリッジ６は胴部３に対して径方向に着脱可能とされている。
【００１５】
カートリッジ６が胴部３に装着された状態では、基部２、胴部３及びカートリッジ６の組み体が円柱状を成している。また、燃料電池発電システム１の全体の外形が、日本工業規格で規格化された電池の形状及び寸法規格に則した外形を成している。つまり、基部２、胴部３、第１電極４、第２電極５及びカートリッジ６よりなる全体の外形が、ＪＩＳ  Ｃ８５０１：２００４（特に、項番８〜１０）又はＪＩＳ  Ｃ８５１１：２００４（特に、項番８〜１０）に規格化されたマンガン乾電池又はアルカリ乾電池の外形に対応する外形を成しており、その中でも特に、ＪＩＳ  Ｃ８５０１：２００４又はＪＩＳ  Ｃ８５１１：２００４の付表１に規格化されたマンガン乾電池又はアルカリ乾電池の外形に対応する外形を成している。
【００１６】
カートリッジ６の内側には内部空間が形成され、その内部空間には液体燃料（例えば、メタノール、エタノール、ジメチルエーテル、ガソリン）と水が混合した状態で又は別々に貯留されている。カートリッジ６は透明な材料である。このように透明なカートリッジ６が露出して燃料電池発電システム１の外形の一部を構成しているため、カートリッジ６内の燃料の残量を様々な方向から確認することができる。
【００１７】
基部２の端面２１の反対側の端面２２の中央部に燃料供給部７１が設けられ、燃料供給部７１及び胴部３がカートリッジ６のえぐり部６１に嵌め込まれた状態では、燃料供給部７１がカートリッジ６の供給口に接続されている。燃料供給部７１がカートリッジ６の供給口に接続されると、カートリッジ６内の液体燃料と水が供給される。
【００１８】
図５は、基部２及び胴部３の内部構造を示した図面である。図５に示すように、基部２には、蒸発器７４及び水蒸気改質反応器７５が内蔵されている。また、胴部３には、燃料電池７７が内蔵されている。燃料電池７７は、複数のセパレータの間に膜電極接合体を挟み込んで、これらをスタックしたものである。膜電極接合体は、アノード（ガス拡散層）とカソード（ガス拡散層）の間に電解質膜を挟み込んでこれら接合したものである。
【００１９】
このように燃料電池７７が胴部３に内蔵されているため、この胴部３全体の剛性を所望のレベルまで高くする際に燃料電池７７の剛性を利用することができるので、この燃料電池７７と同様にこの胴部３全体の剛性を高くしている他の部分の容積を低減することができ、燃料電池発電システム１全体の容積に占めるカートリッジ６を除く部分の容積の割合を低減することができる。そのため、燃料電池発電システム１全体の体積に対するカートリッジ６の体積の比率を高めることができ、カートリッジ６内に収容できる燃料の量をより多くすることができ、カートリッジ６の交換サイクルを長くとることができる。特に、本実施形態においては、カートリッジ６の体積比率を７０％とすることができる。また、それによって、燃料カートリッジの容量を確保し、現実的な燃料搭載量とすることができる。
【００２０】
また、基部２に蒸発器７４や水蒸気改質反応器７５が集約されて内蔵され、基部２の端面２１に吸気口２４と排気口２５が形成されているため、内部の配管の長さを最小限に抑えることができる。また、吸気口２４と排気口２５が基部２の端面２１に集約されているため、吸排気に必要な開放系が片側で済む。
さらに、胴部３が基部２の中心線から径方向外側にかけて設けられるため、電極間方向における支持加重への剛性が向上する。特に、上述の第１の実施の形態では、胴部３が第１電極４および第２電極５を結ぶ中心線を含むように、基部２および胴部３が直列に配置されるため、中心線を含まない場合と対比して、電極間方向における支持加重への剛性がより向上する。
また、さらに、透明なカートリッジ６が露出して燃料電池発電システム１の外形の一部を構成しているため、カートリッジ６内の燃料の残量を様々な方向から確認することができる。
【００２１】
図６は、燃料電池発電システム１の全体の構成を示したブロック図である。
この燃料電池発電システム１は、基部２、胴部３、第１電極４、第２電極５のほかに、燃料供給部７１、蒸発器７４、水蒸気改質反応器７５、選択酸化反応器７６、燃料電池７７、エアポンプ８２、ＤＣ／ＤＣコンバータ８３、二次電池８４及び制御部８５を更に備える。
【００２２】
燃料供給部７１はポンプ７２及びバルブ７３を有し、これらが図２等に示された燃料供給部７１の設置部位に内蔵されている。ポンプ７２は、装着されたカートリッジ６内の液体燃料及び水を吸引して、蒸発器７４へ送液するものである。バルブ７３はポンプ７２と蒸発器７４との間に設けられており、ポンプ７２によって送液される液体燃料及び水の流量を調節するものである。なお、ポンプ７２及びバルブ７３は電子制御式のものであり、制御部８５がポンプ７２及びバルブ７３を制御することによって、ポンプ７２の駆動速度が制御され、バルブ７３の開度が調整される。
【００２３】
蒸発器７４は、ポンプ７２によってカートリッジ６から供給された液体燃料と水を蒸発させるものである。蒸発器７４には電熱線といった電気ヒータが設けられ、その電気ヒータによって液体燃料と水が加熱されて蒸発する。電気ヒータに使用される電力は、ＤＣ／ＤＣコンバータ８３から供給される。また、電気ヒータのほかに水素燃焼器８１で生じた燃焼熱も蒸発器７４に熱伝導し、その熱により液体燃料と水が加熱されて蒸発する。
【００２４】
蒸発器７４で蒸発された燃料と水は水蒸気改質反応器７５に供給される。水蒸気改質反応器７５は触媒及び電気ヒータ等を有する。水蒸気改質反応器７５は燃料と水を触媒により改質反応させて、水素ガスを生成する（燃料がメタノールの場合には、下記化学反応式（１）を参照）。また、水蒸気改質反応器７５においては、僅かながら一酸化炭素ガスも生成される（下記化学反応器（２）を参照）。水蒸気改質反応器７５において改質反応に要するエネルギーには、電気ヒータによる電熱や水素燃焼器８１による燃焼熱が用いられる。
ＣＨ3ＯＨ＋Ｈ2Ｏ→３Ｈ2＋ＣＯ2  ・・・（１）
Ｈ2＋ＣＯ2→Ｈ2Ｏ＋ＣＯ  ・・・（２）
【００２５】
水蒸気改質反応器７５で生成された水素ガス等は選択酸化反応器７６に送られ、更に外部の空気がエアポンプ８２によって選択酸化反応器７６に供給される。ポンプ８２と選択酸化反応器７６との間に設けられたバルブ８８により、ポンプ８２によって送風される空気の流量が調節される。選択酸化反応器７６は触媒等を有する。選択酸化反応器７６は、水蒸気改質反応器７５から送られたガス中の一酸化炭素ガスを触媒により優先的に酸化させて一酸化炭素ガスを除去するものである（下記化学反応式（３）を参照）。
２ＣＯ＋Ｏ2→２ＣＯ2  ・・・（３）
【００２６】
選択酸化反応器７６で一酸化炭素が除去されたガスは燃料電池７７に送られ、更に外部の空気がエアポンプ８２によって燃料電池７７のカソード８０に送られる。ポンプ８２とカソード８０との間に設けられたバルブ８７により、ポンプ８２によって送風される空気の流量が調節される。燃料電池７７は、選択酸化反応器７６から送られたガス中の水素と、エアポンプ８２から送られた空気中の酸素との電気化学反応によって発電するものである。具体的には、燃料電池７７はアノード７８、電解質膜７９及びカソード８０を具備し、アノード７８とカソード８０の間に電解質膜７９が挟まれている。
【００２７】
水素を含むガスはアノード７８に供給され、酸素を含む空気はカソード８０に供給され、電解質膜７９を通じた水素と酸素の電気化学反応により電気エネルギーが生成される。ここで、電解質膜７９が固体高分子電解質膜である場合、アノード７８においては、水素ガスが電気化学反応式（４）に示すようにアノード７８の触媒微粒子の作用を受けて水素イオンと電子とに分離する。カソード８０においては、電気化学反応式（５）に示すように、カソード８０に移動した電子と、空気中の酸素ガスと、電解質膜７９を通過した水素イオンとが反応して水が生成される。
Ｈ２→２Ｈ＋＋２ｅ−・・・（４）
２Ｈ＋＋１／２Ｏ２＋２ｅ−→Ｈ２Ｏ・・・（５）
【００２８】
アノード７８で未反応の水素を含むオフガスは水素燃焼器８１に送られ、カソード８０で生成された水（水蒸気）を含むガスは排気口２５を通って外部に排出される。水素燃焼器８１に送られたオフガス（水素ガスを含む）は、エアポンプ８２によって水素燃焼器８１に送られた空気と混合する。ポンプ８２と水素燃焼器８１との間に設けられたバルブ８６により、ポンプ８２によって送風される空気の流量が調節される。水素燃焼器８１は触媒を有するものである。水素燃焼器８１は、触媒により水素を酸化させて、燃焼熱を発生させるものである。水素燃焼器８１で生成された水等を含むガスは、排気口２５を通って外部に排出される。上述したように、水素燃焼器８１の燃焼熱は水蒸気改質反応器７５や蒸発器７４に伝導して、蒸発器７４における気化熱や水蒸気改質反応器７５における反応熱として用いられる。
【００２９】
エアポンプ８２は吸気口２４に接続されている。エアポンプ８２は、吸気口２４を通じて外部から空気を吸い込んで、空気を選択酸化反応器７６、燃料電池７７のカソード８０及び水素燃焼器８１に送風するものである。エアポンプ８２は電子制御式のポンプであり、制御部８５がエアポンプ８２を制御することによって、ポンプ８２の駆動速度が制御される。
【００３０】
燃料電池７７のアノード７８はＤＣ／ＤＣコンバータ８３のマイナスの入力に電気的に接続され、燃料電池７７のカソード８０はＤＣ／ＤＣコンバータ８３のプラスの入力に電気的に接続されている。ＤＣ／ＤＣコンバータ８３は燃料電池７７により生成された電気エネルギーを適切な電圧に変換したのちに制御部８５や二次電池８４に供給する。二次電池８４は、ＤＣ／ＤＣコンバータ８３から供給された電気エネルギーを蓄電するものである。ＤＣ／ＤＣコンバータ８３は、燃料電池７７から電気エネルギーが供給されない場合、二次電池８４に蓄電された電気エネルギーを制御部８５に供給する。
【００３１】
また、ＤＣ／ＤＣコンバータ８３のプラスの出力は第１電極４に接続され、ＤＣ／ＤＣコンバータ８３のマイナスの出力は第２電極５に接続されている。燃料電池発電システム１は広く普及した一次電池と同一の外形を成しており、１又は２以上の燃料電池発電システム１が電子機器９９の電池装着部に装着可能である。燃料電池発電システム１が電子機器９９の電池装着部に装着されると、ＤＣ／ＤＣコンバータ８３が燃料電池７７により生成された電気エネルギーを適切な電圧に変換したのちに第１電極４、第２電極を介して電子機器９９に供給する。ＤＣ／ＤＣコンバータ８３は、燃料電池７７から電気エネルギーが供給されない場合、二次電池８４に蓄電された電気エネルギーを第１電極４、第２電極を介して電子機器９９に供給する。なお、第１電極４がプラス電極であり、第２電極５がマイナス電極である場合、ＤＣ／ＤＣコンバータ８３のプラスの出力は第２電極５に接続され、ＤＣ／ＤＣコンバータ８３のマイナスの出力は第１電極４に接続されている。
【００３２】
基部２の端面２１に吸気口２４及び排気口２５が形成されているので、燃料電池発電システム１が電子機器９９の電池装着部に装着された場合に、電池装着部の壁面によって吸気口２４や排気口２５が塞がられることが回避される。また、電子装着部に装着された燃料電池発電システム１が中心線周りに回転しても、吸気口２４及び排気口２５が常に同じ面に対向するので、その面の孔部を通じて確実の吸排気が行われる。
【００３３】
図６に示された燃料電池発電システム１の構成要素のうち蒸発器７４、水蒸気改質反応器７５、燃料電池７７、ポンプ７２、バルブ７３、カートリッジ６以外については基部２、胴部３の何れに内蔵されていても良い。
【００３４】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
燃料電池７７が固体高分子電解質膜型燃料電池（ＰＥＦＣ）でなく、固体酸化物電解質膜型燃料電池（ＳＯＦＣ）である場合、選択酸化反応器７６を設けずに、水蒸気改質反応器７５で生成されたガスが燃料電池７７に供給されるようにする。
また、胴部３の形状は図に示された形状に限定されるものではなく、胴部３を中心線方向に見て胴部３が扇形を成していても良い。
また、基部２の端面２１に吸気口２４及び排気口２５が形成されるのではなく、フランジ３４の端面に吸気口と排気口が形成されていても良い。
また、図７（ａ）、（ｂ）に示すように、基部２の端面２１に吸気口２４が形成されて排気口２５が形成されず、フランジ３４の端面３５に排気口２５が形成されて吸気口が形成されていなくても良い。更に、図８（ａ）、（ｂ）に示すように、基部２の端面２１に排気口２５が形成されて吸気口２４が形成されず、フランジ３４の端面３５に吸気口２４が形成されて排気口が形成されていなくても良い。このように構成されることによって、排気と吸気の混合を大幅に抑制することができ、排気口から排出されたガスが吸気口へ吸気されることを大幅に抑制することができる。また、排気の熱が吸気口から内部に伝わるのも防止することができる。
【００３５】
＜第２の実施の形態＞
図９は燃料電池発電システム１０１の斜視図であり、図１０は燃料電池発電システム１０１の分解斜視図であり、図１１は燃料電池発電システム１０１の側面図である。
【００３６】
図９〜図１１に示すように、この燃料電池発電システム１０１は、円柱状の基部１０２と、基部１０２から延設された胴部１０３と、基部１０２に関して胴部１０３の反対側において基部２に設けられた第１電極１０４と、胴部１０３に関して基部１０２の反対側において胴部１０３の先端に設けられた第２電極１０５と、胴部１０３を抱持した透明なカートリッジ１０６と、を備える。
【００３７】
基部１０２の端面１２１の中央部には、マイナス電極である第１電極１０４が突設されている。また、図１２に示すように、基部１０２の端面１２１であって第１電極１０４の周囲には、通気口として複数の吸気口１２４と複数の排気口１２５が形成されている。
【００３８】
図９〜図１２に示すように、胴部１０３は、基部１０２の中心線（図１３参照）に対して平行となるよう基部１０２の端面１２１の反対側の端面１２２から延設されている。胴部１０３は円柱状に設けられ、胴部１０３が基部１０２と同心となっており、胴部１０３が基部１０２よりも細い。なお、胴部１０３が円柱以外の柱状、例えば、三角柱、四角柱等に設けられていても良い。
【００３９】
胴部１０３の先端面１３５の中央部には、プラス電極である第２電極１０５が突設されている。なお、第１電極１０４がプラス電極であり、第２電極１０５がマイナス電極であっても良い。また、基部１０２の端面１２１に吸気口１２４及び排気口１２５が形成されるのではなく、胴部１０３の先端面１３５に吸気口と排気口が形成されていても良い。また、端面１２１に吸気口１２４が形成されずに、胴部１０３の先端面１３５の第２電極１０５の周囲に一又は複数の吸気口が形成されても良い。また、端面１２１に排気口１２５が形成されずに、胴部１０３の先端面１３５の第２電極１０５の周囲に一又は複数の排気口が形成されても良い。
【００４０】
カートリッジ１０６は円筒状を成し、中心線に沿った円形貫通孔１６１がカートリッジ１０６に形成されている。カートリッジ１０６の貫通孔１６１の径が胴部１０３の径に等しく、胴部１０３がカートリッジ１０６の貫通孔１６１に挿入されることで、カートリッジ１０６が胴部１０３を抱持する。また、装着したカートリッジ１０６が中心線方向基部１０２から離れる方向にスライドされることによって、カートリッジ１０６が胴部１０３から取り外し可能とされている。このように、カートリッジ１０６は胴部１０３に対して中心線方向に着脱可能とされている。
【００４１】
カートリッジ１０６が胴部１０３に装着された状態では、基部１０２、胴部１０３及びカートリッジ１０６の組み体が円柱状をなし、燃料電池発電システム１０１の全体の外形が日本工業規格で規格化された電池の形状及び寸法規格に則した外形を成している。つまり、基部１０２、胴部１０３、第１電極１０４、第２電極１０５及びカートリッジ１０６よりなる全体の外形が、ＪＩＳ  Ｃ８５０１又はＪＩＳ  Ｃ８５１１の項番８〜１０に規格化されたマンガン乾電池又はアルカリ乾電池の外形に対応する外形を成しており、その中でも特に、ＪＩＳ  Ｃ８５０１又はＪＩＳ  Ｃ８５１１の付表１に規格化されたマンガン乾電池又はアルカリ乾電池の外形に対応する外形を成している。
【００４２】
カートリッジ１０６には内部空間が形成され、その内部空間には液体燃料（例えば、メタノール、エタノール、ジメチルエーテル、ガソリン）と水が混合した状態で又は別々に貯留されている。基部１０２の端面１２２の縁部に燃料供給部１７１が設けられ、カートリッジ１０６の一方の端面の縁部にはえぐり部１６２が形成され、カートリッジ６に胴部１０３が挿入された状態では、燃料供給部１７１がえぐり部１６２に嵌め込まれて、燃料供給部１７１がカートリッジ１０６の供給口に接続されている。燃料供給部１７１がカートリッジ１０６の供給口に接続されると、カートリッジ１０６内の液体燃料と水が供給される。
【００４３】
図１３は、基部１０２及び胴部１０３の内部構造を示した図面である。図１３に示すように、基部１０２には、蒸発器１７４及び水蒸気改質反応器１７５が内蔵されている。また、胴部１０３には、燃料電池１７７が内蔵されている。なお、燃料電池１７７は、径方向にアノード１７８、電解質膜１７９、カソード１８０をスタックしたものである。
【００４４】
図１４は、燃料電池発電システム１０１の全体の構成を示したブロック図である。
この燃料電池発電システム１０１は、基部１０２、胴部１０３、第１電極１０４、第２電極１０５のほかに、燃料供給部１７１、蒸発器１７４、水蒸気改質反応器１７５、燃料電池１７７、エアポンプ１８２、ＤＣ／ＤＣコンバータ１８３、二次電池１８４及び制御部１８５を更に備える。なお、図１４に示された燃料電池発電システム１０１と図６に示された燃料電池発電システム１との間で互いに対応する構成要素には、下二桁共通数字を付す。
【００４５】
図６に示された燃料電池発電システム１では、燃料電池７７が固体高分子電解質膜型燃料電池（ＰＥＦＣ）であったのに対し、図１４に示された燃料電池発電システム１０１では、燃料電池１７７が固体酸化物電解質膜燃料電池（ＳＯＦＣ）であるのが異なる点である。それに伴い、この燃料電池発電システム１０１は、燃料電池発電システム１の選択酸化反応器７６のような一酸化炭素を除去する反応器を具備しない。そのため、水蒸気改質反応器１７５で生成されたガス（水素等を含む。）は、燃料電池１７７のアノード１７８に供給される。
【００４６】
燃料電池１７７の電解質膜１７９が固体酸化物電解質膜であると、カソード１８０においては、電気化学反応式（６）に示すように、カソード１８０に移動した電子と酸素ガスとがカソード１８０の触媒微粒子の作用を受けて酸素イオンが生成される。生成された酸素は電解質膜１７９を透過する。アノード１７８においては、電気化学反応式（７）に示すように、水蒸気改質反応器１７５から供給されたガス中の水素ガスと、電解質膜１７９を通過した酸素イオンとが反応して水と電子が生成される。これにより、燃料電池１７７において発電が生じる。
１／２Ｏ２＋２ｅ−→２Ｏ２−・・・（６）
Ｈ２＋２Ｏ２−→Ｈ２Ｏ＋２ｅ−・・・（７）
【００４７】
また、図６に示された燃料電池発電システム１においては、エアポンプ８２が水素燃焼器８１と選択酸化反応器７６とカソード８０に空気を送風していたが、図１４に示された燃料電池発電システム１においては、エアポンプ１８２が水素燃焼器１８１と燃料電池１７７のカソード１８０に空気を送風している。ポンプ１８２と水素燃焼器１８１との間に設けられたバルブ１８６、及び、ポンプ１８２と燃料電池１７７のカソード１８０との間に設けられたバルブ１８７により、ポンプ１８２によって送風される空気の流量が調節される。
【００４８】
また、この燃料電池発電システム１０１においては、第１電極１０４がマイナス電極であり、第２電極１０５がプラス電極であるので、ＤＣ／ＤＣコンバータ１８３のプラスの出力が第２電極１０５に接続され、ＤＣ／ＤＣコンバータ１８３のマイナスの出力が第１電極１０４に接続されている。但し、第１電極１０４がプラス電極であり、第２電極１０５がマイナス電極であるＤＣ／ＤＣコンバータ１８３のプラスの出力は第１電極１０４に接続され、ＤＣ／ＤＣコンバータ１８３のマイナスの出力は第２電極１０５に接続されている。
【００４９】
図１４に示された燃料電池発電システム１０１の構成要素のうち蒸発器１７４、水蒸気改質反応器１７５、燃料電池１７７、ポンプ１７２、バルブ１７３、カートリッジ１０６以外については基部１０２、胴部１０３の何れに内蔵されていても良い。
【００５０】
図１４に示された燃料電池発電システム１０１と図６に示された燃料電池発電システム１との間で互いに対応する構成要素は、以上に述べたことを除いて同様である。
【００５１】
本実施形態においては、燃料電池１７７が胴部１０３に内蔵されているため、この胴部１０３全体の剛性を所望のレベルまで高くする際に燃料電池１７７の剛性を利用することができるので、この燃料電池１７７と同様にこの胴部１０３全体の剛性を高くしている他の部分の容積を低減することができ、燃料電池発電システム１０１全体の容積に占めるカートリッジ１０６を除く部分の容積の割合を低減することができる。また、燃料電池発電システム１０１全体の体積に対するカートリッジ１０６の体積の比率を高めることができ、カートリッジ１０６内に収容できる燃料の量をより多くすることができる。特に、本実施形態においては、カートリッジ１０６の体積比率を８０％とすることができる。また、それによって、燃料カートリッジの容量を確保し、上述した第１実施形態より、さらに、現実的な燃料搭載量とすることができる。
また、基部１０２に蒸発器１７４や水蒸気改質反応器１７５が集約されて内蔵され、基部１０２の端面１２１に吸気口１２４と排気口１２５が形成されているため、内部の配管の長さを最小限に抑えることができる。
さらに、胴部１０３が基部２の中心線から径方向外側にかけて設けられるため、電極間方向における支持加重への剛性が向上する。特に、上述の第２の実施の形態では、胴部１０３が第１電極１０４および第２電極１０５を結ぶ中心線を含むように、基部１０２および胴部１０３が直列に配置されるため、中心線を含まない場合と対比して、電極間方向における支持加重への剛性がより向上する。
また、さらに、透明なカートリッジ１０６が露出して燃料電池発電システム１０１の外形の一部を構成しているため、カートリッジ１０６内の燃料の残量を様々な方向から確認することができる。
【００５２】
本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
燃料電池１７７が固体酸化物電解質膜型燃料電池でなく、固体高分子電解質膜型燃料電池である場合、水蒸気改質反応器１７５とアノード１７８との間に選択酸化反応器を設け、水蒸気改質反応器１７５で生成されたガスが選択酸化反応器を経て燃料電池１７７のアノード１７８に供給されるようにする。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】第１実施形態における燃料電池発電システムの斜視図である。
【図２】第１実施形態においてカートリッジを胴部から取り外した状態の燃料電池発電システムの斜視図である。
【図３】第１実施形態における燃料電池発電システムの側面図である。
【図４】第１実施形態における基部及び胴部を示した斜視図である。
【図５】第１実施形態における基部及び胴部の内部を示した図面である。
【図６】第１実施形態における燃料電池発電システムのブロック図である。
【図７】変形例における基部及び胴部を示した斜視図である。
【図８】別の変形例における基部及び胴部を示した斜視図である。
【図９】第２実施形態における燃料電池発電システムの斜視図である。
【図１０】第２実施形態においてカートリッジを胴部から取り外した状態の燃料電池発電システムの斜視図である。
【図１１】第２実施形態における燃料電池発電システムの側面図である。
【図１２】第２実施形態における基部及び胴部を示した斜視図である。
【図１３】第２実施形態における基部及び胴部の内部を示した図面である。
【図１４】第２実施形態における燃料電池発電システムのブロック図である。
【符号の説明】
【００５４】
１、１０１  燃料電池発電システム
２、１０２  基部
３、１０３  胴部
４、１０４  第１電極
５、１０５  第２電極
６、１０６  カートリッジ
２４、１２４  吸気口
２５、１２５  排気口
７４、１７４  蒸発器
７５、１７５  水蒸気改質反応器
７７、１７７  燃料電池
【図１】
2008147126.tif 000003
【図２】
2008147126.tif 000004
【図３】
2008147126.tif 000005
【図４】
2008147126.tif 000006
【図５】
2008147126.tif 000007
【図６】
2008147126.tif 000008
【図７】
2008147126.tif 000009
【図８】
2008147126.tif 000010
【図９】
2008147126.tif 000011
【図１０】
2008147126.tif 000012
【図１１】
2008147126.tif 000013
【図１２】
2008147126.tif 000014
【図１３】
2008147126.tif 000015
【図１４】
2008147126.tif 000016