(57)【要約】      （修正有）【課題】小型化を図ることのできる発電装置および電子機器を提供する。【解決手段】燃料を用いて発電を行う発電モジュール２００を備えた発電装置３００は、発電モジュール２００の発電によって排出された排出物を冷却し、冷却した排出物のうち、冷却により凝縮しなかった気体を発電モジュール２００の内部に送る気体送出部を備える。【効果】発電部から送出される流体のうち冷却により凝縮しない気体を発電部の内部に送ることによって、発電部の内部の冷却を行うことができ、発電装置を冷却するための流水路を別途設ける必要がなく、流水路内に冷却水を循環するためのポンプが不要となる。【選択図】図６
2008218271.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料を用いて発電を行う発電部を備えた発電装置において、
前記発電部から送出される流体を冷却し、冷却した前記流体を前記発電部の内部に送る流体冷却手段を備えることを特徴とする発電装置。
【請求項２】
前記燃料を貯蔵し、前記発電部に前記燃料を供給する燃料容器を備え、
前記燃料容器が、前記流体冷却手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の発電装置。
【請求項３】
前記流体冷却手段は、前記流体を凝縮することを特徴とする請求項１または２に記載の発電装置。
【請求項４】
冷却した前記流体から凝縮した液体を分離する分離手段を備えることを特徴とする請求項３に記載の発電装置。
【請求項５】
前記燃料容器が、前記分離手段を備えることを特徴とする請求項４に記載の発電装置。
【請求項６】
前記流体冷却手段によって前記発電部の内部に送られた前記流体は、前記発電部の外部に排出されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の発電装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一項に記載の発電装置を備える電子機器。
【請求項８】
前記流体冷却手段が、前記電子機器の最外面に沿って配置されることを特徴とする請求項７に記載の電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料を用いて発電を行う発電部を備えた発電装置および電子機器に関する。
【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、アルカリ乾電池、マンガン乾電池といった一次電池又はニッケル−カドミウム蓄電池、ニッケル−水素蓄電池、リチウムイオン電池といった二次電池が用いられている。今日では、一電池及び二次電池の代替えのために、高いエネルギー容量を実現できる燃料電池についての研究・開発が盛んに行われている。
【０００３】
燃料電池は、燃料と大気中の酸素とを電気化学的に反応させて化学エネルギーを電気エネルギーに変換するものであり、該反応に際し副生成物としての流体が生成され排出される。このような副生成物には、水や二酸化炭素等があり、また、未反応の燃料や空気等が排出される。
従来の燃料電池システムにおいては、例えば特許文献１のように、燃料電池本体から排出される流体中に含まれる水分を凝縮するために凝縮器を用いており、凝縮された水が加湿機に再利用される。一方で、ラジエーターを介した冷却機構を利用して燃料電池システム全体の冷却を行ったり、これとは別の冷却機構により燃料電池本体を冷却していた。
【特許文献１】特開２００３−２３４１２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、水分が凝縮された流体は燃料電池システム全体または燃料電池本体の冷却に利用されないため、燃料電池システム全体または燃料電池本体を冷却するための水冷機構が別途必要となる。具体的には、水冷機構のためのラジエーターや流水路が別途必要となり、さらに、この流水路内に冷却水を循環するためのポンプが必要となるため、燃料電池システムが大型化してしまうという問題がある。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、小型化を図ることのできる発電装置および電子機器を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するため、請求項１の発明は、燃料を用いて発電を行う発電部を備えた発電装置において、
前記発電部から送出される流体を冷却し、冷却した前記流体を前記発電部の内部に送る流体冷却手段を備えることを特徴とする。
【０００６】
請求項２の発明は、請求項１に記載の発電装置において、
前記燃料を貯蔵し、前記発電部に前記燃料を供給する燃料容器を備え、
前記燃料容器が、前記流体冷却手段を備えることを特徴とする。
請求項３の発明は、請求項１または２に記載の発電装置において、
前記流体冷却手段は、前記流体を凝縮することを特徴とする。
請求項４の発明は、請求項３に記載の発電装置において、
冷却した前記流体から前記凝縮した液体を分離する分離手段を備えることを特徴とする。
請求項５の発明は、請求項４に記載の発電装置において、
前記燃料容器が、前記分離手段を備えることを特徴とする。
請求項６の発明は、請求項１〜５のいずれか一項に記載の発電装置において、
前記流体冷却手段によって前記発電部の内部に送られた前記流体は、前記発電部の外部に排出されることを特徴とする。
【０００７】
また、上記課題を解決するため、請求項７の発明は、請求項１〜６のいずれか一項に記載の発電装置を備えることを特徴とする。
【０００８】
請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の電子機器において、
前記流体冷却手段が、前記電子機器の最外面に沿って配置されることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、発電部から送出される流体のうち冷却により凝縮しない気体を発電部の内部に送ることによって、発電部の内部の冷却を行うことができる。したがって、発電装置を冷却するための流水路を別途設ける必要がなく、ひいては、この流水路内に冷却水を循環するためのポンプが不要となり、小型化された発電装置および電子機器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】
【００１０】
以下、図面を参照しながら本発明を実施するための最良の形態について説明する。ただし、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。
図１は、燃料容器１００の分解斜視図、図２(a)は、放熱板２１の下面図、(b)は、ケース４の上面図、図３(a)は、切断線IIIＡ−IIIＡに沿って切断した際の矢視断面図、(b)は、切断線IIIＢ−IIIＢに沿って切断した際の矢視断面図、図４(a)は、燃料容器１００の上面図、(b)は、切断線IVＢ−IVＢに沿って切断した際の矢視断面図である。
燃料容器１００は、燃料を貯蔵する燃料貯蔵部１と、燃料貯蔵部１から供給される燃料を利用して発電する発電モジュール（発電部）２００（図６参照）から排出（送出）された水を含む排出物（流体）を冷却して流体中の水蒸気を凝縮し、冷却されてかつ湿度が低減された流体を発電モジュール２００の内部（発電セル２２０の周囲）に送る流体送出部（流体冷却手段）２と、上記凝縮した液体（水）を回収する回収部３と、燃料貯蔵部１を収容するケース４と、凝縮した液体を冷却されてかつ湿度が低減された流体と分離して回収部３に残す気液分離膜（分離手段）５と、を備えている。なお、分離された流体は、気液分離膜５の前後の流体の分圧の差により、気液分離膜５を通過して流体送出部２に再度流入する。
【００１１】
燃料貯蔵部１は、内部に燃料が貯蔵され、貯蔵された燃料の量に応じて内部の容積が可変となる伸縮自在な薄い袋状をなし、燃料貯蔵部１は箱状のケース４内に収容されている。
燃料は、化学燃料例えばメタノール、エタノール等のアルコール類やジメチルエーテル等のエーテル類、ガソリンといった化学組成に水素原子を含む化合物、又は化学燃料と水との混合物を使用することができる。本実施の形態では、メタノールと水との混合物が燃料として用いられる。
燃料貯蔵部１の長手方向一端面（図１中右端面）には、その端面から外側に突出するとともにケース４の右端面を貫通して、発電モジュール２００に燃料を排出する燃料排出口１１が凸状に形成されている。
【００１２】
燃料排出口１１には、燃料排出口１１を通って燃料貯蔵部１の内から外に不要に燃料が排出するのを阻止する逆止弁（図示しない）が嵌め込まれている。具体的には、逆止弁は可撓性・弾性を有する材料をダックビル状に形成したダックビル弁であり、逆止弁はそのダックビル状の先端を燃料貯蔵部１の内側に向けた状態で燃料排出口１１に嵌め込まれている。可撓性・弾性を有する材料としては、エチレンプロピレンジエンゴム（ＥＰＤＭ）やブチルゴム等が挙げられ、一般的にブチルゴムは高分子の弾性材料の中では低いガス透過性を示すため、より小さいサイズの部品を作るためには実用においてブチルゴムを選択することが好ましい。また、逆止弁は機械的な複雑構造を持たないため、容積を小さくすることができ、低コスト化を図ることができる。なお、逆止弁には、後述の発電モジュール２００側に設けられた燃料供給管（図示しない）が挿入される際に燃料貯蔵部１の内と外を連通する挿入孔が予め設けられていても良く、燃料供給管を挿入することによって初めて挿入孔が形成されるような構造であっても良い。挿入孔が予め設けられている場合、燃料供給管の内部に圧力が加わると、挿入孔の周囲では挿入孔を閉じる方向に力が加わるので燃料が挿入孔から不要に燃料貯蔵部１の外に漏洩することがない。そして、発電モジュール２００の燃料供給管が挿入されることにより、燃料貯蔵部１から燃料排出口１１、燃料供給管を介して発電モジュール２００へと燃料が排出される。
【００１３】
回収部３は、燃料貯蔵部１の外側であってケース４内の空間部分とされている。よって、燃料貯蔵部１内の燃料が減少するにつれて袋状の燃料貯蔵部１内の容積は小さくなるので、相対的に回収部３の容積が大きくなり、最大でその容積分までの水等の液体Ｌを回収することができるようになっている。また、回収部３には予め液体Ｌが少量入れられており、回収部３内に回収されるときの状態が水蒸気であっても予め入っている水Ｌによって冷却されて液化し凝縮することにより、回収部３の容積を抑えながら効率的に水回収を促進している。なお、冷却用の物質は水以外の液体でもよく、また、液体Ｌの代わりに吸湿性の塩化カルシウム等の薬剤を含む固体であっても構わない。
【００１４】
ケース４は、透明又は半透明をなした部材であって、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、ポリカーボネート、アクリル等の材料から構成されているが、ＡＢＳ等の不透明な樹脂でも金属でも構わない。
ケース４の右端面には、貫通孔が設けられており、燃料貯蔵部１に設けられた燃料排出口１１が、この貫通孔を貫通して外部に突出している。
【００１５】
また、ケース４の右端面で、燃料排出口１１の上側には、その右端面を貫通してケース４内に連通し、後述の発電モジュール２００で排出された排出物が供給される排出物供給口４１と、供給された排出物の一部を凝縮して得られた気体をさらに発電モジュール２００に排出する排出物排出口４５とが、それぞれ設けられている。
排出物供給口４１には、排出物供給口４１を通ってケース４の外から内に不要に排出物が供給されるのを阻止する逆止弁（図示しない）が嵌め込まれている。具体的に、逆止弁は上記燃料排出口１１に嵌め込まれた逆止弁と同様のものを使用することができる。逆止弁には排出物供給管４２が連結され、排出物供給管４２はケース４の上面に貫通する貫通穴４３を介して後述の流路２３に連通している。
排出物排出口４５には、排出物排出口４５を通ってケース４の内から外に不要に排出物が排出するのを阻止する逆止弁（図示しない）が嵌め込まれている。具体的に、逆止弁は上記燃料排出口１１に嵌め込まれた逆止弁と同様のものを使用することができる。逆止弁には排出物排出管４８が連結され、排出物排出管４８はケース４の上面に貫通する貫通穴４９を介して後述の流路２６に連通している。
【００１６】
ケース４の長手方向他端部（図１中左端部）側における上面には、ケース４内に連通する矩形状の開口部４４が形成されている。そして、開口部４４を覆うように気液分離機能を有する気液分離膜５が貼り付けられている。気液分離膜５は、膜の表面に接触される液体に対して膜の厚さ方向にほとんど透過しないとともに接触される気体に対して膜の厚さ方向に透過性を示す特性を有している膜であって、疎水性多孔質膜が好適であり具体的には、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアクリロニトリル、ポリメチルメタクリレート、セルロースアセテートやセルローストリアセテートなどのセルロース系樹脂、ポリエーテルスルホンやポリスルホンなどのポリスルホン系樹脂等からなるものが挙げられる。このような気液分離膜５は矩形状の薄膜で、開口部４４を覆うように貼り付けられている。よって、気液分離膜５を介してケース４の内側と外側とを酸素や水蒸気等の気体が通過でき、水等の液体は気液分離膜５を通過しないようになっている。そのため、外部に水が液体として漏れることがない。また、気液分離５は、開口部４４に貼り付けられているので、開口部４４から気体を放出させることができる。
【００１７】
また、ケース４の左端部側における上面には、上面を貫通して回収部３に連通する貫通穴４６が形成されている。この貫通穴４６を通って、後述の流路２３内を流通する排出物が回収部３に回収される。
さらに、ケース４の下面左端部には、後述の発電装置３００の筐体５０１（図７参照）に着脱自在に装着するためのガイド部４７が取り付けられている。ガイド部４７は、ケース４の下面から下方に突出する側断面視Ｔ字型をなしている（図１参照）。
【００１８】
気体送出部２は、ケース４の上面に対向する下面に蛇行状の溝部２２，２５が形成された放熱板２１を備え、放熱板２１がケース４の上面に組み合わされて、ケース４の上面と溝部２２，２５との間の空間によって形成される流路２３，２６（図３(a)参照）内に排出物が流通されて冷却させるようになっている。
放熱板２１は、矩形板状をなし、ケース４の長手方向（左右方向）及び幅方向（前後方向）においてそれぞれケース４よりも若干小さく形成されている。放熱板２１の左側に設けられた矩形状の凹部２４には、上述の気液分離膜５が配置される。放熱板２１は、ケース４の材料よりも熱伝導率が高く、熱伝導率の高い金属を使用することが好ましい。例えばアルミニウム（熱伝導率２３７Ｗ／ｍ・Ｋ）、銅（熱伝導率３９８Ｗ／ｍ・Ｋ）、マグネシウム（熱伝導率１５６Ｗ／ｍ・Ｋ）、等のいずれかを含む単体金属又は合金を使用することができる。ケース４が例えば樹脂製で熱伝導率が低ければ放熱板２１はＳＵＳ３０４（熱伝導率１６Ｗ／ｍ・Ｋ）、チタン（熱伝導率２１．９Ｗ／ｍ・Ｋ）であってもよい。このような放熱板２１がケース４の上面に接着剤等によって貼り付けられていてもよく、熱融着によって放熱板２１をケース４の上面に固定しても良い。
【００１９】
放熱板２１の下面には、図２(a)中、右下側に位置する一端部２２aから左下側に位置する他端部２２bまで蛇行した溝部２２と、右上側に位置する一端部２５aから左上側に位置する他端部２５bまで直線状に延在する溝部２５と、左側に形成されて上面側に向けて凹む矩形状の凹部２４と、を備えている。
溝部２２の一端部２２ａは、排出物供給口４１に連結された排出物供給管４２に連通し、他端部２２ｂは、ケース４の左端部側の上面に形成された上記貫通穴４６に連通している。溝部２５の一端部２５aは、排出物排出口４５に連結された排出物排出管４８に連通し、他端部２５bは凹部２４に連通している。
【００２０】
上述の燃料容器１００において、燃料貯蔵部１内の燃料は、燃料排出口１１を介して後述の発電モジュール２００に供給され、この燃料を利用して電気エネルギーが取り出される。また、発電モジュール２００で生じた排出物は、排出物供給口４１を介して排出物供給管４２内に供給された後、貫通穴４３を介して流路２３内に送り込まれる。そして、排出物中の気体は流路２３内を流通している間に熱伝導性の良い放熱板２１により吸熱されることによって冷却されて、一部が凝縮されて水となり、貫通穴４６を介して回収部３に回収される。放熱部２１において流路２３内の流体から奪った熱は、速やかに放熱部２１全体に伝搬されるので、溝部２２が設けられている箇所ばかりでなく、溝部２２が設けられていない箇所でも燃料容器１００の外に放熱することができる。また、排出物中の水は流路２３内を流通してそのまま貫通穴４６を介して回収部３に回収される。ここで、水等の液体は気液分離膜５を通過できないので回収部３に貯留され、液体Ｌとなる。
一方、流路２３内を流通している間に気体から凝縮した液体を除く、凝縮されなかった気体（流体）は、回収部３の上方に形成された開口部４４を覆う気液分離膜５を通過して溝部２５によって形成された流路２６内を流れる。そして、流路２６内を流通している間に放熱板２１により吸熱されることによって再び冷却されて、貫通孔４９を介して排出部排出管４８及び排出物排出口４５へ排出された後、発電モジュール２００内のフード５０６へと流れ、発電セル２２０の周囲を冷却及び換気する。
【００２１】
図５は、上記燃料容器１００と発電モジュール２００とを備えた発電装置３００の概略構成を示した図で、(a)は、発電装置３００の上面図、(b)は、切断線V−Vに沿って切断した際の矢視断面図である。
発電装置３００は、上述の燃料容器１００と、燃料容器１００から供給された燃料によって発電する発電モジュール２００とから構成され、発電モジュール２００で発電するとともに、発電モジュール２００から排出された排出物を燃料容器１００の気体送出部２において凝縮し、凝縮された液体を回収部３に回収する一方、凝縮されなかった気体を発電モジュール２００内の発電セル２２０の周囲に送る。
発電モジュール２００は、燃料容器１００から供給された燃料と水から水素を生成する反応装置２１０と、水素の電気化学反応により電気エネルギーを生成する発電セル２２０と、発電した電力を蓄積する２次電池２４１、空気ポンプＰ２等、を備え、これらが筐体５０１内に収納されている。また、筐体５０１内には、燃料容器１００が着脱自在に収納されている。
【００２２】
筐体５０１は、内部に複数の空洞を有する矩形箱状をなし、筐体５０１内には、図５(a)中、前面５０１b側に燃料容器１００が筐体５０１の長手方向に沿って設けられ、燃料容器１００の背面５０１c側で筐体５０１の左端部側から順に２次電池２４１、反応装置２１０、発電セル２２０が設けられている。さらに、燃料容器１００の右側には、前面５０１bから背面５０１c側にかけて燃料容器インターフェース５０３が設けられ、燃料容器インターフェース５０３の右側には、前面５０１bから背面５０１c側にかけて空気ポンプＰ２が設けられている。また、２次電池２４１、反応装置２１０、発電セル２２０、燃料容器インターフェース５０３及び空気ポンプＰ２の背面には、筐体５０１の長手方向内壁面に沿って流路基板５０４が設けられている。これら燃料容器１００、２次電池２４１、反応装置２１０、発電セル２２０、燃料容器インターフェース５０３及び空気ポンプＰ２は、筐体５０１の空洞を形成する内壁面によってそれぞれ区画されて収納されている。
また、この筐体５０１は、燃料容器１００を差し込んで筐体５０１の内部に収納できるように、上面５０１d、左側面及び前面５０１bの一部が開口している。また、筐体５０１の内部の空洞を形成する底部の左端部には、燃料容器１００の底面に形成されたガイド部４７に係合するレール部４０５（後述の図７(b)参照）が形成されている。よって、燃料容器１００は放熱板２１が上面となるようにして、左側の開口から右方向へスライド移動させるとともに、ガイド部４７をレール部４０５に係合させることによって筐体５０１内の空間に燃料容器１００が装着される。
【００２３】
流路基板５０４には、多数の流路（図示しない）が形成されており、流路を介して、燃料容器１００から燃料が反応装置２１０の気化器２１１に送られて、気化器２１１で気化された燃料が改質器２１２に送られて、改質器２１２で反応することにより生成された改質ガスが一酸化炭素除去器２１４に送られて、一酸化炭素除去器２１４で一酸化炭素が除去された改質ガスが発電セル２２０に送られて、さらに発電セル２２０で後述する化学反応により電力が生成された後の排出物が排出される。そして、その中に含まれている水素及び一酸化炭素を触媒燃焼器２１３で燃焼して改質に必要なエネルギーを供給すると伴に一酸化炭素除去器２１４で排出物を無害化した後、カソードの排出物と合流され、この排出物中の凝縮した液体が燃料容器１００で回収されるとともに、凝縮されなかった冷却された気体がフード５０６の第一及び第二の傾斜板５０６a，５０６b間に配置された発電セル２２０の周囲に送られ発電セルを冷却するようになっている。
【００２４】
フード５０６は、発電セル２２０の右端面側に設けられて筐体５０１の上面５０１dから底面５０１aにかけて発電セル２２０の右端面に向けて傾斜する第一の傾斜板５０６aと、発電セル２２０の左端面側に設けられて筐体５０１の上面から下面にかけて反応装置２１０側（発電セル２２０の左端面から離れる向き）に向けて傾斜する第二の傾斜板５０６bと、を備えている。そして、第一及び第二の傾斜板５０６a，５０６b、筐体５０１の上面５０１d及び底面５０１a、流路基板５０４、燃料容器１００と発電セル２２０とを区画する筐体５０１の内壁面５０１eによって発電セル２２０の周囲が囲まれている。
【００２５】
また、流路基板５０４に形成されて、フード５０６内に連通する連通穴５０４aを通って燃料容器１００で回収された排出物のうち冷却により凝縮しなかった気体が送り込まれるようになっている。さらに、フード５０６内を形成する筐体５０１の底面５０１aで、反応装置２１０と発電セル２２０との間には、筐体５０１の外部に連通する排気口５０５が形成されている。したがって、気体送出部２で冷却により凝縮しなかった気体は、流路基板５０４の連通穴５０４aを通って、発電セル２２０が収納されたフード５０６内に流れ込むことによって発電セル２２０が冷却される。その後、フード５０６内の気体は、排気口５０５を介して発電装置３００の外部へと排出され換気される。
【００２６】
また、筐体５０１の底面５０１aには、下方に突出する脚部５０２，５０２が左右に形成されている。脚部５０２，５０２は、後述するように電子機器４００（図７参照）に使用した場合に、筐体５０１の底面５０１aと電子機器４００を設置した設置面との間に空間が形成されるようになっている。したがって、排気口５０５が設置面によって塞がれることがなく、熱がこもるのを防止できる。
このように筐体５０１内に収納された燃料容器１００は、放熱板２１が筐体５０１の内部の空洞の上面開口から露出し、外気に直接触れるため、放熱性が良く水回収率が高く、外部への水漏れが防止される。放熱板２１からの放熱による温度は燃料電池２２０の動作温度より十分低く、気体送出部２によって液化される水等の液体の量も燃料容器１００の筐体４の容量の一部に過ぎないので、例えば、後述の電子機器４００のＣＰＵの放熱による熱量より十分小さいため安全である。
【００２７】
次に、発電装置３００の機能面について説明する。図６は、発電装置３００の概略構成を示したブロック図である。
発電装置３００は、燃料容器１００と、発電モジュール２００とを備え、発電モジュール２００は、燃料容器１００から供給された燃料と水から水素を生成する反応装置２１０と、水素の電気化学反応により電気エネルギーを生成する発電セル２２０と、を備えている。また、発電モジュール２００は、反応装置２１０で生成された水素を加湿して発電セル２２０のアノードに供給する第一の加湿器２２１、発電セル２２０のカソードに供給する空気を加湿する第二の加湿器２２２を備えている。発電セル２２０の電解質膜は、第一の加湿器２２１及び第二の加湿器２２２によって加湿された空気及び改質ガスにより加湿されており、電解質膜内の水素イオンが移動しやすい状態となっている。第一の加湿器２２１及び第二の加湿器２２２への水の供給の開始時期は、発電セル２２０が発電を開始する直前が好ましく、水供給期間は、発電セル２２０が発電している間供給されていてもよく、また発電セル２２０が発電する際に生じる水が電解質膜全体に浸透するのであれば、発電を開始する直前のみであってもよい。
さらに、発電装置３００は、二次電池２４１、ＤＣ／ＤＣコンバータ２４０及び制御部２３０等を備えている。
【００２８】
反応装置２１０は、燃料容器１００から供給された燃料と水を気化させて燃料ガス（気化された燃料と水蒸気の混合気）を生成する気化器２１１と、化学反応式（１）に示すように気化器２１１から供給された燃料ガスを改質して改質ガスを生成する改質器２１２と、改質器２１２を加熱して化学反応式（１）の反応を良好に行うために必要な温度に設定する燃料触媒器２１３と、化学反応式（１）についで逐次的に起こる化学反応式（２）によって微量に副成される一酸化炭素ＣＯを、化学反応式（３）に示すように酸化させて除去する一酸化炭素除去器２１４と、を備えている。また、気化器２１１、触媒燃焼器２１３及び一酸化炭素除去器２１４を加熱する電気ヒータとして機能するとともにこれらの温度を測定する温度計としても機能するヒータ兼温度計（図示しない）とを備えている。
ＣＨ３ＯＨ＋Ｈ２Ｏ→３Ｈ２＋ＣＯ２・・・（１）
Ｈ２＋ＣＯ２→Ｈ２Ｏ＋ＣＯ・・・（２）
２ＣＯ＋Ｏ２→２ＣＯ２・・・（３）
【００２９】
第一の加湿器２２１は、一酸化炭素除去器２１４で一酸化炭素が除去された改質ガスを、水によって加湿して発電セル２２０のアノードに供給する。
第二の加湿器２２２は、空気ポンプＰ２から供給された空気を水によって加湿して、発電セル２２０のカソードに供給する。
【００３０】
発電セル２２０は、触媒微粒子を担持したアノードと、触媒微粒子を担持したカソードと、アノードとカソードとの間に介在されたフィルム状の固体高分子電解質膜とを備えている。発電セル２２０のアノードには、一酸化炭素除去器２１４を通った改質ガスが供給され、発電セル２２０のカソードには、後述の空気ポンプＰ２によって外部から空気が供給される。アノードにおいては、改質ガス中の水素が、電気化学反応式（４）に示すように、アノード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。水素イオンは固体高分子電解質膜を通じてカソードに伝導し、電子はアノードにより電気エネルギー（発電電力）として取り出される。カソードにおいては、電気化学反応式（５）に示すように、カソードに移動した電子と、空気中の酸素と、固体高分子電解質膜を通過した水素イオンとが反応して水が生成される。そして、アノードで未反応の水素を含むオフガスは触媒燃焼器２１３に送られ、カソードで生成された水や未反応の空気は排出物として燃料容器１００に送られるようになっている。
Ｈ２→２Ｈ＋＋２ｅ−・・・（４）
２Ｈ＋＋１／２Ｏ２＋２ｅ−→Ｈ２Ｏ・・・（５）
【００３１】
発電セル２２０の周囲には、上述のフード５０６が設けられている。フード５０６は、第二のバルブＶ２を介して燃料容器１００の気体送出部２及び回収部３に繋がっており、燃料容器１００で回収された排出物のうちの気体送出部２で凝縮されずに、かつ、回収部３で回収されなかった気体が、再度、気体送出部２を介して、フード５０６内に送り込まれて発電セル２２０が冷却されるようになっている。そして、発電セル２２０を冷却した後、上述した筐体５０１の底面５０１aに形成された排気口５０５から排出され換気される。
【００３２】
また、発電装置３００は、燃料容器１００、反応装置２１０及び発電セル２２０等の他に、燃料容器１００内の燃料を気化器２１１に供給する燃料ポンプＰ１と、外気から発電装置３００中に空気を導入する空気ポンプＰ２とを備えている。また、空気ポンプＰ２には、エアフィルタが設けられている。
燃料ポンプＰ１には、第一のバルブＶ１が接続され、第一のバルブＶ１には第一の流量計Ｆ１が接続されている。第一のバルブＶ１は、燃料ポンプＰ１と気化器２１１との間に設けられており、その開閉動作で燃料ポンプＰ１から気化器２１１への燃料の流通を遮断又は許容するようになっている。第一の流量計Ｆ１は第一のバルブＶ１と気化器２１１との間に設けられており、第一のバルブＶ１を通過した燃料の流量を測定するようになっている。
また、燃料ポンプＰ１と燃料容器１００との間には、燃料容器１００と発電モジュール２００とを連結する燃料容器インターフェース５０３及び燃料容器１００に貯蔵された燃料の残量検出を行う燃料残量センサＳ１が設けられている。燃料残量センサＳ１は、燃料貯蔵部１に貯蔵された燃料の残量を測定し、その測定結果となる電気信号を制御部２３０に出力する。
【００３３】
発電セル２２０のカソードと燃料容器１００の気体送出部２との間には、第二のバルブＶ２が接続されている。第二のバルブＶ２は、その開閉動作で、発電セル２２０のカソードまたは触媒燃焼器２１３から燃料容器１００の気体送出部２への排出物（水、水蒸気を含む気体、オフガス等）の流通を遮断又は許容するようになっている。
【００３４】
空気ポンプＰ２には、第三のバルブＶ３、第四のバルブＶ４及び第二の加湿器２２２が接続されている。第三のバルブＶ３は、空気ポンプＰ２と触媒燃焼器２１３との間に設けられており、第三のバルブＶ３と触媒燃焼器２１３との間には第二の流量計Ｆ２が設けられている。そして、第三のバルブＶ３は、その開閉動作で、空気ポンプＰ２から触媒燃焼器２１３への空気の流通を遮断又は流量調整を行なうようになっている。第四のバルブは、空気ポンプＰ２と一酸化炭素除去器２１４との間に設けられており、第四のバルブＶ４と一酸化炭素除去器２１４との間には第三の流量計Ｆ３が設けられている。そして、第四のバルブＶ４は、その開閉動作で、空気ポンプＰ２から一酸化炭素除去器２１４への空気の流通を遮断又は流量調整を行なうようになっている。
【００３５】
制御部２３０には、燃料ポンプＰ１及び空気ポンプＰ２がドライバＤ１，Ｄ２を介して電気的に接続されている。制御部２３０は、例えば汎用のＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）等から構成されているもので、燃料ポンプＰ１及び空気ポンプＰ２に制御信号を送信し、燃料ポンプＰ１及び空気ポンプＰ２の各ポンピング動作（送出量の調整を含む。）を制御するようになっている。
【００３６】
また、制御部２３０には、第一〜第四のバルブＶ１〜Ｖ４がドライバＤ１１〜Ｄ１４を介して電気的に接続され、また、第一の流量計Ｆ１〜第三の流量計Ｆ３も電気的に接続されている。制御部２３０は、第一の流量計Ｆ１〜第三の流量計Ｆ３の測定結果を受けて燃料及び水の流量を認識することができるとともに、第一〜第四のバルブＶ１〜Ｖ４の開閉動作（開き量の調整を含む。）を制御することができるようになっている。
【００３７】
さらに、制御部２３０には、気化器２１１、触媒燃焼器２１３及び一酸化炭素除去器２１４をそれぞれ加熱する電気ヒータがドライバＤ２１を介して電気的に接続されている。制御部２３０は、電気ヒータの発熱量とその停止とを制御するとともに、温度によって変化する電気ヒータの抵抗値等の電気的特性を計測することによって気化器２１１、触媒燃焼器２１３及び一酸化炭素除去器２１４の各反応器の温度を検出することができるようになっている。電気ヒータは、反応装置２１０の起動時に気化器２１１、触媒燃焼器２１３及び一酸化炭素除去器２１４を加熱し、触媒燃焼器２１３が安定して加熱できるようになったら、停止あるいは熱量を低減させてもよい。
【００３８】
また、制御部２３０には、燃料残量センサＳ１が電気的に接続されている。制御部２３０は、燃料残量センサＳ１で測定された残量が所定量未満であれば、発電装置３００を起動しない又は動作を停止し、残量が所定量以上であれば、発電装置３００を起動する又は動作を維持するよう制御している。
【００３９】
発電セル２２０には、ＤＣ／ＤＣコンバータ２４０が接続されており、ＤＣ／ＤＣコンバータ２４０には外部電源、つまり発電装置３００から電力の供給を受けて作動可能な外部機器（負荷）が接続されている。ＤＣ／ＤＣコンバータ２４０は発電セル２２０から出力された電圧を外部電子機器の規格に応じて所定の電圧に変換して外部電子機器に出力する装置であり、制御部２３０に接続され、制御部２３０は発電セル２２０からＤＣ／ＤＣコンバータ２４０に入力される入力電力を検出することができるようになっている。
さらに、ＤＣ／ＤＣコンバータ２４０には２次電池２４１が接続されている。そして、例えば発電セル２２０で得た余剰の電気エネルギーを蓄え、発電セル２２０での電気エネルギーの生成が停止している場合に発電セル２２０の代替として外部電子機器に電力を供給できるようになっている。制御部２３０や、各ドライバＤ１，Ｄ２、Ｄ１１〜Ｄ１４，Ｄ２１、燃料残量センサＳ１、反応装置２１０の電気ヒータは、起動時において、ＤＣ／ＤＣコンバータ２４０を介して２次電池２４１の出力の一部によって電気的に駆動され、発電セル２２０の出力が定常状態になったら、ＤＣ／ＤＣコンバータ２４０を介して発電セル２２０の出力の一部によって電気的に駆動される。
【００４０】
上記構成を具備する発電装置３００は、例えば、デスクトップ型パーソナルコンピュータ、ノート型パーソナルコンピュータ、携帯電話機、ＰＤＡ(Personal Digital Assistant)、電子手帳、腕時計、デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ、ゲーム機器、遊技機、家庭用電気機器その他の電子機器（外部電子機器）内に備え付けられるものであり、外部電子機器を作動させるための電源として用いられる。
【００４１】
次に、発電装置３００の動作について説明する。
発電装置３００が作動し、制御部２３０がドライバＤ１，Ｄ２を介して燃料ポンプＰ１及び空気ポンプＰ２を作動させ、さらにドライバＤ２１を介して電気ヒータを発熱させる。ここで、発電装置３００の作動は、外部電子機器から通信用端子、通信用電極を介して制御部２３０に作動信号が入力されることによって開始する。
【００４２】
発電装置３００の作動中、制御部２３０は、各電気ヒータからフィードバックされた温度のデータに基づき、各電気ヒータが所定温度になるように温度制御を行う。
燃料ポンプＰ１が作動すると、燃料容器１００の燃料貯蔵部１内の燃料が燃料排出管１１から第一のバルブＶ１、第一の流量計Ｆ１を介して反応装置２１０の気化器２１１に向けて送られる。さらに、第一及び第二の加湿器２２１，２２２に外部から水が送られる。  空気ポンプＰ２が作動すると、外気の空気が第三のバルブＶ３を介して触媒燃焼器２１３に送られ、第四のバルブＶ４を介して一酸化炭素除去器２１４に送られる。また、空気ポンプＰ２の作動により、外気の空気が第二の加湿器２２２に送られる。ここで、制御部２３０は、各流量計Ｆ１〜Ｆ３からフィードバックされた流量のデータに基づき、所定の流量となるように各バルブＶ１〜Ｖ４を制御する。
【００４３】
気化器２１１では、供給された燃料が加熱されて気化（蒸発）し、メタノール及び水（水蒸気）の混合気となって改質器２１２に供給される。
改質器２１２では、気化器２１１から供給された混合気中のメタノールと水蒸気が触媒により反応して二酸化炭素及び水素が生成される（上記化学反応式（１）参照））。また、改質器２１２では、化学反応式（１）についで逐次的に一酸化炭素が生成される（上記化学反応式（２）参照）。そして、改質器２１２で生成された一酸化炭素、二酸化炭素及び水素等からなる混合気が一酸化炭素除去器２１４に供給される。
【００４４】
一酸化炭素除去器２１４では、改質器２１２から供給された改質ガス中の一酸化炭素と、第四のバルブＶ４から供給された空気に含まれる酸素とが反応して二酸化炭素が生成される（上記化学反応式（３）参照）。
【００４５】
このように、反応装置２１０の気化器２１１、改質器２１２及び一酸化炭素除去器２１４を経た燃料から二酸化炭素と水素が生成される。反応装置２１０で生成された改質ガス（二酸化炭素及び水素等）は、第一の加湿器２２１に供給される。第一の加湿器２２１は、中空糸膜の一方に外部から供給された水を通流するとともに他方に改質ガスを通流し中空糸膜を介して水分子を移動させることで、改質ガスを加湿した後、燃料電池２２０のアノードに供給する。
燃料電池２２０のアノードに供給された改質ガス中の水素が上記化学反応式（４）に示すように水素イオンと電子とに分離する。
【００４６】
一方、空気ポンプＰ２を介して第二の加湿器２２２に空気が供給される。第二の加湿器２２２は、中空糸膜の一方に外部から供給された水を通流するとともに他方に空気を通流し中空糸膜を介して水分子を移動させることで、空気を加湿した後、発電セル２２０のカソードに供給する。
発電セル２２０のカソードに供給された空気は、空気中の酸素が上記化学反応式（５）に示すように水素イオンと電子と反応し、副生成物として水が生成される。
【００４７】
ここで、アノード側では未反応の多くの水素はオフガスとして触媒燃焼器２１３に送られて燃焼されて、改質反応及び蒸発のエネルギーとして利用された後、燃料容器１００の気体送出部２に送られる。そして、気体送出部２で冷却された後、水は回収部３で回収され、気体は気液分離膜５から放出されて、再び気体送出部２を介して、発電セル２２０を収納するフード５０６内に送り込まれた後、外部に放出される。
カソード側では、供給された空気が副生成物である水とともに排出され、燃料容器１００の気体送出部２に送られる。そして、上記と同様にして気体送出部２で冷却されて液体となった水は回収部３で回収され、液体とならなかった気体は気液分離膜５を介して放出されて、再び気体送出部２を介して、発電セル２２０を収納するフード５０６内に送り込まれた後、外部に放出される。
【００４８】
発電セル２２０によって生成された電気エネルギーは、二次電池２４１に充電される。さらには、生成された電気エネルギーは、ＤＣ／ＤＣコンバータ２４０に供給され、ＤＣ／ＤＣコンバータ２４０によって直流電流の所定電圧に変換され、外部電子機器に供給される。外部電子機器は、供給された電気エネルギーにより動作する。
【００４９】
次に、上記発電装置３００を電子機器４００に適用した場合を説明する。特に、携帯型の電子機器であって、ノート型パーソナルコンピュータに適用した場合である。図７(a)は、電子機器４００の上面図、(b)は(a)における電子機器４００を前側から見た際の前面図、(c)は(a)における電子機器４００を左側から見た際の左側面図である。なお、以下の説明において、前面及び背面、左右方向とは、図７(a)から見た場合を基準に説明する。
電子機器４００は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、その他の電子部品から構成された演算処理回路を内蔵した本体４０１と、本体４０１に対して着脱自在の発電装置３００とを備える。
発電装置３００は、上述した図５に示すように、筐体５０１内に収納自在な燃料容器１００と、燃料容器１００の燃料を用いて発電を行う発電モジュール２００とを備え、生成した電気エネルギーを本体４０１に供給することにより本体４０１を駆動する。なお、燃料容器１００及び発電モジュール２００の構成や動作は上述と同様のためその説明を省略する。
【００５０】
本体４０１は、キーボードを備え付けた下筐体４０２と、液晶等のディスプレイパネルを備え付けた上筐体４０３とを備える。上筐体４０３は下筐体４０２にヒンジ４０６で結合されており、上筐体４０３を下筐体４０２に重ねてキーボードにディスプレイパネルを相対させた状態で本体４０１を折り畳むことができるように構成されている。
発電装置３００は、下筐体４０２の前側で露出した形で電子機器４００に電力を供給するように下筐体４０２に連結されている。発電装置３００は下筐体４０２から取り外し自在に設定されているので、電子機器４００は発電装置３００及び発電装置３００と同サイズ、同型状のリチウムイオンバッテリのいずれに対しても装着可能であり、これらから出力される電力によって動作することが可能である。
【００５１】
以上のように、発電セル２２０の発電によって排出された排出物を、気体送出部２の流路２２に流すことによって冷却し、冷却した排出物のうち凝縮しなかった気体を、再度、気体送出部２の流路２６を介して発電モジュール２００のフード５０６内に送るので、フード５０６内に収納された発電セル２２０の冷却を行うことができる。また、フード５０６内に送られた気体は、その後、フード５０６を備える筐体５０１の底面５０１aに形成された排気口５０５から排気されるので、換気も確実に行うことができる。このようにして、気体の滞留を防止することにより、発電装置３００全体及び電子機器４００の冷却を行うことができる。したがって、発電装置３００を冷却するための流水路を別途設ける必要がなく、ひいては、この流水路内に冷却水を循環するためのポンプが不要となり、小型化された発電装置３００および電子機器４００を提供することができる。
フード５０６は、筐体５０１の上面５０１dから底面５０１aにかけて傾斜して設けられた第一の傾斜板５０６a及び第二の傾斜板５０６bによって形成したものであるので、単純な構成で、容易に製造でき、コストの低減を図ることができる。
【００５２】
また、燃料容器１００は、燃料貯蔵部１と気体送出部２と回収部３とがセットになっているので、燃料容器１００を筐体５０１内に収納して発電モジュール２００に装着することによって、発電セル２２０で生成される排出物を燃料容器１００に送り込み、気体送出部２による冷却によって凝縮した水は回収部３で回収され、凝縮しなかった気体は再度、フード５０６内に送られるので、発電モジュール２００への燃料の供給、発電モジュール２００からの排出物の回収、発電セル２２０の冷却及び換気のいずれも十分に行うことができる。そして、燃料容器１００の交換の際に回収部３で回収された排出物も一緒に捨てることができる。また、燃料容器１００の気体送出部２を電子機器４００の最も外側に装着させて外部に露出するように設けることによって、従来と異なり冷却効果が高く、水回収率も高くなる。また、熱がこもって高温となるのを防ぐこともでき、この点においても、冷却するための流水路を別途設ける必要がなく、ひいては、この流水路内に冷却水を循環するためのポンプが不要となり、発電装置３００および電子機器４００を小型化できる。
さらに、回収部３はケース４と燃料貯蔵部１との間に形成される空間部分であるので、ケース４内のスペースを有効利用でき、別途回収部３を設けることなく、小型化を図ることができる。特に、燃料貯蔵部１は袋状であるので、燃料貯蔵部１内の燃料が減少した場合に、これに伴って回収部３の容積が増加し、回収効率に優れる。
気体送出部２は、ケース４の上面に、溝部２２，２５が形成された放熱板２１を貼り付け、溝部２２，２５とケース４の上面とで形成される流路２３，２６内に排出物を流通させる構成であるので、単純な構造で容易かつ安価に製造でき、使い捨ての燃料容器１００側に設けた場合に好適である。
【００５３】
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。
例えば、上記実施の形態では、発電セル２２０から排出された排出物を気体送出部２で冷却し、凝縮しなかった気体を、発電セル２２０の周囲に送り込んで発電セル２２０の冷却及び換気に利用したが、発電セル２２０に限らず、改質器２１２の冷却に使用しても良いし、また、上記実施の形態では説明しなかったが、発電装置３００内に水を回収する水回収器を別途設け、この水回収器の冷却や、その他の補器類等の冷却に使用しても良い。
また、フード５０６は、第一の傾斜板５０６aと第二の傾斜板５０６bとを筐体５０１内に組み付けて構成するものとしたが、発電セル２２０の周囲を覆うように構成したものであれば、この構成に限らない。
【００５４】
また、上記実施の形態において、気液分離膜５を覆う開口部４４は矩形状であるとしたが、これに限らず、多数の孔（図示しない）によって気液分離膜５を覆うようにしても良い。
さらに、上記燃料容器１００において、放熱板２１の下面に溝部２２，２５を形成し、溝部２２，２５とケース４の上面とで流路２３，２６を構成するとしたが、ケース４の上面に上記蛇行状の溝部２２，２５を形成し、形成した溝部２２，２５と放熱板２１の下面とで流路２３，２６を構成するとしても良い。また、放熱板２１の下面及びケース４の上面の両面に互いに位置が合致するように上記溝部２２，２５を形成しても構わない。さらに、溝部２２，２５の形状も適宜変更可能である。
【００５５】
また、放熱板２１の表面積を大きくして放熱効率を高めるため、放熱板２１の上面に複数のフィンを取り付けても良いし、複数のフィンを放熱板２１と一体に形成しても良い。また、ケース４は上記樹脂以外であっても、熱伝導性の高い材料、例えば金属や、表面をアルマイト処理したアルミニウム等から構成しても良い。この場合も、放熱効率が高くなるため水回収率が高くなり好ましい。
また上記実施の形態では、放熱板２１を燃料容器１００に設けたが、電子機器４００に設けてもよい。このとき放熱板は、電子機器４００に収納される燃料容器１００に接し、かつ、図７に示すように外に露出されていることが好ましい。
【００５６】
上記実施の形態では、反応装置２１０を設けて燃料を改質してから発電セル２２０に供給したが、反応装置２１０を設けずに、燃料容器１００から直接発電セル２２０に供給する直接型発電セルとなる発電モジュールであっても良い。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】気体送出部２を備える燃料容器１００の分解斜視図である。
【図２】(a)は、放熱板２１の下面図、(b)は、ケース４の上面図である。
【図３】(a)は、切断線IIIＡ−IIIＡに沿って切断した際の矢視断面図、(b)は、切断線IIIＢ−IIIＢに沿って切断した際の矢視断面図である。
【図４】(a)は、燃料容器１００の上面図、(b)は、切断線IVＢ−IVＢに沿って切断した際の矢視断面図である。
【図５】燃料容器１００と発電モジュール２００とを備えた発電装置３００を示した図で、(a)は、発電装置３００の上面図、(b)は、切断線V−Vに沿って切断した際の矢視断面図である。
【図６】発電装置３００の概略構成を示したブロック図である。
【図７】(a)は、電子機器４００の上面図、(b)は(a)を前側から見た際の前面図、(c)は(a)における左側から見た際の左側面図である。
【符号の説明】
【００５８】
２  気体送出部（流体冷却手段）
５  気液分離膜（分離手段）
２１  放熱板
２２，２５  溝部
２３，２６  流路
１００  燃料容器
２００  発電モジュール（発電部）
２２０  発電セル
３００  発電装置
４００  電子機器
５０５  排気口
５０６  フード
【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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【図６】
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【図７】
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