(57)【要約】【課題】燃料電池を備えた電源システムの出力を安定化する技術を提供する。【解決手段】電気機器に装填される電源システム１０であって、燃料を消費して発電し電力を供給するＤＭＦＣ１２と、燃料を収容しＤＭＦＣ１２に燃料を供給する燃料貯蔵部と、ＤＭＦＣ１２および燃料貯蔵部を収納する収納部材１８と、収納部材１８を覆うように設けられた筐体３０とを備える。収納部材１８と筐体３０との間にＤＭＦＣ１２の反応に使用される空気が流通する空間が設けられている。【選択図】図１
2008108698.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気機器に装填される電源システムであって、
電解質膜と、前記電解質膜の一方の面に設けられたカソードと、前記電解質膜の他方の面に設けられたアノードとを有し、燃料を消費して発電する燃料電池と、
前記燃料電池のアノードの内側に配置され、該アノードに供給される燃料を収容する燃料貯蔵部と、
前記カソードを外側にした前記燃料電池と、前記燃料貯蔵部とを収納する収納部材と、
前記収納部材を覆うように設けられた筐体とを備え、
前記収納部材は、前記カソードに空気を取り入れるための通気口を有し、
前記収納部材と前記筐体との間に空間が設けられていることを特徴とする電源システム。
【請求項２】
前記筐体は、この電源システムが装着される機器に応じた形状を有していることを特徴とする請求項１に記載の電源システム。
【請求項３】
前記燃料電池が発電した電力を蓄えることができる蓄電部と、
前記蓄電部への充電および前記蓄電部からの放電を制御する制御部とを更に備え、
前記燃料電池は、前記収納部材の内部の一方の端部側に配置され、
前記蓄電部は、前記収納部材の内部の他方の端部側に配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の電源システム。
【請求項４】
前記筐体は、前記空間と外部とを連通する開口部を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の電源システム。
【請求項５】
前記筐体は円筒形状を有し、前記開口部は前記筐体の円周方向に複数設けられていることを特徴とする請求項４に記載の電源システム。
【請求項６】
前記筐体の外部から前記収納部材を貫通して前記燃料貯蔵部に燃料を注入可能な注入口が設けられていることを特徴とする請求項４または５に記載の電源システム。
【請求項７】
前記筐体は、円筒形状を有し、前記注入口は、前記筐体の円周方向に複数設けられていることを特徴とする請求項６に記載の電源システム。
【請求項８】
前記筐体の周囲をスライド可能に設けられ、前記開口部を覆う際には前記注入口を開放し、前記注入口を覆う際には前記開口部を開放するカバー部材を更に備えることを特徴とする請求項７に記載の電源システム。
【請求項９】
前記収納部材は、該収納部材の外周部の一部に、前記燃料電池の発電時に生成された気体を前記燃料貯蔵部から排出することが可能な気体排出口を有することを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の電源システム。
【請求項１０】
前記収納部材の内側には、前記燃料電池が螺旋状に配置されていることを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の電源システム。
【請求項１１】
前記アノードの内側に前記燃料を吸い上げて保持することが可能な燃料保持部を有することを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載の電源システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、機器に電力を供給する電源システムの技術に関し、特に燃料電池を備える電源システムの技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、燃料および酸化剤から電気エネルギーを発生させる装置であり、高い発電効率を得ることができる。燃料電池の主な特徴としては、従来の発電方式のように熱エネルギーや運動エネルギーの過程を経ない直接発電が挙げられる。このため、燃料電池は、小規模でも高い発電効率が期待できる。また、燃料電池は、窒化化合物等の排出が少なく騒音や振動も小さいので環境に与える影響を低減することができる。このように、燃料電池は、燃料の持つ化学エネルギーを有効に利用することができ、環境に優しい特性を持っているので、２１世紀を担うエネルギー供給システムとして期待されている。そのため、燃料電池は、宇宙用から自動車用、携帯機器用まで、大規模発電から小規模発電まで、種々の用途に使用できる将来有望な新しい発電システムとして注目され、実用化に向けて技術開発が本格化している。
【０００３】
中でも、固体高分子形燃料電池は、他の種類の燃料電池に比べて、作動温度が低く、高い出力密度を持つという特徴がある。特に近年、固体高分子形燃料電池の一形態として、ダイレクトメタノール燃料電池（Direct Methanol Fuel Cell：以下、「ＤＭＦＣ」という）が注目を集めている。ＤＭＦＣは、燃料であるメタノールを改質することなくアノードへ直接供給し、メタノールと酸素との電気化学反応により電力を得るものである。そして、この電気化学反応によりアノードからは二酸化炭素が、カソードからは生成水が、反応生成物として排出される。メタノールは、水素に比べて単位体積あたりのエネルギーが高く、貯蔵に適しており、また、取扱いも容易なため、自動車や携帯機器（携帯電話、ノート型パーソナルコンピュータ、ＰＤＡ、ＭＰ３プレーヤ、デジタルカメラあるいは電子辞書（書籍））などの電源への利用が期待されている。
【０００４】
従来、このような燃料電池を乾電池の代替とする技術が提案されている。特許文献１には、燃料電池を内在する内容器と、内容器の外側に設けられたプラスチックまたは金属の材料からなる外容器とから構成され、外容器の形状が汎用の化学電池と同一形状を有する燃料電池が開示されている。
【０００５】
また、特許文献２には、従来の化学電池の放電特性と同様に、燃料を用いて電力を発生させる発電モジュールにおいて経時的に出力電圧が変化するように構成されている電源システムが開示されている。
【特許文献１】特開２００４−３６２８１１号公報
【特許文献２】特開２００２−２５２０１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、燃料電池は酸化剤として例えば空気が安定して供給される必要がある。空気の供給が安定しない場合、あるいは空気が欠乏した場合、燃料電池の出力特性は不安定なものとなる。特に、各種の機器に用いられる乾電池の代替として燃料電池を用いる場合、機器の種類によっては装填される燃料電池の空気極（カソード）の近傍が必ずしも開放された状態になっているとは限らない。上記特許文献１では、単一の乾電池と同形状の外観を有する燃料電池が開示されているが、燃料電池に空気を供給するための空気流通穴が乾電池形状の正極端子と同一面に設置されている。この構造では、空気極近傍が開放されている構造ではないため、空気の欠乏が発生し、燃料電池の出力特性は不安定となる。
【０００７】
本発明は上述の事情を鑑みなされたもので、その目的とするところは、燃料電池を備えた電源システムの出力を安定化する技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明のある態様の電源システムは、電気機器に装填される電源システムであって、電解質膜と、前記電解質膜の一方の面に設けられたカソードと、前記電解質膜の他方の面に設けられたアノードとを有し、燃料を消費して発電する燃料電池と、前記燃料電池のアノードの内側に配置され、該アノードに供給される燃料を収容する燃料貯蔵部と、前記カソードを外側にした前記燃料電池と、前記燃料貯蔵部とを収納する収納部材と、前記収納部材を覆うように設けられた筐体とを備える。前記収納部材は、前記カソードに空気を取り入れるための通気口を有する。前記収納部材と前記筐体との間に空間が設けられている。
【０００９】
この態様によると、収納部材の内面と対向するカソードには、収納部材に設けられている通気口から空気が取り入れられる。そのため、燃料電池を備える電源システムが電気機器に装填された場合、その装填箇所の周囲に十分な空間が存在している必要がある。そこで、この態様によると、燃料電池を収納する収納部材と筐体との間に空気が流通する空間が設けられているため、燃料電池の発電に必要な酸化剤としての空気がすぐに欠乏することはない。これにより、燃料電池を備えた電源システムの出力を安定化することができる。
【００１０】
前記筐体は、この電源システムが装着される機器に応じた形状を有していてもよい。これにより、筐体を交換することで複数の電気機器に対応する電源システムを提供することができる。
【００１１】
前記燃料電池が発電した電力を蓄えることができる蓄電部と、前記蓄電部への充電および前記蓄電部からの放電を制御する制御部とを更に備えてもよい。前記燃料電池は、前記収納部材の内部の一方の端部側に配置され、前記蓄電部は、前記収納部材の内部の他方の端部側に配置されていてもよい。
【００１２】
これにより、発熱量が相対的に多い燃料電池と発熱量が相対的に少ない蓄電部とが収納部材の内部の両端部に配置されるため、収納部材周囲の空間には熱勾配が発生する。これにより、収納部材と筐体との間の空間では空気が対流するため、燃料電池の空気極（カソード）への空気の供給が促進される。
【００１３】
前記筐体は、前記空間と外部とを連通する開口部を有してもよい。これにより、開口部を経由して空気を外部から取り込むことが可能となる。したがって、長期にわたり燃料電池における発電を安定させることができる。
【００１４】
前記筐体は円筒形状を有し、前記開口部は前記筐体の円周方向に複数設けられていれもよい。開口部を円周方向に位置させ複数設けることで空気拡散が容易になる。例えば、乾電池収納スペースと本発明の円筒形電源システムの空隙に存在する空気が開口部を介して取り入れやすくなる。したがって、さらに長期にわたり燃料電池における発電を安定させることができる。
【００１５】
前記筐体の外部から前記収納部材を貫通して前記燃料貯蔵部に燃料を注入可能な注入口が設けられていてもよい。これにより、電源システムを電気機器に装填した状態で燃料を補充することができるため、電源システムの操作性が向上する。
【００１６】
前記筐体は、円筒形状を有してもよい。前記注入口は、前記筐体の円周方向に複数設けられていてもよい。これにより、電源システムを電気機器に装填する姿勢が筐体の円周方向で変化しても、複数設けられた注入口のいずれかが使用者側に向くため、電源システムを装填したまま燃料を注入しやすくなる。
【００１７】
前記筐体の周囲をスライド可能に設けられ、前記開口部を覆う際には前記注入口を開放し、前記注入口を覆う際には前記開口部を開放するカバー部材を更に備えてもよい。これにより、注入口が開放されている場合は開口部が覆われるため、燃料電池の発電が抑制さ
れ、より安全に燃料を注入口より補充することができるとともに燃料の浪費を抑えることができる。一方、開口部が開放されている場合は注入口が覆われるため、燃料電池の発電中に燃料を注入することが制限される。
【００１８】
前記収納部材は、該収納部材の外周部の一部に、前記燃料電池の発電時に生成された気体を前記燃料貯蔵部から排出することが可能な気体排出口を有してもよい。これにより、燃料電池の発電時に生成された気体、例えば二酸化炭素を収納部材と筐体との間の空間を介して外部に排出することができる。そのため、燃料貯蔵部と燃料電池の燃料極（アノード）との間に気体が付着し、出力が不安定となることを防止できる。
【００１９】
前記収納部材の内側には、前記燃料電池が螺旋状に配置されていてもよい。これにより、例えば円筒状の筐体の姿勢によらず、燃料電池の少なくとも一部が燃料電池の内側に配置されている燃料貯蔵部の燃料に触れていることになり、電源システムの出力を安定化することができる。
【００２０】
前記アノードの内側に前記燃料を吸い上げて保持することが可能な燃料保持部を有してもよい。これにより、燃料貯蔵部の燃料が消費されて燃料が少なくなっても、燃料保持部が燃料を吸い上げてアノードに供給することができる。これにより、電源システムの姿勢によって燃料の液面よりアノードが上方に位置していても、電源システムの出力を安定化することができる。
【００２１】
なお、上述した各要素を適宜組み合わせたものや置換したものも、本件特許出願によって特許による保護を求める発明の範囲に含まれうる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、燃料電池を備えた電源システムの出力を安定化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
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詳細に説明する。なお、以下の各実施の形態では、燃料電池の一形態として、固体高分子形であるダイレクトメタノール燃料電池（ＤＭＦＣ）を、燃料の一形態として液体燃料であるメタノールを例に説明する。本実施の形態に係る電源システムは、携帯型情報端末や携帯型音楽プレーヤ、電子辞書、デジタルカメラ等の電気機器に装填され使用される乾電池や二次電池の代替品として使用することができる。また、電気機器の稼働時間を延ばすことができる。
【００２４】
［第１の実施の形態］
図１は、第１の実施の形態に係る電源システム全体の概略構成図である。図２は、第１の実施の形態に係る電源システムのブロック図である。
【００２５】
電源システム１０は、燃料を消費して発電し電力を供給する燃料電池としてのＤＭＦＣ１２と、電源システム１０が発電した電力を蓄えることができる蓄電部としての二次電池１４と、二次電池１４への充電および二次電池１４からの放電を制御する充放電回路を有する制御部１６とを備える。制御部１６は、ＤＭＦＣ１２における発電を制御する。また、ＤＭＦＣ１２は、円筒状の収納部材１８に収納されている。なお、二次電池１４としては、例えば、リチウムイオン電池、リチウムイオンポリマー電池、ニッケル・水素電池等の充電が可能な電池を用いることができる。このように構成された電源システム１０は、携帯電話機、ノート型パーソナルコンピュータ、携帯型情報端末、携帯型音楽プレーヤ、電子辞書、デジタルカメラ等の電気機器１００に装填され、電気機器１００に電力を供給する。この際、電源システム１０の上面の凸部は＋極として、電源システム１０の下面の平面部は−極として機能する。
【００２６】
図３は、第１の実施の形態に係る電源システムの外観図である。図４は、図３に示すＡ−Ａ’断面図である。
【００２７】
本実施の形態に係るＤＭＦＣ１２は、３つの燃料電池セル２０ａ，２０ｂ，２０ｃ（以下、適宜「燃料電池セル２０」という）から構成され、収納部材１８の内周部に各燃料電池セル２０が周方向に等間隔で配置されている。燃料電池セル２０は、電解質膜２２と、電解質膜２２の内側の面に設けられたアノード２４と、電解質膜２２の外側の面に設けられたカソード２６とを備える。カソード２６は、その一部若しくは全部が収納部材１８の外周に設けられた通気口１８ａから露出するように設けられている。そして、カソード２６には、通気口１８ａから空気が取り入れられる。
【００２８】
燃料電池セル２０で用いられる電解質膜２２としては、例えば、フッ素系電解質膜や、スルフォン化ポリ（エーテルエーテルケトン）などの炭化水素系電解質膜を用いることができる。電極は、触媒としてアノード２４にＰｔＲｕ黒、カソード２６にＰｔ黒を用い、電極基材としてカーボンペーパー、カーボンフェルト、カーボンクロス、チタン系合金、ステンレス系金属等のシートを用いることができる。さらには、このような材質のシートをエッチングし微細孔を形成した後、耐食導電性被膜（例えばＡｕやＰｔ）を施すとよい。
【００２９】
収納部材１８の内部には、液体燃料としてのメタノール水溶液あるいは純メタノール（以下、「メタノール燃料」と記載する）を収容し、アノード２４に供給する燃料貯蔵部２８が設けられている。そして、各燃料電池セル２０は、アノード２４から取り込んだメタノール燃料中のメタノールとカソード２６から取り込んだ空気中の酸素との電気化学反応により発電する。
【００３０】
電源システム１０は、収納部材１８を覆うように筐体３０が設けられている。本実施の形態に係る筐体３０は、収納部材１８と同様の円筒形状を有しており、収納部材１８と筐体３０との間にＤＭＦＣ１２の反応に使用される空気が流通する空間が形成されるように、その内径が収納部材１８の外径より大きくなっている。
【００３１】
そのため、ＤＭＦＣ１２を備える電源システム１０が電気機器１００に装填された場合、その装填箇所の周囲に十分な空間が存在していなくても、ＤＭＦＣ１２を収納する収納部材１８と筐体３０との間に空気が流通する空間が設けられているため、ＤＭＦＣ１２の発電に必要な酸化剤としての空気がすぐに欠乏することはない。これにより、ＤＭＦＣ１２を備えた電源システム１０の出力を安定化することができる。
【００３２】
また、本実施の形態に係る筐体３０は、電源システム１０が装着される電気機器１００に応じた形状を有していてもよい。例えば、筐体が、一般的に普及している単一、単二、単三、単四、単五型乾電池や角形の電池等の外形に応じた形状であれば、電気機器側に特段の改造を施すことなく、本実施の形態に係る電源システムを装填することができる。また、筐体を交換することで簡易に複数の電気機器に対応する電源システムを提供することができる。
【００３３】
本実施の形態に係る電源システム１０においては、図１に示すように、ＤＭＦＣ１２は、収納部材１８の内部であって軸方向の一方の端部側（図の左側）に配置され、二次電池１４は、収納部材１８の内部であって軸方向の他方の端部側（図の右側）に配置されている。
そのため、発電時に反応熱が生じ発熱量が相対的に多いＤＭＦＣ１２と、発熱量が相対的に少ない二次電池１４とが収納部材１８の内部の両端部に配置されるため、収納部材１８の周囲の空間には熱勾配が発生する。これにより、収納部材１８と筐体３０との間の空間では空気が対流するため、ＤＭＦＣ１２の空気極（カソード２６）への空気の供給が促進される。
【００３４】
筐体３０は、その外周面３０ａに前述の空間と外部とを連通する開口部３２が設けられている。本実施の形態に係る開口部３２は、燃料電池セル２０と対向する位置に形成された複数の穴３３から構成されている。これにより、開口部３２を経由して空気を外部から取り込むことが可能となる。したがって、長期にわたり燃料電池における発電を安定させることができる。
【００３５】
また、筐体３０の外周面３０ａには、筐体３０の外部から収納部材１８を貫通して燃料貯蔵部２８に燃料を注入する注入口３４が設けられている。注入口３４は、収納部材１８からメタノール燃料が漏洩しないように通常は弾性体等の封止材で封止されている。そして、メタノール燃料を補充する場合、注射針等を封止材に刺して燃料貯蔵部２８にメタノール燃料を送り込む。メタノール燃料の補充が終了し、注入口３４から注射針を抜くと、封止材自体の復元力により注射針を刺したことでできた経路が消失し、メタノール燃料の漏洩を防止することができる。なお、注入口３４に逆止弁のような弁構造を設けてもよい。これによっても、メタノール燃料の漏洩を防止することができる。
【００３６】
このような注入口３４を設けることで、電源システム１０を電気機器１００に装填した状態でメタノール燃料を補充することができるため、電源システム１０の操作性が向上する。
【００３７】
また、注入口３４は、円筒形状を有する筐体３０の外周面３０ａの円周方向に複数設けられていてもよい。これにより、電源システム１０を電気機器１００に装填する姿勢が筐体３０の円周方向で変化しても、複数設けられた注入口３４のいずれかが使用者側（装着方向手前側）に向きやすくなる。したがって、電源システム１０を装填したままメタノール燃料を注入しやすくなる。
【００３８】
また、筐体３０の内周面には収納部材１８を固定するように複数のリブ３６が形成されている。これにより、筐体３０に外部から力が加わっても電源システム１０全体が変形しにくくなり、電源システム１０の安全性が向上する。
【００３９】
次に、本実施の形態に係るＤＭＦＣ１２の燃料電池セル２０の接続状態について説明する。図５は、複数の燃料電池セル２０の接続状態を示した平面図である。図６は、図５に示す複数の燃料電池セル２０を収納部材１８に収納する際の形状を示す斜視図である。図７は、図６に示す複数の燃料電池セル２０を上方から見た際の配置を示す上面図である。
【００４０】
本実施の形態に係る燃料電池セル２０ｂは、金、チタン等の金属からなるインターコネクタ３８を介して隣接した他の燃料電池セル２０ａ，２０ｃと直列に接続されている。端部に位置する燃料電池セル２０ａ，２０ｃには、それぞれ集電端子４０が設けられている。集電端子４０は、図２に示す制御部１６に接続されている。燃料電池セル２０ａ，２０ｂ，２０ｃ、インターコネクタ３８、集電端子４０は、収納部材１８の内部において図６、図７に示すように環状に巻き取られたように配置されている。
【００４１】
本実施の形態に係るＤＭＦＣ１２は、３つの燃料電池セル２０を湾曲して配置するため、セルを構成する部材は柔軟性を有することが望ましい。そこで、各電極の基材としては、カーボンクロス、カーボンフェルトが好適である。
【００４２】
また、３つの燃料電池セル２０からなるモジュールの形状を維持するために、剛性を有する多孔質の支持管をインターコネクタ３８や集電端子４０の内側に挿入してもよい。図８は、図７に示す複数の燃料電池セル２０の内側に支持管４２を挿入した状態を示す上方図である。これにより、収納部材１８と支持管４２とにより燃料電池セル２０ａ，２０ｂ，２０ｃ、インターコネクタ３８、集電端子４０が挟持されるため、モジュールの形状を維持することができる。
【００４３】
支持管４２は、非導電性であり、耐腐食性、耐有機溶媒性を有するとよい。例えば、チタニア、アルミナ等の多孔質管が好ましい。また、支持管４２は、ＤＭＦＣ１２の向きに拘わらず燃料貯蔵部２８のメタノール燃料を各燃料電池セル２０に供給するために、燃料の吸収を促進する程度の大きさの孔が多数設けられているとよい。
【００４４】
次に、筐体３０の外周面３０ａをカバーするカバー部材について説明する。図９は、カバー部材が注入口を覆う状態を示す電源システム１０の外観図である。図１０は、カバー部材が開口部を覆う状態を示す電源システム１０の外観図である。
【００４５】
図９、図１０に示すようにカバー部材４４は、複数の板状の可動部材４６を有する。可動部材４６は、筐体３０の外周面３０ａに沿うように湾曲した板状の部材であり、筐体３０の上面３０ｂおよび下面３０ｃに設けられた不図示のガイド部にスライド可能に係合されている。そして、使用者がカバー部材４４を筐体３０の外周面３０ａに沿ってスライドすることにより、カバー部材４４が開口部３２を覆う際には注入口３４が開放され、カバー部材４４が注入口３４を覆う際には開口部３２が開放される。
【００４６】
したがって、注入口３４が開放されている場合は開口部３２が覆われるため、カソード２６に空気が供給されにくくなりＤＭＦＣ１２の発電が抑制され、より安全にメタノール燃料を注入口３４より補充することができる。一方、開口部３２が開放されている場合は注入口３４が覆われるため、ＤＭＦＣ１２の発電中にメタノール燃料を注入することが制限される。そのため、発電中のメタノール燃料の注入により急激な反応が起こることが防止されるため、電源システム１０は、安定した出力を得ることができる。
【００４７】
なお、本実施の形態に係る電源システム１０においては、ＤＭＦＣ１２のアノード２４で発生した二酸化炭素は燃料貯蔵部２８に徐々に蓄積される。そこで、本実施の形態に係る収納部材１８は、ＤＭＦＣ１２の発電時に生成された二酸化炭素等の気体を燃料貯蔵部２８から排出することが可能な気体排出口４８が外周面の一部に設けられている（図４参照）。これにより、ＤＭＦＣ１２の発電時に生成された気体、例えば二酸化炭素を収納部材１８と筐体３０との間の空間を介して外部に排出することができる。そのため、燃料貯蔵部２８とＤＭＦＣ１２のアノード２４との間に気体が付着し、出力が不安定となることを防止できる。気体排出口４８には、気液分離フィルターを設けるとよい。
【００４８】
［第２の実施の形態］
第１の実施の形態では、複数の長方形の燃料電池セル２０をモジュール化したＤＭＦＣ１２について説明した。本実施の形態では、燃料電池セルの形状を斜めにしたＤＭＦＣについて説明する。なお、以下の各実施の形態に係る説明において、他の実施の形態と同様な内容の説明は適宜省略する。
【００４９】
図１１は、複数の燃料電池セル１２０の接続状態を示した平面図である。図１２は、図１１に示す複数の燃料電池セル１２０を収納部材１８に収納する際の形状を模式的に示す斜視図である。
本実施の形態に係るＤＭＦＣ１１２は、収納される収納部材１８の軸方向に対して斜めになっている平行四辺形の燃料電池セル１２０ａ，１２０ｂ，１２０ｃ（以下、適宜「燃料電池セル１２０」という）から構成されている。燃料電池セル１２０ｂは、金、チタン等の金属からなるインターコネクタ３８を介して隣接した他の燃料電池セル１２０ａ，１２０ｃと直列に接続されている。端部に位置する燃料電池セル１２０ａ，１２０ｃには、それぞれ集電端子４０が設けられている。集電端子４０は、図２に示す制御部１６に接続されている。燃料電池セル１２０ａ，１２０ｂ，１２０ｃ、インターコネクタ３８、集電端子４０は、収納部材１８の内部において図１２に示すように支持管１４２に環状に巻き取られたように配置されている。支持管１４２の内部は、燃料貯蔵部２８が設けられている。
【００５０】
このように、収納部材１８の内側に、ＤＭＦＣ１１２を構成する燃料電池セル１２０を螺旋状に配置するととともに、そのＤＭＦＣ１１２の更に内部に燃料貯蔵部２８が設けられているので、円筒状の筐体３０の姿勢によらず、各燃料電池セル１２０の少なくとも一部は、支持管１４２を介してあるいは直接、燃料貯蔵部２８の燃料に触れていることになり、電源システムの出力を安定化することができる。
【００５１】
［第３の実施の形態］
第１の実施の形態では、燃料電池セル２０の数は３つであったが、もちろん他のセル数のモジュールでも電源システムは可能である。本実施の形態に係る電源システムは、より高い電圧を発生させるため、またより発電効率を高めるため、６つの燃料電池セルを等間隔に、かつ、互い違いに環状に配置している。
【００５２】
図１３は、第３の実施の形態に係る電源システム２１０の要部断面図である。図１４は、図１３に示す電源システム２１０を矢印Ｂ方向から見た場合の要部側面図である。図１５は、図１４に示す状態からカバー部材を図１３の矢印Ｃ方向に回転させた場合の要部側面図である。
【００５３】
本実施の形態に係るＤＭＦＣは、６つの燃料電池セル２２０ａ，２２０ｂ，２２０ｃ，２２０ｄ，２２０ｅ，２２０ｆ（以下、適宜「燃料電池セル２２０」という）が収納部材２１８の内部に、等間隔に、かつ、互い違いに環状に配置されている。収納部材２１８の周囲には、筐体２３０が収納部材２１８を覆うように設けられている。筐体２３０は、その外周部に開口部として図１４に示す長穴２３２が円周方向に等間隔に、かつ軸方向に互い違いに複数形成されている。長穴２３２の長手方向の長さＬ１は、燃料電池セル２２０の円周方向の幅Ｌ２より短い。
【００５４】
筐体２３０の外周には、更に円筒状のカバー部材２４４が設けられている。カバー部材２４４は、筐体２３０に対して矢印Ｃ方向にスライド可能に筐体２３０に支持されている。カバー部材２４４は、図１４に示すように、筐体２３０に形成されている長穴２３２と対応するように複数の長穴２４６が形成されている。長穴２４６の長手方向の長さＬ３は、燃料電池セル２２０の円周方向の幅Ｌ２より短い。
【００５５】
カバー部材２４４は、図１３、図１４に示す状態では、長穴２４６が筐体２３０の長穴２３２とほぼ一致するため、長穴２３２および長穴２４６を介して外部の空気を取り込むことが可能となる。したがって、長期にわたり電源システム２１０における発電を安定させることができる。
【００５６】
一方、電源システム２１０の発電を抑制する場合、カバー部材２４４を、図１３に示す矢印Ｃ方向に６０度回転させる。これにより、長穴２４６が移動し、筐体２３０に形成された長穴２３２と位相がずれるため、収納部材２１８と筐体２３０との間に形成されている空間が外部と遮断される。そのため、各燃料電池セル２２０の外周部にあるカソードに供給される空気が欠乏し、発電が抑制される。
【００５７】
本発明は、上述の各実施の形態に限定されるものではなく、当業者の知識に基づいて各種の設計変更等の変形を加えることや構成の一部を置換したり追加したりすることも可能であり、そのような変形が加えられた実施の形態も本発明の範囲に含まれうるものである。
【００５８】
例えば、上述の燃料貯蔵部２８は、燃料保持部として不織布を収納部材１８の内面に燃料電池セル２０と接する状態で配置してもよい。不織布としてはポリエステルを使用することができる。これにより、電源システムがどのような姿勢であっても燃料極であるアノードの表面に燃料が供給されることになる。
【００５９】
また、燃料貯蔵部は、収納部材から着脱可能な燃料カートリッジとしてもよい。この場合、燃料カートリッジは、円筒状の電源システムの底部から挿入される。また、燃料貯蔵部に燃料を注入する注入口は、円筒状の筐体および収納部材のうち、底面または上面に設けられていてもよい。このようにすれば、収納部材の内周面側により多くの燃料電池セルを配置することができるため、より高い電圧を得ることができるとともに発電効率を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】第１の実施の形態に係る電源システム全体の概略構成図である。
【図２】第１の実施の形態に係る電源システムのブロック図である。
【図３】第１の実施の形態に係る電源システムの外観図である。
【図４】図３に示すＡ−Ａ’断面図である。
【図５】複数の燃料電池セルの接続状態を示した平面図である。
【図６】図５に示す複数の燃料電池セルを収納部材に収納する際の形状を示す斜視図である。
【図７】図６に示す複数の燃料電池セルを上方から見た際の配置を示す上面図である。
【図８】図７に示す複数の燃料電池セルの内側に支持管を挿入した状態を示す上方図である。
【図９】カバー部材が注入口を覆う状態を示す電源システムの外観図である。
【図１０】カバー部材が開口部を覆う状態を示す電源システムの外観図である。
【図１１】複数の燃料電池セルの接続状態を示した平面図である。
【図１２】図１１に示す複数の燃料電池セルを収納部材に収納する際の形状を模式的に示す斜視図である。
【図１３】第３の実施の形態に係る電源システムの要部断面図である。
【図１４】図１３に示す電源システムを矢印Ｂ方向から見た場合の要部側面図である。
【図１５】図１４に示す状態からカバー部材を図１３の矢印Ｃ方向に回転させた場合の要部側面図である。
【符号の説明】
【００６１】
１０  電源システム、  １２  ＤＭＦＣ、  １４  二次電池、  １６  制御部、  １８
収納部材、  ２０  燃料電池セル、  ２２  電解質膜、  ２４  アノード、  ２６  カソード、  ２８  燃料貯蔵部、  ３０  筐体、  ３２  開口部、  ３４  注入口、  ３６
リブ、  ３８  インターコネクタ、  ４０  集電端子、  ４２  支持管、  ４４  カバー部材、  ４６  可動部材、  ４８  気体排出口、  １００  電気機器。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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