(57)【要約】【課題】携帯性を損なうことなく水素ガスを円滑に供給可能な燃料電池搭載携帯機器システムを得る。【解決手段】燃料電池搭載携帯機器システムを、燃料電池４と、水素吸蔵合金容器３と、燃料電池４と水素吸蔵合金容器３間に設けられた内部水素ガス供給配管５と、外部に面する部位に設けられた水素ガス供給口７と、水素吸蔵合金容器３と水素ガス供給口７間に設けられた外部水素ガス供給配管６と、を備えた携帯機器１と、固体電解質膜ユニットと、固体電解質膜ユニットを介して対向するように配置された陰極側および陽極側ガス拡散電極と、陰極側および陽極側金属集電体と、駆動電源と、水素ガス供給口７と着脱自在な水素ガス導出口９と、を備えた水素ガス充填装置８で構成し、携帯機器１側の水素ガス供給口７と水素ガス充填装置側の水素ガス導出口９とを結合して水素ガスを供給する構成とした。【選択図】        図２
2004281107.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池ユニットを搭載した携帯機器と前記燃料電池ユニットに水素を供給する水素ガス充填装置からなる燃料電池搭載携帯機器システムであって、
前記携帯機器に搭載された燃料電池ユニットは、燃料電池と、前記燃料電池に水素ガスを供給する水素吸蔵合金容器と、前記燃料電池と前記水素吸蔵合金容器間に設けられた内部水素ガス供給配管と、前記携帯機器外部に面する部位に設けられた水素ガス供給口と、前記水素吸蔵合金容器と前記水素ガス供給口間に設けられた外部水素ガス供給配管と、を備え、
前記水素ガス充填装置は、固体電解質膜ユニットと、前記固体電解質膜ユニットを介して対向するように配置された陰極側および陽極側ガス拡散電極と、前記陰極側および陽極側ガス拡散電極にそれぞれ取り付けられた陰極側および陽極側金属集電体と、前記陰極側および陽極側ガス拡散電極間に電気的に接続された駆動電源と、一端が前記陰極側金属集電体に取り付けられ他端が前記水素ガス充填装置外部に面する部位に設けられ前記水素ガス供給口と着脱自在な水素ガス導出口と、を備え、
前記携帯機器側の水素ガス供給口と前記水素ガス充填装置側の水素ガス導出口とを結合して前記水素ガス充填装置から前記携帯機器へと水素ガスを供給することを特徴とする燃料電池搭載携帯機器システム。
【請求項２】
前記水素ガス充填装置が、放熱用外装部を備え、前記携帯機器と前記水素ガス充填装置との結合時に前記放熱用外装部が前記燃料電池ユニットに直接または前記携帯機器筐体で前記燃料電池ユニットの主面が投影される面に密着して装着されることを特徴とする請求項１記載の燃料電池搭載携帯機器システム。
【請求項３】
前記水素ガス充填装置が、変形防止用外装部を備え、前記燃料電池ユニットと前記水素ガス充填装置との結合時に前記変形防止用外装部が前記燃料電池ユニットの主面に直接または前記携帯機器筐体で前記燃料電池ユニットの主面が投影される面に密着して装着されることを特徴とする請求項１記載の燃料電池搭載携帯機器システム。
【請求項４】
前記水素ガス充填装置が、前記固体電解質膜ユニットに対して一方の面に前記陰極側ガス拡散電極、他方の面に前記陽極側ガス拡散電極がそれぞれ対向して配置された単電池を複数積層して一体化した構造を有することを特徴とする請求項１記載の燃料電池搭載携帯機器システム。
【請求項５】
前記水素ガス充填装置が、前記燃料電池ユニットと前記水素ガス充填装置との結合時に前記燃料電池ユニットの水素吸蔵合金容器に接続され前記水素吸蔵合金容器の内圧と温度のいずれか一方または両方の測定を行う検出機構と、前記駆動電源によって前記陽極側および陰極側ガス拡散電極間への印加電圧および通電電流を制御する制御機構とを備え、前記水素吸蔵合金容器の内圧と温度の測定値に基づき前記印加電圧と通電電流とを制御して前記水素ガス充填装置における水素ガスの発生速度と圧力を調整することを特徴とする請求項１記載の燃料電池搭載携帯機器システム。
【請求項６】
前記制御機構が、前記陽極側および陰極側ガス拡散電極間への印加電圧および通電電流を制御して、前記検出機構によって測定された前記水素吸蔵合金容器の内圧を予め設定された目標圧力に一致させるように調整することを特徴とする請求項５記載の燃料電池搭載携帯機器システム。
【請求項７】
水素ガス充填装置から燃料電池を搭載した携帯機器への水素ガス供給方法であって、水素供給開始時は水素吸蔵合金容器の最大定格圧力下で前記水素ガス充填装置から前記携帯機器へと水素ガスを供給し、前記水素吸蔵合金容器の水素貯蔵可能量に対する貯蔵水素量が所定の割合に達した後は、水素吸蔵反応の平衡圧下で水素ガスを供給することを特徴とする水素ガス供給方法。
【請求項８】
前記水素吸蔵合金容器の水素貯蔵可能量に対する貯蔵水素量が所定の割合に達する時点を、検出機構によって測定された前記水素吸蔵合金容器の内圧と温度のいずれか一方または両方によって判断することを特徴とする請求項７記載の水素ガス供給方法。
【請求項９】
水素ガス充填圧力が水素吸蔵反応の平衡圧より上昇した時点をエンドポイントと判断して水素ガス充填を制御または停止することを特徴とする請求項７または８記載の水素ガス供給方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、燃料電池搭載携帯機器システムおよび水素ガス充填装置による燃料電池搭載携帯機器への水素ガス供給方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、水素等の燃料と酸素あるいは空気とを電気化学的に反応させて直接電気エネルギーに変換する燃料電池の研究・開発、さらには実用化が活発に行われている。燃料電他は他のエネルギー変換手段と比べて、高発電効率、装置小型化、地球環境への負荷低減、といった数々の長所があるからである。このような長所を一層活かすべく超小型の水素吸蔵合金を水素供給源とした燃料電池の携帯機器用電源への適用も検討されている。エネルギー容量を現状の代表的な携帯機器用電源であるリチウムイオン電池の数十倍以上に改善できるため、１回の充填操作に対する携帯機器の持続動作時間が飛躍的に向上するからである。以下、従来の燃料電池搭載携帯機器について説明する。
【０００３】
特許文献１には、従来の一つの筐体内に一体化して超小型化した固体高分子型燃料電池を駆動電源とした携帯機器が開示されている（例えば図１ないし３）。
特許文献１中の図１に示された携帯機器の内部には、電池装置収納部に着脱自在な燃料電池ユニットが収納されている。携帯機器と燃料電池ユニット間は従来のニッケル水素等からなる電池装置による結合と同様、電気的かつ機械的に着脱できるように構成されている。
【０００４】
さらに、特許文献１中の図２の燃料電池ユニットの外郭を構成する筐体内には、燃料電池本体と燃料電池本体で使用される水素を貯蔵する水素吸蔵合金容器と、この水素吸蔵合金容器と燃料電池本体を連結し水素を水素吸蔵合金容器から燃料電池本体に導入する水素供給手段と、燃料電池発電に必要な酸素を供給するための空気を燃料電池本体に供給するファン等からなる送気手段と、燃料電池本体で生成された水を回収して保水する保水手段と、上記燃料電池本体の発電動作を制御する制御部とが収納・配置されている。
【０００５】
燃料電池ユニットの筐体には、制御部と携帯機器本体部間を接続する機器接続端子部、送気手段の吸気口と排気口、水素吸蔵合金容器を筐体から出し入れするボンベ着脱蓋が設けられている。水素供給手段は、端部に水素吸蔵合金容器と着脱自在に結合して水素吸蔵合金容器の水素を漏洩させることなく受け入れる水素吸蔵合金容器と燃料電池間の水素供給経路と、この水素吸蔵合金容器と燃料電池間の水素供給経路に連結し、水素吸蔵合金容器からの水素を燃料電池本体に導く複数の水素供給管と、この複数の水素供給管をまとめて燃料電池本体の水素供給口に連結する電池側連結部と、で構成されている。電池装置ケースの底部には燃料電池本体の水生成側に密接させた保水手段がシート状に敷設され、さらに、水素吸蔵合金容器の下面にも接するように延設されている。なお、保水手段には上記水素供給管が包み込まれるように保持されている。
【０００６】
上述の水素供給管は水を透過し、気体を透過しない材質、例えば、パーフルオロスルホン酸高分子等の固体高分子電解質からなっており、かつ水素供給管が上記のように保水手段に包囲された構成となっているので、保水手段の水分が上記水素供給管壁を通して内部に浸透し、内部を通過する水素ガスを加湿する。
【０００７】
上述の保水手段は燃料電池本体に接しているので、燃料電池本体の発電時に発生する熱を吸収し、保水されている水分の蒸発に寄与する。さらに、保水手段が水素吸蔵合金容器にも接するように延設されているため、燃料電池本体の発電時の熱を水素吸蔵合金容器側に伝達させて水素吸蔵合金を加熱することによる水素排出反応効率の向上も併せて図られる。なお、水素吸蔵合金の水素排出時に発生する吸熱反応によって水素吸蔵合金容器の表面が結露する場合があるが、かかる結露水は上述の保水手段により吸収・保水される。
【０００８】
【特許文献１】
特開平０９−２１３３５９号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上述の特許文献１に開示されている着脱可能な水素吸蔵合金容器を搭載した固体高分子型燃料電池を具備した携帯機器では、燃料源である水素を、水素吸蔵合金容器を一々はずして水素吸蔵合金容器に再度水素を充填する方法、あるいは携帯機器外部の水素用高圧ボンベから水素吸蔵合金容器に水素を充填する方法によって供給していた。
【００１０】
しかしながら、水素吸蔵合金容器に再度水素を充填しようとすると、新たに水素を購入しなければならず、また、購入した水素を高圧ボンベの形態で運搬する必要も生じ、取り扱いが煩雑であった。しかも、水素は可燃性気体であるため水素吸蔵合金容器への充填を慎重にする必要があった。
【００１１】
燃料電池に直接水素を供給する手段として、起動性に優れた部分酸化を利用した水素発生器を燃料電池ユニット内に内蔵する方法もあった。しかし、装置構成として比較的大きな水素発生器を燃料電池と一緒に携帯機器に搭載すると、重量増加あるいは容積増加により携帯機器の携帯性が著しく損なわれた。
【００１２】
この発明は、上記問題を解決するものであって、携帯性を損なわずに燃料電池搭載携帯機器へ水素ガスを円滑に供給可能な燃料電池搭載携帯機器システムおよび水素ガス充填装置から燃料電池搭載携帯機器への水素ガス供給方法を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る燃料電池搭載携帯機器システムは、燃料電池ユニットを搭載した携帯機器と上記燃料電池ユニットに水素を供給する水素ガス充填装置からなる燃料電池搭載携帯機器システムであって、上記携帯機器に搭載された燃料電池ユニットは、燃料電池と、上記燃料電池に水素ガスを供給する水素吸蔵合金容器と、上記燃料電池と上記水素吸蔵合金容器間に設けられた内部水素ガス供給配管と、上記携帯機器外部に面する部位に設けられた水素ガス供給口と、上記水素吸蔵合金容器と上記水素ガス供給口間に設けられた外部水素ガス供給配管と、を備え、上記水素ガス充填装置は、固体電解質膜ユニットと、上記固体電解質膜ユニットを介して対向するように配置された陰極側および陽極側ガス拡散電極と、上記陰極側および陽極側ガス拡散電極にそれぞれ取り付けられた陰極側および陽極側金属集電体と、上記陰極側および陽極側ガス拡散電極間に電気的に接続された駆動電源と、一端が上記陰極側金属集電体に取り付けられ他端が上記水素ガス充填装置外部に面する部位に設けられ上記水素ガス供給口と着脱自在な水素ガス導出口と、を備え、上記携帯機器側の水素ガス供給口と上記水素ガス充填装置側の水素ガス導出口とを結合して上記水素ガス充填装置から上記携帯機器へと水素ガスを供給することとした。
【００１４】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１の燃料電池搭載携帯機器システムを構成する燃料電池を駆動電源とした燃料電池搭載携帯機器の概観図であり、図２は燃料電池搭載携帯機器内に装着された燃料電池ユニットおよび燃料電池ユニットへの水素ガス供給のため連結された水素ガス充填装置の概観図、図３は本発明の実施の形態１の燃料電池搭載携帯機器システムを構成する水素ガス供給用の水素ガス充填装置の概観図、をそれぞれ示す。図中、１は燃料電池ユニットを搭載した燃料電池搭載携帯機器（以下、携帯機器と言う）、２は燃料電池ユニット、３は燃料電池ユニット用筐体に収納され水素ガス充填装置によって精製された水素ガスを吸蔵する水素吸蔵合金容器、４は燃料電池ユニット用筐体に収納された燃料電池、５は燃料電池ユニット用筐体に収納され水素吸蔵合金容器と燃料電池間を連結する内部水素ガス供給配管、６は燃料電池ユニット用筐体に収納され携帯機器外部から水素吸蔵合金容器に水素ガスを導入するための外部水素ガス供給配管、７は燃料電池ユニット用筐体表面で携帯機器外部に面する部位に取り付けられ内側が外部水素ガス供給配管６に連結されている水素ガス供給口、８は水素ガス充填装置、９は水素ガス充填装置８外部に面する部位に設けられ上記水素ガス供給口７と着脱自在な水素ガス導出口、をそれぞれ示す。
【００１５】
また、図３中、２０はプロトン導電性膜等のイオン導電性固体電解質体からなる固体電解質ユニットで、さらに、一方の面には陽極側ガス拡散電極２１が、他方の面には陰極側ガス拡散電極２２がそれぞれ固体電解質膜ユニット２０を介して対向するように配置されている。２３は陰極側金属集電体で上述の水素ガス導出口９を有し、２４は陽極側金属集電体で水導入口２５を有し、さらに、水導入口２５と離れた位置に残余ガス導出口２６が設けられている。２７は陰極側および陽極側ガス拡散電極２１，２２間に電気的に接続され、両者間に電圧を印加して通電電流Ｉｏｐを流すために設けられた駆動電源である。
【００１６】
次に、実施の形態１の燃料電池搭載携帯機器システムの動作について説明する。通常、携帯機器１は燃料電池ユニット２内の燃料電池４から発生した電気によって駆動される。かかる燃料電池４の燃料源である水素は、水素吸蔵合金容器３と燃料電池４間を連結する内部水素ガス供給配管５を経て水素吸蔵合金容器３から順次供給される。
【００１７】
水素吸蔵合金容器３内の水素が無くなった場合は、図２に示すように、携帯機器１外部に別途用意された水素ガス充填装置８から水素ガスを供給する。ここで、水素ガス充填装置８の動作を説明する。
【００１８】
水素ガスの原料となる水を水導入口２５から陽極側ガス拡散電極２１に供給する。駆動電源２７を用いて陽極側および陰極側ガス拡散電極２１、２２間に電圧を印加して通電電流ＩＯＰを流すと、陽極側ガス拡散電極２１によって供給された水が酸素ガスと水素イオンに電気分解される。つまり、水が電気分解される。
電気分解によって発生した酸素ガスは本装置の動作には何ら寄与しないので、不要なガスとして残余ガス排出口２６から装置外部へ排出される。
【００１９】
水の電気分解によって発生した水素イオンはイオン導電性固体電解質体からなる固体電解質膜ユニット２０の内部を陰極側ガス拡散電極２２側へと移動し、ここで水素ガスに還元される。図２に示すように、水素ガス導出口９の外部側の一端は携帯機器１側の水素ガス供給口７に対して、必要に応じて着脱自在に連結される仕組みとなっている。ちなみに、水素ガス導出口９と水素ガス供給口７は不使用時にはバルブ等（図示せず）によって外部から密閉されている。
【００２０】
陰極側ガス拡散電極２２に滞留した水素ガスは連結された水素ガス導出口９を通って水素ガス供給口７から携帯機器１の燃料電池ユニット２に導入され、外部水素ガス供給配管６を経て水素吸蔵合金容器３へ移動し、最終的に水素吸蔵合金で吸蔵される。水素吸蔵合金容器３への水素充填が完了するまで上述の動作が継続する。水素ガス充填後は、通常の動作、つまり水素ガスを貯蔵した水素吸蔵合金容器３から放出された水素ガスが内部水素ガス供給配管５を経由して燃料電池４へ供給され、燃料電池４内での発電時に燃料源として供され、化学反応によって電気が発生する。
【００２１】
ここで、上述の説明における携帯機器とは、例えば、ノート型パーソナル・コンピュータ（ＰＣ）、携帯電話や携帯情報端末、携帯通信機器、携帯オーディオ機器、ディジタルカメラ、ビデオカメラ、さらにポータブルなプリンターやファクス、扇風機、保温保冷庫、アイロン、ポット、掃除機、炊飯器、電磁調理器、照明器具またはゲーム機やラジコンカー等の玩具、電動工具等が該当する。
【００２２】
なお、上記説明では携帯機器１外部の水素ガス充填装置８から供給された水素ガスを一旦水素吸蔵合金容器３で蓄積した後、燃料電池４に供給する態様について述べた。しかしながら、水素吸蔵合金容器３を使用せずに、燃料電池４の発電に必要な水素ガスを水素ガス充填装置８から直接供給することも可能である。すなわち、水素ガス充填装置８の水素ガス導出口９を燃料電池４本体の水素ガス導入口に相当する部分、つまり内部水素ガス供給配管５に直接連結することにより燃料電池４本体に直接水素ガスを供給することが可能となる。この結果、より短時間で携帯機器１の駆動を再開できる。なお、上記説明では、燃料電池ユニット２は燃料電池ユニット用の筐体に各構成要素が収納されていることとしたが、専用の筐体を用いず、携帯機器１内に直接燃料電池ユニットの各構成要素を配置してもよい。
【００２３】
以上、実施の形態１の燃料電池搭載携帯機器システムでは、燃料電池搭載携帯機器の燃料源の一つである水素ガスを必要に応じて携帯機器外部の水素ガス充填装置によって補給することとしたので、携帯機器の携帯性を損なうことなく、かつ水素ガス供給を円滑に行うことができる。
【００２４】
実施の形態２．
図４は水素ガス充填装置における水素圧力と水素吸蔵量の関係を示すグラフ、図５は実施の形態２の燃料電池搭載携帯機器システムにおける水素ガス充填装置の構成を示す概観図、をそれぞれ示す。図中、２８は放熱用外装部を表す。
【００２５】
水素吸蔵合金容器３に用いられる水素吸蔵合金では、低温環境下ほど水素吸蔵反応における平衡圧が低下する傾向にある。これは、水素を吸蔵する反応が発熱反応だからである。図４の水素ガス充填装置における水素ガス圧力と水素吸蔵量との関係を示すグラフに示すように、水素吸蔵合金が充填されている水素吸蔵合金容器３内の水素圧力（水素ガス充填圧力）は、水素吸蔵合金が水素を吸蔵あるいは放出して水素吸蔵合金の水素平衡圧力（以下、平衡圧と言う）になるように自動的に調節される。従って、水素吸蔵合金容器３内の水素圧力を水素吸蔵合金の平衡圧より高くすれば、水素吸蔵合金に水素が吸蔵される。
【００２６】
水素吸蔵合金の温度上昇に伴い、水素吸蔵合金の平衡圧も上昇する。また、上述したように水素吸蔵反応は発熱反応であり、水素を吸蔵するに伴い水素吸蔵合金の温度は上昇する。従って、初期的に水素吸蔵合金の温度に対応する平衡圧以上に水素吸蔵合金容器３の水素圧力を設定しても、水素を吸蔵するに伴い水素吸蔵合金の温度は上昇し、平衡圧も上がってしまう。この結果、水素吸蔵合金の平衡圧と水素吸蔵合金容器３の内圧との差が小さくなって水素吸蔵速度が低下する、もしくは平衡圧より水素吸蔵合金容器３の内圧が低下して逆に水素を放出する事態が生じる。すなわち、図４中の温度Ｔ１の特性曲線から、水素吸蔵反応時に生じる発熱によって温度Ｔ２の特性曲線へとシフトする結果、水素吸蔵合金容器３から水素が放出される。従って、水素吸蔵を円滑に行うには水素吸蔵合金の平衡圧が上昇しないように水素吸蔵合金の温度上昇を極力抑えねばならないので、水素吸蔵合金による水素吸蔵時の発熱を除去する冷却装置が別途必要となる。しかし、冷却装置まで含めた水素吸蔵合金容器を携帯機器に搭載すると、携帯機器の大形化を招き、携帯性が著しく損なわれる。
【００２７】
かかる不具合を効果的に防止するため、本実施の形態における燃料電池搭載携帯機器システムを構成する水素ガス充填装置では、図５の概観図に示すような携帯機器１の筐体で燃料電池ユニット２が格納されている部位の主面または燃料電池ユニット２用筐体に対してなるべく大きな面積で接触・密着するような放熱用外装部２８を水素ガス充填装置８に取り付ける手段により、放熱用外装部２８を通して水素吸蔵合金容器３表面の放熱を促進して強制的に冷却させる。
【００２８】
携帯機器１の燃料電池ユニット２用筐体の周囲部分には、水素ガス充填装置８に取り付けられた放熱用外装部２８を密着して装着可能な部位が設けられている（図示せず）。放熱用外装部２８による放熱作用によって水素吸蔵合金容器３が冷却されるに従い、水素吸蔵反応における平衡圧も低下する結果、水素吸蔵合金容器３に内蔵された水素吸蔵合金への水素ガスの充填時間を大幅に短縮でき、携帯機器１に円滑に水素ガス供給を行える。
【００２９】
水素吸蔵合金容器３に対する冷却が必要なのは、携帯機器１の燃料電池ユニット２への水素充填時のみ、すなわち携帯機器１に水素ガス充填装置８を結合しているときのみであるが、本実施の形態における燃料電池搭載携帯機器システムを構成する水素ガス充填装置８では、放熱用外装部等の冷却機構を水素ガス充填装置８側に設けることにより燃料電池ユニット２の大形化を招くことなく、ひいては携帯機器１の携帯性を損なうことなく、水素吸蔵合金容器３への水素充填が円滑に行える点に特徴がある。
【００３０】
なお、上述の説明では、水素吸蔵合金容器３を携帯機器１の中に装着したまま水素充填を行う場合を示したが、水素吸蔵合金容器３を携帯機器１外部に取り出した後、水素ガス充填装置８を用いて水素を充填する際に、水素吸蔵合金容器３表面に接触させるような形態の着脱可能な専用の放熱用外装部によって水素吸蔵合金容器３を冷却させても同様の効果が得られる。
【００３１】
上述の放熱用外装部２８に使われる材質についてはアルミニウム・ステンレス等の熱伝導性に優れた金属が好適であるが、軽量で充分な熱伝導を有するような材料であれば同様に使用できる。
【００３２】
また、水素吸蔵合金容器３もしくは水素吸蔵合金容器３を装着した燃料電池ユニット２の温度を冷却もしくは制御する機構として、上述の放熱用外装部２８の接触による放熱以外に水素吸蔵合金容器３の放熱を改善して水素吸蔵合金の温度上昇を抑える方法、水素吸蔵合金容器３の空冷、水冷もしくはペルチェ素子等の冷却機構を使用することも可能であり、これらの手段も放熱用外装部２８と同様の効果をもたらすことは言うまでもない。
【００３３】
実施の形態３．
実施の形態３の燃料電池搭載携帯機器システムにおける燃料電池搭載携帯機器と水素ガス充填装置間の結合時の上面図を図６（ａ）に、断面図を図６（ｂ）にそれぞれ示す。図中、２８ａは水素ガス充填装置に取り付けられた変形防止用外装部である。
【００３４】
実施の形態２で説明したように水素吸蔵合金に水素を吸蔵させる際に水素吸蔵合金容器３内の水素圧力を平衡圧より高圧化するほど、水素吸蔵速度が向上し水素充填が早く完了する。水素吸蔵合金容器３を高い内圧に耐えるようにするには、水素吸蔵合金容器３の板厚を厚くして強度を上げる方法が一般的である。しかしながら、板厚を厚くすれば水素吸蔵合金容器３自体の重量を増加させてしまうので携帯機器１の携帯性が大幅に損なわれる。一方、同一外形寸法の水素吸蔵合金容器３形状を維持しようとすると容器内容積が減って充填可能な水素吸蔵合金量、すなわち水素貯蔵量が減少し、この結果、携帯機器１の持続動作時間が短縮されてしまうので水素充填を頻繁に行う必要があり、携帯機器１の利便性、携帯性が著しく損なわれる。要するに、水素充填時間を短くするために水素充填時の水素ガス充填圧力を高くすると、水素吸蔵合金容器３の重量が増加したり、あるいは外形寸法が大きくなって水素貯蔵量が減少する不具合が発生した。
【００３５】
かかる問題を解決すべく、実施の形態３の燃料電池搭載携帯機器システムを構成する水素ガス充填装置では、図６に示すような水素吸蔵合金容器３自体、もしくは水素吸蔵合金容器３を搭載した携帯機器１の外側から機械的に抑えて容器の内圧に起因する形状変形を防ぐ変形防止用外装部２８ａを設ける。かかる変形防止用外装部２８ａによって容器形状の変形を有効に防止しながら水素吸蔵反応における水素吸蔵合金容器３の内圧をなるべく高圧化させて水素吸蔵合金への水素ガスの充填時間を短縮させる。
【００３６】
すなわち、本実施の形態の燃料電池搭載携帯機器システムでは、携帯機器１の通常動作時、つまり燃料電池駆動時に水素吸蔵合金容器３に要求される内圧以上の圧力が必要とされるのは、水素充填時のみ、すなわち携帯機器１、燃料電池ユニット２、水素吸蔵合金容器３のいずれかに水素ガス充填装置８を結合しているときのみである点に注目し、水素ガス充填装置８側に外部から水素吸蔵合金容器３の耐圧を増加させる機械的な補強機能、つまり上述した変形防止用外装部２８ａを取り付けたものである。
【００３７】
水素吸蔵合金容器３の形状変形を生じさせる力が携帯機器１の筐体または燃料電池ユニット２の筐体に伝達する構成、すなわち、水素吸蔵合金容器３を装着した状態で水素吸蔵合金容器３の容器外面と携帯機器１または燃料電池ユニット２の筐体外面との間に空間が無いか、あるいは水素吸蔵合金容器３の容器外面が携帯機器１または燃料電池ユニット２の筐体外面に露出させるような構成にする。
また、水素吸蔵合金容器３の耐圧は携帯機器１使用時に必要な耐圧まで耐えうるよう予め設計しておく。
【００３８】
図６に模式的に示すように、水素ガス充填装置８と燃料電池ユニット２の結合時には変形防止用外装部２８ａは燃料電池ユニット２筐体で主面に相当する部分を挟持するように密着しながら装着されるか、あるいは、携帯機器１の筐体主面で燃料電池ユニット２が内部に設置されている部分に相当する部位に密着しながら装着される。
【００３９】
かかる変形防止用外装部２８ａの適用により装着面の変形を機械的に防止する結果、携帯機器１または燃料電池ユニット２に水素吸蔵合金容器３を装着した状態でも水素吸蔵合金容器３の内圧に起因した容器形状の変形を効果的に防止できるので、携帯機器１の携帯性を損なうことなく、円滑に水素ガスを供給できる。
【００４０】
上述の説明では水素吸蔵合金容器３が燃料電池ユニット２、つまり携帯機器１側に内蔵されている場合を一例としたが、水素吸蔵合金容器３を携帯機器１の中に装着した状態で水素ガスの充填を行う手段以外に、水素吸蔵合金容器３を取り出して着脱可能な専用の変形防止用外装部２８ａを使用しても同様の効果が得られる。以下に説明する。
【００４１】
携帯機器１から水素吸蔵合金容器３を取り出して水素を充填する場合には、変形防止用外装部２８ａを圧力変形に耐えうるに充分な機械的強度を有する材質で構成し、変形しやすい方向のみを抑えるようにした形状あるいは水素吸蔵合金容器３を完全に覆うような形状とする。
【００４２】
例えば、水素吸蔵合金容器３が円筒形状を呈する場合は、水素吸蔵合金容器３の外直径に等しい内径のパイプ形状を有する変形防止用外装部２８ａに挿入すれば径方向の水素吸蔵合金容器３の変形を抑制できる。また、水素吸蔵合金容器３が直方体の形状を呈する場合は、最も面積の広い対向する二面間、つまり主面間を変形防止用外装部２８ａで抑えれば、当該主面の変形、膨張を効果的に抑制できる。
【００４３】
上述の変形防止用外装部２８ａに使われる部材としてはアルミニウム・ステンレス等の金属が機械強度の観点から好適であるが、他の部材でも軽量でかつ必要充分な機械的強度を具備するものであれば使用可能である。
【００４４】
なお、水素充填終了時には、水素吸蔵合金に吸蔵しきれなかった水素が水素吸蔵合金容器３の空間に残存するが、かかる水素量は水素吸蔵合金に吸蔵された水素量に比べれば無視しうる程度の微量であり、水素吸蔵合金容器３内の空間に残留した水素を排出すれば、水素吸蔵合金容器３の内圧は平衡圧に復帰する結果、最大定格圧力以下にすることができる。または、水素ガス充填装置８の水素発生量を制御して水素吸蔵合金が吸収しきれる量の水素量のみを発生させて水素吸蔵合金容器３内に導入すれば、充填終了時に水素吸蔵合金容器３内には水素吸蔵合金に吸蔵しきれなかった水素が残留するような不具合が生じないので、水素吸蔵合金容器３の内圧は自動的に平衡圧に復帰して最大定格圧力以下になる。この状態で水素吸蔵合金容器３を水素ガス充填装置８から取り外せば、容器内圧は最大定格圧力以下であり容器形状が変形すること無しに水素充填ができる。
【００４５】
さらに、水素充填時に水素吸蔵合金容器３や携帯機器１等を密閉容器内に封入して密閉容器内を水素吸蔵合金容器内への充填圧力と同一圧力に保っても同様な効果が得られる。なお、上述の説明では変形防止用外装部２８ａにおける形状変形防止機能についてのみ述べたが、かかる変形防止用外装部２８ａは実施の形態２で説明した放熱用外装部２８と同様の放熱機能も有することは言うまでもない。
【００４６】
実施の形態３の燃料電池搭載携帯機器システムでは、水素ガス充填装置８側に変形防止用外装部２８ａを設けたので、水素吸蔵合金容器の重量増加や大形化、水素貯蔵量の減少を招くことなく水素充填圧力を高圧化できるため、携帯機器の携帯性を損なわず、かつ水素ガス供給を円滑に行うことができる。
【００４７】
実施の形態４．
図７は実施の形態４の燃料電池搭載携帯機器システムにおける水素ガス充填装置の概観図である。図中、２９は水素ガス拡散層、３０は水素発生部、３１は水素昇圧部、をそれぞれ示す。
【００４８】
実施の形態１で説明した水素ガス充填装置では固体電解質膜ユニット２０の両側に一対の陽極側および陰極側ガス拡散電極２１，２２を配置した単電池を使用したが、固体電解質膜ユニット２０と陽極側および陰極側ガス拡散電極２１，２２を交互に積層して複数の単電池を一体化した構造からなる水素発生部３０、水素昇圧部３１を有する水素ガス充填装置８ａを用いることも水素充填時間の短縮、つまり円滑な水素ガス供給に極めて有効である。
【００４９】
図７に実施の形態４の二つの単電池を一体化した構造からなる水素ガス充填装置８ａの概観図を示す。二つの単電池はそれぞれ水素発生部３０と水素昇圧部３１に相当する。水素発生部３０において発生した水素ガスは水素ガス拡散層２９を経て、水素昇圧部３１で加圧される。
【００５０】
水素発生部３０により生成した初段水素圧力をＰ０、水素昇圧部３１により昇圧された最終的な水素圧力をＰｆ、駆動電源２７によって水素発生部３０の陽極側および陰極側ガス拡散電極２１，２２間に印加される電圧をＶ０、水素昇圧部３１の陽極側および陰極側ガス拡散電極２１，２２間に印加される電圧をＶｐとしたとき、初段水素圧力Ｐ０と最終水素圧力Ｐｆについては、以下の２式が成立する。
【００５１】
Ｌｎ（Ｐ０）＝２Ｆ・（Ｖ０−ＥＨ２Ｏ）／（Ｒ・Ｔ）                （１）
Ｌｎ（Ｐｆ／Ｐ０）＝２Ｆ・Ｖｐ／（Ｒ・Ｔ）                      （２）
上式中のＦはファラデー定数、Ｒは気体定数、Ｔは温度、ＥＨ２Ｏは水分解電圧（１．２３Ｖ）である。
【００５２】
上式より、複数の単電池で構成された水素ガス充填装置８ａでは、印加電圧Ｖ０が大きくなるほど最終水素圧力Ｐｆが高くなることが分かる。なお、（１）式では印加電圧Ｖ０を大きくすれば初段水素圧力Ｐ０を高くすることが可能となるが、陰極側ガス拡散電極２２における初段水素圧力Ｐ０と陽極側ガス拡散電極２１における大気圧との圧力差が大きくなると、水素発生部３０の固体電解質膜ユニット２０に影響を与える可能性がある。したがって、水素発生部３０の印加電圧Ｖ０には上限がある。本実施の形態によれば、水素昇圧部３１を複数設けることにより水素発生部３０の印加電圧Ｖ０を上げずに印加電圧Ｖｐを大きくすることができる。印加電圧Ｖｐが大きくなると、（２）式から分かるように、最終水素圧力Ｐｆが増加する。
【００５３】
よって、図７に示した本実施の形態の燃料電池搭載携帯機器システムにおける水素ガス充填装置８ａのように複数の単電池を設ける構成、つまり、固体電解質膜ユニット２０に対して一方の面に陰極側ガス拡散電極２２、他方の面に陽極側ガス拡散電極２１がそれぞれ配置された単電池を複数積層して一体化した構造とすると、水素ガス充填装置８ａの最終水素圧力Ｐｆが向上するので、水素吸蔵合金容器３もしくは水素吸蔵合金容器３を搭載した携帯機器１への水素ガス充填時間を短縮できる。すなわち、携帯機器の携帯性を損なうことなく、携帯機器に円滑に水素ガス供給を行える。
【００５４】
実施の形態５．
実施の形態５の燃料電池搭載携帯機器システムにおける水素ガス充填装置の概観図を図８に示す。図中、３２は検出機構である。
【００５５】
水素ガス充填装置で精製され加圧された水素ガスが水素吸蔵合金容器に充填される際に、水素吸蔵合金と水素ガス間の化学反応における平衡圧下で水素ガスの充填が行われる。また、水素吸蔵反応における周囲温度が変化すると水素吸蔵反応の平衡圧も変化する。実施の形態５の燃料電池搭載携帯機器システムにおける水素ガス充填装置およびその水素ガス供給方法は、水素ガス充填装置８ｂに水素吸蔵合金容器３の内圧と温度を検出できる検出機構３２を設けることにより、水素吸蔵反応における平衡圧と水素ガス発生圧力をほぼ同一に維持しながら充填し、水素吸蔵合金容器３の内圧が平衡圧を上回った場合に圧力上昇を感知し、水素充填を制御して充填完了させるようにして、携帯機器１の携帯性を損なうことなく、携帯機器１への水素ガス供給を円滑ならしめたものである。以下、水素ガス充填装置８ｂおよびその水素ガス供給方法について説明する。
【００５６】
水素吸蔵合金容器３に水素充填を行う際、水素ガス充填装置８ｂで発生した水素を水素吸蔵合金容器３に導入すると、水素吸蔵合金の水素吸蔵速度が無限大とすれば、実施の形態２の図４で説明したように水素吸蔵合金３は容器の内圧を平衡圧に保つように水素を吸蔵するので、容器内圧は平衡圧の状態で水素吸蔵合金内の水素吸蔵量が増加する。すなわち、図４中の特性曲線上を右側に動いて行く。一方、水素吸蔵合金に水素が吸蔵できなくなると、図４のグラフ右端に示すように水素圧力は平衡圧から急激に上昇する。
【００５７】
現実の水素吸蔵合金の水素吸蔵速度は有限であるため、水素吸蔵時の水素吸蔵合金容器３の内圧は平衡圧に一致せず、水素吸蔵合金容器３に導入される水素量、すなわち水素ガス充填装置８ｂにおける水素発生速度と水素吸蔵合金の水素吸蔵速度とのバランスで決定される。水素吸蔵合金の温度変化が無ければ、水素発生速度が水素吸蔵速度より大きい場合、吸蔵しきれない水素は水素吸蔵合金容器３の内圧を上昇させ、その結果、平衡圧と容器内圧の圧力差が増大して水素吸蔵速度が増加し、結局水素発生速度に等しい水素吸蔵速度になる容器内圧でバランスする。
【００５８】
しかし、水素吸蔵時の発熱により水素吸蔵合金の温度上昇が生じると平衡圧も上昇するため、容器内圧のバランス条件は複雑に変化する。ただし、水素吸蔵合金への水素吸蔵ができなくなると容器内圧が急激に上昇する現象は変わらない。従って、水素吸蔵合金容器３への水素充填を一定の水素発生速度下で行うと容器内圧が高くなりすぎて最大定格圧力を越えてしまう場合、あるいは逆に容器内圧が平衡圧より低下して水素吸蔵が進行しなくなる場合があった。
【００５９】
水素を円滑に充填するには、水素吸蔵合金容器３を必要以上に加圧しない状態が望ましい。かかる目的を達成するには、水素吸蔵合金の平衡圧より少しだけ高く充填圧力を設定し、水素吸蔵合金に水素が吸蔵されなくなったら直ちに水素ガス充填装置の水素発生を停止する必要がある。
【００６０】
本実施の形態の燃料電池搭載携帯機器システムにおける水素ガス充填装置およびその水素ガス供給方法は、かかる目的達成のための手段を提供するものである。すなわち、水素ガス充填装置８ｂには、携帯機器１側の水素吸蔵合金容器３の温度と圧力を検出する検出機構３２、およびこれらの検出値に基づき陽極側および陰極側ガス拡散電極２１，２２間の通電電流ＩＯＰを制御する制御機構（図示せず）が設けられている。温度検出機構として熱電対等、圧力検出機構として半導体圧力センサー等の公知の各種センサーが利用できる。また、圧力検出は水素吸蔵合金容器３と空間的に結合されている固体電解質膜ユニット２０側で行っても良い。さらに、温度検出も水素吸蔵合金容器３と熱の良導体で接続される水素ガス充填装置８ｂ側で行っても良い。
【００６１】
検出機構３２から得られた検出温度から水素吸蔵合金の平衡圧を算出し、この平衡圧に予め設定した増分だけ高い圧力を目標圧力として検出圧力が目標圧力になるように駆動電源２７を制御する手段によって、陽極側および陰極側ガス拡散電極２１，２２間の通電電流ＩＯＰを調整する。すなわち、水素発生速度は通電電流ＩＯＰに比例するため、通電電流ＩＯＰを調整・制御すれば、水素発生速度を変えることができるからである。平衡圧に対する目標圧力の増分は、例えば平衡圧の１０％から２０％程度が好適であるが、これらの値以外の任意の値に設定可能しても良い。一方、水素吸蔵合金の水素吸蔵速度が充分に大きい場合には、実施の形態１のように増分ゼロ、すなわち平衡圧を目標圧力に設定しても良い。
【００６２】
また、水素吸蔵合金の平衡圧の温度依存性は水素吸蔵合金の種類に固有なので、予め制御部にデータとして保持して、目標圧力の算出に利用する。陽極側および陰極側ガス拡散電極２１，２２間の通電電流ＩＯＰの制御は、例えば、検出圧力が目標圧力より低ければ通電電流ＩＯＰを増加し、目標圧力より高ければ通電電流ＩＯＰを低減するように実施する。通電電流ＩＯＰの制御は上述したように駆動電源２７の制御によって円滑にかつ容易に実行される。水素吸蔵合金容器３の水素吸蔵速度が充分に大きいければ通電電流ＩＯＰを増加して水素発生速度を大きくしても検出圧力は最大でも目標圧力（この場合は平衡圧）までにしか到達しない。そして、検出圧力が目標圧力を超えた時点が充填完了時点、つまりエンドポイントであり、かかる時点で通電電流ＩＯＰをゼロとして水素ガス充填装置８ｂ内の水素発生を停止させる。
【００６３】
水素吸蔵速度が充分に速いとはみなせない場合は、水素発生速度を大きくすると検出圧力が目標圧力を超える場合があるため、検出圧力が目標圧力より高圧となって通電電流ＩＯＰをゼロにしても目標圧力に低下しない状態において、水素充填完了とする。このように通電電流ＩＯＰを介して水素ガス充填装置８ｂを制御すれば、水素吸蔵合金容器３に対して必要最低限の圧力しか加圧せずに、かつ余剰の水素発生を防止しながら確実に水素を充填できる。すなわち、携帯機器１の携帯性を何ら損なうことなく携帯機器１に円滑に水素ガスを供給できる。
【００６４】
なお、上述の水素ガス充填装置およびその水素ガス供給方法では、水素吸蔵合金容器充填のための目標圧力を平衡圧あるいは平衡圧より少し高めに設定して水素ガス充填装置を制御したが、目標圧力を予め設定した一定圧力としても良い。
かかる水素ガス供給方法では水素吸蔵合金容器３側に圧力検出機構３２を取り付け、設定圧力を目標圧力とし、検出圧力が目標圧力になるように陽極側および陰極側ガス拡散電極２１，２２間の通電電流ＩＯＰを制御する制御部（図示せず）を設ける。目標圧力が水素充填期間中一定となるよう設定しても、上述したごとく水素吸蔵合金容器３内の圧力バランスは複雑であるため、圧力変動に対応した発生水素量に対する緻密な制御が不可欠である。この場合、目標圧力に維持するために必要な通電電流ＩＯＰがゼロになった時点を水素充填完了のエンドポイントとする。目標圧力としては、水素吸蔵合金容器３に悪影響を与えない最大圧力、例えば最大定格圧力を選択すると充填時間が短縮化されるので好適である。また、かかる構成を適用すると圧力検出のみで簡便に水素充填制御が行える利点も併せて生じる。なお、上述の圧力検出機構３２としては前述の水素ガス充填装置と同様に半導体圧力センサー等の公知のセンサーが適用可能であり、圧力検出は水素吸蔵合金容器３と空間的に結合している固体電解質膜ユニット２０側で行っても良い。
【００６５】
以上、本実施の形態の燃料電池搭載携帯機器システムにおける水素ガス充填装置およびその水素ガス供給方法によって水素吸蔵合金容器に水素充填を行うと、検出機構によって得られた水素吸蔵合金容器の温度や圧力の検出値に基づき水素充填完了時点、つまりエンドポイントを速やかに判断できるので、水素吸蔵合金容器もしくは水素吸蔵合金容器を搭載した携帯機器への水素ガス充填について余剰分を生成することなく効率的に行えるため、携帯機器の携帯性を著しく損なうことなく、携帯機器に円滑に水素ガスを供給できる。
【００６６】
実施の形態６．
実施の形態６の燃料電池搭載携帯機器システムにおける水素ガス充填装置およびその水素ガス供給方法では、水素ガス充填装置において水の電気分解により水素ガスを精製、加圧する際に、水素吸蔵合金容器３の容器内圧と水素ガス充填装置８ｂの水素ガス発生圧力を感知しながら水の電気分解における電圧値と電流値を制御する。以下、実施の形態６の水素ガス供給方法について具体的に説明する。
【００６７】
先ず、水素吸蔵合金容器３内圧と水素ガス発生内圧を感知しながら水の電気分解における重要な条件である陽極側および陰極側ガス拡散電極２１，２２間の印加電圧と通電電流ＩＯＰを制御する方法について図９に基づき説明する。図９は水素吸蔵合金容器内への水素ガス充填量に対する容器内圧の変化を示している。水の電気分解により発生した水素ガスの圧力をＰ１、最大定格圧力をＰｍａｘとした場合に、水素ガスを水素吸蔵合金容器３に吸蔵させる初期段階においてＰ１＝Ｐｍａｘとなるように陽極側および陰極側ガス拡散電極２１，２２間の印加電圧と通電電流ＩＯＰを調整する。なお、かかる調整は駆動電源２７の制御によって行う。水素吸蔵合金容器３内の水素吸蔵合金の水素ガス吸蔵可能容量の８０％が吸蔵されるまで水素ガス発生圧力Ｐ１＝Ｐｍａｘの下に水素ガス充填を継続する。
【００６８】
水素吸蔵合金容器３の水素ガス吸蔵可能容量に対して８０％まで水素が吸蔵された後は、水の電気分解によって発生する水素ガスの圧力Ｐ１が水素吸蔵反応の平衡圧Ｐｅｑとなるように陽極側および陰極側ガス拡散電極２１，２２間の印加電圧と通電電流ＩＯＰを制御しつつ水素ガスを充填する。かかる平衡圧Ｐｅｑは、検出機構３２によって検出された水素吸蔵合金容器３の温度と内圧に基づき判断する。水素吸蔵合金容器３への水素充填完了は、実施の形態５の水素ガス供給方法と同様、水素吸蔵反応における平衡圧Ｐｅｑよりも容器内圧が上回った時点とする。つまり、平衡圧Ｐｅｑに対する容器内圧上昇が本水素ガス供給方法における水素充填完了のエンドポイント（図９）となる。
【００６９】
上述のような水素ガス供給方法を適用すれば、発生水素ガスの圧力を最大定格圧力Ｐｍａｘまで昇圧できるために、水素吸蔵合金容器３への水素充填時間を短縮することが可能となる。また、容器内圧と温度を検出しながら陽極側および陰極側ガス拡散電極２１，２２間の印加電圧と通電電流ＩＯＰを制御するので、水素ガス充填時の水素吸蔵合金容器温度に応じた水素ガス発生速度と水素ガス発生圧力を調整する手段によって水素吸蔵合金容器３もしくは水素吸蔵合金容器３を搭載した携帯機器１への水素ガス充填を水素吸蔵合金容器３に無理な負荷を与えずに円滑に行える効果がある。
【００７０】
上述の水素ガス供給方法では、先ず、水素充填を最大定格圧力Ｐｍａｘ下で水素ガス供給（制御Ｉ）で行い、水素充填の最後の部分の制御を実施の形態５の水素ガス供給方法（制御ＩＩ）で行う方法を示した。上述の説明では、制御Ｉから制御ＩＩへの移行時点を水素吸蔵合金の水素吸蔵可能容量の８０％としているが、これは任意に設定可能である。また制御Ｉでの目標圧力を最大定格圧力Ｐｍａｘとしているが、目標圧力は水素吸蔵容器に悪影響を与えない圧力ならば任意に設定して良い。
【００７１】
水素充填中のある時点における水素吸蔵合金の水素吸蔵量は、水素充填開始前の水素吸蔵合金内の残存水素吸蔵量が判明すれば、水素充填開始後の水素充填量、すなわち、水素ガス充填装置の水素発生量から容易に推測できる。つまり、水素発生量は、陽極側および陰極側ガス拡散電極２１，２２間の通電電流ＩＯＰが水素発生速度に比例するので、通電電流ＩＯＰの積算値から容易に算出できるからである。図４の水素吸蔵合金特性の平衡圧が水素吸蔵量に若干依存し、これが水素吸蔵合金の種類による固有値であるため、各温度における水素吸蔵量と平衡圧のデータを予め保持していれば、充填開始前の水素吸蔵合金の水素吸蔵量は推測可能である。すなわち、水素充填開始前の水素吸蔵合金容器３の検出温度は水素吸蔵合金の温度に相当し、検出圧力はその温度での平衡圧であるため、これらと予め保持している各温度の水素吸蔵量と平衡圧の関係から水素吸蔵量を推測できる。
【００７２】
従って、充填開始後に水素吸蔵合金容器３の圧力が最大定格圧力Ｐｍａｘになるように水素発生速度を制御すべく陽極側および陰極側ガス拡散電極２１，２２間の通電電流ＩＯＰを制御すると共に、通電電流ＩＯＰを積算し発生水素量、すなわち充填水素量を導出して、水素充填開始前の残存水素吸蔵量と充填開始後の充填水素量の総和が水素吸蔵合金の水素吸蔵可能容量に対して予め設定した割合、例えば８０％に到達した時点で、制御Ｉから制御ＩＩへと移行すれば良い。
【００７３】
なお、水素充填開始前の水素吸蔵合金容器３の残存水素吸蔵量が明らかにゼロの場合は、初期水素吸蔵量を推定するステップは省略して、残存水素吸蔵量ゼロとして制御すれば良い。また、充填水素量は陽極側および陰極側ガス拡散電極２１，２２間の通電電流ＩＯＰを積算せずに固体電解質膜ユニット２０と水素吸蔵合金容器３間に流量計を設置して直接測定しても良い。なお、水素充填中のある時点における水素吸蔵合金容器３の水素吸蔵量を測定する方法としては上述とは全く別の方法でも良く、例えば水素吸蔵合金の電気抵抗から推測する方法を適用すれば、直接制御Ｉから制御ＩＩへの移行時点を検出することもできる。
【００７４】
制御Ｉから制御ＩＩに移行した瞬間に、容器圧力は最大定格圧力Ｐｍａｘで目標圧力はその温度における平衡圧Ｐｅｑ、もしくはＰｅｑ＋α（αは予め設定している増分）となり、目標圧力は容器圧力より小さいため、陽極側および陰極側ガス拡散電極２１，２２間の通電電流ＩＯＰは絞られて水素発生速度は低下し、水素吸蔵合金は水素を吸蔵し続けるため水素吸蔵容器３の内圧は図９に示すように急低下する。その後は実施の形態５の水素ガス供給方法と同様に制御され、水素充填が完了する。
【００７５】
実施の形態６の水素ガス供給方法では、水素充填時の大半の期間を高い充填圧力で行えるため水素充填時間が短く、かつ水素充填完了時には水素吸蔵合金容器の内圧はほぼ平衡圧に低下しているので、携帯機器に円滑に水素ガスを供給できる効果に加えて、さらに、容器に与える機械的負荷を低減でき安全性が向上する効果も併せて生じる。
【００７６】
【発明の効果】
本発明に係る燃料電池搭載携帯機器システムは、燃料電池ユニットを搭載した携帯機器と上記燃料電池ユニットに水素を供給する水素ガス充填装置からなる燃料電池搭載携帯機器システムであって、上記携帯機器に搭載された燃料電池ユニットは、燃料電池と、上記燃料電池に水素ガスを供給する水素吸蔵合金容器と、上記燃料電池と上記水素吸蔵合金容器間に設けられた内部水素ガス供給配管と、上記携帯機器外部に面する部位に設けられた水素ガス供給口と、上記水素吸蔵合金容器と上記水素ガス供給口間に設けられた外部水素ガス供給配管と、を備え、上記水素ガス充填装置は、固体電解質膜ユニットと、上記固体電解質膜ユニットを介して対向するように配置された陰極側および陽極側ガス拡散電極と、上記陰極側および陽極側ガス拡散電極にそれぞれ取り付けられた陰極側および陽極側金属集電体と、上記陰極側および陽極側ガス拡散電極間に電気的に接続された駆動電源と、一端が上記陰極側金属集電体に取り付けられ他端が上記水素ガス充填装置外部に面する部位に設けられ上記水素ガス供給口と着脱自在な水素ガス導出口と、を備え、上記携帯機器側の水素ガス供給口と上記水素ガス充填装置側の水素ガス導出口とを結合して上記水素ガス充填装置から上記携帯機器へと水素ガスを供給することとしたので、携帯機器の携帯性を損なうことなく、かつ水素ガス供給を円滑に行うことが可能な燃料電池搭載携帯機器システムが容易に得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１の燃料電池搭載携帯機器システムを構成する燃料電池を駆動電源とした燃料電池搭載携帯機器の概観図である。
【図２】実施の形態１の燃料電池搭載携帯機器システムにおける燃料電池搭載携帯機器内に装着された燃料電池ユニットおよび燃料電池ユニットへの水素ガス供給のため連結された水素ガス充填装置の概観図である。
【図３】実施の形態１の燃料電池搭載携帯機器システムを構成する燃料電池搭載携帯機器へ水素を供給する水素ガス充填装置の概観図である。
【図４】水素ガス充填装置における圧力と水素吸蔵量の関係を示すグラフである。
【図５】実施の形態２の燃料電池搭載携帯機器システムにおける水素ガス充填装置の構成を示す概観図である。
【図６】（ａ）は実施の形態３の燃料電池搭載携帯機器システムにおける燃料電池搭載携帯機器と水素ガス充填装置間の結合時の上面図、（ｂ）は断面図である。
【図７】実施の形態４の燃料電池搭載携帯機器システムにおける水素ガス充填装置の概観図である。
【図８】実施の形態５の燃料電池搭載携帯機器システムにおける水素ガス充填装置の概観図である。
【図９】実施の形態６の水素ガス供給方法による水素吸蔵合金容器内への水素ガス充填量に対する容器内圧の変化である。
【符号の説明】
１  携帯機器、  ２  燃料電池ユニット、  ３  水素吸蔵合金容器、  ４  燃料電池、  ５  内部水素ガス供給配管、  ６  外部水素ガス供給配管、  ７  水素ガス供給口、  ８、８ａ、８ｂ  水素ガス充填装置、  ９  水素ガス導出口、２０  固体電解質ユニット、  ２１  陽極側ガス拡散電極、  ２２  陰極側ガス拡散電極２２、  ２３  陰極側金属集電体、  ２４  陽極側金属集電体、  ２５  水導入口、  ２６  残余ガス導出口、  ２７  駆動電源、  ２８  放熱用外装部、  ２８ａ  変形防止用外装部、  ２９  水素ガス拡散層、  ３０  水素発生部、  ３１  水素昇圧部、  ３２  検出機構。
【図１】
2004281107.tif 000003
【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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