(57)【要約】【課題】携帯機器に使用する燃料電池の燃料室を加圧し、燃料が減った状態でも機器の方向や傾きに関わらず燃料を供給可能な燃料電池を提供することを課題とする。【解決手段】燃料電池１０のケーシング１２内部には燃料室１８と排水タンク２８が設けられている。燃料室１８はシリンダ１４の中に設けられ、シリンダ１４の中を摺動自在なピストン１６によって燃料室１８の内外を区分し、かつピストン１６がシリンダ１４の中を移動することで燃料室１８の容積を可変させることができる。ピストン１６はバネ部材２６で燃料室１８の容積が縮小する方向に押圧されており、発電により燃料が消費されて燃料室１８内の燃料が減少しても、燃料室１８の容積を縮小することで燃料の液面低下を防止し、アノード（陰極）に燃料を効率よく接触させることができる。【選択図】　図１
2004087222.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
貯留された燃料を燃料電池本体に供給する燃料室と、
前記燃料電池本体から排出される排出液体および排出気体を貯留するタンクと、
貯留する燃料の残量に応じて前記燃料室の容積を変える容積調節手段と、
前記容積調節手段を容積縮小方向に付勢する付勢手段と、
を備えたことを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
前記付勢手段が、前記タンク内に排出される排出液体および排出気体の圧力であることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池。
【請求項３】
前記付勢手段が、弾性部材であることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池。
【請求項４】
前記燃料室がシリンダで構成されシリンダ内のピストンが前記排出液体および排出気体の圧力または弾性部材で押圧されることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は燃料電池に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
カメラのように手に持って使用する小型携帯機器に燃料電池を使用する場合、機器の上下方向や傾きが規定できないため、特に燃料室内の燃料が減ってくると正しく燃料電池に燃料を補給できなくなる可能性がある。
【０００３】
別体式の燃料タンクを別個に設ける方式も考えられるが、機器の大型化を招くので携行性の面で望ましくない。
【０００４】
また従来例としては、直方体形状の水素燃料容器を用いて電池の筐体内部でのデッドスペースを少なくしたものが存在する（例えば特許文献１参照）が、機器の上下方向や傾きには対応していない。
【０００５】
さらに、燃料電池による発電は炭酸ガスと水の発生を伴うが、小型携帯機器に燃料電池を応用する場合、排出される水の処理方法が問題となる。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１０−６４５６７号公報　（請求項１、第１図）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記事実を考慮し、携帯機器に使用する燃料電池の燃料室を加圧し、燃料が減った状態でも機器の方向や傾きに関わらず燃料を供給可能な燃料電池を提供することを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の燃料電池は、貯留された燃料を燃料電池本体に供給する燃料室と、前記燃料電池本体から排出される排出液体および排出気体を貯留するタンクと、貯留する燃料の残量に応じて前記燃料室の容積を変える容積調節手段と、前記容積調節手段を容積縮小方向に付勢する付勢手段と、を備えたことを特徴とする。
【０００９】
上記構成の発明では、発電に伴って燃料が消費されて燃料の残量が少なくなり、また燃料電池を使用する際の角度・傾きによって電池セルのアノード（陰極）に燃料が接し難い状況になっても燃料室の容積を縮小することで、電池セルのアノード（陰極）に常に燃料が接している状態を保つことができる。
【００１０】
請求項２に記載の燃料電池は、付勢手段が、タンク内に排出される排出液体および排出気体の圧力であることを備えたことを特徴とする。
【００１１】
上記構成の発明では、発電に伴って排出される排出液体および排出気体の圧力で燃料室の容積調節手段を押圧し、燃料室の容積を縮小することで、少なくなった燃料を効率的に使い、且つ使用時の角度に影響されずに発電することができる。
【００１２】
請求項３に記載の燃料電池は、付勢手段が、弾性部材であることを特徴とする。
【００１３】
上記構成の発明では、弾性部材を付勢手段に使うことで、排出液体・気体の圧力を使用するよりも安定して容積調節手段を押圧することができる。また、排出液体・気体を加圧のために貯留する必要がないのでタンクおよび燃料電池全体を小型にできる。
【００１４】
請求項４に記載の燃料電池は、燃料室がシリンダで構成されシリンダ内のピストンが排出液体および排出気体の圧力または弾性部材で押圧されることを特徴とする。
【００１５】
上記構成の発明では、シリンダ／ピストン構造の燃料室であって、発電による燃料消費に対応してピストンを押圧することで容積の縮小を行なう。ピストンを排出液体・気体の圧力または弾性部材で押圧すればスムーズな容積の縮小が行なえる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１には、第１形態に係る燃料電池の断面図が示されている。
【００１７】
図１に示すように、燃料電池１０のケーシング１２内部には燃料室１８と排水タンク２８が設けられている。
【００１８】
燃料室１８はシリンダ１４の中に設けられ、シリンダ１４の中を摺動自在なピストン１６によって燃料室１８の内外を区分し、かつピストン１６がシリンダ１４の中を移動することで燃料室１８の容積を可変させることができる。
【００１９】
ピストン１６はバネ部材２６で燃料室１８の容積が縮小する方向に押圧されており、発電により燃料が消費されて燃料室１８内の燃料が減少しても、燃料室１８の容積を縮小することで燃料の液面低下を防止し、後述するアノード（陰極）４０に燃料を効率よく接触させることができる。
【００２０】
燃料室１８のピストン１６と対向してアノード４０が配置されており、アノード４０が燃料と接する部分を形成している。このアノード４０にはケーブル２２が接続されており、燃料を消費しながら発電して得られた電気を燃料電池１０の外へケーブル２２を経由し、端子部３０から送り出している。
【００２１】
電池本体２０は後述するアノード・プロトン導電膜・カソードからなる電池セル３２が単独または複数スタックした状態で設けられており、アノード４０で燃料を消費し、カソード４２では酸素を消費しつつ水を排出して発電を行なう。
【００２２】
ケーシング１２内のカソード４２に面した区域が排水タンク２８であり、カソード４２で発生した水を貯留する。また、カソード４２の表面で消費される酸素を補給するための空気を貯留する役目も兼ねている。
【００２３】
本願では、通常の燃料電池では外部に廃棄している水を排出タンク２８に貯留するため、発電に伴って排出タンク２８内部が水で一杯になる可能性もあり得る。そのため開閉可能な小窓２４を設け、水が溜まりすぎた場合は小窓２４から排水する。あるいは小窓２４の材質に、水蒸気は透過するが水は透過しない特殊繊維素材ゴアテックス（登録商標）等を使用してもよい。
【００２４】
図２には、第２形態に係る燃料電池の断面図が示されている。
【００２５】
図２に示すように、燃料電池１１のケーシング１２内部は仕切り部３４と電池本体２０によって、燃料室１８と排出タンク２８とに区分される。
【００２６】
燃料室１８の容積を可変するピストン１６はバネ部材２６によって燃料室１８の容積が縮小する方向に押圧されており、発電に伴って燃料が消費されるとピストン１６を押圧して燃料室１８の容積を縮小する。
【００２７】
これにより、燃料の減少による液面低下は起こらず、燃料室１８の内壁を形成している電池本体２０のアノード４０に、効率的に接触させることができる。
【００２８】
電池本体２０での発電に伴ってカソード４２の表面には水が析出するが、本形態では発生した水を燃料室１８の容積縮小に利用しないので排出タンク２８に貯留するのみであり、小窓２４から随時廃棄しても差支えはないので、ケーシング１２全体の大きさを小さく出来る利点がある。
【００２９】
図３には本形態に係る燃料電池の概念図が示されている。
【００３０】
本形態において使用されるメタノール直接型燃料電池（ＭＤＦＣ）の電池本体２０は、電池セル３２が単独または複数スタックした構成となっており、電池セル３２はアノード（陰極）４０、プロトン導電膜４４、カソード（陽極）４２から構成されている。
【００３１】
アノード４０では燃料のメタノール水中に含まれるメタノールを水素イオン、電子および炭酸ガスに分離し、水素イオンはプロトン導電膜４４を透過してカソード４２側へ移動する。炭酸ガスは排ガスとしてメタノール水中に排出される。
【００３２】
一方、電子は抵抗４８を通過してカソード４２へと向かう。これが電気エネルギーとして取り出され、抵抗４８で仕事が行われる。
【００３３】
カソード４２ではプロトン導電膜４４を透過した水素イオンと抵抗４８を通って来た電子、および空気中の酸素が結合して水となり、排水タンク２８に排出される。
【００３４】
以上の様に燃料電池での発電は水の発生を伴い、従来は水を外に排出するか、タンクに貯留するに止まっているが、本願では排水を積極的に利用し、燃料の安定した反応に役立てている。
【００３５】
図４には、第３形態に係る燃料電池の断面図が示されている。
【００３６】
図４に示すように、燃料電池１３はケーシング１２内部を柔軟な素材からなる仕切り部３３で燃料室１８と排出タンク２８とに区分した構造となっている。
【００３７】
仕切り部３３の一端は電池本体２０に固定されており、電池本体２０は燃料室１８と排出タンク２８の仕切り壁として作用している。
【００３８】
仕切り部３３は柔軟な素材からなるため、内部の燃料あるいは排水の量に応じて自在に燃料室１８と排出タンク２８の仕切り位置を変えることができる。
【００３９】
発電に伴って燃料が消費され燃料室１８の燃料が減少すれば、カソード４２では水が発生するので排出タンク２８内の水は増加し、仕切り部３３は燃料室１８側に凸となって燃料の減少による液面低下を防ぎ、同時に排出タンク２８の容量を増加するので排水量の増加に対応できる。
【００４０】
本形態では構造が極めて単純であるため軽量・低コスト化できる利点がある。
【００４１】
【発明の効果】
本発明は上記構成としたので、携帯機器に使用する燃料電池の燃料室を加圧し、燃料が減った状態でも機器の方向や傾きに関わらず燃料を供給可能な燃料電池を提供することができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態１に係る燃料電池の断面図である。
【図２】本実施形態２に係る燃料電池の断面図である。
【図３】本実施形態に係る燃料電池の概念図である。
【図４】本実施形態３に係る燃料電池の断面図である。
【符号の説明】
１０　　燃料電池
１２　　ケーシング
１４　　シリンダ
１６　　ピストン
１８　　燃料室
２０　　電池本体
２２　　ケーブル
２４　　小窓
２６　　バネ部材
２８　　排水タンク
３０　　端子部
３２　　電池セル
３４　　仕切り部
４０　　アノード（陰極）
４２　　カソード（陽極）
４４　　プロトン導電膜
【図１】
2004087222.tif 000003
【図２】
2004087222.tif 000004
【図３】
2004087222.tif 000005
【図４】
2004087222.tif 000006