(57)【要約】【課題】発電を安定して行うことができると共に各種機器をコンパクトに収納した燃料電池及びこれを搭載した電子機器を提供する。【解決手段】本発明の燃料電池は、少なくとも酸素を含む酸化剤ガスの流路が設けられた発電部と、発電部に接続され発電部から熱を放熱する放熱部と、流路において酸化剤ガスを流動させるガス流動手段と、ガス流動手段と互いに独立して駆動され放熱部を冷却する冷却手段とを有することを特徴とする。ガス流動手段と冷却手段との駆動とを独立して制御することにより、発電部の温度及びかかる発電部に残留する水分量が好適な条件となるように燃料電池を駆動させることができる。【選択図】図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも酸素を含む酸化剤ガスの流路が設けられた発電部と、
前記発電部に接続され当該発電部から熱を放熱する放熱部と、
前記流路において前記酸化剤ガスを流動させるガス流動手段と、
前記ガス流動手段と互いに独立して駆動され前記放熱部を冷却する冷却手段とを有すること
を特徴とする燃料電池。
【請求項２】
前記発電部は、イオン伝導性を有する伝導体と当該伝導体を挟んで対峙する電極とを備える接合体と、
前記接合体を挟装するセパレータとを有すること
を特徴とする請求項１記載の燃料電池。
【請求項３】
前記伝導体は、プロトン伝導体であること
を特徴とする請求項２記載の燃料電池。
【請求項４】
前記セパレータは、当該セパレータの内部から前記放熱部に延在する伝熱部を有すること
を特徴とする請求項２記載の燃料電池。
【請求項５】
前記セパレータは、前記流路から水を吸水して除去するための吸水手段を有すること
を特徴とする請求項２記載の燃料電池。
【請求項６】
前記発電部は、前記接合体と前記セパレータとが積層されてなるスタック構造を有すること
を特徴とする請求項２記載の燃料電池。
【請求項７】
前記セパレータは、当該セパレータが前記接合体と接する面内に燃料を供給するための面内流路を有すること
を特徴とする請求項６記載の燃料電池。
【請求項８】
前記セパレータは、前記面内流路に燃料を供給するための供給孔及び当該面内流路から燃料を排出するための排出孔を有すること
を特徴とする請求項７記載の燃料電池。
【請求項９】
隣接する各セパレータ間において前記供給孔が互いに接続されて各セパレータに燃料を供給するための供給路が形成されると共に、前記排出孔が互いに接続されて各セパレータから燃料を排出する排出路が形成されること
を特徴とする請求項８記載の燃料電池。
【請求項１０】
前記面内流路が前記供給路に接続される接続部の断面積は、前記面内流路の断面積に比べて小さいこと
を特徴とする請求項７記載の燃料電池。
【請求項１１】
前記面内流路が前記排出路に接続される接続部の断面積は、前記面内流路の断面積に比べて小さいこと
を特徴とする請求項７記載の燃料電池。
【請求項１２】
前記面内流路が前記供給路に接続される接続部の断面積は、当該面内流路が前記排出路に接続される接続部の断面積に比べて小さいこと
を特徴とする請求項７記載の燃料電池。
【請求項１３】
水が蓄積された前記面内流路において前記水に対する供給路側と排出路側との間に圧力差を生じさせることにより当該水を当該面内流路から排出する水排出手段を有すること
を特徴とする請求項７記載の燃料電池。
【請求項１４】
前記水排出手段は前記排出路の一部を大気開放することにより前記圧力差を生じさせて前記水を前記面内流路から排出すること
を特徴とする請求項１１記載の燃料電池。
【請求項１５】
前記冷却手段は、少なくとも前記放熱部の近傍に滞留するガスを流動させることにより当該放熱部から熱を放熱させること
を特徴とする請求項１記載の燃料電池。
【請求項１６】
前記ガス流動手段及び前記冷却手段の駆動を制御するための環境条件を検知する検知手段を有すること
を特徴する請求項１記載の燃料電池。
【請求項１７】
前記検知手段は、前記環境条件として少なくとも温度及び／又は湿度を検知すること
を特徴とする請求項１６記載の燃料電池。
【請求項１８】
前記検知手段は、前記発電部に供給される酸化剤ガスの温度及び湿度、前記発電部から排出される酸化剤ガスの温度及び湿度、並びに前記発電部の温度を検知可能な位置にそれぞれ配設されること
を特徴とする請求項１６記載の燃料電池。
【請求項１９】
前記環境条件に基づいて少なくとも前記ガス流動手段及び前記冷却手段の駆動を制御する制御回路を搭載した制御基板を有すること
を特徴とする請求項１６記載の燃料電池。
【請求項２０】
前記環境条件と前記発電部により発電された電力量とに基づいて算出された前記発電部に残留する水分量に応じて前記ガス流動手段及び前記冷却手段の駆動が制御されること
を特徴とする請求項１６記載の燃料電池。
【請求項２１】
前記発電部を駆動する際に、前記酸化剤ガスと反応させるための燃料を燃料貯蔵部から前記発電部に供給する燃料供給手段を有すること
を特徴とする請求項１記載の燃料電池。
【請求項２２】
前記発電部に供給される燃料の圧力を制御する圧力制御手段を有すること
を特徴とする請求項１記載の燃料電池。
【請求項２３】
側面に少なくとも酸素を含む酸化剤ガスの流路の開口部が設けられた発電部と、
前記発電部に接続され当該発電部から熱を放熱する放熱部とを備え、
前記流路において前記酸化剤ガスを流動させるガス流動手段が前記発電部の側面に沿って配設され、
前記放熱部を冷却する冷却手段が前記側面に沿って前記ガス流動手段と隣接するように配設されていること
を特徴とする燃料電池。
【請求項２４】
当該燃料電池は、少なくとも前記発電部、前記放熱部、前記ガス流動手段、及び前記冷却手段を覆う筐体を有すること
を特徴とする請求項２３記載の燃料電池。
【請求項２５】
前記ガス流動手段は、前記開口部から前記酸化剤ガスを吸気すると共に前記筐体に設けられた第１の排気口から当該酸化剤ガスを排出することにより前記流路において前記酸化剤ガスを流動させること
を特徴とする請求項２３記載の燃料電池。
【請求項２６】
前記ガス流動手段は、前記筐体に設けられた第１の吸気口から前記酸化剤ガスを当該燃料電池内に吸気することにより前記冷却手段による酸化剤ガスの流動と独立した酸化剤ガスの流れを形成すること
を特徴とする請求項２４記載の燃料電池。
【請求項２７】
前記第１の吸気口は前記第１の排気口と対面する位置に設けられると共に、前記ガス流動手段が当該第１の吸気口と当該第１の排気口との間に配設されること
を特徴とする請求項２６記載の燃料電池。
【請求項２８】
前記冷却手段は、前記筐体に設けられた第２の排気口から酸化剤ガスを排気することにより前記放熱部の近傍において前記酸化剤ガスを流動させること
を特徴とする請求項２４記載の燃料電池。
【請求項２９】
前記冷却手段は、前記筐体に設けられた第２の吸気口から前記酸化剤ガスを当該燃料電池内に吸気すること
を特徴とする請求項２４記載の燃料電池。
【請求項３０】
前記第２の吸気口は、前記第２の排気口と対面する位置に設けられると共に前記冷却手段が前記第２の吸気口と前記第２の排気口との間に配設されること
を特徴とする請求項２９記載の燃料電池。
【請求項３１】
前記開口部は、前記酸化剤ガスの流路の奥行き方向に沿って狭くなるテーパー形状とされること
を特徴とする請求項２３記載の燃料電池。
【請求項３２】
前記開口部の開口幅は、前記酸化剤ガスの流路の流路幅に比べて大きいこと
を特徴とする請求項２３記載の燃料電池。
【請求項３３】
前記開口幅は、前記流路幅と比べて横方向及び/又は縦方向について幅広とされること
を特徴とする請求項３２記載の燃料電池。
【請求項３４】
前記ガス流動手段及び前記冷却手段の駆動を制御するための環境条件を検知する検知手段を有することを特徴とする請求項２３記載の燃料電池。
【請求項３５】
前記検知手段は、前記環境条件として少なくとも温度及び／又は湿度を検知すること
を特徴とする請求項３４記載の燃料電池。
【請求項３６】
前記検知手段は、前記発電部に供給される酸化剤ガスの温度及び湿度、前記発電部から排出される酸化剤ガスの温度及び湿度、並びに前記発電部の温度を検知可能な位置にそれぞれ配設されること
を特徴とする請求項３４記載の燃料電池。
【請求項３７】
前記環境条件に基づいて少なくとも前記ガス流動手段及び前記冷却手段の駆動を制御する制御回路を搭載した制御基板が配設されていること
を特徴とする請求項３４記載の燃料電池。
【請求項３８】
前記酸化剤ガスと反応させるために前記発電部に供給される燃料の流路から水を排出する水排出手段が前記発電部の端面に沿って配設されていること
を特徴とする請求項２３記載の燃料電池。
【請求項３９】
前記発電部を駆動する際に前記燃料を燃料貯蔵部から前記発電部に供給する燃料供給手段が前記発電部の端面に沿って配設されていること
を特徴とする請求項３８記載の燃料電池。
【請求項４０】
少なくとも酸素を含む酸化剤ガスの流路が設けられた発電部と、
前記発電部に接続され当該発電部から熱を放熱する放熱部と、
前記流路において前記酸化剤ガスを流動させるガス流動手段と、
前記ガス流動手段と互いに独立して駆動され前記放熱部を冷却する冷却手段とを有する燃料電池を備え、
前記燃料電池から電力を供給されることにより駆動されることを特徴とする電子機器。
【請求項４１】
側面に少なくとも酸素を含む酸化剤ガスの流路の開口部が設けられた発電部と、
前記発電部に接続され当該発電部から熱を放熱する放熱部と有し、
前記流路において前記酸化剤ガスを流動させるガス流動手段が前記発電部の側面に沿って配設され、
前記放熱部を冷却する冷却手段が前記側面に沿って前記ガス流動手段と隣接するように配設されている燃料電池を備え、
前記燃料電池から電力を供給されることにより駆動されることを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池及びこれを搭載した電子機器に関する。さらに詳しくは、燃料電池による発電を安定して行うための各種機器をコンパクトに収納した燃料電池及びこれを搭載した電子機器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
燃料電池は、例えば水素ガスの如き燃料と空気に含まれる酸素の如き酸化剤を電気化学的に反応させることにより発電を行う発電素子である。燃料電池は、発電により生成される生成物が水であることから環境を汚染することがない発電素子として近年注目されており、例えば自動車を駆動するための駆動電源として使用する試みも行われている。
【０００３】
さらに、上述の自動車駆動用の駆動電源に止まらず、例えばノート型パソコン、携帯電話及びＰＤＡなどの携帯型電子機器の駆動電源としての燃料電池の開発も活発に行われている。このような燃料電池においては、所要の電力を安定して出力できると共に携帯可能なサイズ及び重量とされることが重要となり、各種技術開発が盛んに行われている。
【０００４】
また、燃料電池は発電セル（単位セル）を複数結合させることにより、出力される電力量を高めることが可能であり、例えば固体高分子電解質膜の両面に電極を形成してなる接合体をセパレータで挟みこんで発電セルを形成し、これら発電セルが積層されたスタック構造を有する燃料電池も開発されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述の如き燃料電池によって発電を行う際には、固体高分子電解質膜にプロトンを伝導させることが必要となり、固体高分子電解質膜が適度に吸湿していることが重要となる。
【０００６】
しかしながら、燃料電池における発電反応は発熱反応であり、発電反応が活発に行われる部分は高温となり易い。このため、固体高分子電解質膜に含まれる水分量が燃料電池の駆動と共に減少し、燃料電池における安定した発電に支障をきたす場合がある。
【０００７】
一方、発電を行う際には電気化学的な反応によって水が生成されることになるが、セパレータに形成された燃料ガスの流路に水が蓄積された場合、水によって流路が閉塞され燃料ガスが円滑に流路内を流動しない不具合が生じる。流路内で燃料ガスが円滑に流動しない場合には、燃料ガスを接合体の面内に十分に供給することが困難となり、燃料電池による発電を十分に行うことができない問題点が生じることになる。
【０００８】
上述した２つの問題点は、燃料電池による発電の際にかかる燃料電池の温度上昇の抑制と燃料電池に含まれる水分量の制御を両立させることが困難であることを示しており、これら問題点を同時に解決することができる技術が求められている。特に、スタック構造を有する燃料電池では、複数のセパレータに形成された流路に円滑に燃料ガスを流動させると共に燃料電池を構成する接合体を適度に吸湿させた状態とするようにかかる燃料電池の外部から酸素を含む空気を取り込み、所要の電力を安定して出力することができる技術が求められている。
【０００９】
また、携帯可能な電子機器を駆動させるために燃料電池を用いる場合には、かかる燃料電池も携帯可能であることが望ましく、安定して発電を行うことができると共に小型化された燃料電池も求められている。
【００１０】
よって、本発明は上述したこれら問題点に鑑みてなされたものであり、安定した発電を行うことができると共に燃料電池を駆動するための各種機器をコンパクトに収納した燃料電池及びこれを搭載した電子機器を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明にかかる燃料電池は、少なくとも酸素を含む酸化剤ガスの流路が設けられた発電部と、発電部に接続され発電部から熱を放熱する放熱部と、流路において酸化剤ガスを流動させるガス流動手段と、ガス流動手段と互いに独立して駆動され放熱部を冷却する冷却手段とを有することを特徴とする。このような燃料電池によれば、ガス流動手段と冷却手段とを独立して駆動させることにより発電部の温度上昇の抑制と発電部に含まれる水分量の制御とを精度良く行うことができ、発電部に安定した発電を行わせることが可能となる。
【００１２】
このような燃料電池において、発電部は、イオン伝導性を有する伝導体と伝導体を挟んで対峙する電極とを備える接合体と、接合体を挟装するセパレータとを有することを特徴とする。伝導体に水分を十分吸湿させることにより発電の際の発電反応を支障なく行うことができると共に小型且つ高出力を有する燃料電池を形成することが可能となる。
【００１３】
さらに、このような燃料電池においては、伝導体はプロトン伝導体であることを特徴とする。
【００１４】
さらに、このような燃料電池においては、セパレータは、セパレータの内部から放熱部に延在する伝熱部を有することを特徴とする。このような伝熱部によれば発電反応により発生した熱を発電部から放熱部に速やかに伝播させることができ、発電部の温度上昇を抑制することが可能となる。
【００１５】
また、このような燃料電池においては、セパレータは、流路から水を吸水して除去するための吸水手段を有することを特徴とする。このような吸水手段によれば、酸化剤ガスを流動させる流路に蓄積された水を吸い出すことができ、かかる流路に円滑に酸化剤ガスを流すことが可能となる。
【００１６】
さらにまた、このような燃料電池においては、発電部は、接合体とセパレータとが積層されてなるスタック構造を有することを特徴とする。スタック構造が形成されていることにより発電部の出力電力を高め所要の電力を出力することができる。
【００１７】
さらに、このような燃料電池においては、セパレータは、セパレータが接合体と接する面内に燃料を供給するための面内流路を有することを特徴とする。面内流路により燃料が接合体の略全面に供給され、発電を効率良く行うことが可能となる。
【００１８】
さらにまた、このような燃料電池においては、セパレータは、面内流路に燃料を供給するための供給孔及び面内流路から燃料を排出する排出孔を有することを特徴とする。このような供給孔によれば燃料をセパレータに供給すると共に発電反応後の燃料をかかる面内流路から排出することができる。
【００１９】
さらに、このような燃料電池においては、隣接する各セパレータ間において供給孔が互いに接続されて各セパレータに燃料を供給するための供給路が形成されると共に、排出孔が互いに接続されて各セパレータから燃料ガスを排出する排出路が形成されることを特徴とする。接合体とセパレータとを積層されたスタック構造においては、供給路を介して発電体に一括して燃料ガスを供給することができると共に、排出路を介して発電反応後の燃料ガスを排出することができる。
【００２０】
さらにまた、このような燃料電池においては、面内流路が供給路に接続される接続部の断面積は、面内流路の断面積に比べて小さいことを特徴とする。このような接続部によれば、面内流路から燃料を排出する際に面内流路に蓄積された水を排出することが可能となる。
【００２１】
また、このような燃料電池においては、面内流路が排出路に接続される接続部の断面積は、面内流路の断面積に比べて小さいことを特徴とする。このような接続部によれば、面内流路から燃料を排出する際に面内流路に蓄積された水を排出することが可能となる。
【００２２】
また、このような燃料電池においては、面内流路が供給路に接続される接続部の断面積は、面内流路が排出路に接続される接続部の断面積に比べて小さいことを特徴とする。このような接続部によれば、面内流路から燃料を排出する際に面内流路に蓄積された水を排出することが可能となる。
【００２３】
さらに、このような燃料電池においては、水が蓄積された面内流路において水に対する供給路側と排出路側との間に圧力差を生じさせることによりかかる水を面内流路から排出する水排出手段を有することを特徴とする。このような水排出手段によれば、面内流路に蓄積された水が圧力差によって面内流路から排出されて面内流路に円滑に燃料を流動させることができる。
【００２４】
このような燃料電池において、水排出手段は排出路の一部を大気開放することにより圧力差を生じさせて水を面内流路から排出することを特徴とする。このような水排出手段によれば、排出路を大気開放することにより瞬間的に面内流路内に圧力差が生じ、この圧力差によって面内流路から水を排出することが可能となる。
【００２５】
また、本発明にかかる燃料電池においては、冷却手段は、少なくとも放熱部の近傍に滞留するガスを流動させることにより放熱部から熱を放熱させることを特徴とする。流動されたガスが順次放熱部から熱を放熱させることにより、発電部の温度上昇を抑制することが可能となる。
【００２６】
また、本発明にかかる燃料電池においては、ガス流動手段及び冷却手段の駆動を制御するための環境条件を検知する検知手段を有することを特徴する。環境条件に応じてガス流動手段及び冷却手段が駆動されることにより安定して発電が行われるような条件で発電部を駆動することが可能となる。
【００２７】
さらに、このような燃料電池においては、検知手段は、環境条件として少なくとも温度及び／又は湿度を検知することを特徴とする。温度及び／又は湿度を検知することにより、発電部の温度及び発電部に残留する水分量を算出し、好適な条件下で発電を行うことができる。
【００２８】
また、このような燃料電池においては、検知手段は、発電部に供給される酸化剤ガスの温度及び湿度、発電部から排出される酸化剤ガスの温度及び湿度、及び発電部の温度を検知可能な位置に配設されることを特徴とする。燃料電池のこれら各箇所で温度及び／又は湿度を検知することにより発電部に残留する水分量を精度良く算出することが可能となる。
【００２９】
さらにまた、このような燃料電池においては、環境条件に基づいて少なくともガス流動手段及び冷却手段の駆動を制御する制御回路を搭載した制御基板を有することを特徴とする。このような制御回路によれば、ガス流動手段及び冷却手段の駆動を制御し好適な条件下で発電部に発電を行わせることができる。
【００３０】
また、このような燃料電池においては、環境条件と発電部により発電された電力量とに基づいて算出された発電部に含まれる水分量に応じてガス流動手段及び冷却手段の駆動が制御されることを特徴とする。このようにして駆動が制御されるガス流動手段及び冷却手段によれば、発電部に残留する水分量を好適な条件とすることができ、安定した発電を行うことが可能となる。
【００３１】
また、本発明にかかる燃料電池においては、発電部を駆動する際に、酸化剤ガスと反応させるための燃料を燃料貯蔵部から発電部に供給する燃料供給手段を有することを特徴とする。このような燃料供給手段によれば、発電部に対して別途設けられた燃料ガス貯蔵部から燃料を発電部に供給することができる。
【００３２】
また、本発明にかかる燃料電池においては、発電部に供給される燃料ガスの圧力を制御する圧力制御手段を有することを特徴とする。燃料の圧力を制御しながら供給することにより発電部は安定した発電を行うことが可能となる。
【００３３】
本発明にかかる燃料電池は、側面に少なくとも酸素を含む酸化剤ガスの流路の開口部が設けられた発電部と、発電部に接続され発電部から熱を放熱する放熱部とを備え、流路において酸化剤ガスを流動させるガス流動手段が発電部の側面に沿って配設され、放熱部を冷却する冷却手段が側面に沿ってガス流動手段と隣接するように配設されていることを特徴とする。このような燃料電池によれば、かかる燃料電池に収納される各機器をコンパクトに配置することができると共に酸化剤ガスを効率良く流動させることができ、小型で且つ所要の発電を安定して行うことができる。
【００３４】
このような燃料電池において、かかる燃料電池は少なくとも発電部、放熱部、ガス流動手段、及び冷却手段を覆う筐体を有することを特徴とする。このような筐体によれば、燃料電池に配設される各種機器を外部から保護することができると共にかかる燃料電池内で空気の流動を制御することが可能となる。
【００３５】
また、このような燃料電池において、ガス流動手段は、開口部から酸化剤ガスを吸気すると共に筐体に設けられた第１の排気口から酸化剤ガスを排出することにより流路において酸化剤ガスを流動させることを特徴とする。このようなガス流動手段によれば、燃料電池内で酸化剤ガスを効率良く流動させることができ、発電を安定して行うことが可能となる。
【００３６】
さらに、このような燃料電池において、ガス流動手段は、筐体に設けられた第１の吸気口から酸化剤ガスを燃料電池内に吸気することにより冷却手段による酸化剤ガスの流動と独立した酸化剤ガスの流れを形成することを特徴とする。このような第１の吸気口から酸化剤ガスを吸気することにより、冷却手段により流動される酸化剤ガスの流れと別に酸化剤ガスを流動させることができる。
【００３７】
さらにまた、このような燃料電池において、第１の吸気口は第１の排気口と対面する位置に設けられると共にガス流動手段が第１の吸気口と第１の排気口との間に配設されることを特徴とする。このような位置に配設される第１の吸気口、第１の排気口及びガス流動手段によれば、発電部に供給される酸化剤ガスの流れと冷却のための酸化剤ガスの流れとを別の流れとすることができる。
【００３８】
また、本発明にかかる燃料電池において、冷却手段は、筐体に設けられた第２の排気口から酸化剤ガスを排気することにより放熱部の近傍において酸化剤ガスを流動させることを特徴とする。このような冷却手段によれば、流動された酸化剤ガスが順次放熱部から熱を放熱させることにより、発電部の温度上昇を抑制することが可能となる。
【００３９】
このような燃料電池においては、冷却手段は、筐体に設けられた第２の吸気口から酸化剤ガスを燃料電池内に吸気することを特徴とする。このような冷却手段によれば、ガス流動手段によって流動される酸化剤ガスの流れとは別の流れを形成することができる。
【００４０】
さらに、このような燃料電池においては、第２の吸気口は、第２の排気口と対面する位置に設けられると共に冷却手段が第２の吸気口と第２の排気口との間に配設されることを特徴とする。このように第２の吸気口、第２の排気口及び冷却手段が配置されることにより放熱部から熱を放熱させるために酸化剤ガスを円滑に流動させることが可能となる。
【００４１】
本発明にかかる燃料電池においては、開口部は、酸化剤ガスの流路の奥行き方向に沿って狭くなるテーパ形状とされることを特徴とする。このような開口部によれば、酸化剤ガスをかかる酸化剤ガスの流路に流動させる際に流路抵抗を低減することができ、円滑に酸化剤ガスを流動させることが可能となる。
【００４２】
このような燃料電池においては、開口部の開口幅は、酸化剤ガスの流路の流路幅に比べて大きいことを特徴とする。このような開口幅によれば、酸化剤ガスの流路に流動させる際に流路抵抗を低減することができる。
【００４３】
さらに、このような燃料電池においては、開口幅は、流路幅と比べて横方向及び/又は縦方向について幅広とされることを特徴とする。このような開口幅を有する開口部によれば、さらに流路抵抗を低減することが可能となる。
【００４４】
また、本発明にかかる燃料電池においては、ガス流動手段及び冷却手段の駆動を制御するための環境条件を検知する検知手段を有することを特徴とする。環境条件に応じてガス流動手段及び冷却手段が駆動されることにより安定して発電を行うことができる。
【００４５】
さらに、このような燃料電池において、検知手段は、環境条件として少なくとも温度及び／又は湿度を検知することを特徴とする。温度及び／又は湿度を検知することにより、発電部の温度及び発電部に含まれる水分量を算出し、好適な条件下で発電を行うことができる。
【００４６】
さらにまた、このような燃料電池において、検知手段は、発電部に供給される酸化剤ガスの温度及び湿度、発電部から排出される酸化剤ガスの温度及び湿度、並びに発電部の温度を検知可能な位置にそれぞれ配設されることを特徴とする。このような各位置にて温度及び／又は湿度を検知することにより発電部に残留する水分量を精度良く算出することが可能となる。
【００４７】
また、このような燃料電池においては、環境条件に基づいて少なくともガス流動手段及び冷却手段の駆動を制御する制御回路を搭載した制御基板が配設されていることを特徴とする。このような制御基板によれば、ガス流動手段及び冷却手段を制御することができる。
【００４８】
本発明にかかる燃料電池においては、酸化剤ガスと反応させるために発電部に供給される燃料ガスの流路から水を排出する水排出手段が発電部の端面に沿って配設されることを特徴とする。このように配置される水排出手段によれば、燃料電池内に蓄積された過剰な水を排出することができると共にかかる燃料電池内の空間を効率良く用いることが可能となる。
【００４９】
また、本発明にかかる燃料電池においては、発電部を駆動する際に燃料ガスを燃料ガス貯蔵部から発電部に供給する燃料ガス供給手段が発電部の端面に沿って配設されることを特徴とする。このような燃料ガス供給手段によれば、発電部に対して別途設けられた燃料ガス貯蔵部から燃料ガスを発電部に供給することができると共にかかる燃料電池内の空間を効率良く用いることが可能となる。
【００５０】
本発明にかかる電子機器は、少なくとも酸素を含む酸化剤ガスの流路が設けられた発電部と、発電部に接続され発電部から熱を放熱する放熱部と、流路において酸化剤ガスを流動させるガス流動手段と、ガス流動手段と互いに独立して駆動され放熱部を冷却する冷却手段とを有する燃料電池を備え、燃料電池から電力を供給されることにより駆動されることを特徴とする。このような電子機器によれば、かかる電子機器を安定して駆動させることが可能となる。
【００５１】
また、本発明にかかる電子機器は、側面に少なくとも酸素を含む酸化剤ガスの流路の開口部が設けられた発電部と、発電部に接続され発電部から熱を放熱する放熱部と有し、流路において酸化剤ガスを流動させるガス流動手段が発電部の側面に沿って配設され、放熱部を冷却する冷却手段が側面に沿ってガス流動手段と隣接するように配設されている燃料電池を備え、燃料電池から電力を供給されることにより駆動されることを特徴とする。このような電子機器によれば、かかる電子機器を安定して駆動させることができると共に携帯可能な電子機器を提供することが可能となる。
【００５２】
【発明の実施の形態】
以下本実施形態の燃料電池及び電子機器について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００５３】
図１に示すように、燃料電池１は、筐体１０、制御基板２０、発電部３０、冷却ファン５１、空気供給ファン５２，５３、水素パージバルブ５４、レギュレータ５５及び手動バルブ５６を備える。また、燃料電池１は、水素ガスを吸蔵させた水素吸蔵カートリッジ６０から供給される水素ガスを受け取り、発電を行う。
【００５４】
図１及び図２に示すように、筐体１０は略直方体形状の外形を有し、燃料電池１に搭載される各種機器を覆うように内部が空洞とされると共に底面が開放されている。筐体１０は排気口１１，１２及び１３、吸気口１４，１５を備え、筐体１０の上面の端部は排気口１１，１２，１３が形成された側面に向かう傾斜面とされる。図２（ａ）によれば、排気口１１と排気口１２，１３とは筐体１０の一の側面に隣接するように形成され、発電部３０を冷却するために燃料電池１内で流動された空気と発電部３０による発電反応後の空気とが排気口１１と排気口１２，１３とからそれぞれ排出される。排気口１１は、後述する放熱フィン３３から熱を放熱させるための空気が燃料電池１から排出されるための空気の出口である。さらに、排気口１１は、筐体１０の側面に略矩形状に開口し、上下方向に複数形成されている。また、排気口１２、１３は発電部３０が発電を行う際にかかる発電部３０に供給された空気が排出されるための出口とされ、筐体１０の側面に矩形状に開口し、排気口１１に沿って上下方向に複数形成されている。また、排気口１１，１２，１３は筐体１０の側面の上下方向に沿って順次長手方向の寸法が短くなるように形成されている。
【００５５】
さらに、図２（ｂ）によれば、吸気口１４，１５は、筐体１０の排気口１１及び排気口１２，１３が形成された筐体１０の側面と対面する側面に形成され、吸気口１４，１５から発電部３０を冷却するための空気と発電部３０による発電反応に供される酸素を含む空気とがそれぞれ燃料電池１内に取り込まれる。吸気口１４は、後述する放熱フィン３３から熱を放熱させるための空気が燃料電池１に取り込まれるための空気の取り込み口であり、筐体１０の側面に略矩形状に開口し、上下方向に複数形成されている。また、吸気口１５は、発電部３０が発電を行う際にかかる発電部３０に供給される空気が取り込まれるための取り込み口とされ、同じく筐体１０の側面に略矩形状に開口し、吸気口１４に沿って上下方向に複数形成されている。
【００５６】
さらに、図１、図２（ｃ）及び（ｄ）に示すように、筐体１０の一の端面には燃料電池１と外部との間で各種信号を送受信するための配線が通される接続孔１６を形成することができる。さらに、他の端面にも所要の接続孔１８を形成することもできる。
【００５７】
また、図１に示すように、制御基板２０には燃料電池１を構成する各種機器を制御するための制御回路が形成され、かかる制御基板２０は発電部３０の上側に配設される。制御回路の詳細については図中において詳細に示さないが、例えば冷却ファン５１、空気供給ファン５２，５３の駆動の制御、或いは水素パージバルブ５４の開閉動作の制御回路、発電部３０により出力される電圧を昇圧するＤＣ／ＤＣコンバータの如き電圧変換回路、さらに後述するセンサにて検知された温度や湿度などの各種環境条件を取得することにより各種機器の駆動に関する指示を制御基板２０に実装された回路に行わせることもできる。また、本例の燃料電池１においては燃料電池１内に制御基板２０が配設されるが、燃料電池１の外部に配設去れていても良く、例えば、燃料電池１から駆動用の電力が提供される各種電子機器が制御基板２０を備えることもできる。
【００５８】
次に、図１、図３、図４及び図５を参照しながら発電部３０について詳細に説明する。図１及び図３に示すように、発電部３０は略直方体形状を有し、冷却ファン５１、空気供給ファン５２，５３に臨む側面３９に対向する側面の一部が発電部３０の上下方向に沿って矩形状に切り欠かれた形状とされ、基台５７に配設される。また、発電部３０の側面３９に沿って、冷却ファン５１、空気供給ファン５２，５３が隣接するように配設されている。このように配設された冷却ファン５１は放熱フィン３３から熱を放熱させる。また、空気供給ファン５２，５３は開口部３４に臨むように配設されており、かかる開口部３４を介して発電部３０内で空気を流動させる。
【００５９】
また、本例の発電部３０は９枚のセパレータ３１の間にそれぞれ接合体３２が挟みこまれ、発電を行う発電セルが８個直列に接続された構造を有している。かかる発電セルは１素子で約０．６Ｖの電圧を出力することができるため、発電部３０の全体では４．８Ｖの電圧を出力することが可能である。また、発電部３０は約２Ａの電流を流すことが可能であり出力される電力は理想的には９．６Ｗとなるが、発電反応における発熱などによって実際の出力電力は理想的な出力電力の約７割である約６．７Ｗとされる。しかしながら、後述するように接合体３２に含まれる水分量の調整や発電部３０への水素ガスの円滑な供給によりさらに出力電力を高めることができる。また、発電部３０を形成する発電セルは本例のように８素子に限定するものではなく、各種電子機器を駆動するために必要とされる出力電力に合わせて所要の数の発電セルにより発電部３０を形成することもできる。発電部３０の側面３９には各セパレータ３１に形成された開口部３４が臨み、後述するように発電部３０の側面３９の反対側の側面にも各開口部３４に対応するように開口部４０が形成されている。開口部３４と、開口部３４が臨む側面３９と反対側の側面に臨む開口部４０により、発電部３０に対する酸素を含む空気の給排気が行われる。
【００６０】
続いて、図４及び図５を参照しながら発電部３０についてさらに詳細に説明する。図４に示すように、セパレータ３１により挟み込まれる接合体３２は、吸湿した際にイオン伝導性を有する固体高分子電解質膜３６及びかかる固体高分子電解質膜３６を両面から挟み込む電極３７から形成される。さらに、スタック構造を形成した際にセパレータ３１と接合体３２との間を封止する封止部材３５が接合体３２の周縁付近に配置されている。封止部材３５は、セパレータ３１の周縁部と接合体３２の周縁部とを十分に絶縁することができる材質を用いれば良い。固体高分子電解質膜３６としては、例えばスルホン酸系の固体高分子電解質膜を用いることができる。電極３７は、発電反応を促進するための白金の如き触媒が担持された電極を用いることもできる。発電部３０を構成する発電セルは２枚のセパレータ３１とかかるセパレータ３１に挟み込まれる接合体３２によって形成され、例えば、図４には直列に接続される２つの発電セル５０が示されている。
【００６１】
さらに、図４及び図５に示すように、発電部３０を構成するセパレータ３１は、流路４３、セパレータ３１の流路４３が形成された面の裏面側に形成された流路３８、流路４３に接続された供給孔４２及び排出孔４１、流路４３と供給孔４２を接続する接続部４５、流路４３と排出孔４１とを接続する接続部４６、さらに放熱フィン３３を備える。
【００６２】
図５（ａ）に示すように、流路４３は、燃料ガスとされる水素ガスをセパレータ３１の面内に流すための面内流路とされる。流路４３は発電反応の効率を高めるためにセパレータ３１の表面内を蛇行するように形成されており、水素ガスが電極３７全体に供給されるような形状とされる。供給孔４２は、発電部３０の外部に設けられた水素吸蔵カートリッジ６０の如き水素ガス貯蔵部から流路４３に水素ガスを供給する際の水素ガスの流路とされる。接続部４５は流路４３と供給孔４２とを接続し、流路４３に水素ガスを供給する。また、接続部４６は流路４３と排出孔４１とを接続し、流路４３から発電反応後の水素ガスを排出する。本例のセパレータ３１においては、接続部４５，４６の断面積は各セパレータ３１と接合体３２とによりスタック構造を形成した際の流路４３の断面積より小さくなるように形成され、例えば接続部４５，４６の幅が流路４３の幅より狭くなるように形成される。さらに、接続部４５の幅を接続部４６の幅より狭くなるように形成し、流路４３への水素ガスの入口側の幅を出口側の幅より狭くしておく。
【００６３】
また、供給孔４２及び排出孔４１は、スタック構造を形成した際に積層される各セパレータ３１の間で接続され、水素ガスを各セパレータ３１に供給する供給路と発電後の水素ガスを排出するための排出路を形成する。流路４３に水が蓄積された際には、かかる排出路を後述する水素パージバルブ５４により大気開放することにより流路４３に蓄積された水の供給路側と排出路側とに圧力差を生じさせ、かかる圧力差によって水を排出することができる。さらに、スタック構造を形成した際の任意のセパレータ３１の流路４３に水が蓄積された場合でも、水が蓄積された流路４３内にのみ瞬間的に圧力差を生じさせることが可能であり、水を排出し発電部３０に安定して水素ガスを供給することができる。
【００６４】
さらに、図５（ｂ）に示すように、流路３８はセパレータ３１の流路４３が形成された面の裏面側に形成され、かかる流路３８に酸素を含む空気を流すための流路とされる。流路３８は、セパレータ３１の幅方向に延在するように形成されてセパレータ３１の側縁部に開口し、セパレータの長手方向に沿って複数形成されている。また、流路３８がセパレータ３１の端部にそれぞれ開口する開口部３４，４０を介して酸素を含む空気が流路３８に給排気される。本例のように開口部３４，４０の幅は流路３８の幅より大きめとされ、さらに、流路３８の幅を開口部３４，４０から流路３８の奥行き方向に沿って狭めたテーパー形状とすることにより流路３８への空気の取りこみ又は流路３８から空気を排出する際にこれら空気が円滑に流れるように空気の流路抵抗を低減することができる。また、開口部３４，４０の高さ方向に関する開口幅も流路３８より大きめとし、かかる開口幅を開口部３４，４０の縦方向及び横方向について流路３８の奥行き方向に沿って狭められたテーパー形状としておくことにより、さらに流路抵抗を低減することが可能となる。また、流路３８に吸水性を有する吸水部材を配置し、吸水部材をセパレータ３１の外部に引き出しておくことにより流路３８に蓄積される水をセパレータ３１の外部に吸い出すこともできる。
【００６５】
また、燃料電池１においては、図６に示すような構造を有するセパレータ７０を用いることもできる。図６（ａ）はセパレータ７０の構造を示す断面図であり、セパレータ７０は、上側板状部７１、伝熱部７２及び下側板状部７３を備え、燃料ガスが流路から漏れないように上側板状部７１と下側板状部７３との間に封止部材７４が挟み込まれて形成される。また、封止部材７４を上側板上部７１や下側板状部７３を構成する材質に比べて熱伝導性の高い材質で形成することにより、セパレータ７０からの放熱効果を高めることもできる。このよう封止部材７４としては、熱伝導率が高い部材が樹脂中に埋め込まれた封止部材が好適であり、例えば、コ・サーム（太陽金網社製商品名）の如き封止部材を用いることができる。
【００６６】
伝熱部７２は放熱フィン７５まで延在するように形成され、セパレータ７０から発電時の熱を放熱する。さらに伝熱部７２は、上側板状部７１や下側板状部７３を形成する材質の熱伝導率に比べて高い熱伝導率を有する材質により形成され、セパレータ７０の放熱特性を高めることができる。伝熱部７２を形成する材質としては、例えば熱伝導率が比較的高い金属である銅を用いることができる。さらに、耐腐食性が高められた無酸素銅や表面処理がされて耐腐食性が高められた銅板を用いても良い。下側板状部７３には、図中垂直方向に延在する流路７９が形成されており、酸素を含む空気が流動される際の流路とされる。また、図６（ｂ）に示すように、セパレータ７０の端部では上側板状部７１と下側板状部７３との間に封止部材７４が挟まれて伝熱部７２が外部から封止され、発電反応による伝熱部７２の劣化が抑制される。
【００６７】
図７は、セパレータ７０を構成する上側板状部７１、伝熱部７２及び下側板状部７３の平面図である。図７（ａ）に示すように、上側板状部７１には、水素ガスを流動させるための流路７８が形成されている。流路７８は面内全体に水素ガスを流動させるように面内で蛇行するような形状に形成される。また、上側板状部７１は、流路７８に水素ガスを供給する供給孔７７ａと発電反応後の水素ガスを排出するための排出孔７６ａが形成されている。また、図７（ｂ）に示すように、伝熱部７２は略板状とされて、下側板状部７３に嵌め込まれている。伝熱部７２は、放熱フィン７５まで延在され、セパレータ７０から熱を放熱する。さらに、下側板状部７３の端部には伝熱部７２を外部と隔絶するように封止部材７４が配置され、かかる下側板状部７３と上側板状部７１とにより伝熱部７２が挟み込まれて一体のセパレータ７０が形成される。また、下側板状部７３には、封止部材７４には供給孔７７ａ及び排出孔７６ａと位置合わせされた供給孔７７ｂ及び排出孔７６ｂが形成されている。さらに、下側板状部７３にも供給孔７７ａ，７７ｂ及び排出孔７６ａ，７６ｂに合わせて孔部を形成しておくことにより、セパレータ７０を組み上げた際に一体とされる供給孔及び排出孔を形成することができる。さらに、図７（ｃ）に示すように、下側板状部７３の裏面側には酸素を含む空気を流動させる流路７９が形成されると共に水素ガスを流路７８に供給する供給孔７７ｃと水素ガスを排出する排出孔７６ｃが形成されている。
【００６８】
次に、図８を参照しながら本例の燃料電池１により給排気される空気の流れについて詳細に説明する。図８に示すように、燃料電池１は、すでに説明したように発電部３０の開口部３４が臨む側面３９に沿って隣接するように配設された冷却ファン５１、空気供給ファン５２，５３を有す。さらに、冷却ファン５１によりかかる燃料電池１の外部から取りこまれる空気の温度を検知する温度センサ６４及び湿度を検知する湿度センサ６５、空気供給ファン５２，５３により発電部３０から排出される空気の温度を検知する温度センサ６１及び湿度を検知する湿度センサ６２を有する。また、発電部３０は、かかる発電部３０の温度を検知するための温度センサ６３を有する。
【００６９】
冷却ファン５１は、図中矢印で示すように吸気口１４から取り込まれた空気を吸気口１４から排気口１１まで流動させ、燃料電池１の外部に排出する。冷却ファン５１が吸気口１４と排気口１１との間に配設されると共に、冷却ファン５１と吸気口１４との間に配置された放熱フィン３３は冷却ファン５１により流動される空気によって熱を放熱する。また、放熱フィン３３の近傍に限定されず、燃料電池１内全体にて空気を流動させることにより発電部３０を冷却することもできる。
【００７０】
空気供給ファン５２，５３は、吸気口１５、発電部３０及び排気口１２，１３に空気を流動させる。空気供給ファン５２，５３は、吸気口１５から取り込まれる酸素を含む空気を発電部３０に流すと共に発電部３０における発電反応後に排出される空気を排気口１２，１３から燃料電池１の外部に排出する。発電部３０は図３乃至図５を参照しながら説明したように流路３８及び開口部３４，４０を備え、空気供給ファン５２，５３は図中矢印で示すように吸気口１５から流路３８、排気口１２，１３に至る空気の流れを形成する。また、冷却ファン５１によって形成される空気の流れと空気供給ファン５２，５３とにより形成される空気の流れは互いに独立した空気の流れとすることができる。よって、冷却ファン５１と空気供給ファン５２，５３とを独立して駆動することにより発電部３０の冷却と発電部３０への空気の供給及び排出とを独立して行うことが可能となる。また、本例の燃料電池１における冷却ファン５１、及び空気供給ファン５２，５３の配置に限定されず、空気を給排気するために複数の発電部の側面に形成された開口部に臨むようにこれら冷却ファン５１及び空気供給ファン５２，５３を配設し、複数の発電部に対して一括して空気の給排気を行うことも可能である。さらに、冷却ファン５１及び空気供給ファン５２，５３を逆回転させ、空気を逆向きに流動させることもできる。
【００７１】
温度センサ６１，６４，湿度センサ６２，６５及び温度センサ６３は、それぞれ吸気口１４から取りこまれる空気の温度及び湿度、排気口１２，１３から排出される空気の温度及び湿度、並びに発電部３０の温度を検知する。温度センサ６３は発電部３０の略中央部付近に配設され、発電部３０が発電を行う際のかかる発電部３０の温度を検知する。温度センサ６４及び湿度センサ６５は吸気口１４に近傍で吸気口１４から取り込まれる空気の流路を阻害しないように配設される。また、温度センサ６１及び湿度センサ６２は、空気供給ファン５２及び５３に臨む発電部３０の空気の出口側で空気の流動を阻害しないように配設される。温度センサ６３により検知された発電部３０の温度に関するデータに基づいて冷却ファン５１の駆動の制御が行われ、発電部３０は好適な温度条件で駆動される。また、燃料電池１は、温度や湿度に限定されず給排気される空気の圧力を検知する圧力センサを備えることもできる。
【００７２】
さらに、温度センサ６４と湿度センサ６５により検知された温度及び湿度に基づいて吸気口１４から取りこまれた空気の相対湿度が算出されると共に、温度センサ６１と湿度センサ６２により検知された温度及び湿度に基づいて排気口１２，１３から排出される空気の相対湿度が算出される。このように吸気口１５から取りこまれた空気の相対湿度と排気口１２，１３から排気された空気の相対湿度との差をとることにより、かかる燃料電池１から排出される水分量を算出することが可能となる。また、これら温度センサ６１，６４及び湿度センサ６２，６５は空気の流動を阻害しないように配設されるため、発電部３０による発電を支障なく行うこともできる。
【００７３】
さらにまた、発電部３０による発電された出力電力に基づいて発電反応により生成された水分量が算出できる。よって、燃料電池１から排出された水分量と発電反応により生成された水分量との差をとることにより発電部３０に残留する水分量を算出することが可能となる。すでに説明したように、発電部３０を構成する接合体３２を適度に保湿された状態とすることにより安定した発電反応を行うことができることから、発電部３０に残留する水分量に関するデータに基づいて空気供給給ファン５２，５３を駆動し、安定した発電を行うことが可能となる。例えば、発電部３０に残留する水分量が過剰な場合には、空気供給ファン５２，５３の回転数を上げることにより過剰な水分をかかる発電部３０から空気と共に排出することができる。また、発電部３０の温度を制御するための冷却ファン５１と発電部３０に残留する水分量を制御する空気供給ファン５２，５３とを独立して駆動させることができるだけでなく、冷却ファン５１による空気の流れと空気供給ファン５２，５３による空気の流れを独立させることができるため、発電部３０に残留する水分量の制御及び発電部３０の温度上昇の抑制とを精度良く行うことが可能となる。
【００７４】
さらに、図９を参照しながら発電部３０の温度及びかかる発電部３０に残留する水分量の制御について具体的に説明する。図中横軸は、発電部３０の温度であり、縦軸は発電部３０に残留する水分量である。冷却ファン５１と空気供給ファン５２，５３との駆動を制御することにより、発電の際に刻々と変化する発電部３０の温度及び残留水分量が図中中央付近の安定領域になるように調整される。
【００７５】
例えば、図中Ａで示される環境条件は、安定領域の環境条件に対して発電部３０の温度が高く且つ発電部３０における残留水分量が多い環境条件であり、発電部３０の冷却及び残留する水分量の低減が必要とされる。このような場合、空気供給ファン５２，５３の回転数を上げることにより発電部３０に残留する水分量が低減されると共に冷却ファン５１の回転数を上げることにより発電部３０がさらに冷却され、Ａで示される環境条件から安定した発電を行うことができる安定領域に温度及び水分量が調整される。
【００７６】
また、図中Ｂで示される環境条件は、安定条件に対して発電部３０の温度が低く且つ発電部３０に残留する水分量が多い環境条件とされる。このような場合、空気供給ファン５２，５３の回転数を上げることにより発電部３０に残留する水分量が低減されると共に冷却ファン５１の回転数を下げることにより発電部３０に対する冷却が抑制され、Ｂで示される環境条件から安定した発電を行うことができる安定領域に発電部３０の温度及び水分量が調整される。
【００７７】
図中Ｃで示される環境条件は、安定条件に対して発電部３０の温度が低く且つ発電部３０に残留する水分量が少ない環境条件とされる。このような場合、空気供給ファン５２，５３の回転数を下げることにより発電部３０で生成される水の排出を低減すると共冷却ファン５１の回転数を下げることにより発電部３０に対する冷却が抑制さる。このような空気供給ファン５２，５３及び冷却ファン５１の駆動の制御によりＣで示される環境条件から安定した発電を行うことができる安定領域に発電部３０の温度及び水分量が調整される。
【００７８】
さらに、図中Ｄで示される環境条件は、安定条件に対して発電部３０の温度が高く且つ発電部３０に残留する水分量が少ない環境条件とされる。このような場合、空気供給ファン５２，５３の回転数を下げることにより発電部３０で生成される水の排出を低減すると共に冷却ファン５１の回転数を上げることにより発電部３０をさらに冷却する。このような空気供給ファン５２，５３及び冷却ファン５１の駆動の制御によりＤで示される環境条件から安定した発電を行うことができる安定領域に発電部３０の温度及び水分量が調整される。
【００７９】
このように空気供給ファン５２，５３及び冷却ファン５１を発電部３０の温度及び発電部３０に残留する水分量に応じて独立して駆動することにより、例えばドライアップの如き発電の際の不具合を生じさせることなく安定した発電を行うことが可能となる。
【００８０】
次に、図１、図４及び図５を参照しながら、水素パージバルブ５４、レギュレータ５５及び手動バルブ５６について説明する。図１に示すように、水素パージバルブ５４、レギュレータ５５及び手動バルブ５６は、発電部３０の端面に沿って隣接して配設される。本例の燃料電池１においては、発電部３０の端面側に各種機器を配置するための領域を確保することが可能であり、燃料電池１を安定して駆動させるための各種機器をコンパクトに収納することが可能である。
【００８１】
流路４３に蓄積された水を排出する水排出手段とされる水素パージバルブ５４は、流路４３に接続される排出路を大気開放することにより水が蓄積された流路４３から水を排出することができる。流路４３が大気開放された際には、流路４３に蓄積された水に対する供給路側の水素ガスの圧力と大気開放された排出路側の圧力との間に圧力差が生じ、かかる圧力差によって流路４３に蓄積された水が流路４３から排出される。このように水素ガスを供給する路側と水素パージバルブ５４により大気開放される水の排出路側との間で圧力差を生じさせることにより、発電部３０がスタック構造を有する場合でも水が蓄積され水素ガスが流れ難くなっている任意の流路４３から水を排出することが可能となり、すべてのセパレータ３１の流路４３に水素ガスを円滑に流すことができる。また、複数のセパレータ３１を有する発電部３０に限定されず、単一のセパレータを有する発電部においても同様に水を排出することができる。また、水素パージバルブ５４を例えば電磁力を用いた駆動方式により駆動することも可能であり、水素パージバルブ５４を駆動させるための電力を発電部３０から供給するようにしても良い。
【００８２】
また、水素ガスの圧力制御を行う圧力制御手段とされるレギュレータ５５は、水素吸蔵カートリッジ６０から供給される水素ガスの圧力を所要の圧力になるように調整し、発電部３０に送り出す。例えば、水素吸蔵カートリッジ６０から供給される水素ガスの圧力が０．８〜１．０ＭＰａ程度である場合、レギュレータ５５はこれら水素ガスの圧力を０．０５〜０．１０ＭＰａ程度の圧力に減圧し発電部３０に供給することができる。
【００８３】
さらに水素ガス発電部３０に供給するガス供給手段とされる手動バルブ５６は、発電部３０にて発電を行う際に水素吸蔵カートリッジ６０から発電部３０に水素ガスを供給するための流路を開放する。これら水素パージバルブ５４、レギュレータ５５及び手動バルブ５６は燃料電池１に安定して発電を行わせるために重要であり、これら機器をコンパクトに燃料電池１に収納することにより燃料電池１全体のサイズを小型化することが可能となる。
【００８４】
次に図１０乃至図１４を参照して、本実施形態の燃料電池装置の具体的な構造について説明する。先ず、図１０乃至図１２は本例のセパレータ部分についての裏面図、側面図、及び表面図である。
【００８５】
図１０乃至図１２に図示されるように、セパレータ８１はその裏面側に酸素用の流路となる溝８３が形成され、その表面側に水素用の流路となる溝８６が形成されている。なお、セパレータ８１は図示しない発電体を挟んで積層する際には、裏面側が表面側に配されることもある。
【００８６】
図１０に示すように、セパレータ８１の酸素供給側面には、当該セパレータ８１の幅方向に直線状に延長されている複数の溝８３が形成されており、これらの溝８３は互いに平行に延長されていることから、セパレータ８１の長手方向では溝８３と突条部８２が交互に位置している。略平板状とされるセパレータ８１の長手方向の長さＬ６は、７９．５ｍｍであり、それと直交する方向の幅Ｌ８は４１ｍｍである。溝８３は当該セパレータ８１の両端部では幅広となるように開口している。ここで具体的な寸法については、図１０において、溝８３は平行に延長された中央部分の幅L1は２ｍｍであり、隣接する突条部８２の幅L2も２ｍｍである。この溝８３は幅広とされた両端部において、テーパー状に開口しており、セパレータ８１の厚み方向にも形成されたテーパー部分の開始位置L0は端部から８ｍｍであり、その開始位置L0から２．１５°の角度で傾斜するテーパーとなっている。溝８３の幅広とされた両端部では、その面内方向では約１ｍｍ程度開口幅が広がるように構成されており、溝８３の端部での幅L3は３ｍｍであり、隣接する突条部８２の幅L4は１ｍｍに先細る形状とされている。この突条部８２のテーパー開始位置L9は端部から５．５ｍｍである。なお、中央付近の開口幅L5は螺子孔の影響から２．５ｍｍであり、放熱部８４に連続する発電体保持領域の長手方向に幅Ｌ１０は５６．５ｍｍ（図１１参照）であり、螺子孔間の間隔L7で５４．５ｍｍである。
【００８７】
次に、図１１を示すように、セパレータ８１の厚み方向の寸法については、放熱部８４の厚みＴ1は１．３ｍｍであり、溝８３、８６が形成された発電体保持領域では厚みＴ２が２．３ｍｍである。
【００８８】
図１２に示すように、セパレータ８１の水素供給側面８７には水素供給孔８９から水素排出孔８８の間に渡って５往復する蛇行するパターンで延長される溝８６が形成されており、この蛇行する溝８６の深さは０．６ｍｍであって幅Ｌ１２は１．０ｍｍであり、折り返し部分の曲率半径は０．９ｍｍ（内径）、１．９ｍｍ（外径）である。水素供給孔８９と水素排出孔８８との接続部９０では溝８６ではそれぞれ細いサイズとなっており、これら水素供給孔８９と水素排出孔８８はセパレータ８１の長手方向の端部から２．２５ｍｍの位置を中心として幅１．５ｍｍのサイズであり、且つセパレータ８１の長手方向の端部からの細い溝の開始位置Ｌ１７が６ｍｍであることから、約３ｍｍの長さとなっている。この接続部９０での溝の幅Ｌ１１は０．５ｍｍであり、セパレータ８１の幅方向の端部からの水素排出孔８８側の接続部９０の位置Ｌ１５は中心位置で７．９ｍｍであり、水素供給孔８９側の接続部９０の位置Ｌ１６は中心位置で３３．１ｍｍである。また、５往復する蛇行するパターンで延長される溝８６の、セパレータ８１の長手方向の水素供給孔８９と水素排出孔８８に近い側の端部から折り返し位置Ｌ１３は７ｍｍである。また、溝８６の折り返し部間の長さＬ１４は４２ｍｍである。
【００８９】
続いて、図１３及び図１４を参照しながら本例の燃料電池装置の構造についてさらに詳細に説明する。図１３は、本例の燃料電池装置１００の平面図である。燃料電池装置１００は、セパレータ８１と発電体とが積層されたスタック構造を有する。図１３は、スタック構造を形成する最上部に配される板状部を透視し、発電部９０が配される領域にセパレータの表面に形成される溝８６が図中破線で示されている。発電部９０を形成するセパレータの長手方向の寸法とセパレータから長手方向に延在される放熱部８４の長手方向の寸法を合わせた長さＬ１８は７８ｍｍであり、セパレータの幅Ｌ８は４１ｍｍである。放熱部８４の端部は図中直線状とされるが、各種配線を通すための切り欠き部が形成されていても良い。また、燃料電池装置１００を構成し、発電部９０を含む各部を収納する筐体９１の長手方向の長さＬ２１は９５．５ｍｍであり、幅Ｌ２０は５９ｍｍとされる。筐体９１の長手方向の長さＬ２１及び幅Ｌ２０は燃料電池装置１００の長手方向の長さ及び幅とされことから、本例の燃料電池装置１００のサイズは平面上で長手方向の長さが９５．５ｍｍ、幅が５９ｍｍとされる。
【００９０】
さらに、図１４を参照しながら本例の燃料電池装置１００の構造を具体的に説明する。尚、図１４は筐体９１を取り外した状態の燃料電池装置１００を側面からみた側面図である。発電部９０は、セパレータ８１を９枚積層してセパレータ８１の間に発電体９６を挟みこんで形成されるスタック構造を有し、発電セルを８個直列に接続した構造を有する。発電部９０は、燃料電池装置１００の底部とされる基台９８の上に配設された基台９５の上に配置される。基台９６の底面から発電部９０の最上部に配設される板状部の表面までの高さＴ４は、３８．６２ｍｍとされる。また、基台９６の底面から発電部９０の中央部に積層されるセパレータ８１の厚み方向の中央までの高さＴ５は２１．７８ｍｍとされ、基台９６の底面から発電部９０の側面側に配設される冷却ファン９２、空気供給ファン９３，９４の中央までの高さと略一致する。基台９５、板状部９７、積層されたセパレータ８１及び発電体９６の厚みを合わせた発電体９０の高さＴ６は、３３．６２ｍｍである。冷却ファン９２の高さは、発電部９０の最上部に配設された放熱部８４と最下部に配設された放熱部８４との間の高さと略一致し、放熱部８４全体に冷却用の空気を供給することができる。空気供給ファン９３，９４の高さは、発電部９０の最上部の溝８２と最下部の溝８２との間の高さと略一致し、溝８２に全体に酸素を含む空気を十分に供給することができる。
【００９１】
以上説明したように、本発明にかかる燃料電池はかかる燃料電池を駆動するための各種機器をコンパクトに収納することができ、ノート型パソコン、携帯電話及びＰＤＡの如き携帯型電子機器を駆動するための電力を供給する電源として好適なものである。また、これら携帯型電子機器に限定されず、本発明の燃料電池１を各種電子機器を駆動するための電源として利用することもできる。
【００９２】
【発明の効果】
本発明にかかる燃料電池によれば、発電部の温度上昇の抑制とかかる発電部に残留する水分量の制御を行うことにより、ドライアップの如き発電の際の不具合を生じさせることなく安定した発電を行うことができる。さらに、発電部の温度制御と発電部に残留する水分量の制御とを独立して精度良く行うことができ、信頼性の高い燃料電池を提供することができる。また、このような燃料電池によれば、発電を行うための各種機器を燃料電池にコンパクトに収納することが可能であり、かかる燃料電池を小型化することができる。
【００９３】
さらに、本発明にかかる電子機器によれば、携帯可能なサイズとされた燃料電池を搭載することにより携帯型電子機器においても燃料電池による駆動を行うことができ、所要の電子機器に燃料電池を搭載することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる燃料電池の構造を示す分解斜視図である。
【図２】本発明にかかる燃料電池を構成する筐体の構造を示す構造図であって、（ａ）は側面図、（ｂ）は他の側面を示す側面図、（ｃ）は端面図、（ｄ）は他の端面を示す端面図である。
【図３】本発明にかかる燃料電池を構成する発電部の概観を示す斜視図である。
【図４】本発明にかかる燃料電池を構成する発電部の一部を示す分解斜視図である。
【図５】本発明にかかる燃料電池を構成するセパレータの構造を示す構造図であって、（ａ）はセパレータの表面側の構造を示す平面図、（ｂ）は裏面側の構造を示す平面図である。
【図６】本発明にかかる燃料電池に好適なセパレータの別の例の構造を示す構造図であり、（ａ）はセパレータの断面図、（ｂ）はかかるセパレータの端部の断面構造を示す要部断面図である。
【図７】本発明にかかる燃料電池に好適なセパレータの別の例の構造を示す構造図であり、（ａ）は上側板状部の平面図、（ｂ）は下側板状部に伝熱部がはめ込まれた状態を示す平面図、（ｃ）は下側板状部を裏面側からみた平面図である。
【図８】本発明にかかる燃料電池の構造を示す平面図である。
【図９】本発明にかかる燃料電池における発電部の温度及び発電部に残留する水分量を制御する制御方法を説明するための図である。
【図１０】本実施形態にかかるセパレータの具体的な構造を示す図であり、セパレータを表面側からみた構造を示す平面図である。
【図１１】本実施形態にかかるセパレータの具体的な構造を示す図であり、セパレータの側面側からみた構造を示す側面図である。
【図１２】本実施形態にかかるセパレータの具体的な構造を示す図であり、セパレータを裏面側からみた構造を示す平面図である。
【図１３】本実施形態にかかる燃料電池装置の具体的な構造を示す平面図である。
【図１４】本実施形態にかかる燃料電池装置の具体的な構造を示す側面図である。
【符号の説明】
１  燃料電池、１０  筐体、１１，１２，１３  排気口、１４，１５  吸気口、１６，１８  接続孔、２０  制御基板、３０  発電部、３１  セパレータ、３２  接合体、３３，７５  放熱フィン、３４，４０  開口部、３５，７４  封止部材、３６  固体高分子電解質膜、３７  電極、３８，４３，７８，７９  流路、３９  側面、４１  排出孔、４２  供給孔、４５，４６  接続部、５１  冷却ファン、５２，５３  空気供給ファン、５４  水素パージバルブ、５５  レギュレータ、５６  手動バルブ、６０  水素吸蔵カートリッジ、６１，６３，６４  温度センサ、６２，６５  湿度センサ、７２  伝熱部
【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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