(57)【要約】【課題】メタノール水溶液や水分から燃料電池制御部の回路基板を確実に保護することができ、パック化するに適した燃料電池装置を提供する。【解決手段】電解質膜を介してメタノール水溶液と空気とを化学反応させて電力を発生する直接型メタノール燃料電池部と、電子回路部品を備えて構成されて直接型メタノール燃料電池部における起電動作を制御する発電制御部とを一体に備えてなる燃料電池装置において、特に発電制御部を直接型メタノール燃料電池部に対して液密に区画する。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質膜を介してメタノール水溶液と空気とを化学反応させて電力を発生する直接型メタノール燃料電池部と、電子回路部品を備えて構成されて上記直接型メタノール燃料電池部における起電動作を制御する発電制御部とを具備し、この発電制御部と前記直接型メタノール燃料電池部とを所定のパッケージに一体に収納した燃料電池装置であって、
前記発電制御部を、前記直接型メタノール燃料電池部に対して液密に区画したことを特徴とする燃料電池装置。
【請求項２】
前記発電制御部の前記直接型メタノール燃料電池部に対する液密な区画は、前記直接型メタノール燃料電池部との間に隔壁を設けて、または前記発電制御部を密閉容器内に収納して、或いは前記発電制御部を樹脂材にて液密にモールドして行われるものである請求項１に記載の燃料電池装置。
【請求項３】
前記発電制御部は、電子回路部品を搭載した回路基板を、該回路基板を液密に内蔵したパッケージの内壁面に対して所定の間隙を形成して支持してなる請求項１に記載の燃料電池装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、直接型メタノール燃料電池を主体として構成され、小型の電子機器の電源として組み込むに好適な燃料電池装置に関する。
【０００２】
【関連する背景技術】
直接型メタノール燃料電池は、電解質膜を介してメタノール水溶液と空気とを室温付近で化学反応させて電力を発生するもので、リン酸電解液型燃料電池に見られるような改質器が不要であり、その構造が比較的簡単である。特に直接型メタノール燃料電池は、その燃料容積が少なく小型化が容易であることから可搬型または携帯型の電子機器における電源設備としての応用が期待されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところでこの種の燃料電池装置を小型の電子機器の電源として用いるべく、その主体部である直接型メタノール燃料電池（ＤＭＦＣ）に、燃料としてのメタノール水溶液を充填した燃料カートリッジや、メタノール水溶液をＤＭＦＣに供給する送液ポンプ等を一体に組み込むことが考えられる。更にはその補助電源としての二次電池や、電子回路からなる発電制御部等を一体に組み込み、１つの電源ユニットとしてパック化することが考えられる。
【０００４】
しかしながらこのようにして燃料電池装置をパック化する場合、例えばメタノール水溶液と空気との化学反応により生じる水分（蒸気）をどのように処理するかが問題となる。特に上記水分（蒸気）等が発電制御部に入り込むと、この発電制御部を構築する種々の電子回路部品が劣化したり、或いは絶縁不良等の故障が生じる虞がある。
【０００５】
本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、その目的は、直接型メタノール燃料電池に燃料として供給されるメタノール水溶液や、前記直接型メタノール燃料電池における化学反応により生成される水分等から、電子回路を主体として構成される発電制御部を確実に保護することができ、小型の電子機器の電源として用いるに好適な燃料電池装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上述した目的を達成するため、本発明に係る燃料電池装置は、電解質膜を介してメタノール水溶液と空気とを化学反応させて電力を発生する直接型メタノール燃料電池部と、電子回路部品を備えて構成されて上記直接型メタノール燃料電池部における起電動作を制御する発電制御部とを具備し、この発電制御部と前記直接型メタノール燃料電池部とを所定のパッケージに一体に収容したものであって、特に前記発電制御部を、前記直接型メタノール燃料電池部に対して液密に区画したことを特徴としている。
【０００７】
即ち、本発明に係る燃料電池装置は、メタノール水溶液を燃料とし、空気との化学反応により電力を生起する直接型メタノール燃料電池部に対して、その発電を制御する発電制御部を液密に区画して設けることで、該発電制御部を構成する種々の電子回路部品をメタノール水溶液や水分（蒸気）等から保護し、これによってそのパック化を容易に実現することを特徴としている。
【０００８】
好ましくは前記発電制御部の前記直接型メタノール燃料電池部に対する液密な区画は、前記直接型メタノール燃料電池部との間に隔壁を設けることで、または前記発電制御部を密閉容器内に収納して、或いは前記発電制御部を樹脂材にて液密にモールドして、更にはテーピング等によりその周面を封止して行うことが望ましい。
【０００９】
より好ましくは前記発電制御部は、電子回路部品を搭載した回路基板を、該回路基板を液密に内蔵した空間部の内壁面に対して所定の間隙を形成して保持することで、具体的には上記壁面に突設されたリブやボスに回路基板を取り付けることで該回路基板を壁面から浮かした状態で保持した構造とし、仮にその内部に水分が進入した場合でも、その水分が上記電子回路部品を搭載した回路基板に直接触れることがないように配慮しておくことが望ましい。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態に係る燃料電池装置について説明する。
図１は、本発明に係る燃料電池装置の概略構成を示すブロック図である。この燃料電池装置１０は、電解質膜を介して燃料のメタノール水溶液と空気（Ｏ２）とを化学反応させて起電力を発生するＤＭＦＣ起電装置１００を主体とし、このＤＭＦＣ起電装置１００に燃料であるメタノール水溶液を供給する送液ポンプ４１、および酸化剤としての空気（Ｏ２）を供給する送気ポンプ４２等を所定のケーシング（図示せず）に一体に組み込んで構成される。またこのケーシングには、上記各ポンプ４１，４２の作動を制御して前記ＤＭＦＣ起電装置１００の発電動作を制御するＤＭＦＣ制御部（発電制御部）２０や、補助電源としての二次電池装置６０が一体に組み込まれる。そして燃料電池装置１０は、上述した各部をケーシング内に一体に収納した１つの電源ユニットとしてパック化される。
【００１１】
ちなみに燃料のメタノール水溶液は、例えば燃料電池装置１０に対して着脱可能に設けられた燃料カートリッジ３０に充填されている。この燃料カートリッジ３０を燃料電池装置１０に装着することで、前記送液ポンプ４１を介して前記ＤＭＦＣ起電装置１００にメタノール水溶液が供給される。また酸化剤としての空気（Ｏ２）は、前記送気ポンプ４２により前記ケーシングの周囲の外気を取り込むことで前記ＤＭＦＣ起電装置１００に供給される。
【００１２】
ここで前記ＤＭＦＣ起電装置１００について簡単に説明する。このＤＭＦＣ起電装置１００は、概略的には図２にその構成を示すように、電解質膜１１０を間にしてメタノール水溶液を通流する流路１２０を形成したアノード流路体１２１と、空気を通流する流路１３０を形成したカソード流路体１３１とを設けた構造をなす。特に前記電解質膜１１０の両面にはアノード触媒層１２２と、カソード触媒層１３２とがそれぞれ設けられており、更にその外側にはアノード集電体１２３とカソード集電体１３３とが設けられている。
【００１３】
このような構造のＤＭＦＣ起電装置１００においては、基本的にはアノード流路体１２１内に送り込まれたメタノール水溶液は、アノード集電体１２３を介してアノード触媒層１２２に染み込む。またカソード流路体１３１内に送り込まれた空気（酸化剤としてのＯ２）は、カソード集電体１３３を介してカソード触媒層１３２に染み込む。するとメタノール水溶液は、該アノード触媒層１２２の触媒作用を受けて化学反応し、これによって生成されたプロトン（陽子）が電解質膜１１０を透過する。そしてカソード触媒層１１３に染み込んだ酸素と上記陽子とが反応することで電力が生起される（発電する）。このような化学反応に伴う起電力が、前記アノード集電体１２３とカソード集電体１３３とを介してそれぞれ取り出されることになる。
【００１４】
尚、上述したＤＭＦＣ起電装置１００における発電作用は、該ＤＭＦＣ起電装置１００の温度や、このＤＭＦＣ起電装置１００に供給されるメタノール水溶液および空気（Ｏ２）の量によって変化する。前述したＤＭＦＣ制御部（発電制御部）２０は、このような発電作用を安定化させるべく、例えば燃料電池装置１０の出力電圧、出力電流、ＤＭＦＣ起電装置１００の温度状態等をモニタし、前述した送液ポンプ４１および送気ポンプ４２の各ポンプ流量を制御することで、前述したようにＤＭＦＣ起電装置１００の発電作用を制御する役割を担う。
【００１５】
尚、ＤＭＦＣ制御部（発電制御部）２０は、基本的にはＤＭＦＣ起電装置１００が発電した電力を電源として作動する。しかしＤＭＦＣ起電装置１００が起電反応前にはその起電力が零であり、またＤＭＦＣ起電装置１００の発電初期時はその出力電圧が不安定である。しかも負荷急変時、燃料電池出力が負荷に追従するまでのタイムラグがあり電圧が不安定となる。前述した二次電池装置６０は、このようなＤＭＦＣ起電装置１００の動作が不安定なとき、該ＤＭＦＣ起電装置１００に代わってＤＭＦＣ制御部（発電制御部）２０等に対して電力を供給する補助電源として用いられる。更にこの二次電池装置６０は、燃料電池装置１０（ＤＭＦＣ起電装置１００）を小型携帯端末の電源として用いる場合、前述した電圧不安定現象を補償して、即ち、発電力の不足を補うことで該燃料電池装置１０の出力電圧を安定化する役割も担っている。
【００１６】
さて基本的には上述した如く構成された燃料電池装置１０において、この発明が特徴とするところは、燃料電池装置１０の制御を行うＤＭＦＣ制御部（発電制御部）２０を前記ＤＭＦＣ起電装置１００に対して液密に区画した点にある。
【００１７】
具体的には図３（ａ）に一部を切欠してその要部を示すように、ＤＭＦＣ制御部（発電制御部）２０が、各種電子回路部品を回路基板２１に実装した電子回路ブロックとして実現されるとき、この発電制御部２０（回路基板２１）とＤＭＦＣ起電装置１００との間に隔壁５０を設け、この隔壁５０によりメタノール水溶液およびＤＭＦＣ起電装置１００の化学反応により生成される水（蒸気）が上記発電制御部２０（回路基板２１）を収納した空間部に流入することを阻止した構造としたことを特徴としている。尚、この発電制御部２０（回路基板２１）に、前述した二次電池装置６０に対する制御回路を組み込んでおくことも勿論可能である。
【００１８】
このような隔壁５０を設けて発電制御部２０を液密に区画した構造としておけば、燃料のメタノール水溶液やＤＭＦＣ起電装置１００の発電に伴って生成される水または水蒸気が、発電制御部２０の収納空間に不本意に進入すること確実に防止できる。このため、発電制御部２０を構築する電子回路部品の劣化、或いは絶縁の劣化による故障を簡易に、しかも確実に防止することができる。勿論、前述した隔壁５０を設ける代わりに、前記発電制御部２０（回路基板２１）を密閉容器（図示せず）内に封入した構成としても良い。即ち、発電制御部２０（回路基板２１）自体を密閉構造体ととし、その内部に液体または気体が侵入しないような構成としておけば、前述した実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００１９】
この際、好ましくは上記発電制御部２０を構築する電子回路部品を搭載した回路基板２１を、例えば図３（ａ）に示すようにスペーサ２５を利用したり、或いはその壁面に突設されたリブやボス（図示せず）を利用して、その収納空間の内壁面に対して所定の隙間を形成して支持することが望ましい。この場合、何らかの影響によって発電制御部２０の収容空間内にメタノール水溶液や水（蒸気）等が流入したとしても、回路基板２１およびこの回路基板２１に搭載された電子回路部品に悪影響が及ぶことがない。特に燃料電池装置１０が据え置きタイプのものでなく、例えば携帯電話等の移動小型端末装置の電源として使用されるような場合、発電制御部２０内の回路基板２１が常に水平状態で使用されるとは限らない。このため、図３（ｂ）の要部断面図に示すように、発電制御部２０の収容空間２６の内壁面２６ａから離れた位置に回路基板２１を保持するように構成しておけば、燃料電池装置１０の仕様姿勢、ひいては発電制御部２０（回路基板２１）の姿勢に拘わることなく、仮に発電制御部２０の収容空間２６内に液体が流入しても、その液体が回路基板２１に接することがないようにすることができる。
【００２０】
かくして上述したように構成した燃料電池装置１０によれば、ＤＭＦＣ起電装置１００と発電制御部２０との間に隔壁５０を設けて発電制御部２０を液密に区画しているので、または発電制御部２０を密閉容器内に収容した構成としているので発電制御部２０を構築する電子回路部品を搭載した回路基板２１の劣化や絶縁の劣化による回路故障を防止することができる。
【００２１】
尚、前述した隔壁５０を設けることに代えて発電制御部２０を、例えばシリコーン樹脂などでモールドすることで、メタノール水溶液および水（蒸気）などから発電制御部２０を水分等から確実に保護可能となるよう構成してもよい。この場合は発電制御部２０を構築する回路基板２１の交換、あるいは回路基板２１に実装されている電子回路部品（図示せず）の交換は困難ではあるが、上述した隔壁５０を設ける実施形態に比べて、より確実に回路基板２１、ひいては発電制御部２０の保護が可能となる。
【００２２】
尚、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。実施形態においては、二次電池装置６０を一体に組み込んでパック化した燃料電池装置について説明したが、前述した二次電池装置が担う役割を果たすものであれば、例えば特に図示しないが平滑回路あるいは外部からの補助電源（ＡＣアダプタ等）または交換可能な一次電池を用いることも勿論可能である。
【００２３】
また前述したように二次電池装置６０の制御回路についても前述したＤＭＦＣ制御部２０と共に液密に区画しておけば、この二次電池装置６０の制御回路に対しても前述した燃料のメタノール水溶液や、その発電に伴ってＤＭＦＣ起電装置１００から生成される水分から保護することが可能となる。更にここでは燃料電池装置１０に対して燃料カートリッジ３０を着脱自在に設けた構造のものについて例示したが、所定量のメタノール水溶液を貯留可能な燃料タンク（図示せず）を一体に備え、この燃料タンクに対して外部からメタノール水溶液を供給可能な構成の燃料電池装置に対しても同様に適用することができる。またここでは送液ポンプ４１を用いてＤＭＦＣ起電装置１００に対してメタノール水溶液を供給したが、送液ポンプ４１や送気ポンプ４２を用いることのない、いわゆるブリージングタイプの燃料電池装置に対しても同様に適用可能である。その他、本発明はその主旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
【００２４】
【発明の効果】
以上述べたように本発明の燃料電池装置によれば、燃料電池の起電動作を制御する電子回路部品を搭載した回路基板からなる発電制御部と、直接型メタノール燃料電池部との間に隔壁を設け、または発電制御部を密閉容器とする構造としているので、燃料または発電に伴って生成される水および水蒸気から上記回路基板を確実に保護することが可能となる。更には発電制御部を樹脂剤等でモールドすることで簡易な構成でありながら、上述した燃料や水、水蒸気等の液体または気体から確実に回路基板を保護することが可能となり、その動作信頼性を十分に高め得る等の実用上多大なる効果が奏せられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る直接型メタノール燃料電池の概略構成を示すブロック図。
【図２】直接型メタノール燃料電池の概略構成を模式的に示す図。
【図３】本発明の発電制御部の一部を開放した図およびその断面図。
【符号の説明】
１０　　　燃料電池装置
２０　　　ＤＭＦＣ制御部（発電制御部）
２１　　　回路基板
３０　　　燃料カートリッジ
４１　　　送液ポンプ
４２　　　送気ポンプ
５０　　　隔壁
１００　　　ＤＭＦＣ起電装置
【図１】
2004071259.tif 000003
【図２】
2004071259.tif 000004
【図３】
2004071259.tif 000005