(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料を液体の状態で貯蔵した燃料電池用燃料容器であって、前記燃料容器は内容器と外容器からなる２重構造であり、
内容器と外容器の間に、前記燃料容器内に収容する液体燃料を吸収する材料を含み、
前記内容器と外容器の間の空間に、前記液体燃料が存在することを検知するセンサーを配置したことを特徴とした燃料容器。
【請求項２】
前記材料は、前記液体燃料を吸収すると同時に反応して、凝固またはゲル化する材料である請求項１に記載の燃料容器。
【請求項３】
前記ゲル化する材料は、寒天、カラギーナン、キサンタンガム、ジェランガム、グアーガム、ポリビニルアルコール、ポリアクリル酸塩系増粘剤、水溶性セルロース類またはポリエチレンオキサイドの少なくともひとつを含むことを特徴とした請求項２に記載の燃料容器。
【請求項４】
前記センサーが、燃料液体燃料を吸収することで変色する物質であることを特徴とした請求項１に記載の燃料容器。
【請求項５】
前記液体燃料を吸収して変色する物質は、吸湿して変色するシリカゲルまたはシリカアルミナゲルを含むことを特徴とした請求項４に記載の燃料容器。
【請求項６】
前記燃料容器は、燃料電池パックと着脱可能に使用することを特徴とした請求項１〜５のいずれかに記載の燃料容器。
【請求項７】
燃料を液体の状態で貯蔵した燃料電池システムを内包する燃料電池パックであって、
前記燃料電池パックは内側ケースと外側ケースからなる２重構造であり、内側ケースと外側ケースの間に前記液体燃料を吸収する材料を含み、
前記内側ケースと外側ケースの間の空間に、前記液体燃料が存在することを検知するセンサーを配置したことを特徴とした燃料電池パック。
【請求項８】
前記材料は、前記液体燃料を吸収すると同時に反応して、凝固またはゲル化する材料である請求項７に記載の燃料電池パック。
【請求項９】
前記ゲル化する材料は、寒天、カラギーナン、キサンタンガム、ジェランガム、グアーガム、ポリビニルアルコール、ポリアクリル酸塩系増粘剤、水溶性セルロース類またはポリエチレンオキサイドの少なくともひとつを含むことを特徴とした請求項７または８に記載の燃料電池パック。
【請求項１０】
前記センサーが、前記液体燃料を吸収することで変色する物質であることを特徴とした請求項７に記載の燃料電池パック。
【請求項１１】
前記液体燃料を吸収して変色する物質は、吸湿して変色するシリカゲルまたはシリカアルミナゲルを含むことを特徴とした請求項１０に記載の燃料電池パック。
【請求項１２】
前記センサーが、電気伝導度を測定するセンサーであることを特徴とした請求項７に記載の燃料電池パック。
【請求項１３】
前記燃料電池パックの内側ケースは、前記液体燃料が透過することができることを特徴とした請求項７〜１２のいずれかに記載の燃料電池パック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体を燃料として使用する燃料電池に用いられる燃料容器および液体を燃料として使用する燃料電池を内部に内蔵した燃料電池パックに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、使用する電解質の種類によって、燐酸型、アルカリ型、溶融炭酸塩型、固体酸化物型、固体高分子型等に分類される。これらの中で、低温動作が可能で、出力密度が高いという特徴を有する固体高分子型燃料電池は、車載用電源や家庭用コージェネレーションシステム等において実用化されつつある。
【０００３】
一方、近年ではノート型パソコンや携帯電話、ＰＤＡといった携帯機器の高機能化に伴い、消費電力は増加する傾向にある。現在使用されている携帯機器用の電源であるリチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池は、この消費電力の増加に追従してエネルギー密度を向上させることができず、近々電源の容量不足という問題が生じることが懸念されている。
【０００４】
この問題を解決する電源として、固体高分子型燃料電池が注目されており、中でも常温で液体の燃料を、水素に改質することなく、電極において直接酸化して電気エネルギーを取り出すことができる直接燃料酸化型燃料電池は、改質器が不要で電源の小型化が容易である点から、最も期待されている。
【０００５】
直接燃料酸化型燃料電池の燃料としては、低分子量のアルコールやエーテル類が検討されているが、中でも高エネルギー効率及び高出力が得られるメタノールが最も有望視されており、ダイレクトメタノール型燃料電池（以下ＤＭＦＣと記す）と分類されている。
【０００６】
ＤＭＦＣのアノード極およびカソード極での反応は、それぞれ反応式（１）、反応式（２）のようである。
ＣＨ3ＯＨ＋Ｈ2Ｏ→ＣＯ2＋６Ｈ+＋６ｅ-・・・（１）
３／２Ｏ2＋６Ｈ+＋６ｅ-→３Ｈ2Ｏ      ・・・（２）
上記の反応式（１）からわかるように、アノード極での反応には燃料であるメタノールと水が必要である。反応式（２）からわかるように、カソード極から水が生成するため、その水を回収してアノード極へ回すということも考えられるが、燃料電池システムを簡素化するためには、燃料容器には燃料のみならず水を貯蔵することが必要である。水の貯蔵法としては、燃料容器を２室に仕切って別々に貯蔵してもよいが、一般的には水溶液の形で貯蔵する。
【０００７】
燃料容器としては、特許文献１に記載されているように、燃料電池システムの内部に貯蔵容器が存在し、外部から燃料のみを注入するタイプと特許文献２に記載されているように、本体から取り外して容器ごと交換するようなカートリッジタイプが提案されている。
【０００８】
また、燃料容器から燃料が漏出しないための技術として、特許文献３には容器内の内圧を大気圧よりも低く維持することが提案されている。
【特許文献１】特開２００３−９２１２８号公報
【特許文献２】特開２００１−９３５５１号公報
【特許文献３】特開２００３−２１７６１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従来の燃料容器の内部は様々な圧力変化が生じる。例えば、ポンプなどで燃料容器から強制的に燃料を吸い上げるような場合は、燃料の減少に伴い容器の内部圧力は低下する傾向にある。逆に、夏の車内など８０℃程度まで温度上昇する環境内に燃料容器が置かれた場合は、低沸点のメタノールが気化して内部圧力を上昇させる。
【００１０】
そこで、前述のとおり従来のような漏出防止策が様々な形で提案されている。しかし、燃料容器の各部品、部材の不良や故障、設計限界を超えるストレス、落下、踏み潰し、廃棄処理などの衝撃による機械的な容器の破損、長期保存などによる容器の腐食や劣化など、不測の事態によって燃料が漏出した場合に備えて具体的な対策を施した燃料電池システムあるいはその燃料容器は提案されていなかった。
【００１１】
また、燃料電池システムでは容器以外に発電部の燃料電池スタック自体や燃料電池スタックと燃料容器を結ぶ配管やそれらの接合部分からも、部品、部材の不良や故障によって燃料が漏出する可能性も考慮しなければならないが、具体的な対策はなされていなかった。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記課題を解決するために、本発明の燃料容器は、燃料を液体の状態で貯蔵した燃料電池用燃料容器であって、前記燃料容器は内容器と外容器からなる２重構造であり、内容器と外容器の間に、前記燃料容器内に収容する液体燃料を吸収する材料を含むとしたものである。
【００１３】
これによって、燃料容器の各部品、部材の不良や故障、設計限界を超える温度、圧力によるストレス、長期保存などによる容器の腐食や劣化などにより、内容器から燃料が漏出した場合でも、内容器と外容器の間に存在する材料が液体を吸収することにより、燃料容器の外部に液体が漏出することを防止できる。また、落下、踏み潰し、廃棄処理などの瞬発的な衝撃によって内容器と外容器が同時に破損した場合でも、内容器から漏出した液体燃料がまず内容器と外容器の間に存在する材料に吸収されるため、燃料容器外部に漏出させることを著しく遅延させることができる。
【００１４】
また、本発明の燃料電池パックは、燃料を液体の状態で貯蔵した燃料電池システムを内包する燃料電池パックであって、前記燃料電池パックは内側ケースと外側ケースからなる２重構造であり、内側ケースと外側ケースの間に前記液体燃料を吸収する材料を含むとしたものである。
【００１５】
この燃料電池システム中の各部品、部材の不良や故障、設計限界を超える温度、圧力によるストレス、長期保存などによる容器の腐食や劣化は、燃料容器のみについて考慮すればよいものではなく、燃料電池パック内に含まれる燃料の配管やその接続部分、排出液を貯蔵する場合のタンクや、燃料濃度を調整するための予備タンクなど燃料に接する部分全てのトラブルに備えることが望まれる。そこで、本発明によれば、内側ケースと外側ケースの間に存在する材料が液体燃料を吸収することにより、燃料電池パックの外部に液体が漏出することを防止できる。また、落下、踏み潰し、廃棄処理などの瞬発的な衝撃によって燃料容器や配管部分の部品とケースが同時に破損した場合でも、燃料容器や配管部分から漏出した液体燃料が、まず内側ケースと外側ケースの間に存在する材料に吸収されるため、燃料電池パック外部に漏出させることを著しく遅延させることができる。
【００１６】
また、上記それぞれの構成において前記吸収材料は、前記液体燃料を吸収すると同時に反応して、凝固またはゲル化する材料であるのが好ましい。
【００１７】
これによって、前記のような内容器の破損した場合に、内容器からの液の漏出を速やかに停止または著しく遅延させることによって、燃料容器内に収容する液体が全て無くなる前に液の漏出を抑制することができる。このことは、内容器と外容器が同時に破損した場合に、燃料容器外部に液が漏出する確率を低減できる効果があり、また燃料容器内の急速な液の減少により、燃料電池システムが動作不能となり、それを電源とする電子機器の動作に不具合をきたすことを防止できる。
【００１８】
また、燃料電池パック内部の燃料の配管やその接続部分、および各種タンクが破損した場合において、落下、踏み潰し、廃棄処理などの瞬発的な大きな衝撃によって、外側ケースが同時に破損したときは、吸収材が保持可能な液の量を超えると、燃料電池パック外部に液が漏出する可能性がある。
【００１９】
そこで、内側ケースと外側ケースの間に存在する材料が、液体燃料と反応して液の粘性を著しく上昇させ、拡散速度を低下させるため、液の漏出を著しく遅延または停止させることができる。
【００２０】
ここでこのゲル化する材料は、燃料容器内に収容する液体と接触して速やかにゲル化する必要があり、ゲル化した状態での粘度が高くなることが好ましい。このような要求を満たす材料としては、水素結合を形成しやすい水と接触してゲル化する物質が多く存在する。直接燃料酸化型燃料電池である場合、燃料容器内に収容する液体の状態で水を含むことが多いため、水と接触してハイドロゲルを形成する材料である、寒天、カラギーナン、キサンタンガム、ジェランガム、グアーガム、ポリビニルアルコール、ポリアクリル酸塩系増粘剤、水溶性セルロース類、ポリエチレンオキサイドのいずれかひとつを含むものが好ましい。
【００２１】
ただし、燃料容器内に収容する液体の状態で水を含まない場合でも、燃料容器内に収容する液体と接触して速やかにゲル化する必要があり、上記に限定するものではない。
【００２２】
さらに液体燃料がアルコールである場合には、前記燃料容器内に収容する液体燃料と接触して凝固する材料としては、蛋白質も挙げられる。
【００２３】
蛋白質は、低級アルコールによってその分子構造が変化し、凝固することがよく知られており、固化した場合には、上記のようにゲル化した状態よりも液体の拡散速度を著しく減少させ、液体の漏出を抑止する効果が高い。
【００２４】
この蛋白質にはゼラチンなどが代表的なものである。
【００２５】
さらに、前記内容器と外容器の間の空間または前記内側ケースと外側ケースの空間に、前記液体燃料が存在することを検知するセンサーを配置するのも好ましい。
【００２６】
内容器または内側ケースが破損し、内容器と外容器の液体が吸収された場合に、機器の使用者が速やかにその異常に気づき、燃料容器を交換する等の処置を行う必要があるが、検知するセンサーを配置することで、使用者に異常を知らせることができる。検知センサーは、光の屈折率の変化を検知するもの、音速を測定するもの、重心の移動を検知するものなど様々考えられる。
【００２７】
このとき、センサーが、燃料容器内に収容する液体を吸収することで変色する物質が、
好ましい。
【００２８】
センサーは、安価かつ小型で、使用者に認知されやすいものであることが要求される。認知しやすさということから、視覚的な変化を生じるものがよく、吸湿すると変色する材料としては、吸湿インジケータである塩化コバルト等を含浸させたシリカゲルや近年急速に普及してきた携帯電話の水没検知用シールがあげられる。
【００２９】
上記のような液体を吸収することで変色する物質の中でも、シリカゲルはそれ自身が液体を吸収する能力を有するため、吸収材としての機能とセンサーとしての機能を兼ねることができ、省スペースあるいは製造工程の簡略化に有効であるといえる。また、水没検知用シールは内容器と外容器間の空間の一部分でしか検知できないが、シリカゲルの場合は、空間に均一分散させるとこが可能であるために、内容器の微小な破損に対してもよく反応し、使用者が認知しやすい。ただし、吸湿して変色する材料は、シリカゲルに限定するものではなく、シリカゲルに類似する材料、たとえばアルミナ、シリカアルミナ、ゼオライトなどに吸湿インジケータを含浸させたものも好ましい。
【００３０】
次に本発明の燃料電池パックにおいては、前記燃料容器内に収容する液体が存在することを検知するセンサーが、電気伝導度を測定するセンサーであるのも好ましい。
【００３１】
センサーとして、視覚的な変化を生じるものがよいのは前記のとおりであるが、燃料電池が電子機器の電源として使用される場合が多いことを考えると、燃料容器内部の液漏れの検知信号を電気的信号にして、電子機器に送信し機器側で使用者に知らせることが、使用者が迅速に異常を認識することに対して有効である。そこで、比較的安価で小型化が可能であり、感度の高いセンシングとして濡れによる電気伝導度の変化をセンシングすることが、好ましい。内容器と外容器の間の空間中に電極を配置し、電極間に高周波の微弱電流を流してそのインピーダンスを測定して、ある値より小さくなったときに、液漏れによって電気伝導度が上昇したと判断し、機器に表示画面に使用者に警告する表示をするなどすればよい。ただし、純粋な液体の電気伝導度は非常に小さいため測定が困難である場合は、塩化ナトリウムなどの塩を分散させればよい。高感度で微小な電気伝導度の変化を検知するためには、非常に大面積の電極を配置し、極間距離を小さくすることが必要であるが、昨今はフォトリソグラフの技術により極間距離１μｍ程度の櫛形電極が市販されている。
【００３２】
また本発明の燃料容器は、燃料電池パックと着脱可能に使用するのが好ましい。
【００３３】
燃料電池容器としては、２つのタイプが考えられている。ひとつは、燃料容器が燃料電池パックの内部に組み込まれ、燃料残量が低下した場合に、注射器などの充填装置によって外部から液体を注入するタイプのものである。もうひとつは、燃料容器が燃料電池パックから着脱することができ、燃料を使い切った後に燃料容器ごと交換するいわゆるカートリッジタイプである。後者のカートリッジタイプは、燃料を手軽にどこでも入手できるという利便性があるが、逆にカートリッジ自体の信頼性が高いことが求められる。そこで本発明は、燃料容器を様々な環境下に持ち込んだ場合の不測のトラブルに備えるものであり、カートリッジタイプの燃料容器について特に有効であるといえる。
【００３４】
さらに本発明の燃料電池パックにおいて、前記内側ケースが燃料容器内に収容する液体が透過することができるようするのも好ましい。
【００３５】
具体的には、内側ケースの部材に適当な大きさの孔をあけるか、あるいは多孔質材料を用いるものである。内側ケースは燃料電池パックの機械強度を保つために、ある程度の厚みのある機械強度の高い材料を使用することが好ましいが、それに限定するものではなく
、膜状のものであってもよい。内側ケースと外側ケースの間に存在する液体を吸収する材料が粉体である場合には、材料が内側ケースを透過して燃料電池パック内に拡散しない程度の孔の大きさになるように設計する必要がある。
【００３６】
これによって、前記のような各部品の破損により、燃料容器や配管部分から燃料が漏出した場合にでも、漏出した液が内側ケースを透過して内側ケースと外側ケースの間に存在する前記の吸収材に吸収されるため、燃料電池パックのケースの内側で流動したり蓄積したりすることがなく、燃料電池パック内部に配置された、燃料電池システムを運転および制御するためのポンプなどの補機類や電子回路などに液が接触して、回路の短絡などによってそれらの動作に不具合をきたすことを防止できる。
【００３７】
また、前記のような外側ケースの破損による燃料電池パック外部への液の漏出を防止するために、吸収材とゲル化剤を併用し、互いの機能を補完してもよい。
【発明の効果】
【００３８】
以上のように、本発明によれば、燃料容器および燃料電池システム内部の各部品、部材の不良や故障を始めとした不測の事態によって、燃料容器および燃料電池スタックおよびそれらの接続配管から燃料が漏出した場合でも、燃料を燃料容器外部または燃料電池パック外部に漏出させることがなく、さらには使用者に異常を通知することで、異常の発生した燃料容器および燃料電池パックを継続して使用してしまう事態を回避し、液体燃料を使用した燃料電池電源が安全に使用できるような、燃料電池用燃料容器および燃料電池パックを提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３９】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００４０】
（実施の形態１）
図１は、本発明の燃料電池用燃料容器の断面図である。本発明に係る燃料電池容器は、内容器１と、外容器２と、燃料容器内に収容する液体燃料を吸収する材料（以下吸収材と記す）３と、燃料容器内に収容する液体燃料に接触すると変色する材料（以下変色材と記す）４と、弾性体からなるパッキン６と液体燃料を移送するための中空針７を有する。ただし、弾性体および中空針７は、簡易的な燃料移送構造として例示したものであり、燃料電池容器と燃料電池スタックを接続する部分の機構は、これに限定されるものではなく従来公知の機構が使える。
【００４１】
また、図１は燃料電池パック本体から燃料容器を着脱することが可能なカートリッジタイプを例示しているが、燃料電池パックに燃料容器が内蔵されており、燃料容器内に収容する液体を注射器などで外部から補充するようなタイプの燃料容器でもよい。
【００４２】
以上のように構成された燃料容器において、内容器１は通常燃料であるメタノールと直接接触する部分であり、容器の材質は、メタノールと反応せずメタノールによって腐食されない材料でなければならない。しかも、前記ような内部圧力の変動に対して耐えうる材料である必要がある。このような条件を満たすものとして、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン−ペルフルオロプロピルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）、テトラフルオロエチレン−エチレン共重合体ＥＴＦＥ、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）といったフッ素系樹脂やポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）といったエンジニアリングプラスチック、シリコン系樹脂などが挙げられる。
【００４３】
外容器２は、外部からの圧力や衝撃力に耐え、内容器を保護することができる程度の機械的強度を有することが好ましい。特に、変色材を使用して燃料の漏出の有無を確認できるようにする場合は、変色の有無を外部から確認できるように、外容器全体または一部が透明あるいは半透明であることが必要である。また、透明または半透明でない材料を使用する場合は、変色材を配置した位置に窓のような材質の異なる部分を設け、そこから変色材の様子を確認できるようにすればよい。
【００４４】
吸収材３として一般的に考えられるものは、繊維から形成される、織布、不織布、フォーム、フェルトなどがあげられる。その材質としては、綿、ビニロン、ポリエステルなどのいずれでもよい。ただ、あまり吸収材中での液の拡散速度が早いものでは、内容器が破損した場合に内容器からの液の漏出を促進してしまうという欠点があるため、好ましくは、液の拡散速度が比較的遅く、一旦液を吸収した後は液を保持する能力が高いものがよい。ポリウレタンやナイロン製のスポンジなどがこれに該当すると考えられる。
【００４５】
変色材４は、携帯電話などの携帯電子機器に使用されているような水没検知シールのようなものでよい。これらのシールは、多孔質膜の背面に水性インクを塗布しており、水で溶解したインクが多孔質膜内を毛管現象により拡散して表面まで露出することにより発色が確認されるものである。水性インクは、一般的にメタノールなどの低分子量のアルコールには溶解することが多いので、燃料容器に収容する液体に水が含まれない場合でも、変色材として機能するが、仮に、インクが収容する液体に溶解しない場合は、溶解するようなインクを作成する必要がある。
【００４６】
また、変色材としては、吸湿して変色するシリカゲルを使用することもできる。吸湿して変色するシリカゲルとしては、塩化コバルトや鉄ミョウバンを含浸させたものが販売されている。変色の原理としては、水にシリカゲルが濡れることで、これらの物質が溶解しイオン化することで変色するものであり、水の他にも低分子量のアルコールなどは、塩を溶解させることができるため、変色が確認できる。また、これらの塩に溶解しないような液体に対しても、昨今は有機系のインジケータを含浸させたものがあり、これを使用することもできる。
【００４７】
シリカゲルを使用した場合は、これ自体が吸収材としての役目も果たすというメリットがある。
【００４８】
なお、変色材を配置する箇所は、一箇所でもよく、複数箇所に配置してもよい。例えば、図１では、外容器近傍の数箇所に配置しているが、内容器近傍でもよく、内容器と外容器の中間でもよい。また、吸収材と変色材を混合したものを内容器と外容器の間に均一に分散させてもよい。内容器の破損などのトラブルによって液の漏出が発生してから、早期に使用者が異常を認知するためには、内容器と外容器の間の空間に全体的に分散させるか、内容器に近い範囲に配置するのが好ましい。
【００４９】
（実施の形態２）
図２にその他の実施の形態の燃料電池用燃料容器の断面図を示す。図１に示した燃料容器の場合、燃料容器内に収容する液体燃料が漏出した場合、内容器１と外容器２の間に存在する吸収材３が燃料容器内に収容する液体燃料を保持するのみであり、吸収材の吸収量が飽和するまで漏出し続ける。しかし、図２に示した燃料容器の場合燃料に接触すると凝固またはゲル化する材料（以下凝固剤またはゲル化剤５と記す）を使用すると、液体の流動性が著しく低下するため、燃料の漏出が抑制される。図２においては、変色材４と凝固剤またはゲル化剤５とを混合したものを内容器と外容器の間に均一に分散させている。
【００５０】
多くのゲル化剤は、水分子の水素結合を利用して三次元の架橋構造を形成し、膨潤する
物質が多い。このような水を溶媒とするハイドロゲルは、ゲル化する速度が比較的速く、ゲルの粘性も高いことから、広く普及している。寒天、カラギーナン、キサンタンガム、ジェランガム、グアーガム、ポリビニルアルコール、ポリアクリル酸塩系増粘剤、カルボキシメチルセルロースやヒドロキシプロピルメチルセルロースなどの水溶性セルロース類、ポリエチレンオキサイドなどがあげられる。
【００５１】
ただし、これらのハイドロゲルを形成する材料は、親水性が高いため、有機溶剤には難溶あるいは不溶であることが多い。しかし、上記の材料の中でもヒドロキシプロピルメチルセルロースは、親油性の高いメトキシ基とヒドロキシプロピル基を有しているため、有機溶剤に対しても溶解、膨潤することができる。メタノールなどの低分子量のアルコールを燃料として使用し、濃度の高い燃料水溶液や燃料単独で燃料容器内に貯蔵する場合には、ヒドロキシプロピルメチルセルロースを使用することが有効である。
【００５２】
さらに、燃料が比較的高分子の油脂類である場合には、脂肪酸類があげられる。現在では家庭用の食用油を固める廃油処理剤が一般に市販されており、これを使用してもよい。
【００５３】
ゲル化剤の性状としては顆粒あるいは粉末のものが多いが、粉末の粒径は小さいほど、漏出した液との接触により、局所的に液の拡散よりも迅速にゲル化が進行し、いわゆる「ままこ」状になる。ゲル化が不均一に進まないため、通常の用途では好ましくない現象であるが、液体の拡散が著しく低下させて液の漏出を停止するという本発明の狙いから考えると、むしろ好ましいといえる。
【００５４】
一方、燃料が低分子量のアルコールである場合、凝固剤として蛋白質があげられる。使用する蛋白質としては、ゼラチンなどの他、コラーゲンや血清、卵白などがあげられる。これらの蛋白質はゲル状あるいは液状であるとアルコールによって変性しやすく、凝固も迅速に進むため好ましい。
【００５５】
しかし、これらの凝固剤またはゲル化剤５は、液自体を吸収する速度としては前記の吸収材に比べて劣る場合が多いため、これを補完するために凝固剤またはゲル化剤と吸収材を併用することも有効である。また、昨今ではゲル化剤として使用される材料を繊維化したものが開発されており、これらと併用するのもよい。
【００５６】
（実施の形態３）
図３は、本発明の燃料電池パックの断面図である。本発明に係る燃料電池パックは、内側ケース１１と、外側ケース１２と、吸収材３と、変色材４と、燃料電池スタック１３と燃料容器１４からなる。図中１５は燃料電池の空気極に供給する空気を取り入れるための孔である。図３では、吸収材３を使用しているが、凝固剤を使用してもよく、それらを併用してもよい。また、図示してはいないが、必要に応じて、燃料容器１４から燃料電池スタック１３への燃料供給手段であるポンプ、燃料供給量を調整もしくは停止させるバルブや空気供給のためのファンなど種々の補機類を設けても良い。
【００５７】
吸収材３と変色材４に実施の形態１と同様の材料を用いて、燃料電池パックを形成することで、燃料容器内に収容する液体が燃料電池システム１３、燃料容器１４、およびそれらを結ぶ配管から漏出した場合は、吸収材３が液体燃料を吸収して、変色材４に液体燃料が触れることで変色し、使用者に異常を知らせることができる。空気取り入れ孔１５は、図３においては内側ケースと外側ケースにのみ取り付けられているが、吸収材３、変色材４が粉体や気体透過性の低い物質である場合は、吸収材３が配置されている部分に空気取り入れ用の貫通孔を形成する必要がある。これは、凝固剤を用いる場合に関しても同様である。
【００５８】
（実施の形態４）
図４は、検知センサーとして電気伝導度センサーを使用した場合の燃料電池パックの断面図である。内側ケースと外側ケースの間にあらかじめ設置された電極２０間の電気伝導度を常時測定し、燃料容器に収容する液体燃料が漏出した場合の電気伝導度の変化を検知して、その情報を燃料電池システムまたはそれを電源とする電子機器２３に送れば、使用者に異常を通知することができる。
【００５９】
この場合、燃料容器に収容する液体燃料は、ある程度電気伝導度の高い物質である必要がある。しかし、そうでない場合でも電解質を溶解する物質であれば、吸収材または凝固剤にあらかじめ電解質を混入しておき、燃料容器に収容する液体燃料が漏出した場合に電解液となれば、電気伝導度が測定可能になる。電気伝導度を高めるために、電解質を混入することは、燃料容器に収容する液体が比較的電気伝導度の高い水溶液である場合にも有効であり、具体的な電解質としては、人体や環境に対する負荷のない塩化ナトリウムなどでよい。
【００６０】
電極２０は、わずかな液体の存在に対しても高感度に反応するために、できる限り面積を大きくすることが好ましい。このような電極としては、フォトリソグラフを用いて幅数μｍの短冊状の電極を形成した櫛形電極があげられる。また、安価な電極を使用する場合には、表面積を高めるために金網やエキスパンドメタル、発泡体などを用い、内側ケースの外表面および外側ケースの内表面に電極を張り巡らせて、図４のような高面積の電極を形成してもよい。材質としては、燃料がメタノールなどの腐食性のあるものであっても使用できるように耐食性の高いチタン、金、白金などの金属を使用するか、表面をチタン、金、白金などでメッキ処理するのが好ましい。
【００６１】
電極２０は導線２１を介し、交流抵抗計２２に接続する。交流抵抗計の測定値は、燃料電池システムまたは、燃料電池を電源とする電子機器２３に送られ、ある閾値よりも電気伝導度が高くなると、使用者に警告を発する。図４では、交流抵抗計は、燃料電池パックの外にあるが、小型化することで燃料電池パック内に組み込むこともできる。
【００６２】
以下に本発明の実施例を示す。
【実施例１】
【００６３】
図1に基づいた本発明の実施例として、燃料としてメタノールを使用するＤＭＦＣ型燃料電池用燃料容器の作製例を示す。燃料容器には５０モル％のメタノール水溶液を貯蔵するものとする。５０モル％の燃料を用いたのは、反応式（１）からわかるように、メタノール１モルと反応する水が１モルであることによる。
【００６４】
まず、内容器１を内法の大きさが３ｃｍ×３ｃｍ×６ｃｍの一方に穴のあいた中空の直方体状にＰＴＦＥの押し出し成形により作成した。容器の厚みは３ｍｍとした。
【００６５】
次に、吸収材３として旭化成製ベンコット（登録商標）Ｍ−３を内容器の形状に沿うように周囲に吸収材が２０層になるように捲き付けた。
【００６６】
変色材４として東光工業製の水没検知シールＳＣＷＤ２を１ｃｍ角に切り取って、吸収材の各側面２箇所と底面１箇所に貼り付けた。
【００６７】
内容器と外容器の間の厚みが７ｍｍとなるように厚み５ｍｍの透明なポリカーボネート製の板を熱溶着させて貼り合わせ、図１のように外容器２を形成した。
【００６８】
次に、内容器の穴のあいた部分を封止するために、直径が１．５ｃｍのＰＴＦＥ製の円
筒にボール盤で、直径９ｍｍの穴をあけたものを作製し、内容器および外容器と接する部分をシリコン系の市販の接着剤で貼り付けた。弾性体パッキン６として、実験器具として一般に販売されている円柱状のシリコンゴム栓を圧入した後、注射針７を差し込んだ。
【００６９】
本発明の効果を確認するために、燃料容器に５０モル％のメタノール水溶液を５０ｍｌ充填した後、外容器から内容器までを貫通するように錐で穴をあけた。１秒以内に底面に貼り付けた変色材が変色し、１分以内に全ての変色材が変色した。しかし、外容器から漏出する液体のメタノール水溶液は観察されなかった。その後、弾性体パッキンを取り外して、内容器内に残存するメタノール水溶液の量を計量したところ、２８ｍｌであった。
【実施例２】
【００７０】
図２に基づいた本発明の実施例として、実施例１と同様に、５０モル％のメタノール水溶液を貯蔵するための燃料容器を作製するものとする。
【００７１】
まず、実施例１と同一の内容器を作成した。次に、内容器と外容器の間の厚みが７ｍｍとなるように厚み５ｍｍの透明なポリカーボネート製の板を熱溶着させて貼り合わせ、外容器２を形成した。
【００７２】
次に、凝固剤５として信越化学工業製のヒドロキシプロピルメチルセルロース（以下ＨＰＭＣと記す）であるメトローズ６５ＳＨ−４０００粉末と、変色材４として関東化学より購入した青色に着色されたシリカゲルの顆粒物を混合してシリカゲルの重量分率が２０％になるように混合粉末を作成した。この混合粉末３０ｇを内容器と外容器の隙間より、内容器と外容器の間に充填した。
【００７３】
その後、弾性体パッキン６であるシリコンゴム栓を圧入し、注射針７を差し込んだ。作製した燃料容器は、図２のようになる。変色材４と凝固剤５は混在している。
【００７４】
本発明の効果を確認するために、燃料容器に５０モル％のメタノール水溶液を５０ｍｌ充填した後、外容器から内容器までを貫通するように錐で穴をあけた。１秒以内に底面付近の変色材が変色し始めたが、その後側面の変色材には変色が現れず、外容器から漏出する液体のメタノール水溶液も観察されなかった。５分後、弾性体パッキンを取り外して、内容器内に残存するメタノール水溶液の量を計量したところ４５ｍｌであり、実施例１に比べて残存するメタノール水溶液の量が多かった。実際に外容器も分解して、凝固剤の様子を調べたところ、注射針によって内容器が破損した部分の周囲にあるＨＰＭＣのみゲル化が進行していた。
【実施例３】
【００７５】
図３に基づいた本発明の実施例として、５０モル％のメタノール水溶液を燃料とする燃料電池パックを作製するものとする。
【００７６】
まず、燃料電池スタック１３を作製した。平均一次粒子径３０ｎｍの導電性カーボン粒子に、白金を５０重量％担持したものをカソード極側の触媒担持粒子とし、前記カーボン粒子に、原子比１：１の白金−ルテニウム合金を５０重量％担持したものをアノード極側の触媒担持粒子とした。次に、この触媒担持粒子と水素イオン伝導性高分子電解質とを混合し、触媒ペーストを作製した。このとき、触媒担持粒子中のカーボンと水素イオン伝導性高分子電解質の重量比を１：１とした。次に、水素イオン伝導性高分子電解質膜（米国ＤｕＰｏｎｔ社製、Ｎａｆｉｏｎ１１７）の両面に、上記の触媒ペーストを印刷した。それによって形成されたの触媒層両側に、ガス拡散層としてカーボンペーパーを配置し、その積層体の外周部にゴム製のガスケットを配置して、ホットプレスにより接合した。その積層体の両側に、多数の貫通孔が空けられた黒鉛板を配置したものを単電池セルとした。
セルの大きさは３ｃｍ×３ｃｍ、そのうち電極の大きさが２ｃｍ×２ｃｍとなるようにした。
【００７７】
この単電池セルを１０セル分平行に配置し、黒鉛板同士をリード線と導電性接着剤を用いて並列に電気接続した。
【００７８】
次に、燃料容器１４を作製した。壁面の厚みが３ｍｍで、燃料容器の内法の大きさが６ｃｍ×１５ｃｍ×３ｃｍである一面が開放された中空の直方体容器を、ＰＴＦＥ樹脂片を切削することで作成した。この燃料容器を、開放された面が燃料電池スタックのアノード極側に接合するように配置した。
【００７９】
燃料電池スタック１３と燃料容器１４の接合面からの燃料の漏出を防止するために、燃料電池スタック１３と燃料容器１４を、厚み５ｍｍで周囲１０箇所に孔があいたステンレス製の板で挟み、孔にボルトを通してバネワッシャーとナットを用いて締め込んだ。なお、燃料容器１３の燃料電池スタック１４と接する面に垂直なひとつの面には、直径５ｍｍの孔をあけてシリコンゴム製のパッキンを圧入して、注射針等で燃料を注入できるようにした。
【００８０】
燃料電池スタック１３と燃料容器１４の接合体を厚みが２ｍｍ、内法の大きさが７ｃｍ×１６ｃｍ×４．５ｃｍであるポリカーボネート製の内側ケース１１の中に入れた。内側ケース１１には、直径１ｍｍの貫通孔を１ｃｍの間隔で全面にわたってあけた。その外側に、吸収材３として旭化成製ベンコット（登録商標）Ｍ−３を内側ケース１１の形状に沿うように周囲に吸収材が２０層になるように捲き付けた。
【００８１】
変色材４である東光工業製の水没検知シールＳＣＷＤ２を１ｃｍ角に切り取って、吸収材３の各側面１箇所と上底面２箇所に貼り付けた。
【００８２】
次に、内側ケース１１と外側ケース１２の間の厚みが７ｍｍとなるように、厚み３ｍｍの透明なポリカーボネート製の板を市販の接着剤を使用して貼り合わせ、外側ケースを形成した。
【００８３】
内側ケース１１および外側ケース１２には、ボール盤を使用して直径１ｍｍの空気を取り入れるための孔１５を複数開けておいた。
【００８４】
本発明の効果を確認するために、燃料容器１４に５０モル％のメタノール水溶液を２５０ｍｌ充填した。その後、外側ケースから内側ケースを貫通して燃料容器に達するまで、錐を使って穴をあけた。１秒以内に燃料電池スタック１３に最も近い変色材４が変色し、１分以内に全ての変色材４が変色した。しかし、燃料電池パックの外に液の状態で漏出するメタノール水溶液は観察されなかった。燃料電池パックを分解したところ、燃料容器１４と内側ケース１１の間の空間はほぼメタノール水溶液で満たされ、吸収剤も全体的にメタノール水溶液が浸透して塗れていた。燃料容器内に残存するメタノール水溶液の量を計量したところ、２０ｍｌであった。
【実施例４】
【００８５】
図４に基づいた本発明の実施例として、実施例３と同じように燃料電池スタック１３および燃料容器１４と内側ケース１１、外側ケース１２を作製した。実施例３と異なる点として、変色材を使用せず、内側ケースの外側面と外側ケースの内側面に金メッキを施した厚み０．２ｍｍのステンレス金網を張り巡らせた。それぞれのステンレス金網には、抵抗溶接機でリード線を溶接し、リード線に１ｋＨｚの交流抵抗を測定できる交流抵抗計を接続した。交流抵抗計には、鶴賀電機製ＭＯＤＥＬ３５６６を使用した。さらに、交流抵抗
計からの出力データをノートパソコンに読み込めるように接続し、抵抗値から求められる電気伝導度が一般的な純水の電気伝導度の１／１０程度である０．０１μＳ／ｃｍを超えた場合には、モニターに異常を知らせるような画面を表示するようにした。
【００８６】
本発明の効果を確認するために、燃料容器１４に５０モル％のメタノール水溶液を２５０ｍｌ充填した。その後、その後、外側ケース１１から内側ケース１２を貫通して燃料容器１４に達するまで、錐を使って穴をあけた。およそ３０秒でノートパソコンの画面に異常を知らせる内容が表示された。燃料電池パックの外に液の状態で漏出するメタノール水溶液は観察されなかった。
【産業上の利用可能性】
【００８７】
本発明のメタノール、ジメチルエーテル、等の有機燃料を液体の状態で用いる燃料電池は、携帯電話や携帯情報端末（ＰＤＡ）、ノートＰＣ、ビデオカメラ用、等の携帯用小型電子機器用の電源として有用である。また、電動スクータ用電源、等の用途にも応用できる。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】本発明の燃料電池容器の一実施の形態の断面模式図
【図２】本発明の燃料電池容器の他の実施の形態の断面模式図
【図３】本発明の燃料電池パックの一実施の形態の断面模式図
【図４】本発明の燃料電池パックの他の実施の形態の断面模式図
【符号の説明】
【００８９】
１  内容器
２  外容器
３  吸収材
４  変色材
５  凝固剤またはゲル化剤
６  パッキン
７  中空針
１１  内側ケース
１２  外側ケース
１３  燃料電池スタック
１４  燃料容器
１５  空気取り入れ孔
２０  金属電極
２１  導線
２２  交流抵抗計
２３  燃料電池を電源とする電子機器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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