(57)【要約】【課題】安定した発電が可能で信頼性の向上した燃料電池を提供する。【解決手段】燃料電池は、化学反応により発電を行う起電部５２と、燃料を収納しているとともに起電部に燃料を供給する燃料タンクと、起電部に空気を供給する空気供給部と、を備えている。起電部は、それぞれ導電膜を挟んで対向したアノードおよびカソードを有し互いに積層された複数のセル９０ａ、９０ｂ、９０ｃと、セルの積層方向の両端に位置し積層方向と交差して延びた一対の端面と、それぞれセルの積層方向に沿って延びた複数の側面と、を有している。一対の端面を除き複数の側面には起電部を冷却する放熱フィン６１が設けられている。【選択図】      図７
2005108717.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
化学反応により発電を行う起電部と、
燃料を収納しているとともに前記起電部に燃料を供給する燃料タンクと、
前記起電部に空気を供給する空気供給部と、を備え、
前記起電部は、それぞれ導電膜を挟んで対向したアノードおよびカソードを有し互いに積層された複数のセルと、前記セルの積層方向の両端に位置し前記積層方向と交差して延びた一対の端面と、それぞれ前記セルの積層方向に沿って延びた複数の側面と、前記一対の端面を除き前記複数の側面に設けられ前記起電部を冷却する冷却部と、を備えている燃料電池。
【請求項２】
前記起電部は、前記起電部内を前記セルの積層方向に沿って延び前記起電部に燃料を供給する燃料供給流路と、前記起電部内を前記セルの積層方向に沿って延び前記起電部から燃料を排出する燃料排出流路と、それぞれ前記燃料供給流路から分岐し各セルのアノードに燃料を供給するとともに前記燃料排出流路に接続された複数の燃料分割流路と、を備えている請求項１に記載の燃料電池。
【請求項３】
前記起電部は、前記起電部内を前記セルの積層方向に沿って延び前記起電部に空気を供給する空気供給流路と、前記起電部内を前記セルの積層方向に沿って延び前記起電部から空気を排出する空気排出流路と、それぞれ前記空気供給流路から分岐し各セルのカソードに空気を供給するとともに前記空気排出流路に接続された複数の空気分割流路と、を備えている請求項１又は２に記載の燃料電池。
【請求項４】
前記燃料供給流路および燃料排出流路に接続され、前記起電部と燃料タンクとの間で燃料を循環させる燃料循環流路と、前記燃料循環流路を冷却する放熱部と、を備えている請求項３に記載の燃料電池。
【請求項５】
前記冷却部は、前記起電部の側面に設けられた複数の放熱フィンを有している請求項１ないし４のいずれか１項に記載の燃料電池。
【請求項６】
前記起電部は、前記隣合うセル間に積層されたセパレータと、前記セルとともに前記積層方向の両端にそれぞれ積層された端板と、を有し、前記燃料分岐流路は、前記セパレータの表面および前記各端板の内面に形成された溝により規定されている燃料電池。
【請求項７】
化学反応により発電を行う起電部と、
燃料を収納しているとともに前記起電部に燃料を供給する燃料タンクと、
前記起電部に空気を供給する空気供給部と、を備え、
前記起電部は、それぞれ導電膜を挟んで対向したアノードおよびカソードを有し互いに積層された複数のセルと、前記起電部内を前記セルの積層方向に沿って延び前記起電部に燃料を供給する燃料供給流路と、前記起電部内を前記セルの積層方向に沿って延び前記起電部から燃料を排出する燃料排出流路と、それぞれ前記燃料供給流路から分岐し各セルのアノードに燃料を供給するとともに前記燃料排出流路に接続された複数の燃料分割流路と、前記燃料排出流路を冷却する冷却部と、を備えている燃料電池。
【請求項８】
前記起電部は、前記セルの積層方向の両端に位置し前記積層方向と交差して延びた一対の端面と、前記セルの積層方向に沿って延びているとともに前記燃料排出流路と対向した側面と、を有し、前記冷却部は、前記一対の端面を除き前記側面に設けられている請求項７に記載の燃料電池。
【請求項９】
前記起電部は、前記起電部内を前記セルの積層方向に沿って延び前記起電部に空気を供給する空気供給流路と、前記起電部内を前記セルの積層方向に沿って延び前記起電部から空気を排出する空気排出流路と、それぞれ前記空気供給流路から分岐し各セルのカソードに空気を供給するとともに前記空気排出流路に接続された複数の空気分割流路と、を備えている請求項７又は８に記載の燃料電池。
【請求項１０】
前記燃料供給流路および燃料排出流路に接続され、前記起電部と燃料タンクとの間で燃料を循環させる燃料循環流路と、前記燃料循環流路を冷却する放熱部と、を備えている請求項９に記載の燃料電池。
【請求項１１】
前記冷却部は、前記起電部の側面に設けられた複数の放熱フィンを有している請求項７ないし１０のいずれか１項に記載の燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子機器等の電源として使用される燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、携帯可能なノート型のパーソナルコンピュータ（以下、ノートＰＣと称する）、モバイル機器等の電子機器の電源としては、主に、リチウムイオンバッテリなどの二次電池が用いられている。近年、これら電子機器の高機能化に伴う消費電力の増加や更なる長時間使用の要請から、高出力で充電の必要のない小型燃料電池が新たな電源として期待されている。燃料電池には種々の形態があるが、特に、燃料としてメタノール溶液を使用するダイレクトメタノール方式の燃料電池（以下、ＤＭＦＣと称する）は、水素を燃料とする燃料電池に比べて燃料の取扱いが容易で、システムが簡易であることから、電子機器の電源として注目されている。
【０００３】
通常、ＤＭＦＣは筐体を備え、この筐体内には、高濃度のメタノールが収容された燃料タンク、燃料タンクのメタノールを水によって希釈する混合タンク、この混合タンクで希釈されたメタノールを起電部に圧送する送液ポンプ、および起電部に空気を供給する送気ポンプ等が設けられている。起電部はアノードおよびカソードを有したセルを備え、アノード側に希釈されたメタノールを、カソード側に空気を供給することにより、化学反応によって発電を行う。セル単体では出力が低いため、通常、起電部は複数のセルを積層して構成されている。
【０００４】
発電による発熱は、起電部表面、およびアノード流路、カソード流路から筐体内部に排熱される。また、筐体内部の空気は、筐体の内面部に設けられた冷却ファン、空気ブロワ等により換気される。それにより、燃料電池は過度の温度上昇が抑制され、好ましい動作温度に維持される（例えば、特許文献１）。
【特許文献１】特開平７−６７７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した燃料電池において、起電部は化学変化の反応熱により加熱され高温となる。一般に、燃料電池は、その発電量に比例して熱が発生する。温度調整をするために燃料電池を冷却する場合、燃料電池内で最も温度が起電部を冷却することが最も効率がよい。  
しかしながら、複数のセルを積層して構成された起電部では、セル間で温度が生じ易く、セル間で出力がばらつき安定しない。また、温度差に起因して転極などの破損に至る場合もある。
【０００６】
この発明は以上の点に鑑みなされたもので、その目的は、安定した発電が可能で信頼性の向上した燃料電池を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を達成するため、この発明の態様に係る燃料電池は、化学反応により発電を行う起電部と、燃料を収納しているとともに前記起電部に燃料を供給する燃料タンクと、
前記起電部に空気を供給する空気供給部と、を備え、前記起電部は、それぞれ導電膜を挟んで対向したアノードおよびカソードを有し互いに積層された複数のセルと、前記セルの積層方向の両端に位置し前記積層方向と交差して延びた一対の端面と、それぞれ前記セルの積層方向に沿って延びた複数の側面と、前記一対の端面を除き前記複数の側面に設けられ前記起電部を冷却する冷却部と、を備えている。
【０００８】
この発明の他の態様に係る燃料電池は、化学反応により発電を行う起電部と、燃料を収納しているとともに前記起電部に燃料を供給する燃料タンクと、前記起電部に空気を供給する空気供給部と、を備え、前記起電部は、それぞれ導電膜を挟んで対向したアノードおよびカソードを有し互いに積層された複数のセルと、前記起電部内を前記セルの積層方向に沿って延び前記起電部に燃料を供給する燃料供給流路と、前記起電部内を前記セルの積層方向に沿って延び前記起電部から燃料を排出する燃料排出流路と、それぞれ前記燃料供給流路から分岐し各セルのアノードに燃料を供給するとともに前記燃料排出流路に接続された複数の燃料分割流路と、前記燃料排出流路を冷却する冷却部と、を備えている
【発明の効果】
【０００９】
以上のように構成された本発明によれば、起電部におけるセル間の温度差を低減し、安定した発電が可能で信頼性の向上した燃料電池を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面を参照しながら、この発明の実施の形態に係る燃料電池について詳細に説明する。  
図１ないし図３に示すように、燃料電池１０は、メタノールを液体燃料としたＤＭＦＣとして構成され、また、電子機器、例えば、パーソナルコンピュータ１１の電源として使用可能に構成されている。
【００１１】
燃料電池１０は筐体１２を備えている。この筐体１２は、ほぼ角柱状に形成され水平に延びた本体１４と、本体から延出した載置部１６とを有している。載置部１６は、平坦な矩形状に形成され、パーソナルコンピュータ１１の後部を載置可能に形成されている。後述するように、本体１４内には、発電部７を構成する燃料タンク、起電部、混合タンク等が配置されている。また、載置部１６内には、制御部２９、およびパーソナルコンピュータ１１をロックするロック機構等が配置されている。
【００１２】
図１ないし図３に示すように、本体１４は、載置部１６の底壁と一体の平坦な底壁１８ａ、この底壁とほぼ平行に対向した天壁１８ｂ、底壁と天壁との間に位置した前壁１８ｃ、後壁１８ｄ、および一対の側壁１８ｅ有している。一対の側壁１８ｅは、それぞれ外側に向かって凸となる曲面状に形成されている。前壁１８ｃには多数の通気孔２０が形成され、これら通気孔と対向する位置において、後壁１８ｄには多数の通気孔２１が形成されている。また、本体１４の一方の側壁１８ｅには、排気孔として機能する多数の通気孔２２が形成されている。底壁１８の外面には複数の脚２４が設けられている。本体１４の天壁１８ｂの前端部には、燃料電池の動作状態を示す複数のインジケータ２３が設けられている。
【００１３】
載置部１６は、本体１４の前壁１８ｃ下端部から前方へ延出した平坦な上壁２６を備えている。上壁２６は、底壁１８ａの前半部分と隙間を置いて対向しているとともに、本体１４側から下方に向かって僅かに傾斜して延びている。上壁２６は、パーソナルコンピュータ１１が載置される載置面２６ａを構成している。
【００１４】
図１ないし図４に示すように、載置部１６内には、後述する発電部７の動作を制御する制御部２９が設けられている。制御部２９は、載置部１６内に配設され上壁２６とほぼ平行に延びた制御回路基板３０を備えている。制御回路基板３０上には、複数の半導体素子２８、コネクタ３２を含む複数の電子部品が実装されている。コネクタ３２は、載置部１６の中央で本体１４に隣接して設けられ、上壁２６を貫通し載置面２６ａから突出している。その他、制御部２９は、発電部７を駆動する図示しない電源等を備えている。
【００１５】
載置部１６内には本体１４と交差する前後方向に沿って移動可能なロック板３４が配設されている。ロック機構を構成するロック板３４には、複数、例えば３本のフック３８が立設され、それぞれ上壁２６を貫通し載置面２６ａから突出している。更に、載置部１６内には、フック３８とともにロック板３４をロック解除位置へ移動させるイジェクトレバー３６が配設されている。載置部１６の一側縁部には、イジェクトレバー３６を操作するためのイジェクトボタン４０が設けられている。載置面２６ａ上には、フック３８に隣接して複数の位置決め突起４１が形成されている。
【００１６】
図３に示すように、制御回路基板３０が収納されている載置部１６内部と、発電部７が配置されている本体１４内部とは、底壁１８ａ上に立設された隔壁４２によって仕切られている。但し、隔壁４２には、発電部と制御回路基板３０とを電気的に接続するための配線を通す図示しない切欠が形成されている。
【００１７】
図２および図３に示すように、パーソナルコンピュータ１１の後端部は、位置決め突起４１により位置決めされた状態で載置部１６の載置面２６ａ上に載置される。パーソナルコンピュータ１１は複数のフック３８と係合し、載置位置にロックされる。また、パーソナルコンピュータ１１の図示しないコネクタが載置部１６のコネクタ３２と機械的かつ電気的に接続される。これにより、燃料電池１０とパーソナルコンピュータ１１とが機械的かつ電気的に接続される。
【００１８】
図４ないし図６に示すように、発電部７は、本体１４内の一側部に設けられた燃料タンク５０、本体内の中央部に設けられ化学反応により発電を行う起電部５２、本体内の他側部に設けられた混合タンク５４を備えている。燃料タンク５０には、液体燃料として高濃度のメタノールが収容されている。燃料タンク５０は本体１４に対して脱着自在なカートリッジとして形成されている。なお、本体１４の一側部は、燃料タンク５０の脱着時に取り外し可能なカバー５１として形成されている。燃料タンク５０は図示しない燃料供給路を介して混合タンク５４に接続され、この燃料供給路には、燃料タンクから混合タンクへ燃料を供給する第１送液ポンプ５６が設けられている。
【００１９】
図７ないし図９に示すように、起電部５２は複数、例えば、３つのセル９０ａ、９０ｂ、９０ｃを積層して構成されている。セル９０ａ、９０ｂ間、およびセル９０ｂ、９０ｃ間には、それぞれ板状のセパレータ９４が積層されている。セルの積層方向両端には、端板９５ａ、９５ｂが積層され、それぞれ積層方向と直交して延びている。セル９０ａはセパレータ９４と端板９５ａとの間に挟持され、セル９０ｃはセパレータ９４と端板９５ｃとの間に挟持されている。端板９５ａ、９５ｂは起電部５２の端面をそれぞれ形成している。セル９０ａ、９０ｂ、９０ｃ、およびセパレータ９４の周囲は、それぞれ積層方向に沿って延びた複数の側壁９６によって覆われている。これらの側壁９６は起電部５２の側面を構成している。一対の端面を除く起電部５２の側面には、冷却部として機能する多数の放熱フィン６１が設けられている。多数の放熱フィン６１は、セルの積層方向に隙間を置いて並んでいるとともに、それぞれセルの積層方向と直交する方向に延びている。
【００２０】
セル９０ａ、９０ｂ、９０ｃの各々は、アノード（燃料極）５８ａとカソード（空気極）５８ｂとの間に導電膜６０を挟持して構成されている。セル９０ａのアノード５８ａはカーボン紙９２ａを介して端板９５ａの内面に接触し、カソード５８ｂはカーボン紙９２ｂを介してセパレータ９４の一方の表面に接触している。セル９０ｂのアノード５８ａはカーボン紙９２ａを介してセパレータ９４の他方の表面に接触し、カソード５８ｂはカーボン紙９２ｂを介して他方のセパレータ９４の表面に接触している。更に、セル９０ｃのアノード５８ａはカーボン紙９２ａを介して他方のセパレータ９４の他表面に接触し、カソード５８ｂはカーボン紙９２ｂを介して端板９５ｂの内面に接触している。
【００２１】
起電部５２内には、燃料を流す燃料流路および空気を流す空気流路が形成されている。すなわち、起電部５２は、起電部内をセル９０ａ、９０ｂ、９０ｃの積層方向に沿って延び起電部に燃料を供給する燃料供給流路９８ａと、起電部内をセルの積層方向に沿って延び起電部から燃料を排出する燃料排出流路９８ｂと、それぞれ燃料供給流路９８ａから分岐し各セルのアノード５８ａに燃料を供給するとともに燃料排出流路９８ｂに接続された複数の燃料分割流路９８ｃと、を備えている。
【００２２】
燃料分割流路９８ｃは、端板９５ａの内面に形成された溝、各セパレータ９４のアノード５８ａ側の表面に形成された溝によりそれぞれ規定されている。また、各燃料分割流路９８ｃは、アノード５８ａの全域に亘って延びるように蛇行して形成されている。
【００２３】
また、起電部５２は、起電部内をセル９０ａ、９０ｂ、９０ｃの積層方向に沿って延び起電部に空気を供給する空気供給流路９９ａと、起電部内をセルの積層方向に沿って延び起電部から空気を排出する空気排出流路９９ｂと、それぞれ空気供給流路から分岐し各セルのカソード５８ｂに空気を供給するとともに空気排出流路に接続された複数の空気分割流路９９ｃと、を備えている。
【００２４】
空気分割流路９９ｃは、端板９５ｂの内面に形成された溝、各セパレータ９４のカソード５８ｂ側の表面に形成された溝によりそれぞれ規定されている。また、各空気分割流路９９ｃは、カソード５８ｂの全域に亘って延びるように蛇行して形成されている。  
このように構成された起電部５２は、セル９０ａ、９０ｂ、９０ｃの積層方向が本体１４の底壁１８ａとほぼ平行に延びた状態で、本体内に配置されている。
【００２５】
図４ないし図６に示すように、本体１４の内部には、エアバルブ６２を介して起電部５２の空気供給流路９９ａに空気を供給する送気ポンプ６４が設けられている。送気ポンプ６４は空気供給部を構成している。起電部５２と混合タンク５４との間には燃料供給管６６ａおよび燃料回収管６６ｂが接続され、起電部のアノード５８ａと混合タンク５４との間で燃料を循環させるアノード流路を形成している。燃料供給管６６ａは起電部５２の燃料供給流路９８ａに接続されている。この燃料供給管６６ａには、混合タンク５４から起電部５２へ燃料を供給する第２送液ポンプ６８が接続されている。燃料回収管６６ｂは起電部５２の燃料排出流路９８ｂに接続されている。燃料回収管６６ｂには、起電部５２から排出された燃料と、化学反応により生成された二酸化炭素とを分離する気液分離器６５が設けられている。燃料供給管６６ａおよび燃料回収管６６ｂの周囲にはそれぞれ鉛直方向に延びた多数の放熱フィン６９が取り付けられ、アノード冷却器７０を構成している。なお、本体１４の後壁１８ｄに形成された通気孔２１は、アノード冷却器７０と対向して設けられている。
【００２６】
図３ないし図６、および図１０に示すように、起電部５２の空気排出流路９９ｂには排出管７２が接続され、発電によりカソード５８ｂから生じた生成物および空気を排出するカソード流路を形成している。カソード流路は、起電部５２から延出した第１流路７２ａと、第１流路から複数に分岐しているとともにそれぞれ水平方向に対し傾斜して延びた複数の分岐流路７２ｂと、第１流路および各分岐流路の下端に連通し第１流路から排出された水および分岐路で凝縮した水を貯溜する貯溜部７２ｃと、貯溜部内に貯溜された水を混合タンク５４に導く回収流路７２ｄと、分岐流路の上端に連通した第２流路７２ｅを有している。本実施形態において、複数の分岐流路７２ｂはそれぞれ鉛直方向に沿って延びている。
【００２７】
回収流路７２ｄには、貯溜部７２ｃ内の水を混合タンク５４に供給する回収ポンプ７６が設けられている。また、貯溜部７２ｃ内には、この貯溜部内に溜まった水の水位を検出する水位検知器７７が設けられている。
【００２８】
複数の分岐流路７２ｂを形成している排出管７２の周囲にはそれぞれ水平方向に延びた多数の放熱フィン７４が取り付けられ、放熱部としてのカソード冷却器７５を構成している。複数の分岐流路７２ｂを含むカソード冷却器７５は、アノード冷却器７０と隙間を置いて対向配置されている。第２流路７２ｅはほぼ水平に延びているとともに、本体１４の通気孔２２の近傍で、かつ、通気孔２２に向かって開口した排気口７８を備えている。第２流路７２ｅにおいて、排気口７８の近傍には排気バルブ８０が設けられている。なお、第２流路７２ｅには、気液分離器６５で分離された二酸化炭素を第２流路７２ｅに導くガス排出管８１が設けられている。本体１４の前壁１８ｃに形成された通気孔２０は、カソード冷却器７５と対向して設けられている。
【００２９】
本体１４内において、アノード冷却器７０とカソード冷却器７５との間には、遠心ファンからなる冷却ファン８２が設けられ、アノード冷却器およびカソード冷却器と対向している。冷却ファン８２は、羽根の回転軸がほぼ水平に、かつ、アノード冷却器７０およびカソード冷却器７５と直交するように配置されている。図１０から良く分かるように、冷却ファン８２は羽根を覆ったファンケースを有し、このファンケースには、アノード冷却器７０およびカソード冷却器７５にそれぞれ対向した２つの吸気口８４、および羽根の回転方向に対して接線方向に向かって開口した２つの排気口８６ａ、８６ｂが形成されている。一方の排気口８６ａは本体１４の通気孔２２に向かって開口し、また、他方の排気口８６ｂは起電部５２に向かって開口している。
【００３０】
その他、発電部は、混合タンク５４内に収容された燃料の濃度を検出する濃度センサ８８、この濃度センサを通して混合タンク内の燃料を循環させる濃度検出ポンプ８５を備えている。  
本体１４内に配設され発電部７を構成している第１および第２送液ポンプ５６、６８、送気ポンプ６４、回収ポンプ７６、濃度検出ポンプ８５、エアバルブ６３、排気バルブ８０、冷却ファン８２は制御回路基板３０に電気的に接続され、この制御回路基板によって制御される。また、水位検知器７７および濃度センサ８８は制御回路基板３０に接続され、それぞれ検知信号を制御回路基板に出力する。なお、これらの電装部品、センサと制御回路基板３０とを接続した図示しない配線は、隔壁４２に形成された図示しない切欠きを通して、本体１４内から載置部１６内へ引き回されている。
【００３１】
上記構成の燃料電池１０をパーソナルコンピュータ１１の電源として用いる場合、まず、パーソナルコンピュータの後端部を燃料電池の載置部１６に載置し、所定位置にロックするとともにコネクタ３２を介して電気的に接続する。この状態で燃料電池１０の発電を開始する。この場合、第１送液ポンプ５６により燃料タンク５０から混合タンク５４にメタノールが供給され、起電部５２から還流する溶媒としての水によって所定の濃度に希釈される。混合タンク５４内で希釈されたメタノールは、第２送液ポンプ６８により、アノード流路を通して起電部５２に供給される。
【００３２】
図７ないし図９に示すように、起電部５２に供給されたメタノールは、燃料供給流路９８ａを流れ、この燃料供給流路から複数の燃料分割流路９８ｃに流入する。メタノールは、燃料分割流路９８ｃを流れる間、対応するセルのアノード５８ａに供給される。複数の燃料分割流路９８ｃを通過したメタノールは燃料排出流路９８ｂで合流し、この燃料排出流路を通してアノード流路に排出される。
【００３３】
一方、起電部５２の空気供給流路９９ａには送気ポンプ６４から空気が供給される。供給された空気は、空気供給流路９９ａを流れ、この空気供給流路から複数の空気分割流路９９ｃに流入する。空気は、空気分割流路９９ｃを流れる間、対応するセルのカソード５８ｂに供給される。複数の空気分割流路９９ｃを通過した空気は空気排出流路９９ｂで合流し、この空気排出流路を通してカソード流路に排出される。
【００３４】
上記のようにして各セル９０ａ、９０ｂ、９０ｃに供給されたメタノールおよび空気は、アノード５８ａとカソード５８ｂとの間に設けられた導電膜６０で化学反応し、これにより、アノード５８ａとカソード５８ｂとの間に電力が発生する。起電部５２で発生した電力は、制御回路基板３０、コネクタ３２を介してパーソナルコンピュータ１１へ供給される。
【００３５】
発電反応に伴い、起電部５２には反応生成物として、アノード５８ａ側に二酸化炭素、カソード５８ｂ側に水が生成される。アノード５８ａ側に生じた二酸化炭素およびメタノールは気液分離器６５に送られ、ここで気液分離された後、二酸化炭素はガス排出管８１を介してカソード流路へ送られる。また、メタノールはアノード流路を介して混合タンク５４へ戻される。
【００３６】
図６および図１０に示すように、カソード５８ｂ側に生じた水は、その大部分が水蒸気となり空気とともにカソード流路に排出される。排出された水および水蒸気は、第１流路７２ａを通り、水は貯溜部７２ｃに送られる。また、水蒸気および空気は、分岐流路７２ｂを通り第２流路７２ｅまで上方に向かって流れる。この際、各分岐流路７２ｂを流れる水蒸気はカソード冷却器７５によって冷却されて凝縮する。凝縮により生じた水は、重力により分岐流路７２ｂ内を下方に流れ、貯溜部７２ｃに回収される。貯溜部７２ｃ内に回収された水は、回収ポンプ７６により混合タンク５４へ送られ、メタノールと混合された後、再び起電部５２へ供給される。
【００３７】
第２流路７２ｅに送られた空気および水蒸気の一部は、排気バルブ８０を通り、排気口７８から本体１４内に排気され、更に、本体の通気孔２２を通して外部に排気される。なお、起電部５２のアノード側から排出された二酸化炭素は、第２流路７２ｅを通り、排気口７８から本体１４内に排気され、更に、本体の通気孔２２を通して外部に排気される。
【００３８】
燃料電池１０の動作中、冷却ファン８２が駆動され、本体１４に形成された通気孔２０および通気孔２１を通して外気が本体１４内に導入される。図６および図１０に示すように、通気孔２０を通して本体１４内に導入された外気および本体１４内の空気は、カソード冷却器７５の周囲を通りこれを冷却した後、冷却ファン８２の一方の吸気口８４を通してファンケース内に吸気される。通気孔２１を通して本体１４内に導入された外気および本体１４内の空気は、アノード冷却器７０の周囲を通ってこれを冷却した後、冷却ファン８２の他方の吸気口８４を通してファンケース内に吸気される。
【００３９】
ファンケース内に吸気された空気は、排気口８６ａおよび８６ｂから本体１４内に排気される。排気口８６ａから排気された空気は、本体１４内を通り本体の通気孔２２から外部に排気される。その際、排気口８６ａから排気された空気は、カソード流路の排気口７８からの排気された空気、水蒸気、二酸化炭素と混ざり合い、一緒に通気孔２２から本体外部に排気される。また、排気口８６ａから排気された空気は、起電部５２およびその周囲を冷却した後、本体１４の外部に排気される。この際、起電部５２は、放熱フィン６１から周囲を流れる空気に熱を放出することにより、冷却される。
【００４０】
混合タンク５４内におけるメタノールの濃度は濃度センサ８８によって検出される。制御部２９は、検出された濃度に応じて回収ポンプ７６を作動させ、貯溜部７２ｃ内の水を混合タンク５４に供給することにより、メタノールの濃度を一定に維持する。また、カソード流路内における水の回収量、つまり、水蒸気の凝縮量は、貯溜部７２ｃに回収された水の水位に応じて、カソード冷却器７５の冷却能力を制御することにより調整される。ここでは、水位検知器７７により検出された水位の応じて冷却ファン８２の駆動電圧を制御することにより、カソード冷却器７５の冷却能力を調整し、水の回収量を制御している。また、制御部２９は、貯溜部７２ｃに回収された水の水位に応じて回収ポンプ７６のポンプ流量を制御し、貯溜部７２ｃ内の水量を所定の範囲内に維持する。
【００４１】
以上のように構成された燃料電池１０によれば、起電部５２の側壁９６に設けられた放熱フィン６１は、セル９０ａ、９０ｂ、９０ｃの熱を周囲に放熱し、これらのセルを冷却する。これにより、セルの過度の加熱が防止される。放熱フィン６１は、起電部５２の両端面を除き起電部の側面に設けられている。これらの側面は、セル９０ａ、９０ｂ、９０ｃの積層方向に沿って延び、複数のセルと対向して位置している。そのため、複数のセル９０ａ、９０ｂ、９０ｃを均等に冷却し、セル間における温度差の発生を防止することができる。更に、温度が最も高くなる排出側の燃料排出流路９８ｂおよび空気排出流路９９ｂは、それぞれセルの積層方向に延びているため、起電部の側面に設けられた放熱フィンにより効率良く冷却することができる。このことから、積層された複数のセル間における出力のバラツキを抑制し、安定した発電を行うことが可能となる。同時に、セルにおける転極などの破損を防止し、信頼性の向上した燃料電池が得られる。
【００４２】
また、本実施形態によれば、カソード流路を複数の分岐流路に分岐し、これらの分岐流路をカソード冷却器によって冷却することにより、起電部５２から排出された水を効率良く回収し、発電反応に再利用することができる。そのため、水不足の問題を解消し、所望濃度の燃料を起電部５２に供給することができ、その結果、長期間に亘って安定した発電が可能な燃料電池が得られる。また、カソード冷却器７５の冷却能力を調整して水の回収量を制御することにより、所望の水量を維持し、安定した発電を行うことができる。
【００４３】
更に、本実施形態によれば、冷却ファン８２からの排気は、カソード流路からの排気と混合して本体１４の外部に排出される。カソード流路からの排出空気は多少湿気を含んでいるため、本体１４の通気孔２２周辺に水滴を生じる可能性があるが、上記のように冷却ファン８２からの排出空気と混合することにより、湿度を低減し水滴の発生を防止することができる。これにより、水滴により生じる不具合の発生を未然に防止し、信頼性の高い燃料電池が得られる。
【００４４】
なお、この発明は上記実施の形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化可能である。また、上記実施の形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【００４５】
前述した実施形態によれば、発電部は、燃料タンク５０、起電部５２、アノード冷却器７０およびカソード冷却器７５、混合タンク５４を順番に並べて配置した構成としたが、これらの配置は必要に応じて種々変更可能である。起電部を構成したセル数は、必要に応じて増減可能である。この発明に係る燃料電池は、上述したパーソナルコンピュータに限らず、モバイル機器、携帯端末等の他の電子機器の電源としても使用可能である。燃料電池の形式としは、ＤＭＦＣに限らず、ＰＥＦＣ（Polymer Electrolyte   Fuel Cell）等の他の形式としてもよい。また、冷却ファンは、遠心ファンに限らず、軸流ファンを用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】この発明の実施形態に係る燃料電池を示す斜視図。
【図２】前記燃料電池をパーソナルコンピュータに接続した状態を示す斜視図。
【図３】前記燃料電池およびパーソナルコンピュータを示す断面図。
【図４】前記燃料電池の内部を示す斜視図。
【図５】前記燃料電池の一部を破断して示す平面図。
【図６】前記燃料電池の発電部を概略的に示す図。
【図７】前記燃料電池における起電部を概略的に示す図。
【図８】前記起電部のセル積層構造を模式的に示す図。
【図９】前記起電部を示す断面図。
【図１０】前記燃料電池におけるカソード流路、カソード冷却器を模式的に示す図。
【符号の説明】
【００４７】
１０…燃料電池、  １１…パーソナルコンピュータ、  １４…本体、
１６…載置部、  ３２…コネクタ、５０…燃料タンク、  ５２…起電部、
５４…混合タンク、  ６１…冷却フィン、  ９５ａ、９５ｂ…端板、  ９６…側壁、
９８ａ…燃料供給流路、  ９８ｂ…燃料排出流路、  ９８ｃ…燃料分割流路、
９９ａ…空気供給流路、  ９９ｂ…空気排出流路、  ９９ｃ…空気分割流路、
７０…アノード冷却器、  ７２…排出管
【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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