(57)【要約】【課題】  一般家庭でも手軽に燃料を入手することができ、利用者の利便性を向上させることが可能な燃料電池システムを提供する。【解決手段】  燃料と酸素を反応させて発電を行う燃料電池を有する発電部と、発電部で発電された電力が供給され電灯線等からの電力を変換する電源アダプターの接続端子と互換性を有した接続部と、電気分解により水素ガスを発生できる液体を貯蔵する液体タンクと、液体タンクに貯蔵された液体を電気分解して水素ガスを取り出す電気分解装置と、電気分解装置によって取り出された水素ガスを貯蔵し発電部に対して水素ガスを供給する水素貯蔵部とを有する燃料電池システムで、電気分解装置による水の電気分解と、発電部による発電反応とを独立して行う。【選択図】図１
2005032611.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料と酸素を反応させて発電を行う燃料電池を有する発電部と、
前記発電部で発電された電力が供給され、電灯線等からの電力を変換する電源アダプターの接続端子と互換性を有した接続部と
を有することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
電気分解により水素ガスを発生できる液体を貯蔵する液体タンクと、
前記液体タンクに貯蔵された液体を電気分解して水素ガスを取り出す電気分解装置と、
前記電気分解装置によって取り出された水素ガスを貯蔵し、前記発電部に対して水素ガスを供給する水素貯蔵部と
を有することを特徴とする請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記発電部で発電反応によって生じた水分を前記液体タンクに回収することを特徴とする請求項２記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記水素貯蔵部は交換可能とされていることを特徴とする請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記接続部はＥＩＡＪ規格を満たすものであることを特徴とする請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記電気分解装置による液体の電気分解と、前記発電部による発電反応とを独立して行うことを特徴とする請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記発電部と、前記液体タンクと、前記電気分解装置と、前記水素貯蔵部とが単一の筐体に搭載されていることを特徴とする請求項２記載の燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素を燃料として発電を行う燃料電池システムに関するものであり、特に家庭用電子機器に対して電力の供給を行う燃料電池システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、例えば水素ガス（燃料ガス）と空気に含まれる酸素（酸化剤ガス）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が行われている。
【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ともに、携帯可能なサイズ及び重量とされることが重要となり、このような要求に対応するべく各種技術開発が盛んに行われている。
【０００４】
燃料電池は、電解質の違い等により様々なタイプのものに分類されるが、代表的なものに、電解質に固体高分子電解質を用いた燃料電池が知られている。固体高分子電解質型燃料電池は、低コスト化が可能で、小型化、軽量化も容易であり、電池性能の点でも高い出力密度を有することから、例えば上記の用途に有望である。また、複数の発電セルとセパレータを交互に積層することにより構成するスタックセル型の燃料電池も提案されている。
【０００５】
また、燃料電池での発電に用いる燃料である水素やメタノールなどを燃料タンクに封入してパッケージ化し、燃料タンクを小売店などで販売することで消費者が燃料を入手し燃料電池システムでの発電に用いる構想も提案されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、現状では燃料電池システムを用いた電子機器は一般家庭に浸透しておらず、燃料タンクを購入する消費者数が少ない。すると、消費者数が少ないために小売店は燃料タンクを販売せず、小売店で燃料タンクが販売されていないために消費者は燃料電池システムの導入をためらい消費者数が増加し難いという悪循環に陥り、利便性が阻害される可能性がある。
【０００７】
また、燃料電池システムが一般家庭に普及し始め小売店でも容易に燃料タンクの購入ができるようになったとしても、需要者側は燃料タンクにどのくらい燃料が残留しているのかを把握して、燃料の不足が予想される場合には予め小売店で買い貯めしておく必要がある。しかし、一般消費者にとってはこのような消費予測と在庫管理を行うことは利便性が著しく悪く、小売店に在庫がない場合などは日常生活に必須となっている電子機器を動作させることが不可能になるという問題があった。
【０００８】
したがって本願発明は、一般家庭でも手軽に燃料を入手することができ、利用者の利便性を向上させることが可能な燃料電池システムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために本願発明の燃料電池システムは、燃料と酸素を反応させて発電を行う燃料電池を有する発電部と、前記発電部で発電された電力が供給され、電灯線等からの電力を変換する電源アダプターの接続端子と互換性を有した接続部とを有することを特徴とする。
【００１０】
発電部での発電反応によって発生した電力を、接続部を介して電子機器の電源入力端子に供給するため、電子機器側に燃料電池装置を搭載していなくとも燃料電池による長時間の電力供給を行うことができ、電子機器の使用時間を長くすることが可能となる。
【００１１】
さらに本発明の燃料電池システムが、電気分解により水素ガスを発生できる液体を貯蔵する液体タンクと、前記液体タンクに貯蔵された液体を電気分解して水素ガスを取り出す電気分解装置と、前記電気分解装置によって取り出された水素ガスを貯蔵し、前記発電部に対して水素ガスを供給する水素貯蔵部とを有するとしてもよい。
【００１２】
水の電気分解を用いて発電反応に必要な水素ガスを取り出し、水素貯蔵部に貯蔵することで、利用者が燃料ガスを望みの時間に補充することができる。これにより、利用者が小売店まで燃料タンクを買いに行く必要や、燃料タンクの在庫管理・消費予測を行う必要がなくなり、利用者の利便性が著しく向上する。また、液体タンクに貯蔵しておく水として水道水や市販の純水を用いるとすることで、水素ガスを貯蔵するために必要な原料の入手が容易となる。
【００１３】
また、発電部で発電反応によって生じた水分を液体タンクに回収することで、利用者が液体タンクに水を補充する手間を減らすことができ、利便性が更に向上する。また、水素貯蔵部は交換可能とすることで、複数の水素貯蔵部に対して水素ガスの貯蔵を行って、使用時に水素貯蔵部の交換をして水素ガスの補充を行うことが可能となり、燃料電池システムによる電力供給時間を長時間化することが可能となる。
【００１４】
さらに、接続部はＥＩＡＪ規格を満たすものであるとすることで、さまざまな電子機器に対して電力の供給を行うことが可能となり汎用性を向上させることが可能となる。また、電気分解装置による水の電気分解と、発電部による発電反応とを独立して行うことで、燃料充填モードで水素貯蔵部に水素ガスを貯蔵した後に、発電モードで電子機器に対して電力の供給を行う場合に、家庭用電源から離れた場所で使用することができる。これにより、使用時に持ち運びが可能となるワイヤレス電源アダプターとして使用者が用いることができ、搬送可能な電子機器を利用する場合に使用者の利便性を向上させることが可能となる。また、発電部と液体タンクと電気分解装置と水素貯蔵部とが単一の筐体に搭載されていることで、燃料電池システムの可搬性を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１５】
発電部での発電反応によって発生した電力を、接続部を介して電子機器の電源入力端子に供給するため、電子機器側に燃料電池装置を搭載していなくとも燃料電池による長時間の電力供給を行うことができ、電子機器の使用時間を長くすることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本願発明を適用した燃料電池システムについて、図面を参照しながら詳細に説明する。なお本願発明は、以下の記述に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。
【００１７】
図１に本発明の燃料電池システムの一例である構成図を示す。燃料電池システムは、電気分解によって水素ガスが発生する液体を貯蔵する液体タンク１と、液体の電気分解を行い水素ガスを取り出す電気分解装置２と、水素ガスを貯蔵する水素貯蔵部３と、水素ガスを燃料として発電を行う発電部４とを同一の筐体内に備えて構成されている。発電部４には接続部５が接続されており、接続部５の一端は電子機器６の電源入力端子に接続され、発電部４が発電した電力を電子機器６に対して供給可能となっている。また、電気分解装置２には電源コード７が接続され、電源コード７の一端は家庭用電源８に接続可能とされ、家庭用電源８から電気分解装置２に電力を供給可能となっている。
【００１８】
液体タンク１は、燃料電池システムの外部から例えば水を補充することで水分を貯蔵する容器であり、電気分解装置２に対して水分の供給を行う。外部からの水の補充は、家庭用の水道水や市販の純水などから行うことが可能であるとする。電気分解装置２での水の電気分解を促進するために、液体タンク１に貯蔵された水には水酸化ナトリウムなどを添加しておくとしても良い。また、発電部４の発電反応によって生じた水が液体タンク１に回収する構成としても良い。
【００１９】
電気分解装置２は、家庭用電源８から電源コード７を介して供給された電流によって、液体タンク１に貯蔵されている水を電気分解して水素ガスと酸素ガスを発生させる装置である。また、電気分解装置２には電源コード７を介して家庭用電源８から供給される電力の電圧値や電流値を調整する電流調整手段や、交流電流を直流電流に変換する直交変換手段などが備えられており、水の電気分解に適した直流電流を得ることが可能とされている。電気分解によって発生した水素ガスは水素貯蔵部３に供給され、酸素ガスは外気中に放出される。水の電気分解を行わない状態では、電気分解装置２に接続された電源コード７を取り外すことが可能な構成としても良い。ここでは液体タンク１と電気分解装置２とを分離した構成を示しているが、液体タンク１と電気分解装置２とを一体として液体タンク１内部で電気分解を行うとしても良い。また、電気分解装置２に対して電力を供給する電力元としては家庭用電源８に限らず、ガソリンを用いた発電機や太陽電池で発電された電力であるとしても良い。
【００２０】
水素貯蔵部３は、電気分解装置２が水を電気分解して発生した水素ガスを貯蔵すると共に、貯蔵している水素ガスを発電部４に対して発電反応での燃料ガスとして供給する。電気分解装置２および発電部４と水素貯蔵部３との間で水素ガスを流すガス配管は、水素ガスが漏洩しない材質と構造を備えている必要がある。また、ガス配管と水素貯蔵部３との接続部分に弁を取り付けることで、水素貯蔵部３を本発明の燃料電池システムから取り外し可能とするとしてもよい。水素貯蔵部３を取り外し可能とすることで、水素貯蔵部３に水素ガスを充填した後に別の空の水素貯蔵部３と交換を行うなどができるようになり、水素貯蔵部３を燃料タンクとして用いることが可能となる。
【００２１】
発電部４は、水素ガスと酸素ガスが反応することで発電を行う燃料電池と、燃料電池の発電状態を測定する測定装置と、燃料電池に流入する水素ガス量の調整や燃料電池が発電した電流の調整を行う制御回路を備えている。燃料電池は発電反応による発熱や外部環境によって温度が変化し、温度によって発電効率が変化するために、測定装置で燃料電池の温度や出力電流値や出力電圧値を測定し、測定結果に基づいて制御回路が水素貯蔵部３から流入してくる水素ガスの流量を調整し、接続部５を介して電子機器６に供給する電力の調整を行う。
【００２２】
発電部４に搭載されている燃料電池の構成例を図２に示す。燃料電池では、プロトンを伝導する固体高分子電解質からなる伝導体膜１１と、この伝導体膜１１を挟持するように伝導体膜１１の両面に配設される二つの燃料極１２と酸化剤極１３とにより接合体１４（Ｍｅｍｂｒａｎｅ  Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  Ａｓｓｅｍｂｌｙ：ＭＥＡ）が構成される。ここで、伝導体膜１１には、高エネルギー密度化、低コスト化、軽量化等の要求を考慮して、例えばパーフルオロスルホン酸系の固体高分子電解質膜が用いられる。ここでは接合体１４が一層だけの燃料電池を示しているが、接合体１４がセパレータで分離されて複数積層されたスタックセル構造の燃料電池を用いるとしてもよい。
【００２３】
接合体１４を挟み込むようにセパレータ１５が配置されるが、セパレータ１５の燃料極１２，酸化剤極１３と接する面には、それぞれ燃料である水素を流すための燃料流路１６、及び空気を流すための空気流路１７が形成されている。この燃料流路１６に水素貯蔵部３から水素ガスを供給することで、接合体１４の燃料極１２のほぼ全面に水素ガスが供給されることになり、空気流路１７に酸素を含んだ空気を供給することで、接合体１４の酸化剤極１３に酸素ガスが供給される。燃料極１２および酸化剤極１３は、電気伝導性と通気性を有するカーボンペーパー１８上に拡散層１９および触媒層２０が形成された構造を有しており、それぞれ触媒層２０側が伝導体膜１１と接触して配置されている。触媒層２０は伝導体膜１１と接触する界面での発電反応を促進する材質であり、例えば白金が用いられる。
【００２４】
燃料極１２には、燃料流路１６から燃料である水素が供給され、供給された水素がプロトンと電子とに解離され、プロトンは伝導体膜１１を通り、電子は外部回路を通って電力を発生させ、酸化剤極１３にそれぞれ移動する。酸化剤極１３には、空気流路１７から酸化剤である酸素（空気）が供給され、供給された空気中の酸素とプロトン及び電子が反応して水が生成する。生成した水は液体タンク１に回収する。
【００２５】
接続部５は、電子機器６と接続される側の端子をＥＩＡＪ規格のものとすることが望ましい。接続部５の一端が汎用性の高い（社）日本電子機械工業会のＥＩＡＪ規格を満たしていることで、電子機器６の電源端子が一般的な規格であるＥＩＡＪ規格を満たしている場合には、本発明の燃料電池システムを用いて駆動電力の供給を行うことが可能となる。さらに接続部の端子を交換可能としておくと、異なる電子機器６に対して電力の供給を行う場合には、電子機器６に適した形状や電圧の端子を選択することで容易に電力の供給を行うことが可能となる。接続部５は、発電部４から取り外すことが可能としても良い。
【００２６】
本発明の燃料電池システムを使用するモードは２種類あり、その一つは燃料充填モードであり、もう一つは発電モードである。
【００２７】
燃料充填モードでは、液体タンク１に貯蔵されている水が電気分解装置２に供給され、電源コード７を介して家庭用電源８から供給される電力を消費して電気分解装置２で水の電気分解が行われる。前述したように、水の電気分解によって発生した水素ガスは水素貯蔵部３に貯蔵され、酸素ガスは外気中に放出される。このモードの時は、本発明の燃料電池システムでは電源コード７が電気分解装置２に接続されるとともに、家庭用電源８に接続されている必要がある。しかし、接続部５は発電部４および電子機器６に接続されている必要はない。
【００２８】
発電モードでは、水素貯蔵部３に貯蔵されている水素ガスが発電部４の燃料電池に供給され、図２を用いて説明したように酸素ガスと水素ガスが反応して電流および水分が発生する。このモードの時は、本発明の燃料電池システムでは接続部５は発電部４に接続されるとともに、電子機器６に接続されている必要がある。しかし、電源コード７は電気分解装置２および家庭用電源８に接続されている必要はない。
【００２９】
このように、本発明の燃料電池システムでは燃料充填モードと発電モードで動作が異なり、燃料充填モードでは接続部５を必要とせず、発電モードでは電源コード７を必要としない。これにより、燃料充填モードで水素貯蔵部３に水素ガスを貯蔵した後に、発電モードで電子機器６に対して電力の供給を行う場合に、本発明の燃料電池システムを家庭用電源８から離れた場所で使用することができる。これにより、使用時に持ち運びが可能となるワイヤレス電源アダプターとして使用者が用いることができ、搬送可能な電子機器を利用する場合に使用者の利便性を向上させることが可能となる。
【００３０】
また、燃料充填モードで家庭用電源８から供給される電力によって、電気分解装置２で水の電気分解を行い水素ガスの貯蔵を行うため、利用者が望むタイミングで燃料の補充を行うことが出来る。これにより、利用者が小売店まで燃料タンクを買いに行く必要や、燃料タンクの在庫管理・消費予測を行う必要がなくなり、利用者の利便性が著しく向上する。また、液体タンクに貯蔵しておく水として水道水や市販の純水を用いるとすることで、水素ガスを貯蔵するために必要な原料の入手が容易となる。
【００３１】
ここでは、本発明の燃料電池システムは燃料充填モードと発電モードを切り替えるとしたが、両モードを同時に並行して行うことも可能である。また、電源コード７が電気分解装置２に接続されているか否かを発電部４の制御回路が検知し、接続されて電力が供給されている場合には燃料充填モードを実行するとしてもよい。同様に、接続部５が発電部４に接続されているか否かを発電部４の制御回路が検知し、接続されている場合には発電モードを実行するとしてもよい。
【００３２】
発電部での発電反応によって発生した電力を、接続部を介して電子機器の電源入力端子に供給するため、電子機器側に燃料電池装置を搭載していなくとも燃料電池による長時間の電力供給を行うことができ、電子機器の使用時間を長くすることが可能となる。
【００３３】
さらに、水分を貯蔵する液体タンクと、液体タンクに貯蔵された水分を電気分解して水素ガスを取り出す電気分解装置と、電気分解装置によって取り出された水素ガスを貯蔵し、発電部に対して水素ガスを供給する水素貯蔵部とを有することで、水の電気分解を用いて発電反応に必要な水素ガスを取り出し、水素貯蔵部に貯蔵することで、利用者が燃料ガスを望みの時間に補充することができる。これにより、利用者が小売店まで燃料タンクを買いに行く必要や、燃料タンクの在庫管理・消費予測を行う必要がなくなり、利用者の利便性が著しく向上する。また、液体タンクに貯蔵しておく水として水道水や市販の純水を用いるとすることで、水素ガスを貯蔵するために必要な原料の入手が容易となる。
【００３４】
また、発電部で発電反応によって生じた水分を液体タンクに回収することで、利用者が液体タンクに水を補充する手間を減らすことができ、利便性が更に向上する。また、水素貯蔵部は交換可能とすることで、複数の水素貯蔵部に対して水素ガスの貯蔵を行って、使用時に水素貯蔵部の交換をして水素ガスの補充を行うことが可能となり、燃料電池システムによる電力供給時間を長時間化することが可能となる。
【００３５】
さらに、接続部はＥＩＡＪ規格を満たすものであるとすることで、さまざまな電子機器に対して電力の供給を行うことが可能となり汎用性を向上させることが可能となる。また、電気分解装置による水の電気分解と、発電部による発電反応とを独立して行うことで、燃料充填モードで水素貯蔵部に水素ガスを貯蔵した後に、発電モードで電子機器に対して電力の供給を行う場合に、家庭用電源から離れた場所で使用することができる。これにより、使用時に持ち運びが可能となるワイヤレス電源アダプターとして使用者が用いることができ、搬送可能な電子機器を利用する場合に使用者の利便性を向上させることが可能となる。また、発電部と液体タンクと電気分解装置と水素貯蔵部とを単一の筐体に収納することで、燃料電池システムの可搬性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の燃料電池システムの構成を示す模式図である。
【図２】本発明の燃料電池システムで酸素ガスと水素ガスとの反応によって発電を行う燃料電池の構造を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３７】
１    液体タンク
２    電気分解装置
３    水素貯蔵部
４    発電部
５    接続部
６    電子機器
７    電源コード
８    家庭用電源
１１    伝導体膜
１２    燃料極
１３    酸化剤極
１４    接合体
１５    セパレータ
１６    燃料流路
１７    空気流路
１８    カーボンペーパー
１９    拡散層
２０    触媒層
【図１】
2005032611.tif 000003
【図２】
2005032611.tif 000004