(57)【要約】【課題】  燃料ガス以外のガスが燃料電池本体に混入したときに、燃料電池の外側からガス置換を行うことができる燃料供給装置を提供する。【解決手段】  燃料カートリッジ３から導入される燃料ガスを流路４０を通して燃料電池６に供給する燃料供給装置において、燃料カートリッジから流路に燃料ガスを導入する燃料導入バルブ４と、前記流路に導入される燃料ガス以外の気体を流路から排出してガス置換を行うパージバルブ１７と、前記流路に導入された燃料ガスを燃料電池本体に供給する燃料供給バルブ１９を有し、外部からの機械的および電気的な動作の少なくとも一つにより、前記燃料導入バルブ４、パージバルブ１７および燃料供給バルブ１９の制御を行うことにより燃料ガスを燃料電池に供給する燃料供給装置。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料カートリッジから導入される燃料ガスを流路を通して燃料電池に供給する燃料供給装置において、燃料カートリッジから流路に燃料ガスを導入する燃料導入バルブと、前記流路に導入される燃料ガス以外の気体を流路から排出してガス置換を行うパージバルブと、前記流路に導入された燃料ガスを燃料電池本体に供給する燃料供給バルブを有し、外部からの機械的および電気的な動作の少なくとも一つにより、前記燃料導入バルブ、パージバルブおよび燃料供給バルブの制御を行うことにより燃料ガスを燃料電池に供給することを特徴とする燃料供給装置。
【請求項２】
前記燃料導入バルブ、パージバルブおよび燃料供給バルブの制御は、外部の燃料電池搭載機器からの指令による機械的および電気的な動作により行われる請求項１記載の燃料供給装置。
【請求項３】
請求項１または２記載の燃料供給装置と、着脱自在の燃料カートリッジを有することを特徴とする燃料電池。
【請求項４】
燃料カートリッジから導入される燃料ガスを流路を通して燃料電池に供給する燃料供給装置において、燃料カートリッジから流路に燃料ガスを導入する燃料導入バルブと、前記流路に導入される燃料ガス以外の気体を流路から排出してガス置換を行うパージバルブと、前記流路中の燃料ガスの圧力を制御して燃料ガスを移動させる燃料移動バルブと、前記流路に導入された燃料ガスを燃料電池本体に供給する燃料供給バルブを有し、外部からの機械的および電気的な動作の少なくとも一つにより、前記燃料導入バルブ、パージバルブおよび燃料供給バルブの制御を行うことにより燃料ガスを燃料電池に供給することを特徴とする燃料供給装置。
【請求項５】
前記燃料移動バルブは流路中に設けられ、ダイヤフラムにより燃料ガスの圧力を制御して燃料ガスの移動を行う請求項４記載の燃料供給装置。
【請求項６】
前記燃料導入バルブ、パージバルブおよび燃料供給バルブの制御は、外部の燃料電池搭載機器からの指令による機械的および電気的な動作により行われる請求項４または５記載の燃料供給装置。
【請求項７】
請求項４乃至６のいずれかに記載の燃料供給装置と、着脱自在の燃料カートリッジを有することを特徴とする燃料電池。
【請求項８】
請求項３または７に記載の燃料電池を具備することを特徴とする機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料供給装置および燃料電池に関し、特に水素等の気体を燃料とする燃料電池に燃料を供給する燃料供給装置、およびそれを用いた、機器に着脱自在に装着することができる燃料電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境破壊が問題となり有害な廃棄物の出ないクリーンなエネルギーが求められている。また、化石燃料の枯渇が問題となり新しいエネルギー源が求められている。一方エレクトロニクス分野では、情報量が増大しこれに伴って情報処理能力が飛躍的に拡大し電子機器の消費電力は増大する傾向にある。
【０００３】
そこで、地球上に無尽蔵にある水に含まれ、化学エネルギーが大きく有害な物質を排出しない水素がエネルギー源として注目されている。特に直接電気エネルギーを取り出す燃料電池は、水素の利用効率も良く大きな電力をとりだせるので自動車用からノートパソコン、携帯電話、ビデオカメラなどの携帯電子機器への応用が進められている。
【０００４】
水素から電気エネルギーを取り出す、所謂燃料電池は、水素が供給される水素電極と酸素が供給される酸化電極を有し、水素電極で触媒反応により水素を電子とプロトンに分離し、プロトンは電解質膜を通過して酸化電極へ到達し、触媒反応により酸素と反応し水が生成するものであり、この過程で電子の流れすなわち電力が生成されるものである。
【０００５】
従来の二次電池と異なり燃料電池においては、充電の必要はなく燃料を使い切った後には燃料を補充するだけですぐに発電が可能であり長時間の機器使用に便利である。（特許文献１参照）
【特許文献１】国際公開第ＷＯ０３／０４９２２３号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このように、いつでもどこでも燃料を補給することにより電気エネルギーを取り出すことが出来るが、従来の電池と異なり水素等の気体を扱うこととなる。
燃料カートリッジを交換する際には、一旦燃料カートリッジを燃料電池本体から取り外す必要があり、その際大気が燃料電池本体に混入する。この場合燃料電池の出力が著しく低下するか、多くの場合は、燃料電池の反応が停止する。したがって、燃料交換時に燃料電池本体内の燃料ガス以外のガスを燃料ガスと置換することは必須となる。
【０００７】
また、燃料カートリッジ交換時以外にも、燃料ガス以外のガスが燃料電池本体に混入したときには、同様にガス置換を行うことが必要となる。
さらに、燃料電池に於いては、負荷への回路を遮断すると、反応が停止し基本的には燃料ガスの消費は無くなる。しかし、負荷に接続する配線部分での放電等があり、徐々に燃料ガスが消費されるので、燃料電池の稼動が停止した時には、燃料ガスの無用な消費を無すために燃料ガスの供給を遮断することが必要となる。
【０００８】
本発明は、この様な背景技術に鑑みてなされたものであり、燃料ガス以外のガスが燃料電池本体に混入したときに、燃料電池の外側からガス置換を行うことができる燃料供給装置を提案するものである。
【０００９】
さらに、本発明は、機器のメインスイッチがＯＦＦに成ったときには、燃料ガスの供給流路に設けたバルブを閉じ、燃料電池へ燃料ガスの供給を遮断し、燃料ガスの無用な消費を無くすことができる燃料供給装置を提案するものである。
【００１０】
また、本発明は、上記の燃料電池の外側からガス置換を行うことができ、さらには燃料ガスの無用な消費を無くすことができる燃料供給装置を設けた燃料電池を提案するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
すなわち、本発明の第１は、燃料カートリッジから導入される燃料ガスを流路を通して燃料電池に供給する燃料供給装置において、燃料カートリッジから流路に燃料ガスを導入する燃料導入バルブと、前記流路に導入される燃料ガス以外の気体を流路から排出してガス置換を行うパージバルブと、前記流路に導入された燃料ガスを燃料電池本体に供給する燃料供給バルブを有し、外部からの機械的および電気的な動作の少なくとも一つにより、前記燃料導入バルブ、パージバルブおよび燃料供給バルブの制御を行うことにより燃料ガスを燃料電池に供給することを特徴とする燃料供給装置である。
前記燃料導入バルブ、パージバルブおよび燃料供給バルブの制御は、外部の燃料電池搭載機器からの指令による機械的および電気的な動作により行われるのが好ましい。
【００１２】
本発明の第２は、燃料カートリッジから導入される燃料ガスを流路を通して燃料電池に供給する燃料供給装置において、燃料カートリッジから流路に燃料ガスを導入する燃料導入バルブと、前記流路に導入される燃料ガス以外の気体を流路から排出してガス置換を行うパージバルブと、前記流路中の燃料ガスの圧力を制御して燃料ガスを移動させる燃料移動バルブと、前記流路に導入された燃料ガスを燃料電池本体に供給する燃料供給バルブを有し、外部からの機械的および電気的な動作の少なくとも一つにより、前記燃料導入バルブ、パージバルブおよび燃料供給バルブの制御を行うことにより燃料ガスを燃料電池に供給することを特徴とする燃料供給装置である。
【００１３】
前記燃料移動バルブは流路中に設けられ、ダイヤフラムにより燃料ガスの圧力を制御して燃料ガスの移動を行うのが好ましい。
前記燃料導入バルブ、パージバルブおよび燃料供給バルブの制御は、外部の燃料電池搭載機器からの指令による機械的および電気的な動作により行われるのが好ましい。
【００１４】
さらに、本発明の第３は、上記の第１または第２の燃料供給装置と、着脱自在の燃料カートリッジを有することを特徴とする燃料電池である。
また、上記の燃料電池を具備することを特徴とする機器である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の燃料供給装置は、燃料ガス以外のガスが燃料電池本体に混入したときに、燃料電池の外側からガス置換を行うことができる。
また、本発明の燃料供給装置は、機器のメインスイッチがＯＦＦに成ったときには、燃料ガスの供給流路に設けたバルブを閉じ、燃料電池へ燃料ガスの供給を遮断し、燃料ガスの無用な消費を無くすことができる。
【００１６】
さらに、本発明は、上記の燃料電池の外側からガス置換を行うことができ、さらには燃料ガスの無用な消費を無くすことができる燃料供給装置を設け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】
【００１７】
本発明の燃料供給装置では、上記の目的を達成するために、燃料カートリッジが燃料電池に接続されたことを検出し、自動的にガス置換動作を行う。あるいは、燃料電池の出力を検出し、所定の電圧が発生していないときにガス置換動作を行う。あるいは、携帯用電子機器、例えばパソコン、携帯電話、デジタルカメラ、デジタルビデオなどのメインスイッチがＯＮとなるのに同期してガス置換を行う。
【００１８】
さらに、本発明に於いては、燃料カートリッジから導入される燃料ガスを流路を通して燃料電池に供給する燃料供給装置において、燃料電池本体と、燃料カートリッジとを連結する流路にバルブを設け、機器のメインスイッチと連動させてメインスイッチがＯＮの時には該バルブを開け、該スイッチがＯＦＦの時には該バルブを閉じる事により、必要な時だけ燃料ガスを反応部に供給するものであり、無駄な燃料ガスの消費を無くするものである。
【実施例】
【００１９】
実施例１
本発明の燃料供給装置および燃料電池の望ましい実施形態を図を用いて説明する。
図１は、本発明の燃料電池の好ましい実施形態を表す主要部分を示す中央断面図である。図２は、燃料電池本体と燃料カートリッジが接続された状態を示す外観図である。燃料カートリッジ２は燃料電池本体１の外部から挿入可能となっている。図３は、燃料カートリッジを示す斜視図である。３は燃料カートリッジ筐体であり圧縮水素が充填されるか、あるいは水素吸蔵合金例えばＦｅ−Ｔｉ合金，Ｔｉ−Ｍｎ合金などに水素を吸蔵させる構成となっていても良い。３ａは、後に詳述するカバー部材、４ｂは、バルブの凸部である。
【００２０】
本発明の燃料供給装置は、燃料カートリッジから導入される燃料ガスを流路を通して燃料電池に供給する装置であり、燃料カートリッジ筐体３から流路４０に燃料ガスを導入する燃料導入バルブ４と、前記流路４０に導入される燃料ガス以外の気体を流路から排出してガス置換を行うパージバルブ１７と、前記流路中の燃料ガスの圧力を制御して移動させる燃料移動バルブ１０と、前記流路４０に導入された燃料ガスを燃料電池本体に供給する燃料供給バルブ１９を有し、前記燃料導入バルブ４、パージバルブ１７および燃料供給バルブ１９の制御は、外部の燃料電池搭載機器からの指令による機械的および電気的な動作により行われることにより燃料ガスを燃料電池に供給することを特徴とする。
【００２１】
まず、図１において、６は燃料電池本体の筐体である。６ａは凹部であり、燃料カートリッジの接続部が挿入される。３ａはカバー部材であり、燃料導入バルブ４の凸部４ｂの周囲に配置されており４ｂより突出部が大きくなっている。燃料導入バルブ４の円錐面４ａは燃料カートリッジの円錐面３ｂと接触し、燃料ガスが外部に出ないように構成されている。５は圧縮バネであり燃料カートリッジ内の部材（不図示）に図中右端部が固定されており、左端部は燃料導入バルブ４の底面４ｃを押圧するように構成されている。すなわち、水素ガス圧と圧縮バネ５の力により、円錐面３ｂと４ａが接触し水素ガスが燃料カートリッジ外に漏れないように構成されている。
【００２２】
図中の燃料導入バルブ４及びカバー部材３ａは子供の指に比べて小さく出来ており、カバー部材の孔３ｃ内の燃料導入バルブ４の凸部４ｂに子供の指が届かないような寸法と成っている。
【００２３】
６ａは凹部であり、内部にＶ形溝６ｃが形成され、シール部材であるＯリング７が配置されている。３ｇは、カバー部材３ａに設けられたねじ部である。１６はマイクロスイッチであり、燃料カートリッジが燃料電池本体に固定される直前にＯＮに成るように配置されている。
【００２４】
次に作動を説明する。
燃料カートリッジ１が挿入されると、カバー部材３ａの先端部に形成された面取り部３ｅがシール部材７と当接しシール部材７を圧縮しながらカバー部材が図１中、左方向に移動する、シール部材７はカバー部材３ａの外面３ｄと密着し燃料流路を気密にする。
【００２５】
６ｄは凹部６ａに設けられたねじ部である。シール部材７が凹部６ａとカバー部材３ａに依って圧縮され燃料流路の気密が確保された後、ねじ３ｇと６ｄがかみ合い燃料カートリッジの筐体３をねじ込むことにより燃料カートリッジ２は固定される。
【００２６】
８はピンであり、孔６ｅに挿入され、Ｖ溝６ｆ内に配置されたシール部材（Ｏリング）９により外部との気体の出いるが無いようになされている。２２は圧縮バネでありピン８を図中左方向に付勢しており燃料カートリッジ３が固定された状態でピンの球面部８ａは、燃料導入バルブ４の図中左端４ｂと若干の隙間を於いて配置されている。
【００２７】
外部からピン８の操作面８ｂを押すことにより、燃料導入バルブ４が開いて水素ガスが流路４０内に流入する。
１０は燃料移動バルブは流路４０に設けられ、円錐面１０ａは円錐面６ｇと接触し燃料ガスが更に燃料電池本体内部に入らないようになされている。１１は圧縮バネであり図中下端部が固定されており、上端部は燃料移動バルブ１０の底面１０ｃを押圧するようになされている。すなわち、水素ガス圧と圧縮バネ１１の力により、円錐面１０ａと６ｇが接触し水素ガスが更に燃料電池本体内部に入らないようになされている。
【００２８】
１３はダイアフラムであり円盤形をなしており外周部１３ａがレギュレータ本体の筐体１４に固定されている。筐体１４は、燃料電池本体筐体６内部の固定された部材（不図示）に固定されている。ダイアフラム１３は中央の平面部１３ｂにピン１２が固定されており、同芯円状に波形の凹凸が形成されており、図中下側の水素圧力と筐体１４内部のガス圧を受けている。また上記水素ガス圧力の変化により自由に図中上下方向に変位可能となっている。
【００２９】
ピン１２の図中下端部は球面１２ａとなっており、燃料移動バルブ１０の凸部１０ｂと当接するようになされている。１５は圧縮バネであり一端が筐体１４の内部に他端がピンが固定されているダイアフラム１３の平面部１３ｂのピンとは反対側の面に固定されている。
【００３０】
ここで、作用を説明する。
燃料導入バルブ４を通って流入した水素ガス圧と圧縮バネ１１は、図中上方向に力を作用させる。ダイアフラムの筐体１４内部のガス圧と圧縮バネ１５は、図中下方向に力を作用させる。ダイアフラム周辺のガス圧はダイアフラム１３に対し図中上方向に力を作用させる。これらの力の合力によりピン１２及び燃料移動バルブ１０の位置が決定される。すなわち、ダイアフラム周辺の水素ガス圧が所定の値となっているときに、燃料移動バルブ１０の円錐面１０ａと円錐面６ｇが当接し、燃料カートリッジ側から燃料電池本体内部への水素ガスの流入は停止される。
【００３１】
発電に伴い、水素ガスが消費されると、ダイアフラム１３周辺の水素ガス圧が低下し、ダイアフラム１３が図中下方向に変位する。これにより、ピン１２が燃料移動バルブ１０を図中下方向に押して変位させ円錐面６ｇと１０ａの接触が解除され、燃料カートリッジの筐体３内部の水素ガスが流路４０に流入される。
【００３２】
以上、説明したようにダイアフラム１３の周辺部の側はレギュレータの筐体１４に固定されており周囲の気圧の影響を受けることが無い。したがって、レギュレーターの筐体１４内部のガス圧及び圧縮バネ１５の力を適切に設定することにより、所望の水素ガス圧を維持することが出来る。本実施例で示した圧縮バネを用いずにレギュレータの筐体１４内部のガス圧の設定のみで所望の水素ガス圧を得ることも可能である。
【００３３】
１７は、ガス置換を行うパージバルブであり、円錐面１７ａが燃料電池本体の筐体６に形成された円錐面６ｈと当接するようになされている。１８は圧縮バネであり、パージバルブ１７が図中左方向に付勢される様になされている。圧縮バネ１８により円錐面１８ａ、６ｈは常時接触し、燃料電池本体内のガスは外部に出ないようになされている。燃料電池外部から操作部１７ｂを図中右方向に押すことにより、バルブ１７が圧縮バネ１８の力に抗して図中右方向に変位し円錐面１７ａ、６ｈの接触が解かれ燃料電池本体内のガスが外部に流出する。
【００３４】
１９は、燃料電池反応部に水素ガスを流入、阻止を行う燃料供給バルブであり、円錐面１９ａが燃料電池本体の筐体６に形成された円錐面６Ｉと当接するようになされている。２０は圧縮バネであり、燃料供給バルブ１９が図中左方向に付勢される様になされている。圧縮バネ２０により円錐面１９ａ、６Ｉは常時接触し、水素ガスは、燃料電池反応部に流入しないようになされている。操作部１９ｂを燃料電池外部から押すことにより燃料供給バルブ１９が圧縮バネ２０の力に抗して図中右方向に変位し円錐面１９ａ、６Ｉの接触が解かれ燃料電池反応部に水素ガスがに流入するようになされている。２１はシール部材（Ｏリング）であり、Ｖ溝６ｊ内に配置され燃料電池外部と内部のガスの流通がないようになされている。
【００３５】
次に、燃料電池全体の作動について説明する。
燃料カートリッジ２が装填された燃料電池本体１が機器（本実施例ではデジタルカメラ（不図示））のバッテリースペースに挿入され、デジタルカメラのメインスイッチがＯＮになると、メインスイッチに連動したピンあるいはレバーがピン８の操作部を押すと、燃料カートリッジ筐体３内部の水素ガスが燃料導入バルブ４を通過して流路４０に流入する。
【００３６】
次に、デジタルカメラのピンあるいはレバー（不図示）がパージバルブ１７の操作部１７ｂを所定時間押す。これにより燃料供給バルブ１９までの燃料流路４０が水素ガスにガス置換され燃料カートリッジ交換時などに混入した大気成分が除去され、純粋な水素で燃料流路が満たされる。
【００３７】
続いて、デジタルカメラからピンあるいはレバー（不図示）により燃料供給バルブ１９の操作部１９ｂが押され水素ガスが燃料電池反応部（不図示）に流入し発電が開始される。
【００３８】
燃料電池本体をデジタルカメラに装着した状態で燃料カートリッジにのみを交換することも可能である。この場合、新しい燃料カートリッジが挿入されると、マイクロスイッチ１６が閉じられ、デジタルカメラ内部のマイコンによりパージバルブ１７が所定時間開かれガス置換が強制的に行われる。
【００３９】
以上説明したように、燃料電池は、従来の電池と異なり燃料ガスを供給すれば起動するものではなく、燃料流路内のガス置換が必要となる。また無駄な燃料消費を防ぐためには不使用時には燃料流路の遮断が必要となる。本発明は、燃料電池内にアクチュエータ、マイコン等を配置せず、燃料電池搭載機器側から各種制御を行うことが出来るように機械的インタフェースが配置されており、簡単な構成の安価な燃料電池を供給することが可能となる。
【００４０】
図４は、以上説明した作動を示すフローチャートである。
デジタルカメラのメインスイッチがＯＮになると（１０１）、メインスイッチに連動したピンあるいはレバーがピン８の操作部を押す（１０２）。すると燃料カートリッジ３内部の水素ガスが燃料導入バルブ４を通過して流路４０内部に流入する。
【００４１】
次に、デジタルカメラのピンあるいはレバー（不図示）がパージバルブ１７の操作部１７ｂを所定時間押す（１０３）。これにより燃料供給バルブ１９までの燃料流路が水素ガスにガス置換され燃料カートリッジ交換時などに混入した大気成分が除去され、純粋な水素で燃料流路が満たされる。
【００４２】
続いて、デジタルカメラからピンあるいはレバー（不図示）により燃料供給バルブ１９の操作部１９ｂが押され（１０４）水素ガスが燃料電池反応部（不図示）に流入し発電が開始される。
【００４３】
実施例２
次に、電気的インタフェースを有する燃料電池の好ましい実施形態を示す。図５は、本発明の燃料電池の他の実施形態を示す中央断面図である。図５中、図１と同じ部材には同じ番号を付している。図６は、燃料電池本体６１と燃料カートリッジ６２が接続された状態を示す外観図である。
【００４４】
燃料カートリッジ６２は燃料電池本体６１の外部から挿入可能となっている。燃料電池本体６１に配置されている接点３０，３１は燃料電池で発電した電力の出力端子である。２３ｃ、２４ｃ、２５ｃは後述電磁石への電力供給、制御用接点である。
【００４５】
図７の燃料カートリッジだけを示した斜視図は図３と同じである。６３は燃料カートリッジ筐体であり、圧縮水素が充填されるか、あるいは水素吸蔵合金、例えばＦｅ−Ｔｉ合金，Ｔｉ−Ｍｎ合金などに水素を吸蔵させる構成となっていても良い。３ａは、後に詳述するカバー部材、４ｂは、バルブの凸部である。
【００４６】
図５においては、電磁石部、燃料電池本体筐体５１を除いては図１と同じである。
５１は燃料電池本体の筐体である。５１ａは凹部であり、燃料カートリッジの接続部が挿入される。３ａはカバー部材であり、燃料導入バルブ４の凸部４ｂの周囲に配置されており４ｂより突出部が大きくなっている。燃料導入バルブ４の円錐面４ａは燃料カートリッジの円錐面３ｂと接触し燃料ガスが外部に出ないようになされている。５は圧縮バネであり燃料カートリッジ内の部材（不図示）に図中右端部が固定されており、左端部は燃料導入バルブ４の底面４ｃを押圧するようになされている。すなわち、水素ガス圧と圧縮バネ５の力により、円錐面３ｂと４ａが接触し水素ガスが燃料カートリッジ外に漏れないようになされている。
【００４７】
図中の燃料導入バルブ４及びカバー部材３ａは子供の指に比べて小さく出来ており、カバー部材の孔３ｃ内の燃料導入バルブ４の凸部４ｂに子供の指が届かないような寸法と成っている。
【００４８】
５１ａは凹部であり、内部にＶ形溝５１ｃが形成され、シール部材であるＯリング７が配置されている。３ｇは、カバー部材３ａに設けられたねじ部である。１６はマイクロスイッチであり、燃料カートリッジが燃料電池本体に固定される直前にＯＮに成るように配置されている。
【００４９】
次に作動を説明する。
燃料カートリッジ６１が挿入されると、カバー部材３ａの先端部に形成された面取り部３ｅがシール部材７と当接しシール部材７を圧縮しながらカバー部材が図４中、左方向に移動する、シール部材７はカバー部材３ａの外面３ｄと密着し燃料流路を気密にする。
【００５０】
５１ｄは凹部５１ａに設けられたねじ部である。シール部材７が凹部５１ａとカバー部材３ａに依って圧縮され燃料流路の気密が確保された後ねじ３ｇと５１ｄがかみ合い燃料カートリッジの筐体６３をねじ込むことにより燃料カートリッジ２は固定される。
【００５１】
８はピンであり、孔５１ｅに挿入され、Ｖ溝５１ｆ内に配置されたシール部材（Ｏリング）９により外部との気体の出いるが無いようになされている。２２は圧縮バネでありピン８を図中左方向に付勢しており燃料カートリッジ６３が固定された状態でピンの球面部８ａは、燃料導入バルブ４の図中左端４ｂと若干の隙間を於いて配置されている。
【００５２】
外部からピン８の操作面８ｂを押すことにより、燃料導入バルブ４が開いて水素ガスが燃料電池本体内に流入する。２３は電磁石であり、２３ａはプランジャでありリード線２３ｂを通じて給電されることによりプランジャ２３ａが図中右方向に動きピン８を図中右方向に変位させる。
【００５３】
リード線２３ｂは、図１に示した接点２３ｃに接続されている。
１０はバルブであり円錐面１０ａは円錐面５１ｇと接触し燃料ガスが更に燃料電池本体内部に入らないようになっている。１１は圧縮バネであり図中下端部が固定されており、上端部は燃料移動バルブ１０の底面１０ｃを押圧するようになっている。すなわち、水素ガス圧と圧縮バネ１０の力により、円錐面１０ａと５１ｇが接触し水素ガスが更に燃料電池本体内部に入らないようになっている。
【００５４】
１３はダイアフラムであり円盤形をなしており外周部１３ａがレギュレータ本体の筐体１４に固定されている。筐体１４は、燃料電池本体筐体５１内部の固定された部材（不図示）に固定されている。ダイアフラム１３は中央の平面部１３ｂにピン１２が固定されており、同芯円状に波形の凹凸が形成されており、図中下側の水素圧力と筐体１４内部のガス圧を受けている。また上記水素ガス圧力の変化により自由に図中上下方向に変位可能となっている。
【００５５】
ピン１２の図中下端部は球面１２ａとなっており、燃料移動バルブ１０の凸部１０ｂと当接するようになされている。１５は圧縮バネであり一端が筐体１４の内部に他端がピンが固定されているダイアフラム１３の平面部１３ｂのピンとは反対側の面に固定されている。
【００５６】
ここで、作用を説明する。
燃料導入バルブ４を通って流入した水素ガス圧と圧縮バネ１１は図中上方向に力を作用させる。ダイアフラムの筐体１４内部のガス圧と圧縮バネ１５は、図中下方向に力を作用させる。ダイアフラム周辺のガス圧はダイアフラム１３に対し図中上方向に力を作用させる。これらの力の合力によりピン１２及び燃料移動バルブ１０の位置が決定される。すなわち、ダイアフラム周辺の水素ガス圧が所定の値となっているときに、燃料移動バルブ１０の円錐面１０ａと円錐面５１ｇが当接し、燃料カートリッジ側から燃料電池本体内部への水素ガスの流入は停止される。
【００５７】
発電に伴い、水素ガスが消費されると、ダイアフラム１３周辺の水素ガス圧が低下し、ダイアフラム１３が図中下方向に変位する。これにより、ピン１２が燃料移動バルブ１０を図中下方向に押して変位させ円錐面５１ｇと１０ａの接触が解除され燃料カートリッジの筐体６３内部の水素ガスが流路４０に流入される。
【００５８】
以上、説明したようにダイアフラムの１側の周辺部はレギュレータの筐体１４に固定されており周囲の気圧の影響を受けることが無い。したがって、レギュレーターの筐体１４内部のガス圧及び圧縮バネ１５の力を適切に設定することにより、所望の水素ガス圧を維持することが出来る。本実施例で示した圧縮バネを用いずにレギュレータの筐体１４内部のガス圧の設定のみで所望の水素ガス圧を得ることも可能である。
【００５９】
１７は、ガス置換を行うパージバルブであり、円錐面１７ａが燃料電池本体の筐体５１に形成された円錐面５１ｈと当接するようになされている。１８は圧縮バネであり、パージバルブ１７が図中左方向に付勢される様になされている。圧縮バネ１８により円錐面１８ａ、５１ｈは常時接触し、燃料電池本体内のガスは外部に出ないようになされている。燃料電池外部から操作部１７ｂを図中右方向に押すことにより、バルブ１７が圧縮バネ１８の力に抗して図中右方向に変位し円錐面１７ａ、５１ｈの接触が解かれ燃料電池本体内のガスが外部に流出する。２４は電磁石であり、２４ａはプランジャでありリード線２４ｂを通じて給電されることによりプランジャ２４ａが図中右方向に動きバルブ１７を図中右方向に変位させる。リード線２４ｂは、図１に示した接点２４ｃに接続されている。
【００６０】
１９は、燃料電池反応部に水素ガスを流入、阻止を行う燃料供給バルブであり、円錐面１９ａが燃料電池本体の筐体５１に形成された円錐面５１ｉと当接するようになされている。２０は圧縮バネであり、燃料供給バルブ１９が図中左方向に付勢される様になされている。圧縮バネ２０により円錐面１９ａ、５１Ｉは常時接触し、水素ガスは、燃料電池反応部に流入しないようになされている。操作部１９ｂを燃料電池外部から押すことにより燃料供給バルブ１９が圧縮バネ２０の力に抗して図中右方向に変位し円錐面１９ａ、５１Ｉの接触が解かれ燃料電池反応部に水素ガスがに流入するようになされている。２１はシール部材（Ｏリング）であり、Ｖ溝５１ｊ内に配置され燃料電池外部と内部のガスの流通がないようになされている。２５は電磁石であり、２５ａはプランジャでありリード線２５ｂを通じて給電されることによりプランジャ２５ａが図中右方向に動き燃料供給バルブ１９を図中右方向に変位させる。リード線２５ｂは、図１に示した接点２５ｃに接続されている。
【００６１】
図８は、本発明の燃料電池の動作に係わるブロック図である。
図中、１６は図５に示したスイッチ、２３，２４，２５は図５に示した電磁石である。１６は図５に示されたマイクロスイッチである。
【００６２】
２６は、燃料電池本体が装着される機器内、本実施例ではデジタルカメラにあるマイコンであり、２７はデジタルカメラのメインスイッチである。２９はデジタルカメラ内の電源であり、燃料電池の起動、制御等に使用される。２８は、燃料電池出力電圧検出部である。
【００６３】
次に作用を説明する。
図５から明らかなように燃料カートリッジを装着する際は、燃料電池本体の筐体５１の孔５１ａから大気が混入する。この状態では、燃料電池の反応が進まない。
【００６４】
燃料電池本体６１および燃料カートリッジ６２がデジタルカメラに装着されると、マイコンから電磁石２３に接点２３ｃ、リード線２３ｂを通じて電力が供給され燃料導入バルブ４が開き燃料カートリッジから水素ガスが供給される。次にマイコン２６から電磁石２４に接点２４ｃ、リード線２４ｂを通じて電力が所定時間供給されパージバルブ１７が所定時間開き燃料流路内のガス置換が行われ、燃料流路内は水素ガスで満たされる。次に電磁石２５に接点２５ｃ、リード線２５ｂを通じて電力が供給され燃料供給バルブ１９が開き燃料電池の反応部（不図示）に水素ガスが供給される。
【００６５】
燃料電池本体６１がデジタルカメラに装着された状態で、燃料カートリッジが交換された場合は、燃料カートリッジの装着完了直前にマイクロスイッチ１６がＯＮとなりこれをマイコン２６が検出しマイコンから電磁石２３に接点２３ｃ、リード線２３ｂを通じて電力が供給され燃料導入バルブ４が開き燃料カートリッジから水素ガスが供給される。次にマイコン２６から電磁石２４に接点２４ｃ、リード線２４ｂを通じて電力が所定時間供給されパージバルブ１７が所定時間開き燃料流路内のガス置換が行われ、燃料流路内は水素ガスで満たされる。次に電磁石２５に接点２５ｃ、リード線２５ｂを通じて電力が供給され燃料供給バルブ１９が開き燃料電池の反応部（不図示）に水素ガスが供給される。
【００６６】
この際、注意すべき点は、大気圧より燃料電池本体内部のガス圧が高くないとガスの置換が起こらないことであり、逆に大気が混入することとなる。したがって本発明に於いては、燃料電池本体内部のガス圧は、必ず周囲の大気圧より高く設定されていなければならない。
【００６７】
図９は、以上述べた作動を示すフローチャートである。
デジタルカメラのメインスイッチがＯＮになると（２０１）マイコンから電磁石２３に接点２３ｃ、リード線２３ｂを通じて電力が供給されピン８が押され（２０２）燃料導入バルブ４が開き燃料カートリッジから水素ガスが供給される。次にマイコン２６から電磁石２４に接点２４ｃ、リード線２４ｂを通じて電力が所定時間供給されパージバルブ１７が所定時間開き（２０３）燃料流路内のガス置換が行われ、燃料流路内は水素ガスで満たされる。次に電磁石２５に接点２５ｃ、リード線２５ｂを通じて電力が供給され燃料供給バルブ１９が開き（２０４）燃料電池の反応部（不図示）に水素ガスが供給され発電が開始される。
【００６８】
次の実施形態について説明する。
図１０は、作動を説明するためのフローチャートである。
本実施形態に係わるデジタルカメラは、常時燃料電池出力電圧検出部２８で電圧を検出しており該電圧が所定値以下になると、パージバルブ１７を所定時間解放しガス置換を行う。
【００６９】
あるいは、電池出力が所定値以上になるまでパージバルブ１７が解放される。
デジタルカメラは、メインスイッチ２７がＯＮの時、常時、燃料電池出力電圧検出部２８で、電圧を検出し、所定値未満か否か判定している（３０１）。所定値以上の場合は電圧検出状態に戻り、同作動を常時或いは所定時間間隔で繰り返す。電圧が所定値未満の場合は、電磁石２４が所定時間通電され（３０２）パージバルブ１７が所定時間開かれ、ガス置換が行われる。次に出力電圧検知が行われ所定値以上か否か判断される（３０３）。
【００７０】
所定値未満の場合は、電磁石２４が通電されるステップに戻り、再度電磁石２４が通電され、パージバルブ１７が開かれガス交換が行われる。出力電圧が所定値以上と判断されると（３０３）、スタートに戻り、出力電圧の検出が継続される。
【００７１】
本実施形態に於いては、デジタルカメラ作動時、常に燃料電池が正常に作動されるようになされユーザーが燃料電池を何ら操作することなく使用できる。
デジタルカメラのメインスイッチ２７がＯＦＦとなると電磁石２３，２４，２５への給電はされなくなり、燃料導入バルブ４が閉じ水素ガスが燃料電池本体に供給されない。さらに燃料供給バルブ１９が閉じ燃料電池本体内の反応部への水素ガスの供給も断たれる。これにより、水素ガスの浪費を防止することが出来る。
【００７２】
以上説明したように、燃料電池は、燃料ガスを供給すれば直に起動するものではなく、燃料流路内のガス置換が必要となる。また無駄な燃料消費を防ぐためには不使用時には燃料流路の遮断が必要となる。本発明は、燃料電池内にアクチュエータを配置し制御、通電のための接点を設け、燃料電池搭載機器側から各種制御を行うことが出来る。
【産業上の利用可能性】
【００７３】
本発明の燃料供給装置を有する燃料電池は、燃料電池の外面に、燃料導入バルブ、パージバルブおよび燃料供給バルブを機械的および電気的に制御する部分を設け、燃料電池の内部の燃料供給制御を外部、特に燃料電池搭載機器側から行うことが出来、簡単な構成で信頼性のある安価な燃料電池を供給することが可能となり、自動車用からノートパソコン、携帯電話、ビデオカメラなどの携帯電子機器用の燃料電池として利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】本発明の燃料電池の一実施形態に係わる主要部分を示す中央断面図である。
【図２】燃料電池本体と燃料カートリッジを示す概略図である。
【図３】図２の燃料カートリッジ部分を示す斜視図である。
【図４】燃料電池の作動を示すフローチャート図である。
【図５】本発明の燃料電池の他の実施形態に係わる主要部分を示す中央断面図である。
【図６】燃料電池本体と燃料カートリッジを示す概略図である。
【図７】図６の燃料カートリッジ部分を示す斜視図である。
【図８】本発明の燃料電池の動作に係わるブロック図である。
【図９】燃料電池の作動を示すフローチャート図である。
【図１０】燃料電池の作動を示すフローチャート図である。
【符号の説明】
【００７５】
１  燃料電池本体
２  燃料カートリッジ
３  燃料カートリッジ筐体
３ａ  カバー部材
３ｂ  円錐面
３ｃ  孔
３ｄ  外面
３ｅ  面取り部
３ｆ  面
４  バルブ
４ａ  円錐面
４ｂ  凸部
５  圧縮ばね
６    燃料電池本体筐体
６ａ  凹部
６ｂ  面
６ｃ  Ｖ溝
６ｄ  ねじ部
７  シール部材
８  ピン
８ａ  球面部
９  シール部材
１０  バルブ
１１  圧縮バネ
１２  ピン
１３  ダイアフラム
１４  レギュレーター本体の筐体
１５  圧縮バネ
１６  マイクロスイッチ
１７  バルブ
１８  圧縮バネ
１９  バルブ
２０  圧縮バネ
２１  シール部材
２２  圧縮バネ
２３  電磁石
２４  電磁石
２５  電磁石
２６  マイコン
２７  デジタルカメラメインスイッチ
２８  燃料電池出力電圧検出部
２９  電源
３０，３１  接点
４０  流路
５１  燃料電池本体筐体
６１  燃料電池本体
６２  燃料カートリッジ
６３  燃料カートリッジ筐体
【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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