(57)【要約】【課題】多数の燃料極に連通する気体経路の相対湿度を有効に低下させて、燃料極側から過剰な水分を直接的に蒸発除去して、燃料極を必要な乾燥状態に維持できる燃料電池装置を提供する。【解決手段】燃料電池装置１は、燃料タンク６と燃料電池セルスタック２の燃料経路２９とをカプラ７で接続して構成される。燃料電池セルスタック２は、多数の発電セル３を積層して構成され、発電セル３のそれぞれの燃料極は、拡散層２７を介して燃料経路２９に合流している。燃料経路２９の壁面の一部に燃料タンク６の外壁に接触させた結露部８と保水部９とを設け、燃料タンク６内の水素吸蔵合金１０が水素ガスを放出する際の吸熱反応による低温を利用して、燃料経路２９内の水蒸気を結露させる。これにより、燃料極側の温度の高い部分の相対湿度が下がって、燃料極からの水分蒸発がさかんになる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸熱反応を伴って水素ガスを発生する水素貯蔵手段と、
前記水素ガスを電気化学的に酸素と反応させて電流を取り出す発電セル手段と、を備えた燃料電池装置において、
前記水素貯蔵手段から前記発電セル手段へ水素ガスを導く気体経路に、前記吸熱反応による低温を利用して水蒸気を凝結させる凝結手段を配置したことを特徴とする燃料電池装置。
【請求項２】
前記発電セル手段は、水素ガスをイオン化する燃料極と、酸素が供給される酸化剤極と、前記燃料極と前記酸化剤極との間に配置されて電子移動を制限しつつ水素イオンを移動させる電解質膜と、を有し、
前記気体経路は、積層された複数の前記発電セル手段のそれぞれの前記燃料極に通じる経路を合流させた空間であることを特徴とする請求項１記載の燃料電池装置。
【請求項３】
前記凝結手段は、前記水素貯蔵手段を収納する金属容器に接触させた前記気体経路の内壁面構造であることを特徴とする請求項１または２記載の燃料電池装置。
【請求項４】
前記凝結手段は、前記内壁面構造の低温によって凝結させた液体水を保持する保水手段を有することを特徴とする請求項３記載の燃料電池装置。
【請求項５】
前記保水手段は、前記内壁面構造に接触させて配置され、その分子構造に水分子を固定する吸水性の材料であることを特徴とする請求項４記載の燃料電池装置。
【請求項６】
前記凝結手段を設けた前記水素貯蔵手段が、前記気体経路を含む前記発電セル手段に対して交換可能に連結され、
前記発電セル手段に前記水素貯蔵手段を連結すると同時に、前記気体経路に前記凝結手段が接続される凝結手段連結構造を有することを特徴とする請求項１乃至５いずれか１項記載の燃料電池装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素吸蔵合金を用いて電池セル積層体に水素ガスを供給する燃料電池装置に関し、詳しくは、水素ガスをイオン化させる燃料極から余剰な液体水を除去する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池装置は、体積あたり、重量あたりの発生可能な電力量が従来の電池に比べて格段に大きく、燃料を再充填すれば装置自体は繰り返し使用できる。従って、長時間連続使用が可能な携帯電子機器の電源装置として、携帯電話、ノート型パソコン等への応用が期待されている。
【０００３】
燃料電池装置は、電池セル１段当たりの起電力が低いので、必要な出力電圧に応じた段数だけ電池セルを積層して構成される。水素を燃料として利用する電池セルは、電子移動を制限しつつ水素イオンを通過させる電解質膜の対向する面に、水素ガスが供給される燃料極と、酸素が供給される酸化剤極とを配置している。
【０００４】
そして、水素タンクや燃料改質装置から水素ガスが燃料極に供給されると、燃料極では、水素分子が燃料極における触媒反応によって原子に分解され、イオン化し、電解質膜に水素イオンが送り込まれる。これと並行して、酸化剤極では、酸素分子が酸化剤極における触媒反応によって原子に分解され、電解質膜から放出された水素イオンと結びついて水分子が形成される。
【０００５】
酸化剤極では、電力取り出しに伴って水分子が大量に発生するので、大型の据え置き装置であれば、１００度Ｃ以上に酸化剤電極を加熱することにより、水蒸気のまま外部へ排出させることができる。しかし、小型電子機器に内蔵される電源装置では、高温での運転は困難なため、液体水の温度範囲での水処理が求められ、酸化剤極は、湿った状態で使用されることになる。また、スルホン酸基を固定した固体電解質膜を用いてイオン交換／イオン移動を行わせる場合、電解質膜自体も適度な湿潤状態が維持される必要がある。
【０００６】
しかし、薄い電解質膜を挟んで対向する酸化剤極側に大量の水分が存在すると、水分の一部が電解質膜を浸透して燃料極側に滲み出し、燃料極を湿らせる。元々水分を除去されるように設計された酸化剤極とは異なり、燃料ガスの密封構造を有する燃料極では、液体水が容易に除去されず、燃料極での触媒反応や水素のイオン化が阻害されて発電特性が低下する可能性がある。
【０００７】
特許文献１には、酸化剤極で生成された水分が電解質膜を通して燃料極側に逆拡散するのを防止するために、酸化剤極側に生成水回収装置を接続した燃料電池装置が示される。生成水回収装置は、水素ガスを貯留する水素吸蔵合金を充填した燃料タンクに隣接配置した気密容器に高分子吸水材料を充填したもので、電子機器本体から燃料タンクと一体に取り外して、燃料補充と生成水回収とを行う。
【０００８】
特許文献２には、燃料極へ水分が流入することを阻止するために、多数の電池セルへそれぞれ水素ガスを導く気体流路の合流空間に水分を回収して貯留する貯留部を設けた燃料電池装置が示される。貯留部に貯留される液体水は、化石燃料から水素ガスを発生する改質装置で発生して水素ガスに混入した水蒸気が管路中で凝結して生成されたものである。
【０００９】
【特許文献１】特開２００３−２０３６６８号公報
【特許文献２】特開平５−１２９０３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
特許文献１に示される生成水回収装置は、燃料電池の運転に伴って発生する生成水の回収を兼ねて、燃料極側へ浸透する水分量を減らすことができる。しかし、電解質膜を挟んだ酸化剤極側の空間から水分を回収除去するので、広い面積の燃料極の隅々まで必要な乾燥度を維持することは困難である。また、燃料極側へ浸透してしまった水分を引き戻すことはできないので、燃料極の湿ってしまった部分は、そのままいつまでも湿りっ放しである。
【００１１】
つまり、燃料電池装置を小型化するために発電セルを薄型化すると、酸化剤極に接する水蒸気回収層も薄くなって、酸化剤極の隅々まで均等な気体の流れを確保することができなくなって、酸化剤極の隅々に局所的に水分が過剰な領域が形成される。すると、酸化剤極側の水分過剰領域に対応して燃料極にも水分が滲み出して、水分過剰な領域が形成されてしまう。
【００１２】
かと言って、酸化剤極側の薄い空間でも水蒸気が十分に拡散回収されるように、水素ガスの供給を抑制して反応速度を低下させると、全体の発電量が低下してしまい、発電セルを薄型化して全体を小型化した意味が失われてしまう。
【００１３】
また、特許文献２に示される液体水の貯留部は、多数の発電セルに水素ガスを分岐供給するまでの気体経路で結露した水分は有効に回収できるが、燃料極に滲み出した水分を蒸発除去させることはできない。逆に、貯留部に貯留された液体水自身が水素ガスを恒常的に湿らせて、燃料極の乾燥を妨げる。つまり、貯留部は発電セルに隣接して高温に保たれる。高温の貯留部にたまった液体水の界面を通じて蒸発する水蒸気は、発電セルの燃料極に至る気体経路の水素ガス中の水蒸気を飽和状態に保つ。これにより、水素ガスには、酸化剤極側から電解質膜を通じて持ち込まれた過剰な水分を受け取る余地が無くなる。
【００１４】
本発明は、多数の燃料極に接続する気体経路の相対湿度を有効に低下させて、燃料極側から過剰な水分を直接的に蒸発除去して、燃料極を必要な乾燥状態に維持できる燃料電池装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の燃料電池装置は、吸熱反応を伴って水素ガスを発生する水素貯蔵手段と、前記水素ガスを電気化学的に酸素と反応させて電流を取り出す発電セル手段とを備えた燃料電池装置において、前記水素貯蔵手段から前記発電セル手段へ水素ガスを導く気体経路に、前記吸熱反応による低温を利用して水蒸気を凝結させる凝結手段を配置したものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の燃料電池装置では、水素貯蔵手段と発電セル手段（の燃料極の表面）とを一体に連通させた気体経路の空間に、水素吸蔵手段が水素ガスを放出する際に発生する低音を利用した凝結手段を配置している。これにより、凝結手段が水素ガスに接触する界面には、水素ガスに含まれる水蒸気が凝結して液体水となり、その分、発電セル手段側の温度の高い水素ガスでは、相対湿度が低下して、発電セル手段（の燃料極の表面）から蒸発した水分を受け入れる余地が発生する。
【００１７】
従って、気体経路の相対湿度を低下させた水素ガスによって、燃料極は、表面から過剰な水分が蒸発除去されて必要な乾燥状態が保たれ、これにより、燃料極の余剰水が水素ガスの拡散を阻害するのを防止できる。
【００１８】
また、燃料極側の空間の水蒸気分圧が低く維持されるので、多数の燃料極の隅々まで水素ガスの分圧が高く保持され、水蒸気分圧の局所的な高まりに起因して、一部の発電セルで水素ガスの供給が間に合わなくなる事態を回避できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の燃料電池装置の一実施形態である燃料電池装置１について、図面を参照して詳細に説明する。本発明の燃料電池装置は、以下に説明する燃料電池装置１の限定的な構成には限定されず、燃料電池装置１の構成の一部または全部を、その代替的な構成で置き換えた別の実施形態でも実現可能である。
【００２０】
例えば、燃料電池装置１は、燃料電池セルスタック２と燃料タンク６とを一体に接続した燃料電池装置１の全体を、電子機器１１に着脱自在とした。しかし、燃料電池セルスタック２を電子機器１１側に組み込んで、燃料タンク６だけを電子機器１１から着脱可能としてもよい。
【００２１】
以下の実施形態では、酸化剤として大気中の酸素を取り入れて利用する例を説明するが、酸化剤として、酸素に相当する別の酸化作用のある気体または液体の物質を利用してもよい。また、酸素を酸化剤として利用する場合には、大気から取り入れる代わりに、酸素ガスのボンベや酸素ガスの発生装置を燃料電池セルスタック２に接続して、そこから酸素を供給させてもよい。
【００２２】
なお、特許文献１、２に示される燃料電池装置の構造、発電セルの材料と組み立て構造、動作原理、製造方法、運転条件等については、本発明の趣旨と隔たりがあるので、一部図示を省略して詳細な説明も省略する。
【００２３】
＜第１実施形態＞
図１は燃料電池装置の構成を示す断面図、図２は電子機器筐体への燃料電池装置の取り付け状態の説明図、図３は燃料電池装置の発電セルの構造の説明図、図４は燃料電池装置を取り付けた電子機器のブロック図である。図５は発電セルの作動状態の説明図、図６は発電セルの燃料極の過剰水分発生の説明図、図７は結露部および保水部の配置の説明図である。
【００２４】
図１に示すように、燃料電池装置１は、燃料電池セルスタック２と燃料タンク６とを、カプラ７および結露部８により一体に連結して構成される。燃料電池セルスタック２は、水素ガスを電気化学的に酸素と反応させて電流を取り出す発電セル３を積層して構成される。
【００２５】
発電セル３は、酸化剤を供給して水蒸気を排出する拡散層２８と、燃料の水素ガスを供給する拡散層２７との間に、高分子電解質接合体２４を挟み込んで構成される。それぞれの発電セル３に水素ガスを供給する拡散層２７は、燃料経路２９で合流し、燃料経路２９は、カプラ７の管路を通じて燃料タンク６に連通している。
【００２６】
燃料タンク６には、金属製の密封容器内に圧力に応じて水素ガスを吸収／放出する水素吸蔵合金１０を充填しており、水素ガスは、密封容器に取り付けられた不図示の一方向バルブポート（ニップル）を通じて充填されている。燃料タンク６内の水素吸蔵合金１０から放出された水素ガスは、カプラ７から燃料経路２９を通じて、それぞれの発電セル３に供給される。水素吸蔵合金１０から水素ガスが放出される際に、水素吸蔵合金１０は温度が低下するので、結露部８では、この低温を利用して、燃料経路２９の水素ガスに含まれる水蒸気を凝結させる。水素吸蔵合金１０は、水蒸気を発生しないので、燃料経路２９の水素ガスに含まれる水蒸気は、拡散層２７の水蒸気が燃料経路２９へ拡散してもたらされる。拡散層２７の水蒸気は、後述するように、拡散層２８で発電の結果として生成された水分の一部が、高分子電解質接合体２４を浸透して、拡散層２７側へ漏れ出した液体水が蒸発したものである。
【００２７】
図２に示すように、燃料電池装置１は、電子機器（デジタルカメラ）１１の筐体に下方から挿入して着脱可能に取り付けられている。電子機器１１の筐体には、燃料電池装置１に酸化剤（大気中の酸素）を供給するための通気孔１３が設けられている。
【００２８】
図３に示すように、発電セル３は、高分子電解質接合体２４を挟んで、酸化剤供給側の拡散層２８と水素ガス供給側の拡散層２７とを配置している。拡散層２７は、多孔質で通気性のある導電材料で形成され、高分子電解質接合体２４の燃料極２２の全面に水素ガス分子を拡散浸透させるとともに、燃料極２２の電子を電極２５へ逃がして外部へ取り出す電流経路となっている。拡散層２８もまた、多孔質で通気性のある導電材料で形成され、高分子電解質接合体２４の酸化剤極２３の全面に酸素ガス分子を拡散浸透させるとともに、酸化剤極２３へ外部から電子供給する電流経路となっている。
【００２９】
高分子電解質接合体２４は、燃料極２２と酸化剤極２３との間に高分子電解質膜２１を挟み込んで構成される。燃料極２２は、白金触媒を分散させた通気性のある薄膜層であって、水素ガスを水素原子に分解してイオン化し、水素イオンを高分子電解質膜２１へ送り込む。酸化剤極２３は、白金触媒を分散させた通気性のある薄膜層であって、酸素ガスを、高分子電解質膜２１から受け取った水素イオンと反応させて水分子を生成する。高分子電解質膜２１は、燃料極２２から受け入れた水素イオンを移動させて、酸化剤極２３へ受け渡すとともに、燃料極２２と酸化剤極２３との間の直接の電子移動を阻止する。
【００３０】
従って、燃料タンク６（図１）の水素吸蔵合金１０に貯えられている燃料である水素ガスは、矢印で示すように、燃料経路２９を通って燃料極２２に供給される。一方、酸化剤極２３には、通気孔１３（図２）から取り入れた大気中の酸素が供給される。
【００３１】
水素ガスは、拡散層２７を透過して、燃料極２２に浸透し、燃料極２２に含まれる触媒原子に接触して水素イオン化反応を起こす。水素イオンは、高分子電解質膜２１を通過する。一方、大気から取り入れた酸素は、拡散層２８を透過して酸化剤極２３に浸透し、酸化剤極２３に含まれる触媒原子の存在下で、高分子電解質膜２１を通過した水素イオンと結合して水分子を生成する。
【００３２】
このような電気化学的な反応に伴って、水素分子の電子は電極２５から取り出され、外部の電気回路を経て電極２６へ導かれて、水分子を生成させる。これにより、外部の電気回路では、水素ガスと水との電気化学的なエネルギー差に相当する電力が取り出される。
【００３３】
図１を参照して図４に示すように、燃料電池セルスタック２は、発電セル３が電子機器１１の負荷に応じて複数個直列に接続されて構成される。図１では、４つの発電セル３を接続した例を示した。そして、４つの発電セル３の燃料極２２は、それぞれの拡散層２７を介して燃料経路２９に連通している。
【００３４】
燃料電池セルスタック２の燃料経路２９には、燃料タンク６がカプラ７を通して接続されている。燃料タンク６は、熱伝導性の良いアルミ、ジュラルミン等の金属材料で作られた密封容器に、水素を可逆的に吸蔵／放出するＬａＮｉ５等の水素吸蔵合金１０が充填されている。
【００３５】
燃料電池セルスタック２で水素が消費されていくと、燃料タンク６内の水素吸蔵合金１０の組織に吸蔵されている水素原子が放出されて水素ガスとなり、発電セル３の拡散層２７（図３）を経て燃料極２２に供給される。このとき、水素吸蔵合金１０の水素放出反応は、吸熱反応であるため、水素ガスの放出に伴い、燃料タンク６の温度は低下する。水素吸蔵合金１０を用いた本実施形態の燃料タンク６では、常温下における水素ガス放出によって約１０度Ｃの温度低下が確認されている。
【００３６】
酸化剤としての空気は、通気孔１３を通して、それぞれの発電セル３の拡散層２８（図３）に供給され、前述の水素イオンと酸素との結合反応がおこり、接続された電子機器１１に電力が供給される。
【００３７】
図５に示すように、発電セル３における水素ガスと酸素との反応では、酸化剤極２３で水分子が生成され、生成水は、通常、水蒸気として拡散層２８を通じて大気中に蒸発する。しかし、長時間発電を行った場合や、多湿の環境下で発電を行った場合などは、酸化剤極２３からの水の生成に対しての拡散層２８を通じた水蒸気の排出が間に合わず、図６に示すように、高分子電解質膜２１を通して水分子が燃料極２２に浸透し逆拡散してしまう。また、燃料タンク６内や燃料経路２９内に誤って水分が充填された場合には、水素ガスとともに水蒸気が発電セル３に供給される可能性がある。しかし、発電セル３の反応では、燃料極２２で水蒸気が消費されることはなく、高分子電解質膜２１を透過して酸化剤極２３側へ排出されることもないので、水分が燃料極２２内に蓄積されていく。
【００３８】
このような状態では、燃料極２２、拡散層２７、燃料経路２９は、余剰水により高湿度状態になり、燃料の水素ガス中の水蒸気分圧が高くなった分だけ、水素ガスの分圧が低下する。また、水蒸気が飽和水蒸気量を超えると、水滴が発生して拡散層２７の通気孔を詰まらせ、燃料極２２への水素ガスの拡散が阻害されて、発電セル３に水素ガスが供給されなくなる。  このような原因により、燃料極２２での水素ガスの触媒反応が減少することにより、燃料電池セル３の発電特性が低下するフラッディング現象が発生する。
【００３９】
そこで、本実施形態の燃料電池装置１では、図７に示すように、燃料電池セルスタック２の燃料経路２９に、燃料タンク６の金属壁面と接する個所が設けてある。前述の水素吸蔵合金１０の吸熱反応による冷却効果を利用して、燃料流路２９の壁面の一部にコールドスポットを意図的に形成して結露部８としている。結露部８は、燃料ガス中の水蒸気を結露させて、余剰水を回収する。
【００４０】
燃料経路２９の結露部８には、熱伝導性の良い材質が好ましく、本実施形態では、腐食に強い材料としてステンレスを採用した。結露部８の表面で結露した余剰水は、燃料経路２９に沿って保水部９に導かれ、貯水される。貯まった水は、燃料タンク６の外壁に接触して低温状態に保たれ、再蒸発することなく保水部９に保持されて、拡散層２７、燃料経路２９内には侵入しない構成になっている。
【００４１】
なお、保水部９は、液体水を保持するには限定されず、第２実施形態に示すように、高分子吸湿材料粉末を封入した布パックを配置して、結露水を吸収保持させてもよい。木綿の不織布、ろ紙等の保水性のある材料を配置してもよく、親水性を付与する表面処理を行った壁面構造としてもよい。
【００４２】
以上説明したように、燃料経路２９の一部に、燃料ガス中の水蒸気を積極的に結露させて余剰水を保水する結露部８および保水部９を設けることにより、前述のフラッディング現象の原因となる燃料極２２、拡散層２７、燃料経路２９内における水滴の発生を防止できる。
【００４３】
＜第２実施形態＞
図８は第２実施形態の燃料電池装置の構成の説明図である。第２実施形態の燃料電池装置１Ｂは、結露部８および保水部９以外は、第１実施形態の燃料電池装置１と共通に構成されている。従って、図１〜図７の構成と共通する構成には共通の符号を付して詳細な説明を省略する。
【００４４】
図８に示すように、第２実施形態の燃料電池装置１Ｂでは、燃料経路２９には、燃料タンク６の外壁と接する個所に高分子吸水材料（例えばデキストリン）を用いた吸水部材８１を設けている。吸水部材８１は、燃料タンク６の外壁と接触した部分に結露した水分を吸収して、高分子吸水材料の分子構造に取り込んで膨潤する。このような構成にしても、第１実施形態と同様に、燃料極２２（図３）の除湿効果が得られる。
【００４５】
この場合は、第１実施形態で説明した保水部９（図１）を設ける必要がなく、また、高分子吸水材料に吸水させた状態で余剰水が保持される。従って、燃料電池装置１Ｂの姿勢を変えたり、ひっくり返したりしたときでも、液体水が燃料経路２９内を移動することがないため、燃料経路２９側の空間の余剰水を確実に保水できる。
【００４６】
なお、吸水部材８１としては高分子吸水材料には限定されず、珪酸ゲル、生石灰等の通常の乾燥剤や活性炭、分子吸着剤と言った吸水性のある材料に置き換えてもよい。
【００４７】
＜第３実施形態＞
図９は第３実施形態の燃料電池装置の構成の説明図、図１０は燃料電池セルスタックと燃料タンクとの接続構造の説明図、図１１はコネクタによる着脱の説明図である。図１１中、（ａ）は分離した状態、（ｂ）は接続した状態である。第３実施形態の燃料電池装置１Ｃは、燃料電池セルスタック２Ｃと燃料タンク６とが着脱式で、燃料タンク６側に配置した結露空間がコネクタ３０、３１によって燃料経路２９に接続される。しかし、それ以外は、第１実施形態の燃料電池装置１と共通に構成されるので、図１〜図７の構成と共通する構成には共通の符号を付して詳細な説明を省略する。
【００４８】
第３実施形態の燃料電池装置１Ｃは、第１実施形態の燃料電池装置１の結露部８および保水部９を、図９に示すように、燃料タンク６と一体にして、燃料電池セルスタック２Ｃに着脱自在にしてある。
【００４９】
密封された結露空間を形成する結露部８と燃料経路２９との間には連結機構が設けられている。図１０に示すように、連結機構は、燃料タンク６側に取り付けられたコネクタ３０と、燃料電池セルスタック２Ｃ側に取り付けられたコネクタ３１とを接続して密封された水素ガスの供給空間を形成する。コネクタ３０、３１は、前述の燃料タンク６と燃料電池セルスタック２Ｃの着脱動作により連結する構成になっている。
【００５０】
図１１の（ａ）に示すように、燃料タンク６側のコネクタ３０は、円筒の管形状でその内側にＯリング３２があり、奥には、凸部３８と、結露部８に通じている通気穴３６とが設けられている。また、燃料電池セルスタック２Ｃ側のコネクタ３１は、コネクタ３０の内径より小さい円筒の管形状で、その内側に、バルブ３４とバネ３５とＯリング３３とが設けられている。
【００５１】
図１１の（ａ）に示すように、コネクタ３１がコネクタ３０に連結されていない状態では、バルブ３４は、バネ３５により外側へ付勢されている。これにより、Ｏリング３３が燃料電池セルスタック２Ｃの内壁に押し付けられて、燃料電池セルスタック２Ｃ（燃料経路２９：図１０）の気密性を保っている。
【００５２】
しかし、燃料電池セルスタック２Ｃに燃料タンク６が装着されると、図１１の（ｂ）に示すように、燃料電池セルスタック２Ｃ側のコネクタ３１は、燃料タンク６側のコネクタ３０の内径部に挿入される。この挿入動作により、燃料タンク６の凸部３８がバルブ３４に突当り、バルブ３４を押し込み、バルブ３４をスライドさせてＯリング３３が燃料電池セルスタック２Ｃの内壁から離れる。これにより、バルブ３４の排気穴３７から結露部８の通気穴３６を通して、燃料電池セルスタック２Ｃと燃料タンク６の結露部８とが連結されて水素ガスが導通する。
【００５３】
また、図１１の（ｂ）に示す連結状態では、コネクタ３０、３１の間はＯリング３２によりシールされているので、燃料供給側空間における必要な気密性が確保できるようになっている。
【００５４】
従って、燃料電池セルスタック２Ｃから空の燃料タンク６を取り外して、新しい燃料タンク６を接続する燃料タンク６の交換作業と同時に、結露部８および保水部９に貯水された余剰水を燃料供給側空間の外部に排出できる。
【００５５】
第３実施形態の燃料電池装置１Ｃは、燃料タンク６側と燃料電池セルスタック２Ｃの着脱動作に連動する連結構成およびシール構成を採用したので、燃料電池セルスタック２Ｃの必要な気密性を保ちながら余剰水を外部に排出できる。このため、安定的に発電可能な燃料電池を提供することができる。
【００５６】
＜発明との対応＞
第１実施形態の燃料電池装置１は、吸熱反応を伴って水素ガスを発生する水素吸蔵合金１０と、水素ガスを電気化学的に酸素と反応させて電流を取り出す発電セル３とを備える。そして、水素吸蔵合金１０から発電セル３へ水素ガスを導く燃料経路２９に、前記吸熱反応による低温を利用して水蒸気を凝結させる結露部８を配置している。
【００５７】
燃料電池装置１では、水素吸蔵合金１０と発電セル３の燃料極２２の表面とを一体に連通させた燃料経路２９の空間に、水素吸蔵合金１０が水素ガスを放出する際に発生する低音を利用した結露部８を配置している。これにより、結露部８が水素ガスに接触する界面には、水素ガスに含まれる水蒸気が凝結して液体水となり、その分、発電セル３側の温度の高い水素ガスでは、相対湿度が低下して、発電セル３の燃料極２２の表面から蒸発した水分を受け入れる余地が発生する。
【００５８】
従って、燃料経路２９の相対湿度を低下させた水素ガスによって、燃料極２２は、表面から過剰な水分が蒸発除去されて必要な乾燥状態が保たれ、これにより、燃料極２２の余剰水が水素ガスの拡散を阻害するのを防止できる。
【００５９】
燃料電池装置１の発電セル３は、水素ガスをイオン化する燃料極２２と、酸素が供給される酸化剤極２３と、燃料極２２と酸化剤極２３との間に配置されて電子移動を制限しつつ水素イオンを移動させる高分子電解質膜２１とを有する。そして、燃料経路２９は、積層された複数の発電セル３のそれぞれの燃料極２２に通じる経路を合流させた空間である。
【００６０】
燃料電池装置１の結露部８は、水素吸蔵合金１０を収納する金属容器に接触させた燃料経路２９の内壁面構造である。
【００６１】
燃料電池装置１の結露部８は、前記内壁面構造の低温によって凝結させた液体水を保持する保水部９を有する。
【００６２】
第２実施形態の燃料電池装置１Ｂの保水部は、前記内壁面構造に接触させて配置された、その分子構造に水分子を固定する吸水性の材料である。
【００６３】
第３実施形態の燃料電池装置１Ｃは、結露部８を設けた燃料タンク６が、燃料経路２９を含む燃料電池セルスタック２Ｃに対して交換可能に連結されている。そして、燃料電池セルスタック２Ｃに燃料タンク６を連結すると同時に、燃料経路２９に結露部８が接続される上述の連結構造を有する。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】燃料電池装置の構成を示す断面図である。
【図２】電子機器筐体への燃料電池装置の取り付け状態の説明図である。
【図３】燃料電池装置の発電セルの構造の説明図である。
【図４】燃料電池装置を取り付けた電子機器のブロック図である。
【図５】発電セルの作動状態の説明図である。
【図６】発電セルの燃料極の過剰水分発生の説明図である。
【図７】結露部および保水部の配置の説明図である。
【図８】第２実施形態の燃料電池装置の構成の説明図である。
【図９】第３実施形態の燃料電池装置の構成の説明図である。
【図１０】燃料電池セルスタックと燃料タンクとの接続構造の説明図である。
【図１１】コネクタによる着脱の説明図である。
【符号の説明】
【００６５】
１  燃料電池装置
２  燃料電池セルスタック
３  発電セル手段（発電セル）
６  燃料タンク
７  カプラ
８  結露部
８１  吸水部材
９  保水部
１０  水素貯蔵手段（水素吸蔵合金）
１１  電子機器
１３  通気孔
２１  高分子電解質膜
２２  燃料極
２３  酸化剤極
２４  高分子電解質接合体
２５、２６  電極
２７、２８  拡散層
２９  気体経路（燃料経路）
３０  コネクタ（燃料タンク側）
３１  コネクタ（セルスタック側）
３２  Ｏリング（燃料タンク側）
３３  Ｏリング（セルスタック側）  
３４  バルブ
３５  バネ
３６  通気穴（燃料タンク側）
３７  排気穴（セルスタック側）
３８  凸部
【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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【図１１】
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