(57)【要約】【課題】小型化及び軽量化が容易であり、燃料電池に簡単に取り付けることができる燃料電池用燃料タンクを提供する。【解決手段】燃料が充填された燃料袋３２は例えばシリコーンゴムにより形成されており、燃料タンク３０の筐体３１の内側に配置されている。燃料袋３２には弦巻ばね３３によりねじり応力が加えられ、これにより燃料袋３２内の燃料が加圧された状態になっている。燃料タンク３０を所定のホルダにセットすると、燃料タンク３０の先端のカプラー４０と燃料電池のカプラー受け部とが接続され、燃料タンク３０から燃料電池へ燃料が供給される。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池に燃料を供給する燃料電池用燃料タンクにおいて、
前記燃料電池に接続される接続部を有する筐体と、
燃料が充填され、前記筐体内に配置される燃料袋と、
前記燃料袋にねじり応力を加えて前記燃料袋内の燃料を加圧するねじり応力発生部と
を有すること特徴とする燃料電池用燃料タンク。
【請求項２】
前記接続部には、前記燃料電池に接続されていないときに閉状態となって前記燃料袋内の燃料を密閉し、前記燃料電池に接続されたときに開状態となって燃料を通す開閉弁を有することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池用燃料タンク。
【請求項３】
前記燃料袋が、シリコーンゴム、ＥＰＤＭ、ＰＶＡｃ−ＥＶＡ及びＰＶＣからなる群から選択されたいずれか一種の材料により形成されていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池用燃料タンク。
【請求項４】
前記ねじり応力発生部に連動して燃料残量を示すインジケータを有することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池用燃料タンク。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池に簡単に取り付けることができて、小型化及び軽量化が容易な燃料電池用燃料タンクに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話、ノート型ＰＣ（パーソナルコンピュータ）、携帯型ゲーム機及び携帯型音楽／映像再生装置など、種々の携帯情報機器が広く使用されるようになった。これらの携帯情報機器には、より一層の小型化、軽量化及び高機能化が要求されるとともに、長時間連続して使用できることが要求されている。これらの携帯情報機器の発展に伴い、その電源として使用される電池も、小型化、軽量化及び大容量化が着実に進んできた。
【０００３】
現在、携帯情報機器の電源としては、主にニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池及びリチウムイオン電池等の二次電池が使用されている。これらの二次電池のうち特にリチウムイオン電池は、実用化当初から出力電圧が高く、且つ電池容量が大きいという利点を有しており、携帯情報機器の進歩に合わせてより一層の性能向上が図られてきた。しかし、リチウムイオン電池の性能改善にも限界があり、今後も高機能化が進む携帯情報機器の電源としての要求を満足できなくなりつつある。
【０００４】
このような状況のもと、リチウムイオン電池に替わる新たなエネルギーデバイスの研究開発が行われている。その一つが燃料電池である。燃料電池は、負極に燃料を供給することで電子とプロトン（Ｈ+ ）とを生成し、そのプロトンを正極に供給された酸素と反応させることで発電する装置である。燃料電池は、燃料及び酸素を補給することで長時間の連続発電が可能であり、二次電池における充電の替わりに燃料を補給することで、二次電池と同様に繰り返し使用することができる。
【０００５】
また、燃料電池の理論エネルギー密度は極めて高く、例えばメタノールを燃料とする燃料電池の場合、理論エネルギー密度は活物質換算でリチウムイオン電池の約１０倍となる。従って、燃料電池は、リチウムイオン電池等の二次電池に比べて小型化及び軽量化が容易に達成される。
【０００６】
これらのことから、燃料電池は分散電源や電気自動車に使用される大型の発電機としてだけでなく、ノート型ＰＣ、携帯電話及びその他の携帯情報機器に使用する超小型発電ユニットとしての利用が見込まれている。
【特許文献１】特開２００２−７０７４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
携帯情報機器に燃料電池を使用する場合、燃料の補給を簡単に行うために、カートリッジ式燃料タンク（着脱自在の燃料タンク）を使用することが好ましい。この場合、燃料タンクから燃料電池に燃料を移送するために、何らかの移送手段が必要となる。例えば燃料タンク内に液化ガスを注入しておき、ガスの圧力により燃料電池に燃料を圧送することが考えられる。しかし、液化ガスを用いる場合は、通常燃料タンク内の圧力が３〜８気圧程度と高くなるため、この圧力に耐える強靱な容器が必要となる。そのような強靱な容器は一般的にサイズが大きく且つ重いものとなり、携帯情報機器の可搬性を大きく損なうことになる。
【０００８】
なお、特開２００２−７０７４８号公報には、正逆回転するモータを使用してチューブをねじることによりチューブ内に液体を出し入れして液体を移送するチューブポンプが開示されている。このようなチューブポンプを用いて燃料電池に燃料を供給することも考えられるが、その場合はモータを正逆回転制御する機構が必要となり、構造が複雑になってしまう。
【０００９】
以上から、本発明の目的は、小型化及び軽量化が容易であり、燃料電池に簡単に取り付けることができる燃料電池用燃料タンクを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記した課題は、燃料電池に燃料を供給する燃料電池用燃料タンクにおいて、前記燃料電池に接続される接続部を有する筐体と、燃料が充填され、前記筐体内に配置される燃料袋と、前記燃料袋にねじり応力を加えて前記燃料袋内の燃料を加圧するねじり応力発生部とを有すること特徴とする燃料電池用燃料タンクにより解決する。
【００１１】
本発明においては、燃料袋内に燃料を充填しておき、この燃料袋をねじることにより燃料袋内の燃料を加圧する。また、ねじり応力を発生する手段（ねじり応力発生部）として、例えば弦巻ばね又はゼンマイを使用する。弦巻ばね又はゼンマイは、小さなスペースで比較的大きなねじり応力を発生することができるので、小型の燃料タンク内に配置することができる。
【００１２】
また、ねじり応力を発生する手段として、モータ（マイクロモータ）を使用してもよい。この場合、燃料電池の燃料残量を検出するセンサの出力に応じてモータを駆動することが必要である。例えば、燃料電池内に圧力センサを配置し、燃料の消費により圧力が低下したときにモータを駆動し、燃料タンクから燃料が補充されて燃料電池内の圧力が高くなったときにモータの駆動を停止するようにすればよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態について、添付の図面を参照して説明する。
【００１４】
（第１の実施形態）
図１は本発明の第１の実施形態に係る燃料タンクを燃料電池に取り付けた状態を示す模式図である。この図１に示すように、本実施形態の燃料タンク３０はほぼ円筒状であり、一端側にカプラー４０が設けられている。燃料タンク３０の内側には、後述するように燃料（例えば、メタノール）が加圧された状態で充填されている。
【００１５】
この燃料タンク３０をスプリング５０が設置されたホルダにセットすると、燃料タンク３０はスプリング５０により付勢されて、カプラー４０と燃料電池１０のカプラー受け部２０とが接続される。そして、後述するようにカプラー４０及びカプラー受け部２０内の弁が開いて、燃料タンク３０から燃料電池１０に燃料が供給される。
【００１６】
燃料電池１０は、複数の燃料電池セルの集合体により構成される。図２は、燃料電池１０を構成する燃料電池セルを示す断面図である。ここでは、燃料としてメタノール水溶液を使用するダイレクトメタノール型燃料電池の燃料電池セルを示している。
【００１７】
この図２に示すように、燃料電池セル１１は、固体電解質層１２と、空気極（正極）１３と、カーボンペーパー１４と、空気極側集電極１５と、燃料極（負極）１６と、カーボンペーパー１７と、燃料極側集電極１８とにより構成されている。空気極１３、カーボンペーパー１４及び空気極側集電極１５は、固体電解質層１２の一方の面側に固体電解質層１２側からこの順に積層されている。また、燃料極１６、カーボンペーパー１７及び燃料極側集電極１８は、固体電解質層１２の他方の面側に固体電解質層１２側からこの順に積層されている。
【００１８】
空気極１３及び燃料極１６は、主に白金又は白金とルテニウムなどの遷移金属との合金の超微粒子を炭素系担持体表面に固定してなる電極触媒から構成される。固体電解質層１２は、常温で固体でありながら電解質溶液の如くプロトンを透過して輸送することが可能な材料からなり、例えばパーフルオロスルホン酸ポリマーであるデュポン社製のＮａｆｉｏｎ（登録商標）などを使用することができる。
【００１９】
また、集電極１５，１８はいずれもステンレス（ＳＵＳ）又はＮｉなどの金属のメッシュからなる。燃料電池セル１１は、これらの材料を層状に積層してなり、薄いシート状の外観を有している。燃料極１６側には燃料の貯留部を備えており、燃料極１６に一定量の燃料が接するようになっている。また、空気極１３側には空気が流通する空間が設けられている。
【００２０】
ダイレクトメタノール型燃料電池では、１つの燃料電池セルの出力電圧は通常０．８Ｖ以下であり、出力電流にも依存するが殆どの燃料電池セルの出力電圧は０．３Ｖ〜０．６Ｖ程度である。このため、通常は、複数の燃料電池セルを直列に接続し、更に昇圧回路（図示せず）により昇圧して所定の出力電圧としている。
【００２１】
図３は、燃料タンク３０の構造を示す模式断面図である。この図３に示すように、燃料タンク３０は、プラスチックからなる筐体３１と、燃料が充填されて筐体３１の内側に配置される燃料袋３２と、弦巻ばね３３とにより構成されている。
【００２２】
燃料袋３２は、燃料に対する耐性（耐有機溶剤性）を有するとともに、柔軟性を有する素材により形成されていることが必要である。本実施形態では、燃料袋３２の長さは約４ｃｍであり、厚さが０．５ｍｍのシリコーンゴムにより形成されているものとする。燃料袋３２の素材としては、上述したシリコーンゴムの他にも、ＥＰＤＭ（エチレン−プロピレン−ジエン−三元系ゴム）、ＰＶＡｃ−ＥＶＡ（ポリ酢酸ビニル−エチレンビニルアルコール共重合体）、ＰＶＣ（ポリ塩化ビニル）などを用いることができる。燃料袋３２内には、燃料として例えば約１５ｃｍ3 のメタノールが充填されている。
【００２３】
燃料袋３２の一端側は筐体３１の上壁部３１ａに固定されており、他端側には回転板３４が取り付けられている。弦巻ばね３３はその一端側（固定端側）が筐体３１の底部３１ｂに固定されており、他端側（自由端側）がジョイント部３５を介して回転板３４に接続されている。本実施形態では、この弦巻ばね３３により燃料袋３２にねじり応力を加えて、燃料袋３２内の燃料を加圧している。また、本実施形態では、弦巻ばね３３として、線径が１．０ｍｍ、巻き径が１８ｍｍ、最大トルクが２．５ｋｇ・ｃｍのものを使用している。
【００２４】
図４は燃料タンク３０のカプラー４０と燃料電池１０のカプラー受け部２０とを示す模式断面図である。
【００２５】
燃料タンク３０のカプラー４０は、ハウジング４１と、押し付けピン４２と、開閉弁４３と、スプリング４４とにより構成されている。スプリング４４はハウジング４１の内側空間内に配置されており、一方の端部が押し付けピン４２に固定されている。押し付けピン４２はハウジング４１及び筐体３１の上壁部３１ａを挿通しており、この押し付けピン４２の後端に開閉弁４３が配置されている。この開閉弁４３は、スプリング４４の付勢力により、筐体３１の上壁部３１ａに設けられた孔を閉鎖している。ハウジング４１の先端部には、押し付けピン３２を囲むようにストッパ部（凸部）４５が設けられている。
【００２６】
これと同様に、燃料電池１０のカプラー受け部２０も、ハウジング２１と、押し付けピン２２と、開閉弁２３と、スプリング２４とにより構成されている。スプリング２４はハウジング２１の内側空間内に配置されており、一方の端部が押し付けピン２２に固定されている。押し付けピン２２はハウジング２１及び壁部１０ａを挿通しており、この押し付けピン２２の後端に開閉弁２３が配置されている。この開閉弁２３は、スプリング２４の付勢力により、壁部１０ａに設けられた孔を閉鎖している。ハウジング２１には、押し付けピン２２を囲むようにストッパ部（段差部）２５が設けられている。
【００２７】
図１に示すように、燃料タンク３０をホルダにセットすると、スプリング５０により燃料タンク３０が燃料電池１０に向けて付勢される。これにより、燃料タンク３０のストッパ部４５が燃料電池１０のストッパ部２５に当接して、カプラー４０とカプラ受け部２０との間に密閉された空間が形成される。また、燃料タンク３０側の押し付けピン４２の先端と燃料電池１０側の押し付けピン２２の先端とが当接し、これらの押し付けピン４２，２２が後退して開閉弁４３，２３が開き、燃料タンク３０から燃料電池１０へ燃料が注入される。
【００２８】
本実施形態においては、弦巻ばね３３により燃料袋３２にねじり応力を加えることにより、燃料袋３２内の燃料を加圧している。この場合、使用するばねにもよるが、燃料の圧力は最大でも大気圧＋１．５〜２気圧程度であり、液化ガスを用いる場合に比べて燃料タンクの強度が低くてもよい。このため、燃料タンク３０の小型及び軽量化が容易である。
【００２９】
また、本実施形態の燃料タンク３０は、ホルダにセットするだけでカプラー４０及びカプラー受け部２０内の開閉弁が自動的に開いて燃料電池１０へ燃料が供給されるので、燃料の補給が極めて簡単である。
【００３０】
（第２の実施形態）
図５は、本発明の第２の実施形態に係る燃料タンクを示す模式断面図である。なお、図５において、図３と同一物には同一符号を付して、その詳しい説明は省略する。
【００３１】
本実施形態では、燃料袋３２にねじり応力を加える手段として、ゼンマイ５３を使用している。このゼンマイ５３の回転は、複数のギヤを組み合わせてなるギヤボックス（図示せず）を介してジョイント部３５に伝達される。またギヤボックス内にはストッパ５３が設けられており、使用前はストッパ５３ａによりゼンマイ５３の回転力が燃料袋３２に伝達されないようになっている。使用時にストッパ５３ａを外すことにより、ゼンマイ５３の回転力がギヤボックスを介して燃料袋３２に伝達され、燃料袋３２内の燃料に圧力が加えられる。
【００３２】
本実施形態では、使用前の状態では、ストッパ５３ａによりゼンマイ５３の回転力が燃料袋３２に伝達されないので、燃料袋３２内の燃料は加圧されず、燃料タンク３０から燃料が押し出されることはない。このため、本実施形態においてはカプラー４０に開閉弁を設けなくてもよく、第１の実施形態に比べてカプラー４０の構造を簡単にすることができるという利点がある。
【００３３】
なお、図６に示すように、燃料タンク３０には燃料電池の残量を知らせるインジケータを設けてもよい。このインジケータはゼンマイ５３の回転が伝達されるギヤにより針が移動し、燃料の概略の残量を示すようになっている。
【００３４】
（第３の実施形態）
図７は、本発明の第３の実施形態に係る燃料タンクを燃料電池に取り付けた状態を示す模式図である。なお、図７において、図１と同一物には同一符号を付して、その詳しい説明は省略する。
【００３５】
本実施形態においては、燃料袋３２にねじり応力を加える手段として、マイクロモータとギヤボックスとを組み合わせてなるギヤドモータ６３を使用している。このギヤドモータ６３の駆動電力は、燃料電池１０又は燃料電池１０により充電される二次電池（図示せず）から供給する。本実施形態では、燃料電池１０に圧力センサ６１を設け、燃料の消費による燃料電池１０内の圧力の低下を検出したときに、ギヤドモータ６３に電力を供給する。そして、燃料電池１０に燃料タンク３０から燃料が供給され、燃料電池１０内の圧力が所定値よりも高くなると、電力の供給を停止する。
【００３６】
本実施形態においても、第１及び第２の実施形態と同様の効果を奏することができる。また、本実施形態においても、第２の実施形態と同様に、燃料タンク３０に燃料の残量を示すインジケータを設けてもよい。
【００３７】
上述した第１〜第３の実施形態では、いずれもダイレクトメタノール型燃料電池用の燃料タンクについて説明したが、本発明はその他の燃料電池、例えば水素燃料、エーテル系燃料又は水素化ホウ素系燃料等を使用する燃料電池の燃料タンクに適用してもよいことは勿論である。
【００３８】
以下、本発明の諸態様を、付記としてまとめて記載する。
【００３９】
（付記１）燃料電池に燃料を供給する燃料電池用燃料タンクにおいて、前記燃料電池に接続される接続部を有する筐体と、燃料が充填され、前記筐体内に配置される燃料袋と、前記燃料袋にねじり応力を加えて前記燃料袋内の燃料を加圧するねじり応力発生部とを有すること特徴とする燃料電池用燃料タンク。
【００４０】
（付記２）前記接続部には、前記燃料電池に接続されていないときに閉状態となって前記燃料袋内の燃料を密閉し、前記燃料電池に接続されたときに開状態となって燃料を通す開閉弁を有することを特徴とする付記１に記載の燃料電池用燃料タンク。
【００４１】
（付記３）前記燃料袋が、シリコーンゴム、ＥＰＤＭ、ＰＶＡｃ−ＥＶＡ及びＰＶＣからなる群から選択されたいずれか一種の材料により形成されていることを特徴とする付記１に記載の燃料電池用燃料タンク。
【００４２】
（付記４）前記ねじり応力発生部が、弦巻ばね又はゼンマイにより構成されていることを特徴とする付記１に記載の燃料電池用燃料タンク。
【００４３】
（付記５）前記ねじり応力発生部と前記燃料袋との間に介在し、前記燃料袋へのねじり応力の伝達を阻止可能なストッパを有することを特徴とする付記４に記載の燃料電池用燃料タンク。
【００４４】
（付記６）前記ねじり応力発生部が、前記燃料電池の燃料残量を検出するセンサの出力に応じて駆動されるモータにより構成されていることを特徴とする付記１に記載の燃料電池用燃料タンク。
【００４５】
（付記７）前記ねじり応力発生部に連動して燃料残量を示すインジケータを有することを特徴とする付記１に記載の燃料電池用燃料タンク。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】図１は、本発明の第１の実施形態に係る燃料タンクを燃料電池に取り付けた状態を示す模式図である。
【図２】図２は、燃料電池を構成する燃料電池セルを示す断面図である。
【図３】図３は、第１の実施形態の燃料タンクの構造を示す模式断面図である。
【図４】図４は、燃料タンクのカプラーと燃料電池のカプラー受け部とを示す模式断面図である。
【図５】図５は、本発明の第２の実施形態に係る燃料タンクを示す模式断面図である。
【図６】図６は、燃料タンクに設けられて燃料電池の残量を知らせるインジケータを示す図である。
【図７】図７は、本発明の第３の実施形態に係る燃料タンクを燃料電池に取り付けた状態を示す模式図である。
【符号の説明】
【００４７】
１０…燃料電池、
１１…燃料電池セル、
１２…固体電解質層、
１３…空気極、
１４，１７…カーボンペーパー、
１５，１８…集電極、
１６…燃料極、
２０…カプラー受け部、
２１，４１…ハウジング、
２２．４２…押し付けピン、
２３，４３…開閉弁、
２４，４４，５０…スプリング、
３０…燃料タンク、
３１…燃料タンクの筐体、
３２…燃料袋、
３３…弦巻ばね、
３４…回転板、
３５…ジョイント部、
４０…カプラー、
５３…ゼンマイ、
５３ａ…ストッパ、
６１…圧力センサ、
６３…ギヤドモータ。
【図１】
2007035374.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2007035374.tif 000007
【図６】
2007035374.tif 000008
【図７】
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