(57)【要約】【課題】  燃料の自然的な消耗を効果的に抑制できる燃料電池及び燃料電池を搭載する電子機器を提供する。【解決手段】  燃料が輸送され、前記輸送された前記燃料の電気化学反応が生ずる燃料極部と、酸素が導入され、前記導入された酸素の電気化学反応が生ずる酸化剤極部と、前記燃料極部と前記酸化剤極部との間に設けられた電解質板と、前記燃料極部と前記電解質板と前記酸化剤極部とを収容し、前記燃料極部と外側とを連通するガス排出孔を有する筐体と、前記ガス排出孔を開閉する開閉弁と、を備えたことを特徴とする燃料電池を提供する。【選択図】  図１
2007026850.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料が輸送され、前記輸送された前記燃料の電気化学反応が生ずる燃料極部と、
酸素が導入され、前記導入された酸素の電気化学反応が生ずる酸化剤極部と、
前記燃料極部と前記酸化剤極部との間に設けられた電解質板と、
前記燃料極部と前記電解質板と前記酸化剤極部とを収容し、前記燃料極部と外側とを連通するガス排出孔を有する筐体と、
前記ガス排出孔を開閉する開閉弁と、
を備えたことを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
前記燃料電池において発生する電力が使用される時には前記開閉弁により前記ガス排出孔を開き、電力が使用されない時には前記開閉弁により前記ガス排出孔を閉じる制御部をさらに備えたことを特徴とする請求項１記載の燃料電池。
【請求項３】
前記開閉弁は、前記ガス排出孔を閉じる位置に付勢されてなることを特徴とする請求項１または２に記載の燃料電池。
【請求項４】
請求項１記載の燃料電池を収容可能な収容室と、
前記燃料電池において発生する電力を使用する時には前記開閉弁により前記ガス排出孔を開き、電力を使用しない時には前記開閉弁により前記ガス排出孔を閉じる制御部と、
を備えたことを特徴とする電子機器。
【請求項５】
ガス排出孔を有する燃料電池を収容可能な収容室と、
収容された前記燃料電池の前記ガス排出孔を開閉する開閉弁と、
を備えたことを特徴とする電子機器。
【請求項６】
前記燃料電池において発生する電力を使用する時には前記開閉弁により前記ガス排出孔を開き、電力を使用しない時には前記開閉弁により前記ガス排出孔を閉じる制御部をさらに備えたことを特徴とする請求項５記載の電子機器。
【請求項７】
前記制御部は、前記開閉弁に電気信号を供給することにより前記ガス排出孔を開くことを特徴とする請求項４または６に記載の電子機器。
【請求項８】
前記制御部は、前記電子機器に設けられたスイッチの操作に伴う運動を前記開閉弁に伝達することにより前記ガス排出孔を開くことを特徴とする請求項４または６に記載の電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池及び電子機器に関し、より詳細には、アルコールなどを燃料として発電する燃料電池及びこれを搭載する電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
ノートパソコン、小型オーディオプレーヤやワイヤレスヘッドセットなどの電子機器の電源として、メタノールなどを燃料とした燃料電池が実用化されつつある。このメタノール燃料電池（ＤＭＦＣ:Direct Methanol Fuel Cell）は、 自発呼吸型の燃料電池であり、燃料としてのメタノールが毛細管現象や拡散現象等により、燃料極まで自発的に輸送される。そして、燃料極で発生した活性化した水素イオン（以下、プロトン）及び電子と、電解質膜を介して空気側から取り込んだ酸素ガスとの間で電気化学反応が生じ、電力が発生する（例えば、特許文献１）。  
この時、燃料極において二酸化炭素などのガスが発生する。このガスを排出するため、燃料極で発生したガスを燃料タンクに導く手段と、このガスを外部に放出させるガス排出口を燃料タンクに設けた燃料電池が開示されている（特許文献２）。
【０００３】
しかし、自発呼吸型の燃料電池の場合、電力を使用していない状態においても、液体燃料であるメタノールが蒸発する。このため、自然的に燃料が減少し、ユーザが使用したい時に燃料切れが発生しているという問題が生ずることがある。  
【特許文献１】特開２０００−１０６２０１号公報
【特許文献２】特開昭６０−６２０６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、燃料の自然的な消耗を効果的に抑制できる燃料電池及び燃料電池を搭載する電子機器を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一態様によれば、
燃料が輸送され、前記輸送された前記燃料の電気化学反応が生ずる燃料極部と、
酸素が導入され、前記導入された酸素の電気化学反応が生ずる酸化剤極部と、
前記燃料極部と前記酸化剤極部との間に設けられた電解質板と、
前記燃料極部と前記電解質板と前記酸化剤極部とを収容し、前記燃料極部と外側とを連通するガス排出孔を有する筐体と、
前記ガス排出孔を開閉する開閉弁と、
を備えたことを特徴とする燃料電池が提供される。
【０００６】
また、本発明の他の一態様によれば、
燃料が輸送され、前記輸送された前記燃料の電気化学反応が生ずる燃料極部と、
酸素が導入され、前記導入された酸素の電気化学反応が生ずる酸化剤極部と、
前記燃料極部と前記酸化剤極部との間に設けられた電解質板と、
前記燃料極部と前記電解質板と前記酸化剤極部とを収容し、前記燃料極部と外側とを連通するガス排出孔を有する筐体と、
前記ガス排出孔を開閉する開閉弁と、
を有する燃料電池を収容可能な収容室と、
前記燃料電池において発生する電力を使用する時には前記開閉弁により前記ガス排出孔を開き、電力を使用しない時には前記開閉弁により前記ガス排出孔を閉じる制御部と、
を備えたことを特徴とする電子機器が提供される。
【０００７】
また、本発明のさらに他の一態様によれば、
ガス排出孔を有する燃料電池を収容可能な収容室と、
収容された前記燃料電池の前記ガス排出孔を開閉する開閉弁と、
を備えたことを特徴とする電子機器が提供される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、燃料の自然的な消耗を効果的に抑制できる燃料電池及び燃料電池を搭載する電子機器を提供することができ、産業上のメリットは多大である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。  
図１及び図２は、本発明の実施形態にかかる燃料電池の基本構成を例示する概念図である。  
すなわち、本実施形態の燃料電池１は、燃料極部２と、電解質板４と、酸化剤極部６と、がこの順に筐体１４０の中に積層された構造を有する。そして、筐体１４０の上部は、カソード側筐体部１５０により閉止されている。
【００１０】
燃料極部２は、外部から供給されたメタノールなどの燃料が輸送し、この燃料を燃料極において反応させる部分である。  
酸化剤極部６は、矢印Ａで表したように外部から酸素を取り入れて、酸化剤極において反応させる部分である。酸素を酸化剤極部６に導入するため、カソード側筐体部１５０には、酸素導入孔１５０Ｈが適宜設けられている。  
電解質板４は、燃料極と酸化剤極とを電気的に分離する部分である。このように、本実施形態の燃料電池においては、燃料極部２において供給される燃料の分解・電気化学反応と、酸化剤極部６において供給される酸素と分解・電気化学反応とにより電力を発生する。なお、これら各要素のさらに具体的な構造については、後に詳述する。
【００１１】
そして、本実施形態においては、燃料極部２と外気とを連通するガス排出孔１３０が筐体１４０に設けられている。ガス排出孔１３０としては、例えば、直径１マイクロメータ程度の複数の開口を筐体１４０に形成すればよい。そしてさらに、本実施形態においては、図１及び図２に例示したように、ガス排出孔１３０を開閉する開閉弁５が設けられている。なお、図１及び図２においては、開閉弁５が筐体１４０の外側にある具体例を表したが、本発明はこれに限定されず、開閉弁５は筐体１４０の内側に設けてもよく、または筐体１４０に内蔵させてもよい。
【００１２】
図３は、開閉弁５の動作を説明するためのフローチャートである。  
すなわち、開閉弁５は、手動または自動により開閉し、燃料電池が電力使用状態にない時にはガス排出孔１３０を閉じ（図１）、燃料電池が電力使用状態にある場合にはガス排出孔１３０を開く（図２）。
【００１３】
このように燃料電池の電力使用状態に応じてガス排出孔１３０を開閉する開閉弁５を設けることにより、電力使用時には内部で生成されるガスを外部に排出させて内圧の上昇を防ぎ、また電力を使用していない状態においては燃料の自然消耗を抑制することができる。
【００１４】
すなわち、このような燃料電池においては、電力使用時の副生成物として二酸化炭素（ＣＯ２）などのガスが発生する。電解質板４として用いられる固体高分子膜において、このガスの透過は小さいので、発生したガスは固体高分子膜からみて燃料極部２の側に滞留し、その空間が加圧される。これに対して、本実施形態においては、図２に表したように開閉弁５を開いてガス排出孔１３０を開放する。その結果として、余剰な副生成物のガスは、矢印Ｂで表したように外部に放出され、燃料極部２の側の内部空間の圧力上昇を防ぐことができる。
【００１５】
一方、燃料電池が電力使用状態にない場合には、図１に表したように開閉弁５を閉じることにより、燃料の消耗を防ぐことができる。つまり、ガス排出孔１３０が常に開放状態にあると、図２に矢印Ｂで表した経路でメタノールなどの燃料が自発的に揮発し、ガス排出孔１３０から外部に消散してしまう。つまり、使っていない状態で放置すると燃料が自然消耗し、「燃料切れ」になってしまう。  
これに対して、本実施形態によれば、電力を使用していない状態においては、図１に表したようにガス排出孔１３０を閉じることにより、ガス排出孔１３０を介した燃料の自然消耗を防ぐことができる。
【００１６】
またさらに、本実施形態によれば、開閉弁５によりガス排出孔１３０を閉じることにより、酸化剤極部６を介した燃料の自然消耗も抑制できる。  
すなわち、このような構造の燃料電池の場合、電力を使用しない状態においても、メタノールなどの燃料は自発的に蒸発し、燃料極部２に設けられた燃料極から固体高分子膜（電解質板４）を透過して酸化剤極部４に設けられた酸化剤極にまで拡散することにより、消費されてしまうことがある。また、このように酸化剤極部６の側に拡散した燃料は、カソード側筐体部１５０に設けられた酸素導入孔１５０Ｈから消散してしまう。
またさらに、このように燃料が酸化剤極部６の側に拡散すると、酸化剤極に達した燃料が酸化剤極で酸化されてエネルギーを消費するとともに、酸化剤極の触媒の表面が燃料で覆われることにより、触媒表面での反応速度が酸化剤極本来の反応速度よりも低下してしまう。この現象は、「クロスオーバー」などと呼ばれ、燃料電池において燃料の消費効率を低下させる一因である。この現象のため、電力の使用を再び開始したときに、発電効率が低下することもある。  
これに対して、本実施形態によれば、電力を使用していない状態においては図１に表したように開閉弁５によりガス排出孔１３０を閉じることにより、燃料極において発生する二酸化炭素などのガスを固体高分子膜からみて燃料極部２の側に閉じこめて、その内部圧力を上昇させる。その結果として、燃料極部２におけるアルコールなどの燃料の蒸発を抑制し、クロスオーバーや酸化剤極の触媒能力の低下を防ぐことができる。
【００１７】
図４は、本実施例及び比較例の燃料電池の燃料保持率を例示するグラフ図である。  
すなわち、同図の横軸は、燃料電池の発電を使用しない状態での経過時間を表し、縦軸は燃料の残量の相対値を表す。この燃料の残量の相対値は、発電を停止した直後の燃料の残量を１００パーセントとして算出した。また、比較例としては、開閉弁５を設けず、ガス排出孔１３０を常に開放状態とした燃料電池を用いた。  
ここで使用した燃料電池は、発電面積が３０×４０ミリメートルであり、実験の開始時に約１０ｃｃの燃料を充填したものである。
【００１８】
図４から、比較例の燃料電池においては、発電を停止した後も燃料の残量が時間とともに低下し、３時間後にはおよそ３０パーセント近くにまで下がることが分かる。これに対して、開閉弁５にてガス排出孔１３０を閉じた本実施例の燃料電池の場合には、３時間経過後も、ほぼ１００パーセントの燃料を保持できた。これは、本実施例によりガス排出孔１３０が閉じられているため、ガス排出孔１３０からの蒸発が阻止され、さらに、副生成物の二酸化炭素ガスにより燃料極部２の側の内圧が高まり、メタノールの揮発が抑制されるからであると考えられる。また、これに付随して、酸化剤極の触媒能力の低下も防ぐことができた。
【００１９】
ここで、本実施形態において開閉弁５を開閉させる方法は、手動でもよく自動でもよい。  図５は、手動により開閉弁５を開閉させる態様を表す概念図である。  
すなわち、開閉弁５としてスライド式や回転式、または蓋を開閉する方式などのものを燃料電池に付設し、燃料電池の電力を使用する時には、同図（ａ）に表したように手動により開閉弁５を開き、電力の使用を停止する時に、同図（ｂ）に表したように手動により開閉弁５を閉じる。このようにすれば、電力使用時には副生成物のガスをガス排出孔１３０から排出させ、電力不使用時には燃料の自然消耗を抑制できる。
【００２０】
一方、電力の使用・不使用に対応して開閉弁５を自動で開閉すると便利である。  
図６は、燃料電池に自動開閉機構を付与した具体例を例示する概念図である。  
すなわち、本具体例においては、燃料電池にコントローラ１８０が設けられている。コントローラ１８０は、燃料電池１のカソード側とアノード側の電極の間の電圧あるいは電流をモニタし、燃料電池１が使用状態にあるか否かを判定する。そして、電力が不使用状態にあると判定した時には、図６（ａ）に表したように開閉弁５を閉じ、使用状態にあると判定した時には、図６（ｂ）に表したように開閉弁５を開く。例えば、開閉弁５として、ノーマリ・クローズ型の弁を用い、コントローラ１８０から開動作のための駆動信号を出力することにより、開閉弁５を開くようにしてもよい。
【００２１】
開閉弁５の駆動方式としては、後に詳述するように、例えば、電磁駆動方式や、モータ駆動方式、静電駆動方式、ピエゾ駆動方式など、各種のものを用いることができる。また、コントローラ１８０の電源電力や開閉弁５を開くための電力は、この燃料電池１から得ることができる。
【００２２】
一方、燃料電池の開閉弁５を開閉する制御機構を、燃料電池を搭載する電子機器に設けてもよい。  
図７は、開閉弁５を開閉する制御機構を設けた電子機器を例示する概念図である。  
すなわち、この電子機器４００は、燃料電池１を搭載し、さらに、電源スイッチ４１０とコントローラ４１５とを有する。
【００２３】
電源スイッチ４１０は、典型的には、電子機器４００の主電源をオン・オフする電源スイッチである。つまり、電源スイッチ４１０がオン状態にある時、燃料電池の電力が使用され、電源スイッチ４１０がオフ状態にある時には燃料電池の電力は使用されない。  
コントローラ４１５は、電源スイッチ４１０のオン・オフ状態に応じて開閉弁５を制御する。つまり、電源スイッチ４１０がオフ状態にある時には、図７（ａ）に表したように、コントローラ４１５の制御に基づいて開閉弁５は閉じられる。  
一方、電源スイッチ４１０がオン状態にある時には、図７（ｂ）に表したように、コントローラ４１５の制御に基づいて開閉弁５は開かれる。ここで、開閉弁５を駆動する電力は、燃料電池から得ることができる。  
例えば、開閉弁５として、ノーマリ・クローズ型の弁を用い、コントローラ４１５から開動作のための駆動信号を出力することにより、開閉弁５を開くようにすればよい。このようにすれば、燃料電池１を電子機器４００に装填する前の状態においては、ガス排出孔１３０は閉じられているので燃料の自然消耗を防ぐことができ、電子機器４００の電源スイッチ４１０をオンにした時には、ガス排出孔１３０を自動的に開くことができ便利である。
【００２４】
また、この場合も、開閉弁５の駆動方式としては、後に詳述するように、例えば、電磁駆動方式や、モータ駆動方式、静電駆動方式、ピエゾ駆動方式など、各種のものを用いることができる。また、コントローラ１８０の電源電力や開閉弁５を開くための電力は、この燃料電池１から得ることができる。
【００２５】
また一方、燃料電池１が電子機器４００に着脱自在に設けれられる場合には、電子機器４００に接点４１６を設け、燃料電池１にもこれに対応する接点１６０を設けて、燃料電池１が電子機器４００の収容室に装填された時に、これら接点４１６、１６０が接触してコントローラ４１５からの制御信号が開閉弁５に伝達されるようにすればよい。  
なお、図７においては簡単のためにコントローラ４１５から開閉弁５までの制御経路をひとつのみ表したが、この制御経路は２本あるいはそれ以上であってもよく。また、これら制御経路の少なくともいずれかは、燃料電池１から電子機器４００に電力を取り出すための電力経路であってもよい。  
このような制御機構を電子機器に設けることにより、燃料電池の開閉弁５を電子機器のオン・オフに対応して開閉でき、便利である。
【００２６】
図８は、開閉弁５を開閉する制御機構を設けた電子機器のもうひとつの例を表す概念図である。  
すなわち、この電子機器４００も燃料電池を搭載し、さらに、電源スイッチ４３０とこれに連動する伝達アーム４３５、４３７と、支点４３６とを有する。伝達アーム４３７の先端は、開閉弁５に接続されている。電子機器４００の電源がオフの状態、すなわち、図８（ａ）に表したように、電源スイッチ４３０が押されていない状態においては、開閉弁５は閉じた状態にある。  
一方、電子機器４００の電源スイッチ４３０が矢印Ａの方向に押されてオン状態にされると、その動作が伝達アーム４３５、４３７を介して開閉弁５に伝達され、開閉弁５が開かれる。すなわち、本具体例においては、電源スイッチ４３０に与えられた運動を伝達することにより、開閉弁５を開閉させる。
【００２７】
この場合も、燃料電池１が電子機器４００に対して着脱自在に設けられる場合には、燃料電池１を電子機器４００の収容室に装填した時に、伝達アーム４３７の接触部４３７Ａが開閉弁５に接触可能となるようにすればよい。
【００２８】
また本具体例の場合も、開閉弁５として、例えばスプリングなどで閉状態に付勢されたノーマリ・クローズ型の弁を用い、電源スイッチ４３０をオン状態にした時に、伝達アーム４３７の接触部４３７Ａが開閉弁５を押すことにより、ガス排出孔１３０が開かれるようにすることができる。このようにすれば、燃料電池１を電子機器４００に装填する前の状態においては、ガス排出孔１３０は閉じられているので燃料の自然消耗を防ぐことができ、電子機器４００の電源をオンにした時には、ガス排出孔１３０を自動的に開くことができ便利である。
【００２９】
図９は、開閉弁を電子機器の側に設けた具体例を表す概念図である。  
すなわち、この具体例の場合、燃料電池１のガス排出孔１３０を開閉する開閉弁４５０が電子機器４００に設けられている。すなわち、燃料電池１には開閉弁５は設けられていない。その代わりに、燃料電池１を電子機器４００の収容室に装填した時に、燃料電池１のガス排出孔１３０を塞ぐ位置に、開閉弁４５０が設けられている。
【００３０】
電子機器４００の電源スイッチ４４０がオフ状態にある時、図９（ａ）に表したように、燃料電池のガス排出孔１３０は、開閉弁４５０により塞がれた状態にある。そして、電子機器４００の電源スイッチ４４０をオン状態にすると、開閉弁４５０が開かれる。ここで、電源スイッチ４４０の操作に対応した開閉弁４５０の動作の機構としては、図７に関して前述したように電気的な制御機構を設けてもよく、または図８に関して前述したように機械的な動作を伝達させる機構を設けてもよい。
【００３１】
本具体例によれば、燃料電池１に開閉弁を設ける必要がないため、燃料電池１の構造を簡単にでき、コストも下げることができる。なお、電子機器４００に装填する前の状態において燃料電池１に液体燃料が充填されている時には、ガス排出孔１３０にシールなどを貼って塞いでおき、電子機器４００に装填する時にこのシールを剥がすようにすれば、燃料の自然消耗を防ぐことができる。
【００３２】
以下、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態についてさらに詳細に説明する。  
まず、本実施形態において用いることができる燃料電池の構造について説明する。  
図１０は、燃料電池の具体的な構造を例示する模式断面図である。  
すなわち、本具体例の燃料電池は、保液シート２０と、液体を気化させるための多孔質膜３０と、燃料極側集電体４０と、燃料側ガス拡散層５０と、燃料極６０と、電解質板７０と、酸化剤極８０と、酸化剤側ガス拡散層９０と、酸化剤側集電体１００と、保湿シート１１０と、をこの順に積層させた構造を有する。これらの要素は、複数のセルＣを構成し、これらセルＣは、筐体１４０により保護されている。
【００３３】
筐体１４０には燃料供給口１０が設けられ、保液シート２０にアルコールなどの液体燃料を供給可能とされている。そしてさらに、筐体１４０にガス排出孔１３０が設けられ、多孔質膜３０を介して二酸化炭素などの副生成物ガスを外部に排出可能とされている。開閉弁５は、このガス排出孔１３０を開閉可能に設けられている。
【００３４】
次に、燃料としてメタノールを用いた場合を例に挙げて、本具体例の燃料電池における発電メカニズムについて説明する。  
まず、燃料極６０側は、次式（１）により表されるメタノールと水の電気化学反応に基づく半反応により、プロトン（Ｈ＋）と電子（ｅ−）とを発生させる。
ＣＨ３ＯＨ(l)＋Ｈ２Ｏ(l)  →  ＣＯ２(g)↑＋６Ｈ＋＋６ｅ−  （１）
ここで、メタノールは毛細管現象をドライビングフォースとして保液シート２０の中を自発的に移動し、燃料極側集電体４０に設けられた開口（図示せず）を介して蒸発し、燃料側ガス拡散層５０を経由して燃料極６０に供給される。
【００３５】
これに対応して、酸化剤極８０側においては、酸素導入孔１５０Ｈを介して保湿シート１１０から燃料電池系内に酸素を取り込み、次式（２）より表される半反応により、大気中の酸素（Ｏ２）ガスを燃料側からのＨ＋とｅ−と、電気化学反応を行うことで、発電が生じる。  
３／２Ｏ２＋６Ｈ＋＋６ｅ−  →  ３Ｈ２Ｏ                  （２）
なお、この電気化学反応により生じた水（Ｈ２Ｏ）は、保液シート２０へ移動し、燃料を希釈する水の一部として、再利用することが可能である。また、（１）式に表した電気化学反応により発生した二酸化炭素ガス（ＣＯ２）は、多孔質膜３０を介して、ガス排出孔１３０から燃料電池の系外へ排出される。
【００３６】
次に、本実施形態の燃料電池を構成する主要部の材料の具体例について説明する。  
まず、燃料供給口１０は熱可塑性ポリエステル、保液シート２０はナイロン繊維、多孔質膜３０は厚さ２００ｍｍのシリコーンゴムシートによりそれぞれ形成することができる。  また、燃料極６０は、白金族元素の単体金属（例えば、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｏａ、Ｐｄ等）や白金属元素を有する合金などを用いて形成することができ、メタノールや一酸化炭素に対する耐性の強いＰｔ−Ｒｕ合金を用いることがましいが、これには限定されない。また、燃料極６０の材料として、炭素材料のような伝導性担持体を使用する担持触媒を用いることもできる。  
電解質板７０には、例えば、スルホン酸基を有するフッ素系樹脂、スルホン酸基を有するハイドロカーボン系樹脂、タングステン酸やリンタングステン酸などの無機物などを用いることができるが、こられには限定されない。一方、酸化剤極８０には、白金族元素の単体金属（例えば、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ｐｄ等）、白金族元素を含有する合金など、炭素材料のような伝導性担持体を使用する担持触媒を使用することもできる。
【００３７】
また、保湿シート１１０としては、例えば、厚み５００μｍのポリエチレン製多孔質フィルムを用いることができる。この場合、フィルムの透気度は、例えば２秒／１００ｃｍ３程度で、透湿度は４０００ｇ／ｍ２・２４ｈ程度とすることができる。  
そして、本実施形態によれば、このような燃料電池において、開閉弁５を設けて適宜開閉することにより、発電時に生ずる二酸化炭素ガスを外部に排出するとともに、電力を使用しない状態における燃料の自然消耗を防ぐことができる。また、図９に関して前述したように、このような燃料電池１を装填する電気機器の側に開閉弁を設けても同様の作用効果が得られる。
【００３８】
次に、本実施形態において用いることができる開閉弁５、４５０の構造の具体例のいくつかについて説明する。  
図１１は、バイモルフを用いた開閉弁を例示する模式図である。  
すなわち、本具体例では、開閉弁５、４５０としてバイモルフ積層板２０５を用いることにより、ガス排出孔１３０の開閉が実行される。  
例えば、図１１（ａ）に表したように、電圧を印加しない状態でバイモルフ積層板２０５がガス排出孔１３０を塞ぐように設置する。そして、バイモルフ積層板２０５に電圧を印加すると、図１１（ｂ）に表したように、ガス排出孔１３０の主面に対して略垂直方向に反り返ることで、ガス排出孔１３０が開かれる。
【００３９】
バイモルフ積層板２０５としては、例えば圧電バイモルフ積層体を用いることができる。すなわち、厚み方向に分極された２枚の誘電体膜を積層させ、これらに電圧を印加すると湾曲変位するため、この変位により生じたスペースからＣＯ２ガスを排出させることが可能となる。誘電体膜としては、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）の材料を用いることができる。  
また、気密性を向上させるために、この積層板２０５のガス排出孔１３０に対する対向面に柔軟性を有する材料からなるシール膜２０７を設けてもよい。シール膜２０７の材料としては、例えば、シリコンゴムやブチルゴム、クロロプレンゴムなどを用いることができる。
【００４０】
また、バイモルフ積層板２０５として、熱膨張率の差を利用したものを用いることもできる。すなわち、熱膨張率の異なる２種類の薄板の積層板からなるバイモルフ積層板２０５に電流を流して熱を発生させると、熱膨張率の違いにより、熱膨張率が比較的小さい薄板の側に湾曲変位するため、この変位により生じたスペースからＣＯ２ガスを排出させることが可能となる。この場合、バイモルフ積層板２０５の組み合わせ材質は、例えば、熱膨張率が比較的小さい薄板をシリコン（Ｓｉ、熱膨張率：５２×１０−７／℃、２５℃）２１０とし、熱膨張率の比較的大きい薄板をニッケル（Ｎｉ、熱膨張率：１２×１０−６／℃、２５℃）２００とすることができる。
【００４１】
図１２は、リニアアクチュエータを用いた開閉弁を例示する模式図である。  
すなわち、本具体例では、開閉弁５、４５０としてリニアアクチュエータ２５０が設けられている。リニアアクチュエータ２５０は、例えば、保治具５７によって燃料電池１の筐体１４０に固定されている。そして、燃料電池１の電力を使用されない状態においては、図１２（ａ）に表したように、シール膜２０７によりガス排出孔１３０を塞ぎ、電力が使用される状態においては、図１２（ｂ）に表したように、シール膜２０７を後退させることにより、ガス排出孔１３０を開放する。
【００４２】
リニアアクチュエータとしては、例えば、圧電素子を用いたものや、電磁ソレノイドを用いたもの、静電力を利用したもの、マイクロモータを利用したものなど、各種のものを用いることができる。
【００４３】
図１３は、スライドする静電モータ構造体を用いた開閉弁を例示する模式図である。  
すなわち、ガス排出孔１３０の開口部に、静電モータ構造体２８０を設置する。静電モータ構造体２８０は、移動子２６０を有し、例えば、電圧を印加しない状態においては、図１３（ａ）に表したように、移動子２６０がガス排出孔１３０を塞ぐ。  
一方、静電モータ構造体２８０に電圧を印加すると、図１３（ｂ）に表したように、固定子２６０に誘導電流が印加され、移動子２６０がスライドすることによってガス排出孔１３０が開放される。また、移動子２６０のストロークを規定するために、ストッパ２９０が適宜設けられている。
【００４４】
図１４は、本具体例の静電モータ構造体２８０の動作メカニズムを説明するための模式図である。  
同図（ａ）に表したように、固定子２７０は、複数に分割された固定子Ｐｎ−１、Ｐｎ，Ｐｎ＋１、Ｐｎ＋２・・・からなり、それぞれに電圧３５０が印加され、その上に移動子２６０がスライド可能に設けられている。移動子２６０は、最初は電荷を帯びていない。
【００４５】
これらの固定子２７０（Ｐｎ−１、Ｐｎ，Ｐｎ＋１）に、例えば、（＋、−、＋）となるように電圧を印加すると、固定子Ｐｎの上に設けられた移動子２６０はプラスの電荷を帯びる。しかる後に、図１４（ｂ）に表したように、固定子２７０（Ｐｎ−１、Ｐｎ，Ｐｎ＋１）に、例えば、（＋、＋、−）となるように電圧を印加すると、移動子２６０に対して、マイナスの電荷を帯びている固定子Ｐｎ＋１へと吸引される駆動力が作用する。すると、図１４（ｂ）に表したように、この移動子２６０を、固定子１ピッチ分を移動させることができる。さらに、固定子２７０の各分割領域に印加する電圧に応じて、移動子２６０の動きをコントロールすることが可能となる。  
すなわち、本具体例においては、上述した静電モータ構造体２８０の運動メカニズムを利用して、ガス排出孔１３０の開閉を実行できる。
【００４６】
図１５は、開閉弁５、４５０として機械的に動作するスライドシャッタを用いた具体例を例示する模式図である。  
本具体例においては、複数のガス排出孔１３０を有する筐体１４０の上に、これに対応して複数のスライドプレート孔３７０が設けられたスライドプレート３６０が設けられている。また、筐体１４０には、スライドプレート３６０のスライド動作を規定するためのガイド３９０およびストッパ３８０が適宜設けられている。
【００４７】
燃料電池の発電を使用しない状態においては、図１５に表したように、ガス排出孔１３０とスライドプレート孔３７０とが連通しない位置に、スライドプレート３６０が停止している。
【００４８】
一方、燃料電池の発電が使用され、燃料極部２に蓄積した不要な二酸化炭素ガスを排出させる場合、図１５（ｂ）に表したように、ガイド３９０に沿ってスライドプレート３６０を移動させ、ガス排出孔１３０と、スライドプレート孔３７０とを連通させる。スライドプレート３６０の駆動は、例えば、圧電素子を用いたものや、電磁ソレノイドを用いたもの、静電力を利用したもの、マイクロモータを利用したものなど、各種のものを用いることができる。
以上、具体例を限定しつつ、本発明の実施形態について説明した。しかし、本発明の燃料電池は、これらの具体例には限定されない。  
例えば、ガス排出孔、開閉弁及びこれを駆動する機構等の各要素について、当業者が適宜変更したものであっても、本発明の要旨を有する限りにおいて、本発明の範囲に包含される。  
また、本発明の燃料電池を構成する各要素の材質、サイズ、形状、配置関係などについては、当業者が適宜変更を加えたものであっても、本発明の要旨を包含する限りにおいて本発明の範囲に包含される。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の実施形態にかかる燃料電池の基本構成を例示する
【図２】本発明の実施形態にかかる燃料電池の基本構成を例示する
【図３】開閉弁５の動作を説明するためのフローチャートである。
【図４】本実施例及び比較例の燃料電池の燃料保持率を例示するグラフ図である。
【図５】手動により開閉弁５を開閉させる態様を表す概念図である。
【図６】燃料電池に自動開閉機構を付与した具体例を例示する概念図である。
【図７】開閉弁５を開閉する制御機構を設けた電子機器を例示する概念図である。
【図８】開閉弁５を開閉する制御機構を設けた電子機器のもうひとつの例を表す概念図である。
【図９】開閉弁を電子機器の側に設けた具体例を表す概念図である。
【図１０】燃料電池の具体的な構造を例示する模式断面図である。
【図１１】バイモルフを用いた開閉弁を例示する模式図である。
【図１２】リニアアクチュエータを用いた開閉弁を例示する模式図である。
【図１３】スライドする静電モータ構造体を用いた開閉弁を例示する模式図である。
【図１４】本発明の具体例の静電モータ構造体２８０の動作メカニズムを説明するための模式図である。
【図１５】開閉弁５、４５０として機械的に動作するスライドシャッタを用いた具体例を例示する模式図である。
【符号の説明】
【００５０】
２ 燃料極部
４ 電解質板
５ ガス排出弁
６ 酸化剤極部
１０ 燃料供給口
２０ 保液シート
３０ 多孔質膜
４０ 燃料側集電体
５０ 燃料側ガス拡散層
５７ 保治具
６０ 燃料極
７０ 電解質板
８０ 酸化剤極
９０ 酸化剤側ガス拡散層
１００ 酸化剤側集電体
１１０ 保湿シート
１３０ ガス排出孔
１４０ 筐体
１５０ カソード側筐体部
２０５ バイモルフ積層板
２０７ シール膜
２５０ 圧電素子
２６０ 移動子
２７０ 固定子
２８０ 静電モータ構造体
３６０ スライドプレート
３７０ スライドプレート孔
３８０ ストッパ
３９０ ガイド
４００ 電子機器
４１０ 電源スイッチ
４１５ コントローラ
４１６ 接点
４３０ 電源スイッチ
４３５ 伝達アーム
４３６ 支点
４３７ 伝達アーム
４３７Ａ 接触部
４４０ 電源スイッチ
４５０ 開閉弁
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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