(57)【要約】      （修正有）【課題】携帯電話、ＰＤＡ、デジカメ、ノートパソコン等の電源として使用可能な燃料電池システムを提供する。【解決手段】ケーシング本体２０と、ケーシング本体に画成された空間内を分割するように配された電解膜２２と、空気極２５と、燃料極２６を具備する燃料電池本体部２と、燃料電池本体部のケーシング本体に着脱自在に装着されると共に、隔壁によって分割された２つの空間を具備し、２つの空間が、水素化合物が収納される燃料空間と、水素化合物を加水分解するための水が収容される水収納空間である燃料貯蔵部３とによって構成され、燃料貯蔵部を燃料電池本体部に装着した時に、ケーシング本体内に形成された水素供給路４０を介して燃料空間と水素流路２４とが連通されると共に、ケーシング本体内に形成された水供給路を介して水収納空間と燃料空間とが連通されることにある。【選択図】図１
2007194002.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケーシング本体と、該ケーシング本体に画成された空間内を分割するように配された電解膜と、該電解膜の一方側に形成された空気流路と、前記電解膜の他方側に形成された水素流路と、前記電解膜の空気流路側に配される空気極及び前記電解膜の水素流路側に配される燃料極からなる電極とを少なくとも具備する燃料電池本体部と、
該燃料電池本体部の前記ケーシング本体に着脱自在に装着されると共に、隔壁によって分割された２つの空間を具備し、該２つの空間が、水素化合物が収納される燃料空間と、前記水素化合物を加水分解するための水が収容される水収納空間である燃料貯蔵部とによって構成され、
前記燃料貯蔵部を前記燃料電池本体部に装着した時に、前記ケーシング本体内に形成された水素供給路を介して前記燃料空間と前記水素流路とが連通されると共に、
前記ケーシング本体内に形成された水供給路を介して前記水収納空間と前記燃料空間とが連通されることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記水素流路における水素圧力を検出する圧力検出手段と、該圧力検出手段によって検出された圧力に基づいて水素化合物への水の供給量を調整する水量調整手段を具備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】
前記水量調整手段は、前記水供給路上に設けられたポンプ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４】
前記空気流路へ空気を供給する循環ファンを設けたことを特徴とする請求項１，２又は３記載の燃料電池システム。
【請求項５】
ＤＣ−ＤＣコンバータが前記ケーシング本体に収納されると共に、前記電極が該ＤＣ−ＤＣコンバータに接続されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記電極は、ウッドセラミックからなることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記電極は、白金触媒が分散担持されるカーボンナノチューブからなることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の燃料電池システム。
【請求項８】
前記水素化合物は、水素化ホウ素ナトリウムであることを特徴とする前段請求項のいずれか一つに記載の燃料電池システム。
【請求項９】
前記空気極で発生した水を前記水収納空間に回収する回収手段を具備することを特徴とする前段請求項のいずれか一つに記載の燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、燃料貯蔵容器が着脱自在である小型の燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１の図２に開示される燃料電池装置は、水素燃料電池装置であり、着脱自在な燃料貯蔵装置を有する。具体的には、燃料貯蔵装置から電解質装置のアノード領域に水素を供給するポンプと、電解質装置のカソード領域に空気を供給するポンプを具備し、このポンプを駆動することによって水素及び酸素を前記電解質装置の両側に供給して発電するシステムである。
【０００３】
特許文献２は、燃料電池を確実に起動でき、且つ燃料電池が搭載される機器の小型化をも促進できる燃料電池用の液体燃料カートリッジを提供することを目的とするもので、この液体燃料カートリッジは、液体燃料が貯留される燃料貯留室と、この燃料貯留室に対して燃料連通孔を介して仕切られた燃料供給室と、この燃料供給室に対して薄膜弁によって仕切られた圧力作用室とを備えていると共に、前記燃料供給室から外部の燃料電池側又は液体燃料の改質器側に当該液体燃料を送出する燃料流路と、前記圧力作用室に前記燃料電池又は前記改質器側から圧力を導入する圧力導入部とが設けられ、且つ前記薄膜弁は、前記燃料供給室と前記圧力作用室との圧力差により前記燃料流路を開閉可能に設けられているものである。
【特許文献１】特表２００２−５４４６５０号公報
【特許文献２】特開２００５−２５９３６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
燃料電池は、清閑で小型化しても発電効率が高いため、分散型電源として注目され、また排出するものが水のみとクリーンであり、温暖化の主要因である二酸化炭素の排出を抑制すると同時に化石燃料からの脱却という点で次世代を担う電力供給源として脚光を浴びている。
【０００５】
また、上述した特許文献から明らかなように、燃料電池自体を小型化することが求められている。これは、携帯電話、ＰＤＡ、デジカメ、ノートパソコン等に使用される充電式二次電池のＡＣ−ＤＣコンバータの代用として利用することを目的としたものである。
【０００６】
さらにまた、水素化ホウ素ナトリウム（ＮａＢＨ４）は、安全に携帯できる水素源として開発された常温常圧で安定した粉末状の錯体化合物で、触媒加水分解反応によって水素を発生させることができ、１０．６ｗｔ％の水素の高い貯蔵密度をもつため、高圧ガスや液体水素貯蔵のように耐圧容器や断熱容器が不要で、２ｗｔ％程度の貯蔵密度しか確保されていない水素吸蔵合金に比べて格段の水素貯蔵能力を有する。さらに、水素化ホウ素ナトリウムは、リサイクルが可能である。
【０００７】
したがって、この発明は、携帯電話、ＰＤＡ、デジカメ、ノートパソコン等の電源として使用可能な燃料電池システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
したがって、この発明は、ケーシング本体と、該ケーシング本体に画成された空間内を分割するように配された電解膜と、該電解膜の一方側に形成された空気流路と、前記電解膜の他方側に形成された水素流路と、前記電解膜の空気流路側に配される空気極及び前記電解膜の水素流路側に配される燃料極からなる電極とを少なくとも具備する燃料電池本体部と、該燃料電池本体部の前記ケーシング本体に着脱自在に装着されると共に、隔壁によって分割された２つの空間を具備し、該２つの空間が、水素化合物が収納される燃料空間と、前記水素化合物を加水分解するための水が収容される水収納空間である燃料貯蔵部とによって構成され、前記燃料貯蔵部を前記燃料電池本体部に装着した時に、前記ケーシング本体内に形成された水素供給路を介して前記燃料空間と前記水素流路とが連通されると共に、前記ケーシング本体内に形成された水供給路を介して前記水収納空間と前記燃料空間とが連通されることにある。
【０００９】
また、前記水素流路における水素圧力を検出する圧力検出手段と、該圧力検出手段によって検出された圧力に基づいて水素化合物への水の供給量を調整する水量調整手段を具備することが望ましい。これによって、燃料電池システムの負荷に対応して水素を発生させることができ、電力の調整が可能となるものである。
【００１０】
さらに、前記水量調整手段は、前記水供給路上に設けられたポンプであることが望ましい。また、前記空気流路へ空気を供給する循環ファンを設けることが望ましい。
【００１１】
さらにまた、ＤＣ−ＤＣコンバータが前記ケーシング本体に収納されると共に、前記電極が該ＤＣ−ＤＣコンバータに接続されることが望ましい。これによって燃料電池システム自体を単セル構造とすること又はセル数の低減が可能となるため、軽量小型化及び低コスト化を達成することができるものである。
【００１２】
また、前記電極は、ウッドセラミックからなること、又は白金触媒が分散担持されるカーボンナノチューブからなることが望ましい。前記電極をウッドセラミックによって形成することによって、低コスト化が達成でき、白金触媒を分散担持したカーボンナノチューブを用いることによって発電効率を向上させることができるものである。
【００１３】
さらに、前記水素化合物は、水素化ホウ素ナトリウムであることが望ましい。
【００１４】
前記空気極で発生した水を前記水収納空間に回収する回収手段を具備することが望ましい。これによって、回収手段によって回収された水を再利用できるので、水収納空間の容積を小さくすることができ、燃料電池システムの小型化が達成できる。さらに発生した水を効果的に除去することができる。
【発明の効果】
【００１５】
したがって、この発明によれば、燃料電池システム自体を小型化できると共に、燃料貯蔵部を交換可能であるため、燃料貯蔵部のリサイクルを可能にすることが可能である。また、電気発生時に生じる水を回収して再利用することができるので、一つの燃料貯蔵部において発電することのできる時間を延長することが可能である。さらに、電力負荷に対応して水素の発生を制御することができるので、燃料電池システムの効率を向上させることができるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、この発明の実施の形態について説明する。
【実施例】
【００１７】
図１乃至図３に示される本願発明の実施例に係る燃料電池システム１は、燃料電池本体部２と、燃料貯蔵部３とによって構成される。前記燃料電池本体部２は、ケーシング本体２０と、このケーシング本体２０に画成された空間２１内を分割するように配された電解膜２２と、該電解膜２２によって画成された一方側の空間によって形成される空気流路２３と、前記電解膜２２によって画成された他方側の空間によって形成される水素流路２４と、前記電解膜２２の空気流路２３側に配される空気極（図３に示す２５）及び前記電解膜２２の水素流路２４側に配される燃料極（図３に示す２６）からなる電極とを具備する。
【００１８】
また、前記燃料貯蔵部３は、該燃料電池本体部２の前記ケーシング本体２０に着脱自在に装着されると共に、隔壁によって分割された２つの空間を具備するもので、この２つの空間は、水素化ホウ素ナトリウムのような水素化合物が収納される燃料空間３１と、前記水素化合物を加水分解するための水が収容される水収納空間３２である。
【００１９】
さらに、前記燃料電池本体部２には、前記燃料貯蔵部３が装着された時に、前記燃料空間３１と前記水素流路２４とを連通する水素供給路４０が形成され、さらに、前記水収納空間３２と前記燃料空間３１とを連通する水供給路４１が形成される。また、前記水供給４１には、水量調整手段として、例えばポンプ４２が設けられる。
【００２０】
さらに、空気入口２７から前記空気流路２３を通過する空気を強制的に取り入れるための循環ポンプ４３が、前記ケーシング本体２０内に設けられるものである。さらに、前記ケーシング本体２内に設けられた基板ユニット５０には、前記空気極２５と前記燃料極２６が接続されるＤＣ／ＤＣコンバータ５２と、前記水素流路２４の圧力を検出する圧力センサ５３からの信号に基づいて燃料電池の負荷を演算し、この負荷に基づいて前記ポンプ４２を制御して、前記燃料空間３１内に収納されたホウ素化水素ナトリウムへの水の供給量を調整して水素の発生量を調整し且つ前記循環ポンプ４３を制御して前記空気流路２３を通過する空気の量を調整し、電力の発生量を調整するコントロールユニット５１とが、設けられるものである。
【００２１】
さらに、前記ケーシング本体２０には、前記空気極２５で生じた水を回収する回収通路４４が形成される。これによって、前記空気極２５に生じる水は、前記ポンプ４２によって水が吸引されるときに生じる前記水収納空間３２の負圧によって前記空気流路２３から前記水収納空間３２に吸引され回収される。
【００２２】
前記電極２５，２６は、反応に必要な酸素や水素がその中を通過可能な構造をしており、ウッドセラミックからなるものである。また、前記電極２５，２６は、白金触媒が分散担持されるカーボンナノチューブからなるものであっても良いものである。前記電極をウッドセラミックによって形成することによって、低コスト化が達成でき、白金触媒を分散担持したカーボンナノチューブを用いることによって発電効率を向上させることができるものである。
【００２３】
以上の構造により、ＤＣ／ＤＣコンバータ５２の電極端子５３が所定の電気機器、例えば、携帯電話、ＰＤＡ、デジカメ、ノートパソコン等に接続された場合、ポンプ４２及び循環ポンプ４３が稼働して、前記空気流路２３に空気が供給されると共に、水が水供給路４１を介して燃料空間３１に送られ、該燃料空間３１で収納された水素化ホウ素ナトリウム等の水素化合物と反応して水素が発生する。この発生した水素が、水素供給路４０を介して水素流路２４に供給される。そして、水素は燃料極２６において電子を切り離して水素イオンとなる。この水素イオンは、電解質２２を通過して空気極２５に至り、電子は前記燃料極２６に担持される。空気極２５に至った水素イオンは、空気極２５の電子及び空気の酸素と結合して水となる。この結果として、電子は燃料極２６から空気極２５へ移動することとなるため、電流が空気極２５から燃料極２６へ流れることになる。
【００２４】
また、電流の発生量は、前記ポンプ２４によって供給される水の量を制御することによって調整可能である。さらに、前記循環ポンプ４３を駆動することによって酸素を確実に供給できるようになるため、供給された水素に確実に燃料として使用できるようになるものである。
【００２５】
さらに、前記ＤＣ／ＤＣコンバータ５２によって、出力電圧を調整することが可能となるものである。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】この発明の実施例に係る燃料電池システムの概略図である。
【図２】この発明の実施例に係る燃料電池システムの水及び水素の供給経路を説明した説明図である。
【図３】この発明の実施例に係る燃料電池システムの構成を示した概略構成図である。
【符号の説明】
【００２７】
１  燃料電池システム
２  燃料電池本体部
３  燃料貯蔵部
２０  ケーシング本体
２１  空間
２２  電解膜
２３空気流路
２４水素流路
２５  空気極
２６  燃料極
２７  空気入口
３１  燃料空間
３２  水収納空間
４０  水素供給路
４１  水供給路
４２  ポンプ
４３  循環ポンプ
４４  回収通路
５０  基板ユニット
５１  コントロールユニット
５２  ＤＣ／ＤＣコンバータ
５３  圧力センサ
【図１】
2007194002.tif 000003
【図２】
2007194002.tif 000004
【図３】
2007194002.tif 000005