(57)【要約】【課題】液体燃料を短時間に燃料電池の発電部に供給して燃料電池の起動時間を短くし、更には発電部に均一に液体燃料を吸着させることにより、エネルギー変換効率が高い燃料電池及び燃料電池システムを提供することである。【解決手段】液体燃料３６が燃料貯蔵部１３に収容されており、この燃料貯蔵部１３に収容されている液体燃料３６は燃料供給機構１４に供給される。燃料供給機構１４によって供給された液体燃料３６は、燃料気化部１５によって霧状に気化される。そして、燃料気化部１５で霧状にされた液体燃料３６は、触媒によって発電部１６にて外部に電力として発生される。【選択図】      図２
2007305470.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体燃料を収容する燃料貯蔵部と、
上記燃料貯蔵部に収容されている上記液体燃料を供給する燃料供給機構と、
上記燃料供給機構により供給された液体燃料を霧状に気化する燃料気化部と、
上記燃料気化部で霧状にされた液体燃料に対して、触媒を用いて外部に電力を発生する発電部と、
を具備することを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
上記燃料貯蔵部は内部体積が変化可能であり、
上記燃料供給機構は、上記燃料貯蔵部に圧力を印加する圧力機構と、上記燃料貯蔵部の一部にその一方の端部がつながり、他方の端部に開口を有して該開口から上記気化機構に所定の量の液体燃料を供給する中空の管と、上記管の一部に設けられて該管を流れる液体燃料を制御する弁と、を有し、
更に、上記燃料供給機構の弁の開閉を制御して、該弁を通過する液体燃料の量を制御する制御装置を具備することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池。
【請求項３】
上記燃料気化部は、上記液体燃料を超音波振動により液状にすることを特徴とする請求項２に記載の燃料電池。
【請求項４】
上記燃料貯蔵部は、
気体及び液体然料の少なくとも一方を保持し、少なくとも１つの開口部を有して、上記開口部を密閉状態と開放状態に切り替え可能で、且つ上記開口部が開放状態の場合に上記燃料を流出可能な燃料カートリッジを装着可能であり、
上記燃料カートリッジが装着されて上記開口部が開状態になったことを検出するための検出部を具備することを特徴とする請求項３に記載の燃料電池。
【請求項５】
請求項１に記載の燃料電池と、システム全体の動作を制御する制御手段と、負荷である２次電池と、表示装置とを具備することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項６】
上記燃料電池システムは携帯用電子機器であることを特徴とする請求項５に記載の燃料電池システム。
【請求項７】
気体及び液体然料の少なくとも一方を保持し、少なくとも１つの開口部を有する燃料保持部と、上記開口部を密閉状態と開放状態に切り替え可能な燃料注入装置と、から成る燃料カートリッジを装着可能で、該カートリッジ装置の上記開口部を開放状態にした場合に上記燃料を注入させる燃料供給部と、
上記燃料供給部より注入された液体燃料を収容する燃料貯蔵部と、
上記燃料貯蔵部に収容されている上記液体燃料を供給する燃料供給機構と、
上記燃料供給機構から供給された液体燃料を超音波振動により霧状に気化する気化機構と、
上記燃料気化部で霧状にされた液体燃料に対して、触媒を用いて外部に電力を発生する発電部と、
を具備することを特徴とする燃料電池。
【請求項８】
上記燃料供給機構は、
内部体積が変化可能な燃料貯蔵部に圧力を印加する圧力機構と、
上記燃料貯蔵部の一部に一方の端部がつながる中空の管と、
上記管の一部に設けられた管を流れる液体燃料を制御する弁と、
上記弁の開閉を制御して弁を通過する液体燃料の量を制御する制御装置と、
を有し、
上記管の他方の端部に開口を持ち、上記開口から上記気化機構に所定の量の液体燃料を供給することを特徴とする請求項７に記載の燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は液体燃料を用いて発電を行う燃料電池及び燃料電池システムに関し、より詳細には該燃料装置の燃料供給装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年に於いては、水素を燃料とし、酸素を酸化剤とし、触媒部材を介して電気化学反応させることにより生ずる電流を電気エネルギーとして取り出す燃料電池が、エネルギーを取り出す効率が高く、長時間にわたり電気エネルギーを取り出すことができることから、従来の１次電池、２次電池に変わってデジタルカメラやパーソナルコンピュータ等の携帯電子機器の電源として利用されつつある。
【０００３】
また、水素を燃料として直接用いる場合は、水素は気体で体積が大きく、また、発火、爆発する危険があることから、構成原子に水素原子を有するメタノール等の液体燃料を用いる燃料電池も提案されている。これには、液体燃料の供給に、毛細管現象を利用した構成が示されている。この構成によれば、ガラス繊維等で構成された液体燃料吸上げ材を用いて燃料電池の発電部である多孔質表面を持つアノード側に燃料を供給している（例えば、下記特許文献１参照）。
【０００４】
更に、液体を燃料として用いた場合、燃料の触媒部材に、いかに効率よく、安定に供給するかが問題となる。従来あった超音波加湿器と同じように、多量の液体に超音波振動を与えて霧状化し、触媒部材に供給する機構が提案されている。これには、多量の液体に超音波振動を与えて霧状化し、触媒部材に供給する機構が示されている（例えば、下記特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００３−１００３１５号公報
【特許文献２】特開２００４−１５２４９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述した特許文献１のような構成とすると、毛細管現象による液体燃料の吸い上げには時間がかかり、燃料電池の発電までの起動時間が長くなるといった問題がある。また、機器の姿勢が重力方向に対して変化した場合に、燃料の吸い上げの能力が変わってしまうという問題もある。
【０００６】
更に、毛細管を伝って来た液体が発電部であるアノードに触れて多孔質の表面に吸着される構成であるので、ここでも燃料供給に時間がかかる上、均一にアノード表面に燃料を供給するのが困難である。
【０００７】
また、上記特許文献２の構成は、大量の燃料に超音波振動を加える必要があり、超音波振動子が大型化し、当然回路の出力電力も大きく、回路自体も大型になる。また、燃料電池が色々な姿勢をとると、燃料に対して有効な超音波振動を与えられなくなったりし、特に携帯型の機器の場合は問題となる。
【０００８】
したがって本発明は、上述した点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、液体燃料を短時間に燃料電池の発電部に供給して燃料電池の起動時間を短くし、更には発電部に均一に液体燃料を吸着させることにより、エネルギー変換効率が高い燃料電池及び燃料電池システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
すなわち請求項１に記載の発明は、液体燃料を収容する燃料貯蔵部と、上記燃料貯蔵部に収容されている上記液体燃料を供給する燃料供給機構と、上記燃料供給機構により供給された液体燃料を霧状に気化する燃料気化部と、上記燃料気化部で霧状にされた液体燃料に対して、触媒を用いて外部に電力を発生する発電部と、を具備することを特徴とする。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明に於いて、上記燃料貯蔵部は内部体積が変化可能であり、上記燃料供給機構は、上記燃料貯蔵部に圧力を印加する圧力機構と、上記燃料貯蔵部の一部にその一方の端部がつながり、他方の端部に開口を有して該開口から上記気化機構に所定の量の液体燃料を供給する中空の管と、上記管の一部に設けられて該管を流れる液体燃料を制御する弁と、を有し、更に、上記燃料供給機構の弁の開閉を制御して、該弁を通過する液体燃料の量を制御する制御装置を具備することを特徴とする。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明に於いて、上記燃料気化部は、上記液体燃料を超音波振動により液状にすることを特徴とする。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発明に於いて、上記燃料貯蔵部は、気体及び液体然料の少なくとも一方を保持し、少なくとも１つの開口部を有して、上記開口部を密閉状態と開放状態に切り替え可能で、且つ上記開口部が開放状態の場合に上記燃料を流出可能な燃料カートリッジを装着可能であり、上記燃料カートリッジが装着されて上記開口部が開状態になったことを検出するための検出部を具備することを特徴とする。
【００１３】
請求項５に記載の発明は、請求項１に記載の燃料電池と、システム全体の動作を制御する制御手段と、負荷である２次電池と、表示装置とを具備することを特徴とする。
【００１４】
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の発明に於いて、上記燃料電池システムは携帯用電子機器であることを特徴とする。
【００１５】
請求項７に記載の発明は、気体及び液体然料の少なくとも一方を保持し、少なくとも１つの開口部を有する燃料保持部と、上記開口部を密閉状態と開放状態に切り替え可能な燃料注入装置と、から成る燃料カートリッジを装着可能で、該カートリッジ装置の上記開口部を開放状態にした場合に上記燃料を注入させる燃料供給部と、上記燃料供給部より注入された液体燃料を収容する燃料貯蔵部と、上記燃料貯蔵部に収容されている上記液体燃料を供給する燃料供給機構と、上記燃料供給機構から供給された液体燃料を超音波振動により霧状に気化する気化機構と、上記燃料気化部で霧状にされた液体燃料に対して、触媒を用いて外部に電力を発生する発電部と、を具備することを特徴とする。
【００１６】
請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の発明に於いて、上記燃料供給機構は、内部体積が変化可能な燃料貯蔵部に圧力を印加する圧力機構と、上記燃料貯蔵部の一部に一方の端部がつながる中空の管と、上記管の一部に設けられた管を流れる液体燃料を制御する弁と、上記弁の開閉を制御して弁を通過する液体燃料の量を制御する制御装置と、を有し、上記管の他方の端部に開口を持ち、上記開口から上記気化機構に所定の量の液体燃料を供給することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、液体燃料を短時間に燃料電池の発電部に供給して燃料電池の起動時間を短くし、更には発電部に均一に液体燃料を吸着させることにより、エネルギー変換効率が高い燃料電池及び燃料電池システム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】
【００１８】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。
【００１９】
（第１の実施形態）
図２は、本発明の一実施形態に係る燃料電池システムの概念を示したブロック構成図である。
【００２０】
図２に於いて、この燃料電池システム１０は、燃料電池３０と、プリント基板２０と、２次電池２１とを有して構成されている。
【００２１】
上記燃料電池３０は、燃料供給部１２と、燃料貯蔵部１３と、燃料供給機構１４と、燃料気化部１５と、発電部１６と、排気部１７とを有して構成されている。
【００２２】
燃料供給部１２には、燃料貯蔵側燃料注入装置３４及びカートリッジ側燃料注入装置及び検出部３２を介して、燃料カートリッジ３１が結合される。燃料供給部１２は、上記燃料カートリッジ３１が結合されて、液体燃料３６を燃料貯蔵部１３に取り入れるための装置である。この燃料供給部１２の詳細は後述する。燃料貯蔵部１３に入れられた液体燃料３６は、燃料供給機構１４に設けられたバルブ３７により一定量が燃料気化部１５に送り込まれる。
【００２３】
燃料気化部１５では、送り込まれた液体燃料３６が霧状化或いは気体化される。そして、ここで霧状化或いは気体化された燃料は発電部１６に送られ、多孔質の触媒表面に吸着される。そして、他方の極側に供給された酸素との化学反応によって、負荷である２次電池２１が電気的に接続されている発電部１６によって発電が開始される。図示されていないが、酸素の供給は、燃料電池システムの外部から空気を、塵埃を取り除くフィルタを通して発電部に取り入れている。この発電部１６の発電により、２次電池２１が充電される。
【００２４】
一方、発電部１６で発生された水等の化学反応での生成物は、排気部１７に送られ、貯蔵或いは燃料電池システム１０外に排出される。排気部１７に送られた生成物で、燃料電池システムで利用可能な水等は、排気部１７から燃料貯蔵部１３に戻して利用しても良い。
【００２５】
マイクロプロセッサ及び駆動回路から成る制御手段としての制御部２２は、プリント基板２０上に配置されている。この制御部２２は、上述した燃料気化部１５、発電部１６及び燃料供給機構１４のバルブ３７や２次電池２１等の動作を制御するためのものである。この制御部２２は、この燃料電池システム１０の電気的な制御を行っているもので、燃料供給部１２、燃料供給機構１４、燃料気化部１５、発電部１６、２次電池２１と双方向で電気的に接続されている。２次電池２１に充電された電気は、出力端子２４により、燃料電池システムとして、カメラや携帯電話器、ノート型パーソナルコンピュータといった携帯用電子機器に接続されて電源として利用されると共に、燃料電池システムの各駆動部の電源として使用される。
【００２６】
図１は、図２のように構成された燃料電池システムがパーソナルコンピュータに適用された場合の構成を示したもので、（ａ）は正面から見た外観図、（ａ）のＡ−Ａ′線に沿った断面図である。
【００２７】
図１に於いて、パーソナルコンピュータ１は、本体部２と表示部３とから構成されている。
【００２８】
上記表示部３は、その表面部に表示装置５を備えており、内部に燃料電池用の開閉蓋１１と、上述した燃料供給部１２、燃料貯蔵部１３、燃料供給機構１４、燃料気化部１５、発電部１６、排気部１７を有した構成となっている。一方、本体部２は、プリント基板２０上に配置された２次電池２１と、制御部２２とを有して構成される。
【００２９】
上記開閉蓋１１は、上述した燃料カートリッジ３１が結合される際に開閉される蓋である。
【００３０】
次に、上述した燃料電池システム１０の各部の構成及び動作に次いで説明する。
【００３１】
図３乃至図５は燃料供給部１２の詳細な構成を示すもので、図３（ａ）は燃料カートリッジ３１の断面図、図３（ｂ）は図３（ａ）のプレート５９及びその周囲部の構造を示した図、図４（ａ）は燃料カートリッジ３１と燃料供給部１２と結合する状態を拡大して示した断面図、図４（ｂ）は燃料カートリッジ３１と燃料供給部１２とが結合した状態を示した断面図、図５（ａ）は燃料カートリッジ３１を燃料供給部１２に嵌入した状態を示した図、図５（ｂ）は図５（ａ）の状態から燃料カートリッジ３１を回転させて燃料供給部１２に装着した状態を示した図である。
【００３２】
基本構成部としては、燃料を貯留している本体４０と、本体４０の口部に気密に嵌合し、図３（ａ）に於いてＹ方向に摺動可能に保持されているスライド栓５２とから構成されている。本体４０の内部には液体燃料３６を収容する収容部４１が設けられており、その上面部４１ａには突起４５が設けられている。一方、本体４０の下部には、燃料供給部１２と嵌合するためのガイド４２及び爪４３が形成されている。また、スライド栓５２は、収容部４１の下面部４１ｂと接触する部分に鍔部５５が形成されている。このスライド栓５２は、内部に２つの通気孔４８及び５６を有している。
【００３３】
スライド栓５２の鍔部５５より下方に設けられた嵌合部５４は、本体４０のガイド４２の内側に形成された嵌合孔５３と摺設している。この嵌合孔５３の周面にはシール材、若しくは潤滑油が塗布されている。したがって、上記嵌合部５４が嵌合孔５３内に密閉された状態で、図示Ｙ方向に摺動可能になっている。また、スライド栓５２の下部の周囲にはバネ５８が巻回されている。このバネ５８は、嵌合部５４の段部５７とガイド４２の内側に形成された段部４４との間に配置されている。したがって、このバネ５８によって、スライド栓５２は常に本体４０の外側（下側）に押されている。
【００３４】
通気孔４８及び５６の一方の端部には、該通気孔４８及び５６を塞ぐように円板状のプレート５９及び６０が、それぞれ配置されている。そして、これらのプレート５９及び６０には、燃料カートリッジ３１の外側部分の通気孔の中心で、且つ通気孔４８及び５６と平行して、該通気孔よりも細い径の円柱状の突起６１及び６２が配置されている。
【００３５】
プレート５９は、図３（ｂ）に示されるように、その中心に突起６１が配置されており、この突起６１と該プレート５９の外周との間に孔６１ａ及び６１ｂが形成されている。プレート６１も、ここでは図示されないが、プレート５９と同じように２つの孔を有して構成されている。
【００３６】
上記通気孔４８は、図示Ｙ方向に延出されている通気管部４７内に形成されている。そして、この通気孔４８の他方の端部は、本体４０の内側に延出して、バルブ４９がバネ５０により押圧されることにより、通常塞がれている。また、通気孔５６の他方の端部は、嵌合孔５３内面側に向かって略Ｌ字状に形成され、該嵌合孔５３の内面により塞がれている。したがって、燃料カートリッジ３１は、密閉状態で液体燃料３６を保持することになる。
【００３７】
更に、図４（ａ）に示されるように、燃料カートリッジ３１と同様に、燃料供給部１２にも通気管部７０内に２つの通気孔７１及び７２を有している。それぞれの通気孔７１及び７２の外側端部には、パネ７３及び７４に押圧されて該通気孔を塞ぐバルブ７５及び７６が配置されており、外部に対して燃料貯蔵部２は密閉されている。
【００３８】
図４（ｂ）に示されるように、燃料カートリッジ３１を燃料供給部１２に装着する際には、燃料カートリッジ３１の円錐面で形成されたガイド４２を、燃料供給部１２の凹円錐面で形成されたガイド７７に合わせ、且つ、爪４３ａ及び４３ｂを切り欠き６６ａ及び６６ｂに合わせて挿入すると、それぞれの通気孔４８と７１、５６と７２の互いに凸、凹円錐面で形成された外側端部が気密に嵌合する。このとき、スライド栓５２は、Ｙ方向に嵌合孔５３にガイドされつつ移動し、突起４５がバルブ４９を押し下げ、また、突起６１、６２はバルブ７５、７６を互いに押し下げて、通気孔４８と７１と通気孔５６と７２を開通させる。しかしながら、この状態では、通気孔５６は嵌合孔５３により閉鎖されているため、液体燃料３６は燃料カートリッジ３１から燃料供給部１２側に供給されない（図５（ａ）参照）。
【００３９】
次に、燃料カートリッジ３１をＹ方向と平行な中心軸の廻りに回転させる（図５（ｂ）参照）と、通気孔５６は切り欠き６６ｂの位置に移動する。これにより、通気孔５６、７２が開放状態になり、液体燃料３６は燃料供給部１２側に流れ、燃料貯蔵部１３に供給される。
【００４０】
このように、燃料カートリッジ３１と燃料供給部１２は、装着前は密閉状態に保たれ、装着すると初めて通気孔が開くので、安全に液体燃料を燃料貯臓部１３に注入することができる。
【００４１】
図５は燃料カートリッジ３１の爪４３ａ及び４３ｂと燃料供給部１２の切り欠き６６ａ及び６６ｂの装着時の状態を、図３（ａ）のＹ方向とは逆方向から見た主要部を示している。図５（ａ）は燃料カートリッジ３１を燃料供給部１２に差し込んだ状態を示し、図５（ｂ）は燃料カートリッジ３１を中心軸廻りに回転して装着完了した状態を示している。
【００４２】
中心軸の回転方向の燃料カートリッジ３１と燃料供給部１２の位置は、爪４３ａの一方の端面が燃料供給部１２のストッパ８１に当接することにより決定される。また、爪４３ａには導電性の端子８２が設けられており、同様に、燃料供給部１２の溝８３の内面側に導電性の独立した端子７９ａ、７９ｂが設けられている。そして、燃料カートリッジ３１の装着完了状態で、端子８２が端子７９ａ、７９ｂを短絡し、信号線８０ａ、８０ｂを短絡する。これによって、制御部２２では、燃料カートリッジ３１が燃料供給部１２に確実に接続されていることを検出し、図示されない液晶の表示器に表示する。また、接続されていれば液体燃料３６を燃料貯蔵部１３に供給し、接続されていない場合は該燃料の供給を行わない等の制御を行う。
【００４３】
図６及び図７は、燃料貯蔵部１３と他の燃料電池システムを形成する各装置の構成を示すもので、図６（ａ）は燃料貯蔵部１３の内部機構の断面及び他の燃料電池システムとの関連を示した図、図６（ｂ）は燃料供給機構１４の移動板の部分を上から見た図、図６（ｃ）はロックレバー及びその周辺部の構成を示した図、図６（ｄ）は（ａ）の電磁バルブ及びその周辺部の構成を示した図、図７は燃料を供給した後の燃料貯蔵部１３の状態を示した断面図である。
【００４４】
燃料供給部１２の通気孔７１から流れ込んだ燃料は、図６（ａ）に示されるように、伸縮部８６と移動板８７の内側面により囲まれる空間８９内に貯留される。燃料の貯留によって押し退けられる空気は、通気孔７２を通して燃料カートリッジ３１に流れ込み、燃料カートリッジ３１と上記空間内の気圧が変動することが無く、スムーズに燃料補給が可能である。また、燃料が通気孔４７１で満たされると、燃料の供給は燃料カートリッジ３１の気圧の関係から自然に停止する。尚、移動板８７には、後述するように、ピン８７ａの他、圧縮ばね８８によって移動する該移動板８７を、図示されないガイドに沿って上下動させるためのガイドピン８７ｂ及び８７ｃが設けられている。
【００４５】
燃料が空間８９内に満たされた後、燃料カートリッジ３１を燃料貯蔵部１３より外すと、燃料供給部１２のバルブは閉鎖され、空間８９は密閉される。この状態で燃料電池を使用する機器に燃料電池を装着すると、機器側に設置された突起１００により、本体８５に設けられた軸８５ｂに回転自在に嵌合し、ロックバネ１０１により右回転方向に付勢され、本体８５に設置された突起８５ａに係合部９４ａの端部が毛係止されたたロックレバー９４の係合部９４ｂが押されて、ロックレバー９４がロックバネ１０１に抗して回転する。
【００４６】
すると、移動板８７に設けられ、本体８５のＹ方向に延出された長溝に嵌合しているピン８７ａを係止している他方の突起８５ａに係合する係合部９４ａが、同様に回転して、ピン８７ａとロックレバー９４の係合が外れる。係合が外れると、移動板８７には圧縮バネ８８の押圧力がかかり、ゴムや樹脂等の弾性材料で蛇腹状に形成された伸縮部８６に圧カがかかる。このとき、燃料供給管９６は電磁バルブ９７が閉鎖されているので、燃料そのものに圧カがかかる。
【００４７】
この状態で、電磁バルブ９７を制御部２２からの信号により開閉すると、所定量の燃料を燃料供給管９６の細径に絞り込まれた端部９８から燃料気化部１５に吐出（流出）される。尚、例えば、所定量とは１μl（マイクロリットル）程度の量が想定されるが、これに限られるものではない。そして、この制御は、電磁バルブ９７の開閉の時間制御によって可能である。
【００４８】
電磁バルブ９７は、例えば図６（ｄ）に示されるように構成される。
【００４９】
燃料供給管９６の管に垂直方向に円錐面を有する孔９６ａが設けられており、孔９６ａにバルブ１０５が嵌合することにより、燃料供給管９６の燃料の通路が閉領される。バルブ１０５は、バネ１０６で孔９６ａに係合する方向に押圧される。また、ソレノイド１０８が通電されていないときには、通路を閉鎖するように構成されている。ソレノイド１０８は、燃料供給管９６に固定されている。ソレノイド１０８が通電されると、ソレノイド１０８により発生する磁力に、バルブ１０５に固着された磁性体１０７が吸着される。これにより、バルブ１０５は通路を開放する方向に移動する。
【００５０】
図７は、燃料貯蔵部１３内の燃料を燃料電池が使い切った状態を示しており、伸縮部８６は最も縮んだ状態にある。この状態で、レバー９３を手動でＹ方向（図６（ａ）参照）と逆方向に押し下げると、空間の気圧が下がり、バルブ７５、７６は開放され、図４（ａ）に示されるキャップ６３に取り付けられたフィルタ６４を通して外気が取り入れられる。
【００５１】
この状態から更にレバー９３が押し下げられると、ピン８７ａにロックレバー９４が係り、移動板８７が所定位置に係止される。この状態で燃料が補給可能な状態となり、上述したように、燃料を燃料貯蔵部１３に補給可能となる。
【００５２】
図８及び図９は燃料気化部１５の構成を示すもので、図８は燃料気化部１５の主要部の構成を示す斜視図、図９（ａ）は主要部の断面図、図９（ｂ）は振動子１１５の動作状態を示す図である。
【００５３】
燃料供給管９６から、所定量の液体燃料３６（所定量燃料３６ａ）が振動子１１５の弾性体１１４上に吐出される。振動子１１５は、制御部２２からの超音波領域の周波信号により、屈曲共振振動を発生する。上記所定量燃料３６ａの吐出位置は、屈曲振動の略腹の位置であり、液体燃料に大振幅の超音波振動が与えられることにより瞬時に霧状化し、単板発電ユニット１２５が複数枚積層された発電部１６の方向に噴射される。
【００５４】
振動子１１５は、圧電体１１３に弾性体１１４が固着された構成となっているもので、圧電体１１３にはフレキシブル基板１２０を介して、後述するように、制御部２２からの信号が供給されるようになっている。また、この振動子１１５は、支持部１１２によって本体１１８に支持されている。圧電体１１３に信号を供給することにより、振動子１１５が振動する。
【００５５】
気化室１１０の斜面部１１８ａは、ほぼ四角錐状の内面で構成されている。この斜面部１１８ａと弾性体１１４とは、ゴム等の振動を伝え難い材質で、且つ、気密に構成可能な接続部１１７によって接続されている。
【００５６】
このように構成することで、気化室１１０は密閉に構成され、霧状にされた燃料が外部に漏れることはなく、振動子１１５の超音波振動を阻害することも無い。
【００５７】
発熱部１１１は、斜面部１１８ａを加熱するように構成されている。この加熱により、霧状にされた燃料は燃料蒸気となり、加熱による対流でも発電部１６に供給される。また、発熱部１１１は設けなくても、発電部１６で発電が開始されると、発電により発熱するので、その熱を良熱伝導体（例えば銅）で、同じく良熱伝導性の材料で作られた斜面部１１８ａに伝えても同様の効果が発揮される。
【００５８】
発電部１６で発電により発生した水等の廃物は、排出部１２６を通して排気部１７に移送される。廃物は発電部１６が発熱していることから、初期は気体であるので、排気部１７に設けられた図示されない送風ファンで排気部に送ることが可能である。排気部１７からは、外気から塵挨等が排気部１７に入り込まないように、振動子１１５を通して外部に廃物は排気される。
【００５９】
排出部１２６、排気部１７に於いては、発電部１６で発生する熱を良熱伝導性の材料で伝えると、廃物は気体の状態を保つので、より排気がスムーズになる。
【００６０】
次に、図１０に示される振動子駆動回路１４０の回路図と、図１１に示されるタイムチャート及び図１２の波形図に基づいて、本実施形態に於ける振動子１１５の駆動及びその動作について説明する。
【００６１】
ここに例示した振動子駆動回路１４０は、図１０に示される如くの回路構成を有し、その各部に於いて、図１１のタイムチャートで表す波形の信号（Ｓｉｇ１〜Ｓｉｇ４）が生成され、それらの信号に基づいて次のように制御される。また、振動子１１５を振動させるための駆動時間（Ｔｏｓｃｆ０）に関するデータは、図示されない記憶領域に記憶されている中から読み出される。
【００６２】
振動子駆動回路１４０は、図１０に例示の如く、Ｎ進カウンタ１３５、１／２分周回路１３６、インバータ１３７、複数のＭＯＳトランジスタＱ１、Ｑ２、Ｑ３、トランス１３８及び抵抗Ｒ１から構成されている。
【００６３】
上記トランス１３８は、その１次側に接続されたトランジスタＱ２及びトランジスタのオン／オフ切り替え動作によって、そのトランス１３８の２次側に所定周期の信号（Ｓｉｇ４）が発生するように構成されている。また、この所定周期の信号に基づいて振動子１１５を駆動させ、弾性体１１４を固着した振動子１１５を共振させるようになっている。
【００６４】
マイクロコンピュータ（マイコン）１３０は、制御ポートとして設けられた２つのＩＯポートＰ＿ＰｗＣｏｎｔ及びＩＯポートＤ＿ＮＣｎｔと、このマイコン１３０内部に存在するクロックジェネレータ１３１を介して、振動子駆動回路１４０を次のように制御する。クロックジェネレータ１３１は、圧電体（電気機械変換素子であれば圧電体でなくともよい）１１３へ印加する信号周波数より充分に早い周波数でパルス信号（基本クロック信号）をＮ進カウンタ１３５へ出力する。この出力信号が、図１１中のタイムチャートが表す波形の信号Ｓｉｇ１である。そして、この基本クロック信号は、Ｎ進カウンタ１３５へ入力される。
【００６５】
Ｎ進カウンタ１３５は、当該パルス信号をカウントし所定の値“Ｎ”に達する毎にカウント終了パルス信号を出力する。すなわち、基本クロック信号を１／Ｎに分周することになる。この出力信号が、図１１中のタイムチャートが表す波形の信号Ｓｉｇ２である。この分周されたパルス信号は、ＨｉｇｈとＬｏｗのデューティ比が１：１ではない。そこで、１／２分周回路１３６を通してデューティ比を１：１へ変換する。尚、この変換されたパルス信号は、図１１中のタイムチャートが表す波形の信号Ｓｉｇ３に対応する。この変換されたパルス信号のＨｉｇｈ状態に於いて、この信号が入力されたＭＯＳトランジスタＱ２がオンする。
【００６６】
一方、トランジスタＱ３へは、インバータ１３７を経由して、このパルス信号が印加される。したがって、パルス信号のＬｏｗ状態に於いて、この信号が入力されたトランジスタＱ３がオンする。トランス１３８の１次側に接続されたトランジスタＱ２とトランジスタＱ３が交互にオンすると、２次側には、図１１中のタイムチャートが表す信号Ｓｉｇ４の如き周期の信号が発生する。
【００６７】
トランス１３８の巻線比は、電源回路１４２のユニットの出力電圧と圧電体１１３の駆動に必要な電圧から決定される。尚、抵抗Ｒ１は、トランス１３８に過大な電流が流れることを制限するために設けられている。
【００６８】
圧電体１１３を駆動するに際しては、トランジスタＱ１がオン状態にあり、電源回路１４２のユニットからトランス１３８のセンタタップに電圧が印加されていなければならない。図中トランジスタＱ１のオン／オフ制御は、ＩＯポートのＰ＿ＰｗＣｏｎｔを介して行われる。Ｎ進カウンタ１３５の設定値“Ｎ”は、ＩＯポートＤ＿ＮＣｎｔから設定でき、よって、マイコン１３０は、設定値“Ｎ”を適宜に制御することで、圧電体１１３の駆動周波数を任意に変更可能である。
【００６９】
このとき、下記（１）式によって周波数は算出可能である。  
Ｎ：カウンタへの設定値、  
ｆｐｌｓ：クロックジェネレータの出力パルスの周波数、  
ｆｄｒｖ：電気機械変換素子へ印加される信号の周波数、  
ｆｄｒｖ  ＝  ｆｐｌｓ／２Ｎ                                    …（１）  
尚、この式に基づいた演算は、マイコン１３０のＣＰＵ（制御部）で行われる。
【００７０】
このように、所定の吐出量を超音波振動子の最も振動速度の大きな部分に吐出させて、吐出させた量全てを一瞬に霧状化するといった動作を繰り返し、しかも吐出方向はこの時にコントロール可能なので、その方向に燃料を吸着させたい発電部の発電セルを置けば、効率的に燃料の移送も同時に可能である。
【００７１】
加えて、吐出量が小さいので、装置を極めて小型にすることができるうえ、消費電力も小さくて済むので、携帯用の電子機器に最適である。
【００７２】
また、このようにすると、燃料電池が色々な姿勢をとっても効果には大きな影響は無く、また、燃料が燃料電池内で移動して音や振動が発生することがない。これは、吐出量をあるレベル以下にすれば、液滴は振動子の表面に付着し、重力がかかっても、多少の外部からの振動が加わっても振動子から離れることはないからである。
【００７３】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形実施が可能であるのは勿論である。
【００７４】
更に、上述した実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件の適当な組合せにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成も発明として抽出され得る。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】本発明の一実施形態に係る燃料電池システムがパーソナルコンピュータに適用された場合の構成を示したもので、（ａ）は正面から見た外観図、（ａ）のＡ−Ａ′線に沿った断面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る燃料電池システムの概念を示したブロック構成図である。
【図３】燃料供給部１２の詳細な構成を示すもので、（ａ）は燃料カートリッジ３１の断面図、（ｂ）は（ａ）のプレート５９及びその周囲部の構造を示した図である。
【図４】燃料供給部１２の詳細な構成を示すもので、（ａ）は燃料カートリッジ３１と燃料供給部１２と結合する状態を拡大して示した断面図、（ｂ）は燃料カートリッジ３１と燃料供給部１２とが結合した状態を示した断面図である。
【図５】燃料供給部１２の詳細な構成を示すもので、（ａ）は燃料カートリッジ３１を燃料供給部１２に嵌入した状態を示した図、（ｂ）は（ａ）の状態から燃料カートリッジ３１を回転させて燃料供給部１２に装着した状態を示した図である。
【図６】燃料貯蔵部１３と他の燃料電池システムを形成する各装置の構成を示すもので、（ａ）は燃料貯蔵部１３の内部機構の断面及び他の燃料電池システムとの関連を示した図、（ｂ）は燃料供給機構１４の移動板の部分を上から見た図、（ｃ）はロックレバー及びその周辺部の構成を示した図、（ｄ）は（ａ）の電磁バルブ及びその周辺部の構成を示した図である。
【図７】燃料貯蔵部１３と他の燃料電池システムを形成する各装置の構成を示すもので、燃料を供給した後の燃料貯蔵部１３の状態を示した断面図である。
【図８】燃料気化部１５の構成を示すもので、燃料気化部１５の主要部の構成を示す斜視図である。
【図９】燃料気化部１５の構成を示すもので、（ａ）は主要部の断面図、（ｂ）は振動子１１５の動作状態を示す図である。
【図１０】振動子駆動回路１４０の回路図である。
【図１１】振動子の動作を説明するタイミングチャートである。
【図１２】振動子へ連続的に供給される共振周波数の波形を表すグラフである。
【符号の説明】
【００７６】
１…パーソナルコンピュータ（パソコン）、２…本体部、３…表示部、５…表示装置、１０…燃料電池システム、１１…開閉蓋、１２…燃料供給部、１３…燃料貯蔵部、１４…燃料供給機構、１５…燃料気化部、１６…発電部、１７…排気部、２１…２次電池、２２…制御部、３０…燃料電池、３１…燃料カートリッジ、３６…液体燃料、４０…本体、４１…収容部、４８、５６、７１、７２…通気孔、５２…スライド栓。
【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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