(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体燃料を収容する燃料カートリッジであって、
前記液体燃料と、当該液体燃料が気化した燃料ガスとを分離する気液分離膜を含み、
前記気液分離膜により分離された前記燃料ガスを収容するガス収容室をさらに含む、
ことを特徴とする燃料カートリッジ。
【請求項２】
前記燃料カートリッジの温度を測定する温度測定部と、
前記温度測定部により測定された温度に応じて、前記気液分離膜の露出度を調整するシャッタをさらに含む、ことを特徴とする請求項１に記載の燃料カートリッジ。
【請求項３】
前記気液分離膜により分離された前記燃料ガスを当該燃料カートリッジの外部に排出する排出口を含むことを特徴とする請求項１に記載の燃料カートリッジ。
【請求項４】
前記燃料カートリッジの温度を測定する温度測定部と、
前記温度測定部により測定された温度に応じて、前記排出口からの前記燃料ガスの排出量を調整する排出量制御部を備えることを特徴とする請求項３に記載の燃料カートリッジ。
【請求項５】
前記温度測定部は、
測定した温度が高いときには前記シャッタまたは前記排出量制御部の開口度を高くし、
測定した温度が低いときには前記シャッタまたは前記排出量制御部の開口度を低くすることを特徴とする請求項２または４に記載のカードリッジ。
【請求項６】
前記燃料カートリッジから燃料が供給される燃料容器と、
前記燃料容器内の燃料ガスを回収するガス処理部とを備え、
前記ガス処理部と前記燃料容器とは、気液分離膜を介して接続していることを特徴とする請求項１乃至５に記載の燃料電池。
【請求項７】
前記ガス処理部は、前記燃料ガスを酸化し、二酸化炭素と水に変換して外部に放出する触媒層を備えていることを特徴とする請求項６に記載の燃料電池。
【請求項８】
前記燃料容器と前記燃料カートリッジとは、燃料通路を介して連結され、
前記ガス処理部が前記燃料通路上に設けられていることを特徴とする請求項６乃至７に記載の燃料電池。
【請求項９】
前記燃料カートリッジは、離脱可能に取り付けられたことを特徴とする請求項６乃至８に記載の燃料電池。
【請求項１０】
請求項６乃至９に記載の燃料電池を含む携帯型電気機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料カートリッジ、当該燃料カートリッジが装着された燃料電池、および当該燃料電池を含む携帯型電気機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、燃料極および酸化剤極と、これらの間に設けられた電解質から構成され、燃料極には燃料が、酸化剤極には酸化剤が供給されて電気化学反応により発電する。燃料としては、一般的には水素が用いられるが、近年、安価で取り扱いの容易なメタノールを燃料として直接利用する直接型の燃料電池の開発も盛んに行われている。【０００３】
燃料として水素を用いた場合、燃料極での反応は以下の式（１）のようになる。【０００４】
３Ｈ2  →  ６Ｈ+  ＋  ６ｅ-    （１）【０００５】
燃料としてメタノールを用いた場合、燃料極での反応は以下の式（２）のようになる。【０００６】
ＣＨ3ＯＨ  ＋  Ｈ2Ｏ  →  ６Ｈ+  ＋  ＣＯ2  ＋  ６ｅ-    （２）【０００７】
また、いずれの場合も、酸化剤極での反応は以下の式（３）のようになる。【０００８】
３／２Ｏ2  ＋  ６Ｈ+  ＋  ６ｅ-  →  ３Ｈ2Ｏ    （３）【０００９】
特許文献１には、燃料電池を携帯型電子機器の電源とする場合に、燃料を燃料電池に供給するための燃料カートリッジを用いる例が開示されている。
【特許文献１】特開２００３−９２１２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
このように、燃料電池に離脱可能に構成された燃料カートリッジが使用されるようになってきた。しかし、液体燃料を収容した燃料カートリッジの温度が上昇すると、液体燃料がガス化して膨張し、燃料カートリッジ内の圧力が高くなるという問題がある。これにより、燃料カートリッジから燃料電池本体に供給される燃料の量を適切に制御することができないという課題が生じる。とくに、燃料電池を携帯型の電気機器の電源とする場合、種々の環境下で燃料電池を用いるため、周囲の温度変化が燃料電池に与える影響が大きくる。また、燃料カートリッジからポンプを介して燃料電池本体に燃料を供給する場合に、燃料カートリッジから排出される燃料の量が制御できないと、ポンプに負荷がかかるという問題もあった。【００１１】
本発明は上記事情を踏まえてなされたものであり、液体燃料を収容する燃料カートリッジを用いた燃料電池の操作性を向上させる技術に関する。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明によれば、液体燃料を収容する燃料カートリッジであって、液体燃料と、当該液体燃料が気化した燃料ガスとを分離する気液分離膜を含むことを特徴とする燃料カートリッジが提供される。【００１３】
燃料カートリッジにこのような気液分離膜を設けることにより、液体燃料は気液分離膜により隔てられるので、燃料ガスが分離された側に外部からの吸入口等を設けても、液体燃料が外部に漏れ出すのを防ぐことができる。ここで、燃料カートリッジは、燃料電池に固定、または離脱可能に装着される。【００１４】
本発明の燃料カートリッジは、気液分離膜により分離された燃料ガスを収容するガス収容室をさらに含むことができる。このような構成とすることにより、燃料ガスを燃料カートリッジ内に収容しておくことができ、液体燃料から分離した燃料ガスがそのまま大気中に放出されるのを防ぐことができる。【００１５】
本発明の燃料カートリッジは、気液分離膜の露出度を調整するシャッタをさらに含むことができる。【００１６】
このようなシャッタを設け、シャッタの開口度を調整することにより、燃料カートリッジ周辺の温度や液体燃料の燃料電池本体への供給量等に応じて、気液分離膜の露出度を調整することができ、燃料カートリッジ内の圧力を適切に保つことができる。【００１７】
本発明の燃料カートリッジは、気液分離膜により分離された燃料ガスを当該燃料カートリッジの外部に排出する排出口をさらに含むことができる。これにより、燃料カートリッジ内の圧力を適切に保つことができる。【００１８】
本発明の燃料カートリッジは、排出口からの燃料ガスの排出量を調整する排出量調整機構をさらに含むことができる。これにより、燃料カートリッジ周辺の温度等に応じて、燃料カートリッジ内の圧力を適切に保つことができる。【００１９】
本発明によれば、液体燃料を収容する燃料カートリッジと、燃料カートリッジに収容された液体燃料が気化した燃料ガスを回収する回収部と、燃料カートリッジから回収部への燃料ガスの排出量を制御する排出量制御部と、を含むことを特徴とする燃料電池が提供される。【００２０】
このような構成とすることにより、燃料カートリッジ内の圧力を適切に保つことができる。【００２１】
本発明の燃料電池は、回収部に回収された燃料ガスを大気中に排出する排出通路と、排出通路に設けられ、燃料ガスを酸化する酸化処理部と、をさらに含むことができる。【００２２】
これにより、燃料ガスや電気化学反応により生じた複生成物を酸化してから大気中に放出することができるので、環境等への影響を低減することができる。【００２３】
本発明の燃料電池において、燃料カートリッジには、液体燃料と、燃料ガスとを分離する気液分離膜を設けることができ、気液分離膜により分離された燃料ガスが回収部に回収されるように構成することができる。【００２４】
これにより、燃料カートリッジに収容された液体燃料と燃料ガスとの燃料カートリッジからの排出量を個別に制御することができる。【００２５】
本発明によれば、液体燃料を収容し、液体燃料と、液体燃料が気化した燃料ガスとを分離する気液分離膜が設けられた燃料カートリッジと、燃料カートリッジにおいて、気液分離膜により分離された燃料ガスを回収する回収部と、回収部に回収された燃料ガスを大気中に排出する排出通路と、排出通路に設けられ、燃料ガスを酸化する酸化処理部と、を含むことを特徴とする燃料電池が提供される。【００２６】
本発明の燃料電池において、燃料カートリッジは、上述したいずれかに記載の燃料カートリッジとすることができる。【００２７】
本発明の燃料電池において、燃料カートリッジは、離脱可能に取り付けられた構成とすることができる。【００２８】
本発明によれば、上述したいずれかに記載の燃料電池を含む携帯型電気機器が提供される。【００２９】
本発明によれば、液体燃料を収容する燃料カートリッジを利用する燃料電池の運転方法であって、液体燃料が気化した燃料ガスを気液分離膜を介して燃料カートリッジから排出することを特徴とする燃料電池の運転方法が提供される。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、液体燃料を収容した燃料カートリッジを用いる燃料電池において、液体燃料が気化した燃料ガスを液体燃料から分離したり、燃料カートリッジから調整して排出することができるので、燃料電池の操作性を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。なお、すべての図面において、同様の構成要素には同様の符号を付し、以下の説明において詳細な説明を適宜省略する。【００３２】
本発明の実施の形態における燃料電池は、携帯電話、ノート型等の携帯型パーソナルコンピュータ、ＰＤＡ（Personal Digital Assistant）、各種カメラ、ナビゲーションシステム、ポータブル音楽再生プレーヤ等の小型電気機器に適用可能である。本実施の形態における燃料電池は、燃料極に液体燃料が供給される直接型の燃料電池である。また、燃料電池は、離脱可能な燃料カートリッジを使用する。【００３３】
（第一の実施の形態）
図１は、本実施の形態における燃料カートリッジを示す図である。
図１（ａ）は側面断面図を示す。燃料カートリッジ１４００は、燃料１２４を収容する燃料収容部１４０２と、注入口１４１２と、ガス排気管１４１０と、ガス排気口１４１４とを有する。燃料収容部１４０２は、区画部材１４０６および気液分離膜１４０８により、液体収容室１４０２ａおよびガス収容室１４０２ｂに分割される。ガス排気管１４１０は、ガス収容室１４０２ｂに接続して設けられる。また、ガス収容室１４０２ｂには、外部からの空気を取り込む吸気口１４０９が設けられている。図示していないが、吸気口１４０９には、外部から燃料カートリッジ１４００の方向にのみ気体が導入され、逆方向には気体が流れないように構成された逆止弁が設けられる。これにより、燃料収容部１４０２内が減圧状態になるのを防ぐとともに、吸気口１４０９から燃料ガスが排出されるのを防ぐことができる。【００３４】
本実施の形態において、燃料１２４は、たとえばメタノール、エタノール、ジメチルエーテル、または他のアルコール類、あるいはシクロパラフィン等の液体炭化水素等の液体燃料である。液体燃料は、水溶液とすることもできる。【００３５】
気液分離膜１４０８は、たとえば、ポリエーテルスルホンやアクリル共重合体などからなる疎水性膜である。このような気液分離膜１４０８としては、ゴアテックス（ジャパンゴアテックス(株)社製）（登録商標）、バーサポア（日本ポール社製）（登録商標）、スーポア（日本ポール(株)社製）（登録商標）などが例示される。【００３６】
燃料収容部１４０２を気液分離膜１４０８により液体収容室１４０２ａとガス収容室１４０２ｂとに分割することにより、液体収容室１４０２ａに収容された燃料１２４が気化して燃料ガスとなると、燃料ガスは気液分離膜１４０８を通過してガス収容室１４０２ｂに導入される。ガス収容室１４０２ｂに導入された燃料ガスは、ガス排気管１４１０を通じてガス排気口１４１４から燃料カートリッジ１４００外に排出される。【００３７】
ここでは図示していないが、注入口１４１２およびガス排気口１４１４には、燃料カートリッジ１４００の非使用時に燃料１２４や燃料ガスが外部に漏れ出さないように、キャップが設けられる。燃料カートリッジ１４００のキャップは、高密度ゴムやセプタム等により構成される。また、燃料カートリッジ１４００は、液体収容室１４０２ａに、液体燃料を再充填可能に構成される。液体燃料は、注入口１４１２からシリンジ等を用いて導入することもでき、また他の部分に液体燃料の導入口を設けた構成とすることもできる。【００３８】
図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ'断面図である。気液分離膜１４０８の面積は、燃料カートリッジ１４００に収容する燃料１２４の濃度や容量に応じて適宜設定することができる。【００３９】
図２は、燃料カートリッジ１４００を取り付けた燃料電池の構成を示す図である。
燃料電池１００は、単位セル１０１と、単位セル１０１および燃料１２４を収容する燃料容器８１１と、ガス処理部８０４とを含む。燃料カートリッジ１４００は、燃料容器８１１の所定の取り付け箇所に装着される。【００４０】
単位セル１０１は、燃料極１０２および酸化剤極１０８と、これらの間に設けられた固体電解質膜１１４とを含む。単位セル１０１は、燃料極１０２に燃料１２４が、酸化剤極１０８に酸化剤がそれぞれ供給されて電気化学反応により発電する。酸化剤としては、通常、空気を用いることができるが、酸素ガスを供給してもよい。【００４１】
ガス処理部８０４は、燃料容器８１１内に生じたガスを酸化し、二酸化炭素と水に変換して外部に放出する。これにより、未反応の燃料ガスや電気化学反応により生じたギ酸等の副生成物を無害な二酸化炭素に処理して大気中に放出することができる。ガス処理部８０４については後述する。【００４２】
図３は、燃料電池１００における燃料カートリッジ１４００の取り付け箇所の一例を模式的に示す図である。
燃料電池１００は、カートリッジ装着台１４１５と、カートリッジ装着台１４１５に取り付けられた第一の中空針１４１７と、第二の中空針１４１９とを有する。第一の中空針１４１７および第二の中空針１４１９は、燃料容器８１１と連通するように設けられる。【００４３】
このように構成されたカートリッジ装着台１４１５に燃料カートリッジ１４００が装着されると、第一の中空針１４１７および第二の中空針１４１９が燃料カートリッジ１４００のキャップを穿刺し、燃料カートリッジ１４００の液体収容室１４０２ａ（図１）とガス収容室１４０２ｂ（図１）がそれぞれ燃料容器８１１と連通する。なお、ここでは、図示していないが、カートリッジ装着台１４１５と燃料容器８１１との間にはポンプを設けることができ、ポンプにより、燃料カートリッジ１４００内の燃料１２４が燃料容器８１１に供給することができる。【００４４】
次に、図１〜図３を参照して、以上のように構成された燃料電池１００の動作を説明する。
上述したように、燃料カートリッジ１４００がカートリッジ装着台１４１５に装着されると、液体収容室１４０２ａとガス収容室１４０２ｂがそれぞれ第一の中空針１４１７と第二の中空針１４１９とを介して燃料容器８１１と連通される。これにより、液体収容室１４０２ａに収容された燃料１２４およびガス収容室１４０２ｂに収容された燃料ガスが燃料容器８１１に導入される。【００４５】
また、燃料電池１００を運転させると、単位セル１０１の電気化学反応により、燃料容器８１１内ではギ酸、ギ酸メチル、ホルムアルデヒド等のガスが発生する。これらのガスは、燃料ガスとともにガス処理部８０４に回収され、ガス処理部８０４で処理された後に大気中に放出される。【００４６】
本実施の形態において、燃料カートリッジ１４００の燃料収容部１４０２でガス化された燃料ガスがガス排気管１４１０を介して燃料カートリッジ１４００外に排出され、燃料電池１００の燃料容器８１１に収容されるので、燃料カートリッジ１４００内の圧力を適度に保つことができる。また、燃料カートリッジ１４００から排出された燃料ガスは燃料電池１００の燃料容器８１１に収容されるので、燃料電池１００の温度によっては液化して燃料１２４として利用することができる。また燃料ガスが液化しない場合でも、ガス処理部８０４で処理された後に大気中に放出されるので、環境への影響等を低減することができる。【００４７】
次に、ガス処理部８０４の具体的な構成を説明する。図４は、ガス処理部８０４の構成を示す断面図である。
ガス処理部８０４は、単位セル１０１の電気化学反応により生じた反応生成物、副生成物、および未反応の燃料ガスなどのガス８０２を捕集する容器８０１と、この容器８０１内に設けられ、容器８０１内に捕集されたガスを酸化させる触媒層８０５とを含む。【００４８】
ここで、触媒層８０５に含まれる触媒としては、Ｐｔ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｗ、Ａｕ、Ｐｂ、Ｂｉのうちの少なくとも一種を含む金属、合金、またはそれらの酸化物などが例示される。【００４９】
本実施の形態において、触媒層８０５は、カーボンペーパー等の基体に塗布した形態とすることができる。この場合、触媒は、少なくともカーボンペーパーの一部を被覆していればよい。触媒は、一般的に用いられている含浸法によって炭素粒子に担持させることができる。触媒を担持する炭素粒子としては、アセチレンブラック（デンカブラック（電気化学社製）（登録商標）、ＸＣ７２（Vulcan社製）等）、ケッチェンブラック、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン等が例示される。触媒層８０５は、触媒を担持させた炭素粒子を溶媒に分散させてペースト状とした後、これを基体に塗布、乾燥させることによって得ることができる。また、基体としては、カーボンペーパーの他に、カーボンの成形体、カーボンの焼結体、焼結金属、発泡金属等の多孔性基体を用いることができる。【００５０】
また、触媒層８０５は、触媒を多孔質金属シートなどに担持させた形態とすることもできる。多孔質金属シートとしては、金属繊維シートを用いてもよい。この場合、金属繊維シートは、金属繊維を圧縮成形し、また必要に応じて圧縮焼結することにより得ることができる。【００５１】
また、たとえば電気化学的エッチングや化学的エッチング等のエッチングを用いて、多孔質金属シートを構成する金属の表面に微細な凹凸構造を形成してもよい。このような凹凸構造が形成された金属により構成された多孔質金属シートに、たとえば、電気めっき、無電解めっき等のめっき法、真空蒸着、化学蒸着（ＣＶＤ）等の蒸着法を用いて触媒となる金属を担持させることができる。【００５２】
燃料電池１００は、燃料容器８１１と容器８０１との間に介在する気液分離膜８１５をさらに含む。気液分離膜８１５は、燃料カートリッジ１４００の気液分離膜１４０８（図１参照）と同様の材料により構成することができる。【００５３】
ガス処理部８０４において、容器８０１は、触媒層８０５により、上室８０１ａと下室８０１ｂとに分割される。上室８０１ａの上端には処理済みガス８０６を排出する排気口８０７が形成される。【００５４】
下室８０１ｂには、酸素８１６を供給する酸素供給口８１７が形成され、図示しない酸素供給手段から酸素８１６が供給される。また、酸素供給口８１７からは、酸素を含む空気を供給することもでき、その他の気体を供給することもできる。酸素供給口８１７から何らかの気体を供給する構成とすることにより、容器８０１内に気流を生じさせることができ、容器８０１に排出されたガス８０２を排気口８０７から排出させる処理を促進することもできる。さらに、本実施の形態では、酸素供給手段により酸素を供給する構成としたが、酸素供給手段を含むことなく、単に、外気を取り込む構成とすることもできる。【００５５】
次に、このように構成されたガス処理部８０４の作用を説明する。
燃料容器８１１において、単位セル１０１の電気化学反応により燃料極１０２で二酸化炭素が発生し、燃料容器８１１に滞留する。また、未反応の燃料１２４中に含まれる例えばメタノール等のアルコールの一部が蒸発し、燃料ガスとなる。さらに、上述したように、燃料カートリッジ１４００で発生した燃料ガスも燃料容器８１１に導入される。このように、燃料１２４がガス化する際、ギ酸（ＨＣＯＯＨ）、ギ酸メチル（ＨＣＯＯＣＨ3）、ホルムアルデヒド（ＨＣＯＨ）などの副生成物も発生することがある。【００５６】
容器８０１には、燃料容器８１１内で発生したこれらのガス８０２が気液分離膜８１５を介して導入される。容器８０１内に捕集されたガス８０２は、たとえば以下の式（４）〜（７）に示すように、触媒層８０５により酸化される。【００５７】
ＣＨ3ＯＨ  ＋３／２Ｏ2  →  ＣＯ2  ＋  ２Ｈ2Ｏ    （４）【００５８】
ＨＣＯＯＨ  ＋１／２Ｏ2  →  ＣＯ2  ＋  Ｈ2Ｏ    （５）【００５９】
ＨＣＯＯＣＨ3  ＋  ２Ｏ2  →  ２ＣＯ2  ＋  ２Ｈ2Ｏ    （６）【００６０】
ＨＣＯＨ  ＋Ｏ2  →  ＣＯ2  ＋  Ｈ2Ｏ    （７）【００６１】
このように、ガス８０２に含まれる未反応燃料ガスおよび副生成物は酸化され、二酸化炭素および水が生成される。このようにして酸化された処理済みガス８０６は、排気口８０７を介して外部に放出される。ここで、酸素供給口８１７から酸素８１６を供給することにより、触媒層８０５によるガス８０２の酸化を促進することができる。【００６２】
図５は、ガス処理部８０４の他の例を示す図である。
ここでは、ガス処理部８０４は、ワイヤーウール形状の触媒８３５を含む。触媒８３５は、排出通路８３１の上端に設けられた排気口８０７内に充填されている。【００６３】
本実施の形態において、ワイヤーウール形状の触媒８３５は、図４を参照して説明した触媒層８０５に含まれる触媒と同様の金属、合金、またはそれらの酸化物とすることができる。【００６４】
このように、燃料容器８１１から排出されるガス８０２を酸化することのできる構成であれば、触媒８３５はどのような形状とすることもできる。たとえば、上述した金属、合金、またはその他の酸化物により構成されたワイヤを網状に形成したものを用いることもでき、ワイヤ線の形状のまま用いることもできる。【００６５】
また、ガス処理部８０４は、図６に示したように、加熱部８４１をさらに含むこともできる。加熱部８４１は、たとえばヒータとすることができ、排出通路８３１において、触媒８３５近傍を加熱するように配置されるのが好ましい。このようにすれば、触媒８３５に付着したガス８０２を効率よく確実に酸化させることができる。また、加熱部８４１は、排出通路８３１の周囲に設置された加熱用ヒータとすることもでき、排出通路８３１内のガス８０２を一旦、加熱部８４１に取り込み、加熱して、排出通路８３１に戻す構成にしてもよい。また、酸素供給口８１７から供給される酸素を加熱して供給する構成とすることもできる。これにより、触媒８３５によるガス８０２の酸化を促進することができる。【００６６】
このような加熱部による処理は、燃料容器８１１から排出されたガス８０２を処理する際に常時行うようにすることもできるが、たとえばある一定期間燃料電池の運転を行った後に定期的に行うようにすることもできる。燃料電池１００を長時間運転することにより、触媒８３５には、酸化しきれなかった成分や液状化した成分が付着して酸化効率が落ちることもある。そのような場合に、触媒８３５に付着したガス８０２を効率よく除去することにより、触媒８３５の酸化機能を元に戻すことができる。これにより、触媒８３５の耐久性を高めることができる。【００６７】
以上のように、本実施の形態における燃料電池１００は、ガス処理部８０４を有するので、燃料カートリッジ１４００から排出された燃料ガスや燃料電池１００で発生したガスを酸化処理して排出することができる。これにより、環境への影響等を低減することができ、燃料電池の保全性および信頼性を向上させることができる。【００６８】
図７は、以上で説明した燃料電池を搭載した電気機器の一例を示す模式図である。本実施の形態における電気機器は、携帯型パーソナルコンピュータである。
携帯型パーソナルコンピュータ２１０は、底面部に燃料電池１００が設けられており、背面部に燃料カートリッジ１４００が装着された構成となっている。本実施の形態において、燃料カートリッジ１４００に気液分離膜１４０８が設けられているので、このような携帯型のパーソナルコンピュータに取り付けられ、持ち運び時やコンピュータ使用時に傾けられたりしても、液体燃料が燃料カートリッジ１４００から漏れ出すことなく、操作性を良好にすることができる。【００６９】
（第二の実施の形態）
図８は、本実施の形態における燃料電池１００の構成を示すブロック図である。
本実施の形態における燃料電池１００は、燃料カートリッジ１４００から排出される燃料ガスの排出量を制御する機構を有する。【００７０】
燃料電池１００は、ガス収容室１４０２ｂから排出される燃料ガスの排出量を制御する排出量制御部１４１８と、液体収容室１４０２ａの温度を測定する温度測定部１４１６とをさらに含む。【００７１】
排出量制御部１４１８は、図９に示すように、たとえば燃料カートリッジ１４００のガス排気口１４１４と連通した第二の中空針１４１９と燃料容器８１１との連通部分を開閉するシャッタ１４１８ａを含む。排出量制御部１４１８は、温度測定部１４１６により測定された液体収容室１４０２ａの温度に応じて、シャッタ１４１８ａの開閉を制御する。
これにより、ガス収容室１４０２ｂからの燃料ガスの排出量が制御される。【００７２】
たとえば、液体収容室１４０２ａの温度が高くなると、燃料カートリッジ１４００内の圧力が高くなる。このような場合、排出量制御部１４１８は、シャッタ１４１８ａの開口度を高くする。これにより、ガス収容室１４０２ｂからの燃料ガスの排出量が高くなり、燃料カートリッジ１４００内の圧力を適正にすることができる。一方、液体収容室１４０２ａの温度が低い場合、燃料カートリッジ１４００内の圧力も低くなる。このような場合、排出量制御部１４１８は、シャッタ１４１８ａの開口度を低くする。【００７３】
また、排出量制御部１４１８は、燃料電池１００の運転が行われていないときにはシャッタ１４１８ａを閉じ、燃料電池１００の運転が開始されたときにシャッタ１４１８ａを開口するように制御することもできる。【００７４】
また、図１０および図１１に示すように、燃料カートリッジ１４００の気液分離膜１４０８上にシャッタ部１４２０を設け、温度に応じて気液分離膜１４０８の露出度を制御する構成とすることもできる。図１０は、スライド式シャッタの構成を模式的に示した断面図であり、図１１は、図１０のスライド式シャッタの正面図である。図１０（ａ）および図１１（ａ）は、シャッタが閉じた状態を示し、図１０（ｂ）および図１１（ｂ）は、シャッタが開いた状態を示す。ここでは、燃料カートリッジ１４００の気液分離膜１４０８が矩形である場合を例として示す。【００７５】
シャッタ部１４２０は、通気プレート１０１１と、この通気プレート１０１１のスリットを開閉可能に構成された閉鎖部１０１２とを含む。通気プレート１０１１は、気液分離膜１４０８とほぼ同じ大きさに形成される。【００７６】
このように構成されたシャッタ部１４２０において、閉鎖部１０１２は、図示しない回転支持軸を介してロッドに接続され、リニアモータによりロッドが推進されることにより、通気プレート１０１１に当接し、リニアモータによりロッドが後退されることにより通気プレート１０１１から離隔する。これにより、通気プレート１０１１のスリットが開閉され、気液分離膜１４０８の露出度が制御される。このような回転支持軸、ロッド、リニアモータ等は燃料電池１００本体側に設けられていてよく、燃料カートリッジ１４００が取り付けられたときに、燃料カートリッジ１４００のシャッタ部１４２０と協動するように構成されてよい。【００７７】
図１５は、シャッタ部１４２０の他の例を示す図である。
ここでは、閉鎖部１０１２をスライドさせることにより、通気プレート１０１１のスリットを開閉する。図１５（ａ）は通気プレート１０１１のスリットを閉じた状態、図１５（ｂ）は通気プレート１０１１のスリットを開いた状態を示す。閉鎖部１０１２には、閉鎖部１０１２をスライドさせる可動ベルト１４２２が接続されている。【００７８】
図１５（ｃ）は、閉鎖部１０１２を可動する機構を示す図である。燃料カートリッジ１４００の側壁には、上述した可動ベルト１４２２が収容される。可動ベルト１４２２の先端部１４２２ａは、燃料電池本体側のカートリッジ装着台１４１５に設けられた本体側可動ベルト１４２４の先端部１４２４ａと連結される。本体側可動ベルト１４２４は、燃料電池本体に設けられたモータに接続され、モータの駆動により上下に可動する。これにより、図１５（ａ）および図１５（ｂ）に示したように、閉鎖部１０１２が移動し、通気プレート１０１１のスリットが開閉される。【００７９】
図１２は、シャッタ部１４２０の他の例を示す図である。気液分離膜１４０８が円形の場合、シャッタ部１４２０は、複数の扇形の閉鎖弁を含む構成とすることができる。図１２（ａ）は、シャッタが開いた状態を示し、図１２（ｂ）は、シャッタが閉じた状態を示す。図１２（ａ）に示すように、シャッタを開く場合、これらの閉鎖弁は一つの閉鎖弁の下方または上方に重なるように折り畳まれて収納される。シャッタを閉じる場合、複数の閉鎖弁が広げられ、気液分離膜１４０８の表面がシャッタにより覆われる。図１２（ｂ）では、気液分離膜１４０８の半分が覆われた状態を示しているが、気液分離膜１４０８の全面を覆うような構成とすることもできる。【００８０】
たとえば、排出量制御部１４１８は、燃料カートリッジ１４００の温度が高い場合、燃料カートリッジ１４００内の圧力が高くなるので、図１２（ａ）に示すように、シャッタ部１４２０の開口度を高くして液体収容室１４０２ａ内の液体燃料がガス収容室１４０２ｂに排出されやすいようにすることができる。一方、排出量制御部１４１８は、燃料カートリッジ１４００の温度が低い場合、図１２（ｂ）に示すように、燃料収容部１４０２の開口度を低くすることができる。【００８１】
以上の例では、温度測定部１４１６が測定した燃料カートリッジ１４００の温度に応じて排出量制御部１４１８が燃料カートリッジ１４００から排出される燃料ガスの排出量を制御する例を説明したが、シャッタ１４１８ａやシャッタ部１４２０の開閉は、温度により形状が変化する材料により構成されたスイッチのオン／オフにより行うこともできる。温度により形状が変化する材料としては、バイメタル、形状記憶合金、熱膨張剤、バネ、または感温フェライト等を用いることができる。【００８２】
図１３は、バイメタルにより開閉が制御されるシャッタ１４１１がガス排気管１４１０に設けられた燃料カートリッジ１４００を示す図である。図１３（ａ）に示すように、シャッタ１４１１は、温度が基準温度より低い場合、ガス収容室１４０２ｂとガス排気管１４１０との間の連通を閉じるように構成される。また、図１３（ｂ）に示すように、シャッタ１４１１は、温度が基準温度以上となった場合、ガス収容室１４０２ｂとガス排気管１４１０との間の連通を開くように構成される。【００８３】
以上のように、本実施の形態における燃料電池１００は、燃料カートリッジ１４００から排出される燃料ガスの排出量を制御する機構を有する。そのため、燃料カートリッジ１４００内の圧力が温度に応じて変化しても、燃料カートリッジ１４００から排出される燃料ガスの排出量を制御して、燃料カートリッジ１４００内の圧力を適切に保つことができる。【００８４】
（第三の実施の形態）
図１４は、本実施の形態における燃料電池１００を示す図である。
本実施の形態において、燃料カートリッジ１４００はガス処理部８０４に直接接続され、燃料カートリッジ１４００内で気化した燃料ガスは、ガス処理部８０４の気液分離膜８１５を介して外部に排出される。【００８５】
図１４（ａ）に示すように、燃料電池１００は、複数の単位セル１０１と、複数の単位セル１０１に配して設けられた燃料容器８１１と、燃料容器８１１に燃料１２４を供給するとともに、燃料容器８１１を循環した燃料１２４を回収する燃料カートリッジ１４００とを含む。燃料容器８１１と燃料カートリッジ１４００とは、燃料通路８５４および燃料通路８５５を介して連結される。ガス処理部８０４は、燃料通路８５５上に設けられる。【００８６】
本実施の形態において、燃料容器８１１には、燃料通路８５４を介して燃料１２４が供給される。燃料１２４は、燃料容器８１１内に設けられた複数の仕切り板８５３に沿って流れ、複数の単位セル１０１に順次供給される。複数の単位セル１０１を循環した燃料１２４は、燃料通路８５５を介して燃料カートリッジ１４００に回収される。図中実線で示した矢印は液体燃料の流れ、破線で示した矢印は気体の流れを示す。【００８７】
図１４（ｂ）に示すように、本実施の形態の燃料電池１００において、燃料通路８５５の開口部８５６に、容器８０１の取り込み口８５８が、気液分離膜８１５を介して連通され、燃料通路８５５から気液分離膜８１５を介して容器８０１内に、ガス８０２が流れ込むようになっている。また、燃料カートリッジ１４００内で発生した燃料ガスも、容器８０１内に流れ込むようになっている。なお、容器８０１は、燃料通路８５５に着脱可能に構成することもできる。【００８８】
容器８０１内に捕集されたガス８０２は、触媒層８０５により酸化され、無害化されて、容器８０１の排気口８０７から大気中に放出される。【００８９】
以上、本発明を実施の形態に基づいて説明した。この実施の形態はあくまで例示であり、種々の変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。以下、このような例を説明する。【００９０】
以上の実施の形態においては、燃料カートリッジ１４００のガス排気口１４１４から排出された燃料ガスが燃料容器８１１を介してガス処理部８０４へ導入される例を説明したが、燃料電池１００は、ガス排気口１４１４から排出された燃料ガスをガス処理部８０４へ導入する配管を別に設けた構成とすることができ、ガス排気口１４１４から排出された燃料ガスがガス処理部８０４に直接排出されるようにすることもできる。【００９１】
また、ガス収容室１４０２ｂに回収された燃料ガスは、燃料電池１００本体へ回収されることなく、燃料カートリッジ１４００から直接排出する構成とすることもできる。この場合、燃料カートリッジ１４００のガス排気口１４１４に触媒等のガス処理機構を設けることが好ましい。【００９２】
また、第二の実施の形態において、燃料電池１００が温度に応じて燃料カートリッジ１４００から排出される燃料ガスの排出量を制御する機構を有する構成を説明したが、燃料電池１００は、感圧センサを含むこともできる。この場合、排出量制御部１４１８は、感圧センサが感知した燃料カートリッジ１４００内の圧力に応じてシャッタの開口度を制御する。
【図面の簡単な説明】
【００９３】
【図１】本発明の実施の形態における燃料カートリッジを示す図である。
【図２】図１に示した燃料カートリッジを取り付けた燃料電池の構成を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態の燃料電池における燃料カートリッジの取り付け箇所の一例を模式的に示す図である。
【図４】ガス処理部の構成を示す断面図である。
【図５】ガス処理部の他の例を示す図である。
【図６】ガス処理部の他の例を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態における燃料電池を搭載した電気機器の一例を示す模式図である。
【図８】本発明の実施の形態における燃料電池の構成を示すブロック図である。
【図９】本発明の実施の形態の燃料電池における燃料カートリッジの取り付け箇所の一例を模式的に示す図である。
【図１０】シャッタ部の構成を模式的に示した断面図である。
【図１１】図１０のシャッタ部の正面図である。
【図１２】シャッタ部の他の例を示す図である。
【図１３】燃料カートリッジの他の例を示す図である。
【図１４】本発明の実施の形態における燃料電池を示す図である。
【図１５】シャッタ部の他の例を示す図である。
【符号の説明】
【００９４】
１００    燃料電池
１０１    単位セル
１０２    燃料極
１０８    酸化剤極
１１４    固体電解質膜
１２４    燃料
２１０    携帯型パーソナルコンピュータ
８０４    ガス処理部
８１１    燃料容器
１４００    燃料カートリッジ
１４０２    燃料収容部
１４０２ａ    液体収容室
１４０２ｂ    ガス収容室
１４０６    区画部材
１４０８    気液分離膜
１４０９    吸気口
１４１０    ガス排気管
１４１１    シャッタ
１４１２    注入口
１４１４    ガス排気口
１４１６    温度測定部
１４１８    排出量制御部
１４１８ａ    シャッタ
１４２０    シャッタ部
１４２２    可動ベルト
１４２４    本体側可動ベルト
【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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