(57)【要約】【課題】燃料電池の発電反応に伴って発生したガス成分を、電子機器の内部に拡散することなく電子機器から離れた場所へ選択的に排出することが可能な構造を有する電子機器を提供すること。【解決手段】メタノールを燃料とする燃料電池１を搭載可能な電子機器１００であって、  燃料電池を収容する電池収容部を有する筐体１１０と、  燃料電池の発電反応に伴って生成されるガス成分を筐体１１０の外に排出する排気管１２０と、  を備えたことを特徴とする。【選択図】      図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
メタノールを燃料とする燃料電池を搭載可能な電子機器であって、
燃料電池を収容する電池収容部を有する筐体と、
燃料電池の発電反応に伴って生成されるガス成分を前記筐体の外に排出する排気管と、
を備えたことを特徴とする電子機器。
【請求項２】
前記排気管は、燃料電池のガス排出部に直接接続されたことを特徴とする請求項１に記載の電子機器。
【請求項３】
前記筐体は、燃料電池の前記ガス排出部に接続可能なシール空間を有し、
前記排気管は、前記シール空間に接続されたことを特徴とする請求項１に記載の電子機器。
【請求項４】
前記排気管は、前記筐体に対して伸縮可能な構造を有することを特徴とする請求項１に記載の電子機器。
【請求項５】
前記排気管は、
それぞれ口径が異なるとともに、口径の大きさの順に嵌合した複数の管状部材と、
前記管状部材の内部に収容され、その一端が燃料電池のガス排出部または前記筐体内のシール空間に接続された蛇腹部材と、
を有することを特徴とする請求項４に記載の電子機器。
【請求項６】
さらに、前記排気管の内部に配置された触媒を備えたことを特徴とする請求項１に記載の電子機器。
【請求項７】
前記排気管の一部に蛇腹構造を有することを特徴とする請求項１に記載の電子機器。
【請求項８】
前記電池収容部に収容される燃料電池は、
燃料極と、空気極と、前記燃料極と前記空気極とに挟持された電解質膜と、を有する膜電極接合体と、
燃料を収容する燃料収容部と、
前記燃料収容部に収容された燃料を前記膜電極接合体の前記燃料極に供給する燃料供給機構と、を備えたことを特徴とする請求項１に記載の電子機器。
【請求項９】
前記燃料電池に供給される燃料は、メタノール燃料であることを特徴とする請求項８に記載の電子機器。
【請求項１０】
前記メタノール燃料は、メタノール濃度が８０ｗｔ％以上のメタノール水溶液または純メタノールであることを特徴とする請求項９に記載の電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、液体燃料を用いた燃料電池を電源として搭載した電子機器、特に持ち運び可能な携帯用電子機器の技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ノートパソコンや携帯電話等の各種携帯用電子機器を長時間充電なしで使用可能とするために、これら携帯用電子機器の電源に燃料電池を用いる試みがなされている。燃料電池は燃料と空気を供給するだけで発電することができ、燃料を補給すれば連続して長時間発電することが可能であるという特徴を有している。このため、燃料電池を小型化できれば、携帯用電子機器の電源として極めて有利なシステムといえる。
【０００３】
例えば、メタノールを燃料として用いた直接メタノール型燃料電池（Ｄｉｒｅｃｔ Ｍｅｔｈａｎｏｌ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ：ＤＭＦＣ）は小型化が可能であり、さらに燃料の取り扱いも容易であるため、携帯用電子機器の電源として有望視されている。ＤＭＦＣにおける液体燃料の供給方式としては、気体供給型や液体供給型等のアクティブ方式、また燃料収容部内の液体燃料を電池内部で気化させて燃料極に供給する内部気化型等のパッシブ方式が知られている。
【０００４】
これらのうち、内部気化型等のパッシブ方式はＤＭＦＣの小型化に対して有利である。パッシブ型ＤＭＦＣにおいては、例えば燃料極、電解質膜および空気極を有する膜電極接合体（Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ａｓｓｅｍｂｌｙ：ＭＥＡ）を、箱状容器からなる燃料収容部上に配置した構造が提案されている（例えば、特許文献１参照）。また、ＤＭＦＣの燃料電池セルと燃料収容部とを流路を介して接続することも検討されている（例えば、特許文献２及び３参照）。
【０００５】
燃料収容部から直接もしくは流路を介して導入された高濃度のメタノール燃料等を気化させて燃料極に供給する場合、ＭＥＡの燃料極側では気化した燃料を閉じ込めつつ、燃料極側の発電反応に基づいて生成された二酸化炭素ガスや水蒸気等のガス成分を系外に放出する必要がある。
【０００６】
このような点に対して、従来のパッシブ型等の燃料電池では燃料極側の側壁に排気口を設け、ガス成分を系外に放出することが検討されている（例えば、特許文献４参照）。このように、燃料電池に排気口を設けて、生成されたガス成分を燃料装置の外部に排出することになると、燃料電池を機器に搭載した場合には、機器からガス成分が排出されることになる。
【０００７】
一方で、従来、家庭用の据え置き型燃料電池において、燃料電池の発電モジュールから排出される排気ガスの流れを促進する排気システムを別に設けることが提案されている（例えば、特許文献５）。しかしながら、持ち運び可能な携帯用電子機器では、特別な排気システムなどの対応がなされていない。
【０００８】
携帯用電子機器に燃料電池を搭載した場合、電子機器を使用者の近くに置くことが多くなる。また、携帯電話や携帯ビューワーのような電子機器の場合、使用者の顔近くで使用されることも多い。このような場合、排出された二酸化炭素ガスや水蒸気などのガス成分が、使用者に直接触れるようだと、使用者に不快感を与えてしまい、場合によっては水蒸気が結露することで、水で濡れる可能性も考えられる。
【０００９】
さらに、燃料電池から電子機器の内部を通じてガス成分を排出する場合には、電子機器の内部で水蒸気が結露する、あるいは、他のガス成分により金属部分が腐食するなどして、電子機器そのものに損害を及ぼすおそれがある。
【特許文献１】国際公開第２００５／１１２１７２号パンフレット
【特許文献２】特表２００５−５１８６４６号公報
【特許文献３】特開２００６−０８５９５２号公報
【特許文献４】特開２００６−３１８７１２号公報
【特許文献５】特開２００７−０９５５４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
この発明の目的は、燃料電池を搭載した電子機器であって、燃料電池の発電反応に伴って発生したガス成分を、電子機器の内部に拡散することなく電子機器から離れた場所へ選択的に排出することを可能とする電子機器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この発明の態様による電子機器は、
メタノールを燃料とする燃料電池を搭載可能な電子機器であって、
燃料電池を収容する電池収容部を有する筐体と、
燃料電池の発電反応に伴って生成されるガス成分を前記筐体の外に排出する排気管と、
を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
この発明によれば、燃料電池を搭載した電子機器において、燃料電池の発電反応に伴って発生したガス成分を、電子機器の内部に拡散することなく電子機器から離れた場所へ選択的に排出することが可能な構造を有する電子機器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】
【００１３】
以下、この発明の一実施の形態に係る燃料電池及びこの燃料電池を搭載した電子機器に関する技術について図面を参照して説明する。
【００１４】
図１は、この実施の形態に係る電子機器に搭載可能な燃料電池（ＤＭＦＣ）の構造を概略的に示す断面図である。
【００１５】
すなわち、燃料電池１は、膜電極接合体（ＭＥＡ）を備える起電部２と、起電部２に燃料を供給する燃料供給機構３と、液体燃料を収容する燃料収容部４と、から主として構成されている。
【００１６】
起電部２は、アノード触媒層５とアノードガス拡散層６とを有するアノード（燃料極）７と、カソード触媒層８とカソードガス拡散層９とを有するカソード（空気極／酸化剤極）１０と、アノード触媒層５とカソード触媒層８とで挟持されたプロトン（水素イオン）伝導性の電解質膜１１とから構成される膜電極接合体（ＭＥＡ）１２を有している。
【００１７】
アノード触媒層５やカソード触媒層８に含有される触媒としては、例えば白金（Ｐｔ）、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、イリジウム（Ｉｒ）、オスミウム（Ｏｓ）、パラジウム（Ｐｄ）等の白金族元素の単体、白金族元素を含有する合金等が挙げられる。アノード触媒層５には、メタノールや一酸化炭素等に対して強い耐性を有するＰｔ−ＲｕやＰｔ−Ｍｏ等を用いることが好ましい。カソード触媒層８には、ＰｔやＰｔ−Ｎｉ等を用いることが好ましい。
【００１８】
ただし、触媒は、これらに限定されるものではなく、触媒活性を有する各種の物質を使用することができる。また、触媒は、炭素材料のような導電性担持体を使用した担持触媒、あるいは無担持触媒のいずれであってもよい。
【００１９】
電解質膜１１を構成するプロトン伝導性材料としては、例えばスルホン酸基を有するパーフルオロスルホン酸重合体のようなフッ素系樹脂（ナフィオン（商品名、デュポン社製）やフレミオン（商品名、旭硝子社製）等）、スルホン酸基を有する炭化水素系樹脂等の有機系材料、あるいはタングステン酸やリンタングステン酸等の無機系材料が挙げられる。ただし、プロトン伝導性の電解質膜１１はこれらに限られるものではない。
【００２０】
アノード触媒層５は、電解質膜１１上に配置されている。アノードガス拡散層６は、アノード触媒層５に積層されている。このアノードガス拡散層６は、アノード触媒層５に燃料を均一に供給する役割を果たすと同時に、アノード触媒層５の集電機能を有するものである。
【００２１】
カソード触媒層８は、電解質膜１１上に配置されている。カソードガス拡散層９は、カソード触媒層８に積層されている。このカソードガス拡散層９は、カソード触媒層８に酸化剤を均一に供給する役割を果たすと同時に、カソード触媒層８の集電機能を有するものである。
【００２２】
アノードガス拡散層６やカソードガス拡散層９は、例えばカーボンペーパーのような導電性を有する多孔質基材で構成されている。
【００２３】
アノードガス拡散層６やカソードガス拡散層９には、必要に応じて導電層が積層される。これらの導電層としては、例えば金（Ａｕ）のような導電性金属材料からなるメッシュ、多孔質膜、薄膜または箔体、あるいはステンレス鋼（ＳＵＳ）などの導電性金属材料に金などの良導電性金属を被覆した複合材等が用いられる。
【００２４】
なお、図２及び図３に示した例においては、膜電極接合体１２は、単一の電解質膜１１を複数のアノード７と、アノード７と同数のカソード１０とによってそれぞれ挟持し、これらのアノード７とカソード１０との各組み合わせが単セル１６をなす構造のものを示している。ここでは、単セル１６のそれぞれは、電解質膜１１の平面内において、分離して配置されている。なお、膜電極接合体１２の構造は、この例に限らず他の構造であっても良い。
【００２５】
起電部２は、上述したような膜電極接合体１２をアノード集電体１３とカソード集電体１４とで挟持することによって構成されている。このような集電体は、特に、図２及び図３に示したような複数の単セル１６を有する膜電極接合体１２において、各単セル１６を直列に電気的に接続するものである。
【００２６】
アノード集電体１３は、アノードガス拡散層６に積層されている。また、カソード集電体１４は、カソードガス拡散層９に積層されている。アノード集電体１３及びカソード集電体１４としては、例えばＡｕのような導電性金属材料からなるメッシュや多孔質膜等が用いられる。アノード集電体１３及びカソード集電体１４は、燃料や酸化剤（空気）等を流通させる貫通孔を有している。
【００２７】
起電部２は、電解質膜１１のアノード７側及びカソード１０側にそれぞれ配置されたゴム製のＯリング等のシール部材１５によってシールされている。これにより、膜電極接合体１２からの燃料漏れや酸化剤漏れが防止されている。
【００２８】
上述した起電部２は、燃料供給機構３とカバープレート２２との間に配置されている。カバープレート２２は、外観が略箱状のものであり、例えばステンレス鋼（ＳＵＳ）によって形成されている。
【００２９】
カバープレート２２は、酸化剤である空気を取入れるための複数の開口部（空気導入孔）２２Ａを有している。図示を省略したが、カバープレート２２とカソード１０との間には、必要に応じて保湿層や表面層として機能する板状体が配置される。保湿層は、カソード触媒層８で生成された水の一部が含浸されて水の蒸散を抑制するとともに、カソード触媒層８への空気の均一拡散を促進するものである。表面層は、空気の取入れ量を調整するものであり、空気の取入れ量に応じて個数や大きさ等が調整された複数の空気導入口を有する。このような板状体としては、たとえば多孔質構造の部材で構成され、具体的な構成材料としては、ポリエチレンやポリプロピレンの多孔質体などが挙げられる。
【００３０】
燃料供給機構３は、上部が開口された箱状に形成された容器１９を備え、燃料収容部４と流路２４を介して接続されている。すなわち、容器１９は、燃料導入口２３を有しており、この燃料導入口２３と流路２４とが接続されている。
【００３１】
この容器１９は、例えば樹脂製容器によって構成される。容器１９を形成する材料としては、耐メタノール性などを有していることが好ましい。容器１９を形成する樹脂材料としては、例えばポリエチレンナフタレート、ポリエチレンテレフタレート、環状オレフィンコポリマー、シクロオレフィンポリマー、ポリメチルペンテン、ポリフェニルサルホンなどが挙げられる。ただし、一般的なポリエチレン樹脂やポリプロピレン樹脂などのオレフィン系樹脂などで構成した容器１９を除外するものではない。
【００３２】
燃料供給機構３は、膜電極接合体１２のアノード７の面方向に燃料を分散並びに拡散させつつ供給する燃料供給部２１を備えている。この実施の形態においては、燃料供給部２１は、燃料分配板３４を備えた構成であるが、他の構成であっても良い。
【００３３】
すなわち、図４及び図５に示すように、燃料分配板３４は、少なくとも１つの燃料注入口３１と、複数の燃料排出口３２とを有しており、細管３３のような燃料通路を介して燃料注入口３１と燃料排出口３２とを接続した構成である。燃料通路は、燃料分配板３４内に形成した細管３３に代えて燃料流通溝等で構成してもよい。この場合、燃料流通溝を有する流路板を複数の燃料排出口を有する拡散板で覆うことによって、燃料分配板３４を構成することも可能である。
【００３４】
図４及び図５に示した例では、燃料注入口３１は、１箇所にあり、容器１９の燃料導入口２３と連通している。これにより、燃料分配板３４の燃料注入口３１が流路２４を介して燃料収容部４に接続される。燃料排出口３２は、１２８箇所にあり、液体燃料もしくはその気化成分を排出する。
【００３５】
細管３３の一端（始端部）には、燃料注入口３１が設けられている。細管３３は、途中で複数に分岐しており、これらの分岐した細管３３の各終端部に燃料排出口３２がそれぞれ設けられている。細管３３は、例えば内径が０．０５〜５ｍｍの貫通孔であることが好ましい。
【００３６】
燃料注入口３１から注入された液体燃料は、複数に分岐した細管３３を介して複数の燃料排出口３２にそれぞれ導かれる。このような燃料分配板３４を使用することによって、燃料注入口３１から注入された液体燃料を方向や位置に係わりなく、複数の燃料排出口３２に均等に分配することができる。従って、膜電極接合体１２の面内における発電反応の均一性をより一層高めることが可能となる。
【００３７】
さらに、細管３３で燃料注入口３１と複数の燃料排出口３２とを接続することによって、燃料電池の特定箇所により多くの燃料を供給するような設計も可能となる。これは、膜電極接合体１２の発電度合いの均一性の向上等に寄与する。
【００３８】
膜電極接合体１２は、そのアノード７が上述したような燃料分配板３４の燃料排出口３２に対向するように容器１９に配置されている。カバープレート２２は、燃料供給機構３との間に膜電極接合体１２を保持した状態で容器１９に対してカシメあるいはネジ止めなどの手法により固定されている。これにより、燃料電池（ＤＭＦＣ）１の発電ユニットが構成されている。
【００３９】
燃料供給部２１は、燃料分配板３４と膜電極接合体１２との間に燃料拡散室１８として機能する空間を形成するような構成であることが望ましい。この燃料拡散室１８は、燃料排出口３２から液体燃料が排出されたとしても気化を促進するとともに、面方向への拡散を促進する機能を有している。
【００４０】
膜電極接合体１２と燃料供給部２１との間には、膜電極接合体１２をアノード７側から支持する支持部材を配置しても良い。
【００４１】
また、膜電極接合体１２と燃料供給部２１との間には、少なくとも１つの多孔体を配置しても良い。
【００４２】
燃料収容部４には、膜電極接合体１２に応じた液体燃料が収容されている。
【００４３】
液体燃料としては、各種濃度のメタノール水溶液や純メタノール等のメタノール燃料が挙げられる。なお、液体燃料は、必ずしもメタノール燃料に限られるものではない。液体燃料は、例えば、エタノール水溶液や純エタノール等のエタノール燃料、プロパノール水溶液や純プロパノール等のプロパノール燃料、グリコール水溶液や純グリコール等のグリコール燃料、ジメチルエーテル、ギ酸、その他の液体燃料であってもよい。いずれにしても、燃料収容部４には、膜電極接合体１２に応じた液体燃料が収容される。
【００４４】
さらに、流路２４には、ポンプ２５が介在していても良い。ポンプ２５は、燃料を循環させる循環ポンプではなく、あくまでも燃料収容部４から燃料供給部２１に液体燃料を送液する燃料供給ポンプである。燃料供給部２１から膜電極接合体１２に供給された燃料は、発電反応に使用され、その後に循環して燃料収容部４に戻されることはない。
【００４５】
この実施の形態の燃料電池１は、燃料を循環しないことから、従来のアクティブ方式とは異なるものであり、装置の小型化等を損なうものではない。また、液体燃料の供給にポンプ２５を使用しており、従来の内部気化型のような純パッシブ方式とも異なる。図１に示す燃料電池１は、例えばセミパッシブ型と呼称される方式を適用したものである。
【００４６】
ポンプ２５の種類は、特に限定されるものではないが、少量の液体燃料を制御性よく送液することができ、さらに小型軽量化が可能という観点から、ロータリーベーンポンプ、電気浸透流ポンプ、ダイアフラムポンプ、しごきポンプ等を使用することが好ましい。
【００４７】
ロータリーベーンポンプは、モータで羽を回転させて送液するものである。電気浸透流ポンプは、電気浸透流現象を起こすシリカ等の焼結多孔体を用いたものである。ダイアフラムポンプは、電磁石や圧電セラミックスによりダイアフラムを駆動して送液するものである。しごきポンプは、柔軟性を有する燃料流路の一部を圧迫し、燃料をしごき送るものである。これらのうち、駆動電力や大きさ等の観点から、電気浸透流ポンプや圧電セラミックスを有するダイアフラムポンプを使用することがより好ましい。
【００４８】
なお、ポンプ２５と燃料供給部２１との間にリザーバを設けてもよい。
【００４９】
また、燃料電池１の安定性や信頼性を高めるために、ポンプ２５と直列に燃料遮断バルブを配置してもよい。燃料遮断バルブには、電磁石、モータ、形状記憶合金、圧電セラミックス、バイメタル等をアクチュエータとして、開閉動作を電気信号で制御することが可能な電気駆動バルブが適用される。燃料遮断バルブは、状態保持機能を有するラッチタイプのバルブであることが好ましい。
【００５０】
また、燃料収容部４や流路２４には、燃料収容部４内の圧力を外気とバランスさせるバランスバルブを装着してもよい。燃料収容部４から燃料供給機構３で膜電極接合体１２に燃料を供給する場合、ポンプ２５に代えて燃料遮断バルブのみを配置した構成とすることも可能である。この際の燃料遮断バルブは、流路２４による液体燃料の供給を制御するために設けられるものである。
【００５１】
この実施の形態の燃料電池１においては、ポンプ２５を用いて燃料収容部４から燃料供給部２１に液体燃料が間欠的に送液される。ポンプ２５で送液された液体燃料は、燃料供給部２１を経て膜電極接合体１２のアノード７の全面に対して均一に供給される。
【００５２】
すなわち、複数の単セル１６の各アノード７の平面方向に対して均一に燃料が供給され、これにより発電反応が生起される。燃料供給用（送液用）のポンプ２５の運転動作は、燃料電池１の出力、温度情報、電力供給先である電子機器の運転情報等に基づいて制御することが好ましい。
【００５３】
上述したように、燃料供給部２１から放出された燃料は、膜電極接合体１２のアノード７に供給される。膜電極接合体１２内において、燃料は、アノードガス拡散層６を拡散してアノード触媒層５に供給される。液体燃料としてメタノール燃料を用いた場合、アノード触媒層５で下記の（１）式に示すメタノールの内部改質反応が生じる。なお、メタノール燃料として純メタノールを使用した場合には、カソード触媒層８で生成した水や電解質膜１１中の水をメタノールと反応させて（１）式の内部改質反応を生起させる。あるいは、水を必要としない他の反応機構により内部改質反応を生じさせる。
【００５４】
ＣＨ3ＯＨ＋Ｈ2Ｏ  →  ＣＯ2＋６Ｈ+＋６ｅ-  …（１）
この反応で生成した電子（ｅ-）は、アノード集電体１３を経由して外部に導かれ、いわゆる電気として携帯用電子機器等を動作させた後、カソード集電体１４を経由してカソード１０に導かれる。（１）式の内部改質反応で生成したプロトン（Ｈ+）は、電解質膜１１を経てカソード１０に導かれる。カソード１０には、酸化剤として空気が供給される。カソード１０に到達した電子（ｅ-）とプロトン（Ｈ+）は、カソード触媒層８で空気中の酸素と下記の（２）式にしたがって反応し、この反応に伴って水が生成する。
【００５５】
６ｅ-＋６Ｈ+＋（３／２）Ｏ2  →  ３Ｈ2Ｏ  …（２）
上述した燃料電池１の発電反応において、発電する電力を増大させるためには触媒反応を円滑に行わせるとともに、膜電極接合体１２の電極全体に均一に燃料を供給し、電極全体をより有効に発電に寄与させることが重要となる。
【００５６】
複数の単セル１６を有する膜電極接合体１２に対して燃料を均一に供給するためには、（ａ）ポンプ２５の供給量自体が適量に制御されていること、（ｂ）供給する燃料の面内拡散が均一であること、（ｃ）発電反応により生成される二酸化炭素ガスや水蒸気等のガス成分を速やかに除去し、供給された燃料を均一に反応部に到達させること、などが肝要である。
【００５７】
ポンプ２５の流量は、ポンプ入り口にかかる背圧に影響されるため、ポンプ２５と流路２４を介して接続された燃料拡散室１８の内部圧力が増加すると、ポンプ２５の流量が減少する。二酸化炭素ガスや水蒸気等のガス成分は、膜電極接合体１２のアノード７側で発生するため、発電反応により生じるガス成分は、燃料拡散室１８の内部圧力の増加要因となる。さらに、ガス成分自体は、供給された燃料が反応部に到達することを阻害する要因となる。すなわち、膜電極接合体１２に対する燃料の均一供給性や供給量を高めるためには、発電反応によりアノード７側で発生したガス成分を速やかに系外、つまり燃料電池の外側に放出する必要がある。
【００５８】
そこで、この実施の形態に係る燃料電池１は、ガス排出部４０を備えている。図１に示した例の燃料電池１においては、ガス排出部４０は、容器１９に形成されたガス抜き孔１７に接続されている。なお、ガス排出部４０は、図１に示した例に限らず、膜電極接合体１２をアノード７側からカソード１０側まで貫通するように形成したガス抜き孔に接続されても良い。
【００５９】
これにより、アノード７側で生成した反応性生物、特にガス成分を速やかに除去することが可能になる。すなわち、アノード７側に発生したガス成分は、ガス抜き孔１７を介してガス排出部４０から燃料電池１の外に放出される。ガス排出部４０は、任意の位置に任意の数で設けられる。
【００６０】
このように、膜電極接合体１２の各部で発生する反応生成物としてのガス成分は、膜電極接合体１２の面内で均一に除去することが可能となり、アノード７側に供給された燃料を膜電極接合体１２の全体に均一に到達させることができる。また、ガス成分の除去と同時に燃料拡散室１８の内部圧力が低下し、低圧状態を保つことができるため、ポンプ入り口にかかる背圧が低減される。このため、ポンプ２５による液体燃料の流量を十分に保つことができる。
【００６１】
これにより、膜電極接合体１２の各単セル１６に対して燃料が安定して均一かつ十分に供給されるため、膜電極接合体１２全体で効率的にかつ継続的に発電反応を生起させることが可能となる。
【００６２】
次に、上述した構成の燃料電池（ＤＭＦＣ）を搭載可能な電子機器の構成について説明する。図６は、第１構成例に係る電子機器の構成を概略的に示す図である。図７は、第２構成例に係る電子機器の構成を概略的に示す図である。
【００６３】
すなわち、電子機器１００は、本体の一部をなし主要部を収容する筐体１１０を備えている。この筐体１１０は、燃料電池１を収容可能に形成された燃料電池収容部１１２を有している。
【００６４】
このような電子機器１００は、さらに、燃料電池収容部１１２に収容した燃料電池１の発電反応に伴って生成されるガス成分を筐体１１０の外に排出する排気管１２０を備えている。この排気管１２０は、筐体１１０の外部まで延出され、または、延出可能に形成されている。
【００６５】
図６に示した第１構成例では、排気管１２０は、燃料電池１のガス排出部４０に直接接続されている。この第１構成例によれば、ガス排出部４０から燃料電池１の外に排出されたガス成分は、排気管１２０を通じて電子機器１００から離れた空間に選択的に排出される。
【００６６】
また、図７に示した第２構成例では、排気管１２０は、バッファー部を介して燃料電池１のガス排出部４０に接続されている。すなわち、第２構成例においては、筐体１１０は、燃料電池１のガス排出部４０に接続可能なシール空間（バッファー部）１１４を有している。排気管１２０は、シール空間１１４に接続されている。このような構成により、ガス排出部４０と排気管１２０とが連通している。
【００６７】
シール空間１１４を形成するシール剤としては、耐メタノール性の高い材料、例えばエチレンプロピレン系ゴム（ＥＰＭ、ＥＰＤＭ）、ビニルメチルシリコーンゴム（ＶＭＱ、ＦＶＭＱ）、フッ素ゴム（ＦＫＭ、ＦＥＰＭ、ＦＦＫＭ）などが挙げられるが、エチレンプロピレン系ゴムであるＥＰＤＭが好ましい。ただし、シール剤として、ここに挙げたもの以外の耐メタノール性の高いゴム材料やプラスチック部材を用いても良い。
【００６８】
このような第２構成例によれば、ガス排出部４０から燃料電池１の外に排出されたガス成分は、シール空間１１４を介して、排気管１２０を通じて電子機器１００から離れた空間に選択的に排出される。
【００６９】
したがって、電子機器を使用する使用者に燃料電池１から排出されたガス成分が触れにくくなり、ガス成分に含まれる水蒸気がたとえ結露したとしても、使用者に濡れなどの不快感を与えることがなくなる。また、燃料電池１から排出されたガス成分が電子機器の内部に拡散することがなくなり、ガス成分により電子機器がダメージを受けることがなくなる。これにより、信頼性の向上を図ることが可能となる。
【００７０】
上述した電子機器１００において、ガス成分を導くための排気管１２０としては、種々の形態が適用可能である。図６及び図７に示した例では、排気管１２０は、単一の筒状体によって構成されており、筐体１１０から突出した構造を有しているが、このような構造に限らない。
【００７１】
例えば、排気管１２０は、筐体１１０に対して伸縮可能な構造を有していても良い。このような構造により、排気管１２０の少なくとも一部は、筐体１１０に収納可能となる。このため、電子機器１００を携帯していない場合や、燃料電池１において発電反応が行われていない場合などには、筐体１１０からの突起物を低減できる。
【００７２】
このような伸縮可能な排気管１２０の具体的な構造例について説明する。
【００７３】
例えば、図８に示すように、排気管１２０は、それぞれ口径が異なる複数の管状部材１２１、１２２、１２３を有している。なお、ここでは、排気管１２０が３つの管状部材を有する場合について説明するが、特に管状部材の数に制限はない。これらの管状部材は、口径の大きさの順に嵌合している。つまり、管状部材１２１は、最小の口径Ｂ１を有している。管状部材１２１は、口径Ｂ１より大きな口径Ｂ２を有し、管状部材１２１に嵌合している。管状部材１２３は、口径Ｂ２より大きな最大の口径Ｂ３を有し、管状部材１２２に嵌合している。
【００７４】
各管状部材の端部は、互いに伸張されたときに係合して抜けないような形状に形成されている。すなわち、排気管１２０を筐体１１０に収納した状態では、管状部材１２３の一端１２３Ａが筐体１１０から突出し、排気管１２０を引き出す際の摘まみとなる。排気管１２０を筐体１１０から引き出した状態では、管状部材１２３の他端１２３Ｂが管状部材１２２の一端１２２Ａに係合し、また、管状部材１２２の他端１２２Ｂが管状部材１２１の一端１２１Ａに係合し、管状部材１２１の他端１２１Ｂが筐体１１０に係合する。これにより、排気管１２０が筐体１１０の外部まで延出し、ガス成分の外部への排気が可能となる。
【００７５】
図８に示した例では、特に、最大口径の管状部材１２３が最も外部まで引き出される構成について説明したが、最小口径の管状部材１２１が最も外部まで引き出されるように構成しても良い。
【００７６】
なお、このような伸縮可能な構造の排気管１２０においては、管状部材間からのガス成分の漏れを防止するために、管状部材の内部に蛇腹部材１３０を備えることが望ましい。図６に示した例において伸縮可能な構造の排気管１２０を適用した場合には、蛇腹部材１３０は、その一端が燃料電池１のガス排出部４０に直接接続されている。また、図７に示した例において伸縮可能な構造の排気管１２０を適用した場合には、蛇腹部材１３０は、その一端が筐体１１０内のシール空間１１４に接続されている。
【００７７】
このような蛇腹部材１３０は、例えばポリエチレン系のオレフィン部材、エチレンプロピレン系ゴム（ＥＰＭ、ＥＰＤＭ）、ビニルメチルシリコーンゴム（ＶＭＱ、ＦＶＭＱ）、フッ素ゴム（ＦＫＭ、ＦＥＰＭ、ＦＦＫＭ）などによって形成されるが、エチレンプロピレン系ゴムであるＥＰＤＭによって形成されることが好ましい。ただし、排出されたガス成分に微量のメタノールが含まれることも考えられるので、蛇腹部材１３０は、他の耐メタノール性の高いゴム材料やプラスチック部材を用いて形成されても良い。
【００７８】
このような構造により、燃料電池１からのガス成分を電子機器１００の内部に拡散することなく、電子機器１００から離れた場所への排出が可能となる。
【００７９】
さらに、排気管１２０の内部に触媒を配置しても良い。この触媒は、特に、メタノールを燃焼する材料によって形成されている。このため、燃料電池１から排出されたガス成分に燃料であるメタノールの気化成分が含まれていたとしても、メタノールを燃焼させて二酸化炭素及び水として電子機器１００の外部に排出できるため、排気管１２０を通じてメタノールガスを周囲に漏洩することを防止できる。
【００８０】
また、図９に示すように、排気管１２０は、その一部に蛇腹構造１２０Ａを有する構成であっても良い。このような蛇腹構造１２０Ａにより、排気管１２０の先端を所望の方向（例えば、使用者から遠ざかる方向など）に自在に向けることが可能となる。
【００８１】
次に、本実施形態で説明したように電子機器に排気管を設けた構成（実施例）と、排気管を設けていない構成（比較例）とを比較して、効果の検証を行った。
【００８２】
実施例に係る電子機器は、図７に示した第２構成例に相当し、筐体１１０がシール空間１１４を有するとともに、シール空間１１４に接続された排気管１２０を備えている。比較例の電子機器は、シール空間及び排気管を設けない以外は第２構成例と同一であり、燃料電池のガス抜き孔から電子機器内にガス成分を排出し、電子機器に設けた空気導入口などを介してガス成分を電子機器の外部に排出する構成としている。
【００８３】
実施例も比較例も同様に発電できたが、時間が経過するにつれ、比較例では電子機器の表面が凝結した水蒸気で濡れてしまい、触ると手が濡れる状態となった。一方、実施例では、電子機器本体が濡れることは無く、駆動させることができた。さらに、約１０００時間にわたって長時間運転させた後、比較例の出力の低下が確認された。比較例の電子機器を分解したところ、電子機器の内部に水が凝結し、一部が損傷を受けていた。実施例も同様に約１０００時間にわたって運転させ、分解したが、シール空間内に僅かに水の凝結が見られたものの、その他の部分には水の凝結は見られず、ガス成分が確実に系外に排出されていることが確認できた。
【００８４】
上述した各実施形態の燃料電池１は、各種の液体燃料を使用した場合に効果を発揮し、液体燃料の種類や濃度は限定されるものではない。ただし、燃料を面方向に分散させつつ供給する燃料供給部２１は、特に燃料濃度が濃い場合に有効である。このため、各実施形態の燃料電池１は、濃度が８０ｗｔ％以上のメタノールを液体燃料として用いた場合に、その性能や効果を特に発揮することができる。したがって、各実施形態は、メタノール濃度が８０ｗｔ％以上のメタノール水溶液や純メタノールを液体燃料として用いた燃料電池１に好適である。
【００８５】
さらに、上述した各実施形態は、本発明をセミパッシブ型の燃料電池１に適用した場合について説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、内部気化型の純パッシブ型の燃料電池に対しても適用可能である。このように、本発明はパッシブ型やセミパッシブ型等の燃料電池に適用することができ、これらの場合に発電反応により生じるガス成分の除去に伴う効果を得ることができる。
【００８６】
なお、本発明は液体燃料を使用した各種の燃料電池に適用することができる。また、燃料電池の具体的な構成や燃料の供給状態等も特に限定されるものではなく、ＭＥＡに供給される燃料の全てが液体燃料の蒸気、全てが液体燃料、または一部が液体状態で供給される液体燃料の蒸気等、種々形態に本発明を適用することができる。実施段階では本発明の技術的思想を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化することができる。さらに、上記実施形態に示される複数の構成要素を適宜に組み合わせたり、また実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除したりする等、種々の変形が可能である。本発明の実施形態は本発明の技術的思想の範囲内で拡張もしくは変更することができ、この拡張、変更した実施形態も本発明の技術的範囲に含まれるものである。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】図１は、この発明の一実施の形態に係る燃料電池の構造を概略的に示す断面図である。
【図２】図２は、図１に示した燃料電池に適用可能な膜電極接合体の構造の一部の断面を概略的に示す図である。
【図３】図３は、図２に示した膜電極接合体の平面図である。
【図４】図４は、図１に示した燃料電池に適用可能な燃料供給機構における燃料供給部の燃料分配板の構造を概略的に示す斜視図である。
【図５】図５は、図４に示した燃料分配板の平面図である。
【図６】図６は、図１に示した燃料電池を搭載可能に構成された電子機器の第１構成例に係る構造を概略的に示す図である。
【図７】図７は、図１に示した燃料電池を搭載可能に構成された電子機器の第２構成例に係る構造を概略的に示す図である。
【図８】図８は、この実施の形態に係る電子機器に適用可能な排気管の構造を概略的に示す図である。
【図９】図９は、この実施の形態に係る電子機器に適用可能な排気管の他の構造を概略的に示す図である。
【符号の説明】
【００８８】
１…燃料電池  ２…起電部  ３…燃料供給機構  ４…燃料収容部
５…アノード触媒層  ６…アノードガス拡散層  ７…アノード
８…カソード触媒層  ９…カソードガス拡散層  １０…カソード
１１…電解質膜  １２…膜電極接合体
１３…アノード集電体  １４…カソード集電体  １５…シール部材
１６…単セル  １７…ガス抜き孔
２１…燃料供給部  ２２…カバープレート  ２４…流路
２５…ポンプ  ３４…燃料分配板  ４０…ガス排出部
１００…電子機器  １１０…筐体  １２０…排気管
【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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