(57)【要約】【課題】携帯機器にも応用でき、簡単な構造の補助燃料タンクを備えた燃料電池装置及びそれを用いた機器を提供する。【解決手段】燃料を格納する燃料タンクと、前記燃料を用いて発電する発電部と、前記燃料タンクから前記発電部に前記燃料を供給する燃料供給部と、前記燃料タンク、前記発電部及び前記燃料供給部の少なくともいずれかに燃料を供給可能とした補助燃料タンクと、前記燃料タンク、前記発電部及び前記燃料供給部の前記少なくともいずれかと、前記補助燃料タンクと、の間に設けられ、前記補助燃料タンクから、前記燃料タンク、前記発電部及び前記燃料供給部の前記少なくともいずれかへ、の方向である第１方向の前記燃料の流動性が、前記第１方向とは逆方向の第２方向の前記燃料の流動性よりも高い第１整流弁と、を備えたことを特徴とする燃料電池装置が提供される。【選択図】図１
2009230883.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料を格納する燃料タンクと、
前記燃料を用いて発電する発電部と、
前記燃料タンクから前記発電部に前記燃料を供給する燃料供給部と、
前記燃料タンク、前記発電部及び前記燃料供給部の少なくともいずれかに燃料を供給可能とした補助燃料タンクと、
前記燃料タンク、前記発電部及び前記燃料供給部の前記少なくともいずれかと、前記補助燃料タンクと、の間に設けられ、前記補助燃料タンクから、前記燃料タンク、前記発電部及び前記燃料供給部の前記少なくともいずれかへ、の方向である第１方向の前記燃料の流動性が、前記第１方向とは逆方向の第２方向の前記燃料の流動性よりも高い第１整流弁と、
を備えたことを特徴とする燃料電池装置。
【請求項２】
前記補助燃料タンクは、前記補助燃料タンク内に前記燃料を導入する補助燃料タンク導入口を有することを特徴とする請求項１記載の燃料電池装置。
【請求項３】
前記燃料タンク、前記発電部及び前記燃料供給部の前記少なくともいずれかと、前記補助燃料タンクと、の間に設けられ、前記第２方向の前記燃料の流動性が、前記第１方向の前記燃料の流動性より高い第２整流弁をさらに備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の燃料電池装置。
【請求項４】
前記補助燃料タンクの剛性は、前記燃料タンクの剛性よりも低いことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の燃料電池装置。
【請求項５】
前記補助燃料タンクは、手動で変形可能とされ、
前記変形により、前記補助燃料タンク内の前記燃料を、前記燃料タンク、前記発電部及び前記燃料供給部の前記少なくともいずれかに供給可能としたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の燃料電池装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１つに記載の燃料電池装置と、
前記燃料電池装置から電力を得て動作する電気機器と、
を備えたことを特徴とする機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池装置及びそれを用いた機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の電子技術の進歩に伴い、電子機器の小型化、高性能化、ポータブル化が進んでおり、これに使用される電池の小型化、高エネルギー密度化の要求が高まっている。そのような中、小型軽量でありながら高容量の燃料電池が注目されている。特に、メタノールを燃料とする直接メタノール形燃料電池（ＤＭＦＣ：Direct Methanol Fuel Cell）は、水素ガスを使用する燃料電池に比べて、水素ガスの取り扱いの困難さや有機燃料を改質して水素を作り出す装置などの必要がないため、小型化に適しており、例えば携帯電話や携帯型のパーソナルコンピュータ、ゲーム機等の各種携帯機器への応用が大きく期待されている。
【０００３】
このＤＭＦＣは、燃料を格納する燃料タンクと、燃料タンクから発電部に燃料を供給する燃料供給部と、供給された燃料から発電する発電部を備えている。そして、発電部では、例えば、アノード電極側にメタノールと水とを供給し、固体高分子電解質膜近傍の触媒でメタノールと水とを反応させてプロトンと電子とを取り出し、発電を行う。
【０００４】
従来のＤＭＦＣは、燃料タンクのみを備えているので、燃料が消費されて無くなった場合に、発電ができず、各種携帯機器の使用に問題が生じる。  
この時、燃料タンクとは別に、燃料を所持し携帯するのは使用者にとって非常に煩雑であり、実用的ではなかった。
【０００５】
なお、特許文献１に、燃料電池システムに応用できる流体制御弁が提案されている。しかしながら、特許文献１に開示された流体制御弁は、ソレノイドによって制御される可動子や可動子に連動して可動する部材等を必要とし、大がかりであり、携帯機器用の燃料電池に応用することは実質的にできなかった。
【特許文献１】特開２００５−３４４８７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、携帯機器にも応用でき、簡単な構造の補助燃料タンクを備えた燃料電池装置及びそれを用いた機器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様によれば、燃料を格納する燃料タンクと、前記燃料を用いて発電する発電部と、前記燃料タンクから前記発電部に前記燃料を供給する燃料供給部と、前記燃料タンク、前記発電部及び前記燃料供給部の少なくともいずれかに燃料を供給可能とした補助燃料タンクと、前記燃料タンク、前記発電部及び前記燃料供給部の前記少なくともいずれかと、前記補助燃料タンクと、の間に設けられ、前記補助燃料タンクから、前記燃料タンク、前記発電部及び前記燃料供給部の前記少なくともいずれかへ、の方向である第１方向の前記燃料の流動性が、前記第１方向とは逆方向の第２方向の前記燃料の流動性よりも高い第１整流弁と、を備えたことを特徴とする燃料電池装置が提供される。
【０００８】
本発明の別の一態様によれば、上記の燃料電池装置と、前記燃料電池装置から電力を得て動作する電気機器と、を備えたことを特徴とする機器が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、携帯機器にも応用でき、簡単な構造の補助燃料タンクを備えた燃料電池装置及びそれを用いた機器が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。  
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る燃料電池装置の構造を例示する模式的断面図である。  
図２は、本発明の第１の実施形態に係る燃料電池装置の補助燃料供給時の状態を例示する模式的断面図である。  
図３は、本発明の第１の実施形態に係る燃料電池装置の構造を例示する模式的斜視図である。  
なお、本願明細書及び各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。  
図１〜図３に表したように、本発明の第１の実施形態に係る燃料電池装置１０は、燃料１１２を格納する燃料タンク１１０と、燃料１１２を用いて発電する発電部１３０と、燃料タンク１１０から発電部１３０に燃料１１２を供給する燃料供給部１２０と、を備える。
【００１１】
そして、燃料電池装置１０は、燃料タンク１１０に連通した補助燃料タンク２００と、燃料タンク１１０の補助燃料タンク２００との連通部分に設けられた第１整流弁２１０をさらに備える。
【００１２】
そして、第１整流弁２１０は、補助燃料タンク２００から燃料タンク１１０への方向である第１方向２１１には、燃料１１２の流動を可能とし、第１方向２１１とは逆方向の第２方向２１２への燃料１１２の流動を防止する。第１整流弁２１０には、例えば、ダックビル型逆止弁が使用できる。ただし、本発明はこれに限らず、第１整流弁２１０には、アンブレラ型、バイダイレクションバルブ型、ポペットバルブ型、フラッパーバルブ型、ニードル型、ボールバルブ型、コンビネーションバルブ型等、各種の逆止弁を用いることができる。  
そして、上記の構成部品が、例えば、筐体１５０に収納されている（図３では、筐体１５０は省略されている）。また、燃料タンク１１０には、燃料タンク導入口１１４から燃料１１２を導入可能とされている。
【００１３】
補助燃料タンク２００は、例えば、ポリエチレンやポリプロピレン等のオレフィン系の材料を用いたタンクとすることができ、補助燃料タンク２００の壁２０２は、手動の圧力で変形させることが可能とされている。補助燃料タンク２００の剛性は、燃料タンク１１０の剛性より低い。例えば、補助燃料タンク２００は、燃料タンク１１０に用いられる材料より柔らかい材料を用いる、及び、補助燃料タンク２００の壁２０２の厚さを、燃料タンク１１０の壁の厚さより薄くする、の少なくともいずれかとすることができる。  
なお、このように、補助燃料タンク２００の剛性を低くすることにより、燃料電池装置１０の筐体１５０の中の空きスペースに適合した形状で、補助燃料タンク２００を格納することもでき、補助燃料タンク２００を設けることによって燃料電池装置１０の容積が大きくなることを実質的に防止できる。
【００１４】
図２に表したように、例えば、筐体１５０に設けられた加圧部２６０に手動の圧力２６４を付与し、その圧力２６４を、例えば、圧力平均化部材２６２によって平均化して、補助燃料タンク２００に加える。そして、補助燃料タンク２００を変形させ、その変形により、補助燃料タンク２００内の燃料１１２を、燃料タンク１１０に供給することができる。これにより、燃料タンク１１０内の燃料１１２を消費して発電ができなくなった場合に、補助燃料タンク２００に蓄えておいた補助の燃料１１２を、手動で簡便に、燃料タンク１１０に供給し、発電することができる。
【００１５】
この時、第１整流弁２１０によって、燃料タンク１１０から補助燃料タンク２００への燃料１１２の流動（すなわち逆流）を防止することができる。これにより、補助燃料タンク２００から燃料タンク１１０に効率良く補助の燃料１１２を供給でき、効率良く発電することができる。
【００１６】
このように、本実施形態に係る燃料電池装置１０によれば、携帯機器にも応用でき、簡単な構造の補助燃料タンクを備えた燃料電池装置が提供できる。
【００１７】
なお、上記において、必要とする時、すなわち、燃料タンク１１０内の燃料１１２が無くなった時以外は、補助燃料タンク２００に圧力が加えられないように、少なくとも補助燃料タンク２００は剛性の高い筐体（例えば筐体１５０）内に格納されることが好ましい。
【００１８】
また、図２に例示した燃料電池装置１０では、第１整流弁２１０は、燃料タンク１１０の補助燃料タンク２００と連通する部分に設けられているが、第１整流弁２１０は、燃料タンク１１０と補助燃料タンク２００との間の連通部分、または、補助燃料タンク２００の燃料タンク１１０と連通する部分に設けても良い。
【００１９】
さらに、燃料電池装置１０においては、補助燃料タンク２００は、燃料タンク１１０に連通しており、補助燃料タンク２００から、燃料タンク１１０に燃料１１２を供給可能とされている。しかし、本発明は、これに限らない。以下、例を説明する。
【００２０】
図４は、本発明の第１の実施形態に係る別の燃料電池装置の構造を例示する模式的断面図である。  
図４に表したように、本発明の第１の実施形態に係る別の燃料電池装置１１においては、補助燃料タンク２００が、燃料供給部１２０と、例えば、燃料供給部パイプ１２２を介して連通している。そして、第１整流弁２１０は、燃料供給部パイプ１２２に設けられている。  
このような構造の燃料電池装置１１も、携帯機器にも応用でき、簡単な構造の補助燃料タンクを備えた燃料電池装置が提供できる。  
なお、補助燃料タンク２００は、燃料供給部パイプ１２２を介さず、直接、燃料供給部１２０に連通していても良く、第１整流弁２１０は、その連通部分に設けられれば良い。
【００２１】
図５は、本発明の第１の実施形態に係る別の燃料電池装置の構造を例示する模式的断面図である。  
図５に表したように、本発明の第１の実施形態に係る別の燃料電池装置１２においては、補助燃料タンク２００が、発電部１３０と、例えば、発電部パイプ１３２を介して連通している。そして、第１整流弁２１０は、発電部パイプ１３２に設けられている。  
このような構造の燃料電池装置１２も、携帯機器にも応用でき、簡単な構造の補助燃料タンクを備えた燃料電池装置が提供できる。  
なお、補助燃料タンク２００は、発電部パイプ１３２を介さず、直接、発電部１３０に連通していても良く、第１整流弁２１０は、その連通部分に設けられれば良い。
【００２２】
このように、補助燃料タンク２００は、燃料タンク１１０、発電部１３０及び燃料供給部１２０の少なくともいずれかに連通し、燃料タンク１１０、発電部１３０及び燃料供給部１２０の少なくともいずれかに補助の燃料１１２を供給可能であれば良い。
【００２３】
そして、第１整流弁２１０は、燃料タンク１１０、発電部１３０及び燃料供給部１２０の少なくともいずれかと、補助燃料タンク２００と、の間の連通部分に設けられれば良い。  
そして、第１整流弁２１０は、補助燃料タンク２００から、燃料タンク１１０、発電部１３０及び燃料供給部１２０の少なくともいずれか、の方向である第１方向２１１には燃料１１２の流動を可能とし、第１方向２１１とは逆方向の第２方向２１２への燃料１１２の流動を実質的に防止できれば良い。
【００２４】
すなわち、第１整流弁２１０は、補助燃料タンク２００から、燃料タンク１１０、発電部１３０及び燃料供給部１２０の少なくともいずれか、の方向である第１方向への燃料１１２の流動性が、第１方向とは逆方向の第２方向への燃料１１２の流動性より高くできれば良い。
【００２５】
なお、図２、図４、図５に例示したように、本実施形態に係る燃料電池装置１０、１１、１２には、補助燃料タンク２００に燃料１１２を供給するための補助燃料タンク導入口２５０が設けられている。これにより、補助燃料タンク２００内の燃料１１２が無くなった場合に、この補助燃料タンク導入口２５０から燃料１１２を補充することができる。
【００２６】
ただし、この補助燃料タンク導入口２５０は、必要によって設ければ良く、例えば、燃料電池装置１０の製造の際に、補助燃料タンク２００内に燃料１１２を満たしておくこともできる。そして、補助燃料タンク２００内の燃料１１２を使用した場合は、例えば、燃料電池装置１０の保守管理を含めた保守点検と一緒に、補助燃料タンク２００への燃料１１２の補充を、例えば、燃料電池装置製造者やサービス業者で行っても良い。  
また以下に説明するように、燃料タンク１１０から補助燃料タンク２００に燃料１１２を補充するようにしても良い。
【００２７】
（第２の実施の形態）
図６は、本発明の第２の実施形態に係る燃料電池装置の構造を例示する模式的断面図である。  
図６に表したように、本発明の第２の実施形態に係る燃料電池装置２０は、図２に例示した燃料電池装置１０に加え、さらに、第２整流弁２２０を備える。第２整流弁２２０は、第１整流弁２１０が設けられる連通部分とは別の連通部分に設けられる。
【００２８】
第２整流弁２２０は、補助燃料タンク２００から燃料タンク１１０への方向である第１方向２１１には、燃料１１２の流動を防止し、第１方向２１１とは逆方向の第２方向２１２への燃料１１２の流動を可能とする。第２整流弁２２０には、第１整流弁２１０と同様に、例えば、ダックビル型逆止弁が使用できる。ただし、本発明はこれに限らず、第２整流弁２２０には、アンブレラ型、バイダイレクションバルブ型、ポペットバルブ型、フラッパーバルブ型、ニードル型、ボールバルブ型、コンビネーションバルブ型等、各種の逆止弁を用いることができる。  
このように、燃料タンク１１０と補助燃料タンク２００との間に、燃料タンク１１０から補助燃料タンク２００への方向である第２方向２１２に、燃料１１２が流動可能とすることで、燃料１１２を燃料タンク１１０から補助燃料タンク２００に補充することができる。
【００２９】
なお、第１整流弁２１０と第２整流弁２２０の流動方向の圧力抵抗を適切に設定することにより、補助燃料タンク２００への燃料１１２の補充と、燃料タンク１１０内の燃料１１２が無くなった時の補助燃料タンク２００から燃料タンク１１０への燃料１１２の補充とを効率的に行うことができる。
【００３０】
このような構成を有する燃料電池装置２０では、補助燃料タンク２００への燃料１１２の補充を、燃料タンク１１０の燃料１１２によって行うことができるので、さらに便利であり、本実施形態の燃料電池装置２０によって、携帯機器にも応用でき、簡単な構造の補助燃料タンクを備えた燃料電池装置が提供できる。
【００３１】
なお、第２整流弁２２０は、第１整流弁２１０と同様に、燃料タンク１１０、発電部１３０及び燃料供給部１２０の少なくともいずれかと、補助燃料タンク２００と、の間の、第１整流弁２１０の連通経路（連通部分）とは別の連通部分に設けられれば良い。  
そして、第２整流弁２２０は、補助燃料タンク２００から、燃料タンク１１０、発電部１３０及び燃料供給部１２０の少なくともいずれか、の方向である第１方向２１１には燃料１１２の流動を実質的に防止し、第１方向２１１とは逆方向の第２方向２１２への燃料１１２の流動を可能とすれば良い。
【００３２】
すなわち、第２整流弁２２０は、第２方向への燃料１１２の流動性を、第１方向への燃料１１２の流動性より高くできれば良い。
【００３３】
なお、図６に例示した燃料電池装置２０では、補助燃料タンク２００へ外部から燃料１１２を補充するための補助燃料タンク導入口２５０が設けられており、燃料タンク１１０から補助燃料タンク２００に燃料１１２を補充するのとは別に、この補助燃料タンク導入口２５０から補助燃料タンク２００に燃料１１２を補充できる。ただし、この補助燃料タンク導入口２５０は、必要に応じて設ければ良く、省略しても良い。
【００３４】
（第３の実施の形態）
図７は、本発明の第３の実施形態に係る燃料電池装置の構造を例示する模式的断面図である。  
図７に表したように、本発明の第３の実施形態に係る燃料電池装置３０は、図２に例示した燃料電池装置１０に加え、さらに、補助電源３００を備える。  
この補助電源３００は、燃料供給部１２０の動作電源となる。  
このように補助電源３００をさらに備えた本実施形態に係る燃料電池装置３０によっても、携帯機器にも応用でき、簡単な構造の補助燃料タンクを備えた燃料電池装置が提供できる。  
なお、上記の燃料電池装置３０は、燃料電池装置１０に補助電源３００を付加した構造であるが、これに限らず、上記の各実施形態に係る燃料電池装置に補助電源３００を付加することができる。
【００３５】
（第４の実施の形態）
上記の本発明の実施形態に係る燃料電池装置は、各種の機器に用いることができる。  
図８は、本発明の第４の実施形態に係る燃料電池装置を用いた機器を例示する模式的断面図である。  
図８に表したように、本発明の第４の実施形態に係る燃料電池装置を用いた機器５００は、本発明の実施形態に係る燃料電池装置（例えば燃料電池装置１０）と、燃料電池装置から電力を得て動作する電気機器（図示しない）と、を備える。  
機器５００としては、携帯電話５１０やパーソナルコンピュータ５２０の他、携帯型オーディオ機器、ビジュアル機器、ゲーム機器等が例示できるが、本発明はこれに限らず、燃料電池装置からの電力によって動作する電気機器（各種電子装置や電子部品、アクチュエータなど）を備えた全てを含むことができる。
【００３６】
本実施形態に係る機器５００によって、簡単な構造の補助燃料タンクを備えた燃料電池装置を用い、燃料タンク１１０内の燃料１１２が無くなった時にも、動作が可能な機器が提供できる。
【００３７】
なお、本実施形態に係る燃料電池装置及びそれを用いた機器において、用いられる燃料１１２としては、メタノール水溶液が例示できるが、これに限定されるものではなく、他の有機燃料であっても良い。他の有機燃料としては、エタノール、プロパノールなどのアルコール類、糖類、ジメチルエーテルなどのエーテル類、シクロヘキサンなどのシクロパラフィン類、水酸基、カルボキシル基、アミノ基、アミド基などの親水基を有するシクロパラフィン類などを例示することができる。なお、このような有機燃料は、例えば、５〜９０重量％程度の水溶液として用いられる。
【００３８】
以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、燃料電池装置及びそれを用いた機器を構成する各要素の具体的な構成に関しては、当業者が公知の範囲から適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができる限り、本発明の範囲に包含される。  
また、各具体例のいずれか２つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。  
その他、本発明の実施の形態として上述した燃料電池装置及びそれを用いた機器を基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全ての燃料電池装置及びそれを用いた機器も、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。  
その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る燃料電池装置の構造を例示する模式的断面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る燃料電池装置の補助燃料供給時の状態を例示する模式的断面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る燃料電池装置の構造を例示する模式的斜視図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る別の燃料電池装置の構造を例示する模式的断面図である。
【図５】本発明の第１の実施形態に係る別の燃料電池装置の構造を例示する模式的断面図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る燃料電池装置の構造を例示する模式的断面図である。
【図７】本発明の第３の実施形態に係る燃料電池装置の構造を例示する模式的断面図である。
【図８】本発明の第４の実施形態に係る燃料電池装置を用いた機器を例示する模式的断面図である。
【符号の説明】
【００４０】
１０、１１、１２、２０、３０  燃料電池装置
１１０  燃料タンク
１１２  燃料
１１４  燃料タンク導入口
１２０  燃料供給部
１２２  燃料供給部パイプ
１３０  発電部
１３２  発電部パイプ
１５０  筐体
２００  補助燃料タンク
２０２  壁
２１０  第１整流弁
２１１  第１方向
２１２  第２方向
２２０  第２整流弁
２５０  補助燃料タンク導入口
２６０  加圧部
２６２  圧力平均化部材
２６４  圧力
３００  補助電源
５００  機器
５１０  携帯電話
５２０  パーソナルコンピュータ
【図１】
2009230883.tif 000003
【図２】
2009230883.tif 000004
【図３】
2009230883.tif 000005
【図４】
2009230883.tif 000006
【図５】
2009230883.tif 000007
【図６】
2009230883.tif 000008
【図７】
2009230883.tif 000009
【図８】
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