JP2006085952A - 燃料電池及び電力供給システム並びに電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、液体燃料の流路での気泡の滞留を防止することができる燃料電池を提供する。
【解決手段】 本発明は、液体燃料が燃料極１５ａに供給されて発電する発電セル１０と、前記燃料極１５ａに液体燃料を供給する燃料供給部を備えた燃料電池において、供給される液体燃料が通流する流路１２ａの壁面に親水処理が施されていることを特徴とする。その結果、発電によって生じた気体が流路１２ａ内で滞留することなく、速やかに発電セル１０から排出される。
【選択図】 図５

Description

本発明は、燃料電池及び電力供給システム並びに電子機器に関し、特に、ＤＭＦＣ(Direct Methanol Fuel Cell：直接メタノール型燃料電池)等の液体燃料を使用して発電する燃料電池及びこの燃料電池を使用した電力供給システム並びにこの電力供給システムを備えた電子機器に関する。

携帯情報端末やノートパソコン等を駆動する小型電源として、ＤＭＦＣをはじめとする燃料電池の開発が進められている。従来のＤＭＦＣは、周知のとおり、触媒を含む燃料極と酸化剤極との間に固体高分子電解質膜を挟み込んだＭＥＡ（Membrane Electrode Assembly：膜/電極接合体）を備えている。

燃料極では、燃料であるメタノールと水とが触媒反応することによって、電子、プロトン及び二酸化炭素が発生する。そして、酸化剤極では、酸化剤である酸素（空気）と、固体高分子電解質膜を通過した燃料極からのプロトンと、燃料極からＤＭＦＣの電力供給先である負荷を経由して酸化剤極に戻ってきた電子とが触媒反応することによって水が生成される。

その一方で、このようなＤＭＦＣにおいて、燃料極及び酸化剤極に加振デバイスを取り付けたものが知られている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。このＤＭＦＣでは、加振デバイスによって燃料極及び酸化剤極に振動が加えられる。その結果、このＤＭＦＣによれば、電極界面でのガス交換が促進され、あるいは触媒が活性化されることによって、その発電特性が制御される。
また、ＤＭＦＣにおいて、界面活性剤を含む液体燃料を使用するものが知られている（例えば、特許文献３参照）。このようなＤＭＦＣによれば、燃料極で発生した二酸化炭素の気泡の成長が抑制される。
特開２００４−１４１９２号公報 特開２００４−１４１９３号公報 特開２００１−９３５５８号公報

ところで、従来のＤＭＦＣでは、燃料極で発生した二酸化炭素が液体燃料中に気泡を形成していた。そして、この気泡は、液体燃料の流路から速やかに排出されずに、流路には、液体燃料に気泡を含むいわゆる気液二相流が形成されていた。その結果、燃料極への液体燃料の供給が不十分となって発電効率が低下するという問題があった。また、流路に気液二相流が形成されると、流路の圧力損失が増大する。その結果、液体燃料を輸送するポンプに、より大きな動力が要求されることとなる。したがって、液体燃料中に含まれる気泡は、速やかにＤＭＦＣから排出されることが望まれる。

しかしながら、燃料極及び酸化剤極に加振デバイスを取り付けたＤＭＦＣ（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）では、振動によって燃料極に付着した気泡を燃料極から離脱させることができたとしても、流路内における気泡の滞留を防止することが困難であった。

また、界面活性剤を含む液体燃料を使用したＤＭＦＣ（例えば、特許文献３参照）では、燃料極に形成された気泡の成長を抑制することはできるが、流路内における気泡の滞留を防止することが困難であった。

そこで、本発明の課題は、液体燃料の流路での気泡の滞留を防止することができる燃料電池及びこの燃料電池を使用した電力供給システム並びにこの電力供給システムを備えた電子機器を提供することにある。

本発明者は、液体燃料が通流する流路の壁面に親水処理を施すことによって、前記課題が解決されるとの知見に基づいて本発明に到達した。

前記課題を解決するための本発明は、液体燃料が燃料極に供給されて発電する発電セルと、前記燃料極に前記液体燃料を供給する燃料供給部を備えた燃料電池において、供給される前記液体燃料が通流する流路の壁面に親水処理が施されていることを特徴とする。

この燃料電池では、流路の壁面に親水処理が施されているので、流路壁面に対する気泡の吸着が防止される。その結果、気泡は、流路内に滞留することがなく、液体燃料に同伴して発電セルから速やかに排出される。したがって、この燃料電池では、発電効率が良好に維持されると共に、流路の圧力損失の増加が防止される。

また、本発明の燃料電池において、前記液体燃料に界面活性剤が含まれていることが好ましい。

この燃料電池では、前記したように、流路内での気泡の滞留が抑制されると共に、液体燃料に界面活性剤が含まれているので、燃料極に形成される気泡の成長が抑制される。したがって、この燃料電池によれば、発電効率が良好に維持されると共に、流路の圧力損失の増加がより確実に防止される。

また、本発明の燃料電池において、前記発電セルの前記燃料極に供給する前記液体燃料の濃度を調節する燃料濃度調節器と、前記発電セルから排出された前記液体燃料の廃液に含まれる気体を脱気すると共に、脱気された前記廃液を前記燃料濃度調節器に送り込む脱気部と、前記脱気部を加熱する加熱手段とを備えることが好ましい。

この燃料電池では、燃料濃度調節器から発電セルに濃度が調節された液体燃料が送り込まれる。そして、発電セルは、液体燃料が発電セルの燃料極に供給されることによって発電すると共に、この発電によって液体燃料中に気泡を形成する。この際、この燃料電池では、流路の壁面に親水処理が施されているので、気泡は、発電に使用されなかった未反応の液体燃料を含む廃液と共に発電セルから速やかに排出される。次いで、発電セルから排出された廃液は、脱気部に送り込まれる。このとき脱気部が加熱手段によって加熱されることによって、廃液は加熱される。その結果、廃液に含まれる気泡は、効率良く廃液と分離される。

脱気された廃液は、脱気部から燃料濃度調節器に送り込まれる。そして、未反応の液体燃料を含む廃液は、燃料濃度調節器によって液体燃料の濃度が調節される。つまり、発電によって消費された液体燃料が、燃料濃度調節器によって補われる。そして、液体燃料の濃度が調節された廃液は、再び発電セルに供給される。

このような燃料電池によれば、発電によって液体燃料中に生成した気泡が、液体燃料（廃液）から効率良く分離されると共に、液体燃料（廃液）は、循環使用される。

また、本発明の燃料電池において、前記脱気部内の前記廃液の温度が、前記燃料極に供給される前記液体燃料の温度と比較して高くなるように設定されていることが好ましい。

この燃料電池では、前記したように液体燃料が発電セルで循環使用される際に、脱気部内の廃液の温度が、燃料極に供給される液体燃料の温度と比較して高くなるように設定される。その結果、脱気部内の廃液中における気体の溶存量と比較して、燃料極に接する液体燃料中の気体の溶存量は多くなる。したがって、例えば、中空糸膜等を使用した脱気部（加熱されないもの）を有する燃料電池と比較して、本発明の燃料電池では、脱気部で廃液への気体（気泡）の溶解が抑制されると共に、燃料極に接する液体燃料への気体（気泡）の溶解が促進される。その結果、脱気部での気泡の分離量が多くなると共に、液体燃料が通流する流路内の気泡の量は低減される。

また、本発明の燃料電池において、前記発電セルが、前記液体燃料の前記流路に前記液体燃料の電気浸透流を生起させる電界形成手段を備えていてもよい。

この燃料電池によれば、流路に電気浸透流を生起させるので、ポンプ等の液体燃料の輸送手段を使用しなくとも、流路に液体燃料を通流させることができる。その結果、この燃料電池によれば、コンパクト化を図ることができる。また、この燃料電池によれば、流路を微細に形成することができるので、液体燃料と燃料極との接触面積を高めることができる。

また、本発明の燃料電池において、前記発電セルが、前記液体燃料の前記流路と前記燃料極との間に設けられた多孔質体を備えていてもよい。

この燃料電池では、流路を通流する液体燃料は、多孔質体の細孔に毛管現象によって吸い込まれ、そして吸い込まれた液体燃料は、燃料極と接触する。この燃料電池によれば、液体燃料が多孔質体中を拡散して燃料極と接触するので、液体燃料を燃料極に満遍なく接触させることができる。

また、本発明において、前記燃料供給部が、前記液体燃料の前記流路内の圧力と比較して高い内圧の燃料貯蔵部を備えていてもよい。

この燃料電池では、液体燃料が、燃料貯蔵部と流路との内圧差によって燃料貯蔵部から流路に向けて輸送される。このような燃料貯蔵部としては、例えば、液体燃料が充填された加圧ボンベ等が挙げられる。このような燃料電池によれば、ポンプ等の液体燃料の輸送手段を使用しなくとも、流路に液体燃料を通流させることができるので、コンパクト化を図ることができる。

また、本発明の燃料電池において、前記液体燃料が、メタノール水溶液であってもよい。

この燃料電池によれば、例えば、燃料として水素ガスを使用する燃料電池と比較して、燃料（メタノール）の入手が容易であり、しかも燃料に爆発の危険性が極めて少ない。また、水素ガスを使用するものと比較して低温で動作させることができる。

以上のような燃料電池によれば、前記燃料電池と、前記燃料電池の前記発電セルを振動させる振動器とを備えることを特徴とする電力供給システムを提供することができる。
この電力供給システムは、前記した燃料電池の効果と同様の効果を奏すると共に、振動器が燃料電池を振動させることによって、燃料極に付着した気泡を燃料極から効率良く離脱させることができる。そして、発電によって酸化剤極に付着した水が振動によって酸化剤極から離脱するので、いわゆるフラッディング現象が回避される。

また、本発明の電力供給システムにおいて、前記振動器の振動時期を制御する制御部を備えると共に、前記制御部が、前記燃料電池の起動時に前記振動器を振動させるように構成されていることが好ましい。

一般に、起動前の燃料電池は、その燃料極に気泡が付着している場合が多い。一方、この電力供給システムでは、制御部が燃料電池の起動時に振動器を振動させる。その結果、この電力供給システムは、燃料極に付着した気泡を燃料極から離脱させるので、燃料電池を起動させた際に、良好な発電効率を発揮する。

また、本発明の電力供給システムにおいて、前記振動器の振動時期を制御する制御部を備えると共に、前記制御部が、前記燃料電池の出力電圧又は出力電流が低下したときに、前記振動器を振動させるように構成されていてもよい。

一般に、燃料電池の運転中に、気泡が燃料極に付着すると、燃料電池の出力電圧や出力電流が低下する。一方、この電力供給システムでは、制御部が、燃料電池の出力電圧又は出力電流が低下したときに振動器を振動させる。その結果、この電力供給システムでは、振動によって燃料極に付着した気泡が燃料極から離脱するので、低下した燃料電池の出力電圧及び出力電流が回復する。

また、本発明の電力供給システムにおいて、前記振動器の振動時期を制御する制御部を備えると共に、前記制御部が、前記燃料電池の前記液体燃料の前記流路における圧力損失が増大したときに前記振動器を振動させるように構成されていてもよい。

一般に、燃料電池の運転中に、気泡が燃料極付着すると、液体燃料の流路における圧力損失は増大する。一方、この電力供給システムでは、制御部が、流路における圧力損失が増大したときに振動器を振動させる。その結果、この電力供給システムでは、振動によって燃料極に付着した気泡が燃料極から離脱するので、増加した流路の圧力損失が回復する。

また、本発明の電力供給システムにおいて、前記燃料電池の発電した電気が充電される蓄電部を備えると共に、前記蓄電部は充電された電気を前記振動器に供給して前記振動器を駆動するように構成されていてもよい。

この電力供給システムでは、燃料電池の運転中に、燃料電池で発電した電気が蓄電部に充電される。そして、この蓄電部に充電された電気は、燃料電池の起動時に振動器を駆動する際に使用される。この電力供給システムによれば、燃料電池を起動時に振動器を駆動するために、外部電源を使用しなくともよい。

以上のような電力供給システムによれば、この電力供給システムを備えたことを特徴とする電子機器が提供される。

本発明によれば、液体燃料の流路での気泡の滞留を防止することができる。したがって、本発明によれば、燃料電池の発電効率を良好に維持することができると共に、液体燃料の輸送に要するポンプの動力の低減化を図ることができる。

次に、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本実施形態に係る電力供給システムが組み込まれたパーソナルコンピュータの斜視図、図２は、本実施形態に係る電力供給システムの構成を説明するための構成説明図、図３は、図１中の燃料電池の構成を説明するための斜視図、図４は、図１中の燃料電池の分解斜視図、図５は、図３中のＡ−Ａ線における燃料電池の部分断面図である。

（電力供給システム）
図１に示すように、電力供給システムＳは、パーソナルコンピュータＰＣのキーボードＫｂの下方に位置するように搭載されており、燃料電池ＦＣと、加熱手段１と、振動器２と、前記加熱手段１の発熱源を兼ねるＭＰＵ（Micro Processing Unit）３とを備えている。なお、パーソナルコンピュータＰＣは、特許請求の範囲にいう「電子機器」に相当し、ＭＰＵ３は、「制御部」に相当する。以下に、加熱手段１、振動器２、ＭＰＵ３及び燃料電池ＦＣの順番で説明する。

加熱手段１は、図２に示すように、ＭＰＵ３と、ヒートパイプ１ａとで主に構成されている。この加熱手段１は、燃料電池ＦＣの脱気部７を加熱するものであり、ヒートパイプ１ａが、発熱源であるＭＰＵ３と脱気部７とを熱的に接続している。

振動器２は、燃料電池ＦＣを振動させるものであり、図１に示すように、燃料電池ＦＣの下方に配置されると共に、燃料電池ＦＣに直に取り付けられている。本実施形態での振動器２には、電気が供給されることによって振動する公知の構造のバイブレータが使用されている。なお、本実施形態での振動器２には、図示しない外部電源から電気が供給されるようになっている。そして、この振動器２は、ＭＰＵ３によってその振動時期が制御されている。

ＭＰＵ３は、パーソナルコンピュータＰＣを統括的に制御する制御装置であり、図示しないメモリやハードディスクドライブに記憶された所定のプログラムを実行することによってパーソナルコンピュータＰＣを制御している。また、このＭＰＵ３は、後記する手順に従って、振動器２の振動時期を制御している。

そして、このＭＰＵ３は、周知のとおり、動作中に発熱することから、本実施形態でのＭＰＵ３は、前記した加熱手段１の発熱源として使用されている。

（燃料電池）
本実施形態に係る燃料電池ＦＣは、ＤＭＦＣ(Direct Methanol Fuel Cell：直接メタノール型燃料電池)であり、周知のとおり、燃料としてメタノール水溶液（以下、「液体燃料」という）が使用されている。そして、この液体燃料には、界面活性剤が配合されている。この界面活性剤としては、例えば、ポリオキシアルキレン鎖含有ノニオン界面活性剤、シロキサン含有ノニオン界面活性剤、エステル型界面活性剤、含窒素型ノニオン界面活性剤、フッ素系ノニオン界面活性剤等が挙げられる。なお、液体燃料中の界面活性剤の濃度は、後記する燃料極１５ａ（図５参照）における触媒反応を阻害しない限りにおいて特に制限はなく、０．０１質量％以上、０．１質量％以下程度でよい。

燃料電池ＦＣは、図３に示すように、燃料貯蔵部４と、燃料供給部５と、燃料濃度調節器６と、脱気部７と、コンプレッサ８と、生成水回収部９と、発電セル１０とを備えている。燃料貯蔵部４は、燃料供給部５と配管Ｐ１で接続され、燃料供給部５は、燃料濃度調節器６と配管Ｐ２で接続され、燃料濃度調節器６は、発電セル１０の燃料供給口１１ｃ（図４参照）と配管Ｐ３で接続され、脱気部７は、発電セルの廃液排出口１１ｄ（図４参照）と配管Ｐ４で接続されると共に、燃料濃度調節器６と配管Ｐ５で接続されている。そして、コンプレッサ８は、発電セル１０の空気供給口１１ｅ（図４参照）と配管Ｐ６で接続され、生成水回収部９は、発電セル１０の空気排出口１１ｆ（図４参照）と配管Ｐ７で接続されると共に、燃料濃度調節器６と配管Ｐ８で接続されている。つまり、この燃料電池ＦＣでは、後記するように、燃料貯蔵部４から燃料供給部５及び燃料濃度調節器６を介して液体燃料が発電セル１０に送り込まれる燃料供給経路と、燃料濃度調節器６、発電セル１０及び脱気部７を液体燃料が循環する循環経路と、コンプレッサ８から発電セル１０に空気（酸素）が供給される空気供給経路と、発電セル１０から生成水回収部９を介して燃料濃度調節器６に向かう水回収経路とが設けられている。なお、循環経路の途中には、液体燃料を循環させる図示しないポンプ等の循環機構が設けられている。

燃料貯蔵部４は、液体燃料を貯蔵するものである。
燃料供給部５は、燃料貯蔵部４に貯蔵された液体燃料を燃料濃度調節器６に送り込むと共に、この燃料濃度調節器６を介して発電セル１０の後記する燃料極１５ａ（図５参照）に液体燃料を供給するものである。本実施形態での燃料供給部５としては、遠心ポンプ等の公知の液送ポンプが使用されればよい。

燃料濃度調節器６は、発電セル１０に送り込まれる液体燃料中のメタノール濃度を調節するものである。この燃料濃度調節器６は、公知の構造を有しており、燃料貯蔵部４から送り込まれた液体燃料と、後記する脱気部７から送り込まれた廃液と、後記する生成水回収部９から送り込まれた水とを混合することによって液体燃料中のメタノール濃度を調節するように構成されている。

脱気部７は、発電セル１０から排出された液体燃料の廃液を加熱することによって、廃液に含まれる気体（二酸化炭素）を廃液から分離するものである。この脱気部７は、図２に示すように、ＭＰＵ３とヒートパイプ１ａを介して熱的に接続されており、発熱したＭＰＵ３によって加熱されるようになっている。そして、この脱気部７は、図２に示すように、脱気した廃液を燃料濃度調節器６に送り込むと共に、分離した気体（二酸化炭素）Ｇｃを排出するようになっている。

コンプレッサ８は、発電セル１０の後記する酸化剤極１５ｂ（図５参照）に酸化剤である空気（酸素）を供給するものである。

生成水回収部９は、発電セル１０から排出された水を含む空気から水を回収するものである。この生成水回収部９は、図２に示すように、回収した水Ｗを燃料濃度調節器６に送り込むと共に、水Ｗを回収した後の空気Ｇａを排出するようになっている。

発電セル１０は、図４に示すように、上ハーフ１１ａ及び下ハーフ１１ｂからなる筐体１１と、流路形成部材１２と、燃料拡散板１３と、燃料極側集電電極１４と、ＭＥＡ（Membrane Electrode Assembly：膜/電極接合体）１５と、酸化剤極側集電電極１６とを備えている。流路形成部材１２、燃料拡散板１３、燃料極側集電電極１４、ＭＥＡ１５及び酸化剤極側集電電極１６は、この順番に重ね合わせられると共に、筐体１１内に収納されている。なお、燃料拡散板１３は、特許請求の範囲にいう「多孔質体」に相当する。

筐体１１は、その上ハーフ１１ａ及び下ハーフ１１ｂが相互に合わせられることによって、その内部に空間が形成される箱状体である。上ハーフ１１ａの側面には、燃料供給口１１ｃと廃液排出口１１ｄとが穿設されている。そして、下ハーフ１１ｂの側面には、空気供給口１１ｅと空気排出口１１ｆとが穿設されている。

流路形成部材１２は、略くし型の２つの部材を相互に噛み合わせることによって、２つの部材の間にジグザグの流路１２ａを形成したものであって、流路１２ａの一端が上ハーフ１１ａの燃料供給口１１ｃに臨むように、そして、流路１２ａの他端が上ハーフ１１ａの廃液排出口１１ｄに臨むように上ハーフ１１ａと接合される。ちなみに、この流路１２ａには、液体燃料が通流するようになっている。

燃料拡散板１３は、図４に示すように、板状に形成された多孔質体である。この燃料拡散板１３は、例えば、多孔質の金属やカーボン、繊維を織り固めたもの等で形成することができる。中でも、親水性あるいはメタノールに対して濡れ性の良好なものからなる燃料拡散板１３は好ましい。また、この燃料拡散板１３は、図５に示すように、流路形成部材１２と接合されている。

燃料極側集電電極１４は、図４に示すように、複数のスリット１４ａを有する板状の導電性部材である。この燃料極側集電電極１４は、図５に示すように、燃料拡散板１３と接合されている。

ＭＥＡ１５は、図５に示すように、燃料極１５ａと酸化剤極１５ｂとの間に固体高分子電解質膜１５ｃを挟み込んだものである。これら燃料極１５ａ及び酸化剤極１５ｂには、周知のとおり、白金、パラジウム等の触媒が含まれている。このＭＥＡ１５は、燃料極１５ａ側が燃料極側集電電極１４と電気的に接続されるように燃料極側集電電極１４と重ね合わせられている。

酸化剤極側集電電極１６は、図４に示すように、複数のスリット１６ａを有する板状の導電性部材である。この燃料極側集電電極１４は、図５に示すように、ＭＥＡ１５の酸化剤極側集電電極１６と電気的に接続されるようにＭＥＡ１５と重ね合わせられている。

そして、これら流路形成部材１２、燃料拡散板１３、燃料極側集電電極１４、ＭＥＡ１５及び酸化剤極側集電電極１６を収納した上ハーフ１１ａ及び下ハーフ１１ｂは、液密となるように相互に接合される。この際、図５に示すように、下ハーフ１１ｂと酸化剤極側集電電極１６との間には、空気が通流する空気室１７ｂが形成される。そして、空気室１７ｂには、図４に示す下ハーフ１１ｂの空気供給口１１ｅと空気排出口１１ｆとが臨むようになっている。

そして、このような発電セル１０において、液体燃料を通流させる流路１２ａの壁面には、親水処理が施されており、本実施形態では、図５に示すように、その壁面に親水性被膜１７ａが形成されている。この親水性被膜１７ａの材質としては、例えば、親水性の極性基を有するものが挙げられ、特にベーマイト等の粘土鉱物や、シランカップリング剤、親水性の極性基を有する樹脂、その表面に水酸基を有するガラスが好ましい。なお、本実施形態では、燃料極側集電電極１４のスリット１４ａの壁面にも、親水性被膜１７ａが形成されている。

また、このような発電セル１０において、燃料極側集電電極１４及び酸化剤極側集電電極１６のそれぞれには、図２に示すように、リード線１８が取り付けられており、これらリード線１８が延びる先端には、燃料電池ＦＣの出力端子１９が形成されている。

次に、本実施形態に係る燃料電池及び電力供給システムの動作について適宜図面を参照しながら説明する。参照する図面において、図６は、振動器の振動時期を説明するためのフローチャートである。

まず、燃料電池ＦＣの動作について説明すると、図２に示すように、電力供給システムＳが起動すると、燃料供給部５は、燃料貯蔵部４に貯蔵された液体燃料を、燃料濃度調節器６を介して発電セル１０に送り込む。一方、発電セル１０では、液体燃料が、図４に示す筐体１１の上ハーフ１１ａに形成された燃料供給口１１ｃから流路形成部材１２の流路１２ａに流れ込む。流路１２ａに入り込んだ液体燃料は、図５に示す燃料拡散板１３と接触する。このとき燃料拡散板１３は多孔質体であるので、液体燃料は燃料拡散板１３内を拡散して燃料極側集電電極１４のスリット１４ａ内に入り込む。そして、燃料拡散板１３が液体燃料を拡散させるので、流路１２ａからスリット１４ａに液体燃料が入り込みにくい箇所であっても、液体燃料は、この燃料拡散板１３を介して入り込んでいく。このようにしてスリット１４ａ内に入り込んだ液体燃料は、ＭＥＡ１５の燃料極１５ａと接触する。

その一方で、図２に示すコンプレッサ８は、酸化剤である空気（酸素）を発電セル１０に送り込む。そして、発電セル１０では、図４に示す筐体１１の下ハーフ１１ｂに形成された空気供給口１１ｅから図５に示す空気室１７ｂに流れ込む。その結果、空気は、酸化剤極側集電電極１６のスリット１６ａを介して、ＭＥＡ１５の酸化剤極１５ｂと接触する。

このようにして燃料極１５ａに液体燃料が接触すると共に、酸化剤極１５ｂに空気（酸素）が接触するときに、燃料極１５ａ及び酸化剤極１５ｂは、負荷と電気的に接続されている。具体的には、燃料極１５ａ及び酸化剤極１５ｂは、パーソナルコンピュータＰＣ（図１参照）の図示しない電力消費部といった負荷と、燃料極側集電電極１４、酸化剤極側集電電極１６、リード線１８（図２参照）及び出力端子１９（図２参照）を介して電気的に接続されている。その結果、燃料極１５ａ及び酸化剤極１５ｂのそれぞれにおいては、メタノール、水及び酸素が、次式（１）及び次式（２）で示されるように電気化学的に反応することによって発電が行われる。

燃料極１５ａ：ＣＨ₃ＯＨ＋Ｈ₂Ｏ→ＣＯ₂＋６Ｈ⁺＋６ｅ^-・・・（１）
酸化剤極１５ｂ： ３／２Ｏ₂＋６Ｈ⁺＋６ｅ^-→３Ｈ₂Ｏ・・・・（２）

つまり、電気は、図２に示すように、燃料極側集電電極１４及び酸化剤極側集電電極１６を介して取り出されると共に、リード線１８及び出力端子１９を介してパーソナルコンピュータＰＣ（図１参照）に供給される。

このように発電セル１０が発電する際に燃料極１５ａで発生した二酸化炭素（ＣＯ₂）は、図５に示す燃料極側集電電極１４のスリット１４ａ及び流路１２ａの液体燃料中で気泡となる。そして、この気泡は、流路１２ａ及びスリット１４ａの壁面が親水処理されていると共に液体燃料に界面活性剤が含まれているので、気泡が流路１２ａやスリット１４ａの壁面に吸着されることは回避される。その結果、気泡は、発電に供された後の液体燃料の廃液と共に、図４に示す筐体１１の上ハーフ１１ａに形成された燃料排出口１１ｄから速やかに排出される。

このようにして発電セル１０から排出された液体燃料の廃液は、図２に示すように、脱気部７に送り込まれる。その一方で、脱気部７に送り込まれた廃液は、発熱源であるＭＰＵ３からヒートパイプ１ａを介して伝達された熱によって加熱される。廃液中に含まれる気泡は、廃液から効率良く分離される。また、このとき廃液は、加熱されることによって溶存する気体（二酸化炭素）を遊離する。そして、脱気部７は、分離した気体（二酸化炭素）Ｇｃを排出すると共に、脱気した廃液を燃料濃度調節器６に送り込む。

その一方で、発電セル１０の空気室１７ｂ（図５参照）に送り込まれた空気は、発電セル１０の空気排出口１１ｆ（図４参照）から排出されて、図２に示す生成水回収部９に送り込まれる。そして、生成水回収部９は、発電によって生成した水を含む空気から水を回収する。生成水回収部９は、図２に示すように、回収した水Ｗを燃料濃度調節器６に送り込む。この際、分離された空気Ｇａは、生成水回収部９から排出される。

そして、燃料濃度調節器６は、図２に示すように、燃料貯蔵部４から燃料供給部５を介して新たに送り込まれた液体燃料と、脱気部７から送り込まれた液体燃料の廃液と、生成水回収部９から送り込まれた水とを混合することによって、発電セル１０に送り込む液体燃料の濃度を調節する。そして、燃料濃度調節器６は、濃度を調節した液体燃料を発電セル１０に送り込む。つまり、この燃料電池ＦＣでは、発電に使用されなかった廃液中に含まれる液体燃料が発電セル１０で再利用されることとなる。

また、本実施形態に係る燃料電池ＦＣでは、このように液体燃料が発電セル１０で循環使用される際に、加熱手段１（図２参照）によって脱気部７内の廃液の温度が、燃料極１５ａ（図５参照）に供給される液体燃料の温度と比較して高くなるように設定されている。その結果、脱気部７内の廃液中における気体の溶存量と比較して、燃料極１５ａに接する液体燃料中の気体の溶存量は多くなる。

以上のような本実施形態に係る燃料電池ＦＣによれば、流路１２ａ及びスリット１４ａの壁面に親水処理が施されていると共に、液体燃料に界面活性剤が含まれており、流路１２ａ等に発生した気泡が流路１２ａ等から速やかに排出されるので、従来の燃料電池と比較して、流路１２ａの圧力損失を低減することができる。また、本実施形態に係る燃料電池ＦＣでは、従来の燃料電池と比較して、発生した気泡が流路１２ａ等から速やかに排出されるので、燃料極１５ａに対する液体燃料の接触が良好となるため、発電能力の低下の度合いを小さく抑えることができる。

また、本実施形態に係る燃料電池ＦＣによれば、前記したように、脱気部７内の廃液中における気体の溶存量と比較して、燃料極１５ａに接する液体燃料中の気体の溶存量が多くなる。その結果、この燃料電池ＦＣは、例えば、中空糸膜等を使用した脱気部（加熱されないもの）を有する燃料電池と比較して、脱気部７で廃液への気体（気泡）の溶解が効率よく抑制されると共に、燃料極１５ａに接する液体燃料への気体（気泡）の溶解がより促進される。したがって、この燃料電池ＦＣによれば、脱気部７での気泡の分離量を多くすることができると共に、液体燃料が通流する流路１２ａ内の気泡の量を低減することができる。つまり、この燃料電池ＦＣは、流路１２ａの圧力損失を低減することができると共に、発電能力の低下の度合いを小さく抑えることができる。

次に、本実施形態に係る電力供給システムＳの動作について説明する。
図２に示すように、この電力供給システムＳでは、所定の時期に振動器２が振動することによって、燃料電池ＦＣを振動させる。そして、この振動器２は、燃料電池ＦＣを振動させることによって、燃料極１５ａ（図５参照）に付着した気泡を燃料極１５ａから効率良く離脱させる。その結果、発生した気泡が流路１２ａ等から速やかに排出されるので、前記した場合と同様に、流路１２ａの圧力損失が低減されると共に、発電能力の低下の度合いが小さく抑えられる。

この電力供給システムＳでは、振動器２の振動時期をＭＰＵ３が制御する。ここで振動時期について説明すると、一般に、起動前の燃料電池ＦＣは、その燃料極１５ａに気泡が付着している場合が多い。一方、図６に示すように、この電力供給システムＳでは、ＭＰＵ３（制御部）が燃料電池ＦＣの起動時に振動器２を駆動させる（ステップＳ１）。その結果、この電力供給システムＳは、振動によって燃料極１５ａに付着した気泡を燃料極１５ａから離脱させるので、燃料電池ＦＣを起動させた際に、良好な発電効率を発揮すると共に、流路１２ａの圧力損失を低減する。なお、パーソナルコンピュータＰＣの使用者は、この振動器２の振動によって、燃料電池ＦＣが起動したことを知ることができる。そして、ＭＰＵ３は、一旦、振動器２を停止させる（ステップＳ２）。そして、ＭＰＵ３は、発電セル１０の電圧や圧力損失を監視する（ステップＳ３）。この電圧や圧力損失の監視は、例えば、出力端子１９（図２参照）の電圧をモニタし、あるいは液体燃料の循環経路である、例えば配管Ｐ３、配管Ｐ４及び配管Ｐ５（図３参照）に取り付けた図示しない圧力センサで液体燃料の循環経路における圧力損失をモニタすることによって行われる。

次に、ＭＰＵ３は、発電セル１０の電圧が低下しているか、又は圧力損失が増大しているか否かを判断する（ステップＳ４）。そして、発電セル１０の電圧が低下しておらず、かつ圧力損失が増大していない場合（ステップＳ４のＮＯ）には、流路１２ａ（図５参照）内に気泡が発生していないと擬制して、発電セル１０の電圧や圧力損失を監視し続ける（ステップＳ３及びステップＳ４）。

その一方で、発電セル１０の電圧が低下するか、あるいは流路１２ａの圧力損失が増大した場合（ステップ４のＹＥＳ）には、ＭＰＵ３は、流路１２ａ内に気泡が発生しているものと擬制して、振動器２を駆動させ（ステップＳ５）、そして、一旦、振動器２を停止させる（ステップＳ６）。次いで、ＭＰＵ３は、低下した発電セル１０の電圧、及び増大した流路１２ａの圧力損失が回復したか否かを判断する（ステップＳ７）。つまり、ステップＳ５で振動器２が駆動したことによって、発生した気泡が発電セル１０から排出されたか否かを判断する。そして、回復していると判断した場合（ステップＳ７のＹＥＳ）には、流路１２ａ（図５参照）内に発生した気泡が発電セル１０から排出されたものと擬制して、発電セル１０の電圧や圧力損失を監視し続ける（ステップＳ３及びステップ４）。

これとは逆に、ＭＰＵ３は、低下した発電セル１０の電圧、及び増大した流路１２ａの圧力損失の少なくともいずれかが回復しない場合（ステップＳ７のＮＯ）には、流路１２ａ内に気泡が残存しているものと擬制する。そして、ＭＰＵ３は、振動器２の駆動回数が所定回数以上になったか否かを判断する（ステップＳ８参照）。つまり、ＭＰＵ３は、ステップＳ５の振動器２の駆動が何回目の駆動であるかを判断すると共に、この回数が予め設定された所定回数以上か否かを判断する。そして、所定回数未満であると判断した場合（ステップＳ８のＮＯ）には、ＭＰＵ３は、再び、振動器２の駆動（ステップＳ５）及び振動器２の停止（ステップＳ６）を繰り返してから、低下した発電セル１０の電圧、及び増大した流路１２ａの圧力損失が回復したかを判断する（ステップＳ７）。このとき、回復していると判断した場合（ステップＳ７のＹＥＳ）には、流路１２ａ（図５参照）内に発生した気泡が発電セル１０から排出されたものと擬制して、発電セル１０の電圧や圧力損失を監視し続ける（ステップＳ３及びステップ４）。

一方、ステップＳ８で所定回数以上であると判断した場合（ステップＳ８のＹＥＳ）には、ＭＰＵ３は、低下した発電セル１０の電圧及び増大した流路１２ａの圧力損失が回復しないのは、流路１２ａでの気泡の滞留によるものではなく、電力供給システムＳの故障によるものと擬制して、電力供給システムＳの動作を停止する（ステップＳ９）。

以上のような本実施形態に係る電力供給システムＳによれば、燃料電池ＦＣの起動時や、燃料電池ＦＣの運転中の所定の時期に、燃料電池ＦＣを振動させることができる。その結果、この電力供給システムＳによれば、燃料電池ＦＣの流路１２ａに滞留する気泡によって、流路１２ａの圧力損失が増大し、あるいは燃料電池ＦＣの出力が低下することを防止することができる。

また、この電力供給システムＳによれば、燃料電池ＦＣが振動するので、発電によって酸化剤極１５ｂ（図５参照）に付着した水が酸化剤極１５ｂから離脱する。したがって、この電力供給システムＳによれば、いわゆるフラッディング現象を回避することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態には限定されない。例えば、前記実施形態では、燃料電池ＦＣがパーソナルコンピュータＰＣに使用された例を示したが、本発明の燃料電池は、携帯電話や他の携帯端末等に使用されるものであってもよい。

また、前記実施形態では、燃料電池ＦＣがパーソナルコンピュータＰＣに組み込まれて使用される例を示したが、本発明は、例えば図７に示すように、パーソナルコンピュータＰＣに外付けされる燃料電池ＦＣであってもよい。

また、前記実施形態では、燃料電池ＦＣがパーソナルコンピュータＰＣのキーボードＫｂの下方に配置されているが、本発明はこれに限定されるものではなく、モニタ側に配置されるものであってもよい。

また、前記実施形態では、燃料貯蔵部４が燃料電池ＦＣに組み込まれた例を示したが、本発明の燃料電池ＦＣは、燃料貯蔵部４が取り外し自在のカートリッジ式のものであってもよい。また、燃料貯蔵部４は、液体燃料が加圧充填された加圧ボンベであってもよい。

また、前記実施形態では、遠心ポンプ等のポンプ燃料供給部５によって液体燃料が発電セル１０の燃料極１５ａに供給されているが、本発明の燃料電池は、これに限定されるものではなく、発電セル１０の流路１２ａに電気浸透流を形成することによって、燃料極１５ａに液体燃料を供給するように構成されていてもよい。この電気浸透流を利用したものとしては、例えば、発電セル１０に組み込まれた流路形成部材１２を兼ねるものが挙げられる。具体的には、例えば、図８（ａ）及び図８（ｂ）に示すように、板状の流路形成部材１２の片面側に形成されたマイクロチャネルである流路１２ａと、この流路１２ａの壁面を構成する親水性被膜１７ａとを備え、親水性被膜１７ａが親水性を有するガラス等の誘電部材膜２０で構成されており、流路１２ａの基端の誘電部材膜２０と終端の誘電部材膜２０とには直流電源２１が接続されているものが挙げられる。なお、誘電部材膜２０及び直流電源２１は、特許請求の範囲にいう「電界形成手段」を構成している。

このような流路形成部材１２を備える燃料電池ＦＣによれば、流路１２ａに電気浸透流を生起させるので、ポンプ等の液体燃料の輸送手段を使用しなくとも、流路１２ａに液体燃料を通流させることができる。その結果、この燃料電池ＦＣによれば、コンパクト化を図ることができる。また、この燃料電池ＦＣによれば、流路１２ａを微細に形成することができるので、液体燃料と燃料極１５ａとの接触面積を高めることができる。なお、このような電気浸透流を形成するものに代えて、例えば、エレクトロウェッティング等の技術を応用したメカレスポンプが使用されてもよい。

また、前記実施形態では、脱気部７を加熱するための発熱源としてＭＰＵ３を使用しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、ハードディスクやメモリ等のその他の発熱源を使用するものであってもよい。

また、前記実施形態では、発熱源の熱を、ヒートパイプ１ａを介して脱気部７に伝達しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、発熱源に脱気部７を近接させて配置することによって脱気部７を加熱するようにしたものであってもよい。

また、本発明の燃料電池では、メタノール水溶液の濃度に特に制限はなく、出力が最大となるように液体燃料の濃度を制御することが望ましい。なお、前記実施形態では、燃料貯蔵部４にメタノール水溶液が貯蔵されているが、本発明はこれに限定されるものではなく、燃料貯蔵部４に高純度のメタノールが貯蔵されていてもよい。

また、本発明に係る燃料電池は、脱気部７から排出される気体Ｇｃからメタノールの分解生成物であるホルムアルデヒドを分解する分解処理部を備えていてもよい。この分解処理部としては、例えば、ホルムアルデヒドを加水分解する公知の構造のものを使用することができる。

また、前記実施形態では、振動器２としてバイブレータが用いられた電力供給システムＳを示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、振動器２が、スピーカや圧電素子、その他の加振装置であってもよい。また、本発明は、このような振動器２によらず、人の手で振動を加えるものであってもよい。

また、前記実施形態では、振動器２が燃料電池ＦＣに直に取り付けられた電力供給システムＳを示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、発電セル１０の筐体１１に取り付けられたものであってもよい。

また、前記実施形態では、発電セル１０の電圧をモニタすることによって振動器２の振動時期を制御しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、発電セル１０の電流をモニタすることによって振動器２の振動時期を制御してもよい。

また、本発明の電力供給システムは、前記実施形態に係る電力供給システムＳにおいて、燃料電池ＦＣの発電した電気が充電される蓄電部を備えるものであってもよい。この蓄電部としては、例えば、二次電池やキャパシタが挙げられる。このような電力供給システムＳでは、燃料電池ＦＣの運転中に、燃料電池ＦＣで発電した電気が蓄電部に充電される。そして、この蓄電部に充電された電気は、燃料電池ＦＣの起動時に振動器２を駆動する際に使用される。この電力供給システムＳによれば、燃料電池ＦＣを起動時に振動器２を駆動するために、外部電源を使用しなくともよい。

実施形態に係る電力供給システムが組み込まれたパーソナルコンピュータの斜視図である。 実施形態に係る電力供給システムの構成を説明するための構成説明図である。 図１中の燃料電池の構成を説明するための斜視図である。 図１中の燃料電池の分解斜視図である。 図３中のＡ−Ａ線における燃料電池の部分断面図である。 実施形態に係る電力供給システムを構成する振動器の振動時期を説明するためのフローチャートである。 他の実施形態に係る電力供給システムにおける燃料電池の取り付け例を示す斜視図である。 図８（ａ）は、他の実施形態に係る燃料電池における流路形成部材の説明図であり、図８（ｂ）は、図８（ａ）のＢ−Ｂ線における断面図である。

符号の説明

１ 加熱手段
２ 振動器
３ ＭＰＵ（制御部）
７ 脱気部
１０ 発電セル
１２ａ 流路
１７ａ 親水性被膜
１７ｂ 空気室
ＦＣ 燃料電池
ＰＣ パーソナルコンピュータ
Ｓ 電力供給システム

Claims (14)

1. 液体燃料が燃料極に供給されて発電する発電セルと、前記燃料極に前記液体燃料を供給する燃料供給部を備えた燃料電池において、
   供給される前記液体燃料が通流する流路の壁面に親水処理が施されていることを特徴とする燃料電池。
2. 前記液体燃料に界面活性剤が含まれていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池。
3. 前記発電セルの前記燃料極に供給する前記液体燃料の濃度を調節する燃料濃度調節器と、
   前記発電セルから排出された前記液体燃料の廃液に含まれる気体を脱気すると共に、脱気された前記廃液を前記燃料濃度調節器に送り込む脱気部と、
   前記脱気部を加熱する加熱手段とを備えることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の燃料電池。
4. 前記脱気部内の前記廃液の温度が、前記燃料極に供給される前記液体燃料の温度と比較して高くなるように設定されていることを特徴とする請求項３に記載の燃料電池。
5. 前記発電セルが、前記液体燃料の前記流路に前記液体燃料の電気浸透流を生起させる電界形成手段を備えることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の燃料電池。
6. 前記発電セルが、前記液体燃料の前記流路と前記燃料極との間に設けられた多孔質体を備えていることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の燃料電池。
7. 前記燃料供給部が、前記液体燃料の前記流路内の圧力と比較して高い内圧の燃料貯蔵部を備えていることを特徴とする請求項１乃至請求項６に記載の燃料電池。
8. 前記液体燃料が、メタノール水溶液であることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の燃料電池。
9. 請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載の燃料電池と、
   前記燃料電池の前記発電セルを振動させる振動器とを備えることを特徴とする電力供給システム。
10. 前記振動器の振動時期を制御する制御部を備えると共に、前記制御部が、前記燃料電池の起動時に前記振動器を振動させることを特徴とする請求項９に記載の電力供給システム。
11. 前記振動器の振動時期を制御する制御部を備えると共に、前記制御部が、前記燃料電池の出力電圧又は出力電流が低下したときに、前記振動器を振動させることを特徴とする請求項９又は請求項１０に記載の電力供給システム。
12. 前記振動器の振動時期を制御する制御部を備えると共に、前記制御部が、前記燃料電池の前記液体燃料の前記流路における圧力損失が増大したときに、前記振動器を振動させることを特徴とする請求項９又は請求項１０に記載の電力供給システム。
13. 前記燃料電池の発電した電気が充電される蓄電部を備えると共に、前記蓄電部は充電された電気を前記振動器に供給して前記振動器を駆動するようになっていることを特徴とする請求項９乃至請求項１２のいずれか１項に記載の電力供給システム。
14. 請求項９乃至請求項１３のいずれか１項に記載の電力供給システムを備えたことを特徴とする電子機器。

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