JP5102465B2 - Fuel cell and fuel cell equipment - Google Patents
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Description
本発明は、燃料電池及び燃料電池により駆動される燃料電池搭載機器に関し、特に、燃料電池の空気極及び燃料極への空気及び燃料の供給の開始と中断とを効率よく行なう燃料電池、及びそうした燃料電池を搭載した燃料電池搭載機器に関する。 The present invention relates to a fuel cell and a fuel cell-equipped device driven by the fuel cell, and in particular, a fuel cell that efficiently starts and stops the supply of air and fuel to the air electrode and the fuel electrode of the fuel cell, and such a fuel cell. The present invention relates to a fuel cell-equipped device equipped with a fuel cell.
携帯電話、PDA 、ノートパソコン等の携帯電子機器には、電源が付属していなければならない。この場合考慮すべき事項として、装置を小型軽量化すること、及び駆動可能時間をできるだけ長時間とすることがある。こうした事項を考慮した結果、今までは、携帯電子機器の電源として、リチウムイオン2次電池が採用される場合が多かった。リチウムイオン2次電池は、ニッケル・カドミウム電池又はニッケル水素電池と比較すると、軽量で、比較的高い駆動電圧及び電池容量が得られるという特長を有する。 A portable electronic device such as a mobile phone, a PDA, or a notebook computer must have a power supply. In this case, considerations are to reduce the size and weight of the device and to make the driveable time as long as possible. As a result of taking such matters into consideration, until now, lithium ion secondary batteries have often been employed as power sources for portable electronic devices. Lithium ion secondary batteries are lighter in weight and have a relatively high driving voltage and battery capacity compared to nickel cadmium batteries or nickel metal hydride batteries.
一方、近年の高度情報通信網の普及により、携帯電子機器における情報通信機能は強化され、機器のオペレーション時間は増加する傾向にある。したがって、携帯電子機器用途の電池に対しては、更なる高容量化の要求が高まっている。リチウムイオン2次電池については、携帯電子機器の進歩に伴って様々な点での改良によって性能向上が図られてきたが、材料の観点からも構造の観点からも、性能の向上は略限界に達してきている。したがって、リチウムイオン2次電池では、近年の更なる高容量化の要求に対応できなくなりつつある。 On the other hand, with the spread of advanced information communication networks in recent years, information communication functions in portable electronic devices are strengthened, and the operation time of the devices tends to increase. Therefore, there is a growing demand for higher capacity for batteries for portable electronic devices. As for lithium ion secondary batteries, performance has been improved by improvements in various points along with the progress of portable electronic devices. However, the improvement in performance is almost the limit from the viewpoint of materials and structure. Has reached. Therefore, lithium ion secondary batteries are becoming unable to meet the recent demand for higher capacity.
このような状況のもと、リチウムイオン2次電池に代わる新たな電源として、燃料電池が注目を集めている。燃料電池は、リチウムイオン2次電池の数倍の容量を実現可能であると期待されており、今後の携帯電子機器の進歩を実現するために非常に重要な技術であると考えられている。 Under such circumstances, fuel cells are attracting attention as a new power source to replace lithium ion secondary batteries. A fuel cell is expected to be capable of realizing a capacity several times that of a lithium ion secondary battery, and is considered to be a very important technology for realizing the advancement of portable electronic devices in the future.
燃料電池は、触媒を含む燃料極(負極)及び空気極(正極)と、これらの間において所定のイオンの移動を許容する電解質とからなる構造を有する。燃料電池においては、燃料極に燃料又は水素を供給するとともに空気極に空気又は酸素を供給すると、電極に含まれる触媒の作用により各電極にて電気化学的な反応が起こり、燃料極と空気極との間に、燃料を供給源とする電子による直流電流を取り出すことができる。 The fuel cell has a structure comprising a fuel electrode (negative electrode) containing a catalyst and an air electrode (positive electrode), and an electrolyte that allows movement of predetermined ions between them. In a fuel cell, when fuel or hydrogen is supplied to a fuel electrode and air or oxygen is supplied to an air electrode, an electrochemical reaction occurs at each electrode by the action of a catalyst contained in the electrode, and the fuel electrode and the air electrode In between, the direct current by the electron which uses a fuel as a supply source can be taken out.
燃料電池はこのようなメカニズムで発電するため、燃料及び酸素を供給し続けることにより連続発電をすることが可能である。したがって、燃料電池によって従来の2次電子を置き換え、携帯電子機器の電源として利用することができる。2次電池の場合には充電によって繰返し使用が可能であるが、燃料電池の場合には、燃料を補充することで繰返し使用が可能となる。しかも、2次電池と異なり、燃料の補給には充電時間のような長時間を必要としない。したがって、燃料電池は、携帯電子機器用途の電源として非常に有望であると考えられている。 Since the fuel cell generates electric power by such a mechanism, it is possible to generate electric power continuously by continuously supplying fuel and oxygen. Therefore, conventional secondary electrons can be replaced by a fuel cell and used as a power source for portable electronic devices. In the case of a secondary battery, it can be used repeatedly by charging, but in the case of a fuel cell, it can be used repeatedly by replenishing fuel. Moreover, unlike a secondary battery, refueling does not require a long time such as a charging time. Therefore, fuel cells are considered very promising as a power source for portable electronic devices.
燃料電池は、その電解質の種類に基づいて、リン酸型、固体高分子型、溶融炭酸塩型、固体酸化物型等に類別される。携帯電子機器用途の電源としては、室温付近の低温にて作動可能であること、小型に構成可能であること、振動に強く大量生産が容易な固体電解質を備えること等から、固体高分子型の燃料電池が適している。 Fuel cells are classified into phosphoric acid type, solid polymer type, molten carbonate type, solid oxide type, and the like based on the type of electrolyte. As a power source for portable electronic devices, it can be operated at a low temperature around room temperature, it can be made compact, and it has a solid electrolyte that is resistant to vibration and easy to mass-produce. A fuel cell is suitable.
固体高分子型燃料電池においては、燃料供給方法として、有機燃料から改質された水素ガスを燃料極に接触させる手法、及び、水素を供給可能な液体燃料を燃料極に対して直接に供給する手法等が知られている。水素ガスを使用する手法は、燃料を改質するための装置が必要であったり、水素ガスの取り扱いが困難であったりするため、携帯電子機器の小型電源としては適さない。そのため、携帯電子機器用途の小型電源という観点からは、液体燃料を使用する燃料電池が注目されている。特に、液体燃料としてのメタノール水溶液を燃料極に対して直接に供給するダイレクトメタノール方式の燃料電池が特に注目を集めている。 In a polymer electrolyte fuel cell, as a fuel supply method, a method in which hydrogen gas reformed from organic fuel is brought into contact with the fuel electrode, and a liquid fuel capable of supplying hydrogen is directly supplied to the fuel electrode. Techniques are known. The method using hydrogen gas is not suitable as a small power source for portable electronic devices because it requires a device for reforming the fuel or it is difficult to handle hydrogen gas. Therefore, from the viewpoint of a small power source for portable electronic equipment, a fuel cell using liquid fuel has attracted attention. In particular, a direct methanol fuel cell that supplies an aqueous methanol solution as a liquid fuel directly to the fuel electrode has attracted particular attention.
ダイレクトメタノール方式によると、燃料極では、下記の式(1)に示すように、メタノールと水が反応して、二酸化炭素(CO2)、プロトン(H+)、及び電子(e−)が生ずる。プロトンは高分子電解質膜を通って空気極に向かい、電子は、燃料極に接続された外部回路に流れる。外部回路にて仕事を終えた電子は空気極に向かう。また、二酸化炭素は系外に排出される。
CH3OH + H2O → CO2 + 6H+ +6e− (1)
空気極では、下記の式(2)に示すように、空気から得られる酸素(O2)と、燃料極から到来したプロトン(H+)と、燃料極から外部回路を経て到来した電子(e−)とが反応して水(H2O)が生成する。
(3/2)O2 + 6H+ + 6e− → 3H2O (2)
ダイレクトメタノール方式を採用する従来の固体高分子型燃料電池には、液体燃料や酸素を強制的に流通させて各電極に供給するための装置又はシステムが併設される場合が多い。しかし、強制供給システムを伴う燃料電池は、特に携帯電話用途又はPDA(Personal Digital Assistant)用途の電源としては、過大なサイズとなるため実用的でない。空気極にて発生する水を加熱や送風等により除去するための装置又はシステムが燃料電池に併設される場合もあるが、そうした燃料電池も携帯電話用途又はPDA用途の電源としては、過大なサイズとなるため実用的でない。
According to the direct methanol system, at the fuel electrode, as shown in the following formula (1), methanol and water react to generate carbon dioxide (CO 2 ), protons (H + ), and electrons (e − ). . Protons pass through the polymer electrolyte membrane to the air electrode, and electrons flow to an external circuit connected to the fuel electrode. Electrons that have finished their work in the external circuit go to the air electrode. Carbon dioxide is discharged outside the system.
CH 3 OH + H 2 O → CO 2 + 6H + + 6e − (1)
In the air electrode, as shown in the following formula (2), oxygen (O 2 ) obtained from air, protons (H + ) coming from the fuel electrode, and electrons (e) coming from the fuel electrode through an external circuit (e - ) Reacts to form water (H 2 O).
(3/2) O 2 + 6H + + 6e − → 3H 2 O (2)
A conventional polymer electrolyte fuel cell employing a direct methanol system is often provided with a device or system for forcibly circulating liquid fuel or oxygen and supplying it to each electrode. However, a fuel cell with a forced supply system is not practical because it has an excessively large size as a power source particularly for mobile phone use or PDA (Personal Digital Assistant) use. A device or system for removing water generated at the air electrode by heating, blowing, or the like may be attached to the fuel cell. However, such a fuel cell is too large as a power source for mobile phones or PDAs. Therefore, it is not practical.
一方、強制供給システム及び水除去システムを利用せずに、小型軽量化を図る燃料電池が後掲の特許文献1及び特許文献2において提案されている。特許文献1及び特許文献2に開示の燃料電池においては、液体燃料を収容する燃料貯蔵部から燃料極に連通する経路が設けられ、液体燃料が当該経路を流通して燃料極に接触するように構成されている。空気極は、電池外部の空気が流通接触できるように設けられ、空気に含まれる酸素が空気極に接触するとともに、空気極にて生成する水が空気中に自然蒸散するように構成されている。さらに、筐体の一部が移動することにより、この空気極に電池外部の空気を接触させる状態と、空気極に接触する空気を遮断する状態とを切替えることにより、発電の開始と停止とを制御する。 On the other hand, Patent Document 1 and Patent Document 2 described below propose fuel cells that are reduced in size and weight without using a forced supply system and a water removal system. In the fuel cells disclosed in Patent Document 1 and Patent Document 2, a path that communicates from the fuel storage unit that stores the liquid fuel to the fuel electrode is provided so that the liquid fuel flows through the path and contacts the fuel electrode. It is configured. The air electrode is provided so that the air outside the battery can be in circulation contact, and oxygen contained in the air is in contact with the air electrode, and water generated in the air electrode is naturally evaporated in the air. . Furthermore, when a part of the housing moves, the start and stop of power generation are switched by switching between a state in which the air outside the battery is in contact with the air electrode and a state in which the air in contact with the air electrode is blocked. Control.
燃料供給には電磁弁等を用いて燃料供給を制御することが公知である。
しかし、強制供給システムを備えないと、液体燃料及び酸素の供給効率が低くなる。上記した特許文献1又は2に記載の技術はこうした問題に対する解決を与えていない。 However, if the forced supply system is not provided, the supply efficiency of liquid fuel and oxygen is lowered. The technique described in Patent Document 1 or 2 described above does not provide a solution to such a problem.
さらに、特許文献1に記載の構造は、携帯電話機において、空気極表面が話し手の顔又は手で覆われる可能性が高い構造である。仮に空気極表面をいかに広く確保しても、空気極表面を手や顔等で覆ってふさぐ可能性がある構造の場合には、空気極表面を通る空気の量が確保できなくなってしまい、電池出力が低下するおそれがある。同様に、ほこり等が積もりやすい構造の場合にも電池出力が低下する可能性が高くなると考えられる。 Furthermore, the structure described in Patent Document 1 is a structure in which the air electrode surface is likely to be covered with a speaker's face or hand in a mobile phone. No matter how wide the air electrode surface is secured, if the air electrode surface is covered with a hand or face, the amount of air passing through the air electrode surface cannot be secured. Output may be reduced. Similarly, it is considered that there is a high possibility that the battery output is reduced even in a structure in which dust or the like is easily accumulated.
また、特許文献1又は2に記載の構造では、空気極への空気の供給を中止することによって発電を一時的に停止させることができる。しかしこの場合、燃料極側の燃料を燃料極に触れたままにしていると燃料が空気極側へクロスオーバーし、空気極側で酸化して発熱し、燃料を無駄に消耗してしまうという問題がある。 Further, in the structure described in Patent Document 1 or 2, power generation can be temporarily stopped by stopping the supply of air to the air electrode. However, in this case, if the fuel on the fuel electrode side is left in contact with the fuel electrode, the fuel crosses over to the air electrode side, oxidizes on the air electrode side, generates heat, and wastes fuel. There is.
本発明は、このような事情のもとで考え出されたものであって、電池の出力低下を抑制でき、停止時の燃料の無駄な消費も抑制可能な燃料電池及び燃料電池搭載機器を提供することを目的とする。 The present invention has been conceived under such circumstances, and provides a fuel cell and a fuel cell-equipped device capable of suppressing a decrease in battery output and suppressing wasteful consumption of fuel when stopped. The purpose is to do.
本発明の他の目的は、発電と発電停止とを簡単な操作で切替可能で、電池の出力低下を抑制でき、停止時の燃料の無駄な消費も抑制可能な燃料電池及び燃料電池搭載機器を提供することを目的とする。 Another object of the present invention is to provide a fuel cell and a fuel cell-equipped device that can be switched between power generation and power generation stop with a simple operation, can suppress a decrease in battery output, and can suppress wasteful consumption of fuel when stopped. The purpose is to provide.
本発明の第1の局面に係る燃料電池は、第1の筐体と、第1の筐体内に固定される燃料電池の電極構造体と、第1の筐体に対する変位が可能となるように第1の筐体と組合され、当該変位によって、電極構造体への燃料及び酸素の供給を同時に制御するための供給制御手段とを含む。 The fuel cell according to the first aspect of the present invention enables the first housing, the electrode structure of the fuel cell fixed in the first housing, and displacement with respect to the first housing. Supply control means for controlling the supply of fuel and oxygen to the electrode structure simultaneously with the displacement in combination with the first housing.
供給制御手段を第1の筐体に対して変位させることにより、電極構造体への燃料及び酸素の供給を同時に制御できる。酸素の供給を停止したときには燃料の供給も停止でき、発電停止中であるにもかかわらず燃料が供給されることによって、燃料が空気極側へクロスオーバーすることが防止でき、空気極側で燃料が酸化して発熱し、燃料が消耗してしまうことを防ぐことができる。また、発電中には酸素の供給と燃料の供給とが同時に行なわれ、効率よく発電が行なえる。その結果、発電効率の低下を防止でき、発電停止時の燃料の無駄な消費も防止できる燃料電池を提供できる。 By displacing the supply control means with respect to the first housing, the supply of fuel and oxygen to the electrode structure can be controlled simultaneously. When the supply of oxygen is stopped, the supply of fuel can also be stopped, and fuel can be prevented from crossing over to the air electrode side by supplying fuel even when power generation is stopped. It is possible to prevent the fuel from being consumed due to oxidation and heat generation. Further, during power generation, oxygen and fuel are supplied at the same time, so that power can be generated efficiently. As a result, it is possible to provide a fuel cell that can prevent a decrease in power generation efficiency and prevent wasteful consumption of fuel when power generation is stopped.
好ましくは、第1の筐体と供給制御手段とは、所定の第1の状態と第2の状態との間で互いに変位可能となるように互いに組合され、供給制御手段は、第1の状態において電極構造体に燃料及び酸素の供給を停止し、第2の状態において電極構造体に燃料及び酸素の供給を行なう。 Preferably, the first casing and the supply control means are combined with each other so as to be displaceable between a predetermined first state and a second state, and the supply control means is in the first state. In step 2, the supply of fuel and oxygen to the electrode structure is stopped, and in the second state, supply of fuel and oxygen to the electrode structure is performed.
第1の筐体と供給制御手段とを第1の状態とすると、燃料と酸素との供給が停止され、第2の状態とすると燃料と酸素との供給が開始される。第1の筐体と供給制御手段との状態を機械的な動きにより変化させることで、一つの操作で電極構造体への燃料及び酸素の供給を同時に制御することができる。すなわち、発電と発電停止とを簡単な操作で切替可能で、電池の出力低下を抑制でき、停止時の燃料の無駄な消費も抑制可能な燃料電池搭載機器を提供できる。 If the first casing and the supply control means are in the first state, the supply of fuel and oxygen is stopped, and if the second state is set, the supply of fuel and oxygen is started. By changing the state of the first casing and the supply control means by mechanical movement, the supply of fuel and oxygen to the electrode structure can be controlled simultaneously by one operation. That is, it is possible to provide a fuel cell-equipped device that can be switched between power generation and power generation stop with a simple operation, can suppress a decrease in battery output, and can suppress wasteful consumption of fuel when stopped.
好ましくは、電極構造体は、表面及び裏面を有し、第1の筐体の内部に固定される電解質層と、電解質層の表面に形成された空気極と、電解質層の裏面に形成された燃料極とを含み、供給制御手段は、第1の筐体と互いに変位可能となるように組合され、第1の状態においては空気極に空気を供給しない態様で第1の筐体と組合され、第2の状態では空気極に空気を供給可能な態様で第1の筐体と組合される第2の筐体を含み、第1の筐体には、燃料極側の空間と外部とを連通させる燃料供給通路が形成されており、供給制御手段はさらに、第1の筐体に対する第2の筐体の変位と連動し、第1の状態においては燃料供給通路を閉鎖し、第2の状態においては燃料供給通路を開放するための燃料供給制御手段を含む。 Preferably, the electrode structure has a front surface and a back surface, and is formed on the electrolyte layer fixed inside the first housing, the air electrode formed on the surface of the electrolyte layer, and the back surface of the electrolyte layer. The supply control means includes a fuel electrode and is combined with the first casing so as to be displaceable with each other. In the first state, the supply control means is combined with the first casing in such a manner that air is not supplied to the air electrode. The second housing includes a second housing combined with the first housing in a manner capable of supplying air to the air electrode, and the first housing includes a space on the fuel electrode side and the outside. A fuel supply passage for communication is formed, and the supply control means further interlocks with the displacement of the second housing relative to the first housing, and closes the fuel supply passage in the first state, In the state, the fuel supply control means for opening the fuel supply passage is included.
第1の状態では、第1の筐体と第2の筐体との組合せにより、空気極に空気が供給され、第2の状態では空気の供給が停止される。また、燃料供給制御手段により、第1の筐体と第2の筐体の変位に連動して燃料の供給と停止とが行なわれる。第1の筐体と第2の筐体との状態を変化させることにより、空気と燃料との供給及び停止を同時に制御できる。 In the first state, air is supplied to the air electrode by the combination of the first housing and the second housing, and in the second state, the supply of air is stopped. The fuel supply control means supplies and stops the fuel in conjunction with the displacement of the first casing and the second casing. By changing the state of the first housing and the second housing, the supply and stop of air and fuel can be controlled simultaneously.
より好ましくは、第2の筐体は、中空の直方体形状を有する。当該直方体形状は、互いに対向する第1及び第2の面、並びに互いに対向する第3及び第4の面を有する。第3の面には所定の開口部が形成される。第1の筐体は、第1及び第2の面とそれぞれ平行な第1及び第2の面と、第3及び第4の面とそれぞれ平行な第3及び第4の面とを有する。第1の筐体は、第1の筐体の第3の面により開口部が閉じられる第1の状態と、第3の面が開口部の部位から移動することにより開口部が開放される第2の状態との間で変位可能なように第2の筐体と組合される。電極構造体は、第1の筐体の第1の面側に空気極が位置するように第1の筐体に取付けられる。第1の筐体の第1の面には開口部が形成されている。 More preferably, the second housing has a hollow rectangular parallelepiped shape. The rectangular parallelepiped shape has first and second surfaces facing each other, and third and fourth surfaces facing each other. A predetermined opening is formed in the third surface. The first housing has first and second surfaces parallel to the first and second surfaces, respectively, and third and fourth surfaces parallel to the third and fourth surfaces, respectively. The first housing has a first state in which the opening is closed by the third surface of the first housing, and a first state in which the opening is opened by moving the third surface from the portion of the opening. Combined with the second housing so as to be displaceable between the two states. The electrode structure is attached to the first housing such that the air electrode is positioned on the first surface side of the first housing. An opening is formed in the first surface of the first housing.
第1の状態では、第2の筐体の開口部と、第1の筐体の第1の面の開口部とを介して、空気極に空気が供給される。第1の筐体の第1の面は、第2の筐体の第2の面により保護されており、空気極への空気の供給がユーザの顔又は手により妨害されたり、空気極にほこりが付着したりすることがない。したがって、安定した効率のよい発電を行なうことが可能になる。 In the first state, air is supplied to the air electrode through the opening of the second housing and the opening of the first surface of the first housing. The first surface of the first housing is protected by the second surface of the second housing, and the supply of air to the air electrode is obstructed by the user's face or hand, or dust is collected on the air electrode. Will not stick. Therefore, stable and efficient power generation can be performed.
燃料電池搭載機器は、この燃料電池と、第2の筐体の第3の面の開口部を通り、第2の筐体の内部から外部に流れる空気の流路に配置され、燃料電池により供給される電力により動作する電子機器とを含んでもよい。 The fuel cell-equipped device is disposed in the flow path of the air that flows from the inside of the second casing to the outside through the fuel cell and the opening on the third surface of the second casing, and is supplied by the fuel cell. And an electronic device that operates with the generated electric power.
電子機器が動作することにより、空気が加熱される。その結果、第2の筐体の第3の面の開口部を通る空気に温度差が生じる。第2の筐体の第3の面の開口部を通って空気の対流が生じ、空気極への空気の供給が効率よく行なえる。その結果、燃料電池の発電を効率よく行なえ、かつ得られた電力を利用する電子機器の排熱を使用して、燃料電池への空気の供給をさらに効率よく行なうことができる。 The air is heated by the operation of the electronic device. As a result, a temperature difference occurs in the air passing through the opening on the third surface of the second casing. Air convection occurs through the opening on the third surface of the second casing, and air can be efficiently supplied to the air electrode. As a result, it is possible to efficiently generate power from the fuel cell and to supply air to the fuel cell more efficiently by using the exhaust heat of the electronic device that uses the obtained electric power.
第2の筐体の第4の面の、第2の筐体の第3の面の開口部に対応する位置には、開口部が形成されていてもよい。 An opening may be formed at a position corresponding to the opening of the third surface of the second housing on the fourth surface of the second housing.
第2の筐体の第3の面及び第4の面の双方の対応する位置に開口部が形成されることにより、これら開口部の一方を通って外部の空気が第2の筐体の内部へ、したがって空気極に、効率よく供給される。さらに、他方の開口部を通って空気が第2の筐体の外部に排出されるため、空気の供給が滑らかに行なわれ、空気極への空気の供給が安定して行なえる。 By forming openings at positions corresponding to both the third surface and the fourth surface of the second housing, external air passes through one of these openings and is inside the second housing. Therefore, it is efficiently supplied to the air electrode. Further, since air is discharged to the outside of the second casing through the other opening, air can be supplied smoothly and air can be stably supplied to the air electrode.
燃料電池搭載機器は、この燃料電池と、第2の筐体の第3の面の開口部を通り、第2の筐体の内部から外部に流れる空気の流路に配置され、燃料電池により供給される電力により動作する電子機器とを含んでもよい。 The fuel cell-equipped device is disposed in the flow path of the air that flows from the inside of the second casing to the outside through the fuel cell and the opening on the third surface of the second casing, and is supplied by the fuel cell. And an electronic device that operates with the generated electric power.
好ましくは、第2の筐体には、第1及び第2の導電体が設けられる。燃料電池は、第1の導電体と空気極とを電気的に接続するための手段と、第2の導電体と燃料極とを電気的に接続するための手段とをさらに含む。 Preferably, the second housing is provided with first and second conductors. The fuel cell further includes means for electrically connecting the first conductor and the air electrode, and means for electrically connecting the second conductor and the fuel electrode.
空気極と燃料極とがともに第2の筐体の導電体と電気的に接続されている。第2の筐体を介して電極構造体で発生される電力を外部に導き出すことが可能となる。 Both the air electrode and the fuel electrode are electrically connected to the conductor of the second casing. It becomes possible to derive the electric power generated in the electrode structure through the second casing.
燃料電池搭載機器は、この燃料電池と、第2の筐体の第3の面の開口部を通り、第2の筐体の内部から外部に流れる空気の流路に配置され、燃料電池により供給される電力により動作する電子機器とを含んでもよい。 The fuel cell-equipped device is disposed in the flow path of the air that flows from the inside of the second casing to the outside through the fuel cell and the opening on the third surface of the second casing, and is supplied by the fuel cell. And an electronic device that operates with the generated electric power.
より好ましくは、第1の筐体の燃料供給通路は、第1の筐体内で、電極構造体と第2の筐体の第2の面の内側面とにより形成された、第1の筐体の外部への開口を有する。第1の筐体の燃料供給通路の開口に対応する、第2の筐体の部分には、電極構造体のための燃料の供給を外部から受ける燃料供給口が設けられている。燃料供給制御手段は、第2の筐体の移動と連動し、第1の状態においては燃料供給口の先端から離隔して燃料供給通路を閉鎖し、第2の状態においては燃料供給口の先端と接触して燃料供給通路を開放するように動作する第1の燃料供給弁を含む。 More preferably, the fuel supply passage of the first housing is formed in the first housing by the electrode structure and the inner surface of the second surface of the second housing. Has an opening to the outside. A portion of the second housing corresponding to the opening of the fuel supply passage of the first housing is provided with a fuel supply port for receiving supply of fuel for the electrode structure from the outside. The fuel supply control means is interlocked with the movement of the second casing, and is separated from the tip of the fuel supply port in the first state and closes the fuel supply passage, and in the second state, the tip of the fuel supply port. And a first fuel supply valve that operates to open the fuel supply passage in contact with the fuel.
第1の状態では、第1の燃料供給弁により燃料の供給が停止される。第2の状態では、第1の燃料供給弁により燃料供給通路が開放される。第1の筐体及び第2の筐体の状態を変化させることに連動して、燃料の供給及び停止を第1の燃料供給弁により制御できる。 In the first state, the supply of fuel is stopped by the first fuel supply valve. In the second state, the fuel supply passage is opened by the first fuel supply valve. The supply and stop of the fuel can be controlled by the first fuel supply valve in conjunction with changing the states of the first casing and the second casing.
さらに好ましくは、燃料電池は、燃料供給口の先端に設けられ、第1の筐体の燃料供給通路の開口の部位と接触することにより燃料供給口を開放し、第1の筐体の燃料供給通路の開口の部位から離隔することにより燃料供給口を閉鎖するように動作する第2の燃料供給弁をさらに含む。 More preferably, the fuel cell is provided at the tip of the fuel supply port, and opens the fuel supply port by contact with the opening portion of the fuel supply passage of the first housing, thereby supplying the fuel to the first housing. It further includes a second fuel supply valve that operates to close the fuel supply port by being separated from a portion of the passage opening.
第1の状態では、第2の燃料供給弁により第1の筐体の燃料供給通路への燃料供給口が閉鎖される。第2の状態では、第2の燃料供給弁により第1の筐体の燃料供給通路への燃料供給口が開放される。第1の筐体及び第2の筐体の状態を変化させることに連動して、燃料の供給及び停止を第2の燃料供給弁により制御できる。第1の燃料供給弁とともに第2の燃料供給弁が動作することにより、燃料の供給と停止とをより確実に制御できる。その結果、燃料の無駄な消耗を防止することと、発電時の燃料の効率的な供給とを第1の筐体と第2の筐体との状態を変化させることに連動して制御できる。 In the first state, the fuel supply port to the fuel supply passage of the first housing is closed by the second fuel supply valve. In the second state, the fuel supply port to the fuel supply passage of the first housing is opened by the second fuel supply valve. In conjunction with changing the states of the first housing and the second housing, the fuel supply and stop can be controlled by the second fuel supply valve. By operating the second fuel supply valve together with the first fuel supply valve, the supply and stop of the fuel can be controlled more reliably. As a result, it is possible to control wasteful consumption of fuel and efficient supply of fuel during power generation in conjunction with changing the state of the first housing and the second housing.
好ましくは、燃料電池は、第2の筐体内部の空間の、第2の筐体の第2の面側の内壁上に固定された一端と、第1の筐体の第2の面に取付けられた他端とを有し、第1の筐体と第2の筐体とが第1の状態のときには第1の容積となり、第2の状態のときには第1の容積よりも小さな第2の容積となる、燃料をその容積に応じて貯留及び放出可能な燃料貯留部をさらに含む。 Preferably, the fuel cell is attached to one end of the space inside the second housing fixed on the inner wall on the second surface side of the second housing and the second surface of the first housing. The first volume when the first housing and the second housing are in the first state, and a second volume smaller than the first volume when in the second state. It further includes a fuel storage part that can store and discharge fuel according to the volume.
第1の状態のときには燃料貯留部は第1の容積となる。この状態では、第2の容積のときと比較して貯留されている燃料の量は多い。第2の状態となると、燃料貯留部は第2の容積となる。容積が縮小するので、燃料貯留部に貯留されていた燃料は放出され、電極構造体に送られて発電に使用される。さらに第1の状態に状態が変化すると、発電に用いられる残留している燃料が燃料貯留部に吸収され貯留される。燃料極に燃料が残留することが防止でき、燃料の無駄な消費が防止できる。 In the first state, the fuel storage portion has the first volume. In this state, the amount of fuel stored is larger than that in the second volume. When the second state is reached, the fuel storage portion becomes the second volume. Since the volume is reduced, the fuel stored in the fuel storage section is released, sent to the electrode structure, and used for power generation. Further, when the state changes to the first state, the remaining fuel used for power generation is absorbed and stored in the fuel storage unit. It is possible to prevent the fuel from remaining on the fuel electrode and to prevent wasteful consumption of fuel.
好ましくは、第1の筐体と第2の筐体とは、第1の状態のときに燃料供給通路の開口と燃料貯留部とを連通させる形状を有する。 Preferably, the first housing and the second housing have a shape that allows the opening of the fuel supply passage and the fuel storage portion to communicate with each other in the first state.
第1の状態となるときに、燃料供給通路に残留している燃料も、燃料貯留部への連通部分を介して燃料貯留部に吸収され貯留される。その結果、燃料極に燃料が残留することが防止でき、燃料の無駄な消費が防止できる。 In the first state, the fuel remaining in the fuel supply passage is also absorbed and stored in the fuel storage part via the communication part to the fuel storage part. As a result, it is possible to prevent the fuel from remaining on the fuel electrode and to prevent wasteful consumption of fuel.
好ましくは、第1の筐体と第2の筐体とは、互いに摺動可能に組合されている。 Preferably, the first housing and the second housing are slidably combined with each other.
摺動という単純な動作で第1の筐体と第2の筐体との状態を変化させることにより、燃料の供給及び停止と、空気の供給及び停止とを同時に制御できる。その結果、操作の簡単な燃料電池を提供できる。 By changing the state of the first housing and the second housing by a simple operation of sliding, it is possible to simultaneously control the supply and stop of fuel and the supply and stop of air. As a result, a fuel cell that is easy to operate can be provided.
以上のように本発明によれば、供給制御手段を第1の筐体に対して変位させることにより、電極構造体への燃料及び酸素の供給を同時に制御できる。酸素の供給を停止したときには燃料の供給も停止でき、発電停止中であるにもかかわらず燃料が供給されることによって、燃料が空気極側へクロスオーバーすることが防止できる。空気極側で燃料が酸化して発熱し、燃料が消耗してしまうことを防ぐことができる。また、発電中には酸素の供給と燃料の供給とが同時に行なわれ、効率よく発電が行なえる。その結果、発電効率が高く、発電停止時の燃料の無駄な消費を防止できる燃料電池を提供できる。 As described above, according to the present invention, the supply of fuel and oxygen to the electrode structure can be controlled simultaneously by displacing the supply control means with respect to the first casing. When the supply of oxygen is stopped, the supply of fuel can also be stopped, and the fuel can be prevented from crossing over to the air electrode side even when the power generation is stopped. It is possible to prevent the fuel from being oxidized and generating heat on the air electrode side, thereby consuming the fuel. Further, during power generation, oxygen and fuel are supplied at the same time, so that power can be generated efficiently. As a result, it is possible to provide a fuel cell that has high power generation efficiency and can prevent wasteful consumption of fuel when power generation is stopped.
空気極付近は第2の筐体により保護されており、空気極への空気の供給がユーザの顔又は手により妨害されたり、空気極にほこりが付着したりすることがない。したがって、安定した効率のよい発電を行なうことが可能になる。 The vicinity of the air electrode is protected by the second casing, and the supply of air to the air electrode is not obstructed by the user's face or hand, and dust does not adhere to the air electrode. Therefore, stable and efficient power generation can be performed.
燃料電池による電力を利用して動作する電子機器の排熱を利用する配置とすれば、燃料電池への空気の供給をさらに効率よく行なえる。 If the arrangement uses the exhaust heat of the electronic device that operates using the power of the fuel cell, the air can be supplied to the fuel cell more efficiently.
第1の筐体及び第2の筐体の状態を変化させることに連動して、燃料の供給及び停止を第1の燃料供給弁により、さらに第2の燃料供給弁により、確実に制御できる。 In conjunction with changing the states of the first housing and the second housing, the fuel supply and stop can be reliably controlled by the first fuel supply valve and further by the second fuel supply valve.
燃料貯留部を設けると、燃料極に燃料が残留することが防止できる。発電停止時に燃料供給通路に残留している燃料も、燃料貯留部への連通部分を介して燃料貯留部に吸収され貯留される。その結果、燃料極に燃料が残留することが防止でき、燃料の無駄な消費が防止できる。 Providing the fuel storage portion can prevent fuel from remaining in the fuel electrode. The fuel remaining in the fuel supply passage when power generation is stopped is also absorbed and stored in the fuel storage part via the communication part to the fuel storage part. As a result, it is possible to prevent the fuel from remaining on the fuel electrode and to prevent wasteful consumption of fuel.
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。なお以下の実施の形態の図面及び説明において、同一の部品には同一の参照番号を付してある。それらの名称及び機能も同一である。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the drawings and description of the following embodiments, the same parts are denoted by the same reference numerals. Their names and functions are also the same. Therefore, detailed description thereof will not be repeated.
[第1の実施の形態]
<構成>
・全体構成
図1及び図2は、本発明の第1の実施の形態に係る燃料電池30の斜視図である。図1は発電の休止中の状態を示し、図2は発電中の状態を示す。図3は発電の休止中の燃料電池30の正面図、平面図、及び右側面図を示し、図4は発電中の燃料電池30の正面図及び右側面図を示す。
[First Embodiment]
<Configuration>
Overall Configuration FIGS. 1 and 2 are perspective views of the
図1〜図4を参照して、第1の実施の形態に係る燃料電池30は、燃料電池の電極構造体を内部に固定して保持する、ほぼ直方体形状の第1筐体44と、中空部を有するほぼ直方体の形状を有し、その内部を第1筐体44が上下に摺動可能となる様に第1筐体44を保持する第2筐体40と、第2筐体40の下部に配置され、第2筐体40と同じ平面形状を有する、ほぼ直方体状の燃料タンク42とを含む。第1筐体44の側面には、燃料電池30の発電時に燃料極で発生するガスを排出する気液分離構造52が形成され、第1筐体44の上面には、空気極に供給される空気の取入口54が形成されている。第2筐体40は、後述するように第1筐体44に対する変位が可能で、その変位によって電極構造体への燃料及び酸素(酸素を含む空気)の供給を同時に制御する機能を持つ。
1 to 4, a
これら筐体は、直接に燃料に触れるため、耐熱性及び耐酸性を有する物質により形成される。例えばアクリルニトリル・ブタジエン・スチレン、ポリスチレン、ポリフェニレンエーテル等を用いる。 These casings are made of a material having heat resistance and acid resistance because they directly contact the fuel. For example, acrylonitrile / butadiene / styrene, polystyrene, polyphenylene ether, or the like is used.
燃料タンク42内には、後述するように燃料電池のための燃料が格納されている。
In the
第1筐体44を上部まで引き上げた図1の状態が第1番目の状態で、この状態では、後述するように電極構造体に空気も燃料も供給されない状態となる。また、第1筐体44を引き下げた図2の状態が第2の状態で、この状態では、第1筐体44の上部と第2筐体40の上辺との間に開口部50が形成され、開口部50及び空気の取入口54を介して空気が電極構造体の空気極に供給される。第1筐体44の内部では、燃料タンク42内の燃料が電極構造体の燃料極に供給される。第1筐体44の構造については後述する。
The state shown in FIG. 1 in which the
図5は、図3の5−5線における矢視方向断面図であり、図6は図4の6−6線における矢視方向断面図である。 FIG. 5 is a cross-sectional view in the direction of arrows in line 5-5 in FIG. 3, and FIG. 6 is a cross-sectional view in the direction of arrows in line 6-6 in FIG.
図5及び図6を参照して、燃料タンク42は、一端が燃料タンク42の内壁に固定されたバネ60と、バネ60の他端に固定されたピストン62と、ピストン62の、バネ60が固定されていない表面と燃料タンク42の内壁との間に格納された燃料64とを含む。燃料タンク42の上部には、燃料64を第1筐体44に供給するための供給口66が形成されており、その先端には、第1筐体44の位置にしたがって燃料を第1筐体44に供給したり燃料の供給を停止したりするためのバルブを内蔵した燃料タンク側燃料供給部94が設けられている。なお、燃料タンク42の供給口66内部には、外部に燃料を放出する際の燃料の圧力を一定にするための、図示しないレギュレータが設けられている。レギュレータとしては、ミクロスプリッタバルブと呼ばれるバルブを用いることにより、燃料の流量を一定に調整することができる。
5 and 6, the
第1筐体44は、下面が開放された中空の直方体形状を有する枠体70と、上面に空気極が、下面に燃料極が位置するように枠体70内に配置された電極構造体72と、電極構造体72を枠体70に固定するための固定部材82及び84とを含む。第1筐体44と第2筐体40との摺動部分は図示しないシールによりシールされている。
The
固定部材84は、電極構造体72の下面に臨む空間に一端を有し、燃料タンク42の燃料タンク側燃料供給部94に向けて開口する他端とを有する燃料通路90を有する。燃料通路90の電極構造体72側の開口に近い部分には、逆止弁86が設けられ、燃料タンク側燃料供給部94に臨む開口部には、燃料タンク側燃料供給部94に含まれるバルブと協働して、第1筐体44の移動にあわせて燃料タンク42から電極構造体72への燃料の供給の開始及び停止を制御するためのバルブを含む第1筐体側燃料供給部92が設けられている。
The fixing
固定部材84の、第1筐体側燃料供給部92が形成されている部分には、供給口66の径とほぼ同径の円筒形空間96が形成されており、図6に示すように、発電中には供給口66及び燃料タンク側燃料供給部94がこの円筒形空間96内に進入する。
A
燃料電池30はさらに、第2筐体40の内部底面上に底部が固定され、固定部材82及び固定部材84の下部にその上面の端部が固定され、周囲がコーティングされた軟質の発泡連通ポリエチレンからなる、発電停止時に電極構造体72の下部空間に残留する燃料を吸収し貯留するスポンジ状のサブタンク76と、サブタンク76の上面に設けられた仕切り板74とを含む。サブタンク76は、後述するように発電停止時には膨張して残留する燃料を一時貯留し、発電開始時には収縮して、貯留した燃料を放出する。
The
図7(A)に仕切り板74の平面図を、図7(B)にその7B−7B線での矢視方向の断面図を、それぞれ示す。図7を参照して、仕切り板74は、中央に形成された開口部112を有する板体110を含む。板体110の、周囲に近い部分には開口114〜132が形成されている。図7(B)に示すように、板体110の上面は、これら開口に向かって傾斜し、斜面140,142,144,146,148及び150を形成している。後述するように、仕切り板74の上面は、発電中には図6に示すような形状となり、その空間は燃料で満たされるが、発電を中止する際には、図5に示すようにサブタンク76が枠体70とともに上に移動する。それに伴い、板体110の上部に残った燃料が、これら開口と、板体110と固定部材82及び84との間に形成されている空隙とを通してサブタンク76側に落ち、サブタンク76に吸収される。斜面140,142,144,146,148及び150が形成されているため、仕切り板74の上面の燃料が速やかにサブタンク76側に落ち、吸収される。
FIG. 7A shows a plan view of the
なお、図5及び図6に示すように、第2筐体40の内部側壁のうち、電極構造体72の両端に面する部分には、電極構造体72により発生される電流を燃料電池30の外部に取出すための電極となる導電体78及び80が設けられている。これら導電体78及び80と電極構造体72の空気極及び燃料極からの取出電極とは摺動接触させられる。導電体78は負荷の−極側に接続され、導電体80は負荷の+極側に接続される。すなわち、燃料電池の発電した電力が導電体78及び80を介して負荷に供給される。
As shown in FIGS. 5 and 6, the current generated by the
・バルブの構成
図8に、第1筐体側燃料供給部92に設けられる上部バルブ93と、燃料タンク側燃料供給部94に設けられる下部バルブ95との断面図を示す。図8は、上部バルブ93と下部バルブ95とが離れたときの図である。図9は図8における9−9方向の矢視図、図10は図8における10−10方向の矢視図であり、それぞれ上部バルブ93の下面と下部バルブ95の上面とを示す。
FIG. 8 is a cross-sectional view of the
図8及び図9を参照して、上部バルブ93は、上面172及び下面174を有し、下面174から上面172に通じる燃料流路を形成する下部開口190、内部空間171及び上部開口176が形成されたバルブハウジング170と、バルブハウジング170の下面174に、開口190を囲むように取付けられたゴムリング180とを含む。下部開口190と上部開口176とは、同径の円形断面を有する。内部空間171はこれらより大径の円形断面を有する。
8 and 9, the
上部バルブ93はさらに、内部空間171内に配置された、弁体を構成する可動部184と、可動部184の上面を下に付勢するように内部空間171内に設けられたバネ182と、可動部184の下面から下に突出るように形成された1対の突起186及び188(突起188は図8に表れていない。)とを含む。バルブハウジング170の下面には、この突起186及び188が摺動可能な開口が形成されている。突起186及び突起188は、可動部184が内部空間171の下部においてバルブハウジング170に当接しているときに、その先端が下面174から所定長だけ下に突出るような長さを有する。
The
同様に、図8及び図10を参照して、下部バルブ95は、上面202及び下面204を有し、下面204から上面202に通じる燃料流路を形成する下部開口206、内部空間207及び上部開口220が形成されたバルブハウジング200と、バルブハウジング200の下面204に、上部開口220を囲むように取付けられたゴムリング210とを含む。下部開口206と上部開口220とは、いずれも上部バルブ93の下部開口190と同径の円形断面を有する。内部空間207は上部バルブ93の内部空間171と同径の円形断面を有する。また、ゴムリング180及び210は、上部バルブ93の下部開口190と下部バルブ95の上部開口220とが互いに一致する位置にあるときに、互いに接するような位置に形成されている。
Similarly, referring to FIGS. 8 and 10, the
上部バルブ95はさらに、内部空間207内に配置された、弁体を構成する可動部214と、可動部214の下面を上に付勢するように内部空間207内に設けられたバネ212と、可動部214の上面から上に突出るように形成された1対の突起216及び218とを含む。バルブハウジング200の上面には、この突起216及び218が摺動可能な開口が形成されている。
The
本実施の形態では、突起216及び突起218は、可動部214が内部空間207の上部においてバルブハウジング200に当接しているときに、その先端が上面202から所定長だけ上に突出るような長さを有する。そして、この長さは上部バルブ93の突起186及び188の長さと一致している。
In the present embodiment, the
図8〜図10を参照して明らかな様に、上部バルブ93と下部バルブ95とは、上部バルブ93の突起186及び188、並びに下部バルブ95の突起216及び218が中央の下部開口190及び220を中心として互いに90度ずつずれた位置となるように配置されている。
As is apparent with reference to FIGS. 8 to 10, the
図8に示されるように上部バルブ93の下面174と下部バルブ95の上面202とが離れているときには、上部バルブ93の可動部184の下面がバルブハウジング170の内部空間171底面にバネ182により押付けられる。したがって上部バルブ93の燃料流路は閉鎖される。このとき、上部開口176側に燃料が残っていても、上部バルブ93の構造上、燃料が逆流することはない。同様に、下部バルブ95の可動部214の上面がバルブハウジング200の内部空間207上面にバネ212により押付けられる。したがって、下部バルブ95の燃料流路も閉鎖される。下部バルブ95においても、下部開口206側には加圧された燃料が存在するが、下部バルブ95の構造上、燃料が上部開口220側に流れ出ることはない。
As shown in FIG. 8, when the
一方、図11に示すように上部バルブ93と下部バルブ95とが強く押付けられ、上部バルブ93の下面174が下部バルブ95の上面202に接するような位置では、突起186及び188の先端が上面202に当接し、その結果、可動部184がバネ182の付勢力に打ち勝って上に移動する。したがって、下部開口190、内部空間171、及び上部開口176で形成される燃料流路が開く。同様に、突起216及び218の先端が上部バルブ93の下面174に当接し、その結果、可動部214がバネ212の付勢力に打ち勝って下に移動する。その結果、下部開口206、内部空間207、及び上部開口220により形成される燃料流路が開く。なお、図11に示すように上部バルブ93と下部バルブ95とが強く押付けられた状態では、ゴムリング210とゴムリング180とは、ともに変形する。したがって、両者には、この変形のための遊びが必要である。
On the other hand, as shown in FIG. 11, at the position where the
ゴムリング180とゴムリング210との寸法及び位置は、流路が開くのと同時に、又はその直前に、接触するように設計する。こうした設計により、燃料が上部バルブ93と下部バルブ95との接続部分から漏れだすのを極力防止する。
The dimensions and positions of the
なお、図6に示す状態から図5に示す状態に移行するときに、第1筐体側燃料供給部92と燃料タンク側燃料供給部94との間に少量ながら燃料が残留する場合がある。これら燃料が外部に漏れるのを抑制するために、本実施の形態では、図5に示す固定部材84の円筒形空間96に面する部分、又は、第1筐体側燃料供給部92と燃料タンク側燃料供給部94との接触面のゴムリング180と突起216、218に接触しない部分に、液体燃料を吸収するための吸収部材を配置する。このような設計により、第1筐体側燃料供給部92と燃料タンク側燃料供給部94との開閉時の少量の燃料の漏れ分をこれら吸収部材に吸収させることができ、外部への燃料漏れが抑制される。
In addition, when shifting from the state shown in FIG. 6 to the state shown in FIG. 5, a small amount of fuel may remain between the first housing side
・電極構造体72の構成
図12は、電極構造体72の構成の詳細を示す断面図である。図12を参照して、電極構造体72は、固定部材82及び84により枠体70に固定される電解質層240と、電解質層240の上面の、固定部材82及び固定部材84から出ている部分のほぼ全体にわたり取付けられた空気極242と、空気極242の上面に取付けられ、さらに固定部材84内を通って第2筐体40の導電体80に接触する位置まで伸びた空気極側取出電極244と、電解質層240の下面の、固定部材82及び固定部材84から出ている部分のほぼ全体にわたり取付けられた燃料極246と、燃料極246の下面に取付けられ、さらに固定部材82を通って第2筐体40の導電体78に接触する位置まで伸びた燃料極側取出電極248とを含む。
Configuration of
本実施の形態では、導電体78と燃料極側取出電極248との接触面においては、導電体78が摺動方向に形成された凹部を形成し、その凹部に燃料極側取出電極248の端部に形成された凸部が組合される。導電体80と空気極側取出電極244との接触面も同様である。
In the present embodiment, the contact surface between the
<動作>
この第1の実施の形態に係る燃料電池30は以下のように動作する。非発電時は、燃料電池30は図1に全体図を、図3に3面図を、図5に断面図を、それぞれ示したように、第1筐体44は第2筐体40内を最も上まで引き上げられている。この場合、図5に示すように第1筐体側燃料供給部92と燃料タンク側燃料供給部94とは離れている。このとき、第1筐体側燃料供給部92に含まれる上部バルブ93と燃料タンク側燃料供給部94に含まれる下部バルブ95とは、図8に示すような状態である。上部バルブ93の下面174と下部バルブ95の上面202とは互いに離れている。可動部184はバネ182の付勢力により内部空間171内のバルブハウジング170に押付けられており、燃料流路は閉じている。下部バルブ95でも同様にバネ212の付勢力により可動部214が内部空間207内のバルブハウジング200に押付けられており、燃料流路は閉じている。
<Operation>
The
図5及び図12を参照して、このとき、電極構造体72の燃料極246には燃料が供給されない。第1筐体44が第2の筐体42の上端まで引き上げられるため、図2に示すような開口部50が形成されず空気極242に供給される空気もない。
Referring to FIGS. 5 and 12, at this time, no fuel is supplied to the
したがって電極構造体72の燃料極246及び空気極242における化学反応は起こらず、発電は行なわれない。
Therefore, no chemical reaction occurs in the
第1筐体44を引下げると、以下のようなメカニズムで電極構造体72における発電が行なわれる。この場合、第1筐体44と第2の筐体42との間の関係は図2に斜視図を、図4に正面図及び右側面図を、図6に断面図を、それぞれ示したようになる。すなわち、第1筐体側燃料供給部92が第1筐体44とともに下方に移動することにより、第1筐体側燃料供給部92と燃料タンク側燃料供給部94とが接する。すると、図11に示すように、第1筐体側燃料供給部92の上部バルブ93の下面と燃料タンク側燃料供給部94の下部バルブ95の上面とが接触し、上部バルブ93の可動部184が上に、下部バルブ95の可動部214が下に、それぞれ移動する。その結果、下部バルブ95の燃料流路及び上部バルブ93の燃料流路がともに開く。燃料タンク42内の燃料はバネ60により加圧されているため、下部バルブ95、上部バルブ93、燃料通路90、及び逆止弁86を経て第1筐体44の燃料極246下部の空間に向けて流れる。
When the
また、図2及び図4に示すように、第1筐体44と第2筐体40との間には開口部50が形成される。ここを空気が通ることにより、第1筐体44の上面の空気極242に空気が供給される。
As shown in FIGS. 2 and 4, an
図12を参照して、燃料極246に燃料が、空気極242に空気が、それぞれ供給されるため、電極構造体72において発電が行なわれる。得られる電流は空気極242から空気極側取出電極244を経て導電体80へ、及び燃料極246から燃料極側取出電極248を経て導電体78へ、それぞれ取出される。
Referring to FIG. 12, since fuel is supplied to
発電を停止する際には、再び第1筐体44を第2筐体40の上端まで引上げる。その結果、燃料電池30の状態は最初の状態に戻る。ただしこの場合、サブタンク76は図6に示すような圧縮された状態から、図5に示すような膨張した状態となる。燃料極246の下部空間に残留する燃料は、図7に示す仕切り板74の上面から開口部120〜132及び仕切り板74と固定部材82及び84との間の間隙を通ってサブタンク76に吸収される。また、第1筐体側燃料供給部92と燃料タンク側燃料供給部94との間の空隙98に残留した燃料も、図5に示すようにサブタンク76が膨張するときに、固定部材84の円筒形空間96に面する部分、又は、第1筐体側燃料供給部92と燃料タンク側燃料供給部94との接触面のゴムリング180と突起216、218に接触しない部分に配置された吸収部材に吸収される。
When stopping power generation, the
サブタンク76が膨張を開始し、燃料極246側の燃料がサブタンク76に吸収され始めるのと同時期に、第1筐体側燃料供給部92と燃料タンク側燃料供給部94とが離れ、燃料供給が停止される。燃料極246側では、近傍に残存する燃料がサブタンク76に吸収される。入替わりに前述の気液分離構造52又は第1筐体側燃料供給部92を介して大気等のガスが燃料極246の近傍の空間に流れ込み、じきに発電が停止する。
At the same time when the
したがって、燃料電池30の発電停止時には燃料極246付近には燃料は残留しない。その結果、発電停止時に燃料が空気極側へクロスオーバーすることがなく、クロスオーバーによる空気極側での燃料の酸化及び発熱、並びにそれに伴う燃料の消耗という問題が生じない。
Therefore, no fuel remains in the vicinity of the
さらに、サブタンク76に燃料が内包されている状態のときに発電を開始しようとする場合、内部の状態は図5に示す状態から図6に示す状態に変化する。このとき、サブタンク76は圧縮されるので、サブタンク76に内包されていた燃料はサブタンク76から燃料極246側の空間に押出される。燃料極246に面する空間にある気体は、第1筐体44に形成された気液分離構造52を介して第1筐体44外へ排出される。
Further, when power generation is to be started in a state where fuel is contained in the
サブタンク76から燃料が押出される動作の終わりがけに、第1筐体側燃料供給部92と燃料タンク側燃料供給部94とが接続され、それぞれの内部の上部バルブ93と下部バルブ95が開き、燃料が燃料タンク42から燃料極246に面する空間に供給され、前述した発電時の状態となる。
At the end of the operation in which the fuel is pushed out from the
<第1の実施の形態の効果>
以上のように、本実施の形態に係る燃料電池30では、第1筐体44を引上げたときには発電が停止し、第1筐体44を引下げたときには発電が開始される。発電時には、空気極242が第1筐体44の枠体70により保護される。利用者の手又は顔によって空気極242への空気の供給が阻害される恐れは少なく、発電を効率よく行なえる。現状の実験では、発電時における空気極242近傍の空間の高さが概ね4mm以上あれば、発電はほぼ問題なく行なわれることが分かっている。ただしこの条件は空気極242の面積によって変わってくる。
<Effect of the first embodiment>
As described above, in the
また、非発電時には電極構造体72は第1筐体44によって保護された状態に維持される。電極構造体72にほこりが付着したりするおそれは少なく、発電の効率が低下することが防止できる。
Further, the
<変形>
上記した実施の形態では、第1筐体側燃料供給部92に設けられた上部バルブ93が逆止弁である。したがって、もう一つの逆止弁86を設けることは本来は必要ない。しかし本実施の形態では、上部バルブ93の開閉動作のタイミングがずれる場合の安全性確保の為に、逆止弁86を配置して、燃料極246側の燃料が逆流しにくい構造としている。第1筐体側燃料供給部92が逆支弁構造でない場合には逆止弁86が必要となる。
<Deformation>
In the above-described embodiment, the
本実施の形態の燃料供給流路の開閉機構は単なる一例である。第1筐体44と第2筐体40との状態を第1の状態から第2の状態に変化させることに伴い燃料極246への燃料供給と空気極242への空気供給とを開始し、第2の状態から第1の状態に変化させるときには、燃料極246への燃料供給と空気極242への空気の供給とを同時に停止させる機構であれば、どのようなものでもよい。弁として電磁弁等を用いるようにしてもよい。
The fuel supply flow path opening / closing mechanism of the present embodiment is merely an example. Along with changing the state of the
上記した実施の形態では、空気極側取出電極244及び燃料極側取出電極248を、燃料タンク42側に設けられた導電体78及び80とそれぞれ摺動接触させることにより電極構造体72からの電流を取出している。しかし電流の取り出し方はこうした方法に限定されるわけではない。例えば、第1筐体44と第2筐体40との間に隙間を設けて、被覆銅線又はフレキシブルプリント配線板(FPC)等を使って電気的に配線する方法もある。
In the above-described embodiment, the current from the
なお、第1の実施の形態では、導電体78と燃料極側取出電極248との接触部において、導電体78が凹部、燃料極側取出電極248の端部が凸部を形成する。しかし本発明はそのような実施の形態には限定されない。凸部と凹部とが逆になってもよい。導電体80と空気極側取出電極244との間の接続も同様である。
In the first embodiment, in the contact portion between the
<第2の実施の形態>
図13(A)に、本発明の第2の実施の形態に係る燃料電池搭載機器280の非発電時の左側面図を、図13(B)にその正面図を、それぞれ示す。図13(C)は、燃料電池搭載機器280の発電時の左側面図である。
<Second Embodiment>
FIG. 13 (A) shows a left side view of the
図13を参照して、この燃料電池搭載機器280は、第1の実施の形態に係る燃料電池30と同様の第1筐体294、第2筐体290、及び燃料タンク292を含む。燃料電池搭載機器280はさらに、第2筐体290の正面に設けられたモニタ296を含む。
Referring to FIG. 13, this fuel cell-equipped
第1筐体294は第1の実施の形態の第1筐体44と同じ構造を有し、第2筐体290はモニタ296を備えた点を除いて第1の実施の形態の第2筐体40と同じ構造を有し、燃料タンク292は第1の実施の形態の燃料タンク42と同じ構造を有する。
The
図13(A)に示す状態では、空気極側が閉じられている。したがって発電は行なわれない。図13(C)に示すように空気極側を開くと燃料電池が起動し、モニタ296による表示が行なわれる。発電時には、第1筐体294中の燃料電池は発熱する。またモニタ296も動作中には発熱する。そのため、燃料電池の発電時には、第1筐体294と第2筐体290との間の空隙302内の空気は暖められ、矢印300により示すように上部の開口部から上昇する。その結果、矢印298により示すように、空隙302の下部の開口部から空気が空隙302に流入する。すなわち、空隙302に対流による空気の上昇流が生じ、空気極に空気が効率よく供給される。
In the state shown in FIG. 13A, the air electrode side is closed. Therefore, power generation is not performed. As shown in FIG. 13C, when the air electrode side is opened, the fuel cell is activated and the display on the
燃料電池搭載機器280の燃料電池に係る部分の構造は、その他の点では第1の実施の形態に係る燃料電池30のものと同様である。したがってここではその詳細な説明は繰返さない。
The structure of the portion related to the fuel cell of the
<第3の実施の形態>
図14(A)に本発明の第3の実施の形態に係る燃料電池搭載機器320の非発電時の左側面図を、図14(B)にその正面図を、それぞれ示す。また、図14(C)にこの第3の実施の形態に係る燃料電池搭載機器320の発電時の左側面図を、図14(D)にその正面図を、それぞれ示す。
<Third Embodiment>
FIG. 14 (A) shows a left side view of the
本実施の形態に係る燃料電池搭載機器320は、第2の実施の形態に係る燃料電池搭載機器280の第1筐体294と同様の構成を持つ第1筐体334と、燃料電池搭載機器280の燃料タンク292と同様の構成の燃料タンク332と、燃料電池搭載機器280の第2筐体290と同様の構成を持つが、モニタ296を持っていない点で第2筐体290と異なる第2筐体330とを含む。
The
燃料電池搭載機器320はさらに、第2筐体330の前面に上下にスライド可能に取付けられた、モニタ338を持つ第3筐体336を含む。
The fuel cell-equipped
第1筐体334、第2筐体330、及び燃料タンク332の構成については第2の実施の形態に係る第1筐体294、第2筐体290、及び燃料タンク292の構成と同様なのでここではその詳細な説明は繰返さない。
The configurations of the
本実施の形態に係る燃料電池搭載機器320では、図14(C)及び(D)に示すように、その動作時には、モニタ338を備えた第3筐体336を上にスライドさせる。同時に、第1筐体334を第2筐体330中で燃料タンク332方向にスライドさせることにより第1筐体334と第2筐体330との間に空隙352が形成される。空隙352内を空気が流通することにより、第1の実施の形態及び第2の実施の形態と同様、第1筐体334中の燃料電池が発電を行なう。その結果得られる電力を使用して燃料電池搭載機器320が動作する。
In the fuel cell-equipped
第3筐体336を上にスライドさせた場合、第1筐体334と第2筐体330との間の空隙352内の、第1筐体334中の空気極近くの空気が、モニタ338から発生する排熱により暖められる。その結果、空隙352内の空気に温度差が生じやすく、矢印340及び342により示されるような空気の流れが発生しやすくなる。
When the
<第4の実施の形態>
図15(A)に本発明の第4の実施の形態に係る燃料電池搭載機器360の非発電時の側面図を示し、図15(B)に燃料電池搭載機器360の発電時の側面図を示す。この燃料電池搭載機器360は、第3の実施の形態の実施の形態に係る燃料電池搭載機器320を90度回転させてほぼ水平としたものと同様の構成であり、第1筐体374と、第2筐体370と、燃料タンク372と、第2筐体370の正面に取付けられた、図示しないモニタを有する第3筐体376とを含む。
<Fourth embodiment>
FIG. 15A shows a side view of the fuel cell mounted
第1筐体374は第1筐体334に、第2筐体370は第2筐体330に、燃料タンク372は燃料タンク332に、第3筐体376は第3筐体336に、それぞれ対応する。ただし、第1筐体374及び第2筐体370の上面は、図15における左部分が高くなるような傾斜を有している。第3筐体376は、第2筐体370の上面をスライド可能であるが、この第3筐体376もまた図15における左部分が高くなるように第2筐体370に取付けられている。これらの点を除き、第4の実施の形態に係る燃料電池搭載機器360の各部の構成は第3の実施の形態に係る燃料電池搭載機器320の各部の構成と同様であるので、ここではその詳細は繰返さない。
The
この燃料電池搭載機器360においては、図15(B)に示すように、第1筐体374を下に移動させたときに、第1筐体374と第2筐体370との間に間隙390が形成される。この間隙390に矢印380により示される様に空気が入ることにより、第1筐体374内の空気極に空気が供給され、発電が開始される。第3筐体376内のモニタの排熱により、第3筐体376の下面の空気が熱せられる。熱せられた空気は膨張し、比重が軽くなって第3筐体376の下面に沿って矢印382より示されるようにゆるやかに流れ、第3筐体376の左端を回って矢印384により示されるようにさらに上昇する。その結果、矢印380、382、及び384に示される流路に沿って空気の流れが生じ、第1筐体374内の空気極に効率よく空気が供給される。
In the fuel cell-equipped
したがってこの第4の実施の形態に係る燃料電池搭載機器360のような構成によっても、第1〜第3の実施の形態に係る燃料電池又は燃料電池搭載機器と同様の効果を得ることができる。
Therefore, the same effect as that of the fuel cell or the fuel cell-equipped device according to the first to third embodiments can be obtained even by the configuration of the fuel cell-equipped
上記した実施の形態では、サブタンク76はスポンジ状の物質により形成されている。しかし本発明はそのような実施の形態には限定されない。サブタンク76を、中空のジャバラ状に形成することにより、燃料の貯留と押出しとを行なうようにしてもよい。この場合、サブタンクの燃料の流入部及び流出部に、発泡ポリプロピレンからなる多孔質材を配置すると、燃料をジャバラ内に吸収するときに燃料の残留を少なくできて好都合である。
In the embodiment described above, the
今回開示された実施の形態は単に例示であって、本発明が上記した実施の形態のみに制限されるわけではない。本発明の範囲は、発明の詳細な説明の記載を参酌した上で、特許請求の範囲の各請求項によって示され、そこに記載された文言と均等の意味及び範囲内でのすべての変更を含む。 The embodiment disclosed herein is merely an example, and the present invention is not limited to the above-described embodiment. The scope of the present invention is indicated by each claim in the claims after taking into account the description of the detailed description of the invention, and all modifications within the meaning and scope equivalent to the wording described therein are intended. Including.
30 燃料電池、40,290,330,370 第2筐体、42,292,332,372 燃料タンク、44,294,334,374 第1筐体、50,112,114,116,118,120,124,128,130,132 開口部、52 気液分離構造、54 空気の取入口、60 バネ、62 ピストン、64 燃料、66 供給口、70 枠体、72 電極構造体、74 仕切り板、76 サブタンク、78,80 導電体、82,84 固定部材、86 逆止弁、92 第1筐体側燃料供給部、94 燃料タンク側燃料供給部、182,212 バネ、184,214 可動部、186,188,216,218 突起、240 電解質層、242 空気極、244 空気極側取出電極、246 燃料極、248 燃料極側取出電極、280,320,360 燃料電池搭載機器、296 モニタ、336,376 第3筐体
30 Fuel cell, 40, 290, 330, 370 Second housing, 42, 292, 332, 372 Fuel tank, 44, 294, 334, 374 First housing, 50, 112, 114, 116, 118, 120, 124, 128, 130, 132 Opening, 52 Gas-liquid separation structure, 54 Air intake, 60 Spring, 62 Piston, 64 Fuel, 66 Supply port, 70 Frame, 72 Electrode structure, 74 Partition plate, 76 Sub tank , 78, 80 Conductor, 82, 84 Fixing member, 86 Check valve, 92 First housing side fuel supply part, 94 Fuel tank side fuel supply part, 182, 212 Spring, 184, 214 Movable part, 186, 188, 216, 218 Projection, 240 Electrolyte layer, 242 Air electrode, 244 Air electrode side extraction electrode, 246 Fuel electrode, 248 Fuel electrode side extraction electrode, 280, 320, 360 Fuel cell device, 296 monitor, 336,376 Third housing
Claims (6)
前記筐体に関連して設けられる燃料電池の電極構造体とを含み、
前記筐体の状態の変化によって前記電極構造体への燃料及び酸素の供給を制御し、
前記筐体は、第1及び第2の状態の間で互いに変位可能となるように組合された第1及び第2の筐体を含み、前記第1の状態と第2の状態とによって、前記電極構造体への燃料及び空気の供給を制御し、
前記電極構造体は、前記第1の筺体内に取付けられており、
前記第1の筺体は、前記電極構造体に供給される空気を取込むための開口部を有し、
前記第1及び第2の筺体は、前記第1の状態では前記開口部が前記第2の筺体によって閉じられ、前記第2の状態では前記開口部が開放されるように組み合わされており、
前記第2の筐体は、燃料タンクを備え、
前記第1の筐体は、燃料供給部を備え、
前記燃料供給部は、前記第1の状態では前記燃料タンクから離隔し、前記第2の状態では前記燃料タンクと接続する、燃料電池。 A housing,
An electrode structure of a fuel cell provided in association with the housing,
By controlling the supply of fuel and oxygen to the electrode structure by changing the state of the housing ,
The housing includes first and second housings combined to be displaceable between the first and second states, and the first state and the second state, Control the supply of fuel and air to the electrode structure;
The electrode structure is mounted in the first housing;
The first housing has an opening for taking in air supplied to the electrode structure,
The first and second housings are combined such that the opening is closed by the second housing in the first state, and the opening is opened in the second state,
The second housing includes a fuel tank,
The first housing includes a fuel supply unit,
The fuel supply unit is a fuel cell that is separated from the fuel tank in the first state and is connected to the fuel tank in the second state .
表面及び裏面を有する電解質層と、
前記電解質層の前記表面に形成された空気極と、
前記電解質層の前記裏面に形成された燃料極とを含み、
前記電極構造体は、前記第1の筐体の前記開口部側に前記空気極が位置するように前記第1の筐体内に取付けられている、請求項1に記載の燃料電池。 The electrode structure is
An electrolyte layer having a front surface and a back surface;
An air electrode formed on the surface of the electrolyte layer;
A fuel electrode formed on the back surface of the electrolyte layer ,
Prior Symbol electrode structure, Ru Tei said attached to the first housing such that the air electrode into the opening portion side of the first casing is located, the fuel cell according to claim 1.
前記第2の筐体の2箇所に形成された前記開口部を通る空気の流路に配置され、前記燃料電池により供給される電力により動作する電子機器とを含む、燃料電池搭載機器。
A fuel cell according to claim 4 or 5 , and
Wherein the second of the openings formed at two positions of the housing is disposed in a flow path of air Ru passing, including an electronic device which is operated by power supplied by the fuel cell, the fuel cell-equipped apparatus.
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