JP4490665B2

JP4490665B2 - 燃料電池

Info

Publication number: JP4490665B2
Application number: JP2003342334A
Authority: JP
Inventors: 伸泰田島; 信男渋谷; 英一坂上
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2003-09-30
Filing date: 2003-09-30
Publication date: 2010-06-30
Anticipated expiration: 2023-09-30
Also published as: US20050095467A1; US7252899B2; JP2005108715A

Description

本発明は、電子機器等の電源として使用される燃料電池に関する。

現在、携帯可能なノート型のパーソナルコンピュータ、モバイル機器等の電子機器の電源としては、主に、リチウムイオンバッテリなどの二次電池が用いられている。近年、これら電子機器の高機能化に伴う消費電力の増加や更なる長時間使用の要請から、高出力で充電の必要のない小型燃料電池が新たな電源として期待されている。燃料電池には種々の形態があるが、特に、燃料としてメタノール溶液を使用するダイレクトメタノール方式の燃料電池（以下、ＤＭＦＣと称する）は、水素を燃料とする燃料電池に比べて燃料の取扱いが容易で、システムが簡易であることから、電子機器の電源として注目されている。

通常、ＤＭＦＣは筐体を備え、この筐体内には、実際に発電を行う発電部および発電部の動作を制御する制御回路部が設けられている。発電部は、高濃度のメタノールが収容された燃料タンク、燃料タンクのメタノールを水によって希釈する混合タンク、混合タンクで希釈されたメタノールを起電部に圧送する送液ポンプ、および起電部に空気を供給する送気ポンプ等を備えている。起電部はアノードおよびカソードを備え、アノード側に希釈されたメタノールを、カソード側に空気を供給することにより、化学反応によって発電を行う。その際、起電部は化学変化の反応熱により加熱され高温となる。

また、制御回路部は、筐体内に配設されたプリント回路基板、およびプリント回路基板上に実装された複数の半導体素子等を備えている。発電により発生した熱は、起電部表面、およびアノード流路、カソード流路から筐体内部に排熱される。また、筐体内部の空気は、筐体の内面部に設けられた冷却ファン、空気ブロワ等により換気される（例えば、特許文献１）。
特開平７−６７７７号公報

上記のように構成された燃料電池を電子機器に接続して使用する場合、燃料電池は、その内部に補助バッテリを備えていないため、電子機器のバッテリを補助電源として使用する。燃料電池の起電部が発電を行っていない場合、燃料電池単体では、送気ポンプ、送液ポンプ、電磁バルブ等を駆動するための補機電源を得ることができない。

そのため、燃料電池が電子機器に接続され動作中であり、かつ、起電部が発電動作を行っていない状態で、燃料電池が電子機器から切り離されると、ポンプ、バルブ等はその全てが動作状態で停止する。送液、送気流路内の逆流、漏洩を防止するために設けられたバルブは、燃料電池の動作時、全て開いている。この状態で、運転が停止されると、バルブは全て開いた状態のまま維持されてしまう。このような状態で燃料電池を搬送したり、あるいは、転地逆転等をした場合、内部の燃料などの液体が漏れ出す可能性がある。また、内部の液体が逆流し、ポンプ等の機器に不具合を引き起こす場合がある。

この発明は以上の点に鑑みなされたもので、その目的は、燃料や水等の漏洩および逆流を防止し、安全性および信頼性の向上した燃料電池を提供することにある。

上記課題を達成するため、この発明の態様に燃料電池は、化学反応により発電を行う起電部、燃料を収納した燃料タンク、前記燃料タンクと起電部とを接続した流路を含み、前記起電部にそれぞれ接続され流体を流す複数の流路、および前記複数の流路にそれぞれ設けられた複数のバルブを有し前記流体の流通を規制する開閉自在なバルブ機構を有した発電部と、電子機器に接続可能なコネクタを有し、前記発電部の動作を制御する制御部と、前記コネクタに接続された電子機器を接続位置にロックするロック位置と、前記ロックを解除する解除位置との間を移動可能に設けられたロック部材と、初期位置と押し込み位置との間を移動可能に設けられ、前記初期位置から押し込み位置への移動により前記ロック部材をロック位置から解除位置へ移動させるイジェクト部材と、を有したロック機構と、を備え、
前記制御部は、前記イジェクト部材の前記初期位置から押し込み位置への移動を検知する検知器と、発電動作開始時に前記バルブ機構を開放し、発電動作開始後、前記検知器により前記イジェクト部材の移動が検知された際に前記発電部のバルブ機構を閉じるバルブ駆動部と、を備え、前記電子機器に電力を供給する。

本発明によれば、燃料や水等の漏洩および逆流を防止し、安全性および信頼性の向上した燃料電池を提供することができる。

以下、図面を参照しながら、この発明の実施の形態に係る燃料電池について詳細に説明する。
図１ないし図３に示すように、燃料電池１０は、メタノールを液体燃料としたＤＭＦＣとして構成され、また、電子機器、例えば、パーソナルコンピュータ１１の電源として使用可能に構成されている。

燃料電池１０は筐体１２を備えている。この筐体１２は、ほぼ角柱状に形成され水平に延びた本体１４と、本体から延出した載置部１６とを有している。載置部１６は、平坦な矩形状に形成され、パーソナルコンピュータ１１の後部を載置可能に形成されている。後述するように、筐体１２の本体１４内には、発電部７を構成する燃料タンク、起電部、混合タンク等が配置されている。また、筐体１２の載置部１６内には、制御部２９、およびパーソナルコンピュータ１１を載置部上にロックするロック機構等が配置されている。

図１、図３ないし図５に示すように、本体１４は、載置部１６の底壁と一体の平坦な底壁１８ａ、この底壁とほぼ平行に対向した天壁１８ｂ、底壁と天壁との間に位置した前壁１８ｃ、後壁１８ｄ、および一対の側壁１８ｅ有している。一対の側壁１８ｅは、それぞれ外側に向かって凸となる曲面状に形成されている。前壁１８ｃには多数の通気孔２０が形成され、これら通気孔と対向する位置において、後壁１８ｄには多数の通気孔２１が形成されている。本体１４の一方の側壁１８ｅには多数の通気孔２２が形成されている。底壁１８の外面には複数の脚２４が設けられている。本体１４の天壁１８ｂの前端部には、燃料電池１０の動作状態を示す複数のインジケータ２３が設けられている。

載置部１６は、本体１４の前壁１８ｃ下端部から前方へ延出した平坦な上壁２６を備えている。上壁２６は、底壁１８ａの前半部分と隙間を置いて対向しているとともに、本体１４側から下方に向かって僅かに傾斜して延びている。上壁２６は、パーソナルコンピュータ１１が載置される載置面２６ａを構成している。

図３および図４に示すように、制御部２９が設けられている載置部１６内部と、発電部７が配置されている本体１４内部とは、底壁１８ａ上に立設された隔壁４２によって仕切られている。この隔壁４２は、筐体１２の長手方向全長に渡って延びている。隔壁４２には、発電部７と制御部２９とを電気的に接続するための複数の配線を通す切欠き４３が形成されている。切欠き４３の開口面積は、隔壁４２全体の面積の約１０％以下に形成されていることが望ましい。なお、切欠き４３は、１つに限らず複数形成してもよい。ただし、この場合も、全切欠きの開口面積が隔壁４２全体の面積の約１０％以下に形成されていることが望ましい。

載置部１６内には、発電部７の動作を制御する制御部２９が設けられている。制御部２９は、載置部１６内に配設され上壁２６とほぼ平行に延びた制御回路基板３０を備えている。制御回路基板３０上には、複数の半導体素子２８、コネクタ３２を含む複数の電子部品が実装されている。コネクタ３２は、載置部１６の中央で本体１４に隣接して設けられ、上壁２６を貫通し載置面２６ａから突出している。その他、制御部２９は、後述するように、発電部を駆動する電源、ドライバ等を備えている。

図１、図３ないし図７に示すように、載置部１６内に配設されたロック機構２５は、ロック部材としてのロック板３４およびイジェクト部材としてのイジェクトレバー３６を備えている。ロック板３４は載置部１６の上壁２６とほぼ平行に、かつ、水平方向に配置され、底壁１８ａに設けられた複数のガイドローラ４４および底壁１８ａに立設された複数のガイドピン４５により、前後方向Ａに沿って移動自在に支持されている。ロック板３４には、複数、例えば３本のフック３８が立設され、それぞれ上壁２６を貫通し載置面２６ａから突出している。また、ロック板３４は、その中央部から底壁１８ａ側に突出した係合突起３４ａを有している。載置面２６ａ上には、それぞれフック３８に隣接して３つのの位置決め突起４１が形成されている。

ロック板３４と底壁１８ａとの間には、一対の引っ張りばね４７が架設されている。ロック板３４はこれらの引っ張りばね４７により、図示のロック位置に向けて付勢されているとともに、底壁１８ａに突設されたストッパ４８に当接してロック位置に保持されている。ロック板３４は、引っ張りばね４７の付勢力に抗して本体１４側へ押圧されることにより、ロック解除位置へ移動される。

イジェクトレバー３６は載置部１６の上壁２６とほぼ平行に、かつ、底壁１８ａとロック板３４との間に配置されている。また、イジェクトレバー３６は、底壁１８ａに設けられた複数のガイド突起５３により、ロック板３４の移動方向と直交する左右方向Ｂに沿って移動自在に支持されている。イジェクトレバー３６の一端には、このイジェクトレバーを操作するためのイジェクトボタン４０が取り付けられ、載置部１６の一側縁部に露出している。イジェクトレバー３６の他端部には、イジェクトレバーの移動方向Ｂに対して傾斜して延びた押圧面３６ａが形成されている。この押圧面３６ａは、ロック板３４の係合突起３４ａに当接している。イジェクトレバー３６は、イジェクトボタン４０を介して図示の初期位置から押し込み位置へ押し込まれると、押圧面３６ａにより係合突起３４ａを押圧し、フック３８とともにロック板３４をロック位置からロック解除位置へ移動させる。

また、イジェクトレバー３６上には、検知部として機能する磁石５５が取り付けられている。制御回路基板３０の裏面には検知器として機能する磁気センサ９７が設けられ、磁石５５と隣接して位置している。磁石５５は、イジェクトレバー３６が初期位置から押し込み位置まで移動する間に磁気センサ９７と対向し、この磁気センサによって検知される。これにより、磁気センサ９７は、初期位置から押し込み位置方向へのイジェクトレバー３６の移動を検知し、イジェクト操作が開始されたことを検知する。イジェクトボタン４０の押圧を解除すると、引っ張りばね４７の付勢力により、ロック板３４はロック位置に復帰し、これに伴いイジェクトレバー３６は初期位置に復帰する。

図２、図３、および図８に示すように、パーソナルコンピュータ１１の底壁後端部には、載置部１６の３つの位置決め突起４１およびロック機構２５のフック３８に対応して、３つの係合凹所５７が形成されている。また、係合凹所５７の間には、載置部１６のコネクタ３２を挿入可能な矩形状の開口５９、およびこの開口を開閉するシャッタ６７が設けられている。パーソナルコンピュータ１１の底壁後端部内には、載置部１６のコネクタ３２と係合可能なコネクタ７１が設けられ、開口５９と対向している。

パーソナルコンピュータ１１の後端部は、凹所５７にそれぞれ位置決め突起４１を係合させ位置決めされた状態で載置部１６の載置面２６ａ上に載置される。すると、載置部１６側のコネクタ３２は、パーソナルコンピュータ１１のシャッタ６７を開放して開口５９内に挿入され、パーソナルコンピュータ側のコネクタ７１と係合する。これにより、燃料電池１０とパーソナルコンピュータ１１とが機械的かつ電気的に接続される。

また、パーソナルコンピュータ１１の後端部を載置部１６に所定位置に載置することにより、ロック機構２５の各フック３８が押圧されて一端ロック解除位置に移動した後、パーソナルコンピュータの凹所５７と係合し、ロック位置に復帰する。これにより、ロック機構２５は、パーソナルコンピュータ１１を所定の接続位置にロックする。

図１、図３、図５、図９および図１０に示すように、発電部７は、本体１４内の一側部に設けられた燃料タンク５０、本体内の中央部に設けられ化学反応により発電を行う起電部５２、本体内の他側部に設けられた混合タンク５４を備えている。燃料タンク５０には、液体燃料として高濃度のメタノールが収容されている。この燃料タンク５０は本体１４に対して脱着自在なカートリッジとして形成されている。なお、本体１４の一側部は、燃料タンク５０の脱着時に取り外し可能なカバー５１として形成されている。

燃料タンク５０は図示しない燃料供給路を介して混合タンク５４に接続され、この燃料供給路には、燃料タンクから混合タンクへ燃料を供給する第１送液ポンプ５６が設けられている。図１１に示すように、起電部５２は複数のセルを積層して構成され、各セルは、アノード（燃料極）５８ａとカソード（空気極）５８ｂとの間に電解質膜６０を挟持して構成されている。起電部５２の周囲には、多数の冷却フィン６１が設けられている。

図３、図５、図９、図１０、および図１２に示すように、本体１４の内部には、エアバルブ６２を介して起電部５２のカソード５８ｂに空気を供給する送気ポンプ６４が設けられている。送気ポンプ６４は空気供給部を構成している。起電部５２と混合タンク５４との間には燃料供給管６６ａおよび燃料回収管６６ｂが接続され、互いに平行に延びている。燃料供給管６６ａおよび燃料回収管６６ｂは、起電部５２のアノード５８ａと混合タンク５４との間で流体としての燃料を循環させる燃料循環流路を形成している。燃料供給管６６ａには、混合タンク５４から起電部５２へ燃料を供給する第２送液ポンプ６８が接続されている。燃料回収管６６ｂには、起電部５２から排出された燃料と、化学反応により生成された二酸化炭素とを分離する気液分離器６５が設けられている。また、燃料供給管６６ａおよび燃料回収管６６ｂの周囲にはそれぞれ鉛直方向に延びた多数の放熱フィン６９が取り付けられ、第１放熱部７０を構成している。なお、本体１４の後壁１８ｄに形成された通気孔２１は、第１放熱部７０と対向して設けられている。

起電部５２には排出管７２が接続され、流体として、カソード５８ｂから発電により生じた生成物および空気を排出するカソード流路を形成している。カソード流路は、起電部５２から延出した第１流路７２ａと、第１流路から複数に分岐しているとともにそれぞれ水平方向に対し傾斜して延びた複数の分岐流路７２ｂと、第１流路および各分岐流路の下端に連通し第１流路から排出された水および分岐路で凝縮した水を貯溜する貯溜部７２ｃと、貯溜部内に貯溜された水を混合タンク５４に導く回収流路７２ｄと、分岐流路の上端に連通した第２流路７２ｅを有している。本実施形態において、複数の分岐流路７２ｂはそれぞれ鉛直方向に沿って延びている。

回収流路７２ｄには、貯溜部７２ｃ内の水を混合タンク５４に供給する回収ポンプ７６が設けられている。また、貯溜部７２ｃ内には、この貯溜部内に溜まった水の水位を検出する水位検知器７７が設けられている。

複数の分岐流路７２ｂを形成している排出管７２の周囲にはそれぞれ水平方向に延びた多数の放熱フィン７４が取り付けられ、第２放熱部７５を構成している。複数の分岐流路７２ｂを含む第２放熱部７５は、第１放熱部７０と隙間を置いてほぼ平行に対向配置されている。第２流路７２ｅはほぼ水平に延びているとともに、本体１４の通気孔２２の近傍で、かつ、通気孔２２に向かって開口した排気口７８を備えている。第２流路７２ｅにおいて、排気口７８の近傍には排気バルブ８０が設けられている。なお、第２流路７２ｅには、気液分離器６５で分離された二酸化炭素を第２流路７２ｅに導くガス排出管８１が設けられている。本体１４の前壁１８ｃに形成された通気孔２０は、第２放熱部７５と対向して設けられている。

第１放熱部７０と第２放熱部７５との間には、遠心ファンからなる冷却ファン８２が設けられ、第１放熱部および第２放熱部と対向している。冷却ファン８２は、羽根の回転軸がほぼ水平に、かつ、第１放熱部７０および第２放熱部７５と直交するように配置されている。冷却ファン８２は羽根を覆ったファンケースを有している。ファンケースには、図９に示すように、第１放熱部７０に対向した吸気口８４、第２放熱部７５に対向した他の吸気口８４、および羽根の回転方向に対して接線方向に向かって開口した２つの排気口８６ａ、８６ｂが形成されている。一方の排気口８６ａは本体１４の通気孔２２に向かって開口し、また、他方の排気口８６ｂは起電部５２に向かって開口している。

その他、発電部７は、混合タンク５４に接続された流路に設けられたタンクバルブ８７、混合タンク５４内に収容された燃料の濃度を検出する濃度センサ８８、この濃度センサを通して混合タンク内の燃料を循環させる濃度検出ポンプ８５を備えている。なお、タンクバルブ８７、前述したエアバルブ６３、および排気バルブ８０は、それぞれ例えば電磁弁で構成され、それぞれ対応する流路を開閉するバルブ機構を構成している。

図１３に示すように、載置部１６内に配設された制御部２９の制御回路は、ＣＰＵ９０、ＣＰＵに接続されバルブ駆動部および補機駆動部として機能するドライバ９１、ドライバに接続された送気ポンプ電源９２および補機用電源９４を備えている。コネクタ３２はインターフェース９５を介してＣＰＵ９０に接続されているとともに、メイン電源９６に接続されている。

本体１４内に配設され発電部７を構成している第１および第２送液ポンプ５６、６８、回収ポンプ７６、濃度検出ポンプ８５は、それぞれ配線５６ａ、６８ａ、７６ａ、８５ａにより制御回路基板３０に接続され、この制御回路基板を介してドライバ９１に電気的に接続されている。送気ポンプ６４は、配線６４ａを介して制御回路基板３０に電気的に接続され、この制御回路基板を介して送気ポンプ電源９２に接続されている。冷却ファン８２は、配線８２ａを介して制御回路基板３０に電気的に接続され、更に、ドライバ９１に接続されている。水位検知器７７および濃度センサ８８は、それぞれ配線７７ａ、８８ａを介して制御回路基板３０に接続され、インターフェース９８を介してＣＰＵ９０にそれぞれ検知信号を制御回路基板に出力する。また、イジェクトレバー３６の移動を検知する磁気センサ９７はインターフェース９８を介してＣＰＵ９０に接続されている。

起電部５２は、配線５２ａを介してメイン電源９６に接続され、発生した電力をメイン電源９６およびコネクタ３２を介して供給する。エアバルブ６３、排気バルブ８０、タンクバルブ８７は、それぞれ配線６３ａ、８０ａ、８７ａを介して制御回路基板３０に電気的に接続され、ドライバ９１に接続されている。
発電部７と制御部２９とを接続した上記複数の配線は、隔壁４２に形成された切欠き４３を通して、本体１４内から載置部１６内へ引き回されている。

上記構成の燃料電池１０をパーソナルコンピュータ１１の電源として用いる場合、まず、パーソナルコンピュータの後端部を燃料電池の載置部１６に載置し、コネクタ３２を介して燃料電池と機械的かつ電気的に接続するとともに、ロック機構２５により所定の接続位置にロックする。この状態で燃料電池１０の発電を開始する。なお、動作開始時は、パーソナルコンピュータ１１側のバッテリを利用して、各ポンプを作動させるとともに、各バルブを開放する。以後、起電部５２による発電を開始した後は、この起電部から供給された電力を利用して各部を駆動する。

まず、制御部２９による制御の下、第１送液ポンプ５６により燃料タンク５０から混合タンク５４にメタノールが供給され、起電部５２から還流する溶媒としての水により所定の濃度に希釈される。混合タンク５４内で希釈されたメタノールは、第２送液ポンプ６８により、アノード流路を通して起電部５２のアノード５８ａに供給される。一方、起電部５２のカソード５８ｂには送気ポンプ６４により空気が供給される。図１１で示したように、供給されたメタノールおよび空気は、アノード５８ａとカソード５８ｂとの間に設けられた電解質膜６０で化学反応し、これにより、アノード５８ａとカソード５８ｂとの間に電力が発生する。起電部５２で発生した電力は、制御回路基板３０、メイン電源９６、コネクタ３２を介してパーソナルコンピュータ１１に供給される。

発電反応に伴い、起電部５２には反応生成物として、アノード５８ａ側に二酸化炭素、カソード５８ｂ側に水が生成される。アノード５８ａ側に生じた二酸化炭素およびメタノールは気液分離器６５に送られ、ここで気液分離された後、二酸化炭素はガス排出管８１を介してカソード流路へ送られる。また、メタノールはアノード流路を介して混合タンク５４へ戻される。

図１０および図１２に示すように、カソード５８ｂ側に生じた水は、その大部分が水蒸気となり空気とともにカソード流路に排出される。排出された水および水蒸気は、第１流路７２ａを通り、水は貯溜部７２ｃに送られる。また、水蒸気および空気は、分岐流路７２ｂを通り第２流路７２ｅまで上方に向かって流れる。この際、各分岐流路７２ｂを流れる水蒸気は第２放熱部７５によって冷却されて凝縮する。凝縮により生じた水は、重力により分岐流路７２ｂ内を下方に流れ、貯溜部７２ｃに回収される。貯溜部７２ｃ内に回収された水は、回収ポンプ７６により混合タンク５４へ送られ、メタノールと混合された後、再び起電部５２へ供給される。

第２流路７２ｅに送られた空気および水蒸気の一部は、排気バルブ８０を通り、排気口７８から本体１４内に排気され、更に、本体の通気孔２２を通して外部に排気される。なお、起電部５２のアノード５８ａ側から排出された二酸化炭素は、第２流路７２ｅを通り、排気口７８から本体１４内に排気され、更に、本体の通気孔２２を通して外部に排気される。

また、燃料電池１０の動作中、冷却ファン８２が駆動され、本体１４に形成された通気孔２０および通気孔２１を通して外気が本体１４内に導入される。通気孔２１を通して本体１４内に導入された外気および本体１４内の空気は、第１放熱部７０の周囲を通ってこれを冷却した後、冷却ファン８２の吸気口８４を通してファンケース内に吸気される。従って、アノード流路を流れるメタノールが冷却され、起電部５２の加熱温度が下げられる。通気孔２０を通して本体１４内に導入された外気および本体１４内の空気は、第２放熱部７５の周囲を通りこれを冷却した後、冷却ファン８２の他方の吸気口を通してファンケース内に吸気される。これにより、カソード流路を流れる空気および反応生成物が冷却される。

ファンケース内に吸気された空気は、排気口８６ａ、８６ｂから本体１４内に排気される。排気口８６ａから排気された空気は、混合タンク５４の周囲を通りこれを冷却した後、本体１４の通気孔２２から外部に排気される。その際、排気口８６ａから排気された空気は、カソード流路の排気口７８からの排気された空気、水蒸気、二酸化炭素と混ざり合い、一緒に通気孔２２から本体外部に排気される。また、他方の排気口８６ａから排気された空気は、起電部５２およびその周囲を冷却した後、本体１４の外部に排気される。

混合タンク５４内におけるメタノールの濃度は濃度センサ８８によって検出される。制御部２９は、検出された濃度に応じて回収ポンプ７６を作動させ、貯溜部７２ｃ内の水を混合タンク５４に供給することにより、メタノールの濃度を一定に維持する。また、カソード流路内における水の回収量、つまり、水蒸気の凝縮量は、貯溜部７２ｃに回収された水の水位に応じて、第２放熱部７５の冷却能力を制御することにより調整される。ここでは、水位検知器７７により検出された水位の応じて冷却ファン８２の駆動電圧を制御することにより、第２放熱部７５の冷却能力を調整し、水の回収量を制御している。また、制御部２９は、貯溜部７２ｃに回収された水の水位に応じて回収ポンプ７６のポンプ流量を制御し、貯溜部７２ｃ内の水量を所定の範囲内に維持する。

一方、燃料電池１０からパーソナルコンピュータ１１を外す場合、イジェクトボタン４０を押圧し、イジェクトレバー３６を初期位置から押し込み位置へ移動させる。すると、ロック板３４がイジェクトレバー３６に押圧されて、ロック位置からロック解除位置へ移動する。これにより、フック３８がパーソナルコンピュータ１１の対応する凹所５７との係合を解除し、パーソナルコンピュータのロックが解除される。ロック板３４をロック解除位置に維持した状態で、パーソナルコンピュータ１１を載置部１６から引き上げ、コネクタ７１を燃料電池１０側のコネクタ３２から外すとともに、位置決め突起４１との係合を解除する。これにより、パーソナルコンピュータ１１を取外すことができる。

上記のようにロックを解除するためにイジェクトレバー３６が初期位置から押し込み位置に移動されると、図７に示したように、イジェクトレバー３６上に設けられた磁石５５は、イジェクトレバー３６が初期位置からの移動開始後、押し込み位置へ至る前に、磁気センサ９７と対向する位置に移動する。これにより、磁気センサ９７は磁石５５を検知し、イジェクトレバー３６が初期位置から押し込み位置に向かって移動したことを検知する。ＣＰＵ９０は、磁気センサ９７からの検知信号に応じてイジェクトレバー３６の移動、すなわち、イジェクト操作の開始を検出し、ドライバ９１によりエアバルブ６３、排気バルブ８０およびタンクバルブ８７を閉に切換え、発電部７の対応する流路を閉じる。また、ＣＰＵ９０は、ドライバ９１により送気ポンプ６４、第１および第２送液ポンプ５６、６８、回収ポンプ７６、濃度検出ポンプ８５、並びに冷却ファン８２の動作を停止する。これにより、制御部２９は、イジェクト操作の開始後、ロック部材３４によるパーソナルコンピュータ１１のロックが解除される前に、発電部７を動作停止状態に切換える。従って、発電部７が確実に動作停止状態となった後、パーソナルコンピュータ１１のロックが解除され、パーソナルコンピュータを燃料電池１０から取外し可能となる。

以上のように構成された燃料電池１０によれば、パーソナルコンピュータ１１のイジェクト操作から開始された時点でこれを検知し、ロックが解除されパーソナルコンピュータが燃料電池１０から取外される前に、発電部７を確実に動作停止状態に切換えることができる。そのため、起電部５２が発電動作を行っていない状態で、燃料電池１０からパーソナルコンピュータが取外された場合でも、各バルブを閉状態とし、また、各ポンプおよび冷却ファンを動作終了状態とすることができる。従って、バルブが開いたままの状態となることがなく、燃料電池１０を搬送したり、あるいは、転地逆転等をした場合でも、内部の燃料などの液体の漏洩を確実に防止することができる。同時に、液体が逆流が防止され、ポンプ等の機器における不具合の発生を抑制することができる。以上のことから、燃料や水等の漏洩および逆流を防止し、安全性および信頼性の向上した燃料電池が得られる。

また、燃料電池１０によれば、第１および第２放熱部７０、７５、並びに冷却ファン８２により、カソードの排気温度を上げて水の蒸発を低減することよって、水を効率良く回収し、発電反応に再利用することができる。そのため、水不足の問題を解消し、所望濃度の燃料を起電部５２に供給することができる。同時に、アノード流路を冷却することにより、起電部５２の加熱温度を下げることができ、その結果、カソードの排気温度を一層効率良く下げることができる。従って、長期間に亘り安定した発電が可能な燃料電池が得られる。

更に、本実施形態によれば、冷却ファン８２からの排気は、カソード流路からの排気と混合して本体１４の外部に排出される。カソード流路からの排出空気は多少湿気を含んでいるため、本体１４の通気孔２２周辺に水滴を生じる可能性があるが、上記のように冷却ファン８２からの排出空気と混合することにより、湿度を低減し水滴の発生を防止することができる。これにより、水滴により生じる不具合の発生を未然に防止し、信頼性の高い燃料電池が得られる。

なお、この発明は上記実施の形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化可能である。また、上記実施の形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、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てもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

前述した実施形態によれば、発電部は、燃料タンク５０、起電部５２、第１放熱部７０および第２放熱部７５、混合タンク５４を順番に並べて配置した構成としたが、これらの配置は必要に応じて種々変更可能である。また、各流路、バルブの配置、バルブの設置数等は必要に応じて変更可能である。イジェクト部材の移動を検出する検知器は、磁気センサに限らず、電気的あるいは機械的に検知するセンサを用いることもできる。更に、ロック機構は、ロック板、フックの組合せに限らず、電子機器を接続位置にロックできる構成であれば種々適用可能である。

この発明に係る燃料電池は、上述したパーソナルコンピュータに限らず、モバイル機器、携帯端末等の他の電子機器の電源としても使用可能である。燃料電池の形式としは、ＤＭＦＣに限らず、ＰＥＦＣ（Polymer Electrolyte Fuel Cell）等の他の形式としてもよい。冷却ファンは、遠心ファンに限らず、軸流ファンを用いてもよい。

この発明の実施形態に係る燃料電池を示す斜視図。前記燃料電池をパーソナルコンピュータに接続した状態を示す斜視図。前記燃料電池およびパーソナルコンピュータを示す断面図。前記燃料電池の筐体底壁を示す斜視図。前記燃料電池の内部を示す斜視図。前記燃料電池のロック機構を示す平面図。前記燃料電池のロック機構を示す断面図。前記パーソナルコンピュータの接続部を示す斜視図。前記燃料電池の一部を破断して示す平面図。前記燃料電池の発電部を概略的に示す図。前記燃料電池における起電部のセル構造を模式的に示す図。前記燃料電池におけるカソード流路、第２放熱部を模式的に示す図。前記燃料電池の発電部および制御部を示すブロック図。

符号の説明

７…発電部、１０…燃料電池、１１…パーソナルコンピュータ、１２…筐体、
１４…本体、１６…載置部、２５…ロック機構、２９…制御部、
３２、７１…コネクタ、３４…ロック板、３６…イジェクトラバー、
５０…燃料タンク、５２…起電部、５４…混合タンク、６６ａ…燃料供給管、
６６ｂ…燃料回収管、７２…排出管、８２…冷却ファン、９７…磁気センサ

Claims

化学反応により発電を行う起電部、燃料を収納した燃料タンク、前記燃料タンクと起電部とを接続した流路を含み、前記起電部にそれぞれ接続され流体を流す複数の流路、および前記複数の流路にそれぞれ設けられた複数のバルブを有し前記流体の流通を規制する開閉自在なバルブ機構を有した発電部と、
電子機器に接続可能なコネクタを有し、前記発電部の動作を制御する制御部と、
前記コネクタに接続された電子機器を接続位置にロックするロック位置と、前記ロックを解除する解除位置との間を移動可能に設けられたロック部材と、初期位置と押し込み位置との間を移動可能に設けられ、前記初期位置から押し込み位置への移動により前記ロック部材をロック位置から解除位置へ移動させるイジェクト部材と、を有したロック機構と、を備え、
前記制御部は、前記イジェクト部材の前記初期位置から押し込み位置への移動を検知する検知器と、発電動作開始時に前記バルブ機構を開放し、発電動作開始後、前記検知器により前記イジェクト部材の移動が検知された際に前記発電部のバルブ機構を閉じるバルブ駆動部と、を備え、前記電子機器に電力を供給する燃料電池。
前記検知器は、前記イジェクト部材が前記初期位置から押し込み位置へ至る間に前記イジェクト部材の移動を検知する請求項１に記載の燃料電池。
前記発電部は、前記起電部に空気を供給する送気ポンプを備え、
前記複数の流路は、前記起電部と送気ポンプとを接続した流路と、前記起電部から空気および発電により生成された生成物を排出する排出流路と、前記起電部と燃料タンクとの間で燃料を循環させる燃料循環流路と、を備え、
前記バルブ機構は、前記送気ポンプと前記起電部とを接続した流路に設けられたエアバルブと、前記排出流路に設けられた排気バルブと、前記燃料循環流路に設けられたタンクバルブと、を備えている請求項１に記載の燃料電池。
前記発電部を収納した本体と、本体から延出し前記電子機器を載置可能に形成されているとともに前記ロック機構を収納した載置部と、を有した筐体を備え、前記制御部は、前記載置部内に配設されている請求項１ないし３のいずれか１項に記載の燃料電池。
前記コネクタは前記載置部に設けられ、前記ロック機構のロック部材は、前記載置部から突出して設けられ前記電子機器と係合可能なフックを備えている請求項４に記載の燃料電池。
前記ロック機構は、前記イジェクト部材に設けられた磁石を有し、前記検知器は、前記磁石と対応して配置された磁気センサを備えている請求項１に記載の燃料電池。