JP4643239B2

JP4643239B2 - 燃料電池用燃料供給装置およびこれに用いられる燃料カートリッジ

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Publication number: JP4643239B2
Application number: JP2004354959A
Authority: JP
Inventors: 明田中; 修久保田; 保昭中村
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2004-12-08
Filing date: 2004-12-08
Publication date: 2011-03-02
Anticipated expiration: 2024-12-08
Also published as: JP2006164769A

Description

本発明は、燃料電池用燃料供給装置およびこれに用いられる燃料カートリッジに関し、特に、ノート型パーソナルコンピュータ等の電子機器に設けられた燃料電池に燃料を供給する燃料電池用燃料供給装置およびこれに用いられる燃料カートリッジに関するものである。

従来、ノート型パーソナルコンピュータ等の電子機器の電源として、燃料電池を設けたものが知られている（特許文献１および特許文献２）。これらの特許文献に開示された燃料電池は、燃料電池の燃料極にメタノールを直接供給する直接メタノール型燃料電池（ＤＭＦＣ, Direct Methanol Fuel Cell）であり、また、パーソナルコンピュータは、ノート型パーソナルコンピュータ（以下、単に、ノートＰＣという）である。これらのノートＰＣは、文字入力用のキーが配設された本体と、本体に回動可能にヒンジ結合されて、本体を覆うことが可能なカバー部材とを有する。カバー部材の先端の外縁即ち、ヒンジ結合部と反対側の外縁には、燃料電池に燃料を供給する燃料カートリッジが取り付けられている。そしてこの燃料カートリッジから、カバー部材の表示用液晶パネルの背後に設けられた燃料電池のパネルに燃料を供給するようになっている。

従って、ノートＰＣを外出先に携行した場合でも、予備の燃料カートリッジを携帯していれば、使用済みの燃料カートリッジを新しいものに交換することによって、燃料切れを心配することなく継続的にノートＰＣ等の電子機器を使用することができる。

特開２００２−４９４４０号公報（図１、図２）特開２００４−１７９１４０号公報（図１）

特許文献１に開示された燃料カートリッジは、カバー部材の外縁の全長に亘る長さを有し、全体が外縁から突出した状態で取り付けられている。また、特許文献２に開示された燃料カートリッジは、カバー部材の外縁に沿って、外縁の内側に配置されている。

これらの特許文献１および特許文献２に開示された燃料カートリッジは、いずれも、ノートＰＣのサイズと比較して、大型であり、携帯に不便である。また、これらの燃料カートリッジを携帯に便利に小型化した場合は、電源を使用できる時間が短くなり、電源に燃料電池を使用するメリットが低下する。

また、上記２つの従来技術は、燃料を自重で燃料電池に供給するシステムであるので、カバー部材に配置された燃料電池のパネルに燃料を供給するためには、燃料電池は、必然的にカバー部材の上縁に配置されることとなる。その結果、重い燃料電池によって、使用時のノートＰＣの安定性が悪くなるという問題があった。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、本発明は、携帯に好都合な小型の燃料カートリッジを使用しながら、燃料電池を使用した電子機器を長時間使用することができる、燃料電池用燃料供給装置およびこれに用いられる燃料カートリッジを提供することを目的とするものである。

また、本発明の他の目的は、燃料電池用燃料供給装置および燃料カートリッジを電子機器に装着しても、電子機器の安定性を維持することができ、また嵩張らないサイズの燃料電池用燃料供給装置およびこれに用いられる燃料カートリッジを提供することにある。

本発明の燃料電池用燃料供給装置は、電子機器の燃料電池に燃料を供給する燃料電池用燃料供給装置であって、１次圧力を所定の２次圧力に調圧する圧力調整器と、圧力調整器の両端に互いに逆向きに設けられた１対の１次圧力側の導入口に取り付けられて、１次圧力を有する燃料を導入口から供給する１対の筒状の燃料カートリッジとからなり、燃料カートリッジが、圧力調整器を挟んで、電子機器の略直線状の外縁に沿って配列されるように構成されていることを特徴とするものである。

本発明の一実施形態において、圧力調整器の調圧された燃料を排出する排出ノズルは、直線と直角の方向に設けられて電子機器内の燃料電池に供給されるよう構成されていてもよい。なお、ここで直角とは、９０度の角度の場合のほか、９０度から僅かにずれた場合も含む。

本発明の一実施態様において、燃料カートリッジが、導入口に接続される接続部を有し、接続部が、燃料カートリッジの容器本体の中心軸線から偏倚しており、導入口が、燃料カートリッジの接続部に対応して、互いに逆側に偏倚して配置されているように構成することができる。

また、電子機器がノート型パーソナルコンピュータであり、装置が、ノート型パーソナルコンピュータの本体にヒンジ部を介して連結されたカバー部材のヒンジ部に沿って、本体のヒンジ部近傍に配置されているように構成してもよい。

また、本発明の燃料カートリッジは、請求項１又は２に記載の燃料電池用燃料供給装置に用いられる燃料カートリッジであって、筒状の容器本体と、容器本体の一端部に取り付けられた接続部とを備え、接続部が容器本体の中心軸線から偏倚した位置にあることを特徴とするものである。

本発明の燃料電池用燃料供給装置は、１次圧力を所定の２次圧力に調圧する圧力調整器と、圧力調整器の両端に互いに逆向きに設けられた１対の１次圧力側の導入口に取り付けられて、１次圧力を有する燃料を導入口から供給する１対の筒状の燃料カートリッジとからなり、燃料カートリッジが、圧力調整器を挟んで、電子機器の略直線状の外縁に沿って配列されるように構成されているので、次の効果を奏する。

即ち、圧力調整器の両側に燃料カートリッジを２本配置するようにしたので、燃料カートリッジを携帯に好都合に小型化できるとともに、電子機器を長時間使用することができる。

また、圧力調整器の調圧された燃料を排出する排出ノズルが直線と直角の方向に設けられて電子機器内の燃料電池に供給されるよう構成されている場合は、燃料カートリッジを２本配置しながら、排出ノズルを燃料カートリッジと干渉せずに配置することができる。

また、燃料カートリッジが、導入口に接続される接続部を有し、接続部が、燃料カートリッジの容器本体の中心軸線から偏倚しており、導入口が、燃料カートリッジの接続部に対応して、互いに逆側に偏倚して配置されている場合は、圧力調整器の部分を燃料カートリッジの直線状の配列方向に小型化することができ、燃料電池用燃料供給装置全体としても小型化できる。また、圧力調整器のサイズを小型化した分だけ燃料カートリッジの寸法を拡大して燃料の容量を増加することができる。

また、電子機器がノート型パーソナルコンピュータであり、装置が、ノート型パーソナルコンピュータの本体に連結されたカバー部材のヒンジ部に沿って、本体のヒンジ部近傍に配置されている場合は、重量の重い装置や燃料カートリッジが本体側に配置されるので、ノートＰＣを設置した時の安定性が維持される。

以下、本発明による燃料電池用燃料供給装置の実施の形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明の一具体例を示す燃料電池用燃料供給装置（以下、単に供給装置という）および燃料カートリッジを組み込んだノートＰＣ（電子機器）１の概略斜視図である。図２は図１の２−２線に沿うノートＰＣ本体の断面図を示す。図１および図２に示すように、ノートＰＣ１は、ＣＰＵ（中央演算処理装置）（図示せず）等の電子部品を内蔵し、上面２ｄに図示しないキーパッドを配列した矩形の本体２と、本体２の後端部にヒンジ部６により回動可能に取り付けられたカバー部材８とを有する。カバー部材８は、本体２を覆う矩形形状を呈している。なお、ここで、ノートＰＣ１の前後とは、便宜上、ノートＰＣ１の操作者側（図１において左側）を「前」、逆側（図２において右側）を「後」というものとする。カバー部材８の前面即ち操作者側に向く面には、液晶表示パネル即ち液晶表示部１０が配置されている。また、カバー部材８には、液晶表示部１０の背面側にパネルの燃料電池２６が組み込まれている。図１には、燃料電池２６が位置する領域のみ一点鎖線で示す。燃料電池２６自体は、本発明の要旨ではないので、詳細な説明は省略する。

本体２の後端部には、本体２の直線状の外縁１２に沿って、本体２の下面２ａに湾曲状に膨出する湾曲凸部２ｂが形成されている。この湾曲凸部２ｂが形成されていることによって、ノートＰＣ１を、例えば、机などの平面２８上に置いたときに、ノートＰＣ１の上面２ｄが、僅かに操作者の方を向くように傾斜する。この傾斜により、操作者は、キーボードの打鍵が容易になる。

この湾曲凸部２ｂには、外縁１２に沿って、本体２の両端面２ｃ、２ｃに各々開口するカートリッジ収容キャビティ（以下、単に収容キャビティという）１４、１４が形成されている。２つの収容キャビティ１４、１４の間には、供給装置の圧力調整器５０が配置されている。各収容キャビティ１４には１つの燃料カートリッジ（以下、単にカートリッジという）１００が収容キャビティ１４の開口１４ａから挿入されて、圧力調整器５０に接続される。

２つの収容キャビティ１４は、同じものであるので、一方の収容キャビティ１４についてのみ説明する。収容キャビティ１４の開口１４ａには、本体２の上面２ｄおよび下面２ａの湾曲凸部２ｂにそれぞれ開放する切欠１６、１８が形成されている。切欠１６、１８は、収容キャビティ１４の長手方向に沿って形成され、各切欠１６、１８は、収容キャビティ１４内のカートリッジ１００を切欠１６、１８に指を入れてカートリッジ１００にアクセスすることができる幅と外縁１２に沿う長さを有する。収容キャビティ１４に押し込まれて圧力調整器５０に接続されたカートリッジ１００は、これらの切欠１６、１８から指を入れることにより摘んで取り出されるようになっている。

また、収容キャビティ１４内には、カートリッジ１００の外周方向に沿う位置決めを行うためのキーイング手段即ちキーリブ１５が形成されている。このキーリブ１５は、収容キャビティ１４に挿入されたカートリッジ１００の後述するキー溝１０６（図４）と係合するように、収容キャビティ１４の長手方向に沿って、収容キャビティ１４内に突設されている。

また、開口１４ａにはキャップ２０が取り付けられるようになっている。キャップ２０は、開口１４ａに取り付けられたときに、本体２の端面２ｃと略面一となる略円板状の板部２２を有する。この板部２２の上端および下端には、切欠１６、１８にそれぞれ対応する相補形の舌片２２ａ、２２ｂが、板部２２と直角に一体に突設されている。キャップ２０と開口１４ａは、適宜手段、例えば、図示しない突起と凹みからなる凹凸係合部、或いはラッチアームとこのラッチアームに係合するラッチ係合部（いずれも図示せず）等により、互いに係合して相互に固定されるように構成される。これらの係合部は、キャップ２０と本体２に、相互に互換性を有するように設けることができる。また、板部２２の内面２３即ち収容キャビティ１４に向く面には、収容されたカートリッジ１００を押さえる弾性体、即ちコイルばね２４が、内向きに取り付けられている。弾性体はコイルばね２４に限定されるものではなく、板ばね、スポンジ状の発泡樹脂、ゴム等の弾性部材を使用することができる。

本体２の圧力調整器５０に取り付けられたカートリッジ１００は、圧力調整器５０によりカートリッジ１００内の燃料が調圧されて、圧力調整器５０に接続された、例えば、シリコーン製の可撓性のチューブ３０を経て燃料電池２６に供給されるようになっている。

次に、カートリッジ１００と圧力調整器５０の取り付け関係について図３を参照して説明する。図３は、カートリッジ１００を圧力調整器５０に装着したときの、圧力調整器５０とカートリッジ１００の位置関係を示し、図３（ａ）は平面図、図３（ｂ）は正面図をそれぞれ示す。カートリッジ１００が接続される圧力調整器５０の部分即ち導入凸部５２は、圧力調整器５０のケース５４に互いに逆向きに形成されている。これらの導入凸部５２は図３（ａ）に示すように、前後方向４に互いに同じ位置、即ち上方から見たときは同じ位置にある。また、図３（ｂ）に示すように、正面から見たときは、上下方向５に沿って互いに逆側に離隔して配置されている。また、この圧力調整器５０の導入凸部５２には、カートリッジ１００の接続部１０２が挿入されるが、この接続部１０２は、カートリッジ１００の長手方向に沿う中心軸線１０３から偏倚している。圧力調整器５０には、前述のチューブ３０が形成されているのが見える。

圧力調整器５０には、同じカートリッジ１００が１対取り付けられている。カートリッジ１００には、図３（ａ）に示すように、肩部１０４に、カートリッジ１００の挿入方向に延びるキー溝１０６が形成されている。このキー溝１０６は、前述の如く、収容キャビティ１４内に形成されたキーリブ１５と係合して、カートリッジ１００の中心軸線１０３の周りの回動方向の位置決めがなされる。この位置決めがなされることによって、カートリッジ１００を挿入したときに、接続部１０２が導入凸部５２に位置合わせされて円滑に挿入される。

次に、カートリッジ１００について、図４を参照してさらに詳細に説明する。図４は、カートリッジ１００の、接続部１０２を通る縦断面図である。カートリッジ１００は全体が円筒形をしており、例えば、ポリカーボネイト製の透明な中空円筒状の外容器（容器本体）１０８と、この外容器１０８の上下にそれぞれ被冠されて外容器１０８を密閉する上蓋１１０および下蓋１１２を有する。なお、ここで上下とは、便宜上、図４における上下方向をいうものとする。外容器１０８内には、例えば、ポリカーボネイト製の透明な内容器１１４が配置され、内容器１１４内の下部には隔壁部材１１６が配置される。この隔壁部材１１６によって内容器１１４内に、メチルアルコール、エチルアルコール等のアルコール燃料を貯蔵する燃料貯蔵室１１８が形成される。燃料としては、アルコール燃料のほかに、ジメチルエーテルなどでもよい。内容器１１４の外周面と、外容器１０８の内周面との間には、間隙Ｓが形成されるように内容器１１４と外容器１０８との寸法が決められる。

外容器１０８の材質は、強靭性、透明性の点でポリカーボネイト樹脂が好ましいが、ＡＳ樹脂やＡＢＳ樹脂でもよい。また、内容器１１４の材質は、耐メタノール燃料性の点でポリプロピレン樹脂が好ましい。これらの外容器１０８および内容器１１４は、透明であるので、燃料の消費に応じて内容器１１４内を移動する隔壁部材１１６の位置がわかり、燃料貯蔵室１１８内の燃料の残量を目視で把握することができる。外容器１０８の上蓋１１０および下蓋１１２は、例えば、ポリカーボネイト樹脂からなり、外容器１０８に超音波溶着により固定される。これらの上蓋１１０および下蓋１１２のいずれか一方は、外容器１０８と一体に成型してもよい。

上蓋１１０には、中心軸線１０３から偏倚した位置に接続部１０２が取り付けられている。接続部１０２は全体が筒状に構成され、雄ねじが形成された取り付け部１２２およびフランジ部１２４を有する。接続部１０２は、取り付け部１２２が上蓋１１０のねじ孔１２０に螺入されて取り付けられる。接続部１０２は、接続部１０２の長手方向に沿って貫通する貫通孔１２６を有する。貫通孔１２６内には、封止軸１２８が貫通孔１２６内を摺動可能に配置されている。封止軸１２８は、上端に貫通孔１２６の内面に摺接する大径部１３０を有し、下端の周溝には弁体即ちＯリング１３２が装着されている。また、貫通孔１２６の中央部分には縮径部１３４が形成されている。前述の封止軸１２８と縮径部１３４との間には、圧縮コイルばね１３６が縮装され、通常は封止軸１２８を上方へ付勢している。これによりＯリング１３２は、縮径部１３４に圧接されて外容器１０８内は封止される。また、接続部１０２の上端近傍に、周溝１３８が形成され、この周溝１３８内にＯリング１４０が装着されている。また、接続部１０２の下端近傍の周溝にはＯリング１４２が装着されている。

内容器１１４の下端は開放しており、閉鎖した頂壁１４４には、接続部１０２に対応して中心軸線１０３から偏倚した位置に概ね円柱状の凸部１４６が形成されている。凸部１４６の上端には凹部１４７が形成されている。凸部１４６には中心軸線１０３と平行に貫通する孔１４６ａが形成されている。この孔１４６ａは、接続部１０２の下端部が凹部１４７内に受容されると貫通孔１２６と連通するようになっている。頂壁１４４の内面は、隔壁部材１１６の上面１１６ｄと略相補形状となっている。この形状により燃料を無駄なく排出することができる。

隔壁部材１１６は、内容器１１４内に配置される外径を有する円板状乃至は円柱状の上部１１６ａと、この上部１１６ａの下端に上部１１６ａと一体に形成されたリブ１４８を有する。リブ１４８は、複数箇所に放射状に形成されている。上部１１６ａの外周には周溝１１６ｂが形成され、この周溝１１６ｂにはＯリング１５０が装着されている。このＯリング１５０は、内容器１１４の内面と摺接し、燃料貯蔵室１１８内を密封状態に維持する。上部１１６ａの下部中央には、環状溝１１６ｃが形成されて、環状溝１１６ｃの内側がボス１５２となる。環状溝１１６ｃと下蓋１１２との間には圧縮コイルばね１５４が介装される。また、内容器１１４の下部には内容器１１４の長手方向に沿って切欠１１４ａが形成されている。この切欠１１４ａは、内容器１１４の下端に開放しており、その長さは、図４に示すように隔壁部材１１６が下端部にあるときのＯリング１５０の直下から下方に至る長さを有する。

燃料貯蔵室１１８内には、所定濃度のメタノールと純水またはエタノールと純水の混合液による燃料が収容される。そして、内容器１１４と外容器１０８との間の空間１５６には、加圧ガスＧが封入され、この加圧ガスＧの圧力により内容器１１４の切欠１１４ａにより連通した隔壁部材１１６の下部空間１５８から隔壁部材１１６を上方に押圧するようになっている。従って、燃料貯蔵室１１８内の燃料は常に加圧された状態にあり、接続部１０２の封止が解除されれば直ちに接続部１０２から外部に燃料が排出されるように構成されている。加圧ガスＧとしては不活性ガスが使用される。
次に、圧力調整器５０について、図５を参照して概略を説明する。図５は圧力調整器５０を示し、図５（ａ）は上側から見た斜視図、図５（ｂ）は平面図をそれぞれ示す。圧力調整器５０は、本体部５６とカバー部５８からなるケース５４を有する。本体部５６およびカバー部５８は、各々略矩形の同様な形状のフランジ５６ａ、５８ａを有する。これらのフランジ５６ａ、５８ａは、互いに対向するように配置され、ねじ６０により相互に固定されて一体化されている。カバー部５８には円形凸部５８ｂが突設され、この円形凸部５８ｂには、さらに、ねじ調節部５８ｃが突設されている。

本体部５６は、対向する２つの平坦な側壁５６ｂ、５６ｂ’と、この側壁５６ｂ、５６ｂ’直交するように上下に形成された１組の矩形の凹所５６ｃ、５６ｄを有する。なお、ここで、上下とは、便宜上、図５（ａ）における上下方向をいう。各側壁５６ｂ、５６ｂ’には、２つの円筒状の導入凸部５２が、互いに逆向きに水平方向に形成されている。
２つの導入凸部５２は、上下方向に互いに逆側に偏倚した位置に形成されている。導入凸部５２には、カートリッジ１００の接続部１０２が装着される導入口５２ａが形成されている。また、上側の凹所５６ｃには、２次圧力に調圧された燃料が排出される排出ノズル６２が上方に向けて突設されている。

次に、圧力調整器５０の内部構造の詳細について、図６を参照して説明する。図６は圧力調整器５０の断面を示し、図６（ａ）は図５（ｂ）の６ａ−６ａ線に沿う断面図、図６（ｂ）は図５（ｂ）の６ｂ−６ｂ線に沿う断面図をそれぞれ示す。図６（ａ）に示すように、本体部５６には、側壁５６ｂの上部および側壁５６ｂ’の下部に、前述の導入凸部５２を受容するねじ穴６４がそれぞれ形成されている。なお、２つの導入凸部５２は、圧力調整器５０のダイヤフラム８２の中心を通る中心軸線５１に対して逆方向に互いに離隔し且つ線対称に配置されている同じ形状のものである。従って、片側の導入凸部５２についてのみ説明し、他方は説明を省略する。導入凸部５２は、導入口５２ａが形成された先端筒部５２ｂと、ねじ穴６４に螺入される雄ねじ部５２ｃを有する。導入口５２ａは、ダイヤフラム８２の主面と平行に向けられている。雄ねじ部５２ｃは、先端筒部５２ｂより小径であり、先端筒部５２ｂの背面に後ろ向きの段部５２ｄを有する。また、ねじ穴６４の開口部には前向きの段部６４ｂが形成されている。そして導入凸部５２をねじ穴６４に螺入したときに、段部５２ｄと段部６４ｂの間にＯリング６６ａが圧縮されて先端筒部５２ｂと本体部５６の間が封止される。

導入凸部５２の導入口５２ａ内には中心に開口５２ｅが形成されている。開口５２ｅは、段部５２ｆを経て開口５２ｅより大径の孔５２ｇへと連続している。この孔５２ｇ内には封止軸６８が摺動可能に配置されている。封止軸６８は、開口５２ｅから突出する先細の先端部６８ａと、孔５２ｇ内に収容されるフランジ６８ｂと、孔５２ｇ内に収容される主軸６８ｃとから構成される。主軸６８ｃの直径は先端部６８ａの直径と略同じであり、孔５２ｇとの間には筒状の空間が形成されている。そして、この空間には圧縮コイルばね７０ａが配置される。圧縮コイルばね７０ａは、ねじ穴６４の底壁６４ａとフランジ６８ｂとの間に圧縮状態に配置される。また、フランジ６８ｂと段部５２ｆの間には、Ｏリング６６ｂが配置されている。従って、フランジ６８ｂは、圧縮コイルばね７０ａの弾発力によりＯリング６６ｂを段部５２ｆに押圧するので、孔５２ｇ内と、導入口５２ａとは、互いに閉鎖された状態となる。

次に、図６（ｂ）を参照して、さらに、詳細に説明する。２つのねじ穴６４は、これら２つのねじ穴６４の中間に位置する中間室７２に連通している。中間室７２は、ねじ穴６４と直交する方向即ち中心軸線５１に沿う方向に延びている。この中間室７２は、本体部５６の端壁７４から内方に形成されている。端壁７４に開放する開口７２ａは、プラグ７６でねじ止めされて封止されている。中間室７２は、開口７８ａが形成された仕切り壁７８を経て隣接する調圧室８０へと連通可能になっている。

本体部５６の前面５６ｅには、カバー部５８が前述の如く取り付けられている。本体部５６とカバー部５８との間には、概ね円板状のダイヤフラム８２が両側から押圧された状態で取り付けられている。ダイヤフラム８２は、中心に開口８２ａを有するとともに、開口８２ａと同心に環状隆起部８２ｂを有する。ダイヤフラム８２には、調圧室８０側に封止部材８４が取り付けられ、反対側にはサポータ８６が取り付けられる。

封止部材８４は、ダイヤフラム８２への取り付け面となるフランジ部８４ａと、フランジ部８４ａから突出するボス部８４ｂと、このボス部８４ｂから開口７８ａに挿通される封止軸(シャフト)８４ｃとを同心に有する。封止部材８４には、ダイヤフラム８２の開口８２ａに位置合わせして、ねじ穴８４ｄが形成されている。封止軸８４ｃの先端部にはＯリング６６ｃが被冠され、また、ボス部８４ｂの肩８４ｅに近接してＯリング６６ｄが被冠されている。これらのＯリング６６ｃおよび６６ｄは、いずれも仕切り壁７８に対して互いに逆側に位置するように封止軸６８に形成された周溝内に配置されている。これら封止軸８４ｃとＯリング６６ｃにより１次圧力を２次圧力に減圧する調整弁が構成される。

前述のサポータ８６は、概ね円板状の部材であり、中央に封止部材８４のねじ穴８４ｄに螺入される雄ねじ部８６ａが形成されている。この構成により、ダイヤフラム８２は、封止部材８４とサポータ８６により挟持された状態となる。換言すると、封止部材８４は、ダイヤフラム８２を挟んでサポータ８６と係合することによって、ダイヤフラム８２に取り付けられる。

また、カバー部５８は、ダイヤフラム８２とサポータ８６を収容する凹部即ち大気室５８ｄを有する。この凹部５８ｄは、雌ねじが形成されたねじ調節部５８ｃの孔５８ｅと連通する。そして、この孔５８ｅには、調圧ねじ５９が螺入されて固定される。この調圧ねじ５９の内向きの肩５９ａと、サポータ８６の間には圧縮コイルばね７０ｂが縮装され、ダイヤフラム８２に適切な圧力を付勢している。この圧力は調圧ねじ５９によって調節される。即ち、調圧室８０内の２次圧力と、大気圧との差が略一定になるように調圧される。調圧室８０は、封止部材８４の外径と略相補形の内面を有している。前述の凹所５６ｃの排出ノズル６２には、調圧室８０に連通する排出口６２ａが形成されている。

次に、図７〜図１０を参照して、カートリッジ１００が圧力調整器５０に取り付けられるときの態様について説明する。なお、カートリッジ１００については、図７において部分的に示し、他の図８〜図１０においては省略してある。図７は圧力調整器５０にカートリッジ１００が取り付けられる前の状態を示す断面図、図８は、カートリッジ１００を接続した初期の段階を示す断面図、図９は接続完了直前の状態を示す断面図、図１０は接続が完了した状態を示す断面図であり、それぞれカートリッジ１００の接続部１０２とともに示す。

図７に示すように、カートリッジ１００は、前述のキー溝１０６を含むキーイング手段により、接続部１０２の軸線と、導入凸部５２の導入口５２ａの軸線とが略整合した状態で、接続部１０２が導入口５２ａに接近する。このとき接続部１０２の内部は、１次圧力に加圧された燃料が満たされている。次に、図８に示すように、接続部１０２が導入口５２ａ内に挿入されると、圧力調整器５０側の封止軸６８の先端部６８ａと、カートリッジ１００側の封止軸１２８の先端にある凹み１２８ａとが接触する。しかし、封止軸６８、１２８は、各々移動していない。即ち、カートリッジ１００内は密封状態が維持され、また圧力調整器５０内も密封状態が維持されている。このとき、接続部１０２のＯリング１４０は、導入口５２ａの内面に圧接されて、導入口５２ａ内が密封され多状態となっている。

そして、さらにカートリッジ１００を押圧すると、図９に示すように、接続部１０２はさらに導入口５２ａ内に進入する。このとき封止軸６８の圧縮コイルばね７０ａは、カートリッジ１００側の圧縮コイルばね１３６より弾性が弱く設定されているので、封止軸６８は、封止軸１２８によりねじ穴６４内に押し込まれる。この動作は、封止軸６８の主軸６８ｃが、ねじ穴６４の底壁６４ａに当接するまで継続する。その結果、ねじ穴６４内のＯリング６６ｂは、段部５２ｆから離れ、開口５２ｅの封止が解除された状態となる。しかし、カートリッジ１００の接続部１０２においては、Ｏリング１３２は、依然として接続部１０２の縮径部１３４に接触しているので、まだ、１次圧力の燃料は導入口５２ａ内に噴出していない。

次に、図１０に示すように、カートリッジ１００がさらに押し込まれて完全に挿入されると、ねじ穴６４の底壁６４ａに当接し、それ以上の移動が阻止された封止軸６８により、カートリッジ１００側の封止軸１２８がカートリッジ１００の内方に押し込まれ、Ｏリング１３２が縮径部１３４から離隔して１次圧力の燃料が、縮径部１３４、大径部１３０、開口５２ｅ、ねじ穴６４を経て中間室７２に流入する。

ここで再び図６（ｂ）を参照して、燃料のさらなる流路について説明する。調圧室８０は、ダイヤフラム８２の右側の大気圧に対して、予め所望の２次圧力でダイヤフラム８２のバランスが保たれるように設定されている。仮に、燃料が排出ノズル６２から排出されたことにより、調圧室８０内の圧力が所定の２次圧力より低下した場合に、大気圧が２次圧力より勝ってダイヤフラム８２は、ばね７０ｂにより調圧室８０側に押し出される。その結果、Ｏリング６６ｃが仕切り壁７８から離れ、設定された２次圧力より高い中間室７２内の燃料が調圧室８０に流入する。そして、調圧室８０の圧力が所望の２次圧力に上昇したところで、ダイヤフラム８２は右方向へ復帰し、Ｏリング６６ｃが再び仕切り壁７８に圧接されて、中間室７２と調圧室８０は互いに閉鎖される。燃料の供給の継続中、燃料の消費に応じて、この動作が反復してなされる。

燃料が時間の経過とともに消費されて少なくなるにつれて、加圧ガスＧにより隔壁部材１１６が内容器１１４内に加圧ガスＧの圧力により少しずつ押し込まれる。そして、隔壁部材１１６が頂壁１４４に近接するまで、燃料が接続部１０２から排出される。

本実施例では、燃料カートリッジ１００を２本用いる場合をもとに説明したが、圧力調整器５０に接続される燃料カートリッジは、２本に限定されるものではなく、燃料カートリッジ１００と圧力調整器５０の間に分岐管（図示せず）を用いて2本以上の複数の燃料カートリッジを接続することも可能である。例えば、４本の燃料カートリッジを接続することで、1本当りの燃料容量を少なくして、更に燃料カートリッジを小型化することが可能である。このように、複数の燃料カートリッジを接続可能とすることで、小型の燃料カートリッジで大容量の燃料が供給可能になった。また、本実施例では、圧力調整器５０の排出口６２aは、１つの場合を説明したが、１つに限定されるものではなく、２つ以上の複数であってもよい。また、圧力調整器５０の排出口６２aの接続先である燃料電池２６の接続口は１つに限定されるものではなく、２つ以上の複数であってもよい。圧力調整器５０の排出口６２aの個数と燃料電池２６の接続口の個数は、必ずしも同数である必要はない。燃料電池２６を構成している複数の単位セル（図示せず）に均一に燃料を供給するために、燃料電池２６の接続口は２つ以上複数個所あることが好ましい。更に、燃料電池２６は、前述の単位セルが複数直列に接続されたユニットを一つの発電ユニット（図示せず）とし、複数の発電ユニットから構成される場合は、各発電ユニットへ燃料を均一に供給するために、各発電ユニットに対応して圧力を調整可能にすることが好ましい。圧力調整器５０と燃料カートリッジの間に、２次圧力調整器（図示せず）を配置することで、前述の各発電ユニットへの燃料供給が均一になった。

図１１は、カートリッジ１００を燃料電池用燃料供給装置に装着したときの、燃料電池用燃料供給装置と燃料カートリッジの位置関係を示し、図１１（ａ）は平面図、図１１（ｂ）は正面図をそれぞれ示す。燃料カートリッジ１００を燃料電池用燃料供給装置に装着したときの、燃料カートリッジ１００の軸方向の長さを短くするために、圧力調整器の本体部５６の平坦な側壁５６ｂの平面と、もう一方の燃料カートリッジに接続される導入口５２aの面とが、同一平面状に位置している。フランジ５６ａ、５８ａは、燃料カートリッジ１００の外容器１０８を密閉する上蓋１１０と接触しないように、燃料カートリッジ１００の直径よりも外側に配置する構造となっている。これにより、圧力調整器５０の燃料カートリッジ１００の軸方向における長さは、一つの燃料カートリッジ１００から燃料供給するのに必要な圧力調整器５０の本体部５６と導入凸部５２とからなる長さで、２つの燃料カートリッジが接続可能となるため、より燃料供給部の小型化が可能となった。

本発明は燃料電池を使用した電子機器の普及に貢献するものである。

本発明の一具体例を示す燃料電池用燃料供給装置および燃料カートリッジを組み込んだノートＰＣの概略斜視図。図１における２−２線に沿うノートＰＣ本体の断面図。燃料カートリッジを燃料電池用燃料供給装置に装着したときの、燃料電池用燃料供給装置と燃料カートリッジの位置関係を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図をそれぞれ示す。燃料カートリッジの、接続部を通る縦断面図。本発明の燃料電池用燃料供給装置を示し、（ａ）は上側から見た斜視図、（ｂ）は平面図をそれぞれ示す。図５の燃料電池用燃料供給装置の断面を示し、（ａ）は図５（ｂ）の６ａ−６ａ線に沿う断面図、（ｂ）は図５（ｂ）の６ｂ−６ｂ線に沿う断面図をそれぞれ示す。図５の燃料電池用燃料供給装置に燃料カートリッジが取り付けられる前の状態を、燃料カートリッジの接続部とともに示す断面図。燃料カートリッジを接続した初期の段階を、燃料カートリッジの接続部とともに示す燃料電池用燃料供給装置の断面図。接続完了直前の状態を示す、燃料カートリッジの接続部とともに示す燃料電池用燃料供給装置の断面図。接続が完了した状態を、燃料カートリッジの接続部とともに示す燃料電池用燃料供給装置の断面図。燃料カートリッジを燃料電池用燃料供給装置に装着したときの、燃料電池用燃料供給装置と燃料カートリッジの位置関係を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図をそれぞれ示す。

符号の説明

１…ノート型パーソナルコンピュータ（電子機器）、６…ヒンジ部、８…カバー部材、１２…外縁、２６…燃料電池、５０…圧力調整器、５２ａ…導入口、６２…排出ノズル、１００…燃料カートリッジ、１０２…接続部、１０３…中心軸線、１０８…容器本体（外容器）。

Claims

携行可能な電子機器に装備されて電子機器内の燃料電池に燃料を供給する燃料電池用燃料供給装置であって、１次圧力を所定の２次圧力に調圧する圧力調整器と、該圧力調整器の両端に互いに逆向きに設けられた１対の１次圧力側の導入口に取り付けられて、前記１次圧力を有する燃料を前記導入口から供給する１対の筒状の携帯型燃料カートリッジとからなり、
前記燃料カートリッジが、筒状の容器本体と、該容器本体の一端部に取り付けられた接続部とを備え、該接続部が前記容器本体の中心軸線から偏倚した位置にあり、
前記圧力調整器の１対の前記導入口が、１対の前記燃料カートリッジの前記接続部に対応して、且つ前記圧力調整器の中心に対して互いに逆側に偏倚して配置されて、前記燃料カートリッジが前記圧力調整器を挟んで、前記電子機器の直線状の外縁に沿って配列され且つ前記１対の燃料カートリッジの前記接続部が前記圧力調整器の１対の前記導入口に差し込み接続されていることを特徴とする燃料電池用燃料供給装置。
前記圧力調整器の調圧された燃料を排出する排出ノズルが、前記直線状の外縁と直角の方向に設けられて、前記電子機器内の燃料電池に供給されるように構成されていることを特徴とする請求項１記載の燃料電池用燃料供給装置。
前記電子機器がノート型パーソナルコンピュータであり、前記装置が、前記ノート型パーソナルコンピュータの本体にヒンジ部を介して連結されたカバー部材の前記ヒンジ部に沿って、前記本体の前記ヒンジ部近傍に配置されていることを特徴とする請求項１又は２記載の燃料電池用燃料供給装置。