燃料電池搭載装置
【課題】電力を必要とする部位がアプリケーション構造内に分散して配置されている場合に、個々の部位毎に燃料電池の発電部を分散配置し、一つ一つの発電部の出力を小さく抑えた燃料電池搭載装置を提供する。
【解決手段】犬型ロボット９１の各関節の近傍に発電部８０ａ〜８０ｊをそれぞれ配置し、各発電部８０ａ〜８０ｊがそれぞれの近傍に位置する駆動用モータに電力を供給する。全ての駆動用モータに一つの発電部から電力を供給する場合に比べ、発電部１個当たりに必要とされる出力を軽減することが可能となり、発電反応によって生じる熱や水の管理が容易となり、犬型ロボット９１を安定して動作させることが可能となる。
【解決手段】犬型ロボット９１の各関節の近傍に発電部８０ａ〜８０ｊをそれぞれ配置し、各発電部８０ａ〜８０ｊがそれぞれの近傍に位置する駆動用モータに電力を供給する。全ての駆動用モータに一つの発電部から電力を供給する場合に比べ、発電部１個当たりに必要とされる出力を軽減することが可能となり、発電反応によって生じる熱や水の管理が容易となり、犬型ロボット９１を安定して動作させることが可能となる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、ロボット装置、多関節型ロボット、ノート型パソコン、携帯電話機、カメラ一体型ＶＴＲ（ビデオテープレコーダ）、携帯情報端末機（ＰＤＡ）等の電子機器の電源装置として燃料電池を搭載して使用するようにした燃料電池搭載装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の、この種の燃料電池搭載装置としては、例えば、図６に示すような構成のものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。この図６は、燃料として水素を用い、空気を酸化剤とする小型の固体高分子型燃料電池を携帯用の電源装置として使用するノート型パソコン１を示すものである。
【０００３】
ノート型パソコン１は、上面にキーボード操作部２が配置されたパソコン本体３と、下面に液晶ディスプレイ４が装着された蓋体５とから構成されている。パソコン本体３と蓋体５は、背面側においてヒンジで回動自在且つ任意の位置で固定可能とされている。蓋体５を閉じてパソコン本体３に重ね合わせることにより、キーボード操作部２の上に液晶ディスプレイ４が重ねられて互いに覆われることになる。このパソコン本体３の側面に電池収納部６が設けられており、この電池収納部６に携帯用電源装置である燃料電池７が着脱自在に装着されて使用される。
【０００４】
燃料電池７は、燃料（水素）と空気（酸素）を用いて発電を行う発電部８と、貯蔵した水素を一定量ずつ発電部８に供給する水素貯蔵ボンベ９と、空気を発電部８に供給する空気供給手段１０と、発電部８の発電動作を制御する制御部１１と、これらを一体的に収納する電池ケース１２等を備えて構成されている。電池ケース１２には、空気の吸気口１３及び排気口１４と、パソコン本体３及び燃料電池７を電気的に接続するための接続部１５とが設けられている。そして、電池ケース１２の吸気口１３の内側に、空気供給手段１０の一具体例を示すファンが配設されている。
【０００５】
また、従来の、この種の燃料電池搭載装置としては、例えば、特開２００２−５９３８９号公報に記載されているようなものもある（特許文献２）。この特許文献２には、外部雰囲気を検知して検知信号を出力するセンサの検知信号に基づいて、アクチュエータ部によって複数の駆動部に、検知信号に対応する自律動作がそれぞれ行われるロボットとロボットのバッテリの充電器とからなる自律歩行ロボット装置が記載されている。
【０００６】
この自律歩行ロボット装置は、ロボットのバッテリの充電時、アンテナ部からの充電要求信号により、充電器から送信される歩行誘導信号でアクチュエータが前足と後足を駆動し、ロボットは充電器に近づき、外界撮像センサがランドマークを検知し作成する周辺の環境地図により、前足、後足、口部、尾部が駆動され、ロボットは充電器に充電姿勢で配置され充電が行われる。充電終了時にアンテナ部から充電停止要求信号が送信され、充電器の動作が停止し、ロボットは充電器から離脱し、バッテリの充電が、疲れたロボットが充電器位置で休憩するアミューズメント動作として自然に行われ、対応者は充電中もアミューズメント享受が可能になる。
【０００７】
【特許文献１】特開平９−２１３３５９号公報（第３−４頁、図１、図２）
【特許文献２】特開２００２−５９３８９号公報（第３−４頁、図１、図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、このような従来の燃料電池搭載装置においては、前者の場合、ノート型パソコン１には、キーボード操作部２等から入力される情報に基づいて所定の制御を行うためのマイクロコンピュータ等を備えた制御部が設けられており、これとは別に、燃料電池７においても別個独立に、発電部８等の制御を行うための制御部１１が設けられていた。更に、ノート型パソコン１及び燃料電池７は、ともに制御部やモータ等の発熱する構成要素を含むことから、その発熱部分を冷却するためのファンやポンプ、クーラー等が別個独立に設けられていた。これらの構成要素、環境条件等については、後者の自律歩行ロボット装置の場合も同様である。
【０００９】
そのため、１機の燃料電池搭載装置において、使用目的を共通にする同一部品が複数個設けられており、従って、部品点数が多くなるばかりでなく、装置全体が複雑なものとなり、不経済であるという課題があった。
【００１０】
さらにまた、上述した燃料電池搭載装置において、一つの燃料電池から電子機器の各駆動部に電力を供給した場合には、特定の駆動部で消費される電力が急激に増大した際に当該燃料電池から供給できる電力量の上限を超えてしまうこともある。燃料電池から供給できる電力量の上限を超えてしまった場合には当該燃料電池の発電に不具合が生じ、この不具合によって燃料電池搭載装置全体の駆動を十分に行うことができない問題が生じる。特に、ＣＰＵ（Central Processing Unit ）を含む制御部はモータやアクチュエータ部に比べて負荷変動が大きい傾向にある。
【００１１】
本発明は、このような従来の課題に鑑みてなされたものであり、電力を必要とする部位がアプリケーション構造内に分散して配置されている場合に、個々の部位毎に燃料電池の発電部を分散配置し、一つ一つの発電部の出力を小さく抑えて熱管理や水管理等が容易に行えるようにすることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明にかかる燃料電池搭載装置は、燃料と空気を用いて発電可能な燃料電池と、燃料電池が搭載され、当該燃料電池から出力される電力によって動作される電子機器と、を備えたものであって、電子機器は電力を必要とする複数の駆動部を有し、燃料電池は複数の発電部を有し、複数の発電部が複数の駆動部への電力供給を分担するようにしたものである。
【００１３】
本発明の燃料電池搭載装置では、各駆動部への電力供給が複数の発電部により分担されているので、各発電部における出力が小さくなり、当該各発電部の発電の際の負担が軽減される。このように各発電部の負担が軽減されることによって各発電部の温度や水の管理を容易に行うことが可能となり、安定して発電が行われる。さらに、このような燃料電池搭載装置は、前記複数の駆動部の所定の駆動部に電力を供給する電力供給手段を備えていても良い。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の燃料電池搭載装置によれば、各駆動部への電力供給を複数の発電部に分担させるようにしたので、各発電部における出力を小さくし、当該各発電部の発電の際の負担を軽減することができる。このように各発電部の負担を軽減することによって各発電部の温度や水の管理を容易に行うことが可能となり、安定して発電を行うことができる。さらに、このような燃料電池搭載装置によれば、負荷変動が異なる駆動部に安定して電力を供給することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態を、添付図面を参照して説明する。
[ 第１の実施の形態]
【００１６】
図１乃至図３は、本発明の実施の例を示すものである。即ち、図１は本発明の燃料電池搭載装置の一実施例の概略構成を示す説明図、図２は本発明の燃料電池搭載装置に係る燃料電池の原理を説明するための説明図、図３は本発明の燃料電池搭載装置に係る燃料電池の一実施例を示す説明図である。
【００１７】
本発明の一実施例を示す燃料電池搭載装置２０は、電子ペットの犬型ロボット２１を電子機器として用い、これに燃料電池システム２２を搭載して構成したものである。犬型ロボット２１は、略ドラム状をした胴体部２３と、この胴体部２３の前側上部に取り付けられた頭部２４と、胴体部２３の前側両側部に取り付けられた２本の前足部２５と、胴体部２３の後側両側部に取り付けられた２本の後足部２６と、胴体部２３の後側上部に取り付けられた尻尾部２７とから構成されている。
【００１８】
犬型ロボット２１の頭部２４には下方に突出された首部２８が設けられており、この首部２８が首関節により胴体部２３に対してある所定の範囲内で上下方向及び左右方向に回動自在及び俯仰自在に取り付けられている。更に、首部２８の下部には、顎関節によって顎部２９が上下方向に俯仰自在に取り付けられている。そして、首部２８の後側上部には、それぞれ耳関節によって一対の耳部３０，３０が略左右対称であって、回動自在に取り付けられている。
【００１９】
また、一対の前足部２５，２５と一対の後足部２６，２６と尻尾部２７とは、それぞれ一対の前足関節と一対の後足関節と尻尾関節とによってそれぞれ回動自在且つ俯仰自在に連結されている。更に、一対の前足部２５，２５は、それぞれ足上部３２と足下部３３とからなり、両者は前膝関節３４によって回動自在且つ俯仰自在に連結されている。そして、足下部３３の先端部に、足首関節によって前足部３５が俯仰自在に取り付けられている。
【００２０】
同様に、一対の後足部２６，２６は、それぞれ足上部３６と足下部３７とからなり、両者は後膝関節３８によって回動自在且つ俯仰自在に連結されている。そして、足下部３７の先端部に、足首関節によって後足部３９が俯仰自在に取り付けられている。更に、尻尾部２７は、尻尾関節によって胴体部２３に対して回動自在に取り付けられている。
【００２１】
前記各関節部が、電子機器の一実施例を示す犬型ロボット２１の駆動部の一具体例を示している。これら各関節部には、それぞれの関節部を回動動作又は俯仰動作させるための１個又は２個の駆動モータがそれぞれ個別に取り付けられている。また、胴体部２３内には、すべての駆動モータ、及び各種の検出センサ、音声認識装置その他の機構を駆動制御するためのマイクロコンピュータや記憶装置（ＲＡＭ，ＲＯＭ）等からなる電子機器用制御部が内蔵されている。この電子機器用制御部ですべての駆動モータを駆動制御することにより、犬型ロボット２１に歩行運動をさせ、或いは「お手」「お座り」等の各種の動作を行わせることができる。
【００２２】
また、燃料電池システム２２は、上述した関節毎に設けられた関節の数と同数の発電部４０と、すべての発電部４０の発電動作を制御する燃料電池用制御部４１と、すべての発電部４０に対して燃料である燃料（水素、メタノール、メタン等）を供給する燃料供給手段４２と、各発電部４０に対して空気（酸素）を供給する空気供給手段４３とから構成されている。また、発電反応に使用される燃料は、水素ガスの如き気体だけでなく、メタノールの如き液体を使用しても良いことは勿論である。尚、発電部４０や制御部その他の発熱源を冷却するための冷却ファン等の補助機器等を設ける構成としてもよい。また、燃料電池システム２２と電子機器とされる犬型ロボット２１とで共用される共用部としては、燃料電池システム２２の構成要素、及び電子機器である犬型ロボット２１の構成要素であり、これら構成要素を共用することによって燃料電池搭載装置２０の部品を低減することができる。また、共用部としては、例えば、上述した制御部その他の発熱源を冷却するための冷却ファン、ポンプ若しくはクーラー等の補助機器等、発電部４０に燃料を供給する燃料供給手段、前記発電部に空気を供給する空気供給手段等の加熱に用いられるヒーター、電熱器等の補助機器、温度センサー、湿度センサー、ラジエータ、ＤＣ／ＤＣコンバータ、その他共用可能なものであれば如何なるものでも良い。また、電子機器や燃料電池を収納する筐体の如き燃料電池搭載装置の構造部材を共用部としても良く、当該筐体の壁面部を利用して燃料電池の発電部を挟持する場合には、当該壁面部を共用部とすることもできる。さらにまた、スタック構造を有する発電部の締結部材を共用部としても良い。
【００２３】
発電部である関節毎に設けられた関節の数と同数の発電部４０（４０ａ〜４０ｊ）は、対応する関節の近傍にそれぞれ配設されている。即ち、頭部２４には、耳部３０用の発電部４０ａと、顎部２９用の発電部４０ｂが配設されている。また、胴体部２３には、首部２８用の発電部４０ｃと、前足部２５用の発電部４０ｄと、後足部２６用の発電部４０ｅと、尻尾部２７用の発電部４０ｆとが配設されている。
【００２４】
更に、前足部２５の足上部３２には前膝関節３４用の発電部４０ｇが配設され、足下部３３には前足部３５用の発電部４０ｈが配設されている。そして、後足部２６の足上部３６には後膝関節３８用の発電部４０ｉが配設され、足下部３７には後足部３９用の発電部４０ｊが配設されている。これらの発電部４０ａ〜４０ｊは、燃料配管４４によって燃料供給手段４２に接続され、燃料が供給可能とされている。
【００２５】
また、各発電部４０ａ〜４０ｊに対応して、胴体部２３、頭部２４及び前後の足部２５，２６におけるそれぞれの近傍には、空気供給手段４３の一具体例を示す空気取入穴が設けられている。これらの空気取入穴から導入された空気が、各発電部４０ａ〜４０ｊにおいて水素と共に発電に供される。燃料供給手段４２の一具体例としては、例えば、多量の水素を貯蔵することができる水素貯蔵ボンベ等を用いることができる。
【００２６】
このような燃料電池システム２２の、一般的な構成の概略を図２に示す。図２において、符号５０は、燃料ガスが充填された燃料カートリッジであり、四角形をなす扁平の箱体によって構成されている。この燃料カートリッジ５０の上面にベース基板５１が載置され、その上面に発電部４０と、冷却ファン５２と、発電部４０で生成された水を乾燥させる２個の乾燥ファン５３と、燃料カートリッジ５０から発電部４０に向かう燃料の流量を調整して燃料供給口を開閉する２個の開閉弁５４と、発電部４０から取り出す電流値及び電圧値の変動を補整するレギュレータ５５等が搭載されている。
【００２７】
また、発電部４０の上面には、発電部４０の熱を外部に放出して冷却するための冷却フィン５６が載置されている。そして、冷却フィン５６には、制御部４１を構成する複数の大規模半導体集積回路（ＬＳＩ）及びその他の制御用部品と、温度センサ５７と、湿度センサ５８とが搭載されている。
【００２８】
また、発電部４０を構成する発電セルとしては、例えば、図３に示すような構成のものを適用することができる。図３に示す発電セル５９は、両面に触媒層が設けられた高分子電解質膜電極接合体６０と、この高分子電解質膜電極接合体６０の一面側に配された空気側セパレータ６１と、その他面側に配された燃料側セパレータ６２と、空気側セパレータ６１と高分子電解質膜電極接合体６０の間に介在された空気側電極６３と、燃料側セパレータ６２と高分子電解質膜電極接合体６０の間に介在された燃料側電極６４とから構成されている。
【００２９】
このような構成を有する発電セル５９では、例えば、次のようにして発電動作が行われる。まず、燃料の水素ガスが燃料側セパレータ６２に供給されると共に、酸化剤の空気が大気中から空気側セパレータ６１に供給される。その結果、水素ガス（Ｈ2 ）が高分子電解質膜電極接合体６０の燃料側触媒に接触して電子（ｅ- ）が飛び出し、プロトン（Ｈ+ ）が発生する（Ｈ2 →２Ｈ+ ＋２ｅ- ）。
【００３０】
このプロトン（Ｈ+ ）が高分子電解質膜電極接合体６０を通り抜けて反対側の空気側電極６３側に向かう。この空気側電極６３側では、送られてきた空気中の酸素（Ｏ2 ）が高分子電解質膜電極接合体６０の空気側触媒の力でプロトン（Ｈ+ ）及び仕事を終えて戻ってきた電子（ｅ- ）と反応することにより、水が生成される（Ｏ2 ＋４Ｈ+ ＋４ｅ- →２Ｈ2 Ｏ）。
【００３１】
この化学反応により発生する電子（ｅ- ）を電極６３，６４で集めることにより、発電セル５９で電気を作り出すことができる。図１の実施例においては、このような発電部４０が、電力を必要としている各関節部の近傍にそれぞれ設けられており、その関節部毎に必要に応じて電力が作られる。従って、１個の発電部で電気を作り、その電力をすべての関節部に供給する従来の方式に比べて、一つ一つの発電セルの出力を小さく抑えることがでるため、発電効率を高めることができる。
【００３２】
しかも、１個の発電セルの出力が小さいために、各発電セルの熱管理や水管理を容易にすることができ、システム構成をよりシンプルなものとすることができる。更に、燃料電池システム２２の構成要素の一部と犬型ロボット２１の構成要素の一部、例えば、制御部を共用させることにより、燃料電池搭載装置２０の全体の構成要素の無駄をなくして、構成の簡略化を図ることができる。
【００３３】
尚、燃料電池システム２２の構成要素のうち犬型ロボット２１の構成要素として共用可能なものは、上述した制御部に限られるものではなく、例えば、冷却ファン５２や乾燥ファンその他の構成要素において、燃料電池システム２２と動物ロボット等において共に使用されている同種のものであれば、それを共用させることができるものである。
【００３４】
本発明は上記実施の例に限定されるものではなく、上記実施例では、電子機器として犬型ロボットに適用した例について説明したが、他の形状、形式のロボットであって、それ自体が動く電子機器に適用できることは勿論のこと、それ自体は動くことがない電子機器、例えば、ノート型パソコン、携帯用電話機その他の電子機器に適用することができるものである。また、発電セルの構成についても、上述した実施例のものに限定されるものではない。このように、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で種々に変更できるものである。
[ 第２の実施の形態]
【００３５】
次に、図４を参照しながら、本発明にかかる燃料電池搭載装置の他の実施形態について説明する。なお、本実施形態にかかる燃料電池搭載装置９０及び燃料電池搭載装置を構成する発電部８０の構造は、第１の実施の形態で説明した燃料電池搭載装置２０及び発電部４０と略同様であることから詳細な説明は省略する。また、本実施形態にかかる燃料電池搭載装置９０に搭載される燃料電池システム９２の発電部は複数のＭＥＡを積層してなるスタック構造を有する発電部に限定されるものではない。例えば、スタック構造を構成する各発電素子を分散して配置し、複数の発電素子で構成される発電素子の集合を発電部とすることもできる。本実施形態にかかる燃料電池搭載装置９０は、主に電子機器とされる犬型ロボット９１、犬型ロボット９１の内部に複数配置された発電部８０ａ〜８０ｊからなる燃料電池システム９２、燃料電池システム９２の動作を制御する燃料電池用制御部８１に電力を供給する二次電池１００から構成されている。なお、本実施形態では、燃料電池システム９２の燃料電池用制御部８１と犬型ロボット９１の制御部とを燃料電池システム９２と犬型ロボット９１の共用部としている。なお、燃料電池システム９２及び犬型ロボット９１の共用部は、制御部その他の発熱源を冷却するための冷却ファン、ポンプ若しくはクーラー等の補助機器等、発電部８０に燃料を供給する燃料供給手段、前記発電部に空気を供給する空気供給手段等の加熱に用いられるヒーター、電熱器等の補助機器、温度センサー、湿度センサー、ラジエータ、ＤＣ／ＤＣコンバータ、その他共用可能なものであれば如何なるものでも良い。また、電子機器や燃料電池を収納する筐体の如き燃料電池搭載装置の構造部材を共用部としても良く、当該筐体の壁面部を利用して燃料電池の発電部を挟持する場合には、当該壁面部を共用部とすることもできる。さらにまた、スタック構造を有する発電部の締結部材を共用部としても良いことは勿論である。
【００３６】
犬型ロボット９１は、第１の実施の形態で説明した犬型ロボット２１と略同様の構成とされ、主に胴体部９３、頭部９４、首部９８、顎部９９、耳部７０、２本の前足部９５、２本の後足部９６、尻尾部９７の如き可動部及びこれらを自在に動かすための複数の関節部から構成されている。
【００３７】
これら複数の関節部は可動部を動かすための駆動部であり、例えば、駆動用モータによって駆動される。なお、関節部は、当該関節部を動かすための駆動用モータも含むものとする。これら駆動用モータが各関節部を介して接続されている可動部を自在に動かす。関節部は、駆動用モータで発生した駆動力によって回転、又は俯仰され、当該関節に接続されている可動部を自在に回転、又は俯仰させることができる。例えば、可動部とされる一対の前足部２５を一対の前足関節によって回動、且つ俯仰自在に動かすことができる。また、駆動用モータは各関節部に所要の個数設けることができる。
【００３８】
発電部８０ａ〜８０ｊは、犬型ロボット９１の各関節の近傍にそれぞれ配置されており、各発電部８０ａ〜８０ｊがそれぞれの発電部の近傍に位置する駆動用モータに電力を供給する。例えば、前膝関節７４の近傍に配置される発電部８０ｈは前膝関節７４が備える駆動用モータに電力を供給する。前膝関節７４の近傍に設けられる発電部８０ｈと同様に、各関節の近傍に配置される発電部はそれぞれの関節が備える駆動用モータに電力を供給する。このように、電子機器とされる犬型ロボット９１に燃料電池を構成する発電部８０ａ〜８０ｊを分散して配置し、一の発電部８０から一の関節が備える駆動用モータに電力を供給することによって、各発電部８０ａ〜８０ｊの出力の負担を軽減することができる。なお、犬型ロボット９１は各関節の近傍に個別に発電部８０が配置されているが、発電部８０の個数が関節の個数と同数でなくても勿論良い。また、複数の駆動用モータへの電力供給を複数の発電部で分担していれば良く、例えば、複数の発電部のうち一の発電部から複数の駆動用モータに電力を供給しても良い。さらに、電子機器の内部に発電部を内蔵する構造に限定されず、駆動部に供給される電力の不足を補うために外部から別途発電部を取り付けても良い。
【００３９】
犬型ロボット９１と、複数の発電部８０ａ〜８０ｊから構成される燃料電池システム９２で構成される燃料電池搭載装置９０によれば、電子機器とされる犬型ロボットが備える全ての駆動用モータに一つの発電部から電力を供給する場合に比べ、発電部１個当たりに必要とされる出力を軽減することが可能となる。発電部８０ａ〜８０ｊの出力が軽減されることによって各発電部の発電反応によって生じる熱量や水分量も低減することができる。したがって、発電反応によって生じる熱や水の管理が容易となり、発電部の温度や当該発電部の発電セルに含まれる水分量を管理しながら最適な環境で発電部に発電を行わせることができ、電子機器である犬型ロボット９１を安定して動作させることが可能となる。
【００４０】
さらに、犬型ロボット９１は発電部８０ａ〜８０ｊが分散して配置されていることから、各発電部を個別に交換することが可能となり、不具合が生じた発電部を交換するだけで簡便に犬型ロボット９１のメンテナンスを行うことができる。また、一の発電部から全ての駆動用モータの電力を供給する場合には、当該発電部に不具合が生じた際に全ての駆動用モータの駆動に不具合が生じることがあるが、犬型ロボット９１の内部に分散して配置された複数の発電部８０ａ〜８０ｊによれば、一の発電部に不具合が生じた場合でも当該一の発電部から電力の供給を受けていた駆動用モータの駆動のみに不具合が生じ、他の駆動用モータは支障なく駆動されることになる。さらにまた、特定の発電部に不具合が生じた際には当該発電部のみを交換するこができ、犬型ロボット９１のメンテナンスを簡便に行うことができる。また、犬型ロボットの可動部のうち不具合が生じた発電部を内蔵する可動部を交換することによるメンテナンスを行うことも可能である。
【００４１】
胴体部９３内には、すべての駆動用モータ、及び各種の検出センサ、音声認識装置その他の機構の駆動を制御するためのマイクロコンピュータや記憶装置（ＲＡＭ，ＲＯＭ）等からなる電子機器用制御部が内蔵されている。この電子機器用制御部は、上述した駆動用モータと同様に犬型ロボットに内蔵され、データや命令の処理を行うように駆動されることによって電子機器である犬型ロボットの動作を制御する制御部である。なお、本実施形態にかかる燃料電池搭載装置９０は、燃料電池システム９２の動作を制御する制御部８１と電子機器用制御部を共用しているため、電子機器用制御部は図示していない。また、燃料電池の制御部と電子機器用制御部とを共用しない場合には、当該燃料電池の制御部を燃料電池から供給される電力で駆動することができる。
【００４２】
電子機器用制御部と共用される制御部８１は、犬型ロボットの制御部であるとともに上述した関節部に含まれる駆動用モータと同様に電力によって駆動される駆動部である。制御部８１は、制御部８１の近傍に設けられたリチウムイオン二次電池の如き二次電池１００から電力が供給されて駆動される。本例の犬型ロボット９１の如き電子機器が有する駆動部は、駆動用モータによって動かされる関節部の如き駆動部と、制御部８１と共用される電子機器用制御部の如き駆動部とに分類される。駆動用モータと制御部８１との負荷変動を比較すると、通常、マイクロコンピュータを含む制御部８１の負荷変動は駆動用モータの負荷変動に比べて大きい傾向にある。具体的には、駆動用モータの如き駆動部は、駆動を開始するために必要な電力が供給されればそれ以後の負荷変動は殆どない。つまり、駆動用モータが駆動される時間を横軸にとり、縦軸に負荷の大きさを示した場合には、当該負荷の大きさは時間軸に対して略矩形状で推移することになる。
【００４３】
一方、制御部８１の負荷の大きさは、駆動される時間に対してパルス的に変動する傾向にある。具体的には、制御部８１の負荷は変動幅が大きいだけでなく、時間軸に対して負荷が急峻に立ち上がり、且つ急峻に立ち下がる。このパルス的な負荷変動によって制御部８１の駆動に必要とされる電力も大きく変動する。燃料電池を構成する発電部８０は急激な負荷変動に追従して所要の電力を供給することは困難である場合が多く、制御部８１が安定して駆動されないことによって電子機器を安定して駆動できないことがある。また、制御部８１と別個に電子機器用制御部を設ける場合でも、当該電子機器用制御部を安定して駆動することが困難となる。
【００４４】
そこで、燃料電池搭載装置９０は、複数の発電部で電力供給を分担するだけでなく、電力を供給する電力源を駆動部の負荷変動に応じて使い分けている。特に、駆動用モータの如き駆動部には発電部８０から電力を供給し、負荷変動が大きい傾向にある制御部８１には急峻な負荷変動に追従して電力を供給することができる二次電池１００から電力を供給している。二次電池１００は繰り返し充電することによって電気エネルギーを蓄電することができる電力供給手段であり、発電部８０ｄ，８０ｅから供給された電気エネルギーを蓄電し、当該電気エネルギーを電力として制御部８１に供給する。このように電力を供給する電力源を負荷変動に応じて使い分けることによって、燃料電池搭載装置９０全体の安定した駆動を可能とする。なお、電力供給手段は二次電池１００に限定されず、キャパシター、マイクロタービン、一次電池や太陽電池の如き電池でも良く、これら電力供給手段を組み合わせたものでも良い。また、一つの発電部と、複数の電力供給手段とによって電力の供給を分担しても良い。
【００４５】
また、燃料電池搭載装置９０を構成する電子機器は、上述した犬型ロボット９１に限定されるものでなく、例えば、汎用のロボット装置、その他のロボット装置及び多関節型ロボット、ノート型パソコン、携帯電話機、カメラ一体型ＶＴＲ（ビデオテープレコーダ）、携帯情報端末機（ＰＤＡ）の電源として燃料電池を用いた燃料電池搭載装置であれば如何なるものであっても良い。例えば、ノート型パソコンの如き電子機器の場合、ＣＰＵを含む電子機器用制御部に二次電池、又はキャパシターの如き電力供給手段から電力を供給し、データを書き込み、或いは読み込むためのメディアを駆動させるためのドライブ装置には燃料電池の発電部から電力を供給すれば良い。また、本発明にかかる燃料電池搭載装置は、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更できることは勿論である。
[ 第３の実施の形態]
【００４６】
次に、図５を参照しながら、本発明にかかる電力供給システムについて説明する。図５は、本実施形態にかかる電力供給システム１１０の構成図である。電力供給システム１１０は、複数の駆動部１１３に電力を供給する燃料電池１１１と、燃料電池１１１から電力が供給される駆動部１１３ａ，１１３ｂに比べて負荷変動が大きい駆動部１１３ｃに対して電力を供給する二次電池１１２とから構成されることを特徴とする。家庭で用いられる各種電気器具に電力を供給する際には、燃料電池１１１から電力が供給される電気器具に比べて負荷変動が大きい電気器具に対しては二次電池１１２から電力を供給する。例えば、照明器具の如き点灯時に高い電圧を必要とする電気器具には二次電池１１２から電力を供給して点灯させ、その他の負荷変動が小さい電気器具に対しては燃料電池１１１から電力を供給する。すなわち、駆動部１１３が照明器具に相当し、その他の電気器具が駆動部１１３ａ，１１３ｂに相当する。また、各種電気機器が駆動されていない場合には、燃料電池１１１から二次電池１１２を充電することもできることから、二次電池１１２は、電気エネルギーを蓄電した後所要の駆動部に電力を供給する電力供給手段とされる。このような電力供給システム１１０によれば、燃料電池と電力供給手段とを駆動部の負荷変動に応じて使い分けることによって、負荷変動が異なる様々な駆動部からなるシステムに対して安定して電力を供給することができる。
【００４７】
また、本実施形態にかかる電力供給システム１１０は、家庭内で用いられる各種電気器具に電力を供給する場合に限定されず、負荷変動が異なる駆動部を有するシステムに対して電力を供給する場合に応用可能である。例えば、燃料電池を搭載した電気自動車の如き輸送装置において、当該輸送装置を動かすための駆動用モータに比べて負荷変動が大きい各種装置に二次電池の如き電力供給手段から電力を供給することによって、輸送装置全体を安定して動作させることも可能である。また、電力供給手段としては、二次電池に限定されず、キャパシターを用いることもできる。また、電力供給手段は、二次電池に限定されず、マイクロタービン、一次電池や太陽電池の如き電池、一次電池でも良く、さらにこれら電力供給手段を組み合わせたものであっても良い。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の第１の実施の形態にかかる燃料電池搭載装置を示す図であり、犬型ロボットに燃料電池システムを搭載した状態を示す説明図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態の燃料電池搭載装置に係る燃料電池システムの一実施例を示す説明図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態の燃料電池搭載装置に搭載される燃料電池の発電セルを示す図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態にかかる燃料電池搭載装置の構造図であり、犬型ロボットに燃料電池システムを搭載した状態を示す説明図である。
【図５】本発明の第３の実施形態にかかる電力供給システムの構成概略図である。
【図６】従来の燃料電池搭載装置の例を示す説明図である。
【符号の説明】
【００４９】
１ ノート型パソコン
２ キーボード操作部
７，１１１ 燃料電池
８ 発電部
１１ 制御部
１２ 電池ケース
２０，９０ 燃料電池搭載装置
２１，９１ 犬型ロボット
２２，９２ 燃料電池システム
４０，８０ 発電部
５２ 冷却ファン
５３ 乾燥ファン
５４ 開閉弁
５５ レギュレータ
５６ 冷却フィン
５７ 温度センサ
５８ 湿度センサ
１００，１１２ 二次電池
１１０ 電力供給システム
１１３ 駆動部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、ロボット装置、多関節型ロボット、ノート型パソコン、携帯電話機、カメラ一体型ＶＴＲ（ビデオテープレコーダ）、携帯情報端末機（ＰＤＡ）等の電子機器の電源装置として燃料電池を搭載して使用するようにした燃料電池搭載装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の、この種の燃料電池搭載装置としては、例えば、図６に示すような構成のものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。この図６は、燃料として水素を用い、空気を酸化剤とする小型の固体高分子型燃料電池を携帯用の電源装置として使用するノート型パソコン１を示すものである。
【０００３】
ノート型パソコン１は、上面にキーボード操作部２が配置されたパソコン本体３と、下面に液晶ディスプレイ４が装着された蓋体５とから構成されている。パソコン本体３と蓋体５は、背面側においてヒンジで回動自在且つ任意の位置で固定可能とされている。蓋体５を閉じてパソコン本体３に重ね合わせることにより、キーボード操作部２の上に液晶ディスプレイ４が重ねられて互いに覆われることになる。このパソコン本体３の側面に電池収納部６が設けられており、この電池収納部６に携帯用電源装置である燃料電池７が着脱自在に装着されて使用される。
【０００４】
燃料電池７は、燃料（水素）と空気（酸素）を用いて発電を行う発電部８と、貯蔵した水素を一定量ずつ発電部８に供給する水素貯蔵ボンベ９と、空気を発電部８に供給する空気供給手段１０と、発電部８の発電動作を制御する制御部１１と、これらを一体的に収納する電池ケース１２等を備えて構成されている。電池ケース１２には、空気の吸気口１３及び排気口１４と、パソコン本体３及び燃料電池７を電気的に接続するための接続部１５とが設けられている。そして、電池ケース１２の吸気口１３の内側に、空気供給手段１０の一具体例を示すファンが配設されている。
【０００５】
また、従来の、この種の燃料電池搭載装置としては、例えば、特開２００２−５９３８９号公報に記載されているようなものもある（特許文献２）。この特許文献２には、外部雰囲気を検知して検知信号を出力するセンサの検知信号に基づいて、アクチュエータ部によって複数の駆動部に、検知信号に対応する自律動作がそれぞれ行われるロボットとロボットのバッテリの充電器とからなる自律歩行ロボット装置が記載されている。
【０００６】
この自律歩行ロボット装置は、ロボットのバッテリの充電時、アンテナ部からの充電要求信号により、充電器から送信される歩行誘導信号でアクチュエータが前足と後足を駆動し、ロボットは充電器に近づき、外界撮像センサがランドマークを検知し作成する周辺の環境地図により、前足、後足、口部、尾部が駆動され、ロボットは充電器に充電姿勢で配置され充電が行われる。充電終了時にアンテナ部から充電停止要求信号が送信され、充電器の動作が停止し、ロボットは充電器から離脱し、バッテリの充電が、疲れたロボットが充電器位置で休憩するアミューズメント動作として自然に行われ、対応者は充電中もアミューズメント享受が可能になる。
【０００７】
【特許文献１】特開平９−２１３３５９号公報（第３−４頁、図１、図２）
【特許文献２】特開２００２−５９３８９号公報（第３−４頁、図１、図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、このような従来の燃料電池搭載装置においては、前者の場合、ノート型パソコン１には、キーボード操作部２等から入力される情報に基づいて所定の制御を行うためのマイクロコンピュータ等を備えた制御部が設けられており、これとは別に、燃料電池７においても別個独立に、発電部８等の制御を行うための制御部１１が設けられていた。更に、ノート型パソコン１及び燃料電池７は、ともに制御部やモータ等の発熱する構成要素を含むことから、その発熱部分を冷却するためのファンやポンプ、クーラー等が別個独立に設けられていた。これらの構成要素、環境条件等については、後者の自律歩行ロボット装置の場合も同様である。
【０００９】
そのため、１機の燃料電池搭載装置において、使用目的を共通にする同一部品が複数個設けられており、従って、部品点数が多くなるばかりでなく、装置全体が複雑なものとなり、不経済であるという課題があった。
【００１０】
さらにまた、上述した燃料電池搭載装置において、一つの燃料電池から電子機器の各駆動部に電力を供給した場合には、特定の駆動部で消費される電力が急激に増大した際に当該燃料電池から供給できる電力量の上限を超えてしまうこともある。燃料電池から供給できる電力量の上限を超えてしまった場合には当該燃料電池の発電に不具合が生じ、この不具合によって燃料電池搭載装置全体の駆動を十分に行うことができない問題が生じる。特に、ＣＰＵ（Central Processing Unit ）を含む制御部はモータやアクチュエータ部に比べて負荷変動が大きい傾向にある。
【００１１】
本発明は、このような従来の課題に鑑みてなされたものであり、電力を必要とする部位がアプリケーション構造内に分散して配置されている場合に、個々の部位毎に燃料電池の発電部を分散配置し、一つ一つの発電部の出力を小さく抑えて熱管理や水管理等が容易に行えるようにすることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明にかかる燃料電池搭載装置は、燃料と空気を用いて発電可能な燃料電池と、燃料電池が搭載され、当該燃料電池から出力される電力によって動作される電子機器と、を備えたものであって、電子機器は電力を必要とする複数の駆動部を有し、燃料電池は複数の発電部を有し、複数の発電部が複数の駆動部への電力供給を分担するようにしたものである。
【００１３】
本発明の燃料電池搭載装置では、各駆動部への電力供給が複数の発電部により分担されているので、各発電部における出力が小さくなり、当該各発電部の発電の際の負担が軽減される。このように各発電部の負担が軽減されることによって各発電部の温度や水の管理を容易に行うことが可能となり、安定して発電が行われる。さらに、このような燃料電池搭載装置は、前記複数の駆動部の所定の駆動部に電力を供給する電力供給手段を備えていても良い。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の燃料電池搭載装置によれば、各駆動部への電力供給を複数の発電部に分担させるようにしたので、各発電部における出力を小さくし、当該各発電部の発電の際の負担を軽減することができる。このように各発電部の負担を軽減することによって各発電部の温度や水の管理を容易に行うことが可能となり、安定して発電を行うことができる。さらに、このような燃料電池搭載装置によれば、負荷変動が異なる駆動部に安定して電力を供給することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態を、添付図面を参照して説明する。
[ 第１の実施の形態]
【００１６】
図１乃至図３は、本発明の実施の例を示すものである。即ち、図１は本発明の燃料電池搭載装置の一実施例の概略構成を示す説明図、図２は本発明の燃料電池搭載装置に係る燃料電池の原理を説明するための説明図、図３は本発明の燃料電池搭載装置に係る燃料電池の一実施例を示す説明図である。
【００１７】
本発明の一実施例を示す燃料電池搭載装置２０は、電子ペットの犬型ロボット２１を電子機器として用い、これに燃料電池システム２２を搭載して構成したものである。犬型ロボット２１は、略ドラム状をした胴体部２３と、この胴体部２３の前側上部に取り付けられた頭部２４と、胴体部２３の前側両側部に取り付けられた２本の前足部２５と、胴体部２３の後側両側部に取り付けられた２本の後足部２６と、胴体部２３の後側上部に取り付けられた尻尾部２７とから構成されている。
【００１８】
犬型ロボット２１の頭部２４には下方に突出された首部２８が設けられており、この首部２８が首関節により胴体部２３に対してある所定の範囲内で上下方向及び左右方向に回動自在及び俯仰自在に取り付けられている。更に、首部２８の下部には、顎関節によって顎部２９が上下方向に俯仰自在に取り付けられている。そして、首部２８の後側上部には、それぞれ耳関節によって一対の耳部３０，３０が略左右対称であって、回動自在に取り付けられている。
【００１９】
また、一対の前足部２５，２５と一対の後足部２６，２６と尻尾部２７とは、それぞれ一対の前足関節と一対の後足関節と尻尾関節とによってそれぞれ回動自在且つ俯仰自在に連結されている。更に、一対の前足部２５，２５は、それぞれ足上部３２と足下部３３とからなり、両者は前膝関節３４によって回動自在且つ俯仰自在に連結されている。そして、足下部３３の先端部に、足首関節によって前足部３５が俯仰自在に取り付けられている。
【００２０】
同様に、一対の後足部２６，２６は、それぞれ足上部３６と足下部３７とからなり、両者は後膝関節３８によって回動自在且つ俯仰自在に連結されている。そして、足下部３７の先端部に、足首関節によって後足部３９が俯仰自在に取り付けられている。更に、尻尾部２７は、尻尾関節によって胴体部２３に対して回動自在に取り付けられている。
【００２１】
前記各関節部が、電子機器の一実施例を示す犬型ロボット２１の駆動部の一具体例を示している。これら各関節部には、それぞれの関節部を回動動作又は俯仰動作させるための１個又は２個の駆動モータがそれぞれ個別に取り付けられている。また、胴体部２３内には、すべての駆動モータ、及び各種の検出センサ、音声認識装置その他の機構を駆動制御するためのマイクロコンピュータや記憶装置（ＲＡＭ，ＲＯＭ）等からなる電子機器用制御部が内蔵されている。この電子機器用制御部ですべての駆動モータを駆動制御することにより、犬型ロボット２１に歩行運動をさせ、或いは「お手」「お座り」等の各種の動作を行わせることができる。
【００２２】
また、燃料電池システム２２は、上述した関節毎に設けられた関節の数と同数の発電部４０と、すべての発電部４０の発電動作を制御する燃料電池用制御部４１と、すべての発電部４０に対して燃料である燃料（水素、メタノール、メタン等）を供給する燃料供給手段４２と、各発電部４０に対して空気（酸素）を供給する空気供給手段４３とから構成されている。また、発電反応に使用される燃料は、水素ガスの如き気体だけでなく、メタノールの如き液体を使用しても良いことは勿論である。尚、発電部４０や制御部その他の発熱源を冷却するための冷却ファン等の補助機器等を設ける構成としてもよい。また、燃料電池システム２２と電子機器とされる犬型ロボット２１とで共用される共用部としては、燃料電池システム２２の構成要素、及び電子機器である犬型ロボット２１の構成要素であり、これら構成要素を共用することによって燃料電池搭載装置２０の部品を低減することができる。また、共用部としては、例えば、上述した制御部その他の発熱源を冷却するための冷却ファン、ポンプ若しくはクーラー等の補助機器等、発電部４０に燃料を供給する燃料供給手段、前記発電部に空気を供給する空気供給手段等の加熱に用いられるヒーター、電熱器等の補助機器、温度センサー、湿度センサー、ラジエータ、ＤＣ／ＤＣコンバータ、その他共用可能なものであれば如何なるものでも良い。また、電子機器や燃料電池を収納する筐体の如き燃料電池搭載装置の構造部材を共用部としても良く、当該筐体の壁面部を利用して燃料電池の発電部を挟持する場合には、当該壁面部を共用部とすることもできる。さらにまた、スタック構造を有する発電部の締結部材を共用部としても良い。
【００２３】
発電部である関節毎に設けられた関節の数と同数の発電部４０（４０ａ〜４０ｊ）は、対応する関節の近傍にそれぞれ配設されている。即ち、頭部２４には、耳部３０用の発電部４０ａと、顎部２９用の発電部４０ｂが配設されている。また、胴体部２３には、首部２８用の発電部４０ｃと、前足部２５用の発電部４０ｄと、後足部２６用の発電部４０ｅと、尻尾部２７用の発電部４０ｆとが配設されている。
【００２４】
更に、前足部２５の足上部３２には前膝関節３４用の発電部４０ｇが配設され、足下部３３には前足部３５用の発電部４０ｈが配設されている。そして、後足部２６の足上部３６には後膝関節３８用の発電部４０ｉが配設され、足下部３７には後足部３９用の発電部４０ｊが配設されている。これらの発電部４０ａ〜４０ｊは、燃料配管４４によって燃料供給手段４２に接続され、燃料が供給可能とされている。
【００２５】
また、各発電部４０ａ〜４０ｊに対応して、胴体部２３、頭部２４及び前後の足部２５，２６におけるそれぞれの近傍には、空気供給手段４３の一具体例を示す空気取入穴が設けられている。これらの空気取入穴から導入された空気が、各発電部４０ａ〜４０ｊにおいて水素と共に発電に供される。燃料供給手段４２の一具体例としては、例えば、多量の水素を貯蔵することができる水素貯蔵ボンベ等を用いることができる。
【００２６】
このような燃料電池システム２２の、一般的な構成の概略を図２に示す。図２において、符号５０は、燃料ガスが充填された燃料カートリッジであり、四角形をなす扁平の箱体によって構成されている。この燃料カートリッジ５０の上面にベース基板５１が載置され、その上面に発電部４０と、冷却ファン５２と、発電部４０で生成された水を乾燥させる２個の乾燥ファン５３と、燃料カートリッジ５０から発電部４０に向かう燃料の流量を調整して燃料供給口を開閉する２個の開閉弁５４と、発電部４０から取り出す電流値及び電圧値の変動を補整するレギュレータ５５等が搭載されている。
【００２７】
また、発電部４０の上面には、発電部４０の熱を外部に放出して冷却するための冷却フィン５６が載置されている。そして、冷却フィン５６には、制御部４１を構成する複数の大規模半導体集積回路（ＬＳＩ）及びその他の制御用部品と、温度センサ５７と、湿度センサ５８とが搭載されている。
【００２８】
また、発電部４０を構成する発電セルとしては、例えば、図３に示すような構成のものを適用することができる。図３に示す発電セル５９は、両面に触媒層が設けられた高分子電解質膜電極接合体６０と、この高分子電解質膜電極接合体６０の一面側に配された空気側セパレータ６１と、その他面側に配された燃料側セパレータ６２と、空気側セパレータ６１と高分子電解質膜電極接合体６０の間に介在された空気側電極６３と、燃料側セパレータ６２と高分子電解質膜電極接合体６０の間に介在された燃料側電極６４とから構成されている。
【００２９】
このような構成を有する発電セル５９では、例えば、次のようにして発電動作が行われる。まず、燃料の水素ガスが燃料側セパレータ６２に供給されると共に、酸化剤の空気が大気中から空気側セパレータ６１に供給される。その結果、水素ガス（Ｈ2 ）が高分子電解質膜電極接合体６０の燃料側触媒に接触して電子（ｅ- ）が飛び出し、プロトン（Ｈ+ ）が発生する（Ｈ2 →２Ｈ+ ＋２ｅ- ）。
【００３０】
このプロトン（Ｈ+ ）が高分子電解質膜電極接合体６０を通り抜けて反対側の空気側電極６３側に向かう。この空気側電極６３側では、送られてきた空気中の酸素（Ｏ2 ）が高分子電解質膜電極接合体６０の空気側触媒の力でプロトン（Ｈ+ ）及び仕事を終えて戻ってきた電子（ｅ- ）と反応することにより、水が生成される（Ｏ2 ＋４Ｈ+ ＋４ｅ- →２Ｈ2 Ｏ）。
【００３１】
この化学反応により発生する電子（ｅ- ）を電極６３，６４で集めることにより、発電セル５９で電気を作り出すことができる。図１の実施例においては、このような発電部４０が、電力を必要としている各関節部の近傍にそれぞれ設けられており、その関節部毎に必要に応じて電力が作られる。従って、１個の発電部で電気を作り、その電力をすべての関節部に供給する従来の方式に比べて、一つ一つの発電セルの出力を小さく抑えることがでるため、発電効率を高めることができる。
【００３２】
しかも、１個の発電セルの出力が小さいために、各発電セルの熱管理や水管理を容易にすることができ、システム構成をよりシンプルなものとすることができる。更に、燃料電池システム２２の構成要素の一部と犬型ロボット２１の構成要素の一部、例えば、制御部を共用させることにより、燃料電池搭載装置２０の全体の構成要素の無駄をなくして、構成の簡略化を図ることができる。
【００３３】
尚、燃料電池システム２２の構成要素のうち犬型ロボット２１の構成要素として共用可能なものは、上述した制御部に限られるものではなく、例えば、冷却ファン５２や乾燥ファンその他の構成要素において、燃料電池システム２２と動物ロボット等において共に使用されている同種のものであれば、それを共用させることができるものである。
【００３４】
本発明は上記実施の例に限定されるものではなく、上記実施例では、電子機器として犬型ロボットに適用した例について説明したが、他の形状、形式のロボットであって、それ自体が動く電子機器に適用できることは勿論のこと、それ自体は動くことがない電子機器、例えば、ノート型パソコン、携帯用電話機その他の電子機器に適用することができるものである。また、発電セルの構成についても、上述した実施例のものに限定されるものではない。このように、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で種々に変更できるものである。
[ 第２の実施の形態]
【００３５】
次に、図４を参照しながら、本発明にかかる燃料電池搭載装置の他の実施形態について説明する。なお、本実施形態にかかる燃料電池搭載装置９０及び燃料電池搭載装置を構成する発電部８０の構造は、第１の実施の形態で説明した燃料電池搭載装置２０及び発電部４０と略同様であることから詳細な説明は省略する。また、本実施形態にかかる燃料電池搭載装置９０に搭載される燃料電池システム９２の発電部は複数のＭＥＡを積層してなるスタック構造を有する発電部に限定されるものではない。例えば、スタック構造を構成する各発電素子を分散して配置し、複数の発電素子で構成される発電素子の集合を発電部とすることもできる。本実施形態にかかる燃料電池搭載装置９０は、主に電子機器とされる犬型ロボット９１、犬型ロボット９１の内部に複数配置された発電部８０ａ〜８０ｊからなる燃料電池システム９２、燃料電池システム９２の動作を制御する燃料電池用制御部８１に電力を供給する二次電池１００から構成されている。なお、本実施形態では、燃料電池システム９２の燃料電池用制御部８１と犬型ロボット９１の制御部とを燃料電池システム９２と犬型ロボット９１の共用部としている。なお、燃料電池システム９２及び犬型ロボット９１の共用部は、制御部その他の発熱源を冷却するための冷却ファン、ポンプ若しくはクーラー等の補助機器等、発電部８０に燃料を供給する燃料供給手段、前記発電部に空気を供給する空気供給手段等の加熱に用いられるヒーター、電熱器等の補助機器、温度センサー、湿度センサー、ラジエータ、ＤＣ／ＤＣコンバータ、その他共用可能なものであれば如何なるものでも良い。また、電子機器や燃料電池を収納する筐体の如き燃料電池搭載装置の構造部材を共用部としても良く、当該筐体の壁面部を利用して燃料電池の発電部を挟持する場合には、当該壁面部を共用部とすることもできる。さらにまた、スタック構造を有する発電部の締結部材を共用部としても良いことは勿論である。
【００３６】
犬型ロボット９１は、第１の実施の形態で説明した犬型ロボット２１と略同様の構成とされ、主に胴体部９３、頭部９４、首部９８、顎部９９、耳部７０、２本の前足部９５、２本の後足部９６、尻尾部９７の如き可動部及びこれらを自在に動かすための複数の関節部から構成されている。
【００３７】
これら複数の関節部は可動部を動かすための駆動部であり、例えば、駆動用モータによって駆動される。なお、関節部は、当該関節部を動かすための駆動用モータも含むものとする。これら駆動用モータが各関節部を介して接続されている可動部を自在に動かす。関節部は、駆動用モータで発生した駆動力によって回転、又は俯仰され、当該関節に接続されている可動部を自在に回転、又は俯仰させることができる。例えば、可動部とされる一対の前足部２５を一対の前足関節によって回動、且つ俯仰自在に動かすことができる。また、駆動用モータは各関節部に所要の個数設けることができる。
【００３８】
発電部８０ａ〜８０ｊは、犬型ロボット９１の各関節の近傍にそれぞれ配置されており、各発電部８０ａ〜８０ｊがそれぞれの発電部の近傍に位置する駆動用モータに電力を供給する。例えば、前膝関節７４の近傍に配置される発電部８０ｈは前膝関節７４が備える駆動用モータに電力を供給する。前膝関節７４の近傍に設けられる発電部８０ｈと同様に、各関節の近傍に配置される発電部はそれぞれの関節が備える駆動用モータに電力を供給する。このように、電子機器とされる犬型ロボット９１に燃料電池を構成する発電部８０ａ〜８０ｊを分散して配置し、一の発電部８０から一の関節が備える駆動用モータに電力を供給することによって、各発電部８０ａ〜８０ｊの出力の負担を軽減することができる。なお、犬型ロボット９１は各関節の近傍に個別に発電部８０が配置されているが、発電部８０の個数が関節の個数と同数でなくても勿論良い。また、複数の駆動用モータへの電力供給を複数の発電部で分担していれば良く、例えば、複数の発電部のうち一の発電部から複数の駆動用モータに電力を供給しても良い。さらに、電子機器の内部に発電部を内蔵する構造に限定されず、駆動部に供給される電力の不足を補うために外部から別途発電部を取り付けても良い。
【００３９】
犬型ロボット９１と、複数の発電部８０ａ〜８０ｊから構成される燃料電池システム９２で構成される燃料電池搭載装置９０によれば、電子機器とされる犬型ロボットが備える全ての駆動用モータに一つの発電部から電力を供給する場合に比べ、発電部１個当たりに必要とされる出力を軽減することが可能となる。発電部８０ａ〜８０ｊの出力が軽減されることによって各発電部の発電反応によって生じる熱量や水分量も低減することができる。したがって、発電反応によって生じる熱や水の管理が容易となり、発電部の温度や当該発電部の発電セルに含まれる水分量を管理しながら最適な環境で発電部に発電を行わせることができ、電子機器である犬型ロボット９１を安定して動作させることが可能となる。
【００４０】
さらに、犬型ロボット９１は発電部８０ａ〜８０ｊが分散して配置されていることから、各発電部を個別に交換することが可能となり、不具合が生じた発電部を交換するだけで簡便に犬型ロボット９１のメンテナンスを行うことができる。また、一の発電部から全ての駆動用モータの電力を供給する場合には、当該発電部に不具合が生じた際に全ての駆動用モータの駆動に不具合が生じることがあるが、犬型ロボット９１の内部に分散して配置された複数の発電部８０ａ〜８０ｊによれば、一の発電部に不具合が生じた場合でも当該一の発電部から電力の供給を受けていた駆動用モータの駆動のみに不具合が生じ、他の駆動用モータは支障なく駆動されることになる。さらにまた、特定の発電部に不具合が生じた際には当該発電部のみを交換するこができ、犬型ロボット９１のメンテナンスを簡便に行うことができる。また、犬型ロボットの可動部のうち不具合が生じた発電部を内蔵する可動部を交換することによるメンテナンスを行うことも可能である。
【００４１】
胴体部９３内には、すべての駆動用モータ、及び各種の検出センサ、音声認識装置その他の機構の駆動を制御するためのマイクロコンピュータや記憶装置（ＲＡＭ，ＲＯＭ）等からなる電子機器用制御部が内蔵されている。この電子機器用制御部は、上述した駆動用モータと同様に犬型ロボットに内蔵され、データや命令の処理を行うように駆動されることによって電子機器である犬型ロボットの動作を制御する制御部である。なお、本実施形態にかかる燃料電池搭載装置９０は、燃料電池システム９２の動作を制御する制御部８１と電子機器用制御部を共用しているため、電子機器用制御部は図示していない。また、燃料電池の制御部と電子機器用制御部とを共用しない場合には、当該燃料電池の制御部を燃料電池から供給される電力で駆動することができる。
【００４２】
電子機器用制御部と共用される制御部８１は、犬型ロボットの制御部であるとともに上述した関節部に含まれる駆動用モータと同様に電力によって駆動される駆動部である。制御部８１は、制御部８１の近傍に設けられたリチウムイオン二次電池の如き二次電池１００から電力が供給されて駆動される。本例の犬型ロボット９１の如き電子機器が有する駆動部は、駆動用モータによって動かされる関節部の如き駆動部と、制御部８１と共用される電子機器用制御部の如き駆動部とに分類される。駆動用モータと制御部８１との負荷変動を比較すると、通常、マイクロコンピュータを含む制御部８１の負荷変動は駆動用モータの負荷変動に比べて大きい傾向にある。具体的には、駆動用モータの如き駆動部は、駆動を開始するために必要な電力が供給されればそれ以後の負荷変動は殆どない。つまり、駆動用モータが駆動される時間を横軸にとり、縦軸に負荷の大きさを示した場合には、当該負荷の大きさは時間軸に対して略矩形状で推移することになる。
【００４３】
一方、制御部８１の負荷の大きさは、駆動される時間に対してパルス的に変動する傾向にある。具体的には、制御部８１の負荷は変動幅が大きいだけでなく、時間軸に対して負荷が急峻に立ち上がり、且つ急峻に立ち下がる。このパルス的な負荷変動によって制御部８１の駆動に必要とされる電力も大きく変動する。燃料電池を構成する発電部８０は急激な負荷変動に追従して所要の電力を供給することは困難である場合が多く、制御部８１が安定して駆動されないことによって電子機器を安定して駆動できないことがある。また、制御部８１と別個に電子機器用制御部を設ける場合でも、当該電子機器用制御部を安定して駆動することが困難となる。
【００４４】
そこで、燃料電池搭載装置９０は、複数の発電部で電力供給を分担するだけでなく、電力を供給する電力源を駆動部の負荷変動に応じて使い分けている。特に、駆動用モータの如き駆動部には発電部８０から電力を供給し、負荷変動が大きい傾向にある制御部８１には急峻な負荷変動に追従して電力を供給することができる二次電池１００から電力を供給している。二次電池１００は繰り返し充電することによって電気エネルギーを蓄電することができる電力供給手段であり、発電部８０ｄ，８０ｅから供給された電気エネルギーを蓄電し、当該電気エネルギーを電力として制御部８１に供給する。このように電力を供給する電力源を負荷変動に応じて使い分けることによって、燃料電池搭載装置９０全体の安定した駆動を可能とする。なお、電力供給手段は二次電池１００に限定されず、キャパシター、マイクロタービン、一次電池や太陽電池の如き電池でも良く、これら電力供給手段を組み合わせたものでも良い。また、一つの発電部と、複数の電力供給手段とによって電力の供給を分担しても良い。
【００４５】
また、燃料電池搭載装置９０を構成する電子機器は、上述した犬型ロボット９１に限定されるものでなく、例えば、汎用のロボット装置、その他のロボット装置及び多関節型ロボット、ノート型パソコン、携帯電話機、カメラ一体型ＶＴＲ（ビデオテープレコーダ）、携帯情報端末機（ＰＤＡ）の電源として燃料電池を用いた燃料電池搭載装置であれば如何なるものであっても良い。例えば、ノート型パソコンの如き電子機器の場合、ＣＰＵを含む電子機器用制御部に二次電池、又はキャパシターの如き電力供給手段から電力を供給し、データを書き込み、或いは読み込むためのメディアを駆動させるためのドライブ装置には燃料電池の発電部から電力を供給すれば良い。また、本発明にかかる燃料電池搭載装置は、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更できることは勿論である。
[ 第３の実施の形態]
【００４６】
次に、図５を参照しながら、本発明にかかる電力供給システムについて説明する。図５は、本実施形態にかかる電力供給システム１１０の構成図である。電力供給システム１１０は、複数の駆動部１１３に電力を供給する燃料電池１１１と、燃料電池１１１から電力が供給される駆動部１１３ａ，１１３ｂに比べて負荷変動が大きい駆動部１１３ｃに対して電力を供給する二次電池１１２とから構成されることを特徴とする。家庭で用いられる各種電気器具に電力を供給する際には、燃料電池１１１から電力が供給される電気器具に比べて負荷変動が大きい電気器具に対しては二次電池１１２から電力を供給する。例えば、照明器具の如き点灯時に高い電圧を必要とする電気器具には二次電池１１２から電力を供給して点灯させ、その他の負荷変動が小さい電気器具に対しては燃料電池１１１から電力を供給する。すなわち、駆動部１１３が照明器具に相当し、その他の電気器具が駆動部１１３ａ，１１３ｂに相当する。また、各種電気機器が駆動されていない場合には、燃料電池１１１から二次電池１１２を充電することもできることから、二次電池１１２は、電気エネルギーを蓄電した後所要の駆動部に電力を供給する電力供給手段とされる。このような電力供給システム１１０によれば、燃料電池と電力供給手段とを駆動部の負荷変動に応じて使い分けることによって、負荷変動が異なる様々な駆動部からなるシステムに対して安定して電力を供給することができる。
【００４７】
また、本実施形態にかかる電力供給システム１１０は、家庭内で用いられる各種電気器具に電力を供給する場合に限定されず、負荷変動が異なる駆動部を有するシステムに対して電力を供給する場合に応用可能である。例えば、燃料電池を搭載した電気自動車の如き輸送装置において、当該輸送装置を動かすための駆動用モータに比べて負荷変動が大きい各種装置に二次電池の如き電力供給手段から電力を供給することによって、輸送装置全体を安定して動作させることも可能である。また、電力供給手段としては、二次電池に限定されず、キャパシターを用いることもできる。また、電力供給手段は、二次電池に限定されず、マイクロタービン、一次電池や太陽電池の如き電池、一次電池でも良く、さらにこれら電力供給手段を組み合わせたものであっても良い。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の第１の実施の形態にかかる燃料電池搭載装置を示す図であり、犬型ロボットに燃料電池システムを搭載した状態を示す説明図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態の燃料電池搭載装置に係る燃料電池システムの一実施例を示す説明図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態の燃料電池搭載装置に搭載される燃料電池の発電セルを示す図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態にかかる燃料電池搭載装置の構造図であり、犬型ロボットに燃料電池システムを搭載した状態を示す説明図である。
【図５】本発明の第３の実施形態にかかる電力供給システムの構成概略図である。
【図６】従来の燃料電池搭載装置の例を示す説明図である。
【符号の説明】
【００４９】
１ ノート型パソコン
２ キーボード操作部
７，１１１ 燃料電池
８ 発電部
１１ 制御部
１２ 電池ケース
２０，９０ 燃料電池搭載装置
２１，９１ 犬型ロボット
２２，９２ 燃料電池システム
４０，８０ 発電部
５２ 冷却ファン
５３ 乾燥ファン
５４ 開閉弁
５５ レギュレータ
５６ 冷却フィン
５７ 温度センサ
５８ 湿度センサ
１００，１１２ 二次電池
１１０ 電力供給システム
１１３ 駆動部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料と空気を用いて発電可能な燃料電池と、
前記燃料電池が搭載され、当該燃料電池から出力される電力によって動作される電子機器と、を備えた燃料電池搭載装置であって、
前記電子機器は電力を必要とする複数の駆動部を有し、前記燃料電池は複数の発電部を有し、前記複数の発電部が前記複数の駆動部への電力供給を分担する
ことを特徴とする燃料電池搭載装置。
【請求項２】
前記複数の駆動部の所定の駆動部に電力を供給する電力供給手段を備える
ことを特徴とする請求項１記載の燃料電池搭載装置。
【請求項３】
前記電力供給手段は、一次電池、二次電池、キャパシター、マイクロタービン、若しくはこれらの組み合わせであること
を特徴とする請求項２記載の燃料電池搭載装置。
【請求項４】
前記複数の駆動部に電力を供給する電力源として、前記燃料電池と前記電力供給手段のいずれかを前記駆動部の負荷変動に応じて使い分けている
ことを特徴とする請求項２または３記載の燃料電池搭載装置。
【請求項５】
前記複数の駆動部のうち負荷変動が大きい駆動部に、前記電力供給手段から電力を供給している
ことを特徴とする請求項２ないし４のいずれか１項に記載の燃料電池搭載装置。
【請求項６】
前記駆動部が駆動されていない場合には、前記燃料電池から前記電力供給手段を充電する
ことを特徴とする請求項２ないし５のいずれか１項に記載の燃料電池搭載装置。
【請求項７】
前記電子機器は、ロボット装置，コンピュータ，携帯電話又は携帯情報端末である
ことを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の燃料電池搭載装置。
【請求項１】
燃料と空気を用いて発電可能な燃料電池と、
前記燃料電池が搭載され、当該燃料電池から出力される電力によって動作される電子機器と、を備えた燃料電池搭載装置であって、
前記電子機器は電力を必要とする複数の駆動部を有し、前記燃料電池は複数の発電部を有し、前記複数の発電部が前記複数の駆動部への電力供給を分担する
ことを特徴とする燃料電池搭載装置。
【請求項２】
前記複数の駆動部の所定の駆動部に電力を供給する電力供給手段を備える
ことを特徴とする請求項１記載の燃料電池搭載装置。
【請求項３】
前記電力供給手段は、一次電池、二次電池、キャパシター、マイクロタービン、若しくはこれらの組み合わせであること
を特徴とする請求項２記載の燃料電池搭載装置。
【請求項４】
前記複数の駆動部に電力を供給する電力源として、前記燃料電池と前記電力供給手段のいずれかを前記駆動部の負荷変動に応じて使い分けている
ことを特徴とする請求項２または３記載の燃料電池搭載装置。
【請求項５】
前記複数の駆動部のうち負荷変動が大きい駆動部に、前記電力供給手段から電力を供給している
ことを特徴とする請求項２ないし４のいずれか１項に記載の燃料電池搭載装置。
【請求項６】
前記駆動部が駆動されていない場合には、前記燃料電池から前記電力供給手段を充電する
ことを特徴とする請求項２ないし５のいずれか１項に記載の燃料電池搭載装置。
【請求項７】
前記電子機器は、ロボット装置，コンピュータ，携帯電話又は携帯情報端末である
ことを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の燃料電池搭載装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００８−１０８７２５（Ｐ２００８−１０８７２５Ａ）
【公開日】平成２０年５月８日（２００８．５．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２６１８１３（Ｐ２００７−２６１８１３）
【出願日】平成１９年１０月５日（２００７．１０．５）
【分割の表示】特願２００３−４０７３３９（Ｐ２００３−４０７３３９）の分割
【原出願日】平成１５年１２月５日（２００３．１２．５）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年５月８日（２００８．５．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１０月５日（２００７．１０．５）
【分割の表示】特願２００３−４０７３３９（Ｐ２００３−４０７３３９）の分割
【原出願日】平成１５年１２月５日（２００３．１２．５）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
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