CN101794897A - 燃料电池系统和电子设备 - Google Patents

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Abstract

一种燃料电池系统，包括：发电器，其配置为通过供给氧化剂气体和由含碳原子的化合物组成的燃料而发电；浓度检测器，其配置为检测二氧化碳(CO2)浓度；和控制器，其配置为当由浓度检测器检测的二氧化碳浓度低于预定阈值浓度时操作以使得发电器发电，而当检测的二氧化碳浓度高于或等于阈值浓度时操作以使得发电器的发电操作停止。

Description

燃料电池系统和电子设备
技术领域
本发明涉及燃料电池系统和包括该燃料电池系统的电子设备。所述燃料电池系统包括使用含碳原子的化合物作为燃料的发电器。
背景技术
电池是以电的形式提取通过待氧化材料和待还原材料之间的化学反应所产生的能量的装置。一次电池如干电池是在其中这两种类型的材料装填在单个罐中的电池。在两种材料都完全消耗时，化学反应停止从而电力供给停止。相反地，二次电池使用可以重复地电还原的材料作为待氧化材料，而且还使用可以重复地电氧化的材料作为待还原材料。因此，二次电池的状态可以通过充电重复回到其初始状态。
燃料电池是通过如在上述电池中待氧化材料和待还原材料之间的化学反应提取电的装置，但是燃料电池的机理是待氧化材料和待还原材料都是从外部供给的。因此，燃料电池理论上可以半永久性地产生电力。因为这种燃料电池经常使用空气中的氧气作为待还原的材料，因此实际上供给的材料通常只是待氧化的材料。燃料电池可以不需要像一次电池或二次电池那样更换电池或者执行充电即可半永久性地驱动装置。因此，燃料电池目前作为可以赋予产品前所未有的新价值的技术而在工业和学术团体中被广泛地研究和开发(例如，参见日本未审查专利申请公布N0.2006-253046)。
例如，氢气、产生氢气的前体、甲醇和乙醇已经被研究作为用于燃料电池的燃料(待氧化的材料)。因为氢气(H2)通过氧化变为水(H2O)，用氢气作为燃料的燃料电池只产生水蒸气作为废气，这意味着这种燃料电池非常清洁。但是，由于氢气的爆炸性，很难安全地处理它。因此，氢气燃料电池不适合作为用于便携式电子设备中的燃料电池。相信将利用如甲醇或乙醇的液体燃料的燃料电池用于便携式电子设备是有潜力的。
发明内容
但是，上述燃料电池使用含碳原子化合物如甲醇、乙醇、二甲醚、甲酸、甲酸甲酯、乙二醇或葡萄糖作为燃料的不利之处在于产生了作为废气的二氧化碳(例如参见日本未审查专利申请公布No.2006-253046)。另外，因为只要氧气存在，燃料电池的化学反应就会继续，因此存在环境中氧气被完全消耗导致氧不足的问题。
特别地，便携式装置可能用于诸如具有高密封性和没有足够通风的口袋或包内部的密封环境中。因此，如果小动物如宠物与这种便携式装置一起放入包里，小动物可能会窒息(例如参见日本未审查专利申请公布No.11-235395)。
例如，在甲醇燃料电池中，燃料的氧化反应由于氧气不足而在发电停止之前不完全地进行，这可能产生具有高毒性的副产物如一氧化碳、甲醛和甲酸(例如参见日本未审查专利申请公布No.2006-253046)。这些副产物可以通过接触损害用户的健康。此外，这些副产物自然地能导致难闻的气味和包中物品的改变。
鉴于以上问题，期待提供比以前更安全的燃料电池系统，和包括这种燃料电池系统的电子设备。
根据本发明一个实施方案的燃料电池系统包括：配置为通过供给氧化剂气体和由含碳原子的化合物组成的燃料而发电的发电器；配置为检测二氧化碳(CO2)浓度的浓度检测器；和控制器，所述控制器配置为当由浓度检测器检测的二氧化碳浓度低于预定阈值浓度时操作以使得发电器发电，而当检测的二氧化碳浓度高于或等于阈值浓度时操作以使得发电器的发电操作停止。
根据本发明一个实施方案的电子设备包括上述燃料电池系统。
在根据本发明一个实施方案的燃料电池系统和电子设备中，通过供给氧化剂气体和由含碳原子的化合物组成的燃料在发电器中发电。在此，二氧化碳(CO2)通过化学反应在发电器中产生，然后排放到发电器外部。二氧化碳浓度通过浓度检测器检测。当检测的二氧化碳浓度低于预定阈值浓度时控制器操作以使得发电器发电。当检测的二氧化碳浓度高于或等于阈值浓度时控制器操作以使得发电器的发电操作停止。这避免了燃料电池系统的用户和在燃料电池系统周围的人或生物由于二氧化碳或其副产物而中毒的危险。
在根据本发明一个实施方案的燃料电池系统和电子设备中，浓度检测器检测二氧化碳浓度，当检测的二氧化碳浓度低于预定阈值浓度时，控制器操作以使得发电器发电，而当检测的二氧化碳浓度高于或等于阈值浓度时，控制器操作以使得发电器的发电操作停止。因此，燃料电池系统的用户等由于二氧化碳或其副产物而中毒的危险就可以避免，并且可以进一步提高安全性。
附图说明
图1是示出根据本发明一个实施方案的燃料电池系统的整体结构的框图；
图2是示出图1中所示的发电器和分隔壁的图示结构的实例的立体图；
图3是示出图2中所示的发电器的分隔壁等的图示结构实例的截面图；
图4是示出图3中所示发电器等的详细结构的实例的截面图；
图5是描述使用气化的燃料供给系统的概况的特征图；
图6是描述根据检测的周围环境中的二氧化碳浓度来控制的操作的实例的示意图。
图7A～7D是显示发电的经过时间与二氧化碳及其副产物的浓度之间关系的实例的特征图；和
图8是根据本发明一个修改方案的燃料电池系统的整体结构的框图。
具体实施方式
将参考附图详细描述本发明的实施方案。实施方案以如下顺序描述。
1.实施方案(燃料电池系统中的结构实例)
2.修改方案和应用
1.实施方案
燃料电池系统的整体结构实例
图1示出根据本发明一个实施方案的燃料电池系统(燃料电池系统5)的整体结构实例。燃料电池系统5经过输出端子T2和T3供给用于驱动负载6的电力。燃料电池系统5包括燃料电池1、CO2浓度检测器30、分隔壁14、电流检测器31、电压检测器32、升压电路33、二次电池34和控制器35。
燃料电池1包括发电器10、燃料罐40和燃料泵42。燃料电池1的详细结构下文详述。
发电器10是直接甲醇发电器，其使用氧化剂气体(例如氧气)和作为由含碳原子化合物组成的燃料的甲醇之间的反应发电。发电器10包括多个单元电池，每一个都具有阴极(氧电极)和阳极(燃料电极)。除了甲醇之外，乙醇、葡萄糖等也可用作这种由含碳原子化合物组成的燃料。将在后面详细描述发电器10的详细结构。
燃料罐40包括发电必需的液体燃料(如下所述的液体燃料41，例如，甲醇或乙醇溶液)。
燃料泵42是配置为将燃料罐40中所含的液体燃料泵出并将液体燃料供给(运送)到发电器10的阳极(燃料电极)侧的泵。燃料泵42可调整燃料的供给量。例如，燃料泵42具有包括压电元件(未示出)的压电泵，并且利用压电元件的振动来实施泵送。燃料泵42的操作(供给液体燃料)通过如下所述的控制器35来控制。下文中将描述燃料泵42的详细结构。
CO2浓度检测器30检测发电器10的周围环境中的二氧化碳浓度(外部环境中的二氧化碳浓度)。CO2浓度检测器30设置在与发电器10分离的位置，下文中将详细描述。CO2浓度检测器30检测的二氧化碳的浓度信息输出到控制器35。CO2浓度检测器30对应根据本发明一个实施方案的“浓度检测器”的实例。
分隔壁14阻止在发电器10中产生的二氧化碳直接达到CO2浓度检测器30。具体地，分隔壁14置于发电器10和CO2浓度检测器30之间，由此CO2浓度检测器30不受发电器10中产生的二氧化碳的影响，二氧化碳释放到外面空气中。例如，这种分隔壁14具有的结构为：其中发电器10置于管状结构体即分隔壁14之外而CO2浓度检测器30置于管状结构体之内，同时结构体的两端都与燃料电池系统的外部直接连通。
电流检测器31置于发电器10的阴极与节点P1之间的互连线L1H上，并且检测从发电器10产生的电流I1。电流检测器31包括例如电阻器。电流检测器31可置于互连线L1L上(发电器10的阳极和节点P2之间)。
电压检测器32置于互连线L1H上的节点P1与互连线L1L上的节点P2之间，并且检测从发电器10产生的电压V1(升压电路33的输入电压Vin)。电压检测器32包括例如电阻器。
升压电路33置于互连线L1H的节点P1与输出线LO上的节点P3之间。升压电路33是对由发电器10产生的电压V1(直流电压)进行升压而产生直流电压V2的电压变换器。升压电路33包括例如DC-DC转换器。
二次电池34置于输出线LO上的节点P3与地线LG(互连线L1L)上的节点P4之间。二次电池34根据由升压电路33产生的直流电压V2来蓄电。二次电池34由例如锂离子二次电池构成。
根据由电流检测器31检测的所产生电流I1、通过电压检测器32检测的所产生电压V1和通过CO2浓度检测器30检测的CO2浓度，控制器35调整利用燃料泵42供给的液体燃料的量。具体地，用燃料泵42供给的液体燃料的量是通过控制燃料泵42中的压电元件(未示出)的振荡频率来调整的。控制器35包括例如微型计算机。
在这个实施方案中，当由CO2浓度检测器30检测的二氧化碳浓度低于下述预定阈值浓度时，控制器35操作以使得发电器10发电。当检测的二氧化碳浓度高于或等于阈值浓度时，控制器35操作以使得发电器10的发电操作停止。具体地，控制器35通过根据检测的二氧化碳浓度调整利用燃料泵42供给的液体燃料的量来控制发电器10的发电操作。下文中将描述控制器35的详细操作。燃料电池的详细结构实例
燃料电池1的详细结构将结合图2～5进行描述。图2～4示出燃料电池1中发电器10等的详细结构。
如图2的立体图中所示，分隔壁14设置为围绕发电器10等的侧面。用于外部空气的自然进气口和出口141置于分隔壁14中。
如图3的截面图中所示，包含液体燃料41的燃料罐40、燃料泵42和控制板350设置在发电器10之下，其中所述控制板350包括控制器35和CO2浓度检测器30。
如上所述，CO2浓度检测器30置于与发电器10分离的位置，从而暴露于外部空气中。另外，用于防止二氧化碳从发电器10流入CO2浓度检测器30的分隔壁14设置于发电器10和CO2浓度检测器30之间。CO2浓度检测器30设置于不同于在发电器10中产生二氧化碳的位置和二氧化碳从该位置排放经过的路线的区域。因此，CO2浓度检测器30不受发电器10中产生的二氧化碳的影响，并且可检测到发电器10的周围环境中的二氧化碳浓度(外部环境中的二氧化碳浓度)。
燃料罐40包括，例如容器(例如塑料包)和覆盖容器的长方形平行六面体外壳(结构体)，所述容器的体积改变，而无气泡混于其中，即使是在液体燃料41的量增加或者减少时也如此。
如图4中的详细截面图所示，发电器10包括置于电解质膜11的相对两侧上的燃料电极(阳极电极)12和氧电极(阴极电极)13。阳极侧固定板121置于燃料电极12(与氧电极13相对)下面，阴极侧固定板131置于氧电极13(与燃料电极12相对)的上面。
电解质膜11由例如具有磺酸基团(-SO3H)的质子导电材料构成。质子导电材料的实例包括聚全氟烷基磺酸质子导电材料(例如可得自DuPont的“Nafion”(注册商标))、烃类质子导电材料如聚酰亚胺磺酸和富勒烯质子导电材料。
燃料电极12和氧电极13具有其中含催化剂如铂(Pt)或钌(Ru)的催化剂层在由碳纸等制成的集流器上形成的结构。催化剂层由通过将负载催化剂的载体如炭黑分散到聚全氟烷基磺酸质子导电材料等中所获得的材料构成。空气供给泵(未示出)可与氧电极13连接。或者，氧电极13可以通过在阴极侧固定板131中形成的开口与外部相通，这样空气即氧气通过自然通风来供给。
例如，阳极侧固定板121和阴极侧固定板131各自由通过扩散结合制成的不锈钢层叠体或者经受冲压加工的铝钢板构成。阳极侧固定板121和阴极侧固定板131各自通过螺纹紧固、铆钉连接或树脂连接与发电器10连接。配置为从燃料罐40中取出液体燃料41并将液体燃料41转移到燃料泵42的燃料入口420和流动通道421在阳极侧固定板121中形成。另外，配置为将从燃料泵42供给的液体燃料41转移到燃料气化室44的流动通道422和燃料喷射口423在阳极侧固定板121中形成。配置为释放来自燃料气化室44的二氧化碳的CO2出气口151也设置在阳极侧固定板121中。
燃料泵42包括例如压电元件(未示出)和配置为支撑压电元件的压电元件支撑树脂构件(未示出)。如图5中所示，例如，燃料泵42可根据每一次操作供给的燃料量或燃料供给周期变化Δt来调整燃料供给量。燃料泵42对应根据本发明一个实施方案的“燃料供给部”的一个实例。
燃料气化室44是用于气化由燃料泵42供给的液体燃料来供给气体燃料到发电器10的空间。换言之，燃料气化室44置于燃料泵42和发电器10之间。燃料气化室44对应根据本发明一个实施方案的“燃料气化部”的一个实例。
燃料电池系统的操作和优点
将详细描述本实施方案的燃料电池系统5的操作和优点。
在此燃料电池系统5中，燃料罐40中包含的液体燃料41通过燃料泵42泵出并按顺序流经燃料入口420、流动通道421、流动通道422和燃料喷射口423到达燃料气化室44。在燃料气化室44中，当液体燃料41从燃料喷射口423喷出时，液体燃料41经过在燃料气化室44的表面上形成的散布部(未示出)广泛分散。因此，液体燃料41自然蒸发，气体燃料供给到发电器10。
另一方面，气体(氧气)利用空气供给泵(未示出)等供给到发电器10的氧电极13。在燃料电极12中，发生下列式(1)所表示的反应，产生氢离子、电子和二氧化碳。氢离子通过电解质膜11到达氧电极13。在氧电极13中，发生下列式(2)所表示的反应，产生水。因此，在整体燃料电池1中，发生下列式(3)所表示的反应，并发电。由此产生的二氧化碳通过CO2气体出口151释放到燃料电池1的外面，如图3和4中所示。
CH3OH+H2O→CO2+6H++6e-…(1)
6H++(3/2)O2+6e-→3H2O…(2)
CH3OH+(3/2)O2→CO2+2H2O…(3)
这将液体燃料41即甲醇的化学能部分转变成电能。电能用连接部件20来收集并作为电流(产生的电流I1)从发电器10中提取。用升压电路33将基于产生的电流I1的产生电压(直流电压)V1升压成为直流电压V2(电压转换)。直流电压V2供给到二次电池34或负载(例如电子设备)。当直流电压V2供给到二次电池34时，依照电压V2，电储蓄在二次电池34中。当直流电压V2通过输出端子T2和T3供给到负载6时，负载6被驱动，执行预定操作。
在燃料泵42中，控制器35控制每一次操作的燃料供给量或燃料供给周期变化Δt和燃料泵42中压电元件的振荡频率f。因此，燃料供给量根据控制器35的控制来调整。
在本实施方案的燃料电池系统5中，发电器10周围环境中的二氧化碳浓度(外部环境中的二氧化碳浓度)通过CO2浓度检测器30检测。如图6中所示，例如，当检测的二氧化碳浓度低于预定阈值浓度Th时，控制器35操作以使得发电器10发电。当检测的二氧化碳浓度高于或等于阈值浓度Th时，控制器35操作以使得发电器10的发电操作停止。
具体地，控制器35通过根据检测的二氧化碳浓度利用燃料泵42调整液体燃料41的供给量来控制发电器10的发电操作。就是说，如图6所示，例如当检测的二氧化碳浓度低于阈值浓度Th时，控制器35操作以使燃料泵42供给液体燃料41。当检测到的二氧化碳浓度高于或等于阈值浓度Th时，控制器35操作以通过停止燃料泵42供给液体燃料41来停止发电器10的发电操作。这避免了燃料电池系统5的用户和在燃料电池系统5周围的人或生物由于二氧化碳和其副产物而中毒的危险。
图6中所示的阈值浓度Th可以是例如5000ppm(0.5％)或者1000ppm(0.1％)，如图6所示。5000ppm的值来自于劳动健康环境质量标准(参见办公室健康标准条例，条款3-2，Ordinance onHealth Standards in the Office，article 3-2)。1000ppm的值来自于建筑物卫生环境质量标准(参见建筑物中维护环境卫生法案，条款2-A，Act on Maintenance of Sanitation in Buildings，article 2-A)。
图7A～7D示出发电的经过时间与二氧化碳及其副产物的浓度之间关系的实例。图7A示出经过的时间与二氧化碳浓度之间的关系。图7B示出经过的时间与副产物一氧化碳浓度之间的关系。图7C示出经过的时间与副产物甲醛浓度之间的关系。图7D示出经过的时间与副产物甲酸浓度之间的关系。
在此，为测量在氧不足条件下直接甲醇燃料电池结束的过程，将发电电池容纳在内部体积为6L的密封容器中，进行发电实验。该容器中的氧含量为0.5摩尔。如果在使用率80％下连续发电200mA，容器中氧将在3.6小时后耗尽。当在与上述条件基本上相同的条件下发电时，测量密封容器中的气体浓度的转变。
根据图7A～7D，发电时二氧化碳浓度单调上升并且在从发电开始的4.5小时之后达到约24％。该浓度与实验前的氧浓度基本上相同。这意味着几乎空气中的所有氧气都被转化成为二氧化碳。发电时一氧化碳、甲醛和甲酸的浓度也单调上升，并且它们的浓度在从发电开始的3.6小时之后突然增加。一氧化碳、甲醛和甲酸都是甲醇不完全氧化而产生的中间产物。因此，相信产生率突然上升是因为环境中氧量下降，由此甲醇不易于完全氧化。此外，应理解，当二氧化碳的浓度为5000ppm(0.5％)时停止发电，在氧不足条件下有害物质的产生可以被大大抑制，而这极大地有助于安全。
在这个实施方案中，发电器10周围环境中的二氧化碳浓度(外部环境中的二氧化碳浓度)是通过CO2浓度检测器30检测的。当检测的二氧化碳浓度低于预定阈值浓度Th时，控制器35操作以使得发电器10发电。当检测的二氧化碳浓度高于或等于阈值浓度Th时，控制器35操作以使发电器10的发电操作停止。因此，燃料电池系统5的用户等由于二氧化碳和其副产物而中毒的危险可以避免，并且可以进一步提高安全性。
具体地，当检测的二氧化碳浓度高于或等于阈值浓度Th时，控制器35操作以通过停止燃料泵42供给液体燃料41来使得发电器10的发电操作停止。因此可获得上述优点。
2.修改方案和应用
已经利用实施方案描述了本发明。但是，本发明不限于所述实施方案，可以进行多种修改。
例如，在上述实施方案中，描述了二氧化碳的阈值浓度Th为固定值的情况，但是，例如，阈值浓度Th可以根据周围环境中的条件等而变化。
在上述实施方案中，描述了分隔壁14设置为阻止发电器10中产生的二氧化碳直接到达CO2浓度检测器30的情况，但是CO2浓度检测器30的布置不限于这种情况。即，通过利用热源或风扇提供沿着一定方向流动的外部气流来代替提供这种分隔壁，发电器10周围环境中的二氧化碳浓度可有选择地检测。例如，当存在沿着一定方向流动的外部气流的情况下，CO2浓度检测器30置于外部气流的上游侧(高压区)，同时发电器10置于外部气流的下游侧(低压区)，因此外部空气持续从上游侧进入。
或者，例如，如在图8中所示的燃料电池系统5A中，上述外部气流可以利用发电器10本身作为热源而产生。具体地，在燃料电池系统5A中，排气管16设置为与发电器10热接触。另外，CO2浓度检测器30置于排气管16的进气口161侧(上游侧)，同时发电器10置于出气口162侧(下游侧)。在这种结构中，与发电器10接触的排气管16部分被发电器10中产生的热加热，从而在排气管16中产生外部气流。因此，发电器10周围环境中的二氧化碳浓度可通过CO2浓度检测器30选择性检测，而不需要单独提供另外的热源或风扇，也不需要提供所述实施方案中描述的分隔壁14。但是，在这种情况下，排气管16的进气口161必须沿着重力方向来设置(即向下方向)。
在上述实施方案中，描述了含液体燃料41的燃料罐40被包装在燃料电池系统5中的情况，但是这种燃料罐可以从燃料电池系统上拆分。
在上述实施方案中，作为实施例描述了气化供给型燃料泵，但是燃料泵的结构并不限于这种气化供给型。具体地，本发明可用于其中例如在燃料罐被加压时用燃料阀来调整液体燃料的流量的方法。
在上述实施方案中，描述了直接甲醇燃料电池系统，但是本发明可用于其他类型的燃料电池系统。具体地，本发明可用于使用例如二甲醚、甲酸、甲酸甲酯、乙醇、乙二醇或葡萄糖作为燃料的燃料电池系统。
根据本发明实施方案的燃料电池系统可适合用于便携式电子设备如便携式电话、数码相机、电子记事本和个人数字助理(PDA)。
本发明包括涉及2009年1月23日提交到日本专利局的日本优先权专利申请JP 2009-013102的主题，其全部内容通过引用并入本文中。
本领域技术人员应该理解，依据设计需要和其他因素，可以在所附权利要求及其等同物的范围之内出现各种修改、组合、次组合和变化。

Claims (14)

1.一种燃料电池系统，包括：
发电器，其配置为通过供给氧化剂气体和由含碳原子的化合物组成的燃料来发电；
浓度检测器，其配置为检测二氧化碳(CO2)浓度；和
控制器，其配置为当由所述浓度检测器检测的二氧化碳浓度低于预定阈值浓度时操作以使得所述发电器发电，而当检测的二氧化碳浓度高于或等于所述阈值浓度时操作以使得所述发电器的发电操作停止。
2.根据权利要求1所述的燃料电池系统，还包括：
燃料供给部，其向所述发电器侧供给由所述化合物组成的液体燃料并且可以调整所述液体燃料的供给量；和
燃料气化部，其将通过气化从所述燃料供给部供给的液体燃料而获得的气体燃料供给到所述发电器，
其中所述控制器通过根据所检测的二氧化碳浓度调整来自所述燃料供给部的液体燃料的供给量来控制所述发电器的发电操作。
3.根据权利要求2所述的燃料电池系统，其中，当检测的二氧化碳浓度高于或等于所述阈值浓度时，操作所述控制器以通过停止所述燃料供给部供给液体燃料来停止所述发电器的发电操作。
4.根据权利要求2所述的燃料电池系统，还包括配置为容纳所述液体燃料的燃料罐。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的燃料电池系统，其中所述浓度检测器配置为检测所述发电器周围环境中的二氧化碳浓度。
6.根据权利要求5所述的燃料电池系统，其中所述浓度检测器设置在与所述发电器分离的位置处。
7.根据权利要求5所述的燃料电池系统，其中所述浓度检测器设置在不同于在所述发电器中产生二氧化碳的位置和二氧化碳从该位置排放所经过的路线的区域中。
8.根据权利要求5所述的燃料电池系统，
其中在所述发电器和所述浓度检测器之间设置分隔壁，所述分隔壁配置为防止在所述发电器中产生的二氧化碳直接到达所述浓度检测器；和
所述浓度检测器设置为暴露于外部空气中。
9.根据权利要求5所述的燃料电池系统，
其中存在沿一定方向流动的外部气流；和
所述浓度检测器设置于所述外部气流的上游侧，同时所述发电器设置于所述外部气流的下游侧。
10.根据权利要求9所述的燃料电池系统，还包括：
所述外部气流流经的流动通道，所述流动通道设置为与所述发电器热接触，
其中所述外部气流因在所述发电器中产生的热而沿一定方向流动。
11.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其中所述阈值浓度为5000ppm。
12.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其中所述阈值浓度为1000ppm。
13.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其中由所述化合物组成的所述燃料为甲醇、二甲醚、甲酸、甲酸甲酯、乙醇、乙二醇或葡萄糖。
14.一种电子设备，包括：
燃料电池系统，
其中所述燃料电池系统包括：发电器，其配置为通过供给氧化剂气体和由含碳原子的化合物组成的燃料来发电；浓度检测器，其配置为检测二氧化碳(CO2)浓度；和控制器，其配置为当由所述浓度检测器检测的二氧化碳浓度低于预定阈值浓度时操作以使得所述发电器发电，而当检测的二氧化碳浓度高于或等于所述阈值浓度时操作以使得所述发电器的发电操作停止。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111837277A (zh) * 2018-02-06 2020-10-27 东京瓦斯株式会社 二氧化碳制造系统

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013020868A (ja) * 2011-07-13 2013-01-31 Panasonic Corp 燃料電池システム
GB2521401B (en) * 2013-12-18 2021-02-10 Intelligent Energy Ltd Connector system for a fuel cell stack assembly

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7582371B2 (en) * 2003-06-09 2009-09-01 Panasonic Corporation Fuel cell system having fuel and water controlling means
US7648792B2 (en) * 2004-06-25 2010-01-19 Ultracell Corporation Disposable component on a fuel cartridge and for use with a portable fuel cell system
TWI270998B (en) * 2005-09-27 2007-01-11 Liou Ching Shiung A voltage supplying apparatus using a fuel cell
US7758985B2 (en) * 2005-12-21 2010-07-20 American Power Conversion Corporation Fuel cell sensors and methods
US20080187797A1 (en) * 2006-07-10 2008-08-07 Protonex Technology Corporation Fuel processor for fuel cell systems

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111837277A (zh) * 2018-02-06 2020-10-27 东京瓦斯株式会社 二氧化碳制造系统
CN111837277B (zh) * 2018-02-06 2023-09-12 东京瓦斯株式会社 二氧化碳制造系统

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