JP2003317756A - 燃料電池システムおよびその駆動方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 中間生成物による被毒や燃料のクロスオーバ
ーによる悪影響を防止する小型燃料電池に適した燃料電
池の周辺システムを提供する。 【解決手段】 燃料電池用燃料を貯蔵する燃料カートリ
ッジ（３０）を着脱自在に保持するためのホルダ（３
１）、燃料電池（１０）の燃料極側（１０３）にホルダ
（３１）から供給された燃料または燃料電池の燃料極側
の燃料を洗浄するための洗浄液のいずれか一方または双
方を供給するための供給手段（２０）を備える。供給手
段（２０）は、所定の洗浄タイミングで燃料電池の燃料
極側（１０３）へ洗浄液を供給する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本願発明は、いわゆる燃料電
池に係り、特に小型燃料電池に適する燃料電池の補助シ
ステムの改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】燃料電池は、外部から、還元剤として燃
料を、酸化剤として水素と酸素を連続的に供給し電気化
学的に反応させて電気エネルギーを取り出すものであ
る。燃料電池は、他の発電方式に比べて高効率で二酸化
炭素の排出量が少ないため、環境問題が顕著になってい
る近年注目されている。例えば、高分子電解質形燃料電
池（ＰＥＦＣ：Polymer Electrolyte Fuel Cell）は低
い温度で動作が可能で起動時間が短く、小型化も可能で
ある。その中でも、特にダイレクトメタノール形燃料電
池（ＤＭＦＣ：Direct Methanol Fuel Cell）はメタノ
ールを直接燃料にするための構造を有する。

【０００３】ダイレクトメタノール形燃料電池は、固体
高分子電解質膜を電極で挟んだ構造をしており、燃料極
にメタノール水溶液を直接供給するように構成されてい
る。この燃料電池は、メタノールを直接電極に供給する
ものであり、水素を作り出すための改質器が要らないた
め、小型化に適する条件を備えている。このため、長時
間連続的に使用する必要がある携帯電話やノートパソコ
ン等の携帯機器用の携帯電源として、従来型の一次電池
や二次電池に取って代わるものとして注目されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ダイレ
クトメタノール形燃料電池では、メタノールを直接酸化
する過程で生成される中間生成物が燃料極の電極に吸着
するという被毒作用によって効率が低下しやすいという
問題があった。

【０００５】また、固体高分子電解質膜はメタノールを
透過しやすいため、燃料極側のメタノールが固体高分子
電解質膜を透過して空気極側に抜け出て空気極の電位を
引き下げてしまうという、燃料のクロスオーバーという
問題も生じていた。

【０００６】本発明は、このような従来技術の問題点に
着目してなされたものであり、燃料電池における燃料極
側の被毒を防止し、かつ、空気極側に抜け出た燃料の影
響を低減することが可能な燃料電池システムおよびその
駆動方法を提供することを課題とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は燃料電池用燃料
を貯蔵する燃料カートリッジを着脱自在に保持するため
のホルダと、燃料電池の燃料極側にホルダから供給され
た燃料または燃料電池の燃料極側の燃料を洗浄するため
の洗浄液のいずれか一方または双方を供給するための供
給手段と、を備える。そして供給手段は、所定の洗浄タ
イミングで燃料電池の燃料極側へ洗浄液を供給する。

【０００８】洗浄タイミングごとに燃料電池の燃料極へ
洗浄液が供給されるため、酸化作用の中間生成物を排除
して発電効率が低下することを防止する。洗浄タイミン
グは、燃料電池や燃料の仕様に応じて種々に変更するこ
とができる。

【０００９】なお、燃料カートリッジおよび燃料電池本
体は本システムに着脱自在とすることができるため、本
発明における必須の構成要素ではない。

【００１０】ここで、例えば洗浄液は、水またはメタノ
ール溶液のいずれかであることが考えられるが、これら
と共にまたはこれらに代えて被毒防止作用のある物質を
供給するように構成してもよい。

【００１１】具体的には、供給手段は、圧電体素子を備
える圧電ポンプ、または、弾性のあるチューブ内の液体
を流動させるマイクロポンプであることが考えられる。

【００１２】ここで、洗浄液として燃料を使用してもよ
い。このようにすれば、燃料のみで洗浄をすることがで
きるため、構成を簡単にすることができる。この場合、
例えば、供給手段は、駆動信号に基づいた第１の液量で
燃料を供給し、洗浄タイミングでは第１の液量より多い
第２の液量で燃料を供給するように構成する。または供
給手段は、駆動信号に基づいた液量で定期的に燃料を供
給し、洗浄タイミングでは液量の燃料を所定回数供給す
るように構成する。

【００１３】また本発明は、燃料電池の空気極側に、燃
料極側から透過してきた燃料を蒸発させるための加熱手
段を備えていてもよい。この加熱手段によって、比較的
動作温度が低い燃料電池であっても、空気極側に抜け出
た燃料を効果的に揮発させ発電効率が低下することを防
止することができる。

【００１４】ここで例えば、加熱手段は、燃料電池の一
部に配置される。または加熱手段は、燃料電池に温風を
供給可能に構成される。

【００１５】さらに本発明は、燃料電池の燃料極側に燃
料を供給するステップと、所定の洗浄タイミングで燃料
電池の燃料極側へ洗浄液を供給するステップと、を備え
る燃料電池の駆動方法でもある。

【００１６】ここで洗浄液は、水またはメタノール溶液
のいずれかであることが考えられるが、これらと共にま
たはこれらに代えて被毒防止作用のある物質を供給する
ように構成してもよい。

【００１７】ここで、洗浄液を供給するステップでは、
洗浄液として燃料を使用することが考えられる。このと
き、燃料を供給するステップでは、駆動信号に基づいた
第１の液量で燃料を供給し、洗浄液を供給するステップ
では、洗浄タイミングにおいて第１の液量より多い第２
の液量で燃料を供給する。または、燃料を供給するステ
ップでは、駆動信号に基づいた液量で定期的に燃料を供
給し、洗浄液を供給するステップでは、洗浄タイミング
において液量の燃料を所定回数供給する。

【００１８】本燃料電池の駆動方法では、燃料極側から
透過してきた燃料を蒸発させるために燃料電池の空気極
側を加熱するステップをさらに備えていてもよい。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
図面を参照しながら説明する。 ＜実施形態１＞実施形態１は、過剰な液量による洗浄を
燃料自体で行う構成の燃料電池システムに関する。図１
に、本実施形態１における燃料電池システム１の概念図
を示す。図２に、当該システムの構成および動作を説明
する断面概念図を示す。

【００２０】本実施形態１における燃料電池システム１
は、燃料電池１０、ポンプ２０、およびホルダ３１を備
えている。燃料電池１０とポンプ２０とはパイプ４２
で、ポンプ２０とホルダ３１とはパイプ４３で、それぞ
れ燃料の供給が可能に接続されている。燃料電池１０に
は、さらに排出パイプ４１が接続されている。

【００２１】ホルダ３１は、燃料電池用燃料を貯蔵する
燃料カートリッジ３０を着脱自在に保持するように構成
されている。燃料カートリッジ３０の燃料は、所定の供
給機構（図２参照）により、パイプ４３を経てポンプ２
０に供給されるようになっている。

【００２２】ポンプ２０は、本発明の供給手段に係り、
本実施形態１では、圧電ポンプとしての構造を備えてい
る。ポンプ２０は、制御装置４０から供給される駆動信
号（図２参照）に基づいて所定量の燃料を供給可能にな
っている。またポンプ２０は所定の洗浄タイミングにお
いて洗浄液としての燃料をフラッシングすることが可能
に構成されている。

【００２３】燃料電池１０は、ダイレクトメタノール形
燃料電池を容器に密封した構造を備えており、ポンプ２
０からパイプ４２経由で供給された燃料を利用して発電
し、被毒された中間生成物を含む燃料を排出パイプ４１
から排出可能に構成されている。

【００２４】より具体的な構成を説明する。図２には燃
料カートリッジ３０がホルダ３１に装着された状態を示
している。燃料カートリッジ３０は、カートリッジケー
ス３００がカートリッジ蓋３０１で封止され、内部に燃
料が充填されたフォーム３０３を収納して構成されてい
る。カートリッジ蓋３０１は燃料注入口３０２を備え、
燃料をフォーム３０３に充填することができるようにな
っている。カートリッジケース３００は、燃料供給部３
０４を備え、ホルダ３１に装着された場合に燃料を供給
するようになっている。なお、本実施形態では、燃料と
してメタノール（ＣＨ_３ＯＨ）の３％水溶液を利用する
ものとする。

【００２５】ホルダ３１は、ケーシング３１０にケース
蓋３１１が捻りコイルバネ３１５で付勢されて回動可能
に取り付けられ、燃料カートリッジ３０が装着されてい
ない場合には開放し、装着された場合には閉鎖するよう
に構成されている。ケーシング３１０の底部には、差し
込み口３１２が突出しており、差し込み口先端には燃料
導入路３１３が形成され、針３１４が上下動可能に取り
付けられている。燃料カートリッジ３０がホルダ３１に
挿入された場合に、差し込み口３１２がカートリッジ内
部に入り、針３１４の先端がフォーム３０３で押されて
下がると、燃料導入路３１３が開放して燃料がパイプ４
３に流れ出すようになっている。このようなホルダやカ
ートリッジの構成は、例えば特開平１０―５８７０９号
に記載されており、この記載を参照として加入する。

【００２６】ポンプ２０は、図３に示すように、本体２
００に、吸い込み口２０１、吐き出し口２０２、吸い込
み側逆止弁２０３、吐き出し側逆止弁２０４、および圧
電体素子２１０を備えている。圧電体素子２１０の両側
には、キャビティ２０５および２０７が設けられ、キャ
ビティ２０７には排気口２０８が設けられている。圧電
体素子２１０は、圧電アクチュエータとしての構成を備
え、ＰＺＴ等の強誘電体セラミックスの結晶からなる圧
電体層２１２を二つの電極２１１および２１３で狭持し
た構造を備えている。両電極には駆動信号を供給するた
めのリード線２１５が接続されている。上記の構成にお
いて、駆動信号が加えられていない状態では、圧電体素
子２１０に変形は無く（図２の実線で示す圧電体素子の
位置）、吸い込み側逆止弁２０３も吐き出し側逆止弁２
０４も閉じており、燃料の移動はない。一方、駆動信号
のパルスがリード線２１５から加えられ電極２１１およ
び２１３間に電圧が加えられると圧電体層２１２が変位
して圧電体素子２１０が大きく撓む（図２の破線の位置
２１０ｂ）。これに応じてキャビティ２０５の体積が縮
小し圧力が高まる。これに応じて吸い込み側逆止弁２０
３が閉じ、吐き出し側逆止弁２０４が開き、キャビティ
２０５の体積縮小分に対応した液量の燃料が吐き出し口
２０２からパイプ４２に供給される。次いで駆動信号の
パルスが立ち下がって圧電体素子２１０に加えられてい
る電圧が低下すると、圧電体素子の撓みが戻り始め、キ
ャビティ２０５の体積が増加し出す。これに対応して、
吸い込み側逆止弁２０３が開いて、燃料カートリッジ３
０から燃料が吸い込み口２０１経由でキャビティ２０５
内に入り込む。このとき、吐き出し側逆止弁２０４は閉
じている。このような作用によって、パルスが供給され
るたびに所定量の燃料が供給されるようになっている。
なお、このような圧電ポンプの構成は、例えば特開平１
０―２２０３５７号に記載されており、この記載を参照
として加入する。

【００２７】なお、このような圧電ポンプの代わりに、
図４に示すような、マイクロポンプ２１を用いてもよ
い。このマイクロポンプ２１は、本体２２０に、軸２３
２を中心として回転可能に回転支持体２３０が取り付け
られている。回転支持体２３０は図示しないモータによ
って正逆方向へ回転可能になっている。回転支持体２３
０の周辺には半径方向に図示しないカムの作用によって
移動可能にローラ２３１ａ、ｂ、ｃが取り付けられてい
る。回転支持体２３０のほぼ半周にわたって弾性を有す
るチューブ２４０が取り付けられている。ホルダ３１か
らのパイプ４３はこのチューブの吸い込み口２４１に取
り付けられ、燃料電池１０へのパイプ４２は吐き出し口
２４２に取り付けられている。ローラが最も外周方向へ
せり出した状態で回転支持体２３０が回転した場合に、
ローラによってチューブ２４０が押されて丁度しごかれ
たように撓む位置に、チューブ２４０が取り付けられて
いる。このマイクロポンプ２１では駆動信号によって図
示しないモータが回転支持体２３０を回転させ、ローラ
２３１ａ〜ｃによってチューブ２４０内の燃料が順次押
し出されて吐き出し口２４２から供給されるようになっ
ている。なお、このようなマイクロポンプの構成は、例
えば特開平７−２１７５４１号に記載されており、この
記載を参照として加入する。

【００２８】燃料電池１０は、図５に示すように、空気
極側ケーシング１００と燃料極側ケーシング１６０とで
燃料電池を挟み込んだような構造を備えている。空気極
側ケーシング１００にはキャビティ１０１が形成されて
おりその底面には空気を導入するための孔１０２が多数
設けられている。電熱ヒーター１１０は、本発明の加熱
手段に係り、キャビティ１０１底面に設けられた孔１０
２を回避するように配線されている。燃料極側ケーシン
グ１６０には、燃料電池領域１６１に対応してキャビテ
ィ１０３が設けられており、パイプ４２から導入された
燃料を燃料電池セル１５０に供給することができるよう
になっている。また過剰な燃料がキャビティ１０３内に
存在する場合には、排出パイプ４１から過剰な燃料が排
出されるようになっている（図２参照）。

【００２９】燃料電池セル１５０は、固体高分子電解質
膜１２０を、酸素還元電極触媒を担持した空気極側電極
１３１とメタノール酸化電極触媒を担持した燃料極側電
極１４１とで狭持したＭＥＡ（Membrane Electrode Ass
embly）構造を備えている。さらにＭＥＡは拡散層１３
２および１４２で狭持されて、燃料電池セル１５０を構
成している。拡散層１３２からは正電極リード線１５１
が、拡散層１４２からは負電極リード線１５２が引き出
されている。

【００３０】固体高分子電解質膜１２０は、プロトンＨ
^＋導伝電膜として作用する高分子材料で構成され、パー
フルオロスルホン酸膜等のイオン交換膜、カルボン酸系
フッ素樹脂膜、多孔質ポリテトラフロロエチレンなどで
構成される。固体高分子電解質膜はできる限りメタノー
ルの透過を禁止する膜であることが望まれるが、本発明
では加熱手段の作用により、例えメタノールが透過して
もその影響を少なくすることが可能である。電極１３１
および１４１は、触媒である白金を微粒子状にして表面
積を増やした物を導電性カーボンブラックの表面に分散
させて構成される。ＣＯによる被毒の影響を緩和するた
めにルテニウムと白金との合金を微粒子に利用してもよ
い。拡散層１３２および１４２は、メタノールや空気を
電極に供給するために、集電材として作用するカーボン
ペーパー、白金を担持した導電性カーボンブラック粒子
とフッ素ポリマー等との混合層で構成される。

【００３１】以上は代表的なダイレクトメタノール形燃
料電池の構成であるが、これに限定されることなく、燃
料としてメタノール等の液相燃料を用いる公知の燃料電
池の構成を種々に適用することが可能である。例えば、
「アニオン交換膜燃料電池」、電気化学、Ｖｏｌ．３
０，４３５ （１９６２）；「電気化学便覧」、丸善
（２０００）；「燃料電池用イオン交換膜」、工業材
料、Ｖｏｌ．４９，Ｎｏ．１，１９ （２００１）；
「高分子膜燃料電池の未来」、未来材料、Ｖｏｌ．１，
Ｎｏ．３，６ （２００１）等の各種文献に記載された
ものを利用可能である。

【００３２】制御装置４０は、本発明の駆動方法を実行
させるためのプログラムを実行するコンピュータ装置ま
たは本発明の駆動方法に対応した駆動信号を出力可能な
ハードウェアで構成されている。制御装置４０は電熱ヒ
ーター１１０に電力を供給し、またポンプ２０の圧電体
素子２１０に駆動信号を出力するように構成されてい
る。

【００３３】次に、本実施形態１における動作を、図６
のタイミングチャート、図７のフローチャート、および
図２の動作を説明する断面概念図を参照しながら説明す
る。前提として、図２に示すように、燃料カートリッジ
３０がホルダ３１に装着されているものとする。

【００３４】図６に示すように、本実施形態１では、当
該燃料電池システム１は、一定の周期Ｔごとに第１の液
量の燃料を供給する。そして所定のリフレッシュサイク
ルＲＣごとに、第１の液量を上回る第２の液量で燃料を
供給するように構成されている。

【００３５】まず、時刻ｔ０において発電が開始するも
のとする。制御装置４０は、燃料の供給周期Ｔが来るま
で待つ（Ｓ１０：Ｎ）。周期Ｔに相当する時間が経過す
ると（Ｓ１０：Ｙ）、クリーニングするための洗浄タイ
ミングであるか否かを検査する（Ｓ１１）。クリーニン
グする洗浄タイミングでない場合には（Ｓ１１：Ｎ）、
燃料供給用の駆動信号が出力され、適量（第１の液量）
の燃料を供給させるようなパルスが圧電体素子２１０に
供給される（Ｓ１２）。圧電体素子２１０が駆動される
ことにより、ポンプ２０からはこの第１の液量の燃料が
パイプ４２経由で燃料電池１０のキャビティ１０３に導
入される。圧電体素子２１０の変形がもとに戻る際、パ
イプ４３経由で燃料が燃料カートリッジ３０から吸引さ
れてキャビティ２０５に充填される。

【００３６】一方、燃料電池１０において、キャビティ
１０３には燃料が充填されているため、電極の触媒によ
って、燃料極側で式（１）の酸化反応が、空気極で式
（２）の還元反応が生じ、燃料極側で生じたプロトンＨ
^＋が固体高分子電解質膜を透過して空気極側に移動する
ことにより、セル１５０の両端に電圧が生ずる。 ＣＨ_３ＯＨ＋Ｈ_２Ｏ → ＣＯ_２＋６Ｈ^＋＋６ｅ⁻ …（１） Ｏ_２＋４Ｈ^＋＋４ｅ⁻ → ２Ｈ_２Ｏ …（２） なお、燃料の供給周期Ｔは、燃料極側の酸化反応によっ
てメタノールが消費され、燃料中のメタノール含有量が
少なくならない程度の期間に設定するのが好ましい。

【００３７】さて、理想的には、燃料電池の燃料極の近
傍では式（１）の反応が生じ、二酸化炭素を生ずる反応
が円滑に進むことになるが、メタノールを燃料にした場
合、実際には酸化されにくい中間生成物が電極近傍で発
生する。この中間生成物は放置しておくと電極の白金表
面に強く吸着され被毒されてしまい、その後のメタノー
ルの反応を妨げるようになる。そこで、本発明では、洗
浄タイミングごと燃料極周辺の燃料をリフレッシュし、
中間生成物を一気にフラッシングして洗浄するようにな
っている。すなわち、リフレッシュサイクルＲＣに相当
する時間が経過し洗浄タイミングに達した場合（Ｓ１
１：Ｙ）、制御装置４０は本発明の洗浄液を供給する。
このために、洗浄タイミングｔ１において燃料供給時よ
りも高い電圧のパルスを駆動信号として圧電体素子２１
０に供給する（Ｓ１３）。圧電体素子２１０は供給され
るパルスの電圧に対応して変形するため、大きな電圧を
加えれば供給される燃料の液量を大きくすることが可能
である。このためパイプ４２から燃料電池のキャビティ
１０３に導入された多量の燃料によってキャビティ１０
３内部の燃料の多くが一気に排出パイプ４１から排出さ
れる。このとき、セル１５０の燃料極近傍で生成されて
いる中間生成物も一緒に排出される。

【００３８】なお、リフレッシュサイクルＲＣの周期
は、中間生成物による被毒の影響が出ない程度の短さに
する一方、あまりに短すぎて燃料を浪費しない程度の長
さに調整する。

【００３９】リフレッシュサイクルＲＣごとの洗浄が終
了したら、再びリフレッシュサイクルＲＣが経過するま
で再び定期的な燃料供給を繰り返す（Ｓ１０〜Ｓ１
２）。

【００４０】さて、理想的には、空気極側においては式
（２）に示すような反応が生じており、固体高分子電解
質膜１２０を透過したプロトンＨ^＋と孔１０２経由でキ
ャビティ１０１内に導入された空気中の酸素との還元作
用のみが生ずるはずである。しかし実際には、メタノー
ルを燃料として使用する燃料電池では、メタノールが固
体高分子電解質膜を透過して空気極側の電位を低下させ
ることがある（燃料のクロスオーバー）。

【００４１】そこで本実施形態では、燃料電池セル１５
０の空気において、電熱ヒーター１１０に電力を連続し
て供給し、空気極側の温度を上昇させている。空気極側
の温度が上昇しているため、揮発性のあるメタノールが
室温時よりもさらに揮発しやすくなる。このためメタノ
ールの影響が出る前に空気極側に漏れ出たメタノールを
揮発させ、還元作用で生じた水蒸気とともに孔１０２経
由で放出することが可能になっている（図２の破線矢印
参照）。

【００４２】以上、本実施形態１によれば、燃料極側で
過剰な燃料によるリフレッシュを行っているので燃料電
池における燃料極側の被毒を防止することができる。ま
た、空気極側で加熱をしているのでクロスオーバーによ
って抜け出た燃料の影響を低減することができる。

【００４３】特に本実施形態１では、圧電ポンプを利用
したので印加電圧の大小で供給液量を変更できるため、
過剰な洗浄液によるリフレッシュに適する。

【００４４】＜実施形態２＞実施形態２は、実施形態１
と同様な構成の燃料電池システムに関し、洗浄を燃料自
体で行う点は同じであるが、過剰な液量を複数回のポン
プ駆動で実現している点で異なる。

【００４５】本実施形態２における燃料電池システムの
構成自体は実施形態１と同様に考えられるため、その説
明を省略する。

【００４６】次に、本実施形態２における動作を、図８
のタイミングチャート、図９のフローチャート、および
図２の断面概念図を参照しながら説明する。前提とし
て、図２に示すように、燃料カートリッジ３０がホルダ
３１に装着されているものとする。

【００４７】図８に示すように、本実施形態２では、実
施形態１と同様、当該燃料電池システム１は、一定の周
期Ｔごとに一定量液量の燃料を供給する。ただし、一回
の駆動当たりの燃料供給時の液量もリフレッシュサイク
ルごとの洗浄液の液量も変わらない。その代わり、リフ
レッシュサイクルＲＣにおいて、燃料供給と同量の駆動
を複数回連続して行うことで、過剰な液量を供給するよ
うになっている。時刻ｔ０において発電が開始するもの
とする。制御装置４０は、燃料の供給周期Ｔが来るまで
待つ（Ｓ２０：Ｎ）。周期Ｔに相当する時間が経過する
と（Ｓ２０：Ｙ）、クリーニングするための洗浄タイミ
ングであるか否かを検査する（Ｓ２１）。リフレッシュ
するための洗浄タイミングでない場合には（Ｓ２１：
Ｎ）、カウンターｎに駆動回数１が設定される（Ｓ２
２）。一方、洗浄タイミングになっている場合には（Ｓ
２１：Ｙ）、カウンターｎに駆動回数Ｎが設定される
（Ｓ２３）。このＮは、キャビティ１０３内部の燃料を
フラッシングするために充分な液量となるように設定さ
れる。そして、カウンターｎがゼロにならない限り（Ｓ
２４：Ｎ）、駆動信号がポンプ２０の圧電体素子２１０
に出力され、一定量の燃料が供給される（Ｓ２５）。圧
電体素子２１０が駆動されることにより、ポンプ２０か
らは対応する液量の燃料がパイプ４２経由で燃料電池１
０のキャビティ１０３に導入される。圧電体素子２１０
の変形がもとに戻る際、パイプ４３経由で燃料が燃料カ
ートリッジ３０から吸引されてキャビティ２０５に充填
される。ポンプが駆動される度に、カウンターｎが１だ
け減算される（Ｓ２６）。このため通常の燃料供給サイ
クルでは一回駆動されるとカウンターがゼロとなり、ス
テップＳ２４においてステップＳ２０に分岐するため
（Ｓ２４：Ｎ）それ以上駆動されることはない。

【００４８】さて、燃料電池１０においては、実施形態
１と同様に、燃料極側で酸化作用、空気極側で還元作用
が生じている。そして発電するに連れ、酸化されにくい
中間生成物が電極近傍で発生する。この中間生成物は放
置しておくと電極の白金表面に強く吸着され被毒されて
しまい、その後のメタノールの反応を妨げる。これを防
止するため、前記実施形態１では、洗浄タイミングごと
に、一気に多量の燃料をフラッシングし燃料極周辺の燃
料をリフレッシュし、中間生成物を一気に洗浄してい
た。これに対し、本実施形態２では、複数回Ｎ連続して
燃料が供給されて同様のフラッシング効果を奏してい
る。すなわち、一回ポンプが駆動されると（Ｓ２５）、
カウンターｎが１だけ減算されるが（Ｓ２６）、リフレ
ッシュサイクルにおけるカウンターｎの初期値は１より
大きい数になっているため、ステップＳ２４においてカ
ウンターｎがゼロになっておらず（Ｓ２４：Ｎ）、再び
ポンプ駆動処理（Ｓ２５）に分岐するようになってい
る。したがって、カウンターｎに設定した回数だけ連続
してポンプ２０が駆動される。例えば、図８ではＮ＝４
として４回ポンプを駆動した場合を示している。

【００４９】リフレッシュサイクルＲＣごとの洗浄が終
了したら、再びリフレッシュサイクルＲＣが経過するま
で再び定期的な燃料供給を繰り返す（Ｓ２０〜Ｓ２
６）。

【００５０】空気極側における加熱処理については、実
施形態１と同様である。

【００５１】以上、本実施形態２によれば、燃料極側で
過剰な燃料によるリフレッシュを行っているので燃料電
池における燃料極側の被毒を防止することができる。ま
た、空気極側で加熱をしているのでクロスオーバーによ
って抜け出た燃料の影響を低減することができる。

【００５２】特に本実施形態２では、複数回駆動によっ
てリフレッシュに必要な燃料の液量を作り出しているの
で、構造上、駆動電圧によって供給量を変更できないよ
うなポンプを利用する場合でも、本発明の駆動方法を実
施可能である。

【００５３】＜実施形態３＞実施形態３は、燃料の供給
と洗浄液の供給を別系統とする場合の燃料電池システム
に関する。図１０に本実施形態３における燃料電池シス
テムの流路接続図を示す。

【００５４】図１０に示すように、本実施形態３の燃料
電池システムは、燃料電池５０、燃料系６０、洗浄液系
７０、温風ファン８０、および制御装置８１を備えてい
る。

【００５５】燃料電池５０は、燃料極５１と空気極５２
とを備える。燃料電池５０の具体的な構成には公知技術
を適用可能であるが、例えば、実施形態１における燃料
電池１０と同様の構成を適用可能である。

【００５６】燃料系６０は、燃料６３を貯蔵する燃料タ
ンク６１、燃料６３を制御装置８１からの駆動信号に対
応させて供給するポンプ６２を備えている。燃料タンク
６１については、任意の公知の構造を適用可能である
が、例えば、実施形態１における燃料カートリッジ３
０、ホルダ３１、ポンプ２０等からなる燃料供給構造が
適用可能である。燃料６３としては、実施形態１と同様
にメタノール溶液を適用可能であるが、限定はない。

【００５７】洗浄液系７０は、洗浄液７３を貯蔵する洗
浄液タンク７１、洗浄液７３を制御装置８１からの駆動
信号に対応させて供給するポンプ７２を備えている。洗
浄液タンク７１については、任意の公知の構造を適用可
能であるが、例えば、実施形態１における燃料カートリ
ッジ３０、ホルダ３１、ポンプ２０等からなる燃料供給
構造が適用可能である。洗浄液系７０は、燃料系６０と
同様の構造とすることができる。洗浄液７３は、リフレ
ッシュサイクル毎に燃料電池の燃料極５０に供給するこ
とで、燃料極周辺または燃料極表面に生じていた中間生
成物を排出するという用途に適する液体であればよい。
例えば、洗浄液として水を利用することができる。ま
た、中間生成物を洗浄するために適する種々の反応物質
を含んでいてもよい。

【００５８】温風ファン８０は、公知の方法で温風（熱
風）を空気極の表面に供給可能に構成されている。温風
ファン８０は、制御装置８１の制御によって温風を供給
するように構成しても、制御装置とは独立して温風を供
給するように構成してもよい。

【００５９】上記の構成において、燃料系６０における
燃料の供給は、例えば上記した実施形態１または２に準
じて行うことが可能である。ただし、本実施形態では燃
料の供給は洗浄処理とは独立しているので、洗浄タイミ
ングに無関係に常に一定量の燃料を供給することが好ま
しい。

【００６０】一方、洗浄液系７０は、例えば上記した実
施形態１または２のリフレッシュサイクルごとに駆動さ
せ、所定量の洗浄液７３を供給することが可能である。
供給する洗浄液の量は、実施形態１のように一回のみ多
量に供給しても、実施形態２のように、複数回に分けて
所定量の供給を連続させるようにしてもよい。

【００６１】以上、本実施形態３によれば、実施形態１
や２と同様の効果を奏する。

【００６２】特に、本実施形態３では、燃料とは異なる
系統で洗浄液を供給しているので、洗浄液として燃料以
外の物を利用することができる。例えば、水を洗浄液に
用いれば、発電効率を損ねることなく無駄な燃料のフラ
ッシングが無いため、燃料を節約することが可能であ
る。

【００６３】また本実施形態３では、温風による空気極
側の加熱を行うので、空気極側の空気との接触面積を縮
小することなく空気極を加熱してクロスオーバーによっ
て漏れ出たメタノールを揮発させることが可能である。

【００６４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
燃料電池における燃料極側に洗浄液を供給可能に構成し
たので、燃料極側の被毒を防止することができる。

【００６５】また本発明によれば、燃料電池における空
気極側を加熱可能に構成したので、発熱の少ない形態の
燃料電池であっても、空気極側に抜け出た燃料を効果的
に揮発させ、漏れ出た燃料の影響を低減することが可能
である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施形態１における燃料電池システムの概念
図である。

【図２】本実施形態１における燃料電池システムの動作
原理を示す断面概念図である。

【図３】実施形態１における圧電ポンプの断面図であ
る。

【図４】マイクロポンプの平面図である。

【図５】本発明における燃料電池の分解斜視図の例であ
る。

【図６】実施形態１における駆動方法を説明するタイミ
ングチャートである。

【図７】実施形態１における駆動方法を説明するフロー
チャートである。

【図８】実施形態２における駆動方法を説明するタイミ
ングチャートである。

【図９】実施形態２における駆動方法を説明するフロー
チャートである。

【図１０】本実施形態３おける燃料電池システムの概念
図である。

【符号の説明】 １…燃料電池システム １０…燃料電池 ２０、２１…ポンプ（供給手段） ３０…燃料カーリッジ ３１…ホルダ ５０…燃料電池 ６０…燃料系 ７０…洗浄液系 ８０…温風ファン（加熱手段） １００…空気極側ケーシング １１０…電熱ヒーター（加熱手段） １５０…燃料電池セル １６０…燃料極側ケーシング ２１０…圧電体素子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 宮本 勉 長野県諏訪市大和３丁目３番５号 セイコ ーエプソン株式会社内 Ｆターム(参考） 5H026 AA08 CX05 5H027 AA08 BA20 MM08

Claims (16)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 燃料電池用燃料を貯蔵する燃料カートリ
   ッジを着脱自在に保持するためのホルダと、 燃料電池の燃料極側に前記ホルダから供給された燃料ま
   たは前記燃料電池の燃料極側の燃料を洗浄するための洗
   浄液のいずれか一方または双方を供給するための供給手
   段と、を備え、 前記供給手段は、所定の洗浄タイミングで燃料電池の燃
   料極側へ前記洗浄液を供給する燃料電池システム。
2. 【請求項２】 前記洗浄液は、水またはメタノール溶液
   のいずれかである、請求項１に記載の燃料電池システ
   ム。
3. 【請求項３】 前記供給手段は、圧電体素子を備える圧
   電ポンプである、請求項１に記載の燃料電池システム。
4. 【請求項４】 前記供給手段は、弾性のあるチューブ内
   の液体を流動させるマイクロポンプである、請求項１に
   記載の燃料電池システム。
5. 【請求項５】 前記供給手段は、前記洗浄液として前記
   燃料を使用する、請求項１に記載の燃料電池システム。
6. 【請求項６】 前記供給手段は、駆動信号に基づいた第
   １の液量で前記燃料を供給し、前記洗浄タイミングでは
   前記第１の液量より多い第２の液量で前記燃料を供給す
   る、請求項５に記載の燃料電池システム。
7. 【請求項７】 前記供給手段は、駆動信号に基づいた液
   量で定期的に前記燃料を供給し、前記洗浄タイミングで
   は前記液量の燃料を所定回数供給する、請求項５に記載
   の燃料電池システム。
8. 【請求項８】 前記燃料電池の空気極側に、前記燃料極
   側から透過してきた燃料を蒸発させるための加熱手段を
   さらに備える、請求項１に記載の燃料電池システム。
9. 【請求項９】 前記加熱手段は、前記燃料電池の一部に
   配置される、請求項８に記載の燃料電池システム。
10. 【請求項１０】 前記加熱手段は、前記燃料電池に温風
    を供給可能に構成された、請求項８に記載の燃料電池シ
    ステム。
11. 【請求項１１】 燃料電池の燃料極側に燃料を供給する
    ステップと、 所定の洗浄タイミングで前記燃料電池の燃料極側へ洗浄
    液を供給するステップと、を備える燃料電池の駆動方
    法。
12. 【請求項１２】 前記洗浄液は、水またはメタノール溶
    液のいずれかである、請求項１１に記載の燃料電池の駆
    動方法。
13. 【請求項１３】 前記洗浄液を供給するステップでは、
    前記洗浄液として前記燃料を使用する、請求項１１に記
    載の燃料電池の駆動方法。
14. 【請求項１４】 前記燃料を供給するステップでは、駆
    動信号に基づいた第１の液量で前記燃料を供給し、 前記洗浄液を供給するステップでは、前記洗浄タイミン
    グにおいて前記第１の液量より多い第２の液量で前記燃
    料を供給する、請求項１３に記載の燃料電池の駆動方
    法。
15. 【請求項１５】 前記燃料を供給するステップでは、駆
    動信号に基づいた液量で定期的に前記燃料を供給し、 前記洗浄液を供給するステップでは、前記洗浄タイミン
    グにおいて前記液量の燃料を所定回数供給する、請求項
    １３に記載の燃料電池の駆動方法。
16. 【請求項１６】 前記燃料極側から透過してきた燃料を
    蒸発させるために前記燃料電池の空気極側を加熱するス
    テップをさらに備える、請求項１１に記載の燃料電池の
    駆動方法。