JP2005310589A - 燃料電池システムおよび機器 - Google Patents

Abstract

【課題】 省力化を促進できる燃料電池システムおよびこの燃料電池システムを備えた機器を提供すること。
【解決手段】 燃料電池システム１００は、燃料電池１と、燃料電池１にメタノールおよび純水を混合して供給するメタノール供給手段および水供給手段と、メタノール供給手段および水供給手段の動作を制御する供給制御手段１２０と、燃料室３１内のメタノール水溶液のメタノール濃度を検出するメタノールセンサ１０７とを備える。供給制御手段１２０は、所定時間毎にメタノールセンサ１０７によるメタノール濃度の検出を行うための濃度検出動作信号を出力する間欠制御手段１２１を備える。間欠制御手段１２１により、メタノール濃度検出が所定時間毎に間欠的に行われるため、従来メタノール濃度の検出を連続的に行っていた場合に比べて、燃料電池システム１００の省力化を促進できる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、燃料電池システムおよびこの燃料電池システムを備えた機器に関する。

燃料電池は、外部から燃料と酸素とを連続的に供給し、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(Polymer Electrolyte Fuel Cell, PEFC)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。この高分子電解質形燃料電池は、高分子固体電解質膜を空気側電極と燃料側電極とで挟んだ構造のＭＥＡ(Membrane Electrode Assembly)を備え、空気側電極に空気（酸素）を供給し、燃料側電極にメタノールや改質した水素などの燃料を供給することにより、電気化学的反応が起こり電力が発生する。

この高分子電解質形燃料電池のうち、特に直接メタノール形燃料電池（Direct Methanol Fuel Cell, DMFC）は、燃料電池にメタノールを燃料として直接供給し電気エネルギを得るため、ＰＥＦＣとは異なり水素を収納する容器や、燃料を改質して水素を取り出す改質器などが不要となる。このため、直接メタノール形燃料電池は、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（例えば特許文献１）。この燃料電池では、メタノール水溶液の濃度を一定に維持するためにメタノール濃度を検出するセンサが設けられており、メタノール濃度を監視して供給するメタノール濃度を調整する制御を行っている。

特開２００４−９５３７６号公報

このような燃料電池では、通常、メタノール水溶液の濃度検出は、運転中常時、連続的に行う。また、メタノール水溶液の供給についても、連続的に供給してメタノール水溶液を循環させることがよく行われている。
しかしながら、メタノール濃度の検出を連続的に行うと、濃度検出のために燃料電池の電力を消費し、燃料電池全体の効率を向上させることができない。また、メタノール水溶液の供給を連続的に行うと、燃料電池の使用状況にかかわらず燃料電池が連続的に発電し続けるため、燃料電池の負荷が小さい場合には、燃料電池の動作が非効率となり、省力化を図ることができない。特に、燃料電池が携帯機器等に適用される場合には、燃料電池で発電された電力をこれらの制御のために消費するので、長寿命化を図ることが困難となる。

本発明の目的は、省力化を促進できる燃料電池システムおよびこの燃料電池システムを備えた機器を提供することにある。

本発明の燃料電池システムは、電解質膜、アノード側反応室、およびカソード側反応室を有するとともに、アノード側反応室に供給される燃料とカソード側反応室に供給される酸素とを反応させて電気エネルギを得る燃料電池と、燃料電池に燃料を供給する燃料供給手段と、燃料供給手段の動作を制御する供給制御手段とを備え、供給制御手段は、所定時間毎に予め設定された制御を行うことで、燃料電池で消費される電力を節約する間欠制御手段を有することを特徴とする。
この発明によれば、供給制御手段に間欠制御手段が設けられているので、予め設定された制御を所定時間毎に間欠的に行うことにより、従来連続的に制御を行っていた場合に比べて燃料電池システムで消費される電力が節約され、燃料電池システムの省力化が促進される。また、間欠制御手段により、省力化を図るための制御が予め設定されているので、供給制御手段の構成が簡略化される。

本発明では、間欠制御手段は、所定時間毎に、予め設定された所定量の燃料を燃料電池に供給する燃料供給動作信号を出力することが望ましい。
この発明によれば、間欠制御手段が、燃料供給動作信号を出力することにより、供給制御手段が、予め設定された所定量の燃料を所定時間毎に燃料電池に供給する。したがって、燃料電池内の燃料量や燃料濃度などを検出する必要がなく、燃料電池システムの構成が簡単となる。また、燃料供給量および燃料供給の時間間隔が予め設定されているので、供給制御手段での供給制御が簡単になり、燃料電池システムの省力化が促進される。これは、例えば燃料電池の負荷が比較的安定し、燃料電池で消費される燃料量が予め予想できる場合などに、特に有用である。

本発明では、燃料電池に供給される燃料濃度を検出する燃料濃度検出手段を備え、間欠制御手段は、所定時間毎に、燃料濃度検出手段による燃料濃度の検出を行うための濃度検出動作信号を出力し、供給制御手段は、濃度検出動作信号に基づいて燃料濃度検出手段により燃料濃度を検出し、検出された燃料濃度に基づいて、燃料供給手段での燃料供給量を制御することが望ましい。
この発明によれば、間欠制御手段が、所定時間毎に濃度検出動作信号を出力し、供給制御手段は、燃料濃度検出信号に基づいて燃料濃度検出手段を動作させて燃料濃度を検出し、この燃料濃度に基づいて燃料供給量の調整を行う。したがって、従来とは異なり、燃料濃度を連続的に検出する必要がなく、燃料電池システムの省力化が促進される。これは特に、燃料の消費量が安定し、燃料濃度の減少率の変動が少ない場合に有用である。

本発明では、燃料電池の使用状態を検出する使用状態検出手段を備え、この使用状態検出手段は、燃料電池が不使用である場合に不使用検出信号を出力し、燃料電池が使用される場合に使用検出信号を出力し、供給制御手段は、使用状態検出手段からの使用検出信号および不使用検出信号に基づいて間欠制御手段を起動、停止することが望ましい。
この発明によれば、間欠制御手段が、使用状態検出手段からの使用検出信号および不使用検出信号に基づいて起動、停止されるので、例えば燃料電池の使用が連続的に行われている時には間欠制御手段の動作を停止して、供給制御手段が燃料の供給を連続的に行い、燃料電池の使用がない場合には、間欠制御手段を起動させて燃料電池システムの省力化を図る等の柔軟な制御が可能となる。これにより、供給制御手段の燃料供給制御がより効率的となる。

本発明では、使用状態検出手段は、燃料電池の負荷を検出する負荷検出手段とされることが望ましい。
この発明によれば、使用状態検出手段が、燃料電池の負荷を検出する負荷検出手段とされるので、燃料電池に必要な燃料量が正確に把握される。したがって、供給制御手段での燃料供給の制御がより的確となり、燃料電池システムの省力化がより一層促進される。

本発明の機器は、前述の燃料電池システムを備えたことを特徴とする。
この発明によれば、機器が前述の燃料電池システムを備えているので、前述の燃料電池システムの効果と同様の効果が得られ、燃料電池システムの省力化が促進される。これに伴い、機器の省力化が促進され、機器の長寿命化が図られる。

本発明の燃料電池システムおよび機器によれば、間欠制御手段が設けられているので、予め設定された制御を所定時間毎に行うことにより燃料電池システムおよび機器の省力化を促進できるという効果が得られる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、後述する第二実施形態以降で、以下に説明する第一実施形態での構成部品と同じ部品および同様な機能を有する部品には同一符号を付し、説明を簡単にあるいは省略する。

［第一実施形態］
本発明の第一実施形態について説明する。
図１には、本発明の第一実施形態にかかる燃料電池システム１００の概略図が示されている。この図１において、燃料電池システム１００は、燃料電池１と、この燃料電池１に供給されるメタノールを収納するメタノールタンク１０１と、メタノールを所定の濃度に希釈するための純水を収納する純水タンク１０２と、メタノールタンク１０１からメタノールを送液するメタノールポンプ１０３と、純水タンク１０２から純水を送液する純水ポンプ１０４と、メタノールおよび純水を混合し、所定濃度のメタノール水溶液を燃料電池１に供給するミキサ１０５と、メタノールおよび純水の供給動作を制御する供給制御手段１２０と、燃料電池１内のメタノール濃度を検出する燃料濃度検出手段としてのメタノールセンサ１０７と、燃料電池１で反応が終了した溶液を廃液として収納する廃液タンク１０８とを備えている。

図２には燃料電池１の側断面図が示されている。燃料電池１は、直接メタノール形燃料電池（ＤＭＦＣ）であり、図２に示されるように、燃料電池セル１０がケース１１に収納されて構成されている。なお、本実施形態では、説明を簡略化するため、図２に示すように単一の燃料電池セル１０で構成した燃料電池１を図示するが、もちろん燃料電池１が、この燃料電池セル１０を複数枚積層したスタック構造とされていてもよい。

燃料電池セル１０は、電解質膜としての高分子固体電解質膜２と、この高分子固体電解質膜２の両面に一体的に形成されるアノード電極３およびカソード電極４と、アノード電極３側に配置される燃料拡散層５と、カソード電極４側に配置される空気拡散層６と、これら燃料拡散層５および空気拡散層６の外側にそれぞれ設けられるとともに、アノード電極３およびカソード電極４の間に発生した電気エネルギを取り出す集電体７，８とを備えている。この燃料電池セル１０は、ケース１１に収納され、ガスケット１２によって高分子固体電解質膜２の両側から挟持されている。これにより、ケース１１内部は、高分子固体電解質膜２を挟んでアノード電極３側とカソード電極４側とに封止されて分離されている。
すなわち、ケース１１内壁とアノード電極３との間の領域は、液密に構成され、燃料が供給されるアノード側反応室としての燃料室３１となっている。また、ケース１１内壁とカソード電極４との間の領域は、空気が供給されるカソード側反応室としての空気室４１となっている。なお、燃料としては、メタノール(CH₃OH)水溶液が供給される。

ケース１１のアノード電極３側には、燃料をケース１１内部に供給するための燃料供給口１１１と、アノード電極３での反応が終了した燃料を外部に排出するための燃料排出口１１２とが形成されている。また、ケース１１のカソード電極４側には、空気をケース１１内部に供給するための複数の空気供給口１１３が形成されている。この空気供給口１１３は、大気に開放されることで、空気室４１への空気の供給を自然吸気とする構造となっている。なお、空気室４１への空気供給は、エアポンプなどによって空気室４１に強制的に行う構造であってもよい。

高分子固体電解質膜２の両面には、外縁から所定幅寸法を隔てた所定範囲内に略矩形状のアノード電極３およびカソード電極４が一体的に形成されている。高分子固体電解質膜２は、プロトン伝導性高分子で構成される高分子固体電解質樹脂が、延伸多孔質ポリテトラフルオロエチレン(Poly Tetra Fluoro Ethylene, PTFE)フィルムの多孔空隙部に含浸されることにより構成されている。高分子固体電解質樹脂としては、例えばナフィオン膜（デュポン社商標）等のパーフルオロスルホン酸系ポリマー、フッ素系ポリマー、炭化水素系ポリマーなどが採用できる。また場合によってはこの高分子固体電解質樹脂に、電子導電性の生じない範囲で白金などの触媒やカーボン粉末、各種セラミックス粉末などを加えてもよい。
なお、延伸多孔質ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）フィルムは、ＰＴＦＥの塊を延伸多孔化して得られる、多数の微小結節とそれらの微小結節から延出して微小結節相互を三次元的に連結する微細繊維とからなる構造を有する多孔質ＰＴＦＥフィルムであり、このフィルムには、厚み方向に貫通する多数の孔が形成される。

アノード電極３およびカソード電極４は、メタノールの分解のための触媒を担持したカーボン触媒電極膜から構成される。ここで、触媒としては、例えば白金等が採用できる。なお、アノード電極３側では、メタノールと触媒との反応により発生する中間生成物である一酸化炭素ＣＯの被毒を防止するため、少なくともアノード電極３側の触媒には、白金およびルテニウムの合金等を採用することがより好ましい。
ここで、高分子固体電解質膜２、アノード電極３、およびカソード電極４は、一体的に形成されて膜電極接合体２０が構成されている。
燃料拡散層５および空気拡散層６は、メッシュの金属フォーム（例えばスチールウール等）からなる多孔性膜であり、供給される燃料および酸素をそれぞれ拡散してアノード電極３およびカソード電極４に導く。なお、これら燃料拡散層５および空気拡散層６は、それぞれ、アルミニウム、ステンレス鋼等であってもよく、またスポンジチタン等の多孔性金属材料、カーボンペーパ紙にカーボンを担持したものやカーボンクロス等であってもよい。
また、集電体７，８には、それぞれ図示しないリード線が接続されており、外部の負荷に接続されている。

メタノールタンク１０１および純水タンク１０２は、燃料室３１への流路が開閉可能なバルブ１０１Ａ，１０２Ａを備えている。これらのバルブ１０１Ａ，１０２Ａは、供給制御手段１２０に電気的に接続されており、供給制御手段１２０からの指令によりそれぞれ個別に開閉可能となっており、その開度も調整可能となっている。なお、メタノールタンク１０１および純水タンク１０２は、一体のケースの内部が仕切られて形成されている構成であることが好ましく、例えばいわゆるカートリッジ方式で、メタノールタンク１０１および純水タンク１０２が同時に簡単に交換可能な構造であることが望ましい。

メタノールポンプ１０３および純水ポンプ１０４は、ミキサ１０５に接続されており、それぞれ所定量のメタノールおよび純水をメタノールタンク１０１および純水タンク１０２からミキサ１０５に送液する。これらのポンプ１０３，１０４は、供給制御手段１２０に電気的に接続されており、供給制御手段１２０からの送液指令信号によりポンプ１０３，１０４のＯＮ，ＯＦＦが制御される。
ミキサ１０５は、燃料供給口１１１に接続されており、供給制御手段１２０からの混合指令信号に基づいて、メタノールタンク１０１からのメタノールと、純水タンク１０２からの純水とを混合し、メタノールが純水中に均一に分散されたメタノール水溶液を作成する混合手段となっている。なお、メタノールのみ、または純水のみを燃料室３１に供給する場合には、ミキサ１０５は一種類の液体を混合するのみで、実質的にはその機能を発揮することなく液体が通過するのみとなる。
ここで、本実施形態ではメタノールタンク１０１、バルブ１０１Ａ、およびメタノールポンプ１０３を備えて燃料供給手段としてのメタノール供給手段が構成されており、また純水タンク１０２、バルブ１０２Ａ、および純水ポンプ１０４を備えて水供給手段が構成されている。

供給制御手段１２０は、燃料室３１内のメタノール水溶液の濃度を予め設定された所定範囲内に維持するように、メタノールおよび水の供給量を制御する。具体的には、供給制御手段１２０は、所定時間毎に予め設定された制御を行うための間欠制御信号を出力する間欠制御手段１２１と、メタノールセンサ１０７で検出されたメタノール濃度に対して適切なメタノールの供給量が予め設定され記憶された記憶手段１２２と、間欠制御手段１２１からの間欠制御信号に基づいてバルブ１０１Ａ，１０２Ａの開度を制御する中央制御手段１２３とを備えている。なお、メタノール水溶液の濃度の所定範囲は、燃料室３１内でのメタノールと触媒との反応効率が良好となり、かつ高分子固体電解質膜２のクロスオーバーが良好に防止される範囲で設定されることが好ましく、燃料電池１の容量、高分子固体電解質膜２の材質、性能などを勘案して適宜設定され、例えば３％〜５％または１mol/l〜８mol/lの範囲内で設定される。

間欠制御手段の間欠制御信号は、メタノールセンサ１０７によってメタノール濃度を検出するための濃度検出動作信号とされ、この濃度検出動作信号は、所定時間毎に中央制御手段１２３に出力される。
ここで、所定時間は、燃料電池システム１００の使用目的や使用条件を勘案して適宜設定され、例えば１分から１０分の間で設定されている。
記憶手段１２２には、メタノールセンサ１０７で検出される各メタノール濃度に対して、燃料室３１内のメタノール水溶液のメタノール濃度を所定範囲内に保持するために適切なメタノール水溶液の濃度およびこのメタノール水溶液の濃度を実現するためのバルブ１０１Ａ，１０２Ａの開度が設定されている。なお、これらの設定は、例えばマップやテーブルとして記憶手段１２２に記憶されていてもよいし、あるいはメタノール濃度からバルブ１０１Ａ，１０２Ａの開度を算出する演算式として記憶手段１２２に記憶されていてもよい。

中央制御手段１２３は、間欠制御手段１２１を常時動作させ、所定時間毎に間欠制御手段１２１から濃度検出動作信号（間欠制御信号）を入力し、この濃度検出動作信号に基づいて、メタノールセンサ１０７を動作させてメタノール水溶液中のメタノール濃度を検出する。そして、メタノールセンサ１０７からのメタノール濃度検出信号に基づいて記憶手段１２２を参照してメタノールおよび純水の供給量を制御する。
メタノールセンサ１０７は、燃料室３１から廃液タンク１０８への配管の途中または、燃料室３１内に配置され、例えば赤外線透過吸収式の光式メタノール濃度センサ等、任意の方式のものが採用できる。

廃液タンク１０８は、燃料排出口１１２に接続されており、燃料室３１から排出された廃液を収納する。この廃液タンク１０８は、メタノールタンク１０１および純水タンク１０２とは別に設けられて個別に交換可能に設けられていてもよい。また、メタノールタンク１０１および純水タンク１０２に一体的に形成されていてもよい。この場合には、予めメタノールタンク１０１および純水タンク１０２内のメタノールまたは純水を使い切ってメタノールタンク１０１および純水タンク１０２を交換する際に、廃液タンク１０８も同時に交換可能となるので、交換操作が簡便となり取扱性が向上する。

次に、このような燃料電池システム１００の動作について説明する。
まず、燃料電池システム１００の起動時には、供給制御手段１２０から出力される初期メタノール水溶液供給指令信号により、燃料室３１にメタノール水溶液を充満させる。この指令信号により、バルブ１０１Ａ，１０２Ａが開き、メタノールおよび純水がそれぞれ送液される。このとき、バルブ１０１Ａ，１０２Ａの開度は、メタノール水溶液の濃度が所定範囲内となるように、あらかじめ設定されている。メタノールおよび純水は、メタノールポンプ１０３および純水ポンプ１０４によって所定量ずつ連続的にミキサ１０５に送られ、ミキサ１０５で均一に混合された後、燃料室３１に供給される。

燃料室３１では、メタノール水溶液がアノード電極３の触媒によって下記の式(１)の酸化反応を生じ、この反応により二酸化炭素ＣＯ_２とプロトンＨ^＋と電子ｅ⁻とを生成する。
ＣＨ_３ＯＨ＋Ｈ_２Ｏ→ＣＯ_２＋６Ｈ^＋＋６ｅ⁻ …(１)
プロトンＨ^＋は、高分子固体電解質膜２を透過してカソード電極４側に移動することにより、集電体７，８の両端に電圧が生じる。プロトンＨ^＋がカソード電極４側に到達すると、外部負荷を通って仕事をした後にカソード電極４に到達した電子ｅ⁻とがカソード電極４の触媒によって空気室４１内の空気中の酸素Ｏ_２と反応して式(２)の還元反応が生じる。
3/2Ｏ_２＋６Ｈ^＋＋６ｅ⁻→３Ｈ_２Ｏ …(２)
アノード電極３側で生成された二酸化炭素ＣＯ_２や、メタノールと水との反応により生成される、例えば蟻酸、ホルムアルデヒド、一酸化炭素等の副生成物などは、反応の終了した液体とともに廃液として廃液タンク１０８に収納される。なお、メタノール水溶液の供給は連続的に行われているので、廃液タンク１０８には連続的に廃液が収納される。

供給制御手段１２０では、間欠制御手段１２１が、所定時間毎に中央制御手段１２３に濃度検出動作信号を出力する。中央制御手段１２３は、この濃度検出動作信号に基づいて、メタノールセンサ１０７で燃料室３１内のメタノール水溶液のメタノール濃度を検出する。中央制御手段１２３では、このメタノール濃度検出信号に基づいて、記憶手段１２２に記憶されたデータを参照することによって検出されたメタノール濃度検出信号に対応するバルブ１０１Ａ，１０２Ａの開度を読み出す。そして、中央制御手段１２３は、バルブ１０１Ａおよびバルブ１０２Ａの開度を調節して、供給するメタノール水溶液の濃度を制御する。つまり、例えば燃料電池１の負荷が変動してメタノール水溶液の消費量が増加することにより、メタノールセンサ１０７で検出されたメタノール濃度が所定範囲の下限よりも低くなった場合には、供給制御手段１２０は、バルブ１０１Ａの開度を増加させてメタノールの供給量を増やし、メタノール水溶液の濃度を上昇させることによって燃料室３１内のメタノール水溶液の濃度を所定範囲内に維持する等の制御を行う。

メタノールタンク１０１内のメタノールがなくなった場合には、メタノールタンク１０１および純水タンク１０２にそれぞれメタノールおよび純水を追加するか、またはメタノールタンク１０１および純水タンク１０２ごと交換すればよい。同様に、廃液タンク１０８に所定量以上の廃液が収納された場合には、廃液タンク１０８内の廃液を廃棄するか、または廃液タンク１０８ごと交換すればよい。

このような第一実施形態によれば、次のような効果が得られる。
(１) 間欠制御手段１２１が、所定時間毎に濃度検出動作信号を中央制御手段１２３に出力し、中央制御手段１２３は、この濃度検出動作信号に基づいて所定時間毎にメタノール濃度検出を行うので、従来常時メタノール濃度を検出して制御する場合に比べて、燃料電池１の電力の消費量を削減でき、燃料電池システム１００の省力化および長寿命化を促進できる。また、メタノール濃度を常時監視する必要がないので、供給制御手段１２０の構成を簡単にできる。

(２) 供給制御手段１２０が、間欠制御手段１２１を常時動作させているので、消費電力の削減量をより多くでき、燃料電池システム１００の省力化および長寿命化をより一層促進できる。これは例えば燃料電池１でのメタノール消費量の変動が比較的少ない場合などでは、所定時間毎にメタノール濃度の検出を行っても、燃料室３１内のメタノール濃度を所定範囲内に良好に維持できるので、燃料電池１の出力を確保しながら燃料電池システム１００の省力化を促進でき、特に効果的である。

(３) 記憶手段１２２に、各メタノール濃度値に対応した適切なバルブ１０１Ａ，１０２Ａの開度が予め設定され記憶されているので、中央制御手段１２３は、メタノール水溶液を供給する際にメタノール濃度を監視していわゆるフィードバック制御を行う必要がなく、供給制御手段１２０の構成を簡単にできる。また、メタノール濃度を監視する必要がないため、燃料電池システム１００の省力化をより一層促進できる。

［第二実施形態］
次に、本発明の第二実施形態について説明する。第二実施形態は、第一実施形態の間欠制御手段に予め設定された制御が異なる。
図３には、第二実施形態にかかる燃料電池システム１００の概略図が示されている。この図３において、燃料電池システム１００は、第一実施形態のメタノールセンサ１０７を備えておらず、また、記憶手段１２２も備えていない。
供給制御手段１２０は、間欠制御手段１２１と、中央制御手段１２３とを備えている。間欠制御手段１２１は、予め設定された制御として、所定時間毎に所定量、所定濃度のメタノール水溶液を燃料室３１に供給する燃料供給動作信号を中央制御手段１２３に出力する。
このような燃料電池システム１００では、中央制御手段１２３は、間欠制御手段１２１からの燃料供給動作信号を所定時間毎に入力し、この燃料供給動作信号に基づいて、バルブ１０１Ａ，１０２Ａを開く。この際、バルブ１０１Ａ，１０２Ａの開度およびその開度の保持時間は予め設定されており、したがって、所定量のメタノールおよび純水が供給されることにより、燃料室３１には所定濃度のメタノール水溶液が所定量、間欠的に供給されることとなる。

このような第二実施形態によれば、第一実施形態の(２)の効果と同様の効果が得られる他、次のような効果が得られる。
(４) 間欠制御手段１２１が、燃料電池１のメタノール水溶液の消費量に関わらず所定時間毎に所定濃度、所定量のメタノール水溶液を燃料室３１に供給する制御を行うので、従来常時メタノール濃度を検出してメタノール水溶液の濃度を調整していた場合に比べて、燃料電池システム１００の駆動に消費される電力を削減できる。したがって、燃料電池システム１００の省力化を促進できる。

(５) 間欠制御手段１２１が、所定時間毎に所定量、所定濃度のメタノール水溶液を燃料室３１に供給する制御を行うので、第一実施形態とは異なり、メタノールセンサ１０７や、記憶手段１２２などが不要となり、燃料電池システム１００が消費する電力をさらに節約でき、省力化をより一層促進できる。また、メタノールセンサ１０７や記憶手段１２２が不要となるので、供給制御手段１２０の構成を簡単にでき、これによって燃料電池システム１００の省力化を促進できる。これは、燃料電池１での負荷が比較的安定しており、燃料消費量に変動が少ない場合に、特に効果的である。

［第三実施形態］
次に、本発明の第三実施形態について説明する。第三実施形態は、第一実施形態の間欠制御手段１２１を燃料電池１の使用状態に応じて起動、停止する点が異なる。
図４には、第三実施形態にかかる燃料電池システム１００の概略図が示されている。この図４において、燃料電池システム１００は、燃料電池１の使用状態を監視する使用状態検出手段１０９を備えている。
使用状態検出手段１０９は、燃料電池１の負荷に接続され、燃料電池１に流れる電流値または電圧値を検出することによって燃料電池１の負荷を検出する負荷検出手段となっている。この使用状態検出手段１０９は、燃料電池１の負荷（電流値または電圧値）が予め設定された所定値以下となった場合に、中央制御手段１２３に不使用検出信号を出力する。また、使用状態検出手段１０９は、燃料電池１の負荷が前記所定値以上となった場合には、中央制御手段１２３に使用検出信号を出力する。
間欠制御手段１２１は、第一実施形態と同様に、メタノールセンサ１０７を動作させて燃料室３１内のメタノール水溶液のメタノール濃度を検出する制御を行うように、所定時間毎に中央制御手段１２３に濃度検出動作信号を出力する。
記憶手段１２２には、第一実施形態と同様に、各メタノール濃度値に対するバルブ１０１Ａ，１０２Ａの開度が記憶されている。

中央制御手段１２３は、使用状態検出手段１０９から使用検出信号を入力すると、燃料電池１が使用されて燃料が通常通りに消費されると判断し、間欠制御手段１２１の動作を停止して、常時メタノールセンサ１０７を動作させる。メタノールセンサ１０７は、連続的にメタノール濃度を検出し、中央制御手段１２３は、このメタノール濃度検出信号に基づいて記憶手段１２２を参照してバルブ１０１Ａ，１０２Ａの開度を調整し、メタノール水溶液の濃度を制御する。
一方、中央制御手段１２３は、使用状態検出手段１０９から不使用検出信号が出力されると、燃料電池１が使用されていないか、負荷が十分に低いと判断し、間欠制御手段１２１を起動する。中央制御手段１２３は、間欠制御手段１２１から所定時間毎に濃度検出動作信号を入力して、メタノールセンサ１０７を動作させて燃料室３１内のメタノール濃度を検出し、このメタノール濃度検出信号に基づいて、記憶手段１２２から適切なバルブ１０１Ａ，１０２Ａの開度を読み出し、バルブ１０１Ａ，１０２Ａの開度を調整する。なお、燃料電池１が使用されていない場合でも、間欠制御手段１２１を起動して所定時間毎に燃料供給を行うことによって、燃料室３１内のメタノール水溶液の劣化を防止できる。
その後、中央制御手段１２３は、使用状態検出手段１０９から使用検出信号が検出されると、間欠制御手段１２１の動作を停止し連続的にメタノール濃度を検出してバルブ１０１Ａ，１０２Ａの開度を制御する。

このような第三実施形態によれば、第一実施形態の(１)および(３)の効果と同様の効果が得られる他、次のような効果が得られる。
(６) 使用状態検出手段１０９が設けられているので、燃料電池１の負荷に応じて間欠制御手段１２１の起動、停止を制御できる。したがって、燃料電池１の負荷が高い場合には、メタノール水溶液の供給およびメタノール濃度の調整を連続的に行って燃料電池１の負荷に良好に対応できるとともに、燃料電池１の負荷が低い場合には、間欠制御手段１２１によってメタノール水溶液の供給およびメタノール濃度の調整を間欠的に（所定時間毎に）行うことによって、燃料電池システム１００の省力化を促進できる。
また、使用状態検出手段１０９が、燃料電池１の負荷を検出する負荷検出手段となっているので、燃料電池１での燃料消費量を正確に把握でき、燃料供給をより的確に行える。

なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
使用状態検出手段は、燃料電池の負荷（電流値、電圧値）を監視することによって燃料電池の使用状態を検出するものに限らず、例えば燃料電池の負荷の変動を監視してもよい。この場合には、使用状態検出手段は、燃料電池の負荷の変動が所定値以下となった場合に不使用検出信号を出力し、また燃料電池の負荷の変動が所定値以上となった場合に、使用検出信号を出力するように構成すればよい。
本発明の燃料電池システムは、省力化を促進できるので、例えば携帯電話やノートパソコンなどの携帯機器、車、その他任意の機器に適用できる。

本発明を実施するための最良の構成、方法などは、以上の記載で開示されているが、本発明は、これに限定されるものではない。すなわち、本発明は、主に特定の実施形態に関して特に図示され、かつ、説明されているが、本発明の技術的思想および目的の範囲から逸脱することなく、以上述べた実施形態に対し、形状、材質、数量、その他の詳細な構成において、当業者が様々な変形を加えることができるものである。
したがって、上記に開示した形状、材質などを限定した記載は、本発明の理解を容易にするために例示的に記載したものであり、本発明を限定するものではないから、それらの形状、材質などの限定の一部もしくは全部の限定を外した部材の名称での記載は、本発明に含まれるものである。

本発明の第一実施形態にかかる燃料電池システムを示す概略図。 第一実施形態にかかる燃料電池の側断面図。 第二実施形態にかかる燃料電池システムを示す概略図。 第三実施形態にかかる燃料電池システムを示す概略図。

符号の説明

１…燃料電池、２…高分子固体電解質膜（電解質膜）、３１…燃料室（アノード側反応室）、４１…空気室（カソード側反応室）、１００…燃料電池システム、１０７…メタノールセンサ（燃料濃度検出手段）、１０９…使用状態検出手段、１２０…供給制御手段、１２１…間欠制御手段。

Claims (6)

1. 電解質膜、アノード側反応室、およびカソード側反応室を有するとともに、前記アノード側反応室に供給される燃料と前記カソード側反応室に供給される酸素とを反応させて電気エネルギを得る燃料電池と、
   当該燃料電池に前記燃料を供給する燃料供給手段と、
   前記燃料供給手段の動作を制御する供給制御手段とを備え、
   前記供給制御手段は、所定時間毎に予め設定された制御を行うことで、当該燃料電池で消費される電力を節約する間欠制御手段を有する
   ことを特徴とする燃料電池システム。
2. 請求項１に記載の燃料電池システムにおいて、
   前記間欠制御手段は、所定時間毎に、予め設定された所定量の前記燃料を前記燃料電池に供給する燃料供給動作信号を出力する
   ことを特徴とする燃料電池システム。
3. 請求項１に記載の燃料電池システムにおいて、
   前記燃料電池に供給される燃料濃度を検出する燃料濃度検出手段を備え、
   前記間欠制御手段は、所定時間毎に、前記燃料濃度検出手段による燃料濃度の検出を行うための濃度検出動作信号を出力し、
   前記供給制御手段は、前記濃度検出動作信号に基づいて前記燃料濃度検出手段により燃料濃度を検出し、検出された燃料濃度に基づいて、前記燃料供給手段での燃料供給量を制御する
   ことを特徴とする燃料電池システム。
4. 請求項１から請求項３のいずれかに記載の燃料電池システムにおいて、
   前記燃料電池の使用状態を検出する使用状態検出手段を備え、
   この使用状態検出手段は、前記燃料電池が不使用である場合に不使用検出信号を出力し、前記燃料電池が使用される場合に使用検出信号を出力し、
   前記供給制御手段は、前記使用状態検出手段からの前記使用検出信号および前記不使用検出信号に基づいて前記間欠制御手段を起動、停止する
   ことを特徴とする燃料電池システム。
5. 請求項４に記載の燃料電池システムにおいて、
   前記使用状態検出手段は、前記燃料電池の負荷を検出する負荷検出手段とされる
   ことを特徴とする燃料電池システム。
6. 請求項１から請求項５のいずれかに記載の燃料電池システムを備えたことを特徴とする機器。

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