JP2008293754A

JP2008293754A - 燃料電池システム及び水素補給装置

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Publication number: JP2008293754A
Application number: JP2007137196A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Minamiura; 武史南浦
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2007-05-23
Filing date: 2007-05-23
Publication date: 2008-12-04
Anticipated expiration: 2027-05-23
Also published as: US8236436B2; US20080292914A1; JP5213355B2

Abstract

【課題】携帯機器に用いられる燃料電池システムに異常が検出された場合に外部からの水素補給を抑制する技術の提供にある。
【解決手段】
水素と酸素とを用いて発電する燃料電池と、燃料電池に供給される水素を貯蔵するとともに、外部から水素を補給するための水素補給装置に接続可能な補給口１２６を有する水素貯蔵部１１４と、水素貯蔵部１１４から供給される水素の漏出を検知する検知部と、検知部によって水素の漏出が検知された際、補給口１２６への水素補給装置の接続を抑制する接続抑制部と、を備える燃料電池システム。
【選択図】図５

Description

本発明は、水素と酸素とを用いて発電する燃料電池とその燃料電池に供給される水素を貯蔵する水素貯蔵部とを備える燃料電池システムに関する。より具体的には、当該水素貯蔵部への外部からの水素補給を抑制する技術に関する。

燃料電池は水素と酸素とから電気エネルギを発生させる装置であり、高い発電効率を得ることができる。燃料電池の主な特徴としては、従来の発電方式のように熱エネルギや運動エネルギの過程を経ない直接発電であるので、小規模でも高い発電効率が期待できる。また、窒素化合物等の排出が少なく、騒音や振動も小さいので環境性が良いなどが挙げられる。このように、燃料電池は燃料のもつ化学エネルギを有効に利用でき、環境にやさしい特性を持っているので、２１世紀を担うエネルギ供給システムとして期待される。宇宙用から自動車用、携帯機器用まで、大規模発電から小規模発電まで、種々の用途に使用できる将来有望な新しい発電システムとして注目され、実用化に向けて技術開発が本格化している。

燃料となる水素は常温では気体である。そのため、燃料電池へと供給される水素が燃料電池システム内のいずれかで漏出していたとしてもユーザが気づかないことが多く、水素が無駄となってしまう。さらに、水素が漏出するような異常にユーザが気づかないまま燃料電池システム外部から水素を補給すると、水素補給装置では水素が高圧な状態で貯蔵されていることが多いため水素が大量に漏出し、水素が無駄となる。

従来より、燃料電池システムの異常が検出された際に水素の漏出を抑制する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この技術では異常が検出された際、アクチュエータを用いて水素タンクのバルブを閉じることにより水素の漏出を抑制している。
特開平７−８５８８３号公報

携帯機器の電源として燃料電池が用いられる場合には燃料電池システムが小型であることが要求される。こうした燃料電池システムでアクチュエータが用いられると構造が複雑となり小型化するのが困難である。さらに、アクチュエータの駆動電力が大きいため携帯機器用の燃料電池システムにアクチュエータが用いられるのは望ましくない。

本発明はこうした課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、携帯機器に用いられる燃料電池システムに異常が検出された場合に外部からの水素補給を抑制する技術の提供にある。

本発明のある態様は、燃料電池システムである。当該燃料電池システムは、水素と酸素とを用いて発電する燃料電池と、燃料電池に供給される水素を貯蔵するとともに、外部から水素を補給するための水素補給装置に接続可能な補給口を有する水素貯蔵部と、水素貯蔵部から供給される水素の漏出を検知する検知部と、検知部によって水素の漏出が検知された際、補給口への水素補給装置の接続を抑制する接続抑制部と、を備えることを特徴とする。

本発明の他の態様は、補給用の水素を供給する水素供給源と燃料電池システムに接続される供給口と当該水素供給源と当該供給口との間に設けられている供給抑制手段とを備える水素補給装置に接続される燃料電池システムである。当該燃料電池システムは、水素と酸素とを用いて発電する燃料電池と、燃料電池に供給される水素を貯蔵するとともに、外部から水素を補給するための水素補給装置に接続可能な補給口を有する水素貯蔵部と、水素貯蔵部から供給される水素の漏出を検知する検知部と、接続される水素補給装置と対向する位置に設けられた構造変形部と、を備え、構造変形部は、検知部によって水素の漏出が検知された際、その構造を変形させることを特徴とする。

本発明の他の態様は、水素と酸素を用いて発電する燃料電池とその水素を貯蔵する水素貯蔵部とを備える燃料電池システムを接続可能な水素補給装置である。当該水素補給装置は、水素貯蔵部に補給する水素を供給する水素供給源と、燃料電池システムと接続される供給口と、水素供給源と供給口との間に設けられている供給抑制手段と、を備え、供給抑制手段は、可動部と、供給抑制弁と、を備え、燃料電池システムに接続された際に可動部が燃料電池システムと接触し動かされることで供給抑制弁が閉じられ、水素供給部からの水素供給が抑制されることを特徴とする。

なお、上述した各要素を適宜組み合わせたものも、本件特許出願によって特許による保護を求める発明の範囲に含まれうる。

本発明によれば、携帯機器に用いられる燃料電池システムに異常が検出された場合に外部からの水素補給を抑制しやすくなる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

図１は、燃料電池システムを備える携帯機器１００と、その燃料電池システム内の水素吸蔵合金タンク（以下、単に「ＭＨタンク」という）に水素を補給するための水素補給装置２００とを模式的に示す図である。ユーザが、ＭＨタンクに水素が不足していると判断した場合または携帯機器を携帯しない場合（例えばユーザの就寝中）などに携帯機器１００を水素補給装置２００に接続させることによりＭＨタンクに水素が補給される。

図２は、携帯機器１００内に設けられている燃料電池システム１１０を模式的に示す図である。燃料電池システム１１０は、燃料電池１１２、燃料電池１１２に供給される水素を貯蔵するＭＨタンク１１４、制御部１１６、二次電池１１８、ＭＨタンク１１４内の水素を燃料電池１１２に供給するための配管１２０、配管１２０に設けられた弁１２２及び以上の部材を収納する筐体１２４を備える。

燃料電池１１２は水素と酸素とを用いて発電する燃料電池であり、アクティブ型燃料電池またはパッシブ型燃料電池のいずれであってもよい。ＭＨタンク１１４はその内部に水素吸蔵合金を有する。本実施形態では水素吸蔵合金として希土類系のＭｍ（ミッシュメタル）Ｎｉ_４．３２Ｍｎ_０．１８Ａｌ_０．１Ｆｅ_０．１Ｃｏ_０．３が用いられる。しかし、これに限定されるものではなく、例えばＴｉ−Ｍｎ系、Ｔｉ−Ｆｅ系、Ｔｉ−Ｚｒ系、Ｍｇ−Ｎｉ系、Ｚｒ−Ｍｎ系等の水素吸蔵合金を用いることも可能である。

制御部１１６は、図示されない計測装置を制御しＭＨタンク１１４から供給される水素の漏出を検知するなど、燃料電池システム１１０内の制御全般を担当する。弁１２２は、燃料電池１１２に異常が発生した際にＭＨタンク１１４から供給される水素を遮断するための弁である。弁１２２による水素の遮断は、省電力という観点から考慮すると、燃料電池１１２の異常をユーザに報知しユーザが手動で弁１２２を閉じることにより行われてもよい。二次電池１１８は燃料電池１１２の余剰電力を用いて充電される。二次電池１１８の充電・放電の制御は制御部１１６により行われる。

ＭＨタンク１１４には、燃料電池システム１１０の外部からＭＨタンク１１４に水素を補給するための水素補給装置に接続可能な補給口１２６が設けられている。この補給口１２６の近傍には、図示されない接続抑制部または構造変形部が設けられている。接続抑制部及び構造変形部の詳細については後述する。

（水素漏出の検知）
水素の漏出は、燃料電池１１２内の電解質膜の破損による場合や配管１２０の破損による場合などがある。いずれの場合であっても燃料電池１１２への水素供給が不安定になるため、燃料電池１１２の電圧は正常時の電圧と比較して低下する。この低下を検出することにより制御部１１６は水素の漏出を検知できる。

燃料電池１１２の電圧を測定するために燃料電池１１２を構成するセルには電圧計が設けられている。電圧計はセルごとに設けられていてもよいし、複数のセルの総電圧をまとめて測定するように設けられていてもよい。制御部１１６は、電圧計により測定される電圧と正常時の電圧とを対比することにより水素の漏出を検知する。正常時の電圧としてあらかじめ測定された値が制御部１１６に保持され、その値と燃料電池１１２セルの電圧とが対比されてもよい。

燃料電池１１２の電圧は、正常時であっても常に一定ではなく負荷に応じて変動することがある。そのため、燃料電池１１２の正常時と水素漏出時との開回路電圧（以下、単に「ＯＣＶ」という）を対比することがより望ましい。双方のＯＣＶを比較することにより、より正確に水素の漏出を検知できる。

図３は、水素漏出時のＯＣＶと正常時のＯＣＶの電圧変化の一例を示すグラフである。横軸は測定時間を示す。縦軸は、複数セルの電圧測定結果から算出された単位セルあたりの平均電圧を示す。図３から正常時のＯＣＶはほぼ一定であることがわかる。一方、水素漏出時のＯＣＶは時間の経過と共に徐々に低下し、１００秒あたりから急激に低下していることがわかる。

図３では、水素漏出時のＯＣＶが約４％ほど低下している。そのため制御部１１６は、正常時のＯＣＶと比較して例えば２％低下した場合に水素が漏出していると判定してもよい。また、制御部１１６は、一定の時間におけるＯＣＶの変動値が一定の値よりも大きい場合に水素の漏出を判定してもよい。こうした判定方法により、水素漏出以外の要因による電圧変動と水素漏出による電圧低下とを区別することができる。

なお、電圧計がセルのＯＣＶを測定するためには燃料電池１１２の発電が停止している必要がある。燃料電池システム１１０に接続されている携帯機器が使用中の場合には制御部１１６は、水素漏出を検査するため携帯機器の使用を停止させるようユーザに報知し、使用停止後に検査してもよい。

上述の通り、水素の漏出は燃料電池１１２の電圧低下から検知可能である。しかし、別の方法によって水素漏出を検知してもよく、その詳細を以下に説明する。

本実施形態のＭＨタンク１１４は、内部に水素吸蔵合金を有する。一般的に水素吸蔵合金が水素を吸蔵する反応は発熱反応であり、水素を放出する反応は吸熱反応である。水素が漏出している場合、燃料電池１１２の通常運転時と比べてより多くの水素がＭＨタンク１１４から放出される。そのため正常時と比較して、水素吸蔵合金の温度低下がより顕著となり、水素吸蔵合金が設けられているＭＨタンク１１４の温度低下も正常時に比べてより低下する。

図４は、燃料電池システム１１０内で水素が漏出した場合のＭＨタンク１１４表面温度と周囲温度の変化を示すグラフである。縦軸は温度を示し、横軸は測定時間を示す。周囲温度として、燃料電池システム１１０の発電運転による発熱やＭＨタンク１１４の発熱反応、吸熱反応による影響をほとんど受けない部位の温度が燃料電池システム１１０に設けられた温度計により測定される。水素漏出がなく燃料電池システム１１０が正常に稼働している場合、ＭＨタンク１１４は、燃料電池１１２から発生する熱の影響を受けるため、ＭＨタンク１１４表面温度は図４のように短時間で低下しない。

よって制御部１１６は、周囲温度を測定するための温度計とＭＨタンク１１４の表面温度を測定するための温度計の測定結果を対比することにより水素の漏出を検知できる。例えば、周囲温度に対してＭＨタンク１１４の表面温度が一定の割合を超えて低下した場合に水素が漏出していると判定できる。

（実施形態１）
図５（ａ）は、実施形態１に係る燃料電池システム１１０の接続抑制部の断面を拡大した模式図である。接続抑制部は、ＭＨタンク１１４の補給口１２６の近傍に設けられている。接続抑制部は熱可塑性部１２８、熱発生部１３０、可動部１３２、弾性体１３４、可動部保持部１３６及び支持部１３８を備える。

熱可塑性部１２８は、補給口１２６の側壁に対して平行に設けられている。熱発生部１３０は、発生する熱を熱可塑性部１２８に伝導させるため熱可塑性部１２８に接触した状態で設けられている。熱発生部１３０は、図示されない二次電池１１８と接続されており二次電池１１８の電力を用いて熱を発生する。熱発生部１３０としては例えば抵抗加熱により熱を発生する部材などが挙げられる。熱可塑性部１２８は、熱発生部１３０が使用する電力を考慮すると融点の低い物質が好ましく、例えばポリエチレン、ポリスチレンが挙げられる。

可動部１３２は、弾性体１３４（例えばバネやゴムなど）により熱可塑性部１２８に対して押圧された状態で設けられている。可動部１３２は、補給口１２６の側壁に向けて内側に押圧されている。可動部１３２と弾性体１３４は、円筒形状の可動部保持部１３６によって保持されている。可動部保持部１３６は、ＭＨタンク１１４に固定された支持部１３８により支持されている。

図５（ｂ）は、補給口１２６に水素補給装置２００の供給口２１０が接続されている状態を示す模式図である。水素補給装置２００の供給口２１０は、補給口１２６の側壁と熱可塑性部１２８との間の空間（以下、単に「接続空間」という）に挿入されることによりＭＨタンク１１４と接続され、補給口１２６と連通する。よって補給口１２６が供給口２１０に接続されている場合、接続空間に挿入される供給口２１０の側壁は熱可塑性部１２８と対向する状態となる。

このように水素補給装置２００の供給口２１０がＭＨタンク１１４の補給口１２６に接続され、水素補給装置２００からＭＨタンク１１４へと水素が補給される。

図６（ａ）は、接続抑制部の可動部１３２が移動した後の模式図である。制御部１１６は水素の漏出を検知すると、二次電池１１８から熱発生部１３０へと電力を供給させる。熱発生部１３０からの熱により熱可塑性部１２８は軟化する。軟化した熱可塑性部１２８が可動部１３２からの圧力に屈すると、可動部１３２は熱可塑性部１２８を突き抜ける。突き抜けた可動部１３２は接続空間に突出し、補給口１２６の側壁に接触して止まる。図６（ａ）は、この状態を示している。

図６（ｂ）は、接続抑制部の可動部１３２が移動した後に供給口２１０を接続する際の模式図である。可動部１３２が接続空間へと突出し補給口１２６の側壁に接触している状態で供給口２１０を補給口１２６に接続しようとすると、供給口２１０の側壁の先端と可動部１３２とが衝突する。そのため供給口２１０を補給口１２６へと接続することができず、水素補給装置２００からＭＨタンク１１４へと水素を補給できない。

こうした処理によれば、ユーザは携帯機器１００を水素補給装置２００に接続することができない。水素の漏出にユーザが気づいていなかったとしても、水素補給装置２００からＭＨタンク１１４へと補給される水素が、漏出箇所から大量に漏出してしまうことを回避できる。

こうした機構は単純であるため、小型化が可能であり消費電力を抑えることができる。よって、携帯機器にとって望ましい機構である。また、ＭＨタンク１１４を加工することにより接続抑制機構を設けることも考えられる。しかしＭＨタンク１１４は高圧な水素を貯蔵するためかなりの強度が必要とされ、ＭＨタンク１１４を加工することは困難である。補給口１２６の近傍に別体の接続抑制機構が設けられることにより、燃料電池システム１１０はより容易に接続抑制機構を備えることができる。

（実施形態２）
図７（ａ）は、実施形態２に係る接続抑制部の断面を拡大した模式図である。図７（ｂ）は、図７（ａ）のＡ−Ａ’線上の断面構造を示す断面図である。実施形態２に係る接続抑制部の説明において実施形態１に係る接続抑制部と同様な構成については適宜省略し、実施形態１に係る接続抑制部と異なる構成について説明する。

接続抑制部は熱可塑性部１２８、熱発生部１３０及び板バネ１４０を備える。板バネ１４０には凸部１４２が設けられている。凸部１４２は、補給口１２６を挟み込むように補給口１２６の両側から内側に向けて設けられている。凸部１４２は、板バネ１４０の弾性力により熱可塑性部１２８に対して押圧されている。ここでは、凸部１４２は板バネ１４０と一体であるとして説明しているが、凸部１４２は板バネ１４０と別体であってもよい。

制御部１１６は水素の漏出を検知すると二次電池１１８から熱発生部１３０へと電力を供給させ、熱可塑性部１２８を軟化させる。軟化した熱可塑性部１２８が凸部１４２からの圧力に屈すると、凸部１４２は熱可塑性部１２８を突き抜ける。突き抜けた凸部１４２は接続空間に突出し、補給口１２６の側壁に接触して止まる。

凸部１４２が接続空間へと突出し補給口１２６の側壁に接触している状態で水素補給装置２００の供給口２１０を補給口１２６に接続しようとすると供給口２１０の側壁の先端と凸部１４２とが衝突する。そのため供給口２１０を補給口１２６へと接続することができず、水素補給装置２００からＭＨタンク１１４へと水素を補給することもできない。つまり実施形態２の構造によっても実施形態１と同様の効果を享受できる。

（実施形態３）
ここまでは水素補給装置２００の接続を抑制する機構を燃料電池システム１１０に設けることにより、水素補給を強制的に抑制する内容について説明した。次に、接続を抑制することなく水素補給装置２００内の水素供給源の弁を閉じることにより水素補給を強制的に抑制する機構について説明する。

図８（ａ）は、実施形態３に係る構造変形部の断面を拡大した模式図である。構造変形部は、実施形態１、２に係る接続抑制部と同様に補給口１２６の近傍に設けられている。実施形態３に係る構造変形部の説明において実施形態１に係る接続抑制部と同様な構成については適宜省略し、実施形態１に係る構造変形部と異なる構成について説明する。

構造変形部は熱可塑性部１４４、熱発生部１４６、可動部１４８、弾性体１５０、可動部保持部１５２及び支持部１５４を備える。熱可塑性部１４４は、補給口１２６の側壁方向に対して垂直に設けられている。熱発生部１４６は、発生する熱を熱可塑性部１４４に伝導させるため熱可塑性部１４４に接触して設けられている。

可動部１４８は、弾性体１５０により熱可塑性部１４４に対して補給口１２６の側壁方向に押圧された状態で設けられている。可動部１４８は、補給口１２６の側壁方向の下側に向けて押圧されている。可動部１４８と弾性体１５０は、円筒形状の可動部保持部１５２によって保持されている。可動部保持部１５２は、ＭＨタンク１１４に固定された支持部１５４により支持されている。筐体１２４には円筒状の凸部１５６と開口部１５８とが設けられている。

図８（ｂ）は、補給口１２６に水素補給装置２００の供給口２１０が接続されている状態を示す模式図である。水素補給装置２００の供給口２１０は、補給口１２６の側壁と当該側壁と対向する筐体１２４の部分との間の空間（以下、単に「接続空間」という）に挿入されることによりＭＨタンク１１４と接続され、補給口１２６と連通する。よって補給口１２６が供給口２１０に接続されている場合、接続空間に挿入される供給口２１０の側壁は筐体１２４を隔てて構造変形部と対向している。

実施形態３で用いられる水素補給装置２００は弁連動可動部２１２を備える。水素補給装置２００をＭＨタンク１１４に接続する際、弁連動可動部２１２は開口部１５８を通過し筐体１２４の内部へと進入する。つまり開口部１５８は、水素補給装置２００がＭＨタンク１１４に接続された際に弁連動可動部２１２が開口部１５８を通過するように筐体１２４に設けられている。

図９（ａ）は、構造変形部の可動部１４８が移動した後の模式図である。制御部１１６は水素の漏出を検知すると、二次電池１１８から熱発生部１４６へと電力を供給させ、熱可塑性部１４４は軟化する。軟化した熱可塑性部１４４が可動部１４８からの圧力に屈すると、可動部１４８は熱可塑性部１４４を突き抜け、円筒状の凸部１５６の内部へと進入する。

開口部１５８の開口の大きさは円筒状凸部１５６の内部断面積より小さく、さらに可動部１４８の断面積よりも小さいため、可動部１４８は凸部１５６の内部へと進入した後に筐体１２４と接触して止まる。図９（ａ）は、この状態を示している。円筒状の凸部１５６は、熱可塑性部１４４を突き抜け可動部１４８が凸部１５６の内部に進入できるよう筐体１２４に設けられている。

図９（ｂ）は、構造変形部の可動部１４８が移動した後に水素補給装置２００の供給口２１０を接続する際の模式図である。実施形態１、２とは異なり接続空間に障害物がないため供給口２１０を補給口１２６に接続できる。しかし、可動部１４８が凸部１５６の内部へと進入し筐体１２４に接触している状態で、弁連動可動部２１２を開口部１５８に挿入しようとすると弁連動可動部２１２の先端が可動部１４８の先端と衝突する。そのため、弁連動可動部２１２は下方へと押し下げられる。

図１０は、実施形態３に係る燃料電池システム１１０に対応する水素補給装置２００の模式図である。水素補給装置２００は供給口２１０、水素供給源２２２及び供給抑制手段を備える。水素供給源２２２は、供給口２１０を通してＭＨタンク１１４に補給する水素を供給する。水素供給源２２２は水素を貯蔵する部材であってもよいし、都市ガスのように更に外部から水素を供給するものであってもよい。供給口２１０は上述の通り、燃料電池システム１１０の補給口１２６と接続される。

供給抑制手段は供給口２１０と水素供給源２２２との間に設けられている。供給抑制手段は、弁連動可動部２１２の動きに応じて水素供給源２２２から供給される水素を遮断する。供給抑制手段は弁連動可動部２１２、弁２１４、弁２１５、気体保持部２１６、圧力対応可動部２１８、弁２２０及び、これらの部材を繋ぐ配管を備える。

弁２１４は、弁連動可動部２１２の動きと連動して弁の開閉を行う。弁連動可動部２１２が可動部１４８と接触していない場合には弁２１４が閉じられ、弁連動可動部２１２が可動部１４８により押し下げられた場合には弁２１４が開かれるよう調整されている。気体保持部２１６は、弁２１５を通して配管２２６及び配管２２８に気体を放出する。

気体保持部２１６としては例えば小型のガスボンベなどが挙げられ、内部の気体は外部の圧力（以下、単に「外圧」という）に比べて高圧な状態で保持される。よって、配管２２６及び配管２２８の内部には外圧よりも高圧な気体が含まれる。なお、外圧は弁２１４の近傍の気圧のことをいう。

圧力対応可動部２１８は、配管２２８内部の気体により加えられる圧力に応じて弁２２０の開閉を行う。加えられる圧力が外圧よりも高い場合には弁２２０が開かれ、加えられる圧力が外圧と等しい場合には弁２２０が閉じられるよう調整されている。図１０では弁連動可動部２１２と弁２１４、圧力対応可動部２１８と弁２２０は別体として記載しているが、一体の構造であってもよい。

配管２２４は気体保持部２１６と弁２１５とを繋いでいる。配管２２６は弁２１５と弁２１４とを繋いでいる。配管２２８は弁２１４と圧力対応可動部２１８とを繋いでいる。配管２３０は水素供給源２２２と弁２２０とを繋いでいる。配管２３２は弁２２０供給口２１０とを繋いでいる。

図９（ｂ）で説明したように燃料電池システム１１０内で水素が漏出すると可動部１４８が凸部１５６の内部に進入する。その後、携帯機器１００が水素補給装置２００に接続されると、水素補給装置２００の弁連動可動部２１２が押し下げられ弁２１４が開かれる。弁２１４が開かれると、配管２２６及び配管２２８の内部の気体が外部へと放出され、配管２２６及び配管２２８内の圧力は外圧と等しくなる。

配管２２６及び配管２２８内の圧力低下により圧力対応可動部２１８が動かされる。その結果、弁２２０が閉じられ、水素供給源２２２から供給される水素が弁２２０により遮断される。

再度、水素供給源２２２から燃料電池システム１１０のＭＨタンク１１４へと水素を補給できるようにするためには以下の手順が用いられる。

まず、携帯機器１００を水素補給装置２００から外し、弁連動可動部２１２の位置を戻すことにより弁２１４が閉じられる。次に弁２１５を開き、配管２２６及び配管２２８の内部に高圧な気体を気体保持部２１６から供給する。供給後、弁２１５を閉じる。配管２２６及び配管２２８の内部圧力が外部よりも高圧になることで圧力対応可動部２１８が動かされ、弁２２０が開かれる。こうして再度、水素補給が可能となる。

以上の処理によれば、燃料電池システム１１０内で水素が漏出するような異常が発生しているにも関わらずユーザが気づいていない場合であっても、燃料電池システム１１０に補給する水素が強制的に遮断される。よって、携帯機器１００を水素補給装置２００に接続する際に大量の水素が漏出してしまうことを回避できる。

こうした機構は単純であるため、小型化が可能であり消費電力を抑えることができる。よって、携帯機器にとって望ましい機構である。また、ＭＨタンク１１４を加工することにより構造変形機構を設けることも考えられる。しかしＭＨタンク１１４は高圧な水素を貯蔵するためかなりの強度が必要とされ、ＭＨタンク１１４を加工することは困難である。補給口１２６の近傍に別体の構造変形機構が設けられることにより、より容易に補給水素の遮断を行うことが可能となる。

実施形態１、２では燃料電池システム１１０への水素補給装置２００の接続を抑制する機構を設けているが、実施形態３では燃料電池システム１１０と水素補給装置２００の双方に設けられてる機構が連動することにより補給水素を遮断している。そのため、水素補給装置２００が携帯機器１００に対応している必要があり、ユーザが水素補給装置２００の類似品を使用することで機器の故障や不慮の事故に巻き込まれることを防止できる。

本発明は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、当業者の知識に基づいて各種の設計変更等の変形を加えたり、実施の形態を組み合わせたりすることも可能であり、そのような変形が加えられた実施の形態も本発明の範囲に含まれうるものである。

上述の実施形態では、熱発生部は熱可塑性部に接触した状態で可動部の周囲に設けられているが、可動部が熱可塑性部をより突き抜けやすいよう熱可塑性部と接触する可動部の先端に熱発生部が設けられてもよい。

また、上述の実施形態では図１で示したように水素補給装置と携帯機器とを接続することにより水素を補給しているが、携帯機器に着脱可能な燃料電池システムのみを携帯機器から取り外し水素補給装置に接続する態様であってもよい。

さらに上述の実施形態では、熱発生部へと供給される電力は二次電池から供給されているが、二次電池の代わりに一次電池が用いられてもよい。

燃料電池システムを備える携帯機器と、その燃料電池システム内の水素吸蔵合金タンクに水素を補給するための水素補給装置とを模式的に示す図である。携帯機器内に設けられている燃料電池システムを模式的に示す図である。水素漏出時のＯＣＶと正常時のＯＣＶの電圧変化の一例を示すグラフである。燃料電池システム内で水素が漏出した場合のＭＨタンク表面温度と周囲温度の変化を示すグラフである。図５（ａ）は、実施形態１に係る燃料電池システムの接続抑制部の断面を拡大した模式図である。図５（ｂ）は、補給口に水素補給装置の供給口が接続されている状態を示す模式図である。図６（ａ）は、接続抑制部の可動部が移動した後の模式図である。図６（ｂ）は、接続抑制部の可動部が移動した後に供給口を接続する際の模式図である。図７（ａ）は、実施形態２に係る接続抑制部の断面を拡大した模式図である。図７（ｂ）は、図７（ａ）のＡ−Ａ’線上の断面構造を示す断面図である。図８（ａ）は、実施形態３に係る構造変形部の断面を拡大した模式図である。図８（ｂ）は、補給口に水素補給装置の供給口が接続されている状態を示す模式図である。図９（ａ）は、構造変形部の可動部が移動した後の模式図である。図９（ｂ）は、構造変形部の可動部が移動した後に水素補給装置の供給口を接続する際の模式図である。実施形態３に係る燃料電池システムに対応する水素補給装置の模式図である。

符号の説明

１００携帯機器、１１０燃料電池システム、１１２燃料電池、１１４ＭＨタンク、１１６制御部、１１８二次電池、１２０配管、１２２弁、１２４筐体、１２６補給口、１２８熱可塑性部、１３０熱発生部、１３２可動部、１３４弾性体、１３６可動部保持部、１３８支持部、１４０板バネ、１４２凸部、１４４熱可塑性部、１４６熱発生部、１４８可動部、１５０弾性体、１５２可動部保持部、１５４支持部、１５６凸部、１５８開口部、２００水素補給装置、２１０供給口、２１２弁連動可動部、２１４弁、２１５弁、２１６気体保持部、２１８圧力対応可動部、２２０弁、２２２水素供給源。

Claims

水素と酸素とを用いて発電する燃料電池と、
前記燃料電池に供給される水素を貯蔵するとともに、外部から水素を補給するための水素補給装置に接続可能な補給口を有する水素貯蔵部と、
前記水素貯蔵部から供給される水素の漏出を検知する検知部と、
前記検知部によって水素の漏出が検知された際、前記補給口への前記水素補給装置の接続を抑制する接続抑制部と、
を備えることを特徴とする燃料電池システム。
前記燃料電池システムは、一次電池または二次電池を更に備え、
前記接続抑制部は、
熱可塑性部と、
前記熱可塑性部に伝導させるための熱を発生する熱発生部と、
弾性体によって前記熱可塑性部に対して押圧された可動部と、
を備え、
水素の漏出が検知された際に前記一次電池または二次電池から前記熱発生部へと電力を供給させることにより前記熱可塑性部を軟化させ、前記可動部を動作させることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
補給用の水素を供給する水素供給源と燃料電池システムに接続される供給口と当該水素供給源と当該供給口との間に設けられている供給抑制手段とを備える水素補給装置に接続される燃料電池システムであって、
水素と酸素とを用いて発電する燃料電池と、
前記燃料電池に供給される水素を貯蔵するとともに、外部から水素を補給するための前記水素補給装置に接続可能な補給口を有する水素貯蔵部と、
前記水素貯蔵部から供給される水素の漏出を検知する検知部と、
接続される前記水素補給装置と対向する位置に設けられた構造変形部と、
を備え、
前記構造変形部は、前記検知部によって水素の漏出が検知された際、その構造を変形させることを特徴とする燃料電池システム。
前記燃料電池システムは、一次電池または二次電池を更に備え、
前記構造変形部は、
熱可塑性部と、
前記熱可塑性部に伝導させるための熱を発生する熱発生部と、
弾性体によって前記熱可塑性部に対して押圧された可動部と、
を備え、
水素の漏出が検知された際に前記一次電池または二次電池から前記熱発生部へと電力を供給させることにより前記熱可塑性部を軟化させ、前記可動部を動作させることを特徴とする請求項３に記載の燃料電池システム。
前記検知部は、前記燃料電池を構成するセルの電圧を測定する電圧計を備え、前記水素貯蔵部から供給される水素の漏出を、測定される電圧値と所定の電圧値とを対比することにより検知することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
前記水素貯蔵部は、水素吸蔵合金を含み、
前記検知部は、前記水素貯蔵部の温度を測定する第１の温度計と、周囲温度を測定する第２の温度計とを備え、前記水素貯蔵部から供給される水素の漏出を、測定される温度値を対比することにより検知することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
前記検知部は、所定の時機に前記燃料電池の発電を停止させ、前記電圧計により測定される開回路電圧値と所定の電圧値とを対比することにより水素の漏出を検知することを特徴とする請求項５に記載の燃料電池システム。
水素と酸素を用いて発電する燃料電池とその水素を貯蔵する水素貯蔵部とを備える燃料電池システムを接続可能な水素補給装置であって、
前記水素貯蔵部に補給する水素を供給する水素供給源と、
前記燃料電池システムと接続される供給口と、
前記水素供給源と前記供給口との間に設けられている供給抑制手段と、
を備え、
前記供給抑制手段は、
可動部と、
供給抑制弁と、
を備え、
前記燃料電池システムに接続された際に前記可動部が前記燃料電池システムと接触し動かされることで前記供給抑制弁が閉じられ、前記水素供給源からの水素供給が抑制されることを特徴とする水素補給装置。
前記供給抑制手段は、
前記可動部の動きと連動して弁の開閉を行う補助弁と、
加えられる圧力に応じて前記供給抑制弁の開閉を行う圧力対応可動部と、
前記補助弁と前記圧力対応可動部とを繋ぐとともに、外部の圧力よりも高圧な気体を内部に含む配管と、
を更に備え、
前記燃料電池システムに接続された際に前記可動部が前記燃料電池システムと接触し動かされることで前記補助弁から前記配管内部の気体が外部に放出され、前記配管内部の圧力低下によって前記圧力対応可動部が動かされ、前記供給抑制弁が閉じられることで前記水素供給源からの水素供給が抑制されることを特徴とする請求項８に記載の水素補給装置。