JP2008300227A - 燃料電池装置およびこれを備えた電子機器システム - Google Patents

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Abstract

【課題】燃料電池の運転動作に起因して生じるガスを正確に判断し、より安定した運転動作の実現でき、信頼性および安全性の向上した燃料電池装置を提供することにある。
【解決手段】燃料電池装置５０は、アノード６７およびカソード６６を有し、化学反応により発電する起電部と、燃料タンク５４と、燃料タンクから供給された燃料を起電部のアノード側を通して流す燃料流路６２と、吸気口および排気口を有し、吸気口から吸気された空気をカソード側を通して循環させ、前記起電部で生じた排出気体を排出口から排気する気体流路６４と、吸気口から吸気されるガスを検知する第１センサ９０と、排気口から排気されるガスを検知する第２センサ９２と、第１センサにより検出されたガスと第２センサにより検出されたガスとを比較し、発電の際に電池内部で発生した物質量を算出し、その算出結果に応じて発電動作を制御する制御部５６と、を備えている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、電子機器およびこの電子機器に電流を供給する燃料電池装置を備えた電子機器システムに関する。
現在、携帯可能なノート型のパーソナルコンピュータ（以下、ノートＰＣと称する）、モバイル機器等の電子機器の電源としては、主に、リチウムイオンバッテリなどの二次電池が用いられている。近年、これら電子機器の高機能化に伴う消費電力の増加や更なる長時間使用の要請から、高出力で充電の必要のない小型燃料電池が新たな電源として期待されている。燃料電池には種々の形態があるが、特に、燃料としてメタノール溶液を使用するダイレクトメタノール方式の燃料電池（以下、ＤＭＦＣと称する）は、水素を燃料とする燃料電池に比べて燃料の取扱いが容易で、システムが簡易であることから、電子機器の電源として注目されている。
通常、ＤＭＦＣは、メタノールが収容された燃料タンク、メタノールを起電部に圧送する送液ポンプ、および起電部に空気を供給する送気ポンプ等を備えている。起電部はそれぞれアノードおよびカソードを有した複数の単セルを積層したセルスタックを備え、アノード側にメタノールを、カソード側に空気を供給することにより、化学反応によって発電を行う。発電に伴う反応生成物として、起電部のアノード側には未反応のメタノールおよび炭酸ガスが発生し、カソード側には水が発生する。反応生成物である水は蒸気となって排気される。
上記構成の燃料電池は、排気ガスがクリーンな電池として開発されているが、システム異常が生じた場合には、未反応のメタノールや過度の二酸化炭素、あるいは、中間生成物の蟻酸やホルムアルデヒド等が排気される可能性も考えられる。非常に狭い空間で長期間異常な運転が連続した場合、人体への影響が心配される。
一般に、燃料電池は、その発電電力、セルスタックの温度を計測しながら、最適な燃料供給、温度制御を行い、上述したような排気ガスが規定値以上、排出されないように運転される。また、排気側に還元性ガスを検知するガスセンサを設け、有害な排気ガスを検知した場合に運転を停止する燃料電池が提案されている（例えば、特許文献１）。
特開２００６−３３１９０７号公報
上記のように構成された燃料電池によれば、排気ガスをセンサにより検出することにより、燃料電池の運転の信頼性を向上することが可能となる。しかしながら、燃料電池の使用環境によっては、燃料電池に取り込む外気に種々のガス、例えば、高濃度の二酸化炭素、芳香剤から発生した揮発性ガス、タバコの煙等が含まれている場合も考えられる。このような場合、燃料電池の排気ガスに含まれているガスが、燃料電池の運転動作によって生じたガスであるか、外気に含まれていたガスであるか判別することが難しい。そのため、排気ガスの検知だけでは、より適正な運転制御を行うことが難しい。
この発明は以上の点に鑑みなされたもので、その目的は、燃料電池の運転動作に起因して生じるガスを正確に判断し、より安定した運転動作の実現でき、信頼性および安全性の向上した燃料電池装置および電子機器システムを提供することにある。
上記課題を達成するため、この発明の態様に係る燃料電池装置は、アノードおよびカソードを有し、化学反応により発電する起電部と、燃料を収容した燃料タンクと、前記燃料タンクから供給された燃料を前記起電部のアノード側を通して流す燃料流路と、吸気口および排気口を有し、前記吸気口から吸気された空気を前記カソード側を通して循環させ、前記起電部で生じた排出気体を前記排出口から排気する気体流路と、前記吸気口から吸気されるガスを検知する第１センサと、前記排気口から排気されるガスを検知する第２センサと、前記第１センサにより検出されたガスと第２センサにより検出されたガスとを比較し、発電の際に電池内部で発生した物質量を算出し、その算出結果に応じて発電動作を制御する制御部と、を備えている。
この発明の他の態様に係る電子機器システムは、筐体と、前記筐体に設けられた表示部と、を有した電子機器と、前記筐体内に配設された燃料電池装置と、を備え、
前記燃料電池装置は、アノードおよびカソードを有し、化学反応により発電する起電部と、燃料を収容した燃料タンクと、前記燃料タンクから供給された燃料を前記起電部のアノード側を通して流す燃料流路と、吸気口および排気口を有し、前記吸気口から吸気された空気を前記カソード側を通して循環させ、前記起電部で生じた排出気体を前記排出口から排気する気体流路と、前記吸気口から吸気されるガスを検知する第１センサと、前記排気口から排気されるガスを検知する第２センサと、前記第１センサにより検出されたガスと第２センサにより検出されたガスとを比較し、発電の際に電池内部で発生した物質量を算出し、その算出結果に応じて発電動作を制御する制御部と、を具備している。
上記構成によれば、燃料電池の運転動作に起因して生じるガスを正確に判断し、より安定した運転動作を実現でき、信頼性および安全性の向上した燃料電池装置および電子機器システムが得られる。
以下、図面を参照しながら、この発明の実施形態について詳細に説明する。
図１は、この発明の第１の実施形態に係る電子機器システムとして、燃料電池装置を備えたポータブルコンピュータを示し、図２は、ポータブルコンピュータの内部構造を概略的に示している。
図１に示すように、ポータブルコンピュータ１０は、機器本体１２と、この機器本体１２に支持されたディスプレイユニット１３とを備えている。機器本体１２は、例えば合成樹脂で形成された偏平な矩形状の筐体１４を備えている。筐体１４の上面には、パームレスト部１６が形成され、このパームレスト部のほぼ中央にはタッチパッド１５およびクリックボタン１７が設けられている。パームレスト部１６の後方にはキーボード１８が設けられている。筐体１４の上面後端部左右には、それぞれスピーカ１１が露出して設けられている。筐体１４の上面後端部には、ポータブルコンピュータ１０および後述する燃料電池装置の動作状態を示す複数のＬＥＤ２３が設けられている。
表示部としてのディスプレイユニット１３は、偏平な矩形箱状のハウジング１９と、ハウジング内に収納された液晶表示パネル２０とを備えている。液晶表示パネル２０の表示面２０ａは、ハウジング１９に形成された表示窓２１を介して外部に露出している。ハウジング１９は、筐体１４の後端部に設けられた一対のヒンジ部２２により、筐体１４の後端部に回動可能に支持されている。これにより、ディスプレイユニット１３は、キーボード１８を上方から覆うように倒される閉じ位置と、キーボードの後方において起立する開き位置とに亘って回動可能となっている。
図１および図２に示すように、筐体１４は、その内部に、電子機器領域２４ａおよび燃料電池領域２４ｂを有し、これらの領域は、筐体内に設けられた仕切り壁２６により仕切られている。電子機器領域２４ａおよび燃料電池領域２４ｂは、例えば、ほぼ同一の寸法に形成され、仕切り壁２６を中心として左右に形成されている。
電子機器領域２４ａには、電子機器としてのポータブルコンピュータ１０を構成する種々の要素が配設されている。例えば、電子機器領域２４ａには、マザーボードを構成するプリント回路基板２８が設けられている。このプリント回路基板２８上には、ＭＰＵ３０ａを含む複数の半導体素子３０、モデム基板、モデムコネクタ３１、ＵＳＢ基板、その他、種々の電子部品が実装されている。
電子機器領域２４ａには、記憶装置として、例えば、ハードディスクドライブ３２が配設されているとともに、発熱部材としてのＭＰＵ３０ａを冷却する放熱機構３４が設けられている。放熱機構３４は、放熱板（ヒートブロック）３６、ヒートパイプ３８、放熱フィン４０、および冷却ファン４２を備えている。
放熱板３６は、熱伝導率の高い金属、例えばアルミニウム等によってほぼ矩形状に形成されている。放熱板３６は、ＭＰＵ３０ａの平面積よりも充分に大きく形成されている。放熱板３６は、図示しない伝熱シートを介してＭＰＵ３０ａに重ねて設けられ、ＭＰＵに熱的に接続されている。放熱板３６は、金属板ばね４４によりプリント回路基板２８に固定され、ＭＰＵ３０ａに弾性的に押し付けられている。
放熱板３６は、ヒートパイプ３８を通して放熱フィン４０に熱的に接続されている。放熱フィン４０は、筐体１４の側壁に隣接対向して設けられている。放熱フィン４０は、筐体１４の側壁に形成された開口に設けられ、冷却ファン４２と対向している。
ポータブルコンピュータ１０の動作にＭＰＵ３０ａが発熱すると、その熱は放熱板３６に受熱される。これにより、ＭＰＵ３０ａが冷却される。放熱板３６の熱は、ヒートパイプ３８を通して放熱フィン４０に伝熱される。また、冷却ファン４２が作動され、この冷却ファンの排気口から放熱フィン４０に向けて冷却風が吹き付けられる。これにより、放熱フィン４０に伝わった熱は、放熱フィンから放熱され、開口を筐体１４外部に放熱される。
図２に示すように、燃料電池領域２４ｂ内には、燃料電池装置５０が配設されている。燃料電池装置５０は、メタノールを液体燃料としたＤＭＦＣとして構成されている。燃料電池装置５０は、起電部を構成したセルスタック５２、燃料タンク５４、およびセルスタックに燃料および空気を供給する循環系６０、燃料電池装置全体の動作を制御する電池制御部５６を備えている。電池制御部５６は、回路基板５６ａおよびマイコン（ＣＰＵ）５６ｂを有し、回路基板５６ａはインターフェース５８を介してコンピュータ側のプリント回路基板２８に接続されている。インターフェース５８には、燃料電池装置５０側からコンピュータ１０側に電力を供給する給電ライン、コンピュータ側と燃料電池装置のマイコンとの間で信号を送受信する通信ラインが含まれている。
燃料タンク５４は密閉構造を有し、その内部には液体燃料として高濃度のメタノールが収容されている。燃料タンク５４は、燃料電池装置５０に対して脱着自在な燃料カートリッジとして形成してもよい。
循環系６０は、燃料タンク５４の燃料供給口から供給された燃料をセルスタック５２を通して循環させるアノード流路（燃料流路）６２、およびセルスタック５２を通して空気を含む気体を循環させるカソード流路（気体流路）６４、アノード流路内およびカソード流路に設けられた複数の補機を有している。アノード流路６２およびカソード流路６４は、それぞれ配管等によって形成されている。
図３はセルスタック５２の積層構造を示し、図４は各セルの発電反応を模式的に示している。図３および図４に示すように、セルスタック５２は、複数、例えば、４つの単セル１４０と、５枚の矩形板状のセパレータ１４２とを交互に積層して構成された積層体、および積層体を支持した枠体１４５を有している。各単セル１４０は、それぞれ触媒層とカーボンペーパとで構成されたほぼ矩形板状のカソード（空気極）６６およびアノード（燃料極）６７、これらカソード、アノード間に挟持されたほぼ矩形状の高分子電解質膜１４４とを一体化した膜・電極接合体（ＭＥＡ）を備えている。高分子電解質膜１４４は、アノード６７およびカソード６６よりも大きな面積に形成されている。
３つのセパレータ１４２は、隣合う２つの単セル１４０間に積層され、他の２つのセパレータは、積層方向両端にそれぞれ積層されている。セパレータ１４２および枠体１４５には、各単セル１４０のアノード６７に燃料を供給する燃料流路１４６、および各単セルのカソード６６に空気を供給する空気流路１４７が形成されている。
図４に示すように、供給された燃料および空気は、アノード６７とカソード６６との間に設けられた電解質膜１４４で化学反応し、これにより、アノードとカソードとの間に電力が発生する。セルスタック５２で発生した電力は、電池制御部５６を介してポータブルコンピュータ１０に供給される。
図２に示すように、セルスタック５２と対向して冷却ファン８８が設けられている。冷却ファン８８は、回転することにより冷却風をセルスタック５２に吹き付け、このセルスタックを冷却する。セルスタック５２は、起電動作に伴って発熱し、約５０〜７０℃の発熱体となる。冷却ファン８８の回転数を制御して冷却風を調整することにより、セルスタック５２の温度を適正な動作温度に制御することができる。なお、セルスタック５２からの放熱を上げる目的で、セルスタックに複数の放熱フィンを設けても良い。
アノード流路６２に設けられた補機は、燃料タンク５４の燃料供給口に配管接続された開閉弁５９、燃料ポンプ７０、燃料ポンプの出力部に配管を介して接続された混合タンク７１を備えている。また、補機は、燃料タンク５４の一部を構成する混合タンク７１の出力部に液体フィルタ７２を介して接続された送液ポンプ７３を備えている。送液ポンプ７３の出力部はアノード流路６２を介してセルスタック５２の燃料流路１４６に接続されている。
セルスタック５２のアノード６７の出力部はアノード流路６２を通して混合タンク７１の入力部に接続されている。セルスタック５２の出力部と混合タンク７１との間でアノード流路６２には気液分離器７４が設けられている。セルスタック５２のアノード６７から排出される排出流体、つまり化学反応に用いられなかった未反応メタノール水溶液および生成された二酸化炭素（ＣＯ２）を含む気液２相流は、気液分離器７４に送られ、ここで、二酸化炭素が分離される。分離されたメタノール水溶液はアノード流路６２を通して混合タンク７１に戻され、再度、アノード６７へ供給される。気液分離器７４により分離された二酸化炭素は、カソード流路６４を通して後述するガス浄化フィルタ７６へ送られる。
一方、カソード流路６４の吸気口６４ａおよび排気口６４ｂは、それぞれ筐体１４の側壁を通して大気に連通している。カソード流路６４に設けられる補機は、セルスタック５２の上流側でカソード流路６４の吸気口６４ａ近傍に設けられたエアフィルタ７８、第１ガスセンサ９０、セルスタック５２と第１ガスセンサとの間でカソード流路に接続された送気ポンプ８０、開閉弁８１、セルスタック５２の下流側でセルスタックと排気口６４ｂとの間に設けられた第２ガスセンサ９２、排気フィルタ８２、および開閉弁８３を含んでいる。また、カソード流路６４において、開閉弁８１とセルスタック５２との間には、温度センサ８４およびガス浄化フィルタ７６が設けられている。
吸気口６４ａに設けられたエアフィルタ７８は、カソード流路６４に吸い込まれた空気中のゴミ、および二酸化炭素、蟻酸、燃料ガス、蟻酸メチル、ホルムアルデヒド等の不純物、有害物質等を捕獲し除去する。排気フィルタ８２は、カソード流路６４から外部へ排気される気体中の副生成物を無害化するとともに、排気中の含まれている燃料ガス等を捕獲する。
吸気口６４ａ側に設けられた第１ガスセンサ９０は、例えば、吸気中のＣＯ２の濃度を検出するＣＯ２濃度センサ９０ａ、メタノール濃度を検出するメタノール濃度センサ９０ｂ、ホルムアルデヒド濃度を検出するホルムアルデヒド濃度センサ９０ｃ、蟻酸の濃度を検出する蟻酸濃度センサ９０ｄを含んでいる。
排気口６４ｂに設けられた第２ガスセンサ９２は、少なくとも１種類以上、第１ガスセンサと同一のセンサを含んでいる。ここでは、第２ガスセンサ９２は、排気中のＣＯ２の濃度を検出するＣＯ２濃度センサ９２ａ、メタノール濃度を検出するメタノール濃度センサ９２ｂ、ホルムアルデヒド濃度を検出するホルムアルデヒド濃度センサ９２ｃ、蟻酸の濃度を検出する蟻酸濃度センサ９２ｄを含んでいる。
第１ガスセンサ９０および第２ガスセンサ９２は、それぞれ検出したガス濃度を電池制御部５６に出力する。気液分離器７４は、セルスタック５２の流入側と開閉弁８３との間でカソード流路６４に接続されている。また、気液分離器７４とセルスタック５２の流入側との間でカソード流路６４には、温度センサ８４が設けられている。
上記のように構成された燃料電池装置５０を電源としてポータブルコンピュータ１０を動作させる場合、電池制御部５６の制御の下、燃料ポンプ７０、送液ポンプ７３および送気ポンプ８０を作動させるとともに、開閉弁５９、８１、８３を開放する。燃料ポンプ７０により、燃料タンク５４から混合タンク７１へメタノールが供給され、混合タンク内で水と混合され所望濃度のメタノール水溶液が形成される。また、送液ポンプ７３により、混合タンク内のメタノール水溶液がアノード流路６２を通してセルスタック５２のアノード６７に供給される。
一方、送気ポンプ８０により、カソード流路６４の吸気口６４ａからカソード流路内に外気、つまり、空気が吸い込まれる。この空気はエアフィルタ７８を通り、ここで、空気中のゴミ、不純物が除去される。エアフィルタ７８を通過した後、空気は、第１ガスセンサ９０を通り、ここで、空気中に含まれるＣＯ２濃度、メタノール濃度、ホルムアルデヒド濃度、蟻酸濃度がそれぞれ検出される。空気は、カソード流路６４を通り気液分離器７４へ送られ、更に、気液分離器で分離されたセルスタック５２からの排出ガスとともにセルスタック５２のカソード６６へ供給される。
セルスタック５２に供給されたメタノールおよび空気は、アノード６７とカソード６６との間に設けられた電解質膜１４４で電気化学反応し、これにより、アノード６７とカソード６６との間に電力が発生する。セルスタック５２で発生した電力は、電池制御部５６を介してコンピュータ本体へ供給される。
電気化学反応に伴い、セルスタック５２には反応生成物として、アノード６７側に二酸化炭素、カソード６６側に水が生成される。アノード６７側に生じた二酸化炭素および化学反応に供されなかった未反応メタノール水溶液はアノード流路６２を通して気液分離器７４に送られ、ここで、二酸化炭素とメタノール水溶液とに分離される。分離されたメタノール水溶液は、気液分離器７４からアノード流路６２を通して混合タンク７１へ回収され、再度、発電に用いられる。
分離された二酸化炭素は、気液分離器７４からカソード流路６４へ送られ、更に、空気とともにガス浄化フィルタ７６へ送られる。ガス浄化フィルタ７６により、空気中の不純物、および二酸化炭素を含む有害物が除去された後、空気および二酸化炭素はセルスタック５２に供給され、発電に用いられる。空気中の不純物がセルスタック５２へ送られることを防止し、これらの不純物による発電効率の低下を防止することができる。
セルスタック５２のカソード６６側に生じた水は、その大部分が水蒸気となり空気とともにカソード流路６４に排出される。排出された空気および水蒸気を含む気体は、第２ガスセンサ９２により、ＣＯ２濃度、メタノール濃度、ホルムアルデヒド濃度、蟻酸濃度がそれぞれ検出される。その後、排出気体は、排気フィルタ８２に送られ、ここで、ゴミ、不純物が除去された後、カソード流路６４の排気口６４ｂから外部に排気される。
上述した発電動作の間、電池制御部５６は、第１ガスセンサ９０により検出された吸気側のガス状態、および第２ガスセンサ９２により検出された排気側のガス状態をモニタし、燃料電池内部で発電の際に発生した物質量を算出し、その算出結果に応じて、燃料電池装置を最適な動作状態に制御する。すなわち、電池制御部５６は、装置内部での発生ガスが発電動作に悪影響する場合や、使用者の健康に影響する場合に、算出結果をシステム制御にフィードバックし、燃料電池の運転方法を変えてガス成分を改善する。また、運転制御で改善できない場合、電池制御部５６は使用者に警告（音やＬＥＤ、ディスプレー表示）を促す、条件によってはシステムを自動的に停止する。
例えば、吸気側および排気側のＣＯ２濃度センサ９０ａ、９２ｂの検出データを利用して、燃料電池装置５０の発電状態、クロスオーバ量を判定し、セルスタック５２の動作温度の変更、燃料供給量の変更を行い発電動作を適正な状態にする。
ＣＯ２は大気中に３８０ｐｐｍ程度含まれ、狭い部屋では人間が吐く息と燃料電池装置５０が生成するＣＯ２とにより空気中のＣＯ２の濃度が増加する。そこで、図５に示すように、燃料電池装置５０が吸気する大気のＣＯ２濃度を吸気側のＣＯ２濃度センサ９０ａにより測定し（Ｓ１）、また、セルスタック５２から排気される排気ガス中のＣＯ２濃度をＣＯ２濃度センサ９２ａにより測定する（Ｓ２）。そして、測定されたＣＯ２濃度の差を算出することにより、燃料電池装置内で生成されたＣＯ２の量が求める（Ｓ３）。
濃度差をΔＣ（ｐｐｍ）、排気流量Ｖout（Ｌ／min）、毎分生成されたＣＯ２量をΔＭとすると、 ＶoutΔＣ＝ΔＭとなる。
生成されたＣＯ２には、セルスタック５２のアノード６７側での反応で発生したＣＯ２（ＣＨ３ＯＨ＋Ｈ２Ｏ → ＣＯ２＋６Ｈ+ ＋６ｅ-）以外に、カソード６６側でも電解質膜を通過したメタノールが触媒で反応し、ＣＯ２を発生する。この現象は、いわゆるクロスオーバと呼ばれ、システムの発電効率を下げる現象である。
通常の反応で毎分生成されるＣＯ２の量は以下の式で表される。
発電で消費するメタノール：Ngen[mol/min]
Ngen＝I/F/6×n×60
Ngen＝Vout×CO2アノード生成量分の濃度ｘ(22.4×(273.15+Tout)/273.15)
I：発電電流 [A]
F：ファラデー定数(＝96485) [C/mol]
n：スタックセル枚数 [枚]
Tout：排気温度 [℃]
ＣＡ：CO2アノード生成量分の濃度＝
（I/F/6×n×60 ）/Vout(22.4×(273.15+Tout)/273.15)
ΔＣ−ＣＡがカソードから生成されたＣＯ２の濃度である。
このＣＯ２濃度が規定値よりも多くなると、クロスオーバ量が多く発生し発電効率が下がっている状態であると判断される。
電池制御部５６は、生成されたＣＯ２の濃度を予め設定された所定値と比較し（Ｓ４）、所定値を超えている場合、セルスタック５２に燃料を供給する送液ポンプ７３、および空気を供給する送気ポンプ８０の回転数を変更、ここでは、低下させ、燃料供給量を制御する（Ｓ５）。あるいは、電池制御部５６は、セルスタック５２を冷却する冷却ファン８８の回転数を変更、ここでは上昇させることにより、セルスタックの動作温度を制御する（Ｓ６）。これにより、クロスオーバ量を低減させ、発電効率の適正化を図る。
また、電池制御部５６は、発電動作の中間生成物である蟻酸の濃度を検出する。すなわち、電池制御部５６は、蟻酸濃度センサ９０ｄおよび蟻酸濃度センサ９２ｄにより吸気側および排気側の蟻酸濃度を検出し、その差から、燃料電池装置５０内で発生した蟻酸の濃度を算出する。そして、蟻酸の発生濃度が所定値を超えて異常である場合、電池制御部５６は、セルスタック５２の動作温度を高くし、例えば、冷却ファン８８の回転数を下げることにより、中間生成物の発生を抑制する。
また、電池制御部５６は、吸気側および排気側で注目している物質の濃度にシステム上あるいは使用者の健康上、悪影響を与える異常が生じた場合、使用者に警告するとともに、燃料電池装置５０の動作を停止する。例えば、電池制御部５６は、メタノール濃度センサ９０ｂ、９２ｂ、およびホルムアルデヒド濃度センサ９０ｃ、９２ｃにより、吸気側および排気側のメタノール濃度およびホルムアルデヒド濃度を検出し、これらを比較することにより、燃料電池装置内で発生したメタノールガスの濃度、およびホルムアルデヒドの濃度を算出する。そして、メタノール濃度およびホルムアルデヒド濃度の少なくとも一方が所定の濃度を超え異常濃度となっていると判断した場合、電池制御部５６は、ＬＥＤ２３の色の変化、点滅し、同時に、スピーカ１１から警告音を発生する。更に、電池制御部５６は、コンピュータ１０のディスプレイユニット１３に物質、濃度、使用者に対して警告を表示してもよい。ここで、警告表示は、例えば、「電源を切ってください」「窓を開けて濃度を下げてください」などを含んでいる。また、電池制御部５６は、上述した警告と同時に、燃料電池装置５０の運転を自動的に停止してもよい。
以上のように構成されたポータブルコンピュータによれば、吸気側と排気側とのガス状態を検出し比較することにより、燃料電池装置の発電動作に起因して生じるガスを正確に判別することができ、その判別結果をシステム制御にフィードバックすることにより、安定した運転動作を実現することができる。排気有害物質をガスセンサで監視することにより、使用者への健康上の悪影響を防止することができる。これにより、信頼性および安全性の向上した燃料電池装置および電子機器システムが得られる
上述した第１の実施形態において、燃料電池装置は電子機器内に内蔵された構成としてが、電子機器と独立して構成されていてもよい。
図６は、この発明の第２の実施形態に係る電子機器システムを示している。第２の実施形態によれば、電子機器システムは、ポータブルコンピュータ１０およびこのポータブルコンピュータに電流を供給する燃料電池装置５０を備えている。燃料電池装置５０は、ポータブルコンピュータ１０の機器本体１２の外側に設けられ、筐体１４の後部に脱着自在に接続されている。燃料電池装置５０は、インターフェースコネクタ５８を介してコンピュータ１０に電気的に接続されている。
機器本体１２の筐体１４内には、ポータブルコンピュータ１０の種々の構成要素が配設されている。すなわち、筐体１４内には、プリント回路基板２８が設けられている。このプリント回路基板２８上には、ＭＰＵ３０ａを含む複数の半導体素子３０、モデム基板、モデムコネクタ、ＵＳＢ基板、その他、種々の電子部品が実装されている。また、筐体１４内には、記憶装置として、例えば、ハードディスクドライブ３２が配設されているとともに、ＭＰＵ３０ａを冷却する放熱機構３４が設けられている。
筐体１４の上面には、キーボード１８、スピーカ１１、ＬＥＤ２３が設けられている。また、筐体１４には、図示しないディスプレイユニットが設けられている。その他、ポータブルコンピュータ１０の構成は、前述した第１の実施形態と同一であり、同一の部分には同一の参照符号を付してその詳細な説明を省略する。
燃料電池装置５０は、メタノールを液体燃料としたＤＭＦＣとして構成されている。燃料電池装置５０は、ほぼ矩形箱状の筐体９３を備えている。筐体９３内には、起電部を構成したセルスタック５２、燃料タンク５４、およびセルスタックに燃料および空気を供給する循環系６０、燃料電池装置全体の動作を制御する電池制御部５６が配設されている。セルスタック５２は、アノード６７、カソード６６、図示しない電解質膜をそれぞれ有した複数の単セルを積層して構成されている。
燃料タンク５４は密閉構造を有し、その内部には液体燃料として高濃度のメタノールが収容されている。燃料タンク５４は、燃料電池装置５０に対して脱着自在な燃料カートリッジとして形成してもよい。
循環系６０は、燃料タンク５４の燃料供給口から供給された燃料をセルスタック５２を通して循環させるアノード流路（燃料流路）６２、およびセルスタック５２を通して空気を含む気体を循環させるカソード流路（空気流路）６４、アノード流路内およびカソード流路に設けられた複数の補機を有している。アノード流路６２およびカソード流路６４は、それぞれ配管等によって形成されている。
カソード流路６４の吸気口６４ａおよび排気口６４ｂは、それぞれ筐体９３の側壁を通して大気に連通している。カソード流路６４に設けられる補機は、セルスタック５２の上流側でカソード流路６４の吸気口６４ａ近傍に設けられた第１ガスセンサ９０、セルスタック５２の下流側でセルスタックと排気口６４ｂとの間に設けられた第２ガスセンサ９２を含んでいる。吸気口６４ａ側に設けられた第１ガスセンサ９０は、例えば、吸気中のＣＯ２の濃度を検出するＣＯ２濃度センサ９０ａ、メタノール濃度を検出するメタノール濃度センサ９０ｂ、ホルムアルデヒド濃度を検出するホルムアルデヒド濃度センサ９０ｃ、蟻酸の濃度を検出する蟻酸濃度センサ９０ｄを含んでいる。
排気口６４ｂに設けられた第２ガスセンサ９２は、少なくとも１種類以上、第１ガスセンサと同一のセンサを含んでいる。ここでは、第２ガスセンサ９２は、排気中のＣＯ２の濃度を検出するＣＯ２濃度センサ９２ａ、メタノール濃度を検出するメタノール濃度センサ９２ｂ、ホルムアルデヒド濃度を検出するホルムアルデヒド濃度センサ９２ｃ、蟻酸の濃度を検出する蟻酸濃度センサ９２ｄを含んでいる。第１ガスセンサ９０および第２ガスセンサ９２は、それぞれ検出したガス濃度を電池制御部５６に出力する。
第２の実施形態において、燃料電池装置５０の他の構成は前述した第１の実施形態と同一であり、同一の部分には同一の参照符号を付してその詳細な説明を省略する。
上記構成の第２の実施形態においても、第１の実施形態と同様に、燃料電池の運転動作に起因して生じるガスを正確に判断し、より安定した運転動作を実現でき、信頼性および安全性の向上した燃料電池装置および電子機器システムが得られる。
なお、この発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化可能である。また、上記実施の形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
吸気側および排気側において検出するガスは、上述した実施形態に限らず、蟻酸メチル等の他のガスを検出する構成としてもよい。電子機器システムは、ポータブルコンピュータに限らず、他の電子機器に適用してもよい。燃料電池の形式としは、ＤＭＦＣに限らず、ＰＥＦＣ（Polymer Electrolyte Fuel Cell）等の他の形式としてもよい。
図１は、この発明の第１の実施形態に係るポータブルコンピュータを示す斜視図。 図２は、前記ポータブルコンピュータおよび燃料電池装置の内部構造を概略的に示す図。 図３は、前記燃料電池装置のセルスタックを示す断面図。 図４は、前記セルスタックの単セルを概略的に示す図。 図５は、前記燃料電池装置のガス濃度に応じた運転動作を示すフローチャト。 図６は、この発明の第２の実施形態に係るポータブルコンピュータおよび燃料電池装置を概略的に示す図。
符号の説明
１０…ポータブルコンピュータ、１２…機器本体、１３…ディスプレイユニット、
１１…スピーカ、１４…筐体、２３…ＬＥＤ、２４ａ…電子機器領域、
２４ｂ…燃料電池領域、２６…仕切り壁、３４…冷却機構、５０…燃料電池装置、
５２…セルスタック、５４…燃料タンク、５６…電池制御部、６０…循環系、
６２…アノード流路、６４…カソード流路、６６…カソード（空気極）、
６７…アノード（燃料極）、９０…第１ガスセンサ、９０ａ…ＣＯ２濃度センサ、
９２…第２ガスセンサ、９２ａ…ＣＯ２濃度センサ、

Claims (8)

  1. アノードおよびカソードを有し、化学反応により発電する起電部と、
    燃料を収容した燃料タンクと、
    前記燃料タンクから供給された燃料を前記起電部のアノード側を通して流す燃料流路と、
    吸気口および排気口を有し、前記吸気口から吸気された空気を前記カソード側を通して循環させ、前記起電部で生じた排出気体を前記排出口から排気する気体流路と、
    前記吸気口から吸気されるガスを検知する第１センサと、
    前記排気口から排気されるガスを検知する第２センサと、
    前記第１センサにより検出されたガスと第２センサにより検出されたガスとを比較し、発電の際に電池内部で発生した物質量を算出し、その算出結果に応じて発電動作を制御する制御部と、
    を備えた燃料電池装置。
  2. 前記第１センサおよび第２センサは、それぞれＣＯ２濃度を検出するＣＯ２濃度センサを含み、前記制御部は、電池内部で発生したＣＯ２の濃度に応じて、前記起電部の動作温度および燃料供給量の少なくとも一方を制御する請求項１に記載の燃料電池装置。
  3. 前記起電部に燃料を供給する送液ポンプ、前記起電部に空気を供給する送気ポンプ、および前記起電部を冷却する冷却ファンを備え、前記制御部は、前記送液ポンプの回転数を変更して燃料供給量を制御し、前記冷却ファンの回転数を変更することにより前記起電部の動作温度を制御する請求項２に記載の燃料電池装置。
  4. 前記第１センサおよび第２センサは、それぞれメタノール濃度を検出するメタノール濃度センサおよびホルムアルデヒド濃度を検出するホルムアルデヒド濃度センサの少なくとも一方を含み、前記制御部は、前記算出されたメタノールの発生量およびホルムアルデヒドの発生量の少なくとも一方が所定値を超えている場合、警告手段により使用者に警告または発電動作を停止する請求項１に記載の燃料電池装置。
  5. 前記警告手段は、音声発生器、表示装置の少なくとも一方を有している請求項４に記載の燃料電池装置。
  6. 前記第１センサおよび第２センサは、それぞれ蟻酸メチル濃度を検出する濃度センサを含み、前記制御部は、前記算出された蟻酸メチルの発生量が所定値を超えている場合、前記起電部の動作温度を高くする請求項１に記載の燃料電池装置。
  7. 筐体と、前記筐体に設けられた表示部と、を有した電子機器と、
    前記筐体内に配設された燃料電池装置と、を備え、
    前記燃料電池装置は、アノードおよびカソードを有し、化学反応により発電する起電部と、燃料を収容した燃料タンクと、前記燃料タンクから供給された燃料を前記起電部のアノード側を通して流す燃料流路と、吸気口および排気口を有し、前記吸気口から吸気された空気を前記カソード側を通して循環させ、前記起電部で生じた排出気体を前記排出口から排気する気体流路と、前記吸気口から吸気されるガスを検知する第１センサと、前記排気口から排気されるガスを検知する第２センサと、前記第１センサにより検出されたガスと第２センサにより検出されたガスとを比較し、発電の際に電池内部で発生した物質量を算出し、その算出結果に応じて発電動作を制御する制御部と、を具備している電子機器システム。
  8. 筐体と、前記筐体に設けられた表示部と、を有した電子機器と、
    前記筐体に脱着可能に接続され、前記電子機器に電力を供給する燃料電池装置と、を具備し、
    前記燃料電池装置は、アノードおよびカソードを有し、化学反応により発電する起電部と、燃料を収容した燃料タンクと、前記燃料タンクから供給された燃料を前記起電部のアノード側を通して流す燃料流路と、吸気口および排気口を有し、前記吸気口から吸気された空気を前記カソード側を通して循環させ、前記起電部で生じた排出気体を前記排出口から排気する気体流路と、前記吸気口から吸気されるガスを検知する第１センサと、前記排気口から排気されるガスを検知する第２センサと、前記第１センサにより検出されたガスと第２センサにより検出されたガスとを比較し、発電の際に電池内部で発生した物質量を算出し、その算出結果に応じて発電動作を制御する制御部と、を具備している電子機器システム。
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