JP2009087669A - 燃料電池装置及び電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】被毒成分による触媒活性の低下を防止し、メンテナンスの頻度を低減するとともに、二次電池が完全に放電することを防止する。
【解決手段】燃料と酸素との電気化学反応により電力を生成する発電セル８を有する燃料電池システムと、外気を取り込んで燃料電池システムに供給するエアポンプ１２と、燃料と酸素の電気化学反応を促進するために燃料電池システム内に担持された触媒と、外気中の触媒の被毒成分の濃度を検出するガスセンサ１３と、ガスセンサ１３の信号に応じて少なくともエアポンプ１２の動作を制御する制御部３３と、を備え、制御部は、被毒成分の濃度が所定の設定濃度以上であることをガスセンサ１３が検出したときにエアポンプ１２を停止させる燃料電池装置１である。
【選択図】図１

Description

本発明は、燃料電池装置及び電子機器に関する。

近年では、高いエネルギー利用効率を実現できる燃料電池についての研究・開発が盛んにおこなわれている。燃料電池は、アノードガス中の水素ガスと空気中の酸素ガスとを電気化学的に反応させて化学エネルギーから電気エネルギーを直接取り出すものであり、将来性に富む有望な電池であると位置付けられている。

従来の燃料電池は、セパレータとその間に挟持された膜電極接合体とにより構成される発電セルを備えている。膜電極接合体は電解質膜の一方の面に燃料極、他方の面に酸素極が設けられたものである。セパレータには、それぞれアノードガス流路及びカソードガス流路が形成され、アノードガス流路は水素ガスを含むアノードガスを膜電極接合体の燃料極に供給し、カソードガス流路は酸素を含むカソードガスを酸素極に供給する。

燃料極に供給された水素ガスは水素イオンと電子となり、電子は燃料極に移動し、水素イオンは電解質膜を透過して酸素極に移動する。酸素極では、電解質膜を透過した水素イオンと、外部回路を経て水素極から酸素極へ移動した電子と、酸素極に供給された酸素ガスとが反応して水を生成する。この電子の移動するエネルギーを電気エネルギーとして利用することができる。

アノードガスとしては、アルコール類及びガソリンといった液体燃料を改質器により改質して水素を生成した改質ガスを用いることができる。このような改質型の燃料電池は、その原燃料が常温で液体であり取り扱いや貯蔵が容易であるという利点から一般的である。なお、改質反応で副次的に発生する一酸化炭素が発電セルに悪影響を与えるため、改質器の下流には一酸化炭素を酸化して除去する一酸化炭素除去器が設けられる。
酸素を含むカソードガスとしては、一般的には空気が用いられ、外部の空気を取り入れてファン、ブロア、ポンプ等を使用して供給することが多い（例えば、特許文献１参照）。

近年では、このような燃料電池を携帯型の電子機器に搭載することが提案されている。携帯型の電子機器は様々な環境で使用されるため、使用環境によっては外部から取り入れた空気に不純物が含まれる場合が想定される。不純物としては、塵埃、揮発性有機物、硫黄化合物等があり、このような不純物が一酸化炭素除去器や発電セルに供給されると、触媒の活性を低下させるおそれがある。

これらの不純物を低減させるために、吸着フィルターで不純物を吸着したり、燃焼触媒により揮発性有機物を燃焼させたりすることが行われている（例えば、特許文献１，２参照）。また、内燃機関と燃料電池を備え、空気中の硫黄化合物濃度をガスセンサにより検知した場合に燃料電池の駆動を停止し、内燃機関のみで駆動する自動車が提案されている（例えば、特許文献３参照）。
特開平７−９４２００号公報 特開２００６−５９６７３号公報 特開２００４−１５２６４９号公報

しかし、吸着フィルターで不純物を吸着しても、吸着剤の吸着量が飽和すると吸着されない不純物が一酸化炭素除去器や発電セルに供給されてしまうという問題がある。また、燃焼触媒により揮発性有機物を燃焼させる場合には、濃度によって揮発性有機物の除去性能が左右され、高濃度では燃焼されない揮発性有機物が一酸化炭素除去器や発電セルに供給されてしまうという問題がある。

また、燃料電池を有するシステムでは起動用や過負荷時の電力を供給するための二次電池を備え、燃料電池からの電力供給を停止したときは二次電池から必要な電力を供給することになる。このため、この状態で電子機器の使用を継続すると二次電池の電力を消耗してしまい、その後の燃料電池の起動ができなくなることがある。

本発明の課題は、被毒成分による触媒活性の低下を防止し、メンテナンスの頻度を低減するとともに、二次電池が完全に放電することを防止することである。

以上の課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、燃料電池装置であって、燃料と酸素との電気化学反応により電力を生成する発電セルを有する燃料電池システムと、外気を取り込んで前記燃料電池システムに供給するエアポンプと、前記燃料と酸素の前記電気化学反応を促進するために前記燃料電池システム内に担持された触媒と、前記外気中の前記触媒の被毒成分の濃度を検出するガスセンサと、前記ガスセンサの信号に応じて少なくとも前記エアポンプの動作を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記被毒成分の濃度が所定の設定濃度以上であることを前記ガスセンサが検出したときに前記エアポンプを停止させることを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の燃料電池装置であって、所定の温度に設定され、組成に水素原子を含む原燃料が供給されて改質反応を起こして水素を含む改質ガスを前記燃料として生成する改質器と、前記触媒として選択酸化触媒を有し、前記改質ガスと酸素が供給されて、該改質ガスに含まれる一酸化炭素を選択的に酸化して除去する一酸化炭素除去器と、を更に有し、前記エアポンプにより取り込まれた前記外気の一部は前記一酸化炭素除去器に供給され、前記ガスセンサによる前記被毒成分の濃度の検出は、前記選択酸化触媒の被毒成分の濃度の検出を含むことを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の燃料電池装置であって、前記発電セルは、前記改質ガスが供給されて前記電気化学反応を経た後の残留水素を含む排ガスを排出し、前記触媒として燃焼触媒を有し、前記排ガスと酸素との燃焼反応を起こして、前記改質器及び前記一酸化炭素除去器を前記所定の温度に加熱する触媒燃焼器を更に備え、前記エアポンプにより取り込まれた前記外気の一部は前記触媒燃焼器に供給され、前記ガスセンサによる前記被毒成分の濃度の検出は、前記燃焼触媒の被毒成分の濃度の検出を含むことを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の燃料電池装置であって、前記設定濃度は、該設定濃度の外気を前記触媒に継続的に供給したときに、該触媒の活性に実質的な変化が生じない値であることを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか一項に記載の燃料電池装置であって、前記発電セルから生成される電力により充電される二次電池を更に備え、前記制御部は、前記エアポンプを停止させたときに、前記二次電池に充電された電力の放電を行うように制御することを特徴とする。

請求項６に記載の発明は、請求項１〜５のいずれか一項に記載の燃料電池装置であって、光、音または画像による警告装置を更に備え、前記制御部は、前記被毒成分の濃度が前記設定濃度以上であると前記ガスセンサが検出したときに、前記警告装置を駆動させるように制御することを特徴とする。

請求項７に記載の発明は、電子機器であって、少なくとも、燃料と酸素との電気化学反応により電力を生成する発電セルを有する燃料電池システムと、外気を取り込んで前記燃料電池システムに供給するエアポンプと、前記燃料と酸素の前記電気化学反応を促進するために前記燃料電池システム内に胆持された触媒と、前記外気中の前記触媒の被毒成分の濃度を検出するガスセンサと、前記ガスセンサの信号に応じて少なくとも前記エアポンプの動作を制御する制御部と、を有する燃料電池装置と、前記燃料電池装置より供給される電力により駆動される電子機器本体と、を備え、前記制御部は、前記被毒成分の濃度が所定の設定濃度以上であることを前記ガスセンサが検出したときに前記エアポンプを停止させることを特徴とする。

請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の電子機器であって、前記電子機器本体の筐体の表面に設けられた開口部からなる空気吸入口と、該空気吸入口から前記筐体の内側に延在して前記エアポンプの吸入口側に接するダクトと、を有する、前記エアポンプにより前記外気を取り込むための空気吸入部を有し、前記ガスセンサは、前記ダクト内に設けられていることを特徴とする。

請求項９に記載の発明は、請求項７または８に記載の電子機器であって、前記燃料電池装置は、更に、所定の温度に設定され、組成に水素原子を含む原燃料が供給されて改質反応を起こして水素を含む改質ガスを前記燃料として生成する改質器と、前記触媒として選択酸化触媒を有し、前記改質ガスと酸素が供給されて、該改質ガスに含まれる一酸化炭素を選択的に酸化して除去する一酸化炭素除去器と、を有し、前記エアポンプにより取り込まれた前記外気の一部は前記一酸化炭素除去器に供給され、前記ガスセンサによる前記被毒成分の濃度の検出は、前記選択酸化触媒の被毒成分の濃度の検出を含むことを特徴とする。

請求項１０に記載の発明は、請求項９に記載の電子機器であって、前記発電セルは、前記改質ガスが供給されて前記電気化学反応を経た後の残留水素を含む排ガスを排出し、前記燃料電池装置は、更に、前記触媒として燃焼触媒を有し、前記排ガスと酸素との燃焼反応を起こして、前記改質器及び前記一酸化炭素除去器を前記所定の温度に加熱する触媒燃焼器を更に備え、前記エアポンプにより取り込まれた前記外気の一部は前記触媒燃焼器に供給され、前記ガスセンサによる前記被毒成分の濃度の検出は、前記燃焼触媒の被毒成分の濃度の検出を含むことを特徴とする。

請求項１１に記載の発明は、請求項７〜１０のいずれか一項に記載の電子機器であって、前記設定濃度は、該設定濃度の外気を前記触媒に継続的に供給したときに、該触媒の活性に実質的な変化が生じない値であることを特徴とする。

請求項１２に記載の発明は、請求項７〜１１のいずれか一項に記載の電子機器であって、前記燃料電池装置は、更に、前記発電セルから生成される電力により充電される二次電池を有し、前記制御部は、前記エアポンプを停止させたときに、前記二次電池に充電された電力の放電を行うように制御することを特徴とする。

請求項１３に記載の発明は、請求項７〜１２のいずれか一項に記載の電子機器であって、警告装置を更に備え、前記制御部は、前記被毒成分の濃度が前記設定濃度以上であることを前記ガスセンサが検出したときに、前記警告装置を駆動させるように制御することを特徴とする。

本発明によれば、被毒成分による触媒活性の低下を防止し、メンテナンスの頻度を低減するとともに、二次電池が完全に放電することを防止することができる。

本発明を実施するための最良の形態について図面を用いて説明する。但し、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい種々の限定が付されているが、発明の範囲を以下の実施形態及び図示例に限定するものではない。

図１は本発明が適用される電子機器１００を示すブロック図である。この電子機器１００はノート型パーソナルコンピュータ、ＰＤＡ、電子手帳、デジタルカメラ、携帯電話機、腕時計、ゲーム機器等といった携帯型の電子機器である。

電子機器１００は、燃料電池装置１と、燃料電池装置１から供給される電気エネルギーにより駆動される電子機器本体１０１等から概略構成される。燃料電池装置１は後述するように、電気エネルギーを生成し電子機器本体１０１に供給する。電子機器本体１０１は表示部１０２を備え、表示部１０２に電子機器本体１０１の機能に基づいて画面が表示される。また、後述するように、表示部１０２には、燃料電池装置１の動作状況を報知する画像が表示される。

次に、燃料電池装置１について説明する。この燃料電池装置１は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３１に出力する電気エネルギーを生成するものであり、燃料容器２、ポンプ３、気化器４、改質器５、一酸化炭素除去器６、加湿器７ａ，７ｂ、発電セル８、触媒燃焼器９、フィルター１１、エアポンプ１２、ガスセンサ１３、ＤＣ／ＤＣコンバータ３１、二次電池３２、制御部３３、インターフェース３４、警告灯３５、スピーカー３６、等を備える。ここで、燃料電池装置１におけるＤＣ／ＤＣコンバータ３１を除く部分は、本発明の燃料電子システムをなす。

燃料容器２には、液体の原燃料（例えば、メタノール、エタノール、ジメチルエーテル）と水との混合液が貯留されている。なお、液体の原燃料と水とを燃料容器２内で別々に貯留してもよい。
燃料容器２内の混合液は、ポンプ３により気化器４に送液される。

気化器４は燃料容器２から送られた混合液を改質器５や図示しないヒータ等からの伝熱等により約１１０〜１６０℃程度に加熱し、気化させる。気化器４で気化した混合気は改質器５へ送られる。

改質器５は内部に流路が形成され、流路の壁面に改質触媒が担持されている。改質触媒としては、Ｃｕ／ＺｎＯ系触媒やＰｄ／ＺｎＯ系触媒等が用いられる。改質器５は気化器４から送られる混合気を約３００〜４００℃程度に加熱し、流路内の触媒により改質反応を起こさせる。すなわち、原燃料と水の触媒反応によって、燃料としての水素、二酸化炭素、及び、副生成物である微量な一酸化炭素等の混合気体（改質ガス）が生成される。

ここで、原燃料がメタノールの場合、改質器５では主に次式（１）に示すような主反応である水蒸気改質反応が起こる。
ＣＨ₃ＯＨ＋Ｈ₂Ｏ→３Ｈ₂＋ＣＯ₂ …（１）
なお、化学反応式（１）についで逐次的に起こる次式（２）のような副反応によって、副生成物として一酸化炭素が微量に（１％程度）生成される。
Ｈ₂＋ＣＯ₂→Ｈ₂Ｏ＋ＣＯ …（２）
（１）式及び（２）式の反応による生成物（改質ガス）は一酸化炭素除去器６に送出される。

一酸化炭素除去器６の内部には流路が形成され、その流路の壁面に一酸化炭素を選択的に酸化する選択酸化触媒が担持されている。選択酸化触媒としては、例えばＰｔ／Ａｌ₂Ｏ₃等を用いることができる。

一酸化炭素除去器６には改質器５で生成された改質ガス及び、外部の空気が送られる。改質ガスが空気と混合して一酸化炭素除去器６の流路を流れ、約１１０〜１６０℃程度に加熱される。そして、改質ガスのうち一酸化炭素が触媒により次式（３）のような主反応により優先的に酸化される。これにより主生成物として二酸化炭素が生成され、改質ガス中の一酸化炭素を発電セル８に供給可能な１０ｐｐｍ程度まで低濃度化することができる。
２ＣＯ＋Ｏ₂→２ＣＯ₂ …（３）
一酸化炭素除去器６を通過した改質ガスは加湿器７ａを通して発電セル８に送出される。

加湿器７ａ，７ｂは発電セル８に供給される改質ガス及び空気を加湿する。
外部の空気は、フィルター１１より取り入れられ、エアポンプ１２により供給される。フィルター１１としては、例えばＨＥＰＡフィルターやＵＬＰＡフィルターを用いることができる。なお、フィルター１１とエアポンプ１２との間には、後述するようにガスセンサ１３が設けられている。ガスセンサ１３はフィルター１１を通過して取り入れられた空気中の揮発性有機物、硫黄化合物等の濃度を検出し、信号を制御部３３に出力する。ガスセンサ１３としては、例えば酸化物半導体センサを用いることができる。

発電セル８は固体高分子型燃料電池であり、固体高分子電解質膜８１と、固体高分子電解質膜８１の両面に形成された燃料極８２（アノード）及び酸素極８３（カソード）と、燃料極８２に改質ガスを供給する燃料供給流路８４ａが設けられた燃料極セパレータ８４と、酸素極８３に酸素を供給する酸素供給流路８５ａが設けられた酸素極セパレータ８５と、が積層されている。

固体高分子電解質膜８１は水素イオンを透過するが、酸素分子や水素分子、電子を通さない性質を有する。
燃料極８２には燃料供給流路８４ａを介して加湿器７ａを通過した改質ガスが送られる。燃料極８２では改質ガス中の水素による次式（４）のような反応が起こる。
Ｈ₂→２H⁺＋２ｅ^- …（４）
生成した水素イオンは固体高分子電解質膜８１を透過して酸素極８３に到達する。生成した電子はアノード出力電極８６に供給される。

酸素極８３には、エアポンプ１２により加湿器７ｂを通過した空気が酸素供給流路８５ａを介して送られる。酸素極８３では固体高分子電解質膜８１を透過した水素イオンと、空気中の酸素とカソード出力電極８７より供給される電子とにより、次式（５）に示すように水が生成される。
２H⁺＋１／２Ｏ₂＋２ｅ^-→Ｈ₂Ｏ …（５）
なお、固体高分子電解質膜８１の両面には、（４）、（５）の反応を促進する図示しない触媒が設けられている。

アノード出力電極８６及びカソード出力電極８７は外部回路であるＤＣ／ＤＣコンバータ３１と接続されており、アノード出力電極８６に到達した電子はＤＣ／ＤＣコンバータ３１を通ってカソード出力電極８７に供給される。

触媒燃焼器９の内部には流路が形成され、その流路の壁面に発電セル８の燃料極８２の燃料供給流路８４ａを通過して、一部の水素が上述の反応によって消費された残りの改質ガス（オフガス）を燃焼させる燃焼触媒が担持されている。燃焼触媒としては、例えばＰｔ／Ａｌ₂Ｏ₃等を用いることができる。

触媒燃焼器９には燃料供給流路８４ａを通過した改質ガス（オフガス）及び、フィルター１１より取り入れられ、エアポンプ１２により酸素供給流路８５ａに供給され、酸素供給流路８５ａを通過した外部の空気が送られる。触媒燃焼器９では改質ガス中に残留する水素が空気により燃焼される。燃焼熱は改質器５に供給され、改質器５における改質反応の反応熱として用いられる。

ＤＣ／ＤＣコンバータ３１は発電セル８により生成された電気エネルギーを適切な電圧に変換したのちにインターフェース３４を介して電子機器本体１０１に供給するとともに、電気エネルギーを二次電池３２に充電する。

制御部３３は燃料電池装置１全体を制御し、ガスセンサ１３の信号に応じてポンプ２やエアポンプ１２を駆動または停止し、図示しないヒータに通電する。また、制御部３３は後述するように、警告灯３５を点灯させ、スピーカー３６に警告音を発生させ、あるいはインターフェース３４を介して電子機器本体１０１の表示部１０２に燃料電池装置１の動作状況に応じて警告表示１１０（図３参照）を表示させる。

次に、燃料電池装置１及び電子機器１００の具体的な構成について説明する。図２は燃料電池装置１を示す斜視図である。図２に示すように、燃料電池装置１は、燃料容器２、加湿器７、発電セル８、断熱容器１０、供給部２０、制御回路部３０等を備え、筐体４０内に収容されている。

供給部２０には、燃料容器２内の燃料を断熱容器１０内の気化器４に供給するポンプ３が設けられている。
制御回路部３０には、ＤＣ／ＤＣコンバータ３１、制御部３３が内蔵され、二次電池３２、インターフェース３４、スピーカー３６、空気吸入部５０等が設けられている。

筐体４０の上面には、警告灯３５が設けられている。また筐体４０の側面からは、電子機器本体１０１と接続されるインターフェース３４、空気吸入部５０の空気吸入口５１が露出している。

図３は電子機器１００としてノートパソコンを示す図であり、（ａ）は正面側から見た斜視図、（ｂ）は背面側から見た斜視図である。電子機器１００は操作部１０３及び表示部１０２からなる電子機器本体１０１と、操作部１０３の背面側に設けられた燃料電池装置１とからなる。表示部１０２には、通常は操作部１０３の入力に応じて画面表示が行われるとともに、後述するように必要に応じて警告表示１１０が表示される。また、燃料電池装置１に設けられた警告灯３５は必要に応じて点灯し、燃料電池装置１に内蔵されたスピーカー３６からは必要に応じて警告音が報知される。

図４は空気吸入部５０の構造を示す断面図である。空気吸入部５０は、筐体４０に設けられた空気吸入口５１から筐体４０の内側に延在するダクト５２と、フィルター１１と、エアポンプ１２と、ガスセンサ１３とを備える。フィルター１１は空気吸入口５１を塞ぐように設けられている。エアポンプ１２はダクト５２のフィルター１１と反対側の端部に設けられている。ダクト５２内には、フィルター１１とエアポンプ１２の間にガスセンサ１３が設けられている。ガスセンサ１３はダクト５２内を通過する空気中の揮発性有機物や硫黄化合物等、触媒の被毒成分の濃度を検出する。

図５は空気吸入部５０の変形例の構造を示す断面図である。図５に示すように、ガスセンサ１３を、空気吸入口５１と隣接して筐体４０に設け、筐体４０外部の空気中の揮発性有機物や硫黄化合物の濃度を検出するようにしてもよい。

次に、燃料電池装置１の起動時の動作について説明する。図６は燃料電池装置１の起動時における制御部３３の動作を示すフローチャートである。まず、制御部３３は、エアポンプ１２を駆動して空気吸入部５０より空気を取り入れ、ダクト５２内のガスセンサ１３により揮発性有機物や硫黄化合物の濃度を測定し（ステップＳ１）、揮発性有機物や硫黄化合物の濃度が設定濃度よりも低いか否かを判断する（ステップＳ２）。ここで、設定濃度とは、空気吸入部５０から取り入れた空気を一酸化炭素除去器６、発電セル８や触媒燃焼器９にそのまま供給しても触媒の活性に実質的な変化が生じない濃度である。

揮発性有機物や硫黄化合物の濃度が設定濃度よりも低い場合には（ステップＳ２→Ｙｅｓ）、制御部３３は図示しないヒータに通電し、改質器５や一酸化炭素除去器６を運転温度まで上昇させ、ポンプ３、エアポンプ１２を駆動して発電セル８による発電を開始する（ステップＳ３）。一方、揮発性有機物や硫黄化合物等、触媒の被毒成分の濃度が設定濃度よりも高い場合には（ステップＳ２→Ｎｏ）、制御部３３はエアポンプ１２の駆動を停止し、発電セル８による発電を開始せずに、二次電池３２から電子機器本体１０１に電力を供給する（ステップＳ４）。そして、制御部３３は警告動作を行う（ステップＳ５）。

警告動作として、例えば制御部３３はインターフェース３４を介して電子機器本体１０１の表示部１０２に、発電セル８による発電をせずに二次電池で駆動している旨の警告表示１１０を表示させる。なお、燃料電池装置１自体が警告表示を表示する表示部を備えてもよい。

また、警告表示１１０の代わりに、あるいは警告表示１１０とともに、制御部３３が警告灯３５を点灯させてもよい。また、警告灯３５を点灯させる代わりに、あるいは警告灯３５を点灯させるとともに、制御部３３がスピーカー３６より警告音を発生させてもよい。なお、電子機器本体１０１に警告灯やスピーカーが設けられていてもよい。

次に、燃料電池装置１の運転時の動作について説明する。図７は燃料電池装置１の運転時における制御部３３の動作を示すフローチャートである。まず、制御部３３は、エアポンプ１２を駆動して空気吸入部５０より空気を取り入れ、ダクト５２内のガスセンサ１３により揮発性有機物や硫黄化合物の濃度を測定し（ステップＳ６）、揮発性有機物や硫黄化合物の濃度が設定濃度よりも低いか否かを判断する（ステップＳ７）。

揮発性有機物や硫黄化合物の濃度が設定濃度よりも低い場合には（ステップＳ７→Ｙｅｓ）、制御部３３は発電セル８による発電を継続する（ステップＳ８）。一方、揮発性有機物や硫黄化合物の濃度が設定濃度よりも高い場合には（ステップＳ７→Ｎｏ）、制御部３３は図示しないヒータへの通電を停止し、ポンプ３、エアポンプ１２を順次停止して発電セル８による発電を停止し（ステップＳ９）、二次電池３２から電子機器本体１０１に電力を供給する（ステップＳ１０）。そして、制御部３３は警告動作を行う（ステップＳ１１）。

なお、警告表示１１０の代わりに、あるいは警告表示１１０とともに、制御部３３が警告灯３５を点灯させてもよい。また、警告灯３５を点灯させる代わりに、あるいは警告灯３５を点灯させるとともに、制御部３３がスピーカー３６より警告音を発生させてもよい。

このように、燃料電池装置１を停止し、二次電池で駆動している旨の警告表示１１０を表示させることで、電子機器１００の燃料電池装置１を駆動することができる環境への移動をユーザに促すため、二次電池３２が完全に放電することを防ぎ、燃料電池装置１の起動時に必要な電力を維持することができる。

また、触媒の被毒成分の濃度が設定濃度よりも高い場合にエアポンプ１２の駆動を停止するため、フィルター１１の吸着量が飽和することを防ぎ、清掃や交換といったメンテナンスの頻度を低減することができる。

次に、燃料電池装置１の起動時の他の動作例について説明する。図８は燃料電池装置１の起動時における制御部３３の他の動作例を示すフローチャートである。まず、制御部３３は、エアポンプ１２を駆動して空気吸入部５０より空気を取り入れ、ダクト５２内のガスセンサ１３により揮発性有機物や硫黄化合物の濃度を測定し（ステップＳ２１）、揮発性有機物や硫黄化合物の濃度が設定濃度よりも低いか否かを判断する（ステップＳ２２）。ここで、設定濃度とは、空気吸入部５０から取り入れた空気を一酸化炭素除去器６や発電セル８にそのまま供給しても触媒活性に影響がない濃度である。

揮発性有機物や硫黄化合物の濃度が設定濃度よりも低い場合には（ステップＳ２２→Ｙｅｓ）、制御部３３は図示しないヒータに通電し、改質器５や一酸化炭素除去器６を運転温度まで上昇させ、ポンプ３、エアポンプ１２を駆動して発電セル８による発電を開始する（ステップＳ２３）。一方、揮発性有機物や硫黄化合物の濃度が設定濃度よりも高い場合には（ステップＳ２２→Ｎｏ）、制御部３３はエアポンプ１２の駆動を停止し、発電セル８による発電開始動作を停止する（ステップＳ２４）。そして、制御部３３は警告動作を行う（ステップＳ２５）。ここで、警告動作における電力は二次電池３２から供給される。

警告動作として、例えば制御部３３はインターフェース３４を介して電子機器本体１０１の表示部１０２に、発電セル８による発電開始動作を停止した旨の警告表示１１０を表示させる。なお、燃料電池装置１自体が警告表示を表示する表示部を備えてもよい。

また、警告表示１１０の代わりに、あるいは警告表示１１０とともに、制御部３３が警告灯３５を点灯させてもよい。また、警告灯３５を点灯させる代わりに、あるいは警告灯３５を点灯させるとともに、制御部３３がスピーカー３６より警告音を発生させてもよい。なお、電子機器本体１０１に警告灯やスピーカーが設けられていてもよい。

次に、燃料電池装置１の運転時の他の動作例について説明する。図９は燃料電池装置１の運転時における制御部３３の他の動作例を示すフローチャートである。まず、制御部３３は、エアポンプ１２を駆動して空気吸入部５０より空気を取り入れ、ダクト５２内のガスセンサ１３により揮発性有機物や硫黄化合物の濃度を測定し（ステップＳ２６）、揮発性有機物や硫黄化合物の濃度が設定濃度よりも低いか否かを判断する（ステップＳ２７）。

揮発性有機物や硫黄化合物の濃度が設定濃度よりも低い場合には（ステップＳ２７→Ｙｅｓ）、制御部３３は発電セル８による発電を継続する（ステップＳ２８）。一方、揮発性有機物や硫黄化合物の濃度が設定濃度よりも高い場合には（ステップＳ２７→Ｎｏ）、制御部３３は図示しないヒータへの通電を停止し、ポンプ３、エアポンプ１２を順次停止して発電セル８による発電を停止する（ステップＳ２９）そして、制御部３３は警告動作を行う（ステップＳ３０）。

このように、燃料電池装置１を停止し、二次電池３２からの電力供給を継続しないことで、二次電池３２が完全に放電することを防ぎ、燃料電池装置１の起動時に必要な電力を維持することができる。

本発明が適用される電子機器１００を示すブロック図である。 燃料電池装置１を示す斜視図である。 電子機器１００としてノートパソコンを示す図であり、（ａ）は正面側から見た斜視図、（ｂ）は背面側から見た斜視図である。 空気吸入部５０の構造を示す断面図である。 空気吸入部５０の変形例の構造を示す断面図である。 燃料電池装置１の起動時における制御部３３の動作を示すフローチャートである。 燃料電池装置１の運転時における制御部３３の動作を示すフローチャートである。 燃料電池装置１の起動時における制御部３３の他の動作例を示すフローチャートである。 燃料電池装置１の運転時における制御部３３の他の動作例を示すフローチャートである。

符号の説明

１ 燃料電池装置
８ 発電セル
１２ エアポンプ
１３ ガスセンサ
３２ 二次電池
３３ 制御部
３５ 警告灯（警告装置）
３６ スピーカー（警告装置）
１０１ 電子機器本体
１０２ 表示部（警告装置）

Claims (13)

1. 燃料と酸素との電気化学反応により電力を生成する発電セルを有する燃料電池システムと、
   外気を取り込んで前記燃料電池システムに供給するエアポンプと、
   前記燃料と酸素の前記電気化学反応を促進するために前記燃料電池システム内に担持された触媒と、
   前記外気中の前記触媒の被毒成分の濃度を検出するガスセンサと、
   前記ガスセンサの信号に応じて少なくとも前記エアポンプの動作を制御する制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、前記被毒成分の濃度が所定の設定濃度以上であることを前記ガスセンサが検出したときに前記エアポンプを停止させることを特徴とする燃料電池装置。
2. 所定の温度に設定され、組成に水素原子を含む原燃料が供給されて改質反応を起こして水素を含む改質ガスを前記燃料として生成する改質器と、前記触媒として選択酸化触媒を有し、前記改質ガスと酸素が供給されて、該改質ガスに含まれる一酸化炭素を選択的に酸化して除去する一酸化炭素除去器と、を更に有し、
   前記エアポンプにより取り込まれた前記外気の一部は前記一酸化炭素除去器に供給され、
   前記ガスセンサによる前記被毒成分の濃度の検出は、前記選択酸化触媒の被毒成分の濃度の検出を含むことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池装置。
3. 前記発電セルは、前記改質ガスが供給されて前記電気化学反応を経た後の残留水素を含む排ガスを排出し、
   前記触媒として燃焼触媒を有し、前記排ガスと酸素との燃焼反応を起こして、前記改質器及び前記一酸化炭素除去器を前記所定の温度に加熱する触媒燃焼器を更に備え、
   前記エアポンプにより取り込まれた前記外気の一部は前記触媒燃焼器に供給され、
   前記ガスセンサによる前記被毒成分の濃度の検出は、前記燃焼触媒の被毒成分の濃度の検出を含むことを特徴とする請求項２に記載の燃料電池装置。
4. 前記設定濃度は、該設定濃度の外気を前記触媒に継続的に供給したときに、該触媒の活性に実質的な変化が生じない値であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の燃料電池装置。
5. 前記発電セルから生成される電力により充電される二次電池を更に備え、
   前記制御部は、前記エアポンプを停止させたときに、前記二次電池に充電された電力の放電を行うように制御することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の燃料電池装置。
6. 光、音または画像による警告装置を更に備え、
   前記制御部は、前記被毒成分の濃度が前記設定濃度以上であると前記ガスセンサが検出したときに、前記警告装置を駆動させるように制御することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の燃料電池装置。
7. 少なくとも、燃料と酸素との電気化学反応により電力を生成する発電セルを有する燃料電池システムと、外気を取り込んで前記燃料電池システムに供給するエアポンプと、前記燃料と酸素の前記電気化学反応を促進するために前記燃料電池システム内に胆持された触媒と、前記外気中の前記触媒の被毒成分の濃度を検出するガスセンサと、前記ガスセンサの信号に応じて少なくとも前記エアポンプの動作を制御する制御部と、を有する燃料電池装置と、
   前記燃料電池装置より供給される電力により駆動される電子機器本体と、
   を備え、
   前記制御部は、前記被毒成分の濃度が所定の設定濃度以上であることを前記ガスセンサが検出したときに前記エアポンプを停止させることを特徴とする電子機器。
8. 前記電子機器本体の筐体の表面に設けられた開口部からなる空気吸入口と、該空気吸入口から前記筐体の内側に延在して前記エアポンプの吸入口側に接するダクトと、を有する、前記エアポンプにより前記外気を取り込むための空気吸入部を有し、
   前記ガスセンサは、前記ダクト内に設けられていることを特徴とする請求項７に記載の電子機器。
9. 前記燃料電池装置は、更に、所定の温度に設定され、組成に水素原子を含む原燃料が供給されて改質反応を起こして水素を含む改質ガスを前記燃料として生成する改質器と、前記触媒として選択酸化触媒を有し、前記改質ガスと酸素が供給されて、該改質ガスに含まれる一酸化炭素を選択的に酸化して除去する一酸化炭素除去器と、を有し、
   前記エアポンプにより取り込まれた前記外気の一部は前記一酸化炭素除去器に供給され、
   前記ガスセンサによる前記被毒成分の濃度の検出は、前記選択酸化触媒の被毒成分の濃度の検出を含むことを特徴とする請求項７または８に記載の電子機器。
10. 前記発電セルは、前記改質ガスが供給されて前記電気化学反応を経た後の残留水素を含む排ガスを排出し、
    前記燃料電池装置は、更に、前記触媒として燃焼触媒を有し、前記排ガスと酸素との燃焼反応を起こして、前記改質器及び前記一酸化炭素除去器を前記所定の温度に加熱する触媒燃焼器を更に備え、
    前記エアポンプにより取り込まれた前記外気の一部は前記触媒燃焼器に供給され、
    前記ガスセンサによる前記被毒成分の濃度の検出は、前記燃焼触媒の被毒成分の濃度の検出を含むことを特徴とする請求項９に記載の電子機器。
11. 前記設定濃度は、該設定濃度の外気を前記触媒に継続的に供給したときに、該触媒の活性に実質的な変化が生じない値であることを特徴とする請求項７〜１０のいずれか一項に記載の電子機器。
12. 前記燃料電池装置は、更に、前記発電セルから生成される電力により充電される二次電池を有し、
    前記制御部は、前記エアポンプを停止させたときに、前記二次電池に充電された電力の放電を行うように制御することを特徴とする請求項７〜１１のいずれか一項に記載の電子機器。
13. 警告装置を更に備え、
    前記制御部は、前記被毒成分の濃度が前記設定濃度以上であることを前記ガスセンサが検出したときに、前記警告装置を駆動させるように制御することを特徴とする請求項７〜１２のいずれか一項に記載の電子機器。

Images