JP2010033899A - Fuel cell system and electronic device - Google Patents

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大介 渡邉
Yuichi Sato
雄一 佐藤
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell system capable of generating a maximum output at all times for the total operating hours of a fuel cell body, and to provide an electronic device. <P>SOLUTION: An operating hour determining unit 701 determines the total operating hours of the fuel cell body 1 which generates power upon the supply of fuel. Based on the total operating hours determined, an output voltage setting unit 702 sets an optimum value of output voltage at which a maximum output corresponding to the total operating hours can be taken out of the fuel cell body 1. Based on the set optimum value of output voltage, the output of the fuel cell body 1 is controlled. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、燃料電池システム及びこの燃料電池システムを電源として用いた電子機器に関する。   The present invention relates to a fuel cell system and an electronic apparatus using the fuel cell system as a power source.

携帯電話機や携帯情報端末などの電子機器の小型化は目覚しいものがあり、これら電子機器の小型化とともに、電源として燃料電池を使用することが試みられている。燃料電池は、燃料と空気を供給するのみで、発電することができ、燃料のみを交換すれば連続して発電できるという利点を有するため、小型化が実現できれば、小型の電子機器の電源として極めて有効である。   There have been remarkable miniaturizations of electronic devices such as mobile phones and portable information terminals, and along with the miniaturization of these electronic devices, attempts have been made to use fuel cells as a power source. A fuel cell has the advantage that it can generate electricity only by supplying fuel and air, and can generate electricity continuously by replacing only the fuel. Therefore, if it can be downsized, it can be used as a power source for small electronic devices. It is valid.

そこで、最近、燃料電池として、直接メタノール型燃料電池（以下、ＤＭＦＣ；Ｄｉｒｅｃｔ Ｍｅｔｈａｎｏｌ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌと称する。）が注目されている。かかるＤＭＦＣは、液体燃料の供給方式によって分類され、気体供給型や液体供給型等のアクティブ方式のものと、燃料収容部内の液体燃料を電池内部で気化させて燃料極に供給する内部気化型等のパッシブ方式のものがあり、これらのうち、パッシブ方式のものはＤＭＦＣの小型化に対して特に有利である。   Therefore, a direct methanol fuel cell (hereinafter, referred to as DMFC; Direct Methanol Fuel Cell) has attracted attention as a fuel cell. Such DMFCs are classified according to the liquid fuel supply system, such as an active system such as a gas supply type and a liquid supply type, and an internal vaporization type that vaporizes the liquid fuel in the fuel storage section inside the battery and supplies it to the fuel electrode. Among these, the passive type is particularly advantageous for reducing the size of the DMFC.

従来、このようなパッシブ方式のＤＭＦＣとして、特許文献１に開示されるように、例えば燃料極、電解質膜および空気極を有する膜電極接合体（燃料電池セル）を、樹脂製の箱状容器からなる燃料収容部上に配置した構造のものが考えられている。   Conventionally, as such a passive DMFC, as disclosed in Patent Document 1, for example, a membrane electrode assembly (fuel cell) having a fuel electrode, an electrolyte membrane, and an air electrode is removed from a resin box-like container. The thing of the structure arrange | positioned on the fuel accommodating part which becomes is considered.

また、ＤＭＦＣの燃料電池セルと燃料収容部とを流路を介して接続する構成のものも特許文献２〜４に開示されている。これら特許文献２〜４は、燃料収容部から供給された液体燃料を燃料電池セルに流路を介して供給することによって、流路の形状や径等に基づいて液体燃料の供給量を調整可能としたもので、特に、特許文献３では燃料収容部から流路にポンプで液体燃料を供給している。また、ポンプに代えて、流路に電気浸透流を形成する電界形成手段を用いることも記載されている。さらに特許文献４には電気浸透流ポンプを用いて液体燃料等を供給することが記載されている。
国際公開第２００５／１１２１７２号パンフレット 特表２００５−５１８６４６号公報 特開２００６−０８５９５２号公報 米国特許公開第２００６／００２９８５１号公報 Patent Documents 2 to 4 also disclose a configuration in which a DMFC fuel cell and a fuel storage unit are connected via a flow path. In these Patent Documents 2 to 4, by supplying the liquid fuel supplied from the fuel storage portion to the fuel cell via the flow path, the supply amount of the liquid fuel can be adjusted based on the shape and diameter of the flow path. In particular, in Patent Document 3, liquid fuel is supplied from the fuel storage portion to the flow path by a pump. Further, it is described that an electric field forming means for forming an electroosmotic flow in the flow path is used instead of the pump. Furthermore, Patent Document 4 describes that liquid fuel or the like is supplied using an electroosmotic pump.
International Publication No. 2005/112172 Pamphlet JP 2005-518646 A JP 2006-089552 A US Patent Publication No. 2006/0029851

ところで、一般的にＤＭＦＣの出力である電流Ｉと電圧Ｖは、図４に示すような関係があることが知られており、通常は、これら電流Ｉと電圧Ｖのうち、どちらかを一定にしてＤＭＦＣの出力を制御するようにしている。   Incidentally, it is generally known that the current I and the voltage V, which are the outputs of the DMFC, have a relationship as shown in FIG. 4. Usually, either the current I or the voltage V is made constant. Thus, the output of the DMFC is controlled.

ところが、このような電流と電圧の関係は、時間の経過に伴う燃料電池セルの劣化などが原因で図５に示すように変化する。つまり、図５（ａ）は、延べ運転時間が０〜５００時間程度の初期状態、図示（ｂ）は、延べ運転時間が２０００時間経過した状態、図示（ｃ）は、延べ運転時間が４０００時間経過した状態のそれぞれの電流Ｉと電圧Ｖの関係を示しており、それぞれ時間経過とともにＤＭＦＣより取出し可能な出力が低下していく。このため、例えば、図５に示すように出力電圧Ｖｏを常に一定に制御しようとすると、延べ運転時間とともに取出し可能な出力の低下により出力電流もＩｏ１、Ｉｏ２、Ｉｏ３（Ｉｏ１＞Ｉｏ２＞Ｉｏ３）と低下し、このため出力電圧Ｖｏに対する出力（電流Ｉと電圧Ｖの積）Ｐの関係は、延べ運転時間とともに図６（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すように変化する。このことは、図６（ａ）に示すように初期状態で最高出力ＰM１を取出せるように出力電圧Ｖｏ（＝Ｖｏ１）に設定しても、同図（ｂ）（ｃ）に示すように各延べ運転時間の後は初期状態での最高出力ＰM１が取出せないばかりか、同図（ｂ）（ｃ）に示す各延べ運転時間での最高出力ＰM２、ＰM３も取出せないことになる。つまり、初期状態で最高出力ＰM１が得られるように出力電圧Ｖｏを最適値に設定しても、これ以後も出力電圧Ｖｏを一定に制御するような方法では、各延べ運転時間の状態で最高出力ＰM２、ＰM３が取出しできなくなり、負荷要求に対してＤＭＦＣの出力を有効に利用できないという問題があった。   However, such a relationship between the current and the voltage changes as shown in FIG. 5 due to deterioration of the fuel cell with time. That is, FIG. 5A shows an initial state in which the total operation time is about 0 to 500 hours, FIG. 5B shows a state in which the total operation time is 2000 hours, and FIG. 5C shows a total operation time of 4000 hours. The relationship between each current I and voltage V in the elapsed state is shown, and the output that can be taken out from the DMFC decreases with the passage of time. Therefore, for example, as shown in FIG. 5, if the output voltage Vo is always controlled to be constant, the output currents are also Io1, Io2, and Io3 (Io1> Io2> Io3) due to the decrease in output that can be taken out with the total operation time. Therefore, the relationship of the output (product of the current I and the voltage V) P with respect to the output voltage Vo changes as shown in FIGS. 6A, 6B and 6C along with the total operation time. Even if the output voltage Vo (= Vo1) is set so that the maximum output PM1 can be taken out in the initial state as shown in FIG. After the total operation time, not only the maximum output PM1 in the initial state cannot be extracted, but also the maximum outputs PM2 and PM3 in each total operation time shown in FIGS. In other words, even if the output voltage Vo is set to an optimum value so that the maximum output PM1 is obtained in the initial state, the method in which the output voltage Vo is controlled to be constant thereafter is the maximum output in each total operating time state. PM2 and PM3 cannot be taken out, and there is a problem that the output of the DMFC cannot be used effectively in response to a load request.

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、燃料電池本体の延べ運転時間に対しても常に最高出力を発生することができる燃料電池システム及び電子機器を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a fuel cell system and an electronic device that can always generate the maximum output for the total operation time of the fuel cell body.

請求項１記載の発明は、燃料供給により電力を発電する燃料電池本体と、前記燃料電池本体の延べ運転時間を判定する運転時間判定手段と、前記運転時間判定手段で判定された延べ運転時間に基づいて、これら延べ運転時間に対応する最高出力を前記燃料電池本体より取出し可能とする制御要素の最適値を設定する制御要素設定手段と、制御要素設定手段で設定された制御要素の最適値に基づいて前記燃料電池本体の出力を制御する制御手段と、を具備したことを特徴としている。   According to the first aspect of the present invention, the fuel cell main body that generates electric power by supplying fuel, the operation time determining means for determining the total operation time of the fuel cell main body, and the total operation time determined by the operation time determining means Based on the control element setting means for setting the optimum value of the control element that enables the maximum output corresponding to the total operation time to be taken out from the fuel cell main body, and the optimum value of the control element set by the control element setting means. And a control means for controlling the output of the fuel cell main body based on the control means.

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、制御要素設定手段は、前記延べ運転時間に対応する最高出力を取出し可能な制御要素として前記燃料電池本体の出力電圧の最適値を設定する出力電圧設定手段を有し、前記制御手段は、前記出力電圧設定手段で設定された出力電圧の最適値に基づいて前記燃料電池本体の出力を制御することを特徴としている。   According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, the control element setting means sets an optimum value of the output voltage of the fuel cell body as a control element capable of taking out the maximum output corresponding to the total operation time. Output voltage setting means for controlling the output of the fuel cell body based on the optimum value of the output voltage set by the output voltage setting means.

請求項３記載の発明は、請求項１記載の発明において、制御要素設定手段は、前記延べ運転時間に対応する最高出力を取出し可能な制御要素として前記燃料電池本体の出力電流の最適値を設定する出力電流設定手段を有し、前記制御手段は、前記出力電流設定手段で設定された出力電流の最適値に基づいて前記燃料電池本体の出力を制御することを特徴としている。   According to a third aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the control element setting means sets an optimum value of the output current of the fuel cell body as a control element capable of taking out the maximum output corresponding to the total operation time. Output current setting means for controlling the output of the fuel cell body based on the optimum value of the output current set by the output current setting means.

請求項４記載の発明は、請求項１記載の発明において、制御要素設定手段は、前記延べ運転時間に対応する最高出力を取出し可能な制御要素として前記燃料電池本体の制御温度の最適値を設定する制御温度設定手段を有し、前記制御手段は、前記制御温度設定手段で設定された制御温度の最適値に基づいて前記燃料電池本体の出力を制御することを特徴としている。   According to a fourth aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the control element setting means sets an optimum value of the control temperature of the fuel cell body as a control element capable of taking out the maximum output corresponding to the total operation time. Control temperature setting means for controlling the output of the fuel cell main body based on the optimum value of the control temperature set by the control temperature setting means.

請求項５記載の発明は、請求項１乃至４のいずれか一記載の発明において、運転時間判定手段は、前記燃料電池本体の出力電圧と出力電流の積より求められる平均出力と、予め延べ運転時間に対応して設定された平均出力との比較結果より延べ運転時間を判定することを特徴としている。   According to a fifth aspect of the present invention, in the invention according to any one of the first to fourth aspects of the present invention, the operation time determination means includes an average output obtained from the product of the output voltage and the output current of the fuel cell body, and a total operation in advance. The total operation time is determined from the comparison result with the average output set corresponding to the time.

請求項６記載の発明は、請求項１乃至４のいずれか一記載の発明において、運転時間判定手段は、前記燃料電池本体の延べ運転時間を計測するタイマーを有することを特徴としている。   A sixth aspect of the invention is characterized in that, in the invention according to any one of the first to fourth aspects, the operating time determination means includes a timer for measuring the total operating time of the fuel cell main body.

請求項７記載の発明は、請求項１乃至６のいずれか一記載の燃料電池システムを電源として使用した電子機器である。   A seventh aspect of the invention is an electronic device using the fuel cell system according to any one of the first to sixth aspects as a power source.

本発明によれば、燃料電池本体の延べ運転時間に対しても常に最高出力を発生することができる燃料電池システム及び電子機器を提供できる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the fuel cell system and electronic device which can always generate | occur | produce the highest output also with respect to the total operation time of a fuel cell main body can be provided.

以下、本発明の実施の形態を図面に従い説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態にかかる燃料電池システムの概略構成を示している。 (First embodiment)
FIG. 1 shows a schematic configuration of a fuel cell system according to a first embodiment of the present invention.

図１において、１は燃料電池本体（ＤＭＦＣ）で、この燃料電池本体１は、起電部を構成する燃料電池発電部（セル）１０１、液体燃料を収容する燃料収容部１０２、燃料収容部１０２と燃料電池発電部（セル）１０１を接続する流路１０３及び燃料収容部１０２から燃料電池発電部（セル）１０１に液体燃料を移送するための燃料供給制御手段としてのポンプ１０４を有している。   In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a fuel cell main body (DMFC). The fuel cell main body 1 includes a fuel cell power generation unit (cell) 101 that constitutes an electromotive unit, a fuel storage unit 102 that stores liquid fuel, and a fuel storage unit 102. And a flow path 103 connecting the fuel cell power generation unit (cell) 101 and a pump 104 as a fuel supply control means for transferring liquid fuel from the fuel storage unit 102 to the fuel cell power generation unit (cell) 101. .

図２は、このような燃料電池本体１をさらに詳細に説明するための断面図である。   FIG. 2 is a cross-sectional view for explaining the fuel cell main body 1 in more detail.

この場合、燃料電池発電部１０１は、アノード触媒層１１とアノードガス拡散層１２とを有するアノード（燃料極）１３と、カソード触媒層１４とカソードガス拡散層１５とを有するカソード（空気極／酸化剤極）１６と、アノード触媒層１１とカソード触媒層１４とで挟持されたプロトン（水素イオン）伝導性の電解質膜１７とから構成される膜電極接合体（Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ａｓｓｅｍｂｌｙ：ＭＥＡ）を有している。   In this case, the fuel cell power generation unit 101 includes an anode (fuel electrode) 13 having an anode catalyst layer 11 and an anode gas diffusion layer 12, and a cathode (air electrode / oxidation) having a cathode catalyst layer 14 and a cathode gas diffusion layer 15. The electrode assembly 16 has a membrane electrode assembly (MEA) composed of a proton (hydrogen ion) conductive electrolyte membrane 17 sandwiched between the anode catalyst layer 11 and the cathode catalyst layer 14. ing.

ここで、アノード触媒層１１やカソード触媒層１４に含有される触媒としては、例えばＰｔ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ｐｄ等の白金族元素の単体、白金族元素を含有する合金等が挙げられる。アノード触媒層１１にはメタノールや一酸化炭素等に対して強い耐性を有するＰｔ−ＲｕやＰｔ−Ｍｏ等を用いることが好ましい。カソード触媒層１４にはＰｔやＰｔ−Ｎｉ等を用いることが好ましい。ただし、触媒はこれらに限定されるものではなく、触媒活性を有する各種の物質を使用することができる。触媒は炭素材料のような導電性担持体を使用した担持触媒、あるいは無担持触媒のいずれであってもよい。   Here, examples of the catalyst contained in the anode catalyst layer 11 and the cathode catalyst layer 14 include a simple substance of a platinum group element such as Pt, Ru, Rh, Ir, Os, and Pd, an alloy containing the platinum group element, and the like. It is done. For the anode catalyst layer 11, it is preferable to use Pt—Ru, Pt—Mo, or the like having strong resistance to methanol, carbon monoxide, or the like. Pt, Pt—Ni or the like is preferably used for the cathode catalyst layer 14. However, the catalyst is not limited to these, and various substances having catalytic activity can be used. The catalyst may be either a supported catalyst using a conductive support such as a carbon material or an unsupported catalyst.

電解質膜１７を構成するプロトン伝導性材料としては、例えばスルホン酸基を有するパーフルオロスルホン酸重合体のようなフッ素系樹脂（ナフィオン（商品名、デュポン社製）やフレミオン（商品名、旭硝子社製）等）、スルホン酸基を有する炭化水素系樹脂等の有機系材料、あるいはタングステン酸やリンタングステン酸等の無機系材料が挙げられる。ただし、プロトン伝導性の電解質膜１７はこれらに限られるものではない。   Examples of the proton conductive material constituting the electrolyte membrane 17 include fluorine-based resins (Nafion (trade name, manufactured by DuPont) and Flemion (trade name, manufactured by Asahi Glass Co., Ltd.) such as a perfluorosulfonic acid polymer having a sulfonic acid group. Etc.), organic materials such as hydrocarbon resins having sulfonic acid groups, or inorganic materials such as tungstic acid and phosphotungstic acid. However, the proton conductive electrolyte membrane 17 is not limited to these.

アノード触媒層１１に積層されるアノードガス拡散層１２は、アノード触媒層１１に燃料を均一に供給する役割を果たすと同時に、アノード触媒層１１の集電体も兼ねている。カソード触媒層１４に積層されるカソードガス拡散層１５は、カソード触媒層１４に酸化剤を均一に供給する役割を果たすと同時に、カソード触媒層１４の集電体も兼ねている。アノードガス拡散層１２およびカソードガス拡散層１５は多孔質基材で構成されている。   The anode gas diffusion layer 12 laminated on the anode catalyst layer 11 serves to uniformly supply fuel to the anode catalyst layer 11 and also serves as a current collector for the anode catalyst layer 11. The cathode gas diffusion layer 15 laminated on the cathode catalyst layer 14 serves to uniformly supply the oxidant to the cathode catalyst layer 14 and also serves as a current collector for the cathode catalyst layer 14. The anode gas diffusion layer 12 and the cathode gas diffusion layer 15 are made of a porous substrate.

アノードガス拡散層１２やカソードガス拡散層１５には、必要に応じて導電層が積層される。これら導電層としては、例えばＡｕ、Ｎｉのような導電性金属材料からなる多孔質層（例えば、メッシュ）、多孔質膜、箔体あるいはステンレス鋼（ＳＵＳ）などの導電性金属材料に金などの良導電性金属を被覆した複合材等が用いられる。電解質膜１７と後述する燃料分配機構１０５およびカバープレート１８との間には、それぞれゴム製のＯリング１９が介在されており、これらによって燃料電池発電部１０１からの燃料漏れや酸化剤漏れを防止している。   A conductive layer is laminated on the anode gas diffusion layer 12 and the cathode gas diffusion layer 15 as necessary. As these conductive layers, for example, a porous layer (for example, mesh) made of a conductive metal material such as Au or Ni, a porous film, a foil body, a conductive metal material such as stainless steel (SUS), gold or the like. A composite material coated with a highly conductive metal is used. Rubber O-rings 19 are interposed between the electrolyte membrane 17 and a fuel distribution mechanism 105 and a cover plate 18, which will be described later, thereby preventing fuel leakage and oxidant leakage from the fuel cell power generation unit 101. is doing.

カバープレート１８は酸化剤である空気を取入れるための不図示の開口を有している。カバープレート１８とカソード１６との間には、必要に応じて保湿層や表面層が配置される。保湿層はカソード触媒層１４で生成された水の一部が含浸されて、水の蒸散を抑制すると共に、カソード触媒層１４への空気の均一拡散を促進するものである。表面層は空気の取入れ量を調整するものであり、空気の取入れ量に応じて個数や大きさ等が調整された複数の空気導入口を有している。   The cover plate 18 has an opening (not shown) for taking in air as an oxidant. A moisture retaining layer and a surface layer are disposed between the cover plate 18 and the cathode 16 as necessary. The moisturizing layer is impregnated with a part of the water generated in the cathode catalyst layer 14 to suppress the transpiration of water and promote uniform diffusion of air to the cathode catalyst layer 14. The surface layer adjusts the amount of air taken in, and has a plurality of air inlets whose number, size, etc. are adjusted according to the amount of air taken in.

燃料電池発電部１０１のアノード（燃料極）１３側には、燃料分配機構１０５が配置されている。燃料分配機構１０５には配管のような液体燃料の流路１０３を介して燃料収容部１０２が接続されている。   A fuel distribution mechanism 105 is disposed on the anode (fuel electrode) 13 side of the fuel cell power generation unit 101. A fuel storage unit 102 is connected to the fuel distribution mechanism 105 via a liquid fuel flow path 103 such as a pipe.

燃料収容部１０２には、燃料電池発電部１０１に対応した液体燃料が収容されている。液体燃料としては、各種濃度のメタノール水溶液や純メタノール等のメタノール燃料が挙げられる。液体燃料は必ずしもメタノール燃料に限られるものではない。液体燃料は、例えばエタノール水溶液や純エタノール等のエタノール燃料、プロパノール水溶液や純プロパノール等のプロパノール燃料、グリコール水溶液や純グリコール等のグリコール燃料、ジメチルエーテル、ギ酸、その他の液体燃料であってもよい。いずれにしても、燃料収容部１０２には燃料電池発電部１０１に応じた液体燃料が収容される。   Liquid fuel corresponding to the fuel cell power generation unit 101 is stored in the fuel storage unit 102. Examples of the liquid fuel include methanol fuels such as aqueous methanol solutions of various concentrations and pure methanol. The liquid fuel is not necessarily limited to methanol fuel. The liquid fuel may be, for example, an ethanol fuel such as an ethanol aqueous solution or pure ethanol, a propanol fuel such as a propanol aqueous solution or pure propanol, a glycol fuel such as a glycol aqueous solution or pure glycol, dimethyl ether, formic acid, or other liquid fuel. In any case, liquid fuel corresponding to the fuel cell power generation unit 101 is stored in the fuel storage unit 102.

燃料分配機構１０５には燃料収容部１０２から流路１０３を介して燃料が導入される。流路１０３は燃料分配機構１０５や燃料収容部１０２と独立した配管に限られるものではない。例えば、燃料分配機構１０５と燃料収容部１０２とを積層して一体化する場合、これらを繋ぐ燃料の流路であってもよい。燃料分配機構１０５は流路１０３を介して燃料収容部１０２と接続されていればよい。   Fuel is introduced into the fuel distribution mechanism 105 from the fuel storage portion 102 via the flow path 103. The flow path 103 is not limited to piping independent of the fuel distribution mechanism 105 and the fuel storage unit 102. For example, when the fuel distribution mechanism 105 and the fuel storage unit 102 are stacked and integrated, a fuel flow path connecting them may be used. The fuel distribution mechanism 105 only needs to be connected to the fuel storage unit 102 via the flow path 103.

ここで、燃料分配機構１０５は図３に示すように、燃料が流路１０３を介して流入する少なくとも１個の燃料注入口２１と、燃料やその気化成分を排出する複数個の燃料排出口２２とを有する燃料分配板２３を備えている。燃料分配板２３の内部には図２に示すように、燃料注入口２１から導かれた燃料の通路となる空隙部２４が設けられている。複数の燃料排出口２２は燃料通路として機能する空隙部２４にそれぞれ直接接続されている。   Here, as shown in FIG. 3, the fuel distribution mechanism 105 includes at least one fuel inlet 21 through which fuel flows through the flow path 103 and a plurality of fuel outlets 22 through which fuel and its vaporized components are discharged. The fuel distribution plate 23 having As shown in FIG. 2, a gap 24 serving as a fuel passage led from the fuel inlet 21 is provided inside the fuel distribution plate 23. The plurality of fuel discharge ports 22 are directly connected to gaps 24 that function as fuel passages.

燃料注入口２１から燃料分配機構１０５に導入された燃料は空隙部２４に入り、この燃料通路として機能する空隙部２４を介して複数の燃料排出口２２にそれぞれ導かれる。複数の燃料排出口２２には、例えば燃料の気化成分のみを透過し、液体成分は透過させない気液分離体（図示せず）を配置してもよい。これによって、燃料電池発電部１０１のアノード（燃料極）１３には燃料の気化成分が供給される。なお、気液分離体は燃料分配機構１０５とアノード１３との間に気液分離膜等として設置してもよい。燃料の気化成分は複数の燃料排出口２２からアノード１３の複数個所に向けて排出される。   The fuel introduced into the fuel distribution mechanism 105 from the fuel inlet 21 enters the gap portion 24 and is guided to the plurality of fuel discharge ports 22 through the gap portion 24 functioning as the fuel passage. For example, a gas-liquid separator (not shown) that transmits only the vaporized component of the fuel and does not transmit the liquid component may be disposed in the plurality of fuel discharge ports 22. As a result, the fuel vaporization component is supplied to the anode (fuel electrode) 13 of the fuel cell power generation unit 101. The gas-liquid separator may be installed as a gas-liquid separation membrane or the like between the fuel distribution mechanism 105 and the anode 13. The vaporized component of the fuel is discharged from a plurality of fuel discharge ports 22 toward a plurality of locations on the anode 13.

燃料排出口２２は燃料電池発電部１０１の全体に燃料を供給することが可能なように、燃料分配板２３のアノード１３と接する面に複数設けられている。燃料排出口２２の個数は２個以上であればよいが、燃料電池発電部１０１の面内における燃料供給量を均一化する上で、０．１〜１０個／ｃｍ2の燃料排出口２２が存在するように形成することが好ましい。 A plurality of fuel discharge ports 22 are provided on the surface of the fuel distribution plate 23 in contact with the anode 13 so that fuel can be supplied to the entire fuel cell power generation unit 101. The number of the fuel discharge ports 22 may be two or more. However, in order to equalize the fuel supply amount in the plane of the fuel cell power generation unit 101, the fuel discharge ports 22 of 0.1 to 10 / cm 2 are provided. It is preferable to form it so that it exists.

燃料分配機構１０５と燃料収容部１０２の間を接続する流路１０３には、燃料移送制御手段としてのポンプ１０４が挿入されている。このポンプ１０４は燃料を循環される循環ポンプではなく、あくまでも燃料収容部１０２から燃料分配機構１０５に燃料を移送する燃料供給ポンプである。このようなポンプ１０４で必要時に燃料を送液することによって、燃料供給量の制御性を高めるものである。この場合、ポンプ１０４としては、少量の燃料を制御性よく送液することができ、さらに小型軽量化が可能という観点から、ロータリーベーンポンプ、電気浸透流ポンプ、ダイアフラムポンプ、しごきポンプ等を使用することが好ましい。ロータリーベーンポンプはモータで羽を回転させて送液するものである。電気浸透流ポンプは電気浸透流現象を起こすシリカ等の焼結多孔体を用いたものである。ダイアフラムポンプは電磁石や圧電セラミックスによりダイアフラムを駆動して送液するものである。しごきポンプは柔軟性を有する燃料流路の一部を圧迫し、燃料をしごき送るものである。これらのうち、駆動電力や大きさ等の観点から、電気浸透流ポンプや圧電セラミックスを有するダイアフラムポンプを使用することがより好ましい。   A pump 104 serving as a fuel transfer control unit is inserted into a flow path 103 that connects between the fuel distribution mechanism 105 and the fuel storage unit 102. The pump 104 is not a circulation pump through which fuel is circulated, but is a fuel supply pump that transfers fuel from the fuel storage unit 102 to the fuel distribution mechanism 105 to the last. By supplying the fuel when necessary with such a pump 104, the controllability of the fuel supply amount is improved. In this case, a rotary vane pump, an electroosmotic pump, a diaphragm pump, a squeezing pump, etc. should be used as the pump 104 from the viewpoint that a small amount of fuel can be sent with good controllability and can be reduced in size and weight. Is preferred. A rotary vane pump feeds liquid by rotating a wing with a motor. The electroosmotic flow pump uses a sintered porous material such as silica that causes an electroosmotic flow phenomenon. The diaphragm pump is a pump that feeds liquid by driving the diaphragm with an electromagnet or piezoelectric ceramics. The squeezing pump presses a part of the flexible fuel flow path and squeezes the fuel. Among these, it is more preferable to use an electroosmotic pump or a diaphragm pump having piezoelectric ceramics from the viewpoint of driving power, size, and the like.

また、ポンプ１０４には、後述する燃料供給制御回路５が接続され、ポンプ１０４の駆動が制御される。この点については後述する。   In addition, a fuel supply control circuit 5 described later is connected to the pump 104, and the drive of the pump 104 is controlled. This point will be described later.

このような構成において、燃料収容部１０２に収容された燃料は、ポンプ１０４により流路１０３を移送され、燃料分配機構１０５に供給される。そして、燃料分配機構１０５から放出された燃料は、燃料電池発電部１０１のアノード（燃料極）１３に供給される。燃料電池発電部１０１内において、燃料はアノードガス拡散層１２を拡散してアノード触媒層１１に供給される。燃料としてメタノール燃料を用いた場合、アノード触媒層１１で下記の(1)式に示すメタノールの内部改質反応が生じる。なお、メタノール燃料として純メタノールを使用した場合には、カソード触媒層１４で生成した水や電解質膜１７中の水をメタノールと反応させて(1)式の内部改質反応を生起させる。あるいは、水を必要としない他の反応機構により内部改質反応を生じさせる。   In such a configuration, the fuel stored in the fuel storage unit 102 is transferred through the flow path 103 by the pump 104 and supplied to the fuel distribution mechanism 105. The fuel released from the fuel distribution mechanism 105 is supplied to the anode (fuel electrode) 13 of the fuel cell power generation unit 101. In the fuel cell power generation unit 101, the fuel diffuses through the anode gas diffusion layer 12 and is supplied to the anode catalyst layer 11. When methanol fuel is used as the fuel, an internal reforming reaction of methanol shown in the following formula (1) occurs in the anode catalyst layer 11. When pure methanol is used as the methanol fuel, the water generated in the cathode catalyst layer 14 or the water in the electrolyte membrane 17 is reacted with methanol to cause the internal reforming reaction of the formula (1). Alternatively, the internal reforming reaction is caused by another reaction mechanism that does not require water.

ＣＨ3ＯＨ＋Ｈ2Ｏ → ＣＯ2＋６Ｈ+＋６ｅ- …(1)
この反応で生成した電子（ｅ-）は集電体を経由して外部に導かれ、いわゆる出力として負荷側に供給された後、カソード（空気極）１６に導かれる。また、(1)式の内部改質反応で生成したプロトン（Ｈ+）は電解質膜１７を経てカソード１６に導かれる。カソード１６には酸化剤として空気が供給される。カソード１６に到達した電子（ｅ-）とプロトン（Ｈ+）は、カソード触媒層１４で空気中の酸素と下記の(2)式にしたがって反応し、この反応に伴って水が生成される。 CH 3 OH + H 2 O → CO 2 + 6H + + 6e − (1)
Electrons (e − ) generated by this reaction are guided to the outside via a current collector, supplied to the load side as so-called output, and then guided to the cathode (air electrode) 16. Further, protons (H + ) generated by the internal reforming reaction of the formula (1) are guided to the cathode 16 through the electrolyte membrane 17. Air is supplied to the cathode 16 as an oxidant. Electrons (e − ) and protons (H + ) that have reached the cathode 16 react with oxygen in the air according to the following equation (2) in the cathode catalyst layer 14, and water is generated with this reaction.

６ｅ-＋６Ｈ+＋（３／２）Ｏ2 → ３Ｈ2Ｏ …(2)
図１に戻って、このように構成された燃料電池本体１には、出力検出部６及び出力調整手段としてＤＣ−ＤＣコンバータ（電圧調整回路）２が接続されている。出力検出部６は、燃料電池発電部（セル）１０１の出力として、例えば出力電圧Ｖｏ及び出力電流Ｉｏを検出し、これら出力電圧Ｖｏ及び出力電流Ｉｏに対応する検出信号を制御部７に出力する。 6e − + 6H + + (3/2) O 2 → 3H 2 O (2)
Returning to FIG. 1, the fuel cell main body 1 configured as described above is connected to an output detection unit 6 and a DC-DC converter (voltage adjustment circuit) 2 as output adjustment means. The output detection unit 6 detects, for example, an output voltage Vo and an output current Io as outputs of the fuel cell power generation unit (cell) 101, and outputs detection signals corresponding to the output voltage Vo and output current Io to the control unit 7. .

ＤＣ−ＤＣコンバータ２は、不図示のスイッチング要素とエネルギー蓄積要素を有し、これらスイッチング要素とエネルギー蓄積要素により燃料電池本体１で発電された電気エネルギーを蓄積／放出させ、燃料電池本体１からの比較的低い出力電圧を十分の電圧まで昇圧して生成される出力を発生する。このＤＣ−ＤＣコンバータ２の出力は、補助電源４に供給される。   The DC-DC converter 2 includes a switching element and an energy storage element (not shown). The DC-DC converter 2 stores / releases electric energy generated by the fuel cell body 1 by the switching element and the energy storage element, An output generated by boosting a relatively low output voltage to a sufficient voltage is generated. The output of the DC-DC converter 2 is supplied to the auxiliary power supply 4.

なお、ここでは標準的な昇圧型のＤＣ−ＤＣコンバータ２を示したが、昇圧動作が可能なものならば、他の回路方式のものでも実施可能である。   Although the standard boost type DC-DC converter 2 is shown here, other circuit systems can be used as long as the boost operation is possible.

ＤＣ−ＤＣコンバータ２の出力端には、補助電源４が接続され、所謂ハイブリッド型燃料電池を構成している。この補助電源４は、ＤＣ−ＤＣコンバータ２の出力により充電可能としたもので、電子機器本体３の瞬間的な負荷変動に対して電流を供給し、また、燃料枯渇状態になって前記燃料電池本体１が発電不能に陥った場合に電子機器本体３の駆動電源として用いられる。この補助電源４には、充放電可能な二次電池(例えばリチウムイオン充電池（ＬＩＢ）)や電気二重層コンデンサ）が用いられる。   An auxiliary power supply 4 is connected to the output end of the DC-DC converter 2 to constitute a so-called hybrid fuel cell. The auxiliary power supply 4 can be charged by the output of the DC-DC converter 2 and supplies a current to an instantaneous load fluctuation of the electronic device main body 3, and the fuel cell is in a fuel-depleted state. When the main body 1 is incapable of generating power, it is used as a driving power source for the electronic device main body 3. As the auxiliary power source 4, a chargeable / dischargeable secondary battery (for example, a lithium ion rechargeable battery (LIB)) or an electric double layer capacitor) is used.

補助電源４には、燃料供給制御回路５が接続されている。燃料供給制御回路５は、補助電源４を電源としてポンプ１０４の動作を制御するもので、制御部７の指示に基づいてポンプ１０４をオン／オフ制御する。   A fuel supply control circuit 5 is connected to the auxiliary power source 4. The fuel supply control circuit 5 controls the operation of the pump 104 using the auxiliary power source 4 as a power source, and controls the pump 104 on / off based on an instruction from the control unit 7.

燃料供給制御回路５には、制御部７が接続されている。制御部７は、システム全体を制御するもので、運転時間判定部７０１、制御要素設定手段としての出力電圧設定部７０２、ポンプ制御信号発生部７０３を有している。運転時間判定部７０１は、燃料電池本体１の延べ運転時間を判定するもので、ここでは出力検出部６より検出される燃料電池発電部（セル）１０１の出力電圧Ｖｏ及び出力電流Ｉｏより平均出力ＰAを求めるとともに、この平均出力ＰAに基づいて燃料電池本体１の延べ運転時間を判定する。この場合の延べ運転時間の判定は、例えば、燃料電池本体１の初期状態と所定の延べ運転時間でのそれぞれの燃料電池本体１の平均出力を予め設定しておき、この設定された平均出力と上述の平均出力ＰAとの比較結果より延べ運転時間を判定する。ここでは、初期状態の他に、延べ運転時間が２０００時間経過した状態と延べ運転時間が４０００時間経過した状態をそれぞれ判定する。出力電圧設定部７０２は、図６に示すように運転時間判定部７０１で判定された結果に基づいて、対応する最高出力ＰM１、ＰM２、ＰM３を取出し可能な制御要素として出力電圧Ｖｏの最適値Ｖｏ１、Ｖｏ２、Ｖｏ３を設定する。ポンプ制御信号発生部７０３は、出力電圧設定部７０２で設定された各最適値に応じてポンプ１０４のオン／オフ信号を出力する。   A controller 7 is connected to the fuel supply control circuit 5. The control unit 7 controls the entire system, and includes an operation time determination unit 701, an output voltage setting unit 702 as a control element setting unit, and a pump control signal generation unit 703. The operation time determination unit 701 determines the total operation time of the fuel cell main body 1, and here the average output from the output voltage Vo and output current Io of the fuel cell power generation unit (cell) 101 detected by the output detection unit 6. While obtaining PA, the total operation time of the fuel cell main body 1 is determined based on the average output PA. In this case, the total operation time is determined by, for example, setting the average output of each fuel cell main body 1 in the initial state of the fuel cell main body 1 and the predetermined total operation time in advance, The total operation time is determined from the comparison result with the above average output PA. Here, in addition to the initial state, a state in which the total operation time is 2000 hours and a state in which the total operation time is 4000 hours are determined. As shown in FIG. 6, the output voltage setting unit 702 is an optimum value Vo1 of the output voltage Vo as a control element capable of taking out the corresponding maximum outputs PM1, PM2, and PM3 based on the result determined by the operation time determination unit 701. , Vo2 and Vo3 are set. The pump control signal generator 703 outputs an on / off signal for the pump 104 in accordance with each optimum value set by the output voltage setting unit 702.

次に、このように構成された実施の形態の作用を説明する。   Next, the operation of the embodiment configured as described above will be described.

いま、補助電源４の出力が、燃料供給制御回路５に電源として供給されると、燃料供給制御回路５は、ポンプ制御信号発生部７０３のオン／オフ信号に基づいてポンプ１０４の制御信号を出力する。これにより、燃料収容部１０２に収容される液体燃料がポンプ１０４により流路１０３を介して燃料電池発電部１０１に供給され、燃料電池発電部１０１より発電出力が発生する。   Now, when the output of the auxiliary power supply 4 is supplied as power to the fuel supply control circuit 5, the fuel supply control circuit 5 outputs the control signal of the pump 104 based on the on / off signal of the pump control signal generator 703. To do. As a result, the liquid fuel stored in the fuel storage unit 102 is supplied to the fuel cell power generation unit 101 by the pump 104 via the flow path 103, and a power generation output is generated from the fuel cell power generation unit 101.

燃料電池発電部１０１の発電出力は、ＤＣ−ＤＣコンバータ２により昇圧され、電子機器本体３に供給される。同時に、補助電源４は、ＤＣ−ＤＣコンバータ２の出力により充電される。これにより、電子機器本体３は、ＤＣ−ＤＣコンバータ２から供給される電力を電源として動作される。   The power generation output of the fuel cell power generation unit 101 is boosted by the DC-DC converter 2 and supplied to the electronic device main body 3. At the same time, the auxiliary power supply 4 is charged by the output of the DC-DC converter 2. Thereby, the electronic device main body 3 is operated using the power supplied from the DC-DC converter 2 as a power source.

この状態で、出力検出部６により燃料電池発電部（セル）１０１の出力電圧Ｖｏ及び出力電流Ｉｏを検出し、これら出力電圧Ｖｏ及び出力電流Ｉｏに対応する検出信号を制御部７に出力する。制御部７は、運転時間判定部７０１により、出力検出部６より検出される検出信号に基づいて燃料電池発電部（セル）１０１より出力される平均出力ＰAを求めとともに、この平均出力ＰAと予め設定された平均出力との比較結果より燃料電池本体１の延べ運転時間を判定する。いま、判定された延べ運転時間が初期状態の範囲であれば、出力電圧設定部７０２は、このときの判定に基づいて初期状態に対応する最高出力ＰM１を取出し可能な出力電圧Ｖｏの最適値Ｖｏ１を設定する。これにより、ポンプ制御信号発生部７０３は、出力電圧設定部７０２で設定された出力電圧Ｖｏの最適値Ｖｏ１に応じてポンプ１０４のオン／オフ信号を出力し、燃料電池発電部１０１は、図６（ａ）に示すように出力電圧Ｖｏが常に最適値Ｖｏ１になるように制御されるので、最高出力ＰM１を取出すことが可能となり、負荷要求に対して出力を有効に利用することができる。   In this state, the output detection unit 6 detects the output voltage Vo and the output current Io of the fuel cell power generation unit (cell) 101 and outputs detection signals corresponding to the output voltage Vo and the output current Io to the control unit 7. The control unit 7 obtains an average output PA output from the fuel cell power generation unit (cell) 101 based on the detection signal detected by the output detection unit 6 by the operation time determination unit 701, and preliminarily calculates the average output PA. The total operation time of the fuel cell main body 1 is determined from the comparison result with the set average output. If the determined total operation time is in the initial state range, the output voltage setting unit 702, based on the determination at this time, can obtain the maximum output PM1 corresponding to the initial state, the optimum value Vo1 of the output voltage Vo1. Set. As a result, the pump control signal generation unit 703 outputs an on / off signal of the pump 104 in accordance with the optimum value Vo1 of the output voltage Vo set by the output voltage setting unit 702, and the fuel cell power generation unit 101 performs the operation shown in FIG. Since the output voltage Vo is always controlled to the optimum value Vo1 as shown in (a), the maximum output PM1 can be taken out, and the output can be used effectively for the load request.

その後、経過時間判定部７０１での平均出力ＰAに基づいた延べ運転時間の判定で、初期状態から２０００時間経過した状態が判定されると、出力電圧設定部７０２は、このときの判定結果に基づいて延べ運転時間２０００時間に対応する最高出力ＰM２を取出し可能な出力電圧Ｖｏの最適値Ｖｏ２を設定する。これにより、ポンプ制御信号発生部７０３は、出力電圧設定部７０２で設定された出力電圧Ｖｏの最適値Ｖｏ２に応じてポンプ１０４のオン／オフ信号を出力し、燃料電池発電部１０１は、図６（ｂ）に示すように出力電圧Ｖｏが常に最適値Ｖｏ２になるように制御されるので、最高出力ＰM２を取出すことが可能となり、この状態でも、負荷要求に対して出力を有効に利用することができる。   Thereafter, when the total operation time is determined based on the average output PA in the elapsed time determination unit 701 and a state in which 2000 hours have elapsed from the initial state is determined, the output voltage setting unit 702 is based on the determination result at this time. The optimum value Vo2 of the output voltage Vo that can take out the maximum output PM2 corresponding to the total operation time of 2000 hours is set. Accordingly, the pump control signal generation unit 703 outputs an on / off signal of the pump 104 according to the optimum value Vo2 of the output voltage Vo set by the output voltage setting unit 702, and the fuel cell power generation unit 101 performs FIG. As shown in (b), since the output voltage Vo is controlled so as to always become the optimum value Vo2, the maximum output PM2 can be taken out. Even in this state, the output can be effectively used for the load request. Can do.

さらに、経過時間判定部７０１での平均出力ＰAに基づいた延べ運転時間の判定で、初期状態から４０００時間経過した状態が判定されると、出力電圧設定部７０２は、このときの判定結果に基づいて延べ運転時間が４０００時間に対応する最高出力ＰM３を取出し可能な出力電圧Ｖｏの最適値Ｖｏ３を設定する。これにより、ポンプ制御信号発生部７０３は、出力電圧設定部７０２で設定された出力電圧Ｖｏの最適値Ｖｏ３に応じてポンプ１０４のオン／オフ信号を出力し、燃料電池発電部１０１は、図６（ｃ）に示すように出力電圧Ｖｏが常に最適値Ｖｏ３になるように制御されるので、最高出力ＰM３を取出すことが可能となり、この状態でも、負荷要求に対して出力を有効に利用することができる。   Further, when the total operation time is determined based on the average output PA in the elapsed time determination unit 701 and a state in which 4000 hours have elapsed from the initial state is determined, the output voltage setting unit 702 is based on the determination result at this time. Then, the optimum value Vo3 of the output voltage Vo capable of taking out the maximum output PM3 corresponding to the total operation time of 4000 hours is set. Accordingly, the pump control signal generation unit 703 outputs an on / off signal of the pump 104 according to the optimum value Vo3 of the output voltage Vo set by the output voltage setting unit 702, and the fuel cell power generation unit 101 performs FIG. As shown in (c), since the output voltage Vo is controlled so as to always become the optimum value Vo3, the maximum output PM3 can be taken out. Even in this state, the output can be effectively used for the load request. Can do.

したがって、このようにすれば、燃料電池本体１の平均出力ＰAに応じて運転時間判定部７０１でにより延べ運転時間を判定し、この判定された延べ運転時間に基づいて、出力電圧設定部７０２により延べ運転時間に対応する最高出力を燃料電池本体１より取出し可能な出力電圧Ｖｏの最適値を設定し、この設定された出力電圧Ｖｏの最適値に基づいて燃料電池本体１の出力を制御するようにした。これにより、燃料電池本体１の長期使用により出力低下が生じても、燃料電池本体１の運転条件として、その時点に最適な運転条件を採用することができるので、燃料電池本体１より常に最高出力を取出すことが可能となり、負荷要求に対して燃料電池本体１の出力を有効に利用することができる。   Therefore, in this way, the total operation time is determined by the operation time determination unit 701 according to the average output PA of the fuel cell main body 1, and the output voltage setting unit 702 determines the total operation time based on the determined total operation time. An optimum value of the output voltage Vo that can extract the maximum output corresponding to the total operation time from the fuel cell main body 1 is set, and the output of the fuel cell main body 1 is controlled based on the optimum value of the set output voltage Vo. I made it. As a result, even if the output decreases due to long-term use of the fuel cell main body 1, it is possible to adopt the optimum operating condition at that time as the operating condition of the fuel cell main body 1. Therefore, the output of the fuel cell main body 1 can be used effectively for the load request.

（第２の実施の形態）
第１の実施の形態では、初期状態から所定の延べ運転時間を経過した燃料電池発電部１０１より最高出力を取出し可能にするための出力電圧Ｖｏの最適値を設定し、この最適値に基づいて出力を制御するようにしたが、この第２の実施の形態では、初期状態から所定の延べ運転時間を経過した燃料電池発電部１０１より最高出力を取出し可能にするための出力電流Ｉｏの最適値を設定し、この最適値に基づいて出力を制御するようにしている。 (Second Embodiment)
In the first embodiment, an optimum value of the output voltage Vo is set for enabling the maximum output to be taken out from the fuel cell power generation unit 101 that has passed a predetermined total operation time from the initial state, and based on this optimum value. Although the output is controlled, in this second embodiment, the optimum value of the output current Io for enabling the maximum output to be taken out from the fuel cell power generation unit 101 that has passed a predetermined total operation time from the initial state. And the output is controlled based on this optimum value.

この場合、図１において、制御部７は、制御要素設定手段として出力電圧設定部７０２に代えて出力電流設定部７０４を設ける。この出力電流設定部７０４は、図７に示すように経過時間判定部７０１で判定された延べ運転時間に基づいて、対応する最高出力ＰM１、ＰM２、ＰM３を取出し可能な出力電流Ｉｏの最適値Ｉｏ１、Ｉｏ２、Ｉｏ３を設定する。ポンプ制御信号発生部７０３は、出力電圧設定部７０２で設定された出力電圧Ｉｏの最適値に応じてポンプ１０４のオン／オフ信号を出力する。   In this case, in FIG. 1, the control unit 7 includes an output current setting unit 704 instead of the output voltage setting unit 702 as a control element setting unit. The output current setting unit 704, as shown in FIG. 7, is based on the total operation time determined by the elapsed time determination unit 701, and the optimum value Io1 of the output current Io from which the corresponding maximum output PM1, PM2, PM3 can be taken out. , Io2 and Io3 are set. The pump control signal generation unit 703 outputs an on / off signal for the pump 104 in accordance with the optimum value of the output voltage Io set by the output voltage setting unit 702.

このような構成によれば、経過時間判定部７０１での平均出力ＰAに基づいた延べ運転時間の判定で、初期状態が判定されると、出力電流設定部７０４は、このときの判定結果に基づいて初期状態に対応する最高出力ＰM１を取出し可能な出力電流Ｉｏの最適値Ｉｏ１を設定する。これにより、ポンプ制御信号発生部７０３は、出力電圧設定部７０２で設定された出力電流Ｉｏの最適値Ｉｏ１に応じてポンプ１０４のオン／オフ信号を出力し、燃料電池発電部１０１は、図７（ａ）に示すように出力電流Ｉｏが常に最適値Ｉｏ１になるように制御されるので、最高出力ＰM１を取出すことができる。   According to such a configuration, when the initial state is determined in the determination of the total operation time based on the average output PA in the elapsed time determination unit 701, the output current setting unit 704 is based on the determination result at this time. The optimum value Io1 of the output current Io that can take out the maximum output PM1 corresponding to the initial state is set. As a result, the pump control signal generation unit 703 outputs an on / off signal of the pump 104 in accordance with the optimum value Io1 of the output current Io set by the output voltage setting unit 702, and the fuel cell power generation unit 101 performs the operation shown in FIG. Since the output current Io is always controlled to the optimum value Io1 as shown in (a), the maximum output PM1 can be taken out.

その後、経過時間判定部７０１において、初期状態から２０００時間経過した状態が判定されると、出力電流設定部７０４は、このときの判定結果に基づいて延べ運転時間２０００時間に対応する最高出力ＰM２を取出し可能な出力電流Ｉｏの最適値Ｉｏ２を設定する。これにより、ポンプ制御信号発生部７０３は、出力電流設定部７０４で設定された出力電流Ｉｏの最適値Ｉｏ２に応じてポンプ１０４のオン／オフ信号を出力し、燃料電池発電部１０１は、図７（ｂ）に示すように出力電流Ｉｏが常に最適値Ｉｏ２になるように制御されるので、最高出力ＰM２を取出すことができる。   Thereafter, when the elapsed time determination unit 701 determines that 2000 hours have elapsed from the initial state, the output current setting unit 704 determines the maximum output PM2 corresponding to the total operation time of 2000 hours based on the determination result at this time. An optimum value Io2 of the output current Io that can be taken out is set. Accordingly, the pump control signal generation unit 703 outputs an on / off signal of the pump 104 according to the optimum value Io2 of the output current Io set by the output current setting unit 704, and the fuel cell power generation unit 101 performs FIG. Since the output current Io is always controlled to the optimum value Io2 as shown in (b), the maximum output PM2 can be taken out.

さらに、経過時間判定部７０での平均出力ＰAに基づいた延べ運転時間の判定で、初期状態から４０００時間経過した状態が判定されると、出力電流設定部７０４は、このときの判定結果に基づいて延べ運転時間４０００時間に対応する最高出力ＰM３を取出し可能な出力電流Ｉｏの最適値Ｉｏ３を設定する。これにより、ポンプ制御信号発生部７０３は、出力電流設定部７０４で設定された出力電流Ｉｏの最適値Ｉｏ３に応じてポンプ１０４のオン／オフ信号を出力し、燃料電池発電部１０１は、図７（ｃ）に示すように出力電流Ｉｏが常に最適値Ｉｏ３になるように制御されるので、最高出力ＰM２を取出すことができる。   Further, when the total operation time is determined based on the average output PA in the elapsed time determination unit 70 and a state in which 4000 hours have elapsed from the initial state is determined, the output current setting unit 704 is based on the determination result at this time. The optimum value Io3 of the output current Io that can take out the maximum output PM3 corresponding to the total operation time of 4000 hours is set. Accordingly, the pump control signal generation unit 703 outputs an on / off signal of the pump 104 according to the optimum value Io3 of the output current Io set by the output current setting unit 704, and the fuel cell power generation unit 101 performs FIG. Since the output current Io is always controlled to the optimum value Io3 as shown in (c), the maximum output PM2 can be taken out.

したがって、このようにしても、負荷要求に対して出力を有効に利用することができ、第１の実施の形態と同様な効果を得ることができる。   Therefore, even if it does in this way, an output can be used effectively with respect to a load request | requirement, and the effect similar to 1st Embodiment can be acquired.

（第３の実施の形態）
第１の実施の形態では、初期状態から所定の延べ運転時間を経過した燃料電池発電部１０１より最高出力を取出し可能にするための出力電圧Ｖｏの最適値を設定し、この最適値に基づいて出力を制御するようにしたが、この第３の実施の形態では、初期状態から所定の延べ運転時間を経過した燃料電池発電部１０１より最高出力を取出し可能にするための制御温度Ｔｏの最適値を設定し、この最適値にに基づいて出力を制御するようにしている。 (Third embodiment)
In the first embodiment, an optimum value of the output voltage Vo is set for enabling the maximum output to be taken out from the fuel cell power generation unit 101 that has passed a predetermined total operation time from the initial state, and based on this optimum value. Although the output is controlled, in the third embodiment, the optimum value of the control temperature To that enables the maximum output to be taken out from the fuel cell power generation unit 101 that has passed a predetermined total operation time from the initial state. And the output is controlled based on this optimum value.

この場合、図１において、燃料電池本体１の燃料電池発電部（セル）１０１に温度検出手段としての温度センサ１０６を設ける。この温度センサ１０６は、燃料電池発電部（セル）１０１の発熱部の温度を検出するもので、例えば、サーミスタや熱電対からなり、図２に示す燃料電池発電部（セル）１０１のカソード(空気極)１６に配置されている。温度センサ１０６は、発熱温度に対応する検出信号を制御部７に出力する。また、制御部７は、制御要素設定手段として出力電圧設定部７０２に代えて制御温度設定部７０５を設ける。この制御温度設定部７０５は、図８に示すように経過時間判定部７０１で判定された延べ運転時間に基づいて、対応する最高出力ＰM１、ＰM２、ＰM３を取出し可能な制御温度Ｔｏの最適値Ｔｏ１、Ｔｏ２、Ｔｏ３を設定する。ポンプ制御信号発生部７０３は、制御温度設定部７０５で設定された制御温度Ｔｏの最適値に応じてポンプ１０４のオン／オフ信号を出力する。   In this case, in FIG. 1, a temperature sensor 106 as temperature detecting means is provided in the fuel cell power generation unit (cell) 101 of the fuel cell main body 1. The temperature sensor 106 detects the temperature of the heat generating part of the fuel cell power generation unit (cell) 101, and is composed of, for example, a thermistor or a thermocouple, and is the cathode (air) of the fuel cell power generation unit (cell) 101 shown in FIG. Pole) 16. The temperature sensor 106 outputs a detection signal corresponding to the heat generation temperature to the control unit 7. In addition, the control unit 7 includes a control temperature setting unit 705 instead of the output voltage setting unit 702 as a control element setting unit. The control temperature setting unit 705, as shown in FIG. 8, is based on the total operation time determined by the elapsed time determination unit 701, and the optimum value To1 of the control temperature To that can take out the corresponding maximum outputs PM1, PM2, and PM3. , To2 and To3 are set. The pump control signal generator 703 outputs an on / off signal for the pump 104 according to the optimum value of the control temperature To set by the control temperature setting unit 705.

このような構成によれば、経過時間判定部７０１での平均出力ＰAに基づいた延べ運転時間の判定で、初期状態が判定されると、制御温度設定部７０５は、このときの判定結果に基づいて初期状態に対応する最高出力ＰM１を取出し可能な制御温度Ｔｏの最適値Ｔｏ１を設定する。これにより、ポンプ制御信号発生部７０３は、制御温度設定部７０５で設定された制御温度Ｔｏの最適値Ｔｏ１に応じてポンプ１０４のオン／オフ信号を出力し、燃料電池発電部１０１は、図８（ａ）に示すように温度センサ１０６で検出される制御温度Ｔｏが常に最適値になるように制御されるので、最高出力ＰM１を取出すことができる。   According to such a configuration, when the initial state is determined in the determination of the total operation time based on the average output PA in the elapsed time determination unit 701, the control temperature setting unit 705 is based on the determination result at this time. Then, the optimum value To1 of the control temperature To that can take out the maximum output PM1 corresponding to the initial state is set. As a result, the pump control signal generation unit 703 outputs an on / off signal of the pump 104 in accordance with the optimum value To1 of the control temperature To set by the control temperature setting unit 705, and the fuel cell power generation unit 101 performs the operation shown in FIG. As shown in (a), since the control temperature To detected by the temperature sensor 106 is always controlled to an optimum value, the maximum output PM1 can be taken out.

その後、経過時間判定部７０１において、初期状態から２０００時間経過した状態が判定されると、制御温度設定部７０５は、このときの判定結果に基づいて延べ運転時間２０００時間に対応する最高出力ＰM２を取出し可能な制御温度Ｔｏの最適値Ｔｏ２を設定する。これにより、ポンプ制御信号発生部７０３は、制御温度設定部７０５で設定された制御温度Ｔｏの最適値Ｔｏ２に応じてポンプ１０４のオン／オフ信号を出力し、燃料電池発電部１０１は、図８（ｂ）に示すように温度センサ１０６で検出される制御温度Ｔｏが常に最適値Ｔｏ２になるように制御されるので、最高出力ＰM２を取出すことができる。   Thereafter, when the elapsed time determination unit 701 determines that 2000 hours have elapsed from the initial state, the control temperature setting unit 705 determines the maximum output PM2 corresponding to the total operation time of 2000 hours based on the determination result at this time. An optimum value To2 of the control temperature To that can be taken out is set. Accordingly, the pump control signal generation unit 703 outputs an on / off signal of the pump 104 according to the optimum value To2 of the control temperature To set by the control temperature setting unit 705, and the fuel cell power generation unit 101 performs FIG. Since the control temperature To detected by the temperature sensor 106 is always controlled to the optimum value To2 as shown in (b), the maximum output PM2 can be taken out.

さらに、経過時間判定部７０１での平均出力ＰAに基づいた延べ運転時間の判定で、初期状態から４０００時間経過した状態が判定されると、制御温度設定部７０５は、このときの判定結果に基づいて延べ運転時間４０００時間に対応する最高出力ＰM３を取出し可能な制御温度Ｔｏの最適値Ｔｏ３を設定する。これにより、ポンプ制御信号発生部７０３は、制御温度設定部７０５で設定された制御温度Ｔｏの最適値Ｔｏ３に応じてポンプ１０４のオン／オフ信号を出力し、燃料電池発電部１０１は、図８（ｃ）に示すように制御温度Ｔｏが常に最適値Ｔｏ３になるように制御されるので、最高出力ＰM３を取出すことができる。   Further, when the total operation time is determined based on the average output PA in the elapsed time determination unit 701 and a state in which 4000 hours have elapsed from the initial state is determined, the control temperature setting unit 705 is based on the determination result at this time. The optimum value To3 of the control temperature To that can take out the maximum output PM3 corresponding to the total operation time 4000 hours is set. Accordingly, the pump control signal generation unit 703 outputs an on / off signal of the pump 104 according to the optimum value To3 of the control temperature To set by the control temperature setting unit 705, and the fuel cell power generation unit 101 performs FIG. Since the control temperature To is always controlled to the optimum value To3 as shown in (c), the maximum output PM3 can be taken out.

したがって、このようにしても、負荷要求に対して出力を有効に利用することができ、第１の実施の形態と同様な効果を得ることができる。   Therefore, even if it does in this way, an output can be used effectively with respect to a load request | requirement, and the effect similar to 1st Embodiment can be acquired.

（第４の実施の形態）
第１〜第３の実施の形態では、制御部７の経過時間判定部７０１により出力検出部６より検出される燃料電池発電部（セル）１０１の出力電圧Ｖｏ及び出力電流Ｉｏにより平均出力ＰAを求め、この平均出力ＰAに基づいて初期状態からの延べ運転時間を判定するようにしたが、この第４の実施の形態では、燃料電池本体１の実際の延べ運転時間を直接計測し、この計測結果に基づいて経過時間を得るようにしている。 (Fourth embodiment)
In the first to third embodiments, the average output PA is obtained from the output voltage Vo and output current Io of the fuel cell power generation unit (cell) 101 detected by the output detection unit 6 by the elapsed time determination unit 701 of the control unit 7. The total operation time from the initial state is determined based on the average output PA, but in the fourth embodiment, the actual total operation time of the fuel cell body 1 is directly measured and this measurement is performed. The elapsed time is obtained based on the result.

この場合、図１において、制御部７は、出力電圧設定部７０２に代えてタイマー７０６を設ける。このタイマー７０６は、燃料電池本体１の実際の延べ運転時間を直接計測するもので、この計測に基づいた運転時間を出力する。   In this case, in FIG. 1, the control unit 7 provides a timer 706 instead of the output voltage setting unit 702. The timer 706 directly measures the actual total operation time of the fuel cell body 1 and outputs an operation time based on this measurement.

このようなタイマー７０６で計測された延べ運転時間を適用しても、第１〜第３の実施の形態で述べたと同様な効果を期待することができる。   Even when the total operation time measured by the timer 706 is applied, the same effect as described in the first to third embodiments can be expected.

その他、本発明は、上記実施の形態に限定されるものでなく、実施段階では、その要旨を変更しない範囲で種々変形することが可能である。例えば、上述した実施の形態では、延べ運転時間として、初期状態のほかに、例えば２０００時間と４０００時間の場合を述べたが、これら延べ運転時間は一例であり、種々の延べ運転時間を設定することができる。   In addition, this invention is not limited to the said embodiment, In the implementation stage, it can change variously in the range which does not change the summary. For example, in the above-described embodiment, the total operation time has been described in the case of 2000 hours and 4000 hours, for example, in addition to the initial state. However, the total operation time is an example, and various total operation times are set. be able to.

さらに、上記実施の形態には、種々の段階の発明が含まれており、開示されている複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出できる。例えば、実施の形態に示されている全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題を解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出できる。   Furthermore, the above embodiments include inventions at various stages, and various inventions can be extracted by appropriately combining a plurality of disclosed constituent elements. For example, even if some constituent requirements are deleted from all the constituent requirements shown in the embodiment, the problem described in the column of the problem to be solved by the invention can be solved, and is described in the column of the effect of the invention. If the above effect is obtained, a configuration from which this configuration requirement is deleted can be extracted as an invention.

さらに燃料電池発電部へ供給される液体燃料の気化成分においても、全て液体燃料の気化成分を供給してもよいが、一部が液体状態で供給される場合であっても本発明を適用することができる。   Further, the vaporized component of the liquid fuel supplied to the fuel cell power generation unit may be all supplied as the vaporized component of the liquid fuel, but the present invention is applied even when a part is supplied in the liquid state. be able to.

本発明の第１の実施の形態にかかる燃料電池システムの概略構成を示す図。1 is a diagram showing a schematic configuration of a fuel cell system according to a first embodiment of the present invention. 第１の実施の形態の燃料電池本体を詳細に説明するための断面図。Sectional drawing for demonstrating in detail the fuel cell main body of 1st Embodiment. 第１の実施の形態の燃料電池本体に用いられる燃料分配機構の斜視図。The perspective view of the fuel distribution mechanism used for the fuel cell main body of 1st Embodiment. 第１の実施の形態の燃料電池本体の出力である電流と電圧の関係を示す図。The figure which shows the relationship between the electric current which is an output of the fuel cell main body of 1st Embodiment, and a voltage. 第１の実施の形態の燃料電池本体の延べ運転時間ごとの電流と電圧の関係を示す図。The figure which shows the relationship between the electric current for every total operation time of the fuel cell main body of 1st Embodiment, and a voltage. 第１の実施の形態の燃料電池本体の延べ運転時間ごとの出力電圧と出力の関係を示す図。The figure which shows the relationship between the output voltage and output for every total operation time of the fuel cell main body of 1st Embodiment. 本発明の第２の実施の形態の燃料電池本体の延べ運転時間ごとの出力電流と出力の関係を示す図。The figure which shows the relationship between the output current for every total operation time of the fuel cell main body of the 2nd Embodiment of this invention, and an output. 本発明の第３の実施の形態の燃料電池本体の延べ運転時間ごとの制御温度と出力の関係を示す図。The figure which shows the relationship between control temperature and output for every total operation time of the fuel cell main body of the 3rd Embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

１…燃料電池本体、１０１…燃料電池発電部
１０２…燃料収容部、１０３…流路
１０４…ポンプ、１０５…燃料分配機構
１０６…温度センサ、２…ＤＣ／ＤＣコンバータ、３…電子機器本体
４…補助電源、５…燃料供給制御回路
６…出力検出部、７…制御部、
７０１…運転時間判定部、７０２…出力電圧設定部、
７０３…ポンプ制御信号発生部、７０４…出力電流設定部
７０５…制御温度設定部、７０６…タイマー
１１…アノード触媒層、１２…アノードガス拡散層
１３…アノード、１４…カソード触媒層
１５…カソードガス拡散層、１６…カソード
１７…電解質膜、１８…カバープレート
１９…Ｏリング、２１…燃料注入口
２２…燃料排出口、２３…燃料分配板
２４…空隙部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Fuel cell main body, 101 ... Fuel cell electric power generation part 102 ... Fuel accommodating part, 103 ... Flow path 104 ... Pump, 105 ... Fuel distribution mechanism 106 ... Temperature sensor, 2 ... DC / DC converter, 3 ... Electronic equipment main body 4 ... Auxiliary power supply, 5 ... Fuel supply control circuit 6 ... Output detection unit, 7 ... Control unit,
701 ... Operation time determination unit, 702 ... Output voltage setting unit,
703 ... Pump control signal generation unit, 704 ... Output current setting unit 705 ... Control temperature setting unit, 706 ... Timer 11 ... Anode catalyst layer, 12 ... Anode gas diffusion layer 13 ... Anode, 14 ... Cathode catalyst layer 15 ... Cathode gas diffusion Layer: 16 ... Cathode 17 ... Electrolyte membrane, 18 ... Cover plate 19 ... O-ring, 21 ... Fuel inlet 22 ... Fuel outlet, 23 ... Fuel distribution plate 24 ... Gap

Claims (7)

燃料供給により電力を発電する燃料電池本体と、
前記燃料電池本体の延べ運転時間を判定する運転時間判定手段と、
前記運転時間判定手段で判定された延べ運転時間に基づいて、これら延べ運転時間に対応する最高出力を前記燃料電池本体より取出し可能とする制御要素の最適値を設定する制御要素設定手段と、
制御要素設定手段で設定された制御要素の最適値に基づいて前記燃料電池本体の出力を制御する制御手段と、
を具備したことを特徴とする燃料電池システム。 A fuel cell main body that generates electric power by supplying fuel; and
An operation time determination means for determining the total operation time of the fuel cell body;
Based on the total operation time determined by the operation time determination means, a control element setting means for setting an optimum value of a control element that enables the maximum output corresponding to the total operation time to be taken out from the fuel cell main body,
Control means for controlling the output of the fuel cell main body based on the optimum value of the control element set by the control element setting means;
A fuel cell system comprising: 制御要素設定手段は、前記延べ運転時間に対応する最高出力を取出し可能な制御要素として前記燃料電池本体の出力電圧の最適値を設定する出力電圧設定手段を有し、
前記制御手段は、前記出力電圧設定手段で設定された出力電圧の最適値に基づいて前記燃料電池本体の出力を制御することを特徴とする請求項１記載の燃料電池システム。 The control element setting means has an output voltage setting means for setting an optimum value of the output voltage of the fuel cell body as a control element capable of taking out the maximum output corresponding to the total operation time,
2. The fuel cell system according to claim 1, wherein the control unit controls the output of the fuel cell main body based on an optimum value of the output voltage set by the output voltage setting unit. 制御要素設定手段は、前記延べ運転時間に対応する最高出力を取出し可能な制御要素として前記燃料電池本体の出力電流の最適値を設定する出力電流設定手段を有し、
前記制御手段は、前記出力電流設定手段で設定された出力電流の最適値に基づいて前記燃料電池本体の出力を制御することを特徴とする請求項１記載の燃料電池システム。 The control element setting means has an output current setting means for setting an optimum value of the output current of the fuel cell body as a control element capable of taking out the maximum output corresponding to the total operation time,
2. The fuel cell system according to claim 1, wherein the control means controls the output of the fuel cell main body based on an optimum value of the output current set by the output current setting means. 制御要素設定手段は、前記延べ運転時間に対応する最高出力を取出し可能な制御要素として前記燃料電池本体の制御温度の最適値を設定する制御温度設定手段を有し、
前記制御手段は、前記制御温度設定手段で設定された制御温度の最適値に基づいて前記燃料電池本体の出力を制御することを特徴とする請求項１記載の燃料電池システム。 The control element setting means has control temperature setting means for setting an optimum value of the control temperature of the fuel cell body as a control element capable of taking out the maximum output corresponding to the total operation time,
2. The fuel cell system according to claim 1, wherein the control means controls the output of the fuel cell main body based on an optimum value of the control temperature set by the control temperature setting means. 運転時間判定手段は、前記燃料電池本体の出力電圧と出力電流の積より求められる平均出力と、予め延べ運転時間に対応して設定された平均出力との比較結果より延べ運転時間を判定することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一記載の燃料電池システム。 The operation time determination means determines the total operation time from a comparison result between an average output obtained from the product of the output voltage and output current of the fuel cell main body and an average output set in advance corresponding to the total operation time. The fuel cell system according to any one of claims 1 to 4, wherein: 運転時間判定手段は、前記燃料電池本体の延べ運転時間を計測するタイマーを有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一記載の燃料電池システム。 The fuel cell system according to any one of claims 1 to 4, wherein the operation time determination means includes a timer for measuring a total operation time of the fuel cell main body. 請求項１乃至６のいずれか一記載の燃料電池システムを電源として使用した電子機器。 An electronic device using the fuel cell system according to claim 1 as a power source.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010114000A (en) * 2008-11-07 2010-05-20 Osaka Gas Co Ltd Solid oxide fuel cell system

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