JP3724470B2 - FUEL CELL SYSTEM, PORTABLE ELECTRIC DEVICE USING FUEL CELL SYSTEM, AND METHOD FOR DRIVING FUEL CELL - Google Patents

FUEL CELL SYSTEM, PORTABLE ELECTRIC DEVICE USING FUEL CELL SYSTEM, AND METHOD FOR DRIVING FUEL CELL Download PDF

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池システム、燃料電池システムを用いた携帯型電気機器、および燃料電池の駆動方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年の情報化社会の到来とともに、パーソナルコンピュータ等の電子機器で扱う情報量が飛躍的に増大し、それに伴い、電子機器の消費電力も著しく増加してきた。特に、携帯型の電子機器では、処理能力の増加に伴って消費電力の増加が問題となっている。現在、このような携帯型の電子機器では、一般的にリチウムイオン電池が電源として用いられているが、リチウムイオン電池のエネルギー密度は理論的な限界に近づいている。そのため、携帯型の電子機器の連続使用期間を延ばすために、ＣＰＵの駆動周波数を抑えて消費電力を低減しなければならないという制限があった。
【０００３】
このような状況の中で、リチウムイオン電池に変えて、エネルギー密度が大きく、熱交換率の高い燃料電池を電子機器の電源として用いることにより、携帯型の電子機器の連続使用期間が大幅に向上することが期待されている。
【０００４】
燃料電池は、燃料極および酸化剤極と、これらの間に設けられた電解質から構成され、燃料極には燃料が、酸化剤極には酸化剤が供給されて電気化学反応により発電する。燃料としては、一般的には水素が用いられるが、近年、安価で取り扱いの容易なメタノールを原料として、メタノールを改質して水素を生成させるメタノール改質型や、メタノールを燃料として直接利用する直接型の燃料電池の開発も盛んに行われている。
【０００５】
燃料として水素を用いた場合、燃料極での反応は以下の式（１）のようになる。
３Ｈ２ → ６Ｈ＋ ＋ ６ｅ− （１）
燃料としてメタノールを用いた場合、燃料極での反応は以下の式（２）のようになる。
ＣＨ３ＯＨ ＋ Ｈ２Ｏ → ６Ｈ＋ ＋ ＣＯ２ ＋ ６ｅ− （２）
また、いずれの場合も、酸化剤極での反応は以下の式（３）のようになる。
３／２Ｏ２ ＋ ６Ｈ＋ ＋ ６ｅ− → ３Ｈ２Ｏ （３）
【０００６】
特に、直接型の燃料電池では、メタノール水溶液から水素イオンを得ることができるので、改質器等が不要になり、小型化および軽量化を図ることができ、携帯型の電子機器へ適用することの利点が大きい。また、液体のメタノール水溶液を燃料とするため、エネルギー密度が非常に高いという特徴がある。
【０００７】
一方、燃料電池の運転方法として、従来ＤＣ（直流）ポンプや電磁ポンプが用いられていた。また、燃料電池の運転効率を向上させる方法として、ダイヤフラム型ポンプを用いたガス循環ポンプシステムが提案されている（特許文献１）。しかし、燃料電池は他の電源に比べて出力の安定性が悪いため、従来のポンプによる駆動方法では、高い出力を安定して発揮させることが困難であった。また、たとえば携帯電話用電源など、携帯型の電子機器に適用する場合、電源の容積が小さく、また、利用可能な電力に制限があるため、小型化が難しく消費電力の大きい従来のポンプを実装することは困難であった。
【０００８】
【特許文献１】
特開平９−２５９９１２号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
このように、携帯型の機器に用いる場合、特に高い出力を安定して発揮させるための小型で簡便な機構を有する燃料電池システムの提供がますます望まれる。
【００１０】
本発明は上記事情に鑑みなされたものであり、本発明の目的は、小型で消費電力が小さい燃料電池システムを提供することにある。本発明の別の目的は、高い出力特性を有し、これが安定して発揮される燃料電池システムを提供することにある。本発明のさらに別の目的は、携帯型電気機器を小型化および軽量化することにある。本発明のさらにまた別の目的は、高い出力を安定して発揮させる簡便な燃料電池の駆動方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、
燃料電池本体と、
前記燃料電池本体と燃料容器との間に設けられた第一圧電ポンプを含む燃料供給部と、
前記燃料電池本体の出力値に基づいて、前記燃料供給部の駆動を制御する燃料制御部と、
を含み、
前記燃料電池本体の出力の一部を前記第一圧電ポンプに供給し、前記第一圧電ポンプを駆動するように構成されたことを特徴とする燃料電池システムが提供される。
本発明の燃料電池システムにおいて、前記燃料電池本体に酸化剤を供給するとともに、第二圧電ポンプを含む酸化剤供給部と、前記燃料電池本体の出力値に基づいて、前記酸化剤供給部の駆動を制御する酸化剤制御部と、をさらに含み、前記燃料電池本体の出力の一部を前記第二圧電ポンプに供給し、前記第二圧電ポンプを駆動するように構成されてもよい。
また、本発明によれば、
燃料電池本体と、
前記燃料電池本体に酸化剤を供給するとともに、第二圧電ポンプを含む酸化剤供給部と
前記燃料電池本体の出力値に基づいて、前記酸化剤供給部の駆動を制御する酸化剤制御部と、
を含み、
前記燃料電池本体の出力の一部を前記第二圧電ポンプに供給し、前記第二圧電ポンプを駆動するように構成されたことを特徴とする燃料電池システムが提供される。
本発明の燃料電池システムにおいて、前記燃料電池本体の出力を直交変換するインバータをさらに含んでもよい。
【００１２】
本発明に係る燃料電池システムにおいて、燃料電池本体の出力値に基づいて、燃料制御部または前記酸化剤制御部にて燃料または酸化剤の量の供給量が制御されてもよい。たとえば、燃料電池の出力値が予め設定されたしきい値より大きい場合は燃料または酸化剤の量を減少させ、しきい値より小さい場合は燃料または酸化剤の量を増加させることができる。こうすることにより、燃料電池の出力を効率よく制御し、これを向上、安定化することができる。また、燃料電池本体の出力値が大きい場合は燃料または酸化剤の供給量を減少させることにより、燃料供給部または酸化剤供給部を省電力化することができる。たとえば、本発明の燃料電池システムにおいて、前記燃料制御部または前記酸化剤制御部は、前記燃料電池本体の出力値を略一定に制御することができる。
【００１３】
本発明の燃料電池システムにおいて、前記燃料電池本体の出力を直交変換するインバータをさらに含み、直交変換された前記出力が前記燃料供給部または前記酸化剤供給部を駆動する構成とすることができる。こうすることにより、燃料電池本体の出力の一部を用いて効率よく供給部を駆動させることができる。したがって、簡易な構成で燃料電池システムの特性をより一層向上させることができる。たとえば、前記燃料制御部または前記酸化剤制御部が、前記燃料供給部または前記酸化剤供給部を駆動する周波数を制御する構成とすることができる。こうすることにより、燃料電池本体の出力をより広い範囲で制御することができる。また、燃料または酸化剤の供給量をより一層精密に制御することができる。
【００１４】
本発明の燃料電池システムにおいては、燃料供給部または前記酸化剤供給部が圧電ポンプを含む。圧電ポンプを用いることにより、燃料制御部または酸化剤制御部が、燃料供給部または酸化剤供給部を駆動する周波数または電圧を制御することが可能となる。したがって、燃料電池システムの出力を向上し、より一層安定化することができる。また、燃料供給部または酸化剤供給部の消費電力を減少させることができ、燃料供給部または酸化剤供給部の耐久性が向上する。さらに、燃料電池システムを小型軽量化することができる。
【００１５】
本発明の燃料電池システムにおいて、前記燃料制御部は、複数の成分を含む前記燃料の供給量と、前記複数の成分の混合率を制御する構成とすることができる。こうすることにより、燃料電池本体に供給する燃料の成分を、出力に応じて任意に調節することが可能となる。燃料制御部が燃料の成分の濃度を調節することによって、燃料が高濃度である場合に生じる弊害を解消しつつ、燃料電池本体を効率よく運転することが可能となる。なお、本明細書においては、水など、通常希釈に用いられる成分も、燃料の一成分とする。したがって、燃料制御部はこれらの成分の供給量や混合率も制御する。
【００１６】
本発明の燃料電池システムは、燃料電池本体と、前記燃料電池本体に燃料または酸化剤を供給する圧電ポンプと、を含むため、燃料または酸化剤の供給や、生成した気体の排出を効率よく行うことができる。従って、燃料電池本体における触媒利用効率を高めることができるため、燃料電池システムの出力特性を向上させ、安定化することができる。
【００１７】
本発明の燃料電池システムにおいて、前記燃料電池本体の出力を直交変換するインバータをさらに含み、直交変換された前記出力が前記第一圧電ポンプまたは前記第二圧電ポンプを駆動する構成とすることができる。こうすることにより、燃料電池本体の出力の一部を用いて効率よく第一圧電ポンプまたは第二圧電ポンプを駆動させることができる。したがって、簡易な構成で燃料電池システムの特性をより一層向上させることができる。
【００１８】
本発明の燃料電池システムにおいて、前記圧電ポンプはバイモルフ型圧電ポンプとすることができる。こうすることにより、圧電ポンプからの吐出量を通常のユニモルフ型等の圧電ポンプと比較して多くすることができるため、より広い範囲で精密に吐出量を制御することができる。また、消費電力が低いため、圧電ポンプの駆動に必要な電力を低下させることができる。また、圧電ポンプからの発熱が抑制されるため、燃料電池システムの安全性、信頼性を向上させることができる。
【００１９】
本発明の燃料電池システムにおいて、前記燃料電池本体に有機液体燃料が供給される構成とすることができる。有機液体燃料が供給される場合においても、本発明の構成を採用することにより、高い出力が安定して発揮される燃料電池システムとすることができる。
【００２０】
本発明の燃料電池システムにおいて、燃料を供給する前記第一圧電ポンプを複数含み、複数の前記第一圧電ポンプがそれぞれ異なる燃料容器に接続されている構成とすることができる。こうすることにより、異なる燃料容器からそれぞれ異なる物質を供給することができるため、これらの物質の混合比率を変化させることにより、燃料電池本体に供給する燃料の組成を調節することが可能となる。制御部が燃料の成分の組成を調節することによって、燃料が高濃度である場合に生じる弊害を解消しつつ、燃料電池本体を効率よく運転することが可能となる。また、燃料成分を効率的に供給することができるため、資源を有効利用することができる。
【００２１】
本発明によれば、前記燃料電池システムを搭載したことを特徴とする携帯型電気機器が提供される。本発明に係る携帯型電気機器は、上述の燃料電池システムを搭載しているため、燃料電池本体から高い出力が安定して供給される。したがって、携帯型電気機器の信頼性を向上することができる。また、燃料電池システムが小型軽量であり、さらに機器に実装されたインバータ等を併用することも可能となるため、携帯型電気機器全体を小型軽量化することができる。
【００２２】
本発明によれば、
燃料電池本体と、
前記燃料電池本体と燃料容器との間に設けられた圧電ポンプを含む燃料供給部と、
前記燃料電池本体の出力値に基づいて、前記燃料供給部の駆動を制御する燃料制御部と、
を少なくとも含み、
前記燃料電池本体の出力の一部を前記圧電ポンプに供給し、前記圧電ポンプを駆動するように構成された燃料電池システムの駆動方法であって、
前記圧電ポンプを駆動する周波数を制御することによって液体燃料の循環量を制御することを特徴とする燃料電池システムの駆動方法が提供される。
本発明においては、圧電ポンプを用いて燃料電池に燃料または酸化剤を供給する。圧電ポンプを用いることにより、燃料電池に燃料または酸化剤を効率よく供給することができる。また、ポンプの消費電力を減少させることができ、ポンプの耐久性が向上する。したがって、簡易な構成で燃料電池の出力を向上させ、安定化することができる。
【００２３】
本発明においては、燃料電池の出力値に基づいて、前記燃料電池に供給する燃料または酸化剤の量を制御する。たとえば、燃料電池の出力値が予め設定されたしきい値より大きい場合は燃料または酸化剤の量を減少させ、しきい値より小さい場合は燃料または酸化剤の量を増加させることができる。こうすることにより、燃料電池の出力を効率よく制御し、安定化することができる。
【００２４】
本発明の燃料電池の駆動方法において、前記燃料が複数の成分を含み、前記燃料電池の出力に基づいて、前記複数の成分の混合率を制御する構成とすることができる。こうすることにより、燃料電池に供給する燃料の成分組成を調節することができる。したがって、燃料が高濃度である場合に生じる弊害を解消しつつ、燃料電池本体を効率よく運転することが可能となる。また、燃料成分を効率的に供給することができるため、資源を有効利用することができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下の実施の形態で説明する燃料電池システムの用途は特に限定されないが、たとえば携帯電話、ノート型等の携帯型パーソナルコンピュータ、ＰＤＡ（Personal Digital Assistant）、各種カメラ、ナビゲーションシステム、ポータブル音楽再生プレーヤー等の小型電気機器に適切に用いられる。
【００２６】
はじめに、以下の各実施形態に適用可能な燃料電池システムの基本構成について説明する。図１は、本発明の実施の形態における燃料電池システムの構成の一例を示す図である。図１の燃料電池システムは、燃料電池本体１００と、燃料容器４２５と、燃料容器４２５から燃料電池本体１００に燃料１２４を供給する燃料供給部４６５と、燃料電池本体１００からの出力を直交変換し、また燃料供給部４６５からの燃料１２４の供給量を変化させるインバータ４６１と、負荷４５３からの出力および参照出力４６７を参照し、インバータ４６１を介して燃料供給部４６５を制御する燃料制御部４６３とを備える。同様に、燃料電池本体１００への酸化剤１２６（通常は外気）の供給についても、酸化剤供給部４５９、インバータ４５５、および酸化剤制御部４５７を備える。なお、負荷４５３とは、上述した電気機器における抵抗である。
【００２７】
燃料供給部４６５および酸化剤供給部４５９には、圧電ポンプを用いる。こうすることにより、従来の電磁ポンプ等を用いた場合に比べ、ポンプの小型軽量化が可能となり、また耐久性も向上する。また、ポンプの駆動に必要な電力が低減する。また、ポンプからの燃料１２４または酸化剤１２６の供給量を、インバータ４５５またはインバータ４６１における振動数または電圧を変化させることにより良好に制御することができる。インバータ４５５またはインバータ４６１の振動数を変化させた場合、単位時間あたりのポンプの吐出頻度が変化する。また、これらの電圧を変化させた場合、圧電素子の変位量の変化により、１回の吐出あたりの吐出量が変化する。したがって、いずれを変化させた場合においても、燃料１２４または酸化剤１２６の供給量を調節することができる。
【００２８】
圧電ポンプとして、たとえばバイモルフ型圧電ポンプが好ましく用いられる。バイモルフ型とすることにより、ポンプからの吐出量を、通常のユニモルフ型等の圧電ポンプと比較して多くすることができるため、周波数による制御がより広い範囲で可能となる。また、燃料１２４または酸化剤１２６の供給量をより一層精密に制御することができる。また、バイモルフ型圧電ポンプを用いることにより、消費電力の低下や、ポンプからの発熱の抑制、ポンプからの電磁的なノイズの発生の抑制、等の利点が得られる。
【００２９】
また、燃料容器４２５と燃料電池本体１００とは、燃料供給部４６５を介して燃料１２４が循環可能な構成となっており、燃料１２４として液体燃料を用いた際に、燃料極において発生する二酸化炭素等の気体が効率よく燃料極から除去される。このため、燃料極における触媒の利用効率が向上し、燃料電池本体１００の出力を向上させることができる。一方、酸化剤１２６の供給、排出についても、酸化剤供給部４５９を用いることにより、酸化剤供給部４５９を用いずに自然吸引とした場合に比べ、効率よい供給、排出が可能となる。酸化剤供給部４５９を用いることにより、酸化剤１２６の供給量が増加し、燃料電池本体１００の出力を向上させることができる。
【００３０】
図１の燃料電池システムでは、燃料制御部４６３または酸化剤制御部４５７においてインバータ４６１、インバータ４５５の振動数または電圧を制御することにより、燃料供給部４６５、酸化剤供給部４５９から燃料電池本体１００に供給される燃料１２４、酸化剤１２６の量が制御される。そこで次に、燃料制御部４６３または酸化剤制御部４５７におけるインバータ４６１、インバータ４５５の振動数または電圧の制御方法について説明する。
【００３１】
燃料制御部４６３または酸化剤制御部４５７は、フィードバック制御を行うことにより、インバータ４６１、インバータ４５５の振動数または電圧を変化させる。フィードバック制御の方法に特に制限はないが、たとえば図２（ａ）に示す方法を用いることができる。なお、図２においては、燃料１２４の供給について例示されているが、酸化剤１２６の供給についても同様の手法により制御可能である。
【００３２】
図２（ａ）において、燃料制御部４６３には、負荷４５３からの出力信号および参照出力４６７の信号が入力され、これらを変数とする量を算出する演算を行う。そして、算出された量と、予め設定された一定のしきい値との大小関係を比較し、フィードバック制御を行う。演算は、たとえばこれらの比や差とする。燃料制御部４６３または酸化剤制御部４５７におけるフィードバック回路に特に制限はないが、たとえば図２（ｂ）、図２（ｃ）に示す構成とすることができる。図２（ｂ）は、このフィードバック制御を行うための燃料電池システムの構成の一例を示す図である。図２（ｂ）において、燃料１２４の供給量は圧電ポンプ４７９を用いて制御される。負荷４５３および燃料電池本体１００には、第１の電圧計４１７および第２の電圧計４１９が図２（ｃ）に示すように接続されており、第１の電圧計４１７、第２の電圧計４１９の値はそれぞれ負荷４５３からの出力および参照出力４６７として燃料制御部４６３に入力される。また、図２（ｃ）は、図２（ｂ）における第１の電圧計４１７と第２の電圧計４１９との間の回路構成の一例を示す図であり、燃料電池本体１００と並列にツェナーダイオード４７１を設けた例である。ツェナーダイオード４７１を設けることにより、一定の参照出力４６７が得られ、第２の電圧計４１９によりこれを検出することができる。
【００３３】
燃料制御部４６３で計算された上述の演算量と、予め設定されたしきい値との大小関係を比較した結果、負荷４５３からの信号と、参照出力４６７からの信号との比または差がしきい値より低い場合、燃料制御部４６３は、インバータ４６１の周波数または電圧を増加させる。これにより、燃料容器４２５から圧電ポンプ４７９を介して燃料電池本体１００に供給される燃料１２４の量が増加し、また燃料極で生成した気体がより一層速やかに燃料容器４２５に回収されるため、燃料電池本体１００の出力が上昇する。一方、上記の比または差がしきい値を上回った場合、燃料制御部４６３は、インバータ４６１の周波数または電圧を減少させる。こうすることにより、圧電ポンプ４７９の駆動電力を省力化することができる。
【００３４】
図３（ａ）、図３（ｂ）は、図１の燃料電池システムの、燃料制御部４６３または酸化剤制御部４５７におけるフィードバック回路の構成の別の例を示す図である。以下、燃料１２４の供給を例に説明する。図３（ａ）は、このフィードバック制御を行うための燃料電池システムの構成の一例を示す図である。図３（ａ）において、負荷４５３および燃料電池本体１００には、第１の電圧計４１７および第２の電圧計４１９が図３（ｂ）に示すように接続されており、第１の電圧計４１７、第２の電圧計４１９の値はそれぞれ負荷４５３からの出力および参照出力４６７として燃料制御部４６３に入力される。図３（ｂ）は、図３（ａ）における第１の電圧計４１７と第２の電圧計４１９との間の回路構成の一例を示す図であり、燃料電池本体１００と直列にツェナーダイオード４７１が設けられた例である。図３の構成においても、一定の参照出力４６７が得られ、第２の電圧計４１９によりこれを検出することができる。
【００３５】
以上は参照出力４６７を設けて負荷４５３からの出力と比較する場合の制御方法であるが、燃料１２４の供給は、参照出力４６７を設けずに、燃料電池本体１００からの出力のみを検知して、この大きさが一定となるようにインバータ４６１の周波数または電圧を変化させる方法によっても可能である。また、図１においては、燃料制御部４６３がインバータ４６１を制御する構成が例示されているが、燃料制御部４６３は、燃料供給部４６５から直交変換された出力を直接制御する構成とすることもできる。
【００３６】
図１の燃料電池システムにおいては、上述のフィードバック回路により燃料１２４または酸化剤１２６の供給が制御されるため、高い出力を安定して発揮させることが可能となる。なお、図１の燃料電池システムを携帯型電子機器に搭載する場合、たとえば第４の実施形態において後述するように、機器に実装されたインバータを併用することができるため、機器全体をさらに小型軽量化することができる。
【００３７】
図７は、二つの燃料供給部４６５を備えた燃料電池システムの構成の一例である。図７（ａ）は、二つの燃料供給部４６５を備え、これらがそれぞれ第１の燃料容器４０７および第２の燃料容器４０９に接続された構成の燃料電池システムである。第１の燃料容器４０７および第２の燃料容器４０９からは、それぞれ第１の成分４８１および第２の成分４８３が供給される。二つの燃料供給部４６５は、いずれもインバータ４６１に接続しており、燃料制御部４６３によってそれぞれの供給量が制御される。たとえば、第２の成分４８３を燃料となる成分、第１の成分４８１を希釈するための成分、とした場合、燃料電池本体１００の出力が低下した場合、第２の燃料容器４０９からの供給量を増加させ、燃料電池本体１００の出力が高い場合は、第１の燃料容器４０７からの供給量を増加させる。
【００３８】
図７（ａ）の燃料電池システムでは、第１の成分４８１および第２の成分４８３のそれぞれの供給量を、燃料制御部４６３において調節する。したがって、燃料電池本体１００からの出力をさらに安定させることができる。第１の成分４８１および第２の成分４８３が液体である場合、図７（ａ）の構成は特に効果的である。燃料電池本体１００に有機液体燃料が供給される直接型の燃料電池システムの場合、通常有機液体の水溶液が燃料１２４として供給されるが、有機液体の濃度が低すぎると、燃料電池本体１００の出力が低下してしまい、有機液体成分の濃度が高すぎると、これが拡散して酸化剤極に到達してしまういわゆるクロスオーバーの問題があった。そこで、これらの成分の混合量を燃料制御部４６３にて制御することにより、有機液体成分の使用量を最小限に節約し、かつ燃料電池本体１００の出力を安定させることが可能となる。
【００３９】
また、図７（ｂ）は、二つの燃料供給部４６５を有する燃料電池システムの別の構成を示す図である。図７（ｂ）の燃料電池システムには、第１の成分４８１と第２の成分４８３とを混合する混合部４８５が備えられている。燃料制御部４６３が混合部４８５を制御することにより、混合部４８５における第１の成分４８１と第２の成分４８３との混合割合が制御される。燃料電池システムにたとえばスロットバルブあるいは圧電バルブなどを用いた混合部４８５を設けることにより、第１の成分４８１と第２の成分４８３とを混合部４８５で予め混合し、燃料電池本体１００に供給することが可能となる。したがって、燃料電池本体１００に供給される燃料１２４中の成分濃度を均一にすることができるため、燃料電池本体１００の出力をさらに精度よく制御することができる。
【００４０】
なお、図７（ａ）および図７（ｂ）の燃料電池システムにおいて、燃料供給部４６５は、三つ以上とすることもできる。また、酸化剤供給部４５９についても、同様に複数とすることもできる。
【００４１】
次に、図１に示される燃料電池システムにおける、燃料電池本体１００の構成について説明する。図８は、図１に示した燃料電池本体１００の単セル構造１０１を模式的に示した断面図である。燃料電池本体１００は、単数または複数の単セル構造１０１を有する。各単セル構造１０１は、燃料極１０２、酸化剤極１０８および固体電解質膜１１４から構成される。燃料電池本体１００において、単セル構造１０１の燃料極１０２には、燃料極側セパレータ１２０を介して燃料１２４が供給される。また、各単セル構造１０１の酸化剤極１０８には、酸化剤極側セパレータ１２２を介して酸化剤１２６が供給される。
【００４２】
固体電解質膜１１４は、燃料極１０２と酸化剤極１０８を隔てるとともに、両者の間で水素イオンを移動させる役割を有する。このため、固体電解質膜１１４は、水素イオンの伝導性が高い膜であることが好ましい。また、化学的に安定であって機械的強度が高いことが好ましい。固体電解質膜１１４を構成する材料としては、スルフォン基、リン酸基等の強酸基や、カルボキシル基等の弱酸基等の極性基を有する有機高分子が好ましく用いられる。こうした有機高分子として、スルフォン化ポリ（４−フェノキシベンゾイル−１,４−フェニレン）、アルキルスルフォン化ポリベンゾイミダゾール等の芳香族縮合系高分子；スルフォン基含有パーフルオロカーボン（ナフィオン（デュポン社製）（登録商標）、アシプレックス（旭化成社製））；カルボキシル基含有パーフルオロカーボン（フレミオンＳ膜（旭硝子社製）（登録商標））；等が例示される。
【００４３】
燃料極１０２および酸化剤極１０８は、それぞれ、触媒を担持した炭素粒子と固体電解質の微粒子とを含む触媒層１０６および触媒層１１２をそれぞれ基体１０４および基体１１０上に形成した構成とすることができる。基体１０４および基体１１０の表面は撥水処理してもよい。
【００４４】
燃料極１０２に用いる触媒層１０６の触媒としては、白金、金、銀、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、イリジウム、コバルト、ニッケル、レニウム、リチウム、ランタン、ストロンチウム、イットリウム、またはこれらの合金等が例示される。酸化剤極１０８に用いる触媒層１１２の触媒としては、触媒層１０６と同様のものを用いることができ、上記例示物質を使用することができる。なお、触媒層１０６および触媒層１１２の触媒は同じものを用いても異なるものを用いてもどちらでもよい。
【００４５】
触媒を担持する炭素粒子としては、アセチレンブラック（デンカブラック（電気化学社製）（登録商標）、ＸＣ７２（Vulcan社製）等）、ケッチェンブラック、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン等が例示される。
【００４６】
触媒層１０６および触媒層１１２における固体電解質の微粒子は、同一のものであっても異なるものであってもよい。ここで、固体電解質の微粒子は、固体電解質膜１１４と同じ材料を用いることができるが、固体電解質膜１１４とは異なる材料や、複数の材料を用いることもできる。
【００４７】
燃料極１０２、酸化剤極１０８ともに、基体１０４および基体１１０としては、カーボンペーパー、カーボンの成形体、カーボンの焼結体、焼結金属、発泡金属等の多孔性基体を用いることができる。また、基体１０４および基体１１０の撥水処理にはポリテトラフルオロエチレン等の撥水剤を用いることができる。
【００４８】
次に、本発明における単セル構造１０１の製造方法を説明する。
【００４９】
固体電解質膜１１４をたとえば有機高分子材料で構成する場合、固体電解質膜１１４は、有機高分子材料を溶媒に溶解ないし分散した液体を、ポリテトラフルオロエチレン等の剥離性シート等の上にキャストして乾燥させることにより得ることができる。
【００５０】
燃料極１０２および酸化剤極１０８は、たとえば以下の方法で得ることができる。まず、一般的に用いられている含浸法によって炭素粒子に触媒を担持させる。次に触媒を担持させた炭素粒子と固体電解質の微粒子を溶媒に分散させ、ペースト状としたのち、撥水化処理を行った基体１０４または基体１１０に塗布する。基体１０４または基体１１０へのペーストの塗布方法については特に制限がないが、たとえば、刷毛塗り、スプレー塗布、およびスクリーン印刷法等の方法を用いることができる。ペーストを塗布した後、たとえば、加熱温度１００℃〜２５０℃、加熱時間３０秒間〜３０分で乾燥させることによって燃料極１０２および酸化剤極１０８が得られる。
【００５１】
次に、固体電解質膜１１４を、燃料極１０２および酸化剤極１０８で挟み、ホットプレスすることにより、単セル構造１０１を得る。このとき、触媒層１０６および触媒層１１２が固体電解質膜１１４と接するようにする。たとえば固体電解質膜１１４や触媒層１０６および触媒層１１２中の固体電解質の微粒子を有機高分子で構成する場合、ホットプレスの条件は、これらの有機高分子の軟化温度やガラス転位温度を超える温度とすることができる。具体的には、たとえば、温度１００〜２５０℃、圧力１〜１００ｋｇ／ｃｍ２、時間１０秒〜３００秒とする。
【００５２】
以上のようにして、単セル構造１０１が形成される。また、得られた単セル構造１０１を積み重ねることにより、複数の単セル構造１０１が直列に接続された燃料電池セルスタックを得ることができる。
【００５３】
このように構成された燃料電池本体１００において、各単セル構造１０１の燃料極１０２には、燃料１２４が供給される。また、各単セル構造１０１の酸化剤極１０８には、酸化剤１２６が供給される。燃料１２４としては、メタノール、エタノール、ジメチルエーテル、または他のアルコール類、あるいはシクロパラフィン等の液体炭化水素等の有機液体燃料を用いることができる。有機液体燃料は、水溶液とすることができる。また、燃料容器４２５への燃料１２４の供給は、たとえば注入により行うことができる。また、燃料の入ったカートリッジを用い、これを交換する構成とすることもできる。酸化剤１２６としては、通常、空気を用いることができるが、酸素ガスを供給してもよい。
【００５４】
このようにして得られた燃料電池システムは、燃料極１０２への燃料１２４の供給および排出が良好に制御されているため、燃料１２４を効率よく燃料極１０２に供給すると共に、燃料極１０２で生じた気体を速やかに除去することができる。また、燃料供給部４６５または酸化剤供給部４５９にバイモルフ型等の圧電ポンプ４７９を用いているため、ポンプの消費電力が小さく、かつ小型化が可能である。さらに、燃料１２４の供給および排出を制御する燃料制御部４６３におけるフィードバック制御を、燃料供給部４６５における電圧または振幅の制御に反映させることができるため、燃料供給部４６５における燃料の供給、排出をより精度よく行うことができる。以上より、燃料電池本体１００において高い出力が安定的に発揮することが可能な燃料電池システムが実現される。
【００５５】
（第１の実施形態）
本実施形態に係る燃料電池システムの構成を図４に示す。図４の燃料電池システムにおいては、燃料供給部４６５に、バイモルフ型圧電ポンプを用いる。バイモルフ型圧電ポンプとして、たとえばバイモルポンプ（極光社製、登録商標）や、ＦＤＫ社製のバイモルフ型圧電素子等を用いる。バイモルフ型圧電ポンプの駆動電源は、燃料電池本体１００からの出力の一部をインバータ４６１において直交変換し、供給する。また、燃料電池本体１００は、図８の構成を有し、固体電解質膜１１４には固体高分子電解質膜を用いる。燃料電池本体１００における燃料極１０２には、メタノール水溶液が燃料１２４として供給され、酸化剤１２６としては空気中の酸素を用いる。
【００５６】
燃料供給部４６５にバイモルフ型圧電ポンプを用いることにより、ポンプの駆動に必要な電力を省力化することができる。また、燃料電池本体１００に燃料１２４を安定的に供給するとともに、燃料極１０２で生成した二酸化炭素等の気体を速やかに燃料容器４２５に回収することができる。したがって、燃料電池本体１００に優れた出力特性を発揮させることができる。
【００５７】
（第２の実施形態）
本実施形態に係る燃料電池システムの構成を図５に示す。図５の燃料電池システムは、第１の実施形態に記載の燃料電池システム（図４）において、酸化剤極１０８に酸化剤１２６を供給するためのバイモルフ型圧電ポンプをさらに設けたものである。第１の実施形態と同様に、酸化剤供給部４５９として設けられたバイモルフ型圧電ポンプの駆動電源は、燃料電池本体１００からの出力の一部をインバータ４６１において直交変換し、供給する。
【００５８】
こうすることにより、燃料供給部４６５に加え、さらに酸化剤供給部４５９からの酸化剤１２６（外気）の供給量が自然吸気時よりも増加するため、燃料電池本体１００の出力特性をさらに向上させることが可能となる。
【００５９】
なお、図５の燃料電池システムにおいて、インバータ４６１とインバータ４５５とは、一つを共用することができる。こうすることにより、さらなる省電力化が可能である。
【００６０】
（第３の実施形態）
本実施形態に係る燃料電池システムは、第２の実施形態に記載の燃料電池システムにおいて、単セル構造１０１の出力特性をインバータ回路にフィードバックし、圧電ポンプに供給する電圧あるいは周波数を制御する機構を設けた構成である。本実施形態に係る燃料電池システムは、図１の構成を有する。
【００６１】
以下、燃料１２４の供給を例に、制御方法を説明する。燃料制御部４６３は、図２（ｂ）に示すフィードバック機構を有する。負荷４５３からの信号すなわち第１の電圧計４１７からの信号と、図１における参照出力４６７（図２（ｂ）には図示せず。）すなわち第２の電圧計４１９からの信号とを比較し、この比または差が一定となるように負荷４５３からの出力を制御する。負荷４５３からの信号と、参照出力４６７からの信号との比または差が基準値より低い場合、燃料制御部４６３は、インバータ４６１の周波数または電圧を増加させる。これにより、燃料供給部４６５を介して燃料電池本体１００に供給される燃料１２４の量が増加し、また燃料極１０２で生成した気体がより一層速やかに燃料容器４２５に回収されるため、出力が上昇する。一方、上記の比または差が基準値を上回った場合、燃料制御部４６３は、インバータ４６１の周波数または電圧を減少させる。酸化剤１２６の供給についても同様に、図１に示すように酸化剤制御部４５７において制御される。
【００６２】
以上のように、本実施形態における燃料電池システムによれば、燃料制御部４６３および酸化剤制御部４５７におけるフィードバック制御により、燃料電池本体１００の出力が低い場合には、これを向上させ、高い場合には低下させることができるため、燃料電池本体１００の出力特性を高く安定したものとすることができる。
【００６３】
（第４の実施形態）
本実施形態に係る燃料電池システムは、第３の実施形態に記載の燃料電池システムにおいて、二つの燃料供給部４６５を用いた構成である。本実施形態に係る燃料電池システムは、図７（ａ）の構成を有する。
【００６４】
図７（ａ）の燃料電池システムにおいて、二つの燃料供給部４６５は、それぞれ第１の燃料容器４０７および第２の燃料容器４０９に接続されている。第１の燃料容器４０７および第２の燃料容器４０９からは、それぞれ第１の成分４８１である水および第２の成分４８３であるメタノールが供給される。二つの燃料供給部４６５は、いずれもインバータ４６１に接続しており、燃料制御部４６３によってそれぞれの供給量が制御される。たとえば、燃料電池本体１００の出力が低下した場合、メタノールすなわち第２の燃料容器４０９からの供給量を増加させ、燃料電池本体１００の出力が高い場合は、水すなわち第１の燃料容器４０７からの供給量を増加させる。
【００６５】
このように、本実施形態に係る燃料電池システムは、水およびメタノールのそれぞれの供給量を燃料制御部４６３において調節することができるため、メタノールの使用量を必要最小限とし、燃料電池本体１００からの出力を安定させることができる。
【００６６】
なお、本実施形態においては、燃料電池システムの構成を図７（ａ）に示される構成としたが、図７（ｂ）に示される構成とすることができる。図７（ｂ）の燃料電池システムには、混合部４８５が備えられているため、水とメタノールが混合部４８５で予め混合されて、燃料電池本体１００に供給される。こうすることにより、燃料電池本体１００に供給される燃料１２４中のメタノール濃度を均一にすることができるため、燃料電池本体１００の出力をさらに精度よく制御可能である。
【００６７】
（第５の実施形態）
本実施形態は、燃料電池システムが搭載された携帯型パーソナルコンピュータに関する。図６は、本実施形態に係る携帯型パーソナルコンピュータ４７３を示す図である。携帯型パーソナルコンピュータ４７３は、キーボード４７５側の底面に燃料容器４２５が設けられており、液晶ディスプレイ４７７側に燃料電池本体１００が実装されている。また、ヒンジ部に、燃料供給部４６５となる圧電ポンプが組み込まれている。燃料供給部４６５は、図２のフィードバック回路を有する燃料制御部（図示せず）によって制御される。
【００６８】
携帯型パーソナルコンピュータ４７３はこのような構成であるため、燃料容器４２５と燃料電池本体１００との間をヒンジ部に設けられた燃料供給部４６５を介して燃料が図６中の矢印に示されるように循環する。また、燃料供給部４６５からの燃料の供給は、第３の実施形態と同様に制御されるため、搭載された燃料電池本体１００が安定して高い出力を発揮することができる。
【００６９】
さらに、携帯型パーソナルコンピュータ４７３においては、液晶ディスプレイ４７７用に実装されているインバータ（図示せず）を、圧電ポンプの電源として用いることができる。したがって、電源の併用により構成が簡素化し、携帯型パーソナルコンピュータ４７３の小型軽量化、小電力化が可能である。液晶ディスプレイ４７７用に実装されているインバータとして、たとえば液晶のバックライト用のインバータを併用することが可能となる。この場合、燃料制御部は、燃料供給部４６５から直交変換された出力を直接制御する構成とすることもできる。
【００７０】
以上、本発明を実施の形態および実施例をもとに説明した。この実施の形態および実施例は例示であり、その各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。以下、そうした例を説明する。
【００７１】
たとえば、図１の燃料電池システムにおいて、燃料容器４２５と燃料供給部４６５との間に燃料改質機が設けられた構成とすることにより、燃料改質機で改質された燃料１２４の燃料電池本体１００への供給について、燃料制御部４６３によって制御することが可能となる。こうすることにより、外部改質方式の燃料電池システムにおいても、燃料電池本体１００からの出力を向上させ、安定させることができる。
【００７２】
また、図１の燃料電池システムにおいては、燃料供給部４６５または酸化剤供給部４５９をバイモルフ型圧電ポンプとした場合、これらを制御する方法として、燃料制御部４６３または酸化剤制御部４５７を設けるかわりに、バイモルフ圧電素子の振幅方向の可動範囲を機械的に調整する制御部材を設け、これにより変化させる方法を用いることができる。
【００７３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、圧電ポンプを含み、燃料電池本体の出力の一部を圧電ポンプに供給することにより、小型で消費電力が小さい燃料電池システムが実現される。また、本発明によれば、燃料電池本体の出力値に基づいて、供給部から燃料電池本体へ供給される燃料または酸化剤の量を制御する構成を採用することにより、高い出力特性を有し、これが安定して発揮される燃料電池システムが実現される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る燃料電池システムの構成の一例を示す図である。
【図２】本発明に係る燃料電池システムの構成の一例を示す図である。
【図３】本発明に係る燃料電池システムの構成の一例を示す図である。
【図４】本発明に係る燃料電池システムの構成の一例を示す図である。
【図５】本発明に係る燃料電池システムの構成の一例を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態に係る携帯型パーソナルコンピュータを示す斜視図である。
【図７】本発明に係る燃料電池システムの構成の一例を示す図である。
【図８】本発明に係る燃料電池システムに用いられる燃料電池本体の構成の一例を示す図である。
【符号の説明】
１００ 燃料電池本体
１０１ 単セル構造
１０２ 燃料極
１０４ 基体
１０６ 触媒層
１０８ 酸化剤極
１１０ 基体
１１２ 触媒層
１１４ 固体電解質膜
１２０ 燃料極側セパレータ
１２２ 酸化剤極側セパレータ
１２４ 燃料
１２６ 酸化剤
４０７ 第１の燃料容器
４０９ 第２の燃料容器
４１７ 第１の電圧計
４１９ 第２の電圧計
４２５ 燃料容器
４５３ 負荷
４５５ インバータ
４５７ 酸化剤制御部
４５９ 酸化剤供給部
４６１ インバータ
４６３ 燃料制御部
４６５ 燃料供給部
４６７ 参照出力
４７１ ツェナーダイオード
４７３ 携帯型パーソナルコンピュータ
４７５ キーボード
４７７ 液晶ディスプレイ
４７９ 圧電ポンプ
４８１ 第１の成分
４８３ 第２の成分
４８５ 混合部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a fuel cell system, a portable electric device using the fuel cell system, and a fuel cell driving method.
[0002]
[Prior art]
With the arrival of the information society in recent years, the amount of information handled by electronic devices such as personal computers has increased dramatically, and the power consumption of electronic devices has also increased remarkably. In particular, in portable electronic devices, an increase in power consumption is a problem with an increase in processing capability. Currently, in such portable electronic devices, lithium ion batteries are generally used as power sources, but the energy density of lithium ion batteries is approaching the theoretical limit. Therefore, in order to extend the continuous use period of the portable electronic device, there is a limitation that the power consumption must be reduced by suppressing the CPU driving frequency.
[0003]
Under these circumstances, instead of using a lithium ion battery, a fuel cell with a large energy density and high heat exchange rate is used as a power source for the electronic device, so that the continuous use period of the portable electronic device is greatly improved. Is expected to be.
[0004]
A fuel cell is composed of a fuel electrode and an oxidant electrode, and an electrolyte provided therebetween. The fuel cell is supplied with fuel, and the oxidant electrode is supplied with an oxidant to generate electricity by an electrochemical reaction. In general, hydrogen is used as the fuel, but in recent years, methanol is reformed to produce hydrogen by reforming methanol using methanol, which is cheap and easy to handle, and methanol is directly used as fuel. Direct fuel cells are also being actively developed.
[0005]
When hydrogen is used as the fuel, the reaction at the fuel electrode is represented by the following formula (1).
3H2  → 6H+  + 6e−    (1)
When methanol is used as the fuel, the reaction at the fuel electrode is represented by the following equation (2).
CH3OH + H2O → 6H+  + CO2  + 6e−    (2)
In either case, the reaction at the oxidant electrode is represented by the following formula (3).
3 / 2O2  + 6H+  + 6e−  → 3H2O (3)
[0006]
In particular, in a direct type fuel cell, hydrogen ions can be obtained from an aqueous methanol solution, so that a reformer or the like is not required, and it can be reduced in size and weight, and applied to a portable electronic device. The benefits are great. Further, since a liquid methanol aqueous solution is used as a fuel, the energy density is very high.
[0007]
On the other hand, conventionally, a DC (direct current) pump or an electromagnetic pump has been used as a method for operating a fuel cell. Further, as a method for improving the operation efficiency of the fuel cell, a gas circulation pump system using a diaphragm pump has been proposed (Patent Document 1). However, since the output stability of the fuel cell is poor compared to other power sources, it has been difficult to stably exhibit a high output by the conventional pump driving method. In addition, when applied to portable electronic devices such as power supplies for mobile phones, a conventional pump that is difficult to miniaturize and consumes much power is mounted because the volume of the power supply is small and available power is limited. It was difficult to do.
[0008]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 9-259912
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, when used in a portable device, it is increasingly desired to provide a fuel cell system having a small and simple mechanism for stably exhibiting a high output in particular.
[0010]
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 that is small in size and low in power consumption. Another object of the present invention is to provide a fuel cell system which has high output characteristics and can be stably exhibited. Still another object of the present invention is to reduce the size and weight of portable electric devices. Still another object of the present invention is to provide a simple fuel cell driving method that stably exhibits high output.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
  According to the present invention,
  A fuel cell body;
  The fuel cell bodyIncluding a first piezoelectric pump provided between the fuel container and the fuel containerA supply section;
  Based on the output value of the fuel cell body,Driving the fuel supplyControlfuelA control unit;
  IncludingSee
  A part of the output of the fuel cell main body is supplied to the first piezoelectric pump to drive the first piezoelectric pump.A fuel cell system is provided.
In the fuel cell system of the present invention, the oxidant is supplied to the fuel cell body, the oxidant supply unit including a second piezoelectric pump, and the driving of the oxidant supply unit based on the output value of the fuel cell body And an oxidant control unit for controlling the fuel cell, wherein a part of the output of the fuel cell main body is supplied to the second piezoelectric pump to drive the second piezoelectric pump.
Moreover, according to the present invention,
A fuel cell body;
Supplying an oxidant to the fuel cell body and an oxidant supply unit including a second piezoelectric pump;
Based on the output value of the fuel cell main body, an oxidant control unit that controls driving of the oxidant supply unit,
Including
A fuel cell system is provided, wherein a part of the output of the fuel cell main body is supplied to the second piezoelectric pump to drive the second piezoelectric pump.
The fuel cell system of the present invention may further include an inverter that orthogonally transforms the output of the fuel cell main body.
[0012]
  In the fuel cell system according to the present invention,AndBased on the output value of the fuel cell body,fuelControl unitOr the oxidant controllerThe amount of fuel or oxidizer supplied is controlled atMay. For example, when the output value of the fuel cell is larger than a preset threshold value, the amount of fuel or oxidant can be decreased, and when it is smaller than the threshold value, the amount of fuel or oxidant can be increased. By doing so, the output of the fuel cell can be controlled efficiently, and this can be improved and stabilized. Also, if the output value of the fuel cell body is large, by reducing the supply amount of fuel or oxidant,fuelSupply sectionOr oxidant supply sectionCan save power. For example, in the fuel cell system of the present invention,fuelControl unitOr the oxidant controllerCan control the output value of the fuel cell main body to be substantially constant.
[0013]
  The fuel cell system of the present invention further includes an inverter that orthogonally transforms the output of the fuel cell body, and the orthogonally transformed output is thefuelSupply sectionOr the oxidizing agent supply sectionCan be configured to be driven. By doing so, the supply unit can be efficiently driven using a part of the output of the fuel cell main body. Therefore, the characteristics of the fuel cell system can be further improved with a simple configuration. For example, thefuelControl unitOr the oxidant controllerBut saidfuelSupply sectionOr the oxidizing agent supply sectionIt can be set as the structure which controls the frequency which drives. By doing so, the output of the fuel cell main body can be controlled in a wider range. In addition, the amount of fuel or oxidant supplied can be controlled more precisely.
[0014]
  In the fuel cell system of the present inventionIs,fuelSupply sectionOr the oxidizing agent supply sectionIncludes a piezoelectric pumpMu. By using a piezoelectric pump,fuelControl unitOr oxidant control unitBut,fuelSupply sectionOr oxidant supply sectionIt is possible to control the frequency or voltage for driving the. Therefore, the output of the fuel cell system can be improved and further stabilized. Also,fuelSupply sectionOr oxidant supply sectionPower consumption can be reduced,fuelSupply sectionOr oxidant supply sectionImproves durability. Furthermore, the fuel cell system can be reduced in size and weight.
[0015]
  In the fuel cell system of the present invention,fuelThe control unit may be configured to control a supply amount of the fuel including a plurality of components and a mixing ratio of the plurality of components. By doing so, it becomes possible to arbitrarily adjust the component of the fuel supplied to the fuel cell main body according to the output.fuelBy adjusting the concentration of the fuel component by the control unit, it is possible to efficiently operate the fuel cell body while eliminating the adverse effects that occur when the fuel concentration is high. In the present specification, a component that is normally used for dilution, such as water, is also a component of fuel. Therefore,fuelThe control unit also controls the supply amount and mixing ratio of these components.
[0016]
  The present inventionThe fuel cell systemA fuel cell main body and a piezoelectric pump for supplying fuel or an oxidant to the fuel cell main bodyForIn addition, it is possible to efficiently supply the fuel or the oxidant and discharge the generated gas. Therefore, since the catalyst utilization efficiency in the fuel cell main body can be increased, the output characteristics of the fuel cell system can be improved and stabilized.
[0017]
  The fuel cell system of the present invention further includes an inverter that orthogonally transforms the output of the fuel cell body, and the orthogonally transformed output is thefirstPiezoelectric pumpOr the second piezoelectric pumpCan be configured to be driven. This makes it possible to efficiently use a part of the output of the fuel cell body.firstPiezoelectric pumpOr second piezoelectric pumpCan be driven. Therefore, the characteristics of the fuel cell system can be further improved with a simple configuration.
[0018]
In the fuel cell system of the present invention, the piezoelectric pump can be a bimorph piezoelectric pump. By doing so, the discharge amount from the piezoelectric pump can be increased as compared with a normal unimorph type piezoelectric pump or the like, so that the discharge amount can be precisely controlled in a wider range. Further, since the power consumption is low, the power required for driving the piezoelectric pump can be reduced. In addition, since heat generation from the piezoelectric pump is suppressed, the safety and reliability of the fuel cell system can be improved.
[0019]
In the fuel cell system of the present invention, an organic liquid fuel can be supplied to the fuel cell body. Even when the organic liquid fuel is supplied, by adopting the configuration of the present invention, it is possible to provide a fuel cell system in which high output is stably exhibited.
[0020]
  In the fuel cell system of the present invention, the fuel is supplied.firstIncluding a plurality of piezoelectric pumps,firstThe piezoelectric pumps can be connected to different fuel containers. By doing so, different substances can be supplied from different fuel containers, and therefore the composition of the fuel supplied to the fuel cell body can be adjusted by changing the mixing ratio of these substances. By adjusting the composition of the fuel component by the control unit, it is possible to efficiently operate the fuel cell body while eliminating the adverse effects caused when the fuel is at a high concentration. Moreover, since a fuel component can be supplied efficiently, resources can be used effectively.
[0021]
According to the present invention, there is provided a portable electric device that is equipped with the fuel cell system. Since the portable electric device according to the present invention is equipped with the fuel cell system described above, a high output is stably supplied from the fuel cell main body. Therefore, the reliability of the portable electric device can be improved. In addition, since the fuel cell system is small and light, and an inverter mounted on the device can be used together, the entire portable electric device can be reduced in size and weight.
[0022]
  According to the present invention,
  A fuel cell body;
  A fuel supply unit including a piezoelectric pump provided between the fuel cell main body and a fuel containerWhen,
  Based on the output value of the fuel cell body,Fuel that controls the drive of the fuel supplyA control unit;
  Including at leastSee
  A method of driving a fuel cell system configured to supply a part of the output of the fuel cell main body to the piezoelectric pump and drive the piezoelectric pump,
  The piezoelectric pumpThere is provided a driving method of a fuel cell system, wherein the circulation amount of liquid fuel is controlled by controlling a driving frequency.
  In the present invention,Supplying fuel or oxidant to the fuel cell using a piezoelectric pumpTheBy using a piezoelectric pump, fuel or an oxidant can be efficiently supplied to the fuel cell. Moreover, the power consumption of the pump can be reduced, and the durability of the pump is improved. Therefore, the output of the fuel cell can be improved and stabilized with a simple configuration.
[0023]
  In the present inventionInControl the amount of fuel or oxidant supplied to the fuel cell based on the output value of the fuel cellDo. For example, when the output value of the fuel cell is larger than a preset threshold value, the amount of fuel or oxidant can be decreased, and when it is smaller than the threshold value, the amount of fuel or oxidant can be increased. By doing so, the output of the fuel cell can be efficiently controlled and stabilized.
[0024]
In the fuel cell driving method of the present invention, the fuel may include a plurality of components, and the mixing ratio of the plurality of components may be controlled based on the output of the fuel cell. By doing so, the component composition of the fuel supplied to the fuel cell can be adjusted. Therefore, it is possible to efficiently operate the fuel cell main body while eliminating the adverse effects that occur when the fuel concentration is high. Moreover, since a fuel component can be supplied efficiently, resources can be used effectively.
[0025]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The application of the fuel cell system described in the following embodiments is not particularly limited. For example, a portable personal computer such as a mobile phone or a notebook type, a PDA (Personal Digital Assistant), various cameras, a navigation system, a portable music player, etc. Appropriately used for small electrical equipment.
[0026]
  First, a basic configuration of a fuel cell system applicable to each of the following embodiments will be described.FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a configuration of a fuel cell system according to an embodiment of the present invention. The fuel cell system of FIG. 1 orthogonally transforms a fuel cell main body 100, a fuel container 425, a fuel supply unit 465 that supplies fuel 124 from the fuel container 425 to the fuel cell main body 100, and an output from the fuel cell main body 100. Also, an inverter 461 that changes the amount of fuel 124 supplied from the fuel supply unit 465, a fuel control unit 463 that controls the fuel supply unit 465 via the inverter 461 with reference to the output from the load 453 and the reference output 467 Is provided. Similarly, an oxidant supply unit 459, an inverter 455, and an oxidant control unit 457 are also provided for supplying the oxidant 126 (usually outside air) to the fuel cell main body 100. Note that the load 453 is a resistance in the above-described electrical device.
[0027]
A piezoelectric pump is used for the fuel supply unit 465 and the oxidant supply unit 459. By doing so, the pump can be made smaller and lighter and the durability can be improved as compared with the case where a conventional electromagnetic pump or the like is used. In addition, the electric power required for driving the pump is reduced. Further, the supply amount of the fuel 124 or the oxidant 126 from the pump can be well controlled by changing the frequency or voltage in the inverter 455 or the inverter 461. When the frequency of the inverter 455 or the inverter 461 is changed, the pump discharge frequency per unit time is changed. Further, when these voltages are changed, the discharge amount per discharge changes due to the change in the displacement amount of the piezoelectric element. Accordingly, the supply amount of the fuel 124 or the oxidant 126 can be adjusted regardless of which one is changed.
[0028]
As the piezoelectric pump, for example, a bimorph type piezoelectric pump is preferably used. By adopting the bimorph type, the discharge amount from the pump can be increased as compared with a normal unimorph type piezoelectric pump or the like, so that control by frequency is possible in a wider range. Further, the supply amount of the fuel 124 or the oxidant 126 can be controlled more precisely. Further, by using a bimorph type piezoelectric pump, advantages such as reduction in power consumption, suppression of heat generation from the pump, and suppression of generation of electromagnetic noise from the pump can be obtained.
[0029]
The fuel container 425 and the fuel cell main body 100 are configured such that the fuel 124 can be circulated through the fuel supply unit 465, and carbon dioxide generated at the fuel electrode when liquid fuel is used as the fuel 124. Etc. are efficiently removed from the fuel electrode. For this reason, the utilization efficiency of the catalyst in the fuel electrode is improved, and the output of the fuel cell main body 100 can be improved. On the other hand, the supply and discharge of the oxidant 126 can be performed and supplied more efficiently by using the oxidant supply unit 459 as compared with the case of natural suction without using the oxidant supply unit 459. By using the oxidant supply unit 459, the supply amount of the oxidant 126 can be increased, and the output of the fuel cell main body 100 can be improved.
[0030]
In the fuel cell system of FIG. 1, the fuel control unit 463 or the oxidant control unit 457 controls the frequency or voltage of the inverter 461 and the inverter 455, so that the fuel cell main body 100 is supplied from the fuel supply unit 465 and the oxidant supply unit 459. The amount of the fuel 124 and the oxidant 126 supplied to is controlled. Then, next, the control method of the frequency or voltage of the inverter 461 and the inverter 455 in the fuel control unit 463 or the oxidant control unit 457 will be described.
[0031]
The fuel control unit 463 or the oxidant control unit 457 changes the frequency or voltage of the inverter 461 and the inverter 455 by performing feedback control. Although there is no particular limitation on the feedback control method, for example, the method shown in FIG. In FIG. 2, the supply of the fuel 124 is illustrated, but the supply of the oxidant 126 can also be controlled by the same method.
[0032]
In FIG. 2 (a), the output signal from the load 453 and the signal of the reference output 467 are input to the fuel control unit 463, and an operation for calculating an amount using these as variables is performed. Then, a feedback control is performed by comparing the magnitude relationship between the calculated amount and a predetermined threshold value. The calculation is, for example, these ratios or differences. The feedback circuit in the fuel control unit 463 or the oxidant control unit 457 is not particularly limited, but can be configured as shown in FIGS. 2B and 2C, for example. FIG. 2B is a diagram showing an example of the configuration of a fuel cell system for performing this feedback control. In FIG. 2B, the supply amount of the fuel 124 is controlled using a piezoelectric pump 479. A first voltmeter 417 and a second voltmeter 419 are connected to the load 453 and the fuel cell main body 100 as shown in FIG. 2C. The first voltmeter 417 and the second voltmeter The value 419 is input to the fuel control unit 463 as an output from the load 453 and a reference output 467, respectively. FIG. 2C is a diagram showing an example of a circuit configuration between the first voltmeter 417 and the second voltmeter 419 in FIG. 2B, and a zener in parallel with the fuel cell main body 100. This is an example in which a diode 471 is provided. By providing the Zener diode 471, a constant reference output 467 can be obtained, which can be detected by the second voltmeter 419.
[0033]
As a result of comparing the magnitude relationship between the above-described calculation amount calculated by the fuel control unit 463 and a preset threshold value, there is a ratio or difference between the signal from the load 453 and the signal from the reference output 467. When lower than the threshold value, the fuel control unit 463 increases the frequency or voltage of the inverter 461. As a result, the amount of the fuel 124 supplied from the fuel container 425 to the fuel cell main body 100 via the piezoelectric pump 479 is increased, and the gas generated at the fuel electrode is recovered more quickly into the fuel container 425. The output of the fuel cell main body 100 increases. On the other hand, when the ratio or difference exceeds the threshold value, the fuel control unit 463 decreases the frequency or voltage of the inverter 461. By doing so, the driving power of the piezoelectric pump 479 can be saved.
[0034]
3A and 3B are diagrams showing another example of the configuration of the feedback circuit in the fuel control unit 463 or the oxidant control unit 457 of the fuel cell system of FIG. Hereinafter, the supply of the fuel 124 will be described as an example. FIG. 3A is a diagram showing an example of the configuration of a fuel cell system for performing this feedback control. In FIG. 3 (a), a first voltmeter 417 and a second voltmeter 419 are connected to the load 453 and the fuel cell main body 100 as shown in FIG. 3 (b). The values of 417 and the second voltmeter 419 are input to the fuel control unit 463 as an output from the load 453 and a reference output 467, respectively. FIG. 3B is a diagram showing an example of a circuit configuration between the first voltmeter 417 and the second voltmeter 419 in FIG. 3A, and a Zener diode 471 in series with the fuel cell main body 100. Is an example provided. In the configuration of FIG. 3 as well, a constant reference output 467 is obtained, which can be detected by the second voltmeter 419.
[0035]
The above is a control method in the case where the reference output 467 is provided and compared with the output from the load 453. However, the fuel 124 is supplied by detecting only the output from the fuel cell main body 100 without providing the reference output 467. It is also possible to change the frequency or voltage of the inverter 461 so that the size is constant. 1 illustrates the configuration in which the fuel control unit 463 controls the inverter 461, the fuel control unit 463 may be configured to directly control the output orthogonally transformed from the fuel supply unit 465. it can.
[0036]
In the fuel cell system of FIG. 1, since the supply of the fuel 124 or the oxidant 126 is controlled by the above-described feedback circuit, a high output can be stably exhibited. When the fuel cell system of FIG. 1 is mounted on a portable electronic device, for example, as will be described later in the fourth embodiment, an inverter mounted on the device can be used together. Can be
[0037]
FIG. 7 is an example of a configuration of a fuel cell system including two fuel supply units 465. FIG. 7A shows a fuel cell system having two fuel supply units 465 connected to a first fuel container 407 and a second fuel container 409, respectively. A first component 481 and a second component 483 are supplied from the first fuel container 407 and the second fuel container 409, respectively. The two fuel supply units 465 are both connected to the inverter 461, and the supply amount is controlled by the fuel control unit 463. For example, when the second component 483 is a fuel component and the first component 481 is a component for diluting, when the output of the fuel cell main body 100 decreases, the supply amount from the second fuel container 409 When the output of the fuel cell main body 100 is high, the supply amount from the first fuel container 407 is increased.
[0038]
In the fuel cell system of FIG. 7A, the supply amount of each of the first component 481 and the second component 483 is adjusted by the fuel control unit 463. Therefore, the output from the fuel cell main body 100 can be further stabilized. When the first component 481 and the second component 483 are liquid, the configuration of FIG. 7A is particularly effective. In the case of a direct type fuel cell system in which an organic liquid fuel is supplied to the fuel cell main body 100, an aqueous solution of the organic liquid is usually supplied as the fuel 124. However, if the concentration of the organic liquid is too low, the output of the fuel cell main body 100 If the concentration of the organic liquid component is too high, the organic liquid component diffuses and reaches the oxidizer electrode, which is a so-called crossover problem. Therefore, by controlling the mixing amount of these components by the fuel control unit 463, it is possible to minimize the usage amount of the organic liquid component and to stabilize the output of the fuel cell main body 100.
[0039]
FIG. 7B is a diagram showing another configuration of the fuel cell system having two fuel supply units 465. The fuel cell system in FIG. 7B includes a mixing unit 485 that mixes the first component 481 and the second component 483. When the fuel control unit 463 controls the mixing unit 485, the mixing ratio of the first component 481 and the second component 483 in the mixing unit 485 is controlled. By providing a mixing unit 485 using, for example, a slot valve or a piezoelectric valve in the fuel cell system, the first component 481 and the second component 483 are mixed in advance by the mixing unit 485 and supplied to the fuel cell main body 100. It becomes possible. Therefore, since the component concentration in the fuel 124 supplied to the fuel cell main body 100 can be made uniform, the output of the fuel cell main body 100 can be controlled with higher accuracy.
[0040]
In the fuel cell system shown in FIGS. 7A and 7B, the number of fuel supply units 465 may be three or more. Similarly, a plurality of oxidizing agent supply units 459 may be provided.
[0041]
Next, the configuration of the fuel cell main body 100 in the fuel cell system shown in FIG. 1 will be described. FIG. 8 is a cross-sectional view schematically showing the single cell structure 101 of the fuel cell main body 100 shown in FIG. The fuel cell main body 100 has one or a plurality of single cell structures 101. Each single cell structure 101 includes a fuel electrode 102, an oxidant electrode 108 and a solid electrolyte membrane 114. In the fuel cell main body 100, the fuel 124 is supplied to the fuel electrode 102 of the single cell structure 101 via the fuel electrode side separator 120. Further, the oxidant 126 is supplied to the oxidant electrode 108 of each single cell structure 101 via the oxidant electrode side separator 122.
[0042]
The solid electrolyte membrane 114 has a role of separating the fuel electrode 102 and the oxidant electrode 108 and moving hydrogen ions between them. For this reason, the solid electrolyte membrane 114 is preferably a membrane having high hydrogen ion conductivity. Further, it is preferably chemically stable and has high mechanical strength. As a material constituting the solid electrolyte membrane 114, an organic polymer having a strong acid group such as a sulfone group and a phosphate group and a polar group such as a weak acid group such as a carboxyl group is preferably used. Examples of the organic polymer include aromatic condensed polymers such as sulfonated poly (4-phenoxybenzoyl-1,4-phenylene) and alkylsulfonated polybenzimidazole; sulfonate group-containing perfluorocarbon (Nafion (manufactured by DuPont) ( Registered trademark), Aciplex (manufactured by Asahi Kasei)); carboxyl group-containing perfluorocarbon (Flemion S membrane (manufactured by Asahi Glass) (registered trademark)); and the like.
[0043]
The fuel electrode 102 and the oxidant electrode 108 can be configured such that a catalyst layer 106 and a catalyst layer 112 containing carbon particles supporting a catalyst and fine particles of a solid electrolyte are formed on the substrate 104 and the substrate 110, respectively. . The surfaces of the substrate 104 and the substrate 110 may be subjected to water repellent treatment.
[0044]
Examples of the catalyst for the catalyst layer 106 used for the fuel electrode 102 include platinum, gold, silver, ruthenium, rhodium, palladium, osmium, iridium, cobalt, nickel, rhenium, lithium, lanthanum, strontium, yttrium, and alloys thereof. Is done. As the catalyst of the catalyst layer 112 used for the oxidant electrode 108, the same catalyst as that of the catalyst layer 106 can be used, and the above exemplified substances can be used. The catalyst for the catalyst layer 106 and the catalyst layer 112 may be the same or different.
[0045]
Examples of the carbon particles supporting the catalyst include acetylene black (Denka Black (manufactured by Denki Kagaku) (registered trademark), XC72 (manufactured by Vulcan), etc.), ketjen black, carbon nanotube, carbon nanohorn, and the like.
[0046]
The solid electrolyte fine particles in the catalyst layer 106 and the catalyst layer 112 may be the same or different. Here, as the solid electrolyte fine particles, the same material as the solid electrolyte membrane 114 can be used, but a material different from the solid electrolyte membrane 114 or a plurality of materials can also be used.
[0047]
For both the fuel electrode 102 and the oxidant electrode 108, a porous substrate such as carbon paper, a carbon molded body, a carbon sintered body, a sintered metal, and a foam metal can be used as the base 104 and the base 110. A water repellent such as polytetrafluoroethylene can be used for the water repellent treatment of the base 104 and the base 110.
[0048]
Next, the manufacturing method of the single cell structure 101 in this invention is demonstrated.
[0049]
When the solid electrolyte membrane 114 is made of, for example, an organic polymer material, the solid electrolyte membrane 114 is obtained by casting a liquid obtained by dissolving or dispersing the organic polymer material in a solvent onto a peelable sheet such as polytetrafluoroethylene. And dried.
[0050]
The fuel electrode 102 and the oxidant electrode 108 can be obtained, for example, by the following method. First, a catalyst is supported on carbon particles by a commonly used impregnation method. Next, the carbon particles carrying the catalyst and the fine particles of the solid electrolyte are dispersed in a solvent to form a paste, which is then applied to the substrate 104 or the substrate 110 that has been subjected to the water repellent treatment. Although there is no restriction | limiting in particular about the coating method of the paste to the base | substrate 104 or the base | substrate 110, For example, methods, such as brush coating, spray coating, and the screen printing method, can be used. After applying the paste, for example, the fuel electrode 102 and the oxidant electrode 108 are obtained by drying at a heating temperature of 100 ° C. to 250 ° C. and a heating time of 30 seconds to 30 minutes.
[0051]
Next, the single electrolyte structure 114 is obtained by sandwiching the solid electrolyte membrane 114 between the fuel electrode 102 and the oxidant electrode 108 and hot pressing. At this time, the catalyst layer 106 and the catalyst layer 112 are in contact with the solid electrolyte membrane 114. For example, when the solid electrolyte fine particles in the solid electrolyte membrane 114, the catalyst layer 106, and the catalyst layer 112 are composed of organic polymers, the hot pressing conditions are such that the softening temperature of these organic polymers and the glass transition temperature are exceeded. can do. Specifically, for example, the temperature is 100 to 250 ° C., the pressure is 1 to 100 kg / cm.2The time is 10 seconds to 300 seconds.
[0052]
As described above, the single cell structure 101 is formed. Further, by stacking the obtained single cell structures 101, a fuel cell stack in which a plurality of single cell structures 101 are connected in series can be obtained.
[0053]
In the fuel cell main body 100 configured as described above, the fuel 124 is supplied to the fuel electrode 102 of each single cell structure 101. Further, an oxidant 126 is supplied to the oxidant electrode 108 of each single cell structure 101. As the fuel 124, an organic liquid fuel such as methanol, ethanol, dimethyl ether, other alcohols, or a liquid hydrocarbon such as cycloparaffin can be used. The organic liquid fuel can be an aqueous solution. Further, the fuel 124 can be supplied to the fuel container 425 by injection, for example. Alternatively, a cartridge containing fuel can be used and replaced. Usually, air can be used as the oxidant 126, but oxygen gas may be supplied.
[0054]
In the fuel cell system obtained in this manner, since the supply and discharge of the fuel 124 to and from the fuel electrode 102 are well controlled, the fuel 124 is efficiently supplied to the fuel electrode 102 and is generated at the fuel electrode 102. Gas can be removed quickly. Further, since the bimorph type piezoelectric pump 479 is used for the fuel supply unit 465 or the oxidant supply unit 459, the power consumption of the pump is small and the size can be reduced. Furthermore, since the feedback control in the fuel control unit 463 that controls the supply and discharge of the fuel 124 can be reflected in the voltage or amplitude control in the fuel supply unit 465, the fuel supply and discharge in the fuel supply unit 465 can be further improved. It can be performed with high accuracy. From the above, a fuel cell system capable of stably exhibiting high output in the fuel cell main body 100 is realized.
[0055]
(First embodiment)
FIG. 4 shows the configuration of the fuel cell system according to this embodiment. In the fuel cell system of FIG. 4, a bimorph piezoelectric pump is used for the fuel supply unit 465. As the bimorph type piezoelectric pump, for example, a bimorph pump (manufactured by Genko Inc., registered trademark), a bimorph type piezoelectric element manufactured by FDK, or the like is used. A drive power source of the bimorph type piezoelectric pump supplies a part of the output from the fuel cell main body 100 by orthogonally converting the output from the inverter 461. The fuel cell main body 100 has the configuration shown in FIG. 8, and a solid polymer electrolyte membrane is used as the solid electrolyte membrane 114. A methanol aqueous solution is supplied as the fuel 124 to the fuel electrode 102 in the fuel cell main body 100, and oxygen in the air is used as the oxidant 126.
[0056]
By using a bimorph piezoelectric pump for the fuel supply unit 465, it is possible to save power required for driving the pump. In addition, the fuel 124 can be stably supplied to the fuel cell main body 100 and a gas such as carbon dioxide generated at the fuel electrode 102 can be quickly recovered in the fuel container 425. Therefore, the fuel cell main body 100 can exhibit excellent output characteristics.
[0057]
(Second Embodiment)
FIG. 5 shows the configuration of the fuel cell system according to this embodiment. The fuel cell system of FIG. 5 further includes a bimorph piezoelectric pump for supplying the oxidant 126 to the oxidant electrode 108 in the fuel cell system (FIG. 4) described in the first embodiment. Similar to the first embodiment, the drive power source of the bimorph piezoelectric pump provided as the oxidant supply unit 459 converts a part of the output from the fuel cell main body 100 into an inverter 461 and supplies it.
[0058]
By doing this, in addition to the fuel supply unit 465, the supply amount of the oxidant 126 (outside air) from the oxidant supply unit 459 increases more than that during natural intake, so that the output characteristics of the fuel cell main body 100 are further improved. It becomes possible.
[0059]
In the fuel cell system of FIG. 5, one inverter 461 and one inverter 455 can be shared. In this way, further power saving can be achieved.
[0060]
(Third embodiment)
The fuel cell system according to the present embodiment has a mechanism for feeding back the output characteristics of the single cell structure 101 to the inverter circuit and controlling the voltage or frequency supplied to the piezoelectric pump in the fuel cell system described in the second embodiment. This is a configuration provided. The fuel cell system according to the present embodiment has the configuration shown in FIG.
[0061]
Hereinafter, the control method will be described by taking the supply of the fuel 124 as an example. The fuel control unit 463 has a feedback mechanism shown in FIG. The signal from the load 453, that is, the signal from the first voltmeter 417 is compared with the reference output 467 in FIG. 1 (not shown in FIG. 2B), that is, the signal from the second voltmeter 419. The output from the load 453 is controlled so that this ratio or difference is constant. When the ratio or difference between the signal from the load 453 and the signal from the reference output 467 is lower than the reference value, the fuel control unit 463 increases the frequency or voltage of the inverter 461. As a result, the amount of the fuel 124 supplied to the fuel cell main body 100 via the fuel supply unit 465 increases, and the gas generated at the fuel electrode 102 is recovered more quickly into the fuel container 425, so that the output is increased. To rise. On the other hand, when the ratio or difference exceeds the reference value, the fuel control unit 463 decreases the frequency or voltage of the inverter 461. Similarly, the supply of the oxidant 126 is controlled by the oxidant controller 457 as shown in FIG.
[0062]
As described above, according to the fuel cell system of the present embodiment, when the output of the fuel cell main body 100 is low due to the feedback control in the fuel control unit 463 and the oxidant control unit 457, this is improved. Therefore, the output characteristics of the fuel cell main body 100 can be made high and stable.
[0063]
(Fourth embodiment)
The fuel cell system according to this embodiment has a configuration using two fuel supply units 465 in the fuel cell system described in the third embodiment. The fuel cell system according to this embodiment has the configuration shown in FIG.
[0064]
In the fuel cell system of FIG. 7A, the two fuel supply units 465 are connected to the first fuel container 407 and the second fuel container 409, respectively. The first fuel container 407 and the second fuel container 409 are supplied with water as the first component 481 and methanol as the second component 483, respectively. The two fuel supply units 465 are both connected to the inverter 461, and the supply amount is controlled by the fuel control unit 463. For example, when the output of the fuel cell main body 100 is decreased, the supply amount from methanol, that is, the second fuel container 409 is increased, and when the output of the fuel cell main body 100 is high, water, that is, from the first fuel container 407 is increased. Increase supply.
[0065]
As described above, the fuel cell system according to the present embodiment can adjust the supply amounts of water and methanol in the fuel control unit 463. Therefore, the amount of methanol used is minimized, and the fuel cell system 100 Output can be stabilized.
[0066]
In the present embodiment, the configuration of the fuel cell system is the configuration shown in FIG. 7A, but the configuration shown in FIG. Since the fuel cell system of FIG. 7B includes the mixing unit 485, water and methanol are mixed in advance in the mixing unit 485 and supplied to the fuel cell main body 100. By doing so, the methanol concentration in the fuel 124 supplied to the fuel cell main body 100 can be made uniform, so that the output of the fuel cell main body 100 can be controlled with higher accuracy.
[0067]
(Fifth embodiment)
The present embodiment relates to a portable personal computer equipped with a fuel cell system. FIG. 6 is a diagram showing a portable personal computer 473 according to the present embodiment. The portable personal computer 473 is provided with a fuel container 425 on the bottom surface on the keyboard 475 side, and the fuel cell main body 100 is mounted on the liquid crystal display 477 side. In addition, a piezoelectric pump serving as a fuel supply unit 465 is incorporated in the hinge portion. The fuel supply unit 465 is controlled by a fuel control unit (not shown) having the feedback circuit of FIG.
[0068]
Since the portable personal computer 473 has such a configuration, the fuel is indicated by the arrow in FIG. 6 via the fuel supply portion 465 provided in the hinge portion between the fuel container 425 and the fuel cell main body 100. It circulates to. Further, since the fuel supply from the fuel supply unit 465 is controlled in the same manner as in the third embodiment, the mounted fuel cell main body 100 can stably exhibit a high output.
[0069]
Further, in the portable personal computer 473, an inverter (not shown) mounted for the liquid crystal display 477 can be used as a power source for the piezoelectric pump. Therefore, the configuration is simplified by the combined use of the power source, and the portable personal computer 473 can be reduced in size, weight, and power. As an inverter mounted for the liquid crystal display 477, for example, an inverter for a liquid crystal backlight can be used in combination. In this case, the fuel control unit can directly control the output orthogonally transformed from the fuel supply unit 465.
[0070]
The present invention has been described based on the embodiments and examples. It is understood by those skilled in the art that the embodiments and examples are exemplifications, and that various modifications can be made to the combination of each component and each processing process, and such modifications are within the scope of the present invention. It is a place. Such an example will be described below.
[0071]
For example, in the fuel cell system of FIG. 1, a fuel reformer is provided between the fuel container 425 and the fuel supply unit 465, so that the fuel cell of the fuel 124 reformed by the fuel reformer. The supply to the main body 100 can be controlled by the fuel control unit 463. By doing so, the output from the fuel cell main body 100 can be improved and stabilized even in an external reforming fuel cell system.
[0072]
In the fuel cell system of FIG. 1, when the fuel supply unit 465 or the oxidant supply unit 459 is a bimorph type piezoelectric pump, the fuel control unit 463 or the oxidant control unit 457 is provided as a method for controlling them. In addition, a control member that mechanically adjusts the movable range of the bimorph piezoelectric element in the amplitude direction can be provided, and a method of changing the control member can be used.
[0073]
【The invention's effect】
  As described above, according to the present invention, the piezoelectric pumpA part of the output of the fuel cell main body is supplied to the piezoelectric pumpAs a result, a small fuel cell system with low power consumption is realized. In addition, according to the present invention, by adopting a configuration that controls the amount of fuel or oxidant supplied from the supply unit to the fuel cell main body based on the output value of the fuel cell main body, it has high output characteristics. Thus, a fuel cell system in which this is stably exhibited is realized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing an example of the configuration of a fuel cell system according to the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing an example of the configuration of a fuel cell system according to the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing an example of the configuration of a fuel cell system according to the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing an example of the configuration of a fuel cell system according to the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing an example of the configuration of a fuel cell system according to the present invention.
FIG. 6 is a perspective view showing a portable personal computer according to an embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a diagram showing an example of the configuration of a fuel cell system according to the present invention.
FIG. 8 is a diagram showing an example of the configuration of a fuel cell main body used in the fuel cell system according to the present invention.
[Explanation of symbols]
100 Fuel cell body
101 Single cell structure
102 Fuel electrode
104 Substrate
106 Catalyst layer
108 Oxidant electrode
110 substrate
112 Catalyst layer
114 Solid electrolyte membrane
120 Fuel electrode side separator
122 Oxidant electrode side separator
124 Fuel
126 Oxidizing agent
407 First fuel container
409 Second fuel container
417 First voltmeter
419 Second Voltmeter
425 Fuel container
453 load
455 inverter
457 Oxidant Control Unit
459 Oxidant supply section
461 inverter
463 Fuel Control Unit
465 Fuel supply unit
467 Reference output
471 Zener diode
473 Portable Personal Computer
475 keyboard
477 LCD display
479 Piezoelectric pump
481 First component
483 Second component
485 mixing section

Claims (7)

燃料電池本体と、
前記燃料電池本体と燃料容器との間に設けられた第一圧電ポンプを含む燃料供給部と、
前記燃料電池本体の出力値に基づいて、前記燃料供給部の駆動を制御する燃料制御部と、
を含み、
前記燃料電池本体の出力の一部を前記第一圧電ポンプに供給し、前記第一圧電ポンプを駆動するように構成されたことを特徴とする燃料電池システム。A fuel cell body;
A fuel supply unit including a first piezoelectric pump provided between the fuel cell body and a fuel container ;
A fuel control unit that controls driving of the fuel supply unit based on an output value of the fuel cell main body;
Only including,
A fuel cell system configured to supply a part of the output of the fuel cell main body to the first piezoelectric pump to drive the first piezoelectric pump . 請求項１に記載の燃料電池システムにおいて、前記第一圧電ポンプを複数含み、複数の前記第一圧電ポンプがそれぞれ異なる燃料容器に接続されていることを特徴とする燃料電池システム。 2. The fuel cell system according to claim 1 , comprising a plurality of the first piezoelectric pumps, wherein the plurality of first piezoelectric pumps are connected to different fuel containers. 請求項１または２に記載の燃料電池システムにおいて、
前記燃料電池本体に酸化剤を供給するとともに、第二圧電ポンプを含む酸化剤供給部と、
前記燃料電池本体の出力値に基づいて、前記酸化剤供給部の駆動を制御する酸化剤制御部と、
をさらに含み、
前記燃料電池本体の出力の一部を前記第二圧電ポンプに供給し、前記第二圧電ポンプを駆動するように構成されたことを特徴とする燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 1 or 2,
While supplying an oxidant to the fuel cell body, an oxidant supply unit including a second piezoelectric pump;
Based on the output value of the fuel cell main body, an oxidant control unit that controls driving of the oxidant supply unit,
Further including
A fuel cell system configured to supply a part of the output of the fuel cell main body to the second piezoelectric pump to drive the second piezoelectric pump . 燃料電池本体と、
前記燃料電池本体に酸化剤を供給するとともに、第二圧電ポンプを含む酸化剤供給部と
前記燃料電池本体の出力値に基づいて、前記酸化剤供給部の駆動を制御する酸化剤制御部と、
を含み、
前記燃料電池本体の出力の一部を前記第二圧電ポンプに供給し、前記第二圧電ポンプを駆動するように構成されたことを特徴とする燃料電池システム。 A fuel cell body;
Supplying an oxidant to the fuel cell body and an oxidant supply unit including a second piezoelectric pump;
Based on the output value of the fuel cell main body, an oxidant control unit that controls driving of the oxidant supply unit,
Only including,
A fuel cell system configured to supply a part of the output of the fuel cell main body to the second piezoelectric pump to drive the second piezoelectric pump . 請求項１乃至４いずれかに記載の燃料電池システムにおいて、前記燃料電池本体の出力を直交変換するインバータをさらに含むことを特徴とする燃料電池システム。 5. The fuel cell system according to claim 1 , further comprising an inverter that orthogonally transforms an output of the fuel cell main body. 6. 燃料電池本体と、
前記燃料電池本体と燃料容器との間に設けられた圧電ポンプを含む燃料供給部と、
前記燃料電池本体の出力値に基づいて、前記燃料供給部の駆動を制御する燃料制御部と、
を少なくとも含み、
前記燃料電池本体の出力の一部を前記圧電ポンプに供給し、前記圧電ポンプを駆動するように構成された燃料電池システムの駆動方法であって、
前記圧電ポンプを駆動する周波数を制御することによって液体燃料の循環量を制御することを特徴とする燃料電池システムの駆動方法。A fuel cell body;
A fuel supply unit including a piezoelectric pump provided between the fuel cell body and a fuel container ;
A fuel control unit that controls driving of the fuel supply unit based on an output value of the fuel cell main body;
At least look at including the,
A method of driving a fuel cell system configured to supply a part of the output of the fuel cell main body to the piezoelectric pump and drive the piezoelectric pump,
A driving method of a fuel cell system, wherein the circulating amount of liquid fuel is controlled by controlling a frequency for driving the piezoelectric pump . 請求項１乃至５いずれかに記載の燃料電池システムを搭載したことを特徴とする携帯型電気機器。A portable electric device comprising the fuel cell system according to any one of claims 1 to 5.
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