JP3772826B2 - FUEL CELL SYSTEM, PORTABLE ELECTRIC DEVICE USING FUEL CELL, AND METHOD OF OPERATING FUEL CELL - Google Patents

FUEL CELL SYSTEM, PORTABLE ELECTRIC DEVICE USING FUEL CELL, AND METHOD OF OPERATING 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、および燃料電池の運転方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
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。
【０００３】
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）
【０００４】
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）
【０００５】
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る。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】
従来、燃料タンク内の液温が下がると予備メタノールタンクからメタノールを補給し、燃料タンクの液温が高くなると水タンクから水を補給することにより、燃料の濃度と温度とを同時に所定の数値範囲に保持することが可能となる燃料電池の運転制御方法および装置が開示されている（特許文献１）。
【０００８】
【特許文献１】
特開平５−２５８７６０号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、燃料電池をたとえば携帯電話用電源等の携帯型の電気機器に適用する場合、小型化が望まれ、できるだけ少ない燃料で効率よく高い電力を供給する技術が必要である。このような技術を提供するためには、燃料電池の出力値が低下する原因等に応じて適切な処置を施すような制御を考慮すべきである。
【００１０】
燃料電池の出力値が低下する原因としては、たとえば以下のものが挙げられる。
（ｉ）燃料または酸化剤の供給量不足：上述したように、燃料電池は、燃料極に燃料が、酸化剤極に酸化剤がそれぞれ供給されて電気化学反応により発電する。したがって、燃料および酸化剤の供給量が充分でないと、燃料電池の出力が低下する。この場合、燃料または酸化剤の供給量を増加させることにより燃料電池の出力を上昇させることができる。
【００１１】
（ｉｉ）燃料電池本体の温度：燃料電池の発電効率は、温度の低下とともに減少し、温度が低いと、所望の電圧／電流を供給することができずに電気機器を起動できない可能性もある。この場合、燃料電池本体の温度を上昇させることにより、燃料電池の出力を上昇させることができる。さらに、燃料電池の温度が高すぎても燃料電池の発電効率が悪化する。この場合、燃料電池本体の温度を適正範囲内に下げることにより、燃料電池の出力を上昇させることができる。
【００１２】
（ｉｉｉ）生成物の滞留：上記反応式（１）〜（３）に示すように、燃料極では二酸化炭素またはその中間生成物である一酸化炭素が、酸化剤極では水がそれぞれ生成する。燃料電池を連続的に効率よく運転するためには、燃料極および酸化剤極へそれぞれ燃料および酸化剤を連続的に供給するとともに、これらの電極付近から生成物を速やかに取り除く必要がある。たとえば、燃料極において、電極表面に二酸化炭素等が滞留すると、電極への燃料の供給が阻害されることによる発電効率の低下や、有効な触媒の表面が減少することによる出力の低下が生じる。同様に、酸化剤極において、電極表面に水が滞留すると、電極のガス透過性が低下することによる発電効率の低下や、有効な触媒の表面が減少することによる出力の低下が生じる。
【００１３】
（ｉｖ）燃料電池本体の劣化：たとえば、触媒反応を担当する電極の白金が劣化すること等により、燃料電池の発電効率が低下して出力が低下する。この場合は燃料や酸化剤の供給量を増加させたり、燃料電池本体の温度を上昇させても出力の上昇は期待できない。
【００１４】
したがって、このような種々の原因に応じて適切な処置を施すような制御を行うことの可能な燃料電池システムの提供が望まれる。
【００１５】
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、燃料の消費量をできるだけ少なくしつつ、効率よく電力を供給することのできる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、システム全体の消費電力を低減して高い出力を安定して発揮させる簡便な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。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、
燃料極と酸化剤極とを含み、メタノールを燃料として直接利用する直接型である燃料電池本体と、
前記燃料極で発生する二酸化炭素またはその中間生成物である一酸化炭素を除去する除去処理部と、
少なくとも前記燃料電池本体の出力値と、燃料または酸化剤の少なくともいずれか一方の供給量と、を検出する検出部とを有し、
前記燃料電池本体の出力値が適正範囲内になく、かつ燃料及び／または酸化剤の供給量が適正である場合に、前記除去処理部を駆動して前記生成物を除去する処理を行う制御部と、
を含むことを特徴とする燃料電池システムが提供される。
【００１７】
本発明によれば、燃料電池本体で生成した生成物が好適に除去されるので、燃料や酸化剤の電極への供給が阻害されたり有効な触媒表面が減少することによる発電効率の低下を阻止することができ、燃料電池本体の出力値を安定に保つことができる。また、制御部は、燃料電池本体の出力の推移を考慮して、除去処理部を駆動することもできる。
本発明の燃料電池システムにおいて、前記除去処理部は、前記燃料電池本体に振動を与える加振手段とすることができる。
本発明の燃料電池システムは、前記除去処理部を駆動する処理が所定回数行われた後に前記燃料電池本体の出力値が適正範囲内とならなかった場合に警告を提示する警告提示部をさらに含むことができる。
このようにすれば、燃料電池本体の劣化等が原因で燃料電池本体の出力値が適正範囲内とならない場合に、警告が提示されるので、燃料や酸化剤を無駄に消費することなく燃料電池システムの故障を検知することができる。
【００１９】
燃料電池本体は、固体電解質膜と、固体電解質膜を挟んで設けられた燃料極および酸化剤極とを含むことができる。また、固体電解質膜は、燃料極と酸化剤極とで挟持された構成とすることができる。固体電解質膜として、高分子固体電解質膜を用いることができる。燃料電池の燃料として、液体燃料を用いることができる。ここで、液体燃料は、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等を用いることができる。液体燃料は、水溶液とすることができる。
【００４４】
本発明の燃料電池システムにおいて、供給部は、燃料を気化する気化手段を有することができ、気化した燃料を燃料電池本体に供給することができる。
【００４５】
本発明の燃料電池システムにおいて、供給部は、燃料を霧化する霧化手段を有することができ、霧化した燃料を燃料電池本体に供給することができる。
【００４６】
本発明によれば、上述した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。
【００４７】
本発明によれば、
燃料極と酸化剤極とを含み、メタノールを燃料として直接利用する直接型である燃料電池本体と、前記燃料極で発生する二酸化炭素またはその中間生成物である一酸化炭素を除去する除去処理部と、を含む燃料電池の運転方法であって、
少なくとも前記燃料電池本体の出力値と、燃料または酸化剤の少なくともいずれか一方の供給量と、を検出するステップと、
前記燃料電池本体の出力値が適正範囲内になく、かつ燃料及び／または酸化剤の供給量が適正である場合に、前記除去処理部を駆動して前記生成物を除去するステップと、
を含むことを特徴とする燃料電池の運転方法が提供される。
【００４８】
本発明の運転方法において、前記生成物を除去するステップにおいて、前記燃料電池本体に振動を与えることにより、前記生成物を除去することができる。
本発明の燃料電池の運転方法において、前記生成物を除去するステップを所定回数繰り返した後に、前記燃料電池本体の出力値が適正範囲内とならなかった場合に、警告信号を発するステップをさらに含むことができる。
【００５８】
本発明によれば、燃料電池の運転を制御するためにコンピュータに、上述した燃料電池の運転方法を実行させるためのプログラムが提供される。
【００５９】
本発明によれば、上述したプログラムを格納した記録媒体が提供される。
【００６０】
なお、以上の構成要素の任意の組合せや、本発明の構成要素や表現を方法、装置、システム、コンピュータプログラム、コンピュータプログラムを格納した記録媒体等の間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。
【００６１】
【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。
【００６２】
以下の実施の形態において、燃料電池システムは、燃料電池本体の状態を示すパラメータとして燃料電池本体の温度および出力を用い、パラメータの特性に応じて、これらのパラメータを適正範囲内とするための複数の処理の中からいずれかの処理を選択してその処理を行う。
【００６３】
（第一の実施の形態）
図１は、本発明の第一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９９は、燃料電池本体１００と、制御部５６２と、システムパワースイッチ５６４と、酸化剤供給処理部５６６と、燃料供給処理部５６８と、燃料容器５７０と、温度センサ５７２と、負荷５７４と、出力値測定部５７６と、生成物除去処理部５７８と、残量検出部５８０と、アラーム部５８２と、条件記憶部５９０とを有する。なお、負荷５７４とは上述した電気機器における抵抗、システムパワースイッチ５６４とはこの電気機器の電源である。
【００６４】
燃料電池本体１００は、燃料極１０２および酸化剤極１０８を含む。燃料電池本体１００の詳細な構成については後述する。
【００６５】
酸化剤供給処理部５６６は、燃料電池本体１００の酸化剤極１０８に酸化剤１２６を供給する処理を行う。燃料供給処理部５６８は、燃料容器５７０に収容された燃料１２４を燃料電池本体１００の燃料極１０２に供給する処理を行う。生成物除去処理部５７８は、燃料電池本体１００の燃料極１０２および酸化剤極１０８でそれぞれ生成される二酸化炭素および／または水を除去する処理を行う。酸化剤供給処理部５６６、燃料供給処理部５６８、および生成物除去処理部５７８の詳細な構成については後述する。
【００６６】
温度センサ５７２は、燃料電池本体１００の温度を測定する。温度センサ５７２が測定した温度は、制御部５６２に伝達される。温度センサ５７２としては、熱電対、金属測温抵抗体、サーミスタ、ＩＣ温度センサ、磁気温度センサ、サーモパイル、または焦電型温度センサ等を用いることができる。温度センサ５７２は、燃料電池本体１００の構造に応じて種々の配置を取り得るが、たとえば燃料電池本体１００内の端部にある酸化剤極１０８表面に接着される。これにより、外部温度の影響を最も受ける可能性の高い燃料電池本体１００の端部の温度を反映することができ、良好な温度制御を行うことができる。
【００６７】
出力値測定部５７６は、燃料電池本体１００の出力値を測定する。出力値測定部５７６の詳細な構成についても後述する。出力値測定部５７６が検出した出力値は制御部５６２に伝達される。制御部５６２は、温度センサ５７２により測定された温度および出力値測定部５７６により測定された出力値が適正な範囲内であるか否かを判断し、これらの温度および出力値を適正な範囲内とする複数の処理の中からいずれかの処理を選択してその処理を行う。
【００６８】
条件記憶部５９０は、温度および出力値等のパラメータの特性とそれらのパラメータを適正にする処理との関係を示す情報を含む。条件記憶部５９０は、複数の処理の優先順位や処理手順を記憶することもできる。制御部５６２は、条件記憶部５９０を参照して上記のいずれかの処理を優先的に行うかを判断し、その判断結果に基づいていずれかの処理を選択する。
【００６９】
図１３は、条件記憶部５９０のデータ構造の一部を示す一例である。ここで、パラメータとして温度および出力値が例示され、その特性としては、温度および出力値の双方が適正範囲内、温度が適正範囲内で出力値が適正範囲内、温度が適正範囲内でなく出力値が適正範囲内、温度および出力値のいずれも適正範囲内でない等が挙げられる。また、温度および出力値を適正にするための処理としては、維持、燃料または酸化剤の供給量を調整する処理、燃料電池本体１００の温度を調整する処理、が例示される。
【００７０】
たとえば温度および出力値の双方が適正範囲内の場合、制御部５６２はそのままの状態を維持する。温度が適正範囲内で出力値が適正範囲内でない場合、制御部５６２は、燃料１２４または酸化剤１２６の供給量を調整する処理を行う。燃料電池本体１００からの出力値が適正範囲よりも高い場合、制御部５６２は、燃料供給処理部５６８または酸化剤供給処理部５６６が燃料電池本体１００に供給する酸化剤極１０８または燃料極１０２の量を減少する処理を行う。これにより、不必要な燃料１２４の消費を抑えることができ、燃料１２４を効率よく利用することができる。また、燃料電池本体１００からの出力値が適正範囲よりも低い場合、制御部５６２は、燃料供給処理部５６８または酸化剤供給処理部５６６が燃料電池本体１００に供給する燃料１２４または酸化剤１２６の量を増加する処理を行う。
【００７１】
また、温度が適正範囲内でない場合は、出力値が適正範囲内の場合も出力値が適正範囲内でない場合も、制御部５６２は、燃料電池本体１００の温度を調整する処理を行う。本実施の形態において、制御部５６２は、温度を調整する処理としても燃料１２４または酸化剤１２６の供給量を調整する処理を行う。この場合、制御部５６２は、出力値を適正にするために燃料１２４または酸化剤１２６の供給量を調整する処理とは異なる制御方法で燃料１２４または酸化剤１２６の供給量を調整する。燃料電池本体１００の温度が適正な温度範囲よりも低い場合、制御部５６２は、燃料供給処理部５６８が燃料電池本体１００に供給する燃料１２４の濃度を増加する処理を行う。これにより燃料１２４が拡散して酸化剤極１０８に到達するいわゆるクロスオーバーが瞬間的に起こり、酸化剤極１０８の温度を上昇することができる。また燃料電池本体１００の温度が適正な温度範囲よりも高い場合、制御部５６２は、酸化剤供給処理部５６６が燃料電池本体１００に供給する酸化剤の量を増加する処理を行う。これにより酸化剤極１０８が空冷されて酸化剤極１０８の温度を低下することができる。
【００７２】
さらに、図示していないが、制御部５６２は、燃料電池本体１００からの出力値が適正な出力値範囲よりも低い場合、生成物除去処理部５７８に燃料電池本体１００内で生成した二酸化炭素または水を除去させる処理を行うこともできる。これにより、燃料電池本体１００の発電効率を高めることができ、燃料電池本体１００からの出力値を高めることができる。
【００７３】
残量検出部５８０は、燃料容器５７０内の燃料１２４の残量を検出する。制御部５６２は、燃料容器５７０内の燃料１２４が所定量以下となると、アラーム部５８２に警告を発生させる。
【００７４】
図２は、燃料供給処理部５６８、酸化剤供給処理部５６６、および生成物除去処理部５７８の構成を詳細に示す図である。
図２（ａ）に示すように、燃料供給処理部５６８は、インバータ４６１と燃料供給部４６５を有する。燃料供給部４６５は、燃料容器５７０から燃料電池本体１００に燃料１２４を供給する。インバータ４６１は、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から燃料電池本体１００に供給する燃料１２４の供給量を変化させる。燃料供給部４６５としては、圧電ポンプを用いることができる。燃料供給部４６５として圧電ポンプを用いた場合、制御部５６２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燃料供給部４６５からの燃料１２４の供給量を制御する。
【００７５】
図２（ｂ）に示すように、酸化剤供給処理部５６６は、酸化剤供給部４５９およびインバータ４５５を有する。酸化剤供給部４５９は、燃料電池本体１００に酸化剤１２６（通常は外気）を供給する。酸化剤供給部４５９としては、圧電ポンプを用いることができる。酸化剤供給部４５９として圧電ポンプを用いた場合、制御部５６２は、インバータ４５５における振動数または電圧を変化させることにより酸化剤１２６の供給量を制御する。
【００７６】
燃料供給部４６５および酸化剤供給部４５９として圧電ポンプを用いることにより、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。
【００７７】
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。バイモルフ型圧電ポンプとしては、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ことができる。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またはインバータ４５５において直交変換することにより得られる。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。
【００７８】
図２（ｃ）に示すように、生成物除去処理部５７８は、除去部５８６およびインバータ５８８を有する。除去部５８６は、燃料電池本体１００内で生成した二酸化炭素や水を除去する。除去部５８６はたとえば燃料電池本体１００に振動を加える加振手段である。加振手段としては、たとえば圧電振動子が用いられる。除去部５８６として加振手段を用いた場合、燃料電池本体１００内の二酸化炭素や水を除去することができ、とくに、気体の二酸化炭素を効率よく除去することができる。
【００７９】
圧電振動子としては、たとえばバイモルフ型、モノモルフ型、ユニモルフ型等を用いることができる。中でもバイモルフ型圧電振動子が好ましい。消費電力が小さく、低電圧で大きな変位量が得られるためである。こうしたバイモルフ型圧電振動子としては、たとえばＴＦＴ株式会社製の圧電セラミックアクチュエータを使用することができる。
【００８０】
除去部５８６が圧電振動子である場合、図３に示すように、燃料電池本体１００の表面に直接固定することもできるが、必ずしも両者を隣接させる必要はない。たとえば、一枚の基板上に燃料電池本体１００および圧電振動子を離間して固定してもよい。圧電振動子の振動がこの基板を介して燃料電池本体１００に伝達されるため、上記の効果が得られるからである。
【００８１】
なお、上記では除去部５８６として圧電振動子を用いた形態について説明したが、除去部５８６はこれに限られない。除去部５８６としては、燃料電池本体１００に振動を加えるために振動モーターを採用することもできる。こうした振動モーターとしては、秋月電子製のＦＭ２３Ａ、ＣＭ５Ｍ、マブチモーター株式会社製のＦＦ−Ｈ３０ＷＡ、ＲＦ−Ｊ２０ＷＡ等が例示される。
【００８２】
インバータ４６１、インバータ４５５、およびインバータ５８８としては、たとえば松下電子部品株式会社製のＥＸＣＦシリーズ等を用いることができる。なお、これらのインバータ４６１、４５５、および５８８の機能は、一つのインバータにより実現することができる。こうすることにより、さらなる省電力化が可能である。
【００８３】
また、以上の構成において、燃料容器５７０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１０２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１０２から除去される。このため、燃料極１０２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。
【００８４】
また、燃料電池システム９９は、図４に示すように、燃料容器および燃料供給部をそれぞれ２つずつ含む構成とすることができる。この場合、図４（ａ）に示すように、燃料電池システム９９は、図１に示した燃料容器５７０にかえて、第１の燃料容器４０７および第２の燃料容器４０９を含む。燃料供給処理部５６８は、第１の燃料供給部４６５ａと、第２の燃料供給部４６５ｂと、インバータ４６１と、混合部４８５を含む。第１の燃料供給部４６５ａは、第１の燃料容器４０７から混合部４８５に第１燃料成分４８１を供給する。第２の燃料供給部４６５ｂは、第２の燃料容器４０９から混合部４８５に第二燃料成分４８３を供給する。第１の燃料供給部４６５ａおよび第２の燃料供給部４６５ｂから供給された第１の燃料成分４８１および第２の燃料成分４８３は、混合部４８５で混合されて燃料１２４として燃料電池本体１００に供給される。第１の燃料供給部４６５ａおよび第２の燃料供給部４６５ｂは、いずれもインバータ４６１に接続されており、制御部５６２によってそれぞれの供給量が制御される。ここで、第１の燃料成分４８１および第２の燃料成分４８３は、たとえば水およびメタノールとすることができる。混合部４８５は、たとえばスロットバルブまたは圧電バルブとすることができる。
【００８５】
また、図４（ｂ）に示すように、燃料電池システム９９は、濃度調整部５９２をさらに含むことができる。濃度調整部５９２は混合部４８５を調整して第１の燃料供給部４６５ａおよび第２の燃料供給部４６５ｂからそれぞれ供給される第１の燃料成分４８１および第２の燃料成分４８３の混合率を制御する。濃度調整部５９２は、インバータ４６１に接続されており、制御部５６２によって制御される。
【００８６】
このように、図４に示した構成の燃料供給処理部５６８においては、２つの燃料成分の供給量が個別に制御されるので、燃料１２４の濃度を適宜調整することができる。また、２つの燃料成分は、混合部４８５で混合されて燃料電池本体１００に供給されるので、２つの燃料成分を均一に混合して燃料電池本体１００に供給することができる。これにより、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。
【００８７】
なお、燃料供給処理部５６８は、３つ以上の燃料供給部を含むこともできる。この場合、燃料電池システム９９も３つ以上の燃料容器を含むことができる。さらに、酸化剤供給処理部５６６も、複数の酸化剤供給部を含むことができる。
【００８８】
図１の燃料電池システム９９を携帯型電子機器に搭載する場合、後述するように、機器に実装されたインバータを用い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。
【００８９】
図５は、出力値測定部５７６の構成を詳細に示す図である。図５（ａ）に示すように、出力値測定部５７６は、負荷５７４の両端の電圧を測定する第１の電圧計４１７と、燃料電池本体１００と並列に設けられた抵抗４８８およびツェナーダイオード４７１と、ツェナーダイオード４７１の両端の電圧を測定する第２の電圧計４１９とを含む。ツェナーダイオード４７１を設けることにより、一定の参照電圧値が得られ、第２の電圧計４１９によりこれを測定することができる。制御部５６２は、第１の電圧計４１７により測定された電圧値および第２の電圧計４１９により測定された参照電圧値を変数とする量を算出する演算を行う。制御部５６２は、たとえばこれら電圧値の比や差を求める演算を行う。制御部５６２は、演算により算出された量と、予め設定された適正範囲との大小関係を比較することにより、出力値が適正範囲内であるか否かを判断する。
【００９０】
また、出力値測定部５７６は、図５（ｂ）に示す構成とすることもできる。ここでは、ツェナーダイオード４７１が燃料電池本体１００に直列に接続されている。第１の電圧計４１７および第２の電圧計４１９はそれぞれ負荷５７４およびツェナーダイオード４７１の両端の電圧を測定する。この構成においても、一定の参照電圧値が得られ、第２の電圧計４１９によりこれを測定することができる。
【００９１】
以上では、負荷５７４の両端の電圧値を参照電圧値で補正した値を用いて出力値を算出したが、このような補正を行うことなく、燃料電池本体１００からの出力値のみを検知して、この大きさが一定となるように制御することも可能である。また、図２においては、制御部５６２がインバータ４６１またはインバータ４５５を制御する構成が例示されているが、必ずしもインバータ４６１またはインバータ４５５を設ける構成とする必要はなく、制御部５６２は、燃料供給部４６５または酸化剤供給部４５９を直接制御する構成とすることもできる。
【００９２】
次に、本実施の形態における制御部５６２の制御方法を説明する。本実施の形態において、制御部５６２は、燃料電池本体１００の温度および出力値をモニタして燃料電池本体１００の出力値が適正範囲内となるように、調整を行う。燃料電池本体１００の出力値が適正範囲内とならない場合、種々の原因が考えられるが、上述したように、たとえば（ｉ）燃料１２４または酸化剤１２６の供給量が適正でない、（ｉｉ）燃料電池本体１００の温度が適正範囲内にない、（ｉｉｉ）燃料電池本体１００内に二酸化炭素またはその中間生成物である一酸化炭素や水等の生成物が滞留している、（ｉｖ）燃料電池本体１００の劣化等を例示することができる。この中で、たとえば（ｉｉｉ）または（ｉｖ）が原因の場合、燃料１２４または酸化剤１２６の供給量を増加しても、燃料電池本体１００の出力値を高めることはできない。
【００９３】
また、（ｉ）と（ｉｉ）が原因の場合の対処法は、燃料１２４や酸化剤１２６の供給量を調整するという点では同様であるが、その調整方法が異なる。たとえば、（ｉｉ）が原因の場合、燃料１２４中のメタノール等の有機液体燃料の濃度を増加させ、クロスオーバーを生じさせることにより酸化剤極１０８の温度を上昇することができる。また、酸化剤１２６の供給量を増加して酸化剤極１０８を空冷することにより酸化剤極１０８の温度を低下することができる。一方、（ｉ）が原因の場合は、燃料１２４中の有機液体成分の濃度を適度に保ちつつ燃料１２４や酸化剤１２６の供給量を増加させる必要がある。このように、原因に応じて適切な対処を行わないと、燃料１２４を無駄に消費することになってしまう。本実施の形態においては、たとえば以下に示す手順に従って、燃料電池本体１００の出力値が適正範囲内とならない原因に応じて適切な対処を行う。
【００９４】
図６は、制御部５６２の処理手順を示すフローチャートである。制御部５６２は、条件記憶部５９０に記憶された手順に従って制御を行う。
まず、システムパワースイッチ５６４がオンとなることにより、制御部５６２の処理が開始される。制御部５６２は、システム停止命令があったか否かを判断する（Ｓ１０）。システム停止命令があった場合（Ｓ１０のＹｅｓ）、制御部５６２は処理を終了する。
【００９５】
ステップ１０において、システム停止命令がない場合（Ｓ１０のＮｏ）、制御部５６２は、残量検出部５８０から受け付けた燃料１２４の燃料の残量が充分か否かを判断する（Ｓ１２）。燃料１２４の残量が充分でない場合（Ｓ１２のＮｏ）、制御部５６２は、アラーム部５８２に警告を発生させる（Ｓ１４）。これにより、制御部５６２は、このサイクルの処理を終了する。
【００９６】
ステップ１２において、燃料１２４の残量が充分な場合（Ｓ１２のＹｅｓ）、制御部５６２は、温度センサ５７２から燃料電池本体１００の測定温度を受け付け、その温度が適正範囲内であるか否かを判断する（Ｓ１６）。温度が適正範囲内でない場合（Ｓ１６のＮｏ）、温度が適正範囲内となるように調整処理を行う（Ｓ１８）。温度の調整処理については後述する。
【００９７】
ステップ１６において、温度が適正範囲内である場合（Ｓ１６のＹｅｓ）、制御部５６２は、出力値測定部５７６から燃料電池本体１００の出力値を受け付け、その出力値が適正範囲内にあるか否かを判断する（Ｓ２０）。出力値が適正範囲内でない場合（Ｓ２０のＮｏ）、制御部５６２は、燃料１２４または酸化剤１２６の供給量が適正か否かを判断する（Ｓ２２）。供給量が適正か否かの判断は、たとえばインバータ４６１およびインバータ４５５における振動数または電圧に基づき判断することができる。
【００９８】
供給量が適正でない場合（Ｓ２２のＮｏ）、制御部５６２は、燃料１２４または酸化剤１２６の供給量を調整する処理を行う（Ｓ２４）。たとえば、制御部５６２は、燃料１２４または酸化剤１２６の供給量が適正となるようにインバータ４６１またはインバータ４５５における振動数または電圧を調整する。燃料１２４の供給量が適正範囲よりも低い場合、制御部５６２は、インバータ４６１における振動数または電圧を増加させて、燃料容器５７０からの燃料１２４の供給量を増加させる。また、燃料供給処理部５６８が図４に示した構成を有する場合、制御部５６２は、インバータ４６１を制御して以下のような処理を行う。燃料１２４の供給量が適正範囲よりも低い場合、制御部５６２は、第２の燃料容器４０９からの供給量を増加させる。これにより、燃料１２４中の第２の燃料成分４８３の濃度を高くすることができる。燃料１２４の供給量が適正範囲よりも低い場合、制御部５６２は、第１の燃料容器４０７からの供給量を増加させる。これにより、燃料１２４中の第２の燃料成分４８３の濃度を低くすることができる。
【００９９】
ステップ２２において、供給量が適正な場合（Ｓ２２のＹｅｓ）、制御部５６２は、生成物除去処理部５７８に燃料電池本体１００内の生成物を除去する処理を行わせる（Ｓ２８）。ここで、ステップ２８に進む前に、その前のサイクルでステップ２８の生成物の除去処理が既に連続して所定回数ｉ行われているか否かを判断する（Ｓ２６）。ここでは所定回数ｉを２とする。ステップ２６において、ｉ＞２の場合（Ｓ２６のＹｅｓ）、制御部５６２は、燃料電池本体１００に何らかの故障が生じているとしてアラーム部５８２にエラー通知を行わせる（Ｓ３０）。これにより、制御部５６２は、このサイクルの処理を終了する。ステップ２６において、ｉ＞２でない場合（Ｓ２６のＮｏ）、制御部５６２は、生成物除去処理部５７８に生成物の除去処理を行わせる（Ｓ２８）。
【０１００】
ステップ１８における温度調整処理を行った後、ステップ２４の供給量の調整処理を行った後、ステップ２８の生成物の除去処理を行った後、およびステップ２０において出力値が適正範囲内であった場合（Ｓ２０のＹｅｓ）、ステップ１０に戻り、停止命令があるまでこのサイクルを繰り返す。
【０１０１】
以上のように、本実施の形態における燃料電池システム９９によれば、燃料電池本体１００の出力値が適正範囲内とならない原因に応じて種々の処理を適宜行うので、燃料電池本体１００本体の出力値を好適に制御することができる。これにより、燃料１２４の供給量を低減しつつ、燃料電池本体の出力値を適正範囲内に保つことができる。また、燃料電池本体１００の出力値が所定範囲内となるように制御を行うので、負荷変動に関わらず、電池出力を安定させることができる。
【０１０２】
次に、図１に示した燃料電池本体１００の構成を説明する。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。図７は、単セル構造１０１を模式的に示した断面図である。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を含む。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。
【０１０３】
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。
【０１０４】
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燃料極側触媒層１０６および酸化剤極側触媒層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。上述したように、燃料極１０２において、基体１０４における二酸化炭素の気泡の滞留は発電効率の低下の原因となる。この気泡滞留の原因は、気泡を覆う水分が基体１０４に付着して留まっているためである。そこで、基体１０４の表面に、親水性コート材あるいは疎水性コート材による表面処理を行うことが好ましい。親水性コート材により表面処理することで、基体１０４の表面における燃料の流動性が高められる。これにより二酸化炭素の気泡は燃料とともに移動しやすくなる。また、疎水性コート材により処理することにより、基体１０４の表面に、気泡の形成の原因となる水分の付着を軽減できる。したがって、基体１０４の表面上における気泡の形成を軽減できる。さらに、これらの表面処理による作用と燃料電池本体１００への加振処理との相乗作用により、燃料極１０２から二酸化炭素が一層効率的に除去されるため、高い発電効率が実現する。親水性コート材としては、たとえば酸化チタン、酸化ケイ素等が挙げられる。一方、疎水性コート材としては、ポリテトラフルオロエチレン、シラン等が例示される。
【０１０５】
以上のようにして構成された単セル構造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含む燃料電池本体１００を得ることができる。
【０１０６】
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５７０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。
【０１０７】
図８は、本実施の形態における燃料電池システム９９を携帯型パーソナルコンピュータに搭載した模式図を示す。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５７０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。
【０１０８】
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５７０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８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、図６を参照して説明された手順で制御されるため、燃料１２４の消費量をできるだけ少なくしつつ、搭載された燃料電池システム９９が安定して高い出力を発揮することができる。
【０１０９】
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、制御部５６２は、このインバータを制御する構成とすることができる。
【０１１０】
（参考例）
図９は、参考例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。本参考例における燃料電池システム９９は、燃料電池本体１００の温度を上昇させるために加熱手段５８４を含む点で第一の実施の形態における燃料電池システム９９と異なる。本参考例において、図１に示した第一の実施の形態における燃料電池システム９９に含まれるものと同様の構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。
【０１１１】
第一の実施の形態においては、制御部５６２は、燃料電池本体１００の温度が適正範囲内でない場合に、酸化剤供給処理部５６６または燃料供給処理部５６８を制御して燃料１２４または酸化剤１２６の供給量を調整することにより燃料電池本体１００の温度を調整するとして説明した。しかし、本参考例において、制御部５６２は、燃料電池本体１００の温度が適正範囲内でない場合に、加熱手段５８４を制御して燃料電池本体１００の温度を調整する。本参考例において、加熱手段５８４としては、たとえば薄膜ヒータを用いることができる。このように、加熱手段５８４を設けることにより、燃料電池本体１００を加熱するために燃料１２４の供給量を増加させる必要がなく、燃料１２４の消費量を低減することができる。
【０１１２】
また、加熱手段５８４としては、図１０に示すような短絡経路５４５を用いることもできる。短絡経路５４５は、負荷５７４への出力端子５４０と負荷５７４からの入力端子５４２間に設けられる。負荷５７４への出力端子５４０は、燃料電池本体１００の酸化剤極１０８に接続される。燃料電池本体１００の燃料極１０２には負荷５７４からの入力端子５４２が接続される。短絡経路５４５上には温度スイッチ５３６が設けられる。制御部５６２は、温度センサ５７２により測定された燃料電池本体１００の温度が適正範囲よりも低い場合、温度スイッチ５３６をオンとして出力端子５４０と入力端子５４２とを接続する。これにより、燃料電池本体１００には短絡電流が流れ、燃料電池本体１００で自己発熱がおこり、燃料電池本体１００が過熱されて燃料電池本体１００の温度が上昇する。燃料電池本体１００の温度が上昇することにより、燃料電池本体１００の発電効率が高くなり、負荷５７４に充分な電力を供給することができる。このようにすれば、加熱手段５８４の消費電力を必要とせず、燃料電池本体１００の温度を適宜制御することができるため、効率よく電力を供給することのできる燃料電池システム９９を提供することができる。
【０１１３】
（第二の実施の形態）
本実施の形態においても、燃料電池システム９９は、第一の実施の形態において図１に示したのと同様の構造を有する。本実施の形態において、燃料１２４は霧化されて燃料電池本体１００へ供給される。以下、図２および図３をも参照して説明する。
【０１１４】
図１１は、本実施の形態における燃料電池本体１００の単セル構造１０１および燃料容器５７０の一例を示す図である。本実施の形態において、燃料電池本体１００は、燃料１２４が霧化された燃料ミスト３３７を燃料極１０２に供給することにより発電する。単セル構造１０１は筐体３３８に内包され、支持されている。
【０１１５】
筐体３３８と単セル構造１０１との間には、燃料用流路３１０および酸化剤用流路３１２が設けられている。筐体３３８の下方には燃料容器５７０が配され、そのさらに下方には霧化ユニット３３５が配されている。ここで、霧化ユニット３３５は、図２（ａ）に示した燃料供給部４６５の機能を果たす。霧化ユニット３３５はインバータ４６１に接続しており、制御部５６２によって霧化量が制御される。燃料容器５７０と燃料用流路３１０とは、筐体３３８の壁の一部に設けられた貫通口３４１を介して連結されている。燃料容器５７０の中には燃料１２４が貯蔵される。燃料１２４は後述するように燃料ミスト３３７として燃料用流路３１０へ送られる。一方、酸化剤用流路３１２には筐体３３８に設けられた吸気口３３９から酸化剤１２６が送られ、酸化剤１２６は同じく筐体３３８に設けられた排気口３４０より排出される。なお、燃料用流路３１０を構成する筐体３３８の壁の一部には貫通口またはスリットが設けられ、これを塞ぐように二酸化炭素を透過させるガス透過膜３３６が設けられている。
【０１１６】
霧化ユニット３３５は、たとえば超音波振動のような高周波数の振動を発する。この振動は、燃料容器５７０を介して燃料１２４に伝導する。この振動により、燃料１２４が霧化されて燃料ミスト３３７を生じる。燃料ミスト３３７は貫通口３４１を通って燃料用流路３１０に進入する。このとき、ガス透過膜３３６は、液体である燃料ミスト３３７を透過させない。そのため、燃料ミスト３３７は燃料用流路３１０に充満し、その一部は基体１０４の細孔を通過して燃料極側触媒層１０６に達する。
【０１１７】
霧化ユニット３３５としては、たとえば秋月電子社製のＵＳＨ−４００、株式会社テックジャム販売のＣ−ＨＭ−２４１２等の超音波振動型霧化ユニットが挙げられる。このような霧化ユニットは、燃料を応答性良く霧化することが可能である。また、ＦＤＫ株式会社製の霧化ディスクのような、圧電振動子を有する超音波振動型霧化ユニットを用いることもできる。こうした霧化ユニットは低消費電力であるため、負荷を大きくすることなく、二酸化炭素の気泡の滞留を防ぎ、安定した発電状態を維持することができる。
【０１１８】
ガス透過膜３３６は二酸化炭素を透過させる膜であればよいが、たとえば特開２００１−１０２０７０号公報において教示されている、二酸化炭素を選択的に透過させる膜、すなわち０．０５μｍ〜４μｍ程度の細孔を有する多孔質膜を用いてもよい。
【０１１９】
本実施の形態において、燃料１２４を霧化して供給するので、燃料極１０２において二酸化炭素の気泡が形成されにくい。その結果、二酸化炭素は、燃料極１０２に留まることなく基体１０４を通って燃料用流路３１０に移動する。これにより、燃料極１０２における反応が安定的に進行し、安定した出力が得られる。
【０１２０】
その後、二酸化炭素はガス透過膜３３６を通過して燃料電池本体１００の外部へ排出される。このとき、燃料ミスト３３７はガス透過膜を通過しないため、燃料を消費せずに排出することはない。また、余剰の燃料ミスト３３７は燃料用流路３１０の壁面等において液滴となるが、この液滴は一定の大きさ以上に成長すると、壁面を伝って落下し、燃料容器５７０に回収され、再利用される。
【０１２１】
霧化ユニット３３５の配設位置は、燃料容器５７０中の燃料１２４に振動が伝われば特に限定されない。図１１のように燃料容器５７０の底面に配設してもよいし、側面に配設してもよい。また、たとえば次のようにして燃料容器５７０と霧化ユニット３３５とを分離して配置することもできる。布あるいは紙の一端を燃料容器５７０に浸し、他端を霧化ユニット３３５に接触させる。このようにすることで、霧化機能を担保しつつ、燃料容器５７０と霧化ユニット３３５とを分離して配置することができる。
【０１２２】
なお、上記では霧化ユニット３３５により燃料ミスト３３７を発生させたが、その他の手段によることもできる。たとえば、ノズルを設けた燃料容器に燃料を入れ、この容器内を加圧することにより燃料を霧化することができる。
【０１２３】
また、上記では燃料１２４を燃料ミスト３３７として燃料極１０２に供給したが、これに限られない。たとえば燃料１２４を蒸気として供給してもよい。この場合、霧化ユニット３３５に代わり、ヒータ等により燃料１２４を加熱することにより実行できる。
【０１２４】
また、本実施の形態においても、燃料電池システム９９は、第一の実施の形態において図３に示したように、燃料容器および霧化ユニットをそれぞれ２つずつ有するように構成することができる。
【０１２５】
図１２は、本実施の形態における燃料電池システム９９を携帯型パーソナルコンピュータに実装した例を示す図である。図１２（ａ）は携帯型パーソナルコンピュータ３７０の斜視図であり、図中のＡ−Ａ'断面が図１２（ｂ）に示されている。ここでは、単セル構造１０１、燃料容器５７０、ガス透過膜３３６および霧化ユニット３３５が薄型の筐体３３８中に図示したように配置される。燃料電池システム９９は、携帯型パーソナルコンピュータ３７０のディスプレイ３７１の裏面に配設される。このような構成を採用することにより、パソコン本体に燃料電池を配置するためのスペースが不要となる。したがって、パソコンのサイズの小型化を阻害することなく本発明に係る燃料電池を実装することができる。
【０１２６】
このように、本実施の形態においては、燃料極１０２に燃料ミスト３３７が供給されるので、燃料極１０２で発生する二酸化炭素が燃料用流路３１０内に滞留することなく、ガス透過膜３３６を透過して外部に除去される。そのため、本実施の形態の燃料電池システム９９は、図１に示した生成物除去処理部５７８を含まない構成としても安定した出力を得ることができる。
【０１２７】
燃料１２４を霧化する手段としては、上述したもののほか、超音波式微粒化装置を用いることもできる。
【０１２８】
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。
【０１２９】
たとえば、第一の実施の形態において、燃料電池システム９９の制御方法を図６を参照して説明したが、燃料電池システム９９の制御方法はこれに限定されず、たとえばステップ１６の温度が適正範囲内か否かを判断する処理およびステップ２０の出力値が適正範囲内か否かを判断する処理は同時に行ってもよい。この場合、制御部５６２は、温度および出力値に応じて、ステップ１８の温度を調整する処理およびステップ２４の供給量を調整する処理のいずれを優先的に行うかを判断することができる。条件記憶部５９０は、温度毎に、ステップ１８およびステップ２４の処理を行った場合それぞれの燃料１２４の消費量と出力値の増加見込みに関する情報を記憶することができる。制御部５６２は、条件記憶部５９０を参照して、いずれの処理を優先的に行うかを判断することができる。これにより、燃料１２４の消費量を低減しつつ、燃料電池本体１００の出力値を制御することができる。
【０１３０】
また、たとえば、図１の燃料電池システム９９において、燃料容器５７０と燃料供給処理部５６８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、制御部５６２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９９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。
【０１３１】
また、図２に示したように、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、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もできる。
【０１３２】
また、本発明の燃料電池システム９９を携帯電話機に搭載する場合、生成物除去処理部５７８は、携帯電話機においてユーザに着信等を伝えるための振動モーターの機能と兼用することができる。
【０１３３】
【発明の効果】
本発明によれば、燃料の消費量をできるだけ少なくしつつ、効率よく電力を供給することのできる燃料電池システムが提供される。
【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】図１に示した燃料供給処理部、酸化剤供給処理部、および生成物除去処理部を詳細に示す図である。
【図３】燃料電池本体の表面に圧電振動子を固定した状態を示す図である。
【図４】燃料電池システムが、燃料容器および燃料供給部をそれぞれ２つずつ含む構成を示す図である。
【図５】出力値測定部の構成を例示した図である。
【図６】制御部の処理手順を示すフローチャートである。
【図７】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。
【図８】本発明に係る燃料電池システムを携帯型パーソナルコンピュータに搭載した模式図である。
【図９】参考例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１０】図９に示した加熱手段として短絡経路を用いた例を示す図である。
【図１１】本発明に係る燃料電池システムの燃料電池本体の単セル構造および燃料容器の一例を示す図である。
【図１２】本発明に係る燃料電池システムを携帯型パーソナルコンピュータに実装した例を示す図である。
【図１３】条件記憶部のデータ構造の一部を示す図である。
【符号の説明】
９９ 燃料電池システム
１００ 燃料電池本体
１０１ 単セル構造
１０２ 燃料極
１０４ 基体
１０６ 燃料極側触媒層
１０８ 酸化剤極
１１０ 基体
１１２ 酸化剤極側触媒層
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
３１０ 燃料用流路
３１２ 酸化剤用流路
３３５ 霧化ユニット
３３６ ガス透過膜
３３７ 燃料ミスト
３３８ 筐体
３３９ 吸気口
３４０ 排気口
３４１ 貫通口
３７０ 携帯型パーソナルコンピュータ
３７１ ディスプレイ
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
４５５ インバータ
４５９ 酸化剤供給部
４６１ インバータ
４６５ 燃料供給部
４６５ａ 第１の燃料供給部
４６５ｂ 第２の燃料供給部
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
４８１ 第１の燃料成分
４８３ 第２の燃料成分
４８５ 混合部
４８８ 抵抗
５３６ 温度スイッチ
５４０ 出力端子
５４２ 入力端子
５４５ 短絡経路
５６２ 制御部
５６４ システムパワースイッチ
５６６ 酸化剤供給処理部
５６８ 燃料供給処理部
５７０ 燃料容器
５７２ 温度センサ
５７４ 負荷
５７６ 出力値測定部
５７８ 生成物除去処理部
５８０ 残量検出部
５８２ アラーム部
５８４ 加熱手段
５８６ 除去部
５８８ インバータ
５９０ 条件記憶部
５９２ 濃度調整部[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 method for operating the fuel cell.
[0002]
[Prior art]
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 a fuel. However, in recent years, development of a direct type fuel cell using methanol which is inexpensive and easy to handle as a fuel has been actively performed.
[0003]
When hydrogen is used as the fuel, the reaction at the fuel electrode is represented by the following formula (1).
3H2  → 6H+  + 6e−    (1)
[0004]
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)
[0005]
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 a reduction in size and weight can be achieved. Further, since a liquid methanol aqueous solution is used as a fuel, the energy density is very high.
[0007]
Conventionally, when the liquid temperature in the fuel tank drops, methanol is replenished from the reserve methanol tank, and when the liquid temperature in the fuel tank rises, water is replenished from the water tank, so that the concentration and temperature of the fuel can be simultaneously within a predetermined numerical range. An operation control method and apparatus for a fuel cell that can be held in a vehicle is disclosed (Patent Document 1).
[0008]
[Patent Document 1]
JP-A-5-258760
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
However, when the fuel cell is applied to a portable electric device such as a power source for a mobile phone, for example, downsizing is desired, and a technique for efficiently supplying high power with as little fuel as possible is required. In order to provide such a technique, it is necessary to consider a control in which an appropriate measure is taken according to the cause of a decrease in the output value of the fuel cell.
[0010]
Examples of the cause of the decrease in the output value of the fuel cell include the following.
(I) Insufficient supply amount of fuel or oxidant: As described above, the fuel cell generates power through an electrochemical reaction with fuel supplied to the fuel electrode and oxidant supplied to the oxidant electrode. Therefore, if the supply amounts of fuel and oxidant are not sufficient, the output of the fuel cell is lowered. In this case, the output of the fuel cell can be increased by increasing the amount of fuel or oxidant supplied.
[0011]
(Ii) Temperature of the fuel cell body: The power generation efficiency of the fuel cell decreases with a decrease in temperature, and if the temperature is low, there is a possibility that a desired voltage / current cannot be supplied and the electric device cannot be started. . In this case, the output of the fuel cell can be increased by increasing the temperature of the fuel cell body. Furthermore, even if the temperature of the fuel cell is too high, the power generation efficiency of the fuel cell deteriorates. In this case, the output of the fuel cell can be increased by lowering the temperature of the fuel cell body within an appropriate range.
[0012]
(Iii) Product retention: As shown in the reaction formulas (1) to (3), carbon dioxide or carbon monoxide, which is an intermediate product thereof, is produced at the fuel electrode, and water is produced at the oxidant electrode. In order to operate the fuel cell continuously and efficiently, it is necessary to continuously supply fuel and oxidant to the fuel electrode and oxidant electrode, respectively, and to quickly remove products from the vicinity of these electrodes. For example, if carbon dioxide or the like stays on the electrode surface in the fuel electrode, power generation efficiency is reduced due to hindering the supply of fuel to the electrode, and output is reduced due to a decrease in the effective catalyst surface. Similarly, in the oxidizer electrode, when water stays on the electrode surface, power generation efficiency decreases due to a decrease in gas permeability of the electrode, and output decreases due to a decrease in the effective catalyst surface.
[0013]
(Iv) Degradation of fuel cell main body: For example, the power generation efficiency of the fuel cell is lowered and the output is lowered due to degradation of platinum of the electrode in charge of the catalytic reaction. In this case, an increase in output cannot be expected even if the supply amount of fuel or oxidant is increased or the temperature of the fuel cell body is increased.
[0014]
Therefore, it is desired to provide a fuel cell system capable of performing control so that appropriate measures are taken according to such various causes.
[0015]
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 capable of supplying power efficiently while minimizing the amount of fuel consumption. Another object of the present invention is to provide a simple fuel cell system that reduces the power consumption of the entire system and stably exhibits a high output. Still another object of the present invention is to reduce the size and weight of portable electric devices.
[0016]
[Means for Solving the Problems]
  According to the present invention,
Includes fuel electrode and oxidizer electrodeThis is a direct type that uses methanol directly as fuel.A fuel cell body;
A removal processing section for removing carbon monoxide generated at the fuel electrode or carbon monoxide, which is an intermediate product thereof;
At least the output of the fuel cell bodyA detection unit for detecting a value and a supply amount of at least one of fuel and oxidant,
When the output value of the fuel cell body is not within an appropriate range and the supply amount of fuel and / or oxidant is appropriate,A control unit that drives the removal processing unit to perform the process of removing the product;
A fuel cell system is provided.
[0017]
According to the present invention, since the product generated in the fuel cell main body is suitably removed, the supply of fuel and oxidant to the electrode is hindered, and the reduction of the power generation efficiency due to the reduction of the effective catalyst surface is prevented. The output value of the fuel cell body can be kept stable. Further, the control unit can drive the removal processing unit in consideration of the transition of the output of the fuel cell main body..
In the fuel cell system of the present invention, the removal processing unit can be a vibration unit that vibrates the fuel cell body..
In the fuel cell system of the present invention, after the process of driving the removal processing unit is performed a predetermined number of timesOutput value of the fuel cell bodyIt may further include a warning presenting unit that presents a warning when is not within the proper range.
  In this way, the deterioration of the fuel cell body etc.Output value of the fuel cell bodyIs not in the proper range, a warning is presented, so that a failure of the fuel cell system can be detected without wasting fuel and oxidant.
[0019]
The fuel cell main body can include a solid electrolyte membrane, and a fuel electrode and an oxidant electrode provided with the solid electrolyte membrane interposed therebetween. Further, the solid electrolyte membrane can be configured to be sandwiched between the fuel electrode and the oxidant electrode. As the solid electrolyte membrane, a polymer solid electrolyte membrane can be used. Liquid fuel can be used as fuel for the fuel cell. Here, methanol, ethanol, dimethyl ether, or other alcohols can be used as the liquid fuel. The liquid fuel can be an aqueous solution.
[0044]
In the fuel cell system of the present invention, the supply unit can have a vaporization means for vaporizing the fuel, and can supply the vaporized fuel to the fuel cell main body.
[0045]
In the fuel cell system of the present invention, the supply unit can have atomization means for atomizing the fuel, and can supply the atomized fuel to the fuel cell main body.
[0046]
According to the present invention, there is provided a portable electric device characterized by mounting the above-described fuel cell system.
[0047]
  According to the present invention,
Includes fuel electrode and oxidizer electrodeThis is a direct type that uses methanol directly as fuel.A fuel cell body;Carbon dioxide generated at the fuel electrode or carbon monoxide as an intermediate product thereofA removal processing unit for removing the fuel cell, and a fuel cell operation method comprising:
At least the output of the fuel cell bodyA value and a supply of at least one of fuel or oxidant,Detecting steps,
When the output value of the fuel cell body is not within an appropriate range and the supply amount of fuel and / or oxidant is appropriate,Driving the removal processor to remove the product;
A method for operating a fuel cell is provided.
[0048]
In the operation method of the present invention, in the step of removing the product, the product can be removed by applying vibration to the fuel cell main body.
  In the fuel cell operation method of the present invention, after repeating the step of removing the product a predetermined number of times,Output value of the fuel cell bodyThe method may further include issuing a warning signal when is not within the proper range.
[0058]
According to the present invention, there is provided a program for causing a computer to execute the above-described fuel cell operation method in order to control the operation of the fuel cell.
[0059]
According to the present invention, a recording medium storing the above-described program is provided.
[0060]
It should be noted that any combination of the above-described constituent elements, and those obtained by replacing the constituent elements and expressions of the present invention with each other among methods, apparatuses, systems, computer programs, recording media storing computer programs, and the like are also included in the present invention. It is effective as an embodiment of
[0061]
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.
[0062]
In the following embodiments, the fuel cell system uses the temperature and output of the fuel cell main body as parameters indicating the state of the fuel cell main body, and a plurality of parameters for setting these parameters within appropriate ranges according to the characteristics of the parameters. One of the processes is selected and the process is performed.
[0063]
(First embodiment)
FIG. 1 is a diagram showing an example of the configuration of the fuel cell system according to the first embodiment of the present invention. 1 includes a fuel cell main body 100, a control unit 562, a system power switch 564, an oxidant supply processing unit 566, a fuel supply processing unit 568, a fuel container 570, a temperature sensor 572, and the like. , A load 574, an output value measurement unit 576, a product removal processing unit 578, a remaining amount detection unit 580, an alarm unit 582, and a condition storage unit 590. Note that the load 574 is a resistor in the above-described electric device, and the system power switch 564 is a power source of the electric device.
[0064]
The fuel cell main body 100 includes a fuel electrode 102 and an oxidant electrode 108. The detailed configuration of the fuel cell main body 100 will be described later.
[0065]
The oxidant supply processing unit 566 performs a process of supplying the oxidant 126 to the oxidant electrode 108 of the fuel cell main body 100. The fuel supply processing unit 568 performs a process of supplying the fuel 124 stored in the fuel container 570 to the fuel electrode 102 of the fuel cell main body 100. The product removal processing unit 578 performs a process of removing carbon dioxide and / or water generated at the fuel electrode 102 and the oxidant electrode 108 of the fuel cell main body 100, respectively. Detailed configurations of the oxidant supply processing unit 566, the fuel supply processing unit 568, and the product removal processing unit 578 will be described later.
[0066]
The temperature sensor 572 measures the temperature of the fuel cell main body 100. The temperature measured by the temperature sensor 572 is transmitted to the control unit 562. As the temperature sensor 572, a thermocouple, a metal resistance temperature detector, a thermistor, an IC temperature sensor, a magnetic temperature sensor, a thermopile, a pyroelectric temperature sensor, or the like can be used. Although the temperature sensor 572 can take various arrangements depending on the structure of the fuel cell main body 100, it is bonded to the surface of the oxidant electrode 108 at the end in the fuel cell main body 100, for example. Thereby, the temperature of the end portion of the fuel cell main body 100 that is most likely to be affected by the external temperature can be reflected, and good temperature control can be performed.
[0067]
The output value measuring unit 576 measures the output value of the fuel cell main body 100. The detailed configuration of the output value measuring unit 576 will also be described later. The output value detected by the output value measuring unit 576 is transmitted to the control unit 562. The control unit 562 determines whether the temperature measured by the temperature sensor 572 and the output value measured by the output value measuring unit 576 are within an appropriate range, and these temperatures and output values are within an appropriate range. One of the plurality of processes is selected and the process is performed.
[0068]
The condition storage unit 590 includes information indicating the relationship between the characteristics of parameters such as temperature and output value and the process of making those parameters appropriate. The condition storage unit 590 can also store priority orders and processing procedures of a plurality of processes. The control unit 562 refers to the condition storage unit 590, determines whether to perform any of the above processes preferentially, and selects one of the processes based on the determination result.
[0069]
FIG. 13 is an example showing a part of the data structure of the condition storage unit 590. Here, temperature and output value are exemplified as parameters, and the characteristics are that both temperature and output value are within the proper range, temperature is within the proper range, output value is within the proper range, and temperature is not within the proper range. For example, the value is within the proper range, and neither the temperature nor the output value is within the proper range. Examples of the process for adjusting the temperature and the output value include maintenance, a process for adjusting the supply amount of fuel or oxidant, and a process for adjusting the temperature of the fuel cell main body 100.
[0070]
  For example, when both the temperature and the output value are within the appropriate range, the control unit 562 maintains the state as it is. When the temperature is within the proper range and the output value is not within the proper range,The control unit 562 performs a process of adjusting the supply amount of the fuel 124 or the oxidant 126. When the output value from the fuel cell main body 100 is higher than the appropriate range, the control unit 562 controls the oxidant electrode 108 or the fuel electrode 102 supplied from the fuel supply processing unit 568 or the oxidant supply processing unit 566 to the fuel cell main body 100. Process to reduce the amount. Thereby, unnecessary consumption of the fuel 124 can be suppressed, and the fuel 124 can be used efficiently. When the output value from the fuel cell main body 100 is lower than the appropriate range, the control unit 562 supplies the fuel cell main body 100 with the fuel supply processing unit 568 or the oxidant supply processing unit 566.Fuel 124 or oxidant 126Process to increase the amount of.
[0071]
In addition, when the temperature is not within the proper range, the control unit 562 performs a process of adjusting the temperature of the fuel cell main body 100 both when the output value is within the proper range and when the output value is not within the proper range. In the present embodiment, the control unit 562 performs a process of adjusting the supply amount of the fuel 124 or the oxidant 126 as a process of adjusting the temperature. In this case, the control unit 562 adjusts the supply amount of the fuel 124 or the oxidant 126 by a control method different from the process of adjusting the supply amount of the fuel 124 or the oxidant 126 in order to make the output value appropriate. When the temperature of the fuel cell main body 100 is lower than the appropriate temperature range, the control unit 562 performs a process of increasing the concentration of the fuel 124 supplied to the fuel cell main body 100 by the fuel supply processing unit 568. As a result, a so-called crossover in which the fuel 124 diffuses and reaches the oxidant electrode 108 occurs instantaneously, and the temperature of the oxidant electrode 108 can be increased. When the temperature of the fuel cell main body 100 is higher than the appropriate temperature range, the control unit 562 performs a process of increasing the amount of oxidant supplied to the fuel cell main body 100 by the oxidant supply processing unit 566. As a result, the oxidant electrode 108 is air-cooled, and the temperature of the oxidant electrode 108 can be lowered.
[0072]
Further, although not shown, the control unit 562 causes the product removal processing unit 578 to generate carbon dioxide generated in the fuel cell main body 100 when the output value from the fuel cell main body 100 is lower than the appropriate output value range. A treatment for removing water can also be performed. Thereby, the power generation efficiency of the fuel cell main body 100 can be increased, and the output value from the fuel cell main body 100 can be increased.
[0073]
The remaining amount detection unit 580 detects the remaining amount of the fuel 124 in the fuel container 570. The control unit 562 causes the alarm unit 582 to issue a warning when the fuel 124 in the fuel container 570 falls below a predetermined amount.
[0074]
FIG. 2 is a diagram showing in detail the configuration of the fuel supply processing unit 568, the oxidant supply processing unit 566, and the product removal processing unit 578.
As illustrated in FIG. 2A, the fuel supply processing unit 568 includes an inverter 461 and a fuel supply unit 465. The fuel supply unit 465 supplies the fuel 124 from the fuel container 570 to the fuel cell main body 100. The inverter 461 orthogonally transforms the output from the fuel cell main body 100 and changes the supply amount of the fuel 124 supplied from the fuel supply unit 465 to the fuel cell main body 100. As the fuel supply unit 465, a piezoelectric pump can be used. When a piezoelectric pump is used as the fuel supply unit 465, the control unit 562 controls the amount of fuel 124 supplied from the fuel supply unit 465 by changing the frequency or voltage in the inverter 461.
[0075]
As illustrated in FIG. 2B, the oxidant supply processing unit 566 includes an oxidant supply unit 459 and an inverter 455. The oxidant supply unit 459 supplies the oxidant 126 (usually outside air) to the fuel cell main body 100. As the oxidant supply unit 459, a piezoelectric pump can be used. When a piezoelectric pump is used as the oxidant supply unit 459, the control unit 562 controls the supply amount of the oxidant 126 by changing the frequency or voltage in the inverter 455.
[0076]
By using piezoelectric pumps as the fuel supply unit 465 and the oxidant supply unit 459, 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.
[0077]
As the piezoelectric pump, for example, a bimorph type piezoelectric pump is preferably used. 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 can be used. A driving power source for the bimorph piezoelectric pump is obtained by orthogonally transforming a part of the output from the fuel cell main body 100 in the inverter 461 or the inverter 455. 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.
[0078]
As illustrated in FIG. 2C, the product removal processing unit 578 includes a removal unit 586 and an inverter 588. The removing unit 586 removes carbon dioxide and water generated in the fuel cell main body 100. The removing unit 586 is a vibration unit that applies vibration to the fuel cell main body 100, for example. As the vibration means, for example, a piezoelectric vibrator is used. When a vibration means is used as the removing unit 586, carbon dioxide and water in the fuel cell main body 100 can be removed, and in particular, gaseous carbon dioxide can be efficiently removed.
[0079]
As the piezoelectric vibrator, for example, a bimorph type, a monomorph type, a unimorph type, or the like can be used. Among these, a bimorph type piezoelectric vibrator is preferable. This is because power consumption is small and a large amount of displacement can be obtained at a low voltage. As such a bimorph type piezoelectric vibrator, for example, a piezoelectric ceramic actuator manufactured by TFT Corporation can be used.
[0080]
When the removing portion 586 is a piezoelectric vibrator, it can be directly fixed to the surface of the fuel cell main body 100 as shown in FIG. For example, the fuel cell main body 100 and the piezoelectric vibrator may be separated and fixed on a single substrate. This is because the vibration of the piezoelectric vibrator is transmitted to the fuel cell main body 100 through this substrate, and thus the above-described effect can be obtained.
[0081]
In the above description, the piezoelectric vibrator is used as the removing unit 586. However, the removing unit 586 is not limited to this. As the removing unit 586, a vibration motor may be employed to apply vibration to the fuel cell main body 100. Examples of such vibration motors include FM23A and CM5M manufactured by Akizuki Denshi, FF-H30WA and RF-J20WA manufactured by Mabuchi Motor Co., Ltd.
[0082]
As the inverter 461, the inverter 455, and the inverter 588, for example, an EXCF series manufactured by Matsushita Electronic Components Co., Ltd. can be used. Note that the functions of these inverters 461, 455, and 588 can be realized by a single inverter. In this way, further power saving can be achieved.
[0083]
In the above configuration, the fuel container 570 and the fuel cell main body 100 are configured such that the fuel 124 can circulate through the fuel supply unit 465, and when the liquid fuel is used as the fuel 124, A gas such as carbon dioxide generated in 102 is efficiently removed from the fuel electrode 102. For this reason, the utilization efficiency of the catalyst in the fuel electrode 102 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.
[0084]
Further, as shown in FIG. 4, the fuel cell system 99 can include two fuel containers and two fuel supply units. In this case, as shown in FIG. 4A, the fuel cell system 99 includes a first fuel container 407 and a second fuel container 409 in place of the fuel container 570 shown in FIG. The fuel supply processing unit 568 includes a first fuel supply unit 465a, a second fuel supply unit 465b, an inverter 461, and a mixing unit 485. The first fuel supply unit 465 a supplies the first fuel component 481 from the first fuel container 407 to the mixing unit 485. The second fuel supply unit 465b supplies the second fuel component 483 from the second fuel container 409 to the mixing unit 485. The first fuel component 481 and the second fuel component 483 supplied from the first fuel supply unit 465a and the second fuel supply unit 465b are mixed by the mixing unit 485 and supplied to the fuel cell body 100 as the fuel 124. Is done. The first fuel supply unit 465a and the second fuel supply unit 465b are both connected to the inverter 461, and the supply amount thereof is controlled by the control unit 562. Here, the first fuel component 481 and the second fuel component 483 can be, for example, water and methanol. The mixing unit 485 can be, for example, a slot valve or a piezoelectric valve.
[0085]
Further, as shown in FIG. 4B, the fuel cell system 99 can further include a concentration adjusting unit 592. The concentration adjusting unit 592 controls the mixing ratio of the first fuel component 481 and the second fuel component 483 supplied from the first fuel supply unit 465a and the second fuel supply unit 465b by adjusting the mixing unit 485, respectively. To do. The density adjustment unit 592 is connected to the inverter 461 and is controlled by the control unit 562.
[0086]
As described above, in the fuel supply processing unit 568 having the configuration shown in FIG. 4, the supply amounts of the two fuel components are individually controlled, so that the concentration of the fuel 124 can be adjusted as appropriate. Further, since the two fuel components are mixed by the mixing unit 485 and supplied to the fuel cell main body 100, the two fuel components can be uniformly mixed and supplied to the fuel cell main body 100. Thereby, the output of the fuel cell main body 100 can be controlled with higher accuracy.
[0087]
Note that the fuel supply processing unit 568 may include three or more fuel supply units. In this case, the fuel cell system 99 can also include three or more fuel containers. Further, the oxidant supply processing unit 566 can also include a plurality of oxidant supply units.
[0088]
When the fuel cell system 99 of FIG. 1 is mounted on a portable electronic device, as will be described later, an inverter mounted on the device can be used, so that the entire device can be further reduced in size and weight.
[0089]
FIG. 5 is a diagram showing the configuration of the output value measurement unit 576 in detail. As shown in FIG. 5A, the output value measuring unit 576 includes a first voltmeter 417 for measuring the voltage across the load 574, a resistor 488 and a Zener diode 471 provided in parallel with the fuel cell main body 100. And a second voltmeter 419 for measuring the voltage across the Zener diode 471. By providing the Zener diode 471, a constant reference voltage value can be obtained, and this can be measured by the second voltmeter 419. The control unit 562 performs an operation of calculating an amount having the voltage value measured by the first voltmeter 417 and the reference voltage value measured by the second voltmeter 419 as variables. For example, the control unit 562 performs a calculation to obtain a ratio or difference between these voltage values. The control unit 562 determines whether or not the output value is within the appropriate range by comparing the magnitude calculated by the calculation and the magnitude relationship between the preset appropriate range.
[0090]
Further, the output value measuring unit 576 may be configured as shown in FIG. Here, a Zener diode 471 is connected to the fuel cell main body 100 in series. The first voltmeter 417 and the second voltmeter 419 measure the voltage across the load 574 and the Zener diode 471, respectively. Even in this configuration, a constant reference voltage value can be obtained, and this can be measured by the second voltmeter 419.
[0091]
In the above, the output value is calculated using the value obtained by correcting the voltage value at both ends of the load 574 with the reference voltage value, but only the output value from the fuel cell main body 100 is detected without performing such correction. It is also possible to control the size to be constant. 2 illustrates the configuration in which the control unit 562 controls the inverter 461 or the inverter 455. However, the control unit 562 is not necessarily provided with the inverter 461 or the inverter 455. It is also possible to directly control the 465 or the oxidant supply unit 459.
[0092]
Next, a control method of the control unit 562 in the present embodiment will be described. In the present embodiment, control unit 562 monitors the temperature and output value of fuel cell main body 100 and adjusts so that the output value of fuel cell main body 100 falls within an appropriate range. When the output value of the fuel cell main body 100 does not fall within the appropriate range, there are various causes. For example, as described above, (i) the supply amount of the fuel 124 or the oxidant 126 is not appropriate. (Ii) the fuel cell The temperature of the main body 100 is not within an appropriate range; (iii) a product such as carbon monoxide or its intermediate product, carbon monoxide or water, is retained in the fuel cell main body 100; (iv) the fuel cell main body 100 degradation and the like can be exemplified. Among these, for example, when (iii) or (iv) is the cause, the output value of the fuel cell main body 100 cannot be increased even if the supply amount of the fuel 124 or the oxidant 126 is increased.
[0093]
Further, the countermeasures in the case of (i) and (ii) are the same in that the supply amounts of the fuel 124 and the oxidant 126 are adjusted, but the adjustment methods are different. For example, in the case of (ii), the temperature of the oxidizer electrode 108 can be raised by increasing the concentration of an organic liquid fuel such as methanol in the fuel 124 and causing a crossover. Further, the temperature of the oxidant electrode 108 can be lowered by increasing the supply amount of the oxidant 126 and air-cooling the oxidant electrode 108. On the other hand, when (i) is the cause, it is necessary to increase the supply amount of the fuel 124 and the oxidant 126 while keeping the concentration of the organic liquid component in the fuel 124 moderate. As described above, unless an appropriate countermeasure is taken according to the cause, the fuel 124 is wasted. In the present embodiment, for example, according to the following procedure, appropriate measures are taken according to the cause that the output value of the fuel cell main body 100 does not fall within the proper range.
[0094]
FIG. 6 is a flowchart showing a processing procedure of the control unit 562. The control unit 562 performs control according to the procedure stored in the condition storage unit 590.
First, when the system power switch 564 is turned on, the processing of the control unit 562 is started. The control unit 562 determines whether there is a system stop command (S10). When there is a system stop command (Yes in S10), the control unit 562 ends the process.
[0095]
In step 10, when there is no system stop command (No in S10), the control unit 562 determines whether or not the remaining amount of the fuel 124 received from the remaining amount detecting unit 580 is sufficient (S12). When the remaining amount of the fuel 124 is not sufficient (No in S12), the control unit 562 causes the alarm unit 582 to generate a warning (S14). Thereby, the control part 562 complete | finishes the process of this cycle.
[0096]
In step 12, when the remaining amount of fuel 124 is sufficient (Yes in S12), the control unit 562 receives the measured temperature of the fuel cell main body 100 from the temperature sensor 572, and determines whether or not the temperature is within an appropriate range. Judgment is made (S16). If the temperature is not within the proper range (No in S16), adjustment processing is performed so that the temperature is within the proper range (S18). The temperature adjustment process will be described later.
[0097]
In step 16, when the temperature is within the appropriate range (Yes in S16), the control unit 562 receives the output value of the fuel cell main body 100 from the output value measuring unit 576, and whether or not the output value is within the appropriate range. Is determined (S20). When the output value is not within the appropriate range (No in S20), the control unit 562 determines whether or not the supply amount of the fuel 124 or the oxidant 126 is appropriate (S22). The determination as to whether or not the supply amount is appropriate can be made based on the frequency or voltage in the inverter 461 and the inverter 455, for example.
[0098]
When the supply amount is not appropriate (No in S22), the control unit 562 performs a process of adjusting the supply amount of the fuel 124 or the oxidant 126 (S24). For example, control unit 562 adjusts the frequency or voltage in inverter 461 or inverter 455 so that the amount of fuel 124 or oxidant 126 supplied is appropriate. When the supply amount of the fuel 124 is lower than the appropriate range, the control unit 562 increases the supply amount of the fuel 124 from the fuel container 570 by increasing the frequency or voltage in the inverter 461. When the fuel supply processing unit 568 has the configuration shown in FIG. 4, the control unit 562 controls the inverter 461 to perform the following processing. When the supply amount of the fuel 124 is lower than the appropriate range, the control unit 562 increases the supply amount from the second fuel container 409. Thereby, the concentration of the second fuel component 483 in the fuel 124 can be increased. When the supply amount of the fuel 124 is lower than the appropriate range, the control unit 562 increases the supply amount from the first fuel container 407. Thereby, the density | concentration of the 2nd fuel component 483 in the fuel 124 can be made low.
[0099]
In step 22, when the supply amount is appropriate (Yes in S22), the control unit 562 causes the product removal processing unit 578 to perform a process of removing the product in the fuel cell main body 100 (S28). Here, before proceeding to step 28, it is determined whether or not the product removal process of step 28 has already been performed a predetermined number of times i in the previous cycle (S26). Here, the predetermined number of times i is 2. In step 26, if i> 2 (Yes in S26), the control unit 562 causes the alarm unit 582 to notify the error that the fuel cell body 100 has some failure (S30). Thereby, the control part 562 complete | finishes the process of this cycle. In step 26, if i> 2 is not satisfied (No in S26), the control unit 562 causes the product removal processing unit 578 to perform a product removal process (S28).
[0100]
After performing the temperature adjustment process in step 18, after performing the supply amount adjustment process in step 24, after performing the product removal process in step 28, and in step 20, the output value was within the appropriate range. If so (Yes in S20), the process returns to step 10 and this cycle is repeated until there is a stop command.
[0101]
As described above, according to the fuel cell system 99 in the present embodiment, various processes are appropriately performed depending on the cause that the output value of the fuel cell main body 100 does not fall within the appropriate range. The value can be suitably controlled. As a result, the output value of the fuel cell main body can be kept within an appropriate range while reducing the supply amount of the fuel 124. Further, since the control is performed so that the output value of the fuel cell main body 100 is within the predetermined range, the battery output can be stabilized regardless of the load fluctuation.
[0102]
Next, the configuration of the fuel cell main body 100 shown in FIG. 1 will be described. The fuel cell main body 100 has one or a plurality of single cell structures 101. FIG. 7 is a cross-sectional view schematically showing the single cell structure 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.
[0103]
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.
[0104]
The fuel electrode 102 and the oxidant electrode 108 respectively form a fuel electrode side catalyst layer 106 and an oxidant electrode side catalyst layer 112 containing carbon particles carrying a catalyst and solid electrolyte fine particles on the substrate 104 and the substrate 110, respectively. Can be configured. The surfaces of the substrate 104 and the substrate 110 may be subjected to water repellent treatment. As described above, in the fuel electrode 102, retention of carbon dioxide bubbles in the substrate 104 causes a decrease in power generation efficiency. The cause of the bubble retention is that the moisture covering the bubbles remains attached to the substrate 104. Therefore, it is preferable to perform a surface treatment with a hydrophilic coating material or a hydrophobic coating material on the surface of the substrate 104. By performing the surface treatment with the hydrophilic coating material, the fluidity of the fuel on the surface of the substrate 104 is enhanced. This makes it easier for the carbon dioxide bubbles to move with the fuel. Further, the treatment with the hydrophobic coating material can reduce the adhesion of moisture that causes the formation of bubbles on the surface of the substrate 104. Therefore, the formation of bubbles on the surface of the substrate 104 can be reduced. Furthermore, since the carbon dioxide is more efficiently removed from the fuel electrode 102 by the synergistic action of the action by the surface treatment and the vibration treatment to the fuel cell main body 100, high power generation efficiency is realized. Examples of the hydrophilic coating material include titanium oxide and silicon oxide. On the other hand, examples of the hydrophobic coating material include polytetrafluoroethylene and silane.
[0105]
By stacking the single cell structures 101 configured as described above, a fuel cell main body 100 including a fuel cell stack in which a plurality of single cell structures 101 are connected in series can be obtained.
[0106]
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 supply of the fuel 124 to the fuel container 570 can be performed 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.
[0107]
FIG. 8 is a schematic diagram in which the fuel cell system 99 according to the present embodiment is mounted on a portable personal computer. The portable personal computer 473 is provided with a fuel container 570 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.
[0108]
Since the portable personal computer 473 has such a configuration, the fuel is indicated by the arrow in FIG. 8 via the fuel supply portion 465 provided in the hinge portion between the fuel container 570 and the fuel cell main body 100. It circulates to. Further, since the fuel supply from the fuel supply unit 465 is controlled by the procedure described with reference to FIG. 6, the mounted fuel cell system 99 is stabilized while minimizing the consumption amount of the fuel 124. High output.
[0109]
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 control unit 562 can be configured to control this inverter.
[0110]
  (Reference example)
FIG.Reference exampleIt is a figure which shows an example of a structure of the fuel cell system. BookReference exampleThe fuel cell system 99 in FIG. 6 differs from the fuel cell system 99 in the first embodiment in that a heating means 584 is included to raise the temperature of the fuel cell main body 100. BookReference exampleIn FIG. 1, the same components as those included in the fuel cell system 99 in the first embodiment shown in FIG.
[0111]
  In the first embodiment, the control unit 562 controls the oxidant supply processing unit 566 or the fuel supply processing unit 568 to control the fuel 124 or the oxidant 126 when the temperature of the fuel cell main body 100 is not within the appropriate range. It has been described that the temperature of the fuel cell main body 100 is adjusted by adjusting the supply amount of the fuel cell. But bookReference exampleWhen the temperature of the fuel cell main body 100 is not within the proper range, the control unit 562 controls the heating means 584 to adjust the temperature of the fuel cell main body 100. BookReference exampleAs the heating means 584, for example, a thin film heater can be used. Thus, by providing the heating means 584, it is not necessary to increase the supply amount of the fuel 124 in order to heat the fuel cell main body 100, and the consumption amount of the fuel 124 can be reduced.
[0112]
As the heating means 584, a short circuit path 545 as shown in FIG. 10 can be used. The short-circuit path 545 is provided between the output terminal 540 to the load 574 and the input terminal 542 from the load 574. An output terminal 540 to the load 574 is connected to the oxidant electrode 108 of the fuel cell main body 100. An input terminal 542 from a load 574 is connected to the fuel electrode 102 of the fuel cell main body 100. A temperature switch 536 is provided on the short-circuit path 545. When the temperature of the fuel cell main body 100 measured by the temperature sensor 572 is lower than the appropriate range, the control unit 562 turns on the temperature switch 536 to connect the output terminal 540 and the input terminal 542. As a result, a short-circuit current flows through the fuel cell main body 100, self-heating occurs in the fuel cell main body 100, the fuel cell main body 100 is overheated, and the temperature of the fuel cell main body 100 rises. As the temperature of the fuel cell main body 100 rises, the power generation efficiency of the fuel cell main body 100 increases, and sufficient power can be supplied to the load 574. In this way, the power consumption of the heating means 584 is not required, and the temperature of the fuel cell main body 100 can be appropriately controlled. Therefore, it is possible to provide the fuel cell system 99 that can supply power efficiently. it can.
[0113]
(secondEmbodiment)
Also in the present embodiment, the fuel cell system 99 has the same structure as that shown in FIG. 1 in the first embodiment. In the present embodiment, the fuel 124 is atomized and supplied to the fuel cell main body 100. Hereinafter, description will be given with reference to FIGS.
[0114]
FIG. 11 is a diagram showing an example of the single cell structure 101 and the fuel container 570 of the fuel cell main body 100 in the present embodiment. In the present embodiment, the fuel cell main body 100 generates power by supplying a fuel mist 337 in which the fuel 124 is atomized to the fuel electrode 102. The single cell structure 101 is enclosed in a housing 338 and supported.
[0115]
Between the housing 338 and the single cell structure 101, a fuel channel 310 and an oxidant channel 312 are provided. A fuel container 570 is disposed below the housing 338, and an atomization unit 335 is disposed further below. Here, the atomization unit 335 fulfills the function of the fuel supply unit 465 shown in FIG. The atomization unit 335 is connected to the inverter 461, and the amount of atomization is controlled by the control unit 562. The fuel container 570 and the fuel flow path 310 are connected via a through-hole 341 provided in a part of the wall of the housing 338. A fuel 124 is stored in the fuel container 570. The fuel 124 is sent to the fuel flow path 310 as a fuel mist 337 as will be described later. On the other hand, the oxidant 126 is sent to the oxidant channel 312 from an intake port 339 provided in the housing 338, and the oxidant 126 is discharged from an exhaust port 340 provided in the housing 338. Note that a through-hole or a slit is provided in a part of the wall of the housing 338 constituting the fuel flow channel 310, and a gas permeable membrane 336 that allows carbon dioxide to pass therethrough is provided.
[0116]
The atomization unit 335 emits high-frequency vibration such as ultrasonic vibration. This vibration is conducted to the fuel 124 via the fuel container 570. Due to this vibration, the fuel 124 is atomized to generate a fuel mist 337. The fuel mist 337 enters the fuel flow path 310 through the through hole 341. At this time, the gas permeable membrane 336 does not transmit the fuel mist 337 that is a liquid. Therefore, the fuel mist 337 fills the fuel flow path 310, and a part thereof passes through the pores of the base body 104 and reaches the fuel electrode side catalyst layer 106.
[0117]
Examples of the atomizing unit 335 include ultrasonic vibration type atomizing units such as USH-400 manufactured by Akizuki Denshi Co., Ltd. and C-HM-2412 manufactured by Techjam Corporation. Such an atomization unit can atomize the fuel with good responsiveness. Further, an ultrasonic vibration type atomizing unit having a piezoelectric vibrator such as an atomizing disk manufactured by FDK Corporation may be used. Since such an atomization unit has low power consumption, the accumulation of carbon dioxide bubbles can be prevented and the stable power generation state can be maintained without increasing the load.
[0118]
The gas permeable membrane 336 may be any membrane that allows carbon dioxide to pass therethrough. For example, as taught in JP-A No. 2001-102070, a membrane that selectively transmits carbon dioxide, that is, a fine membrane of about 0.05 μm to 4 μm. A porous film having pores may be used.
[0119]
In the present embodiment, since the fuel 124 is atomized and supplied, carbon dioxide bubbles are hardly formed in the fuel electrode 102. As a result, the carbon dioxide moves to the fuel flow path 310 through the base 104 without staying at the fuel electrode 102. Thereby, the reaction in the fuel electrode 102 proceeds stably, and a stable output can be obtained.
[0120]
Thereafter, the carbon dioxide passes through the gas permeable membrane 336 and is discharged to the outside of the fuel cell main body 100. At this time, since the fuel mist 337 does not pass through the gas permeable membrane, the fuel mist 337 is not discharged without consuming fuel. The surplus fuel mist 337 becomes droplets on the wall surface of the fuel flow path 310 and the like, but when the droplet grows to a certain size or more, it falls along the wall surface and is collected in the fuel container 570, Reused.
[0121]
The arrangement position of the atomizing unit 335 is not particularly limited as long as vibration is transmitted to the fuel 124 in the fuel container 570. As shown in FIG. 11, the fuel container 570 may be disposed on the bottom surface or on the side surface. Further, for example, the fuel container 570 and the atomization unit 335 can be separated and arranged as follows. One end of the cloth or paper is immersed in the fuel container 570 and the other end is brought into contact with the atomizing unit 335. By doing in this way, the fuel container 570 and the atomization unit 335 can be isolate | separated and arrange | positioned, ensuring the atomization function.
[0122]
In the above description, the fuel mist 337 is generated by the atomization unit 335, but other means may be used. For example, the fuel can be atomized by putting the fuel in a fuel container provided with a nozzle and pressurizing the inside of the container.
[0123]
In the above description, the fuel 124 is supplied to the fuel electrode 102 as the fuel mist 337. However, the present invention is not limited to this. For example, the fuel 124 may be supplied as steam. In this case, it can be executed by heating the fuel 124 with a heater or the like instead of the atomizing unit 335.
[0124]
Also in the present embodiment, the fuel cell system 99 can be configured to have two fuel containers and two atomization units, as shown in FIG. 3 in the first embodiment.
[0125]
FIG. 12 is a diagram showing an example in which the fuel cell system 99 according to the present embodiment is mounted on a portable personal computer. FIG. 12A is a perspective view of the portable personal computer 370, and a cross section AA ′ in the figure is shown in FIG. Here, the single cell structure 101, the fuel container 570, the gas permeable membrane 336, and the atomization unit 335 are arranged as shown in a thin casing 338. The fuel cell system 99 is disposed on the back surface of the display 371 of the portable personal computer 370. By adopting such a configuration, a space for arranging the fuel cell in the personal computer body is not required. Therefore, the fuel cell according to the present invention can be mounted without hindering the downsizing of the personal computer.
[0126]
Thus, in the present embodiment, since the fuel mist 337 is supplied to the fuel electrode 102, the gas permeable membrane 336 is formed without the carbon dioxide generated in the fuel electrode 102 staying in the fuel flow path 310. Permeated and removed to the outside. Therefore, the fuel cell system 99 of the present embodiment can obtain a stable output even when the product removal processing unit 578 shown in FIG. 1 is not included.
[0127]
As a means for atomizing the fuel 124, an ultrasonic atomizer can be used in addition to the above-described means.
[0128]
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.
[0129]
For example, in the first embodiment, the control method of the fuel cell system 99 has been described with reference to FIG. 6, but the control method of the fuel cell system 99 is not limited to this. For example, the temperature in step 16 is in an appropriate range. The process for determining whether or not the output value is within the appropriate range may be performed simultaneously. In this case, the control unit 562 can determine which of the process of adjusting the temperature in step 18 and the process of adjusting the supply amount in step 24 is to be preferentially performed according to the temperature and the output value. The condition storage unit 590 can store information on the consumption amount of each fuel 124 and the expected increase in the output value when the processing of step 18 and step 24 is performed for each temperature. The control unit 562 can determine which processing is preferentially performed with reference to the condition storage unit 590. Thereby, the output value of the fuel cell main body 100 can be controlled while reducing the consumption amount of the fuel 124.
[0130]
In addition, for example, in the fuel cell system 99 of FIG. 1, the fuel reformer is provided between the fuel container 570 and the fuel supply processing unit 568, so that the fuel reformed by the fuel reformer The control unit 562 can control the supply of the fuel cell 124 to the fuel cell main body 100. By doing so, the output from the fuel cell main body 100 can be improved and stabilized even in the external reforming fuel cell system 99.
[0131]
As shown in FIG. 2, when the fuel supply unit 465 or the oxidant supply unit 459 is a bimorph type piezoelectric pump, the movable range in the amplitude direction of the bimorph piezoelectric element is mechanically adjusted as a method for controlling these. It is also possible to use a method of providing a control member to be changed and changing the control member.
[0132]
Further, when the fuel cell system 99 of the present invention is mounted on a mobile phone, the product removal processing unit 578 can also be used as a function of a vibration motor for transmitting an incoming call or the like to the user in the mobile phone.
[0133]
【The invention's effect】
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the fuel cell system which can supply electric power efficiently, reducing consumption of fuel as much as possible is provided.
[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 in detail a fuel supply processing unit, an oxidant supply processing unit, and a product removal processing unit shown in FIG. 1;
FIG. 3 is a view showing a state in which a piezoelectric vibrator is fixed to the surface of a fuel cell main body.
FIG. 4 is a diagram showing a configuration in which the fuel cell system includes two fuel containers and two fuel supply units.
FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration of an output value measurement unit.
FIG. 6 is a flowchart illustrating a processing procedure of a control unit.
FIG. 7 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.
FIG. 8 is a schematic view of a fuel cell system according to the present invention mounted on a portable personal computer.
FIG. 9Reference exampleIt is a figure showing an example of composition of a fuel cell system concerning.
10 is a diagram showing an example in which a short-circuit path is used as the heating means shown in FIG.
FIG. 11 is a diagram showing an example of a single cell structure of a fuel cell main body and a fuel container of a fuel cell system according to the present invention.
FIG. 12 is a diagram showing an example in which the fuel cell system according to the present invention is mounted on a portable personal computer.
FIG. 13 is a diagram showing a part of the data structure of a condition storage unit.
[Explanation of symbols]
99 Fuel cell system
100 Fuel cell body
101 Single cell structure
102 Fuel electrode
104 Substrate
106 Fuel electrode side catalyst layer
108 Oxidant electrode
110 substrate
112 Oxidant electrode side catalyst layer
114 Solid electrolyte membrane
120 Fuel electrode side separator
122 Oxidant electrode side separator
124 Fuel
126 Oxidizing agent
310 Fuel flow path
312 Oxidant channel
335 Atomization unit
336 Gas permeable membrane
337 Fuel Mist
338 housing
339 Air intake
340 exhaust vent
341 Through-hole
370 Portable Personal Computer
371 display
407 First fuel container
409 Second fuel container
417 First voltmeter
419 Second Voltmeter
455 inverter
459 Oxidant supply section
461 inverter
465 Fuel supply unit
465a First fuel supply unit
465b Second fuel supply unit
471 Zener diode
473 Portable Personal Computer
475 keyboard
477 LCD display
481 First fuel component
483 Second fuel component
485 mixing section
488 resistance
536 Temperature switch
540 output terminal
542 Input terminal
545 Short circuit path
562 control unit
564 System power switch
566 Oxidant supply processing section
568 Fuel supply processing unit
570 Fuel container
572 Temperature sensor
574 load
576 Output value measurement unit
578 Product removal processing unit
580 Remaining amount detection unit
582 Alarm section
584 Heating means
586 removal section
588 Inverter
590 Condition storage unit
592 Density adjuster

Claims (10)

燃料極と酸化剤極とを含み、メタノールを燃料として直接利用する直接型である燃料電池本体と、
前記燃料極で発生する二酸化炭素またはその中間生成物である一酸化炭素を除去する除去処理部と、
少なくとも前記燃料電池本体の出力値と、燃料または酸化剤の少なくともいずれか一方の供給量と、を検出する検出部とを有し、
前記燃料電池本体の出力値が適正範囲内になく、かつ燃料及び／または酸化剤の供給量が適正である場合に、前記除去処理部を駆動して前記生成物を除去する処理を行う制御部と、
を含むことを特徴とする燃料電池システム。A fuel cell body that includes a fuel electrode and an oxidizer electrode, and is a direct type that directly uses methanol as fuel;
A removal processing section for removing carbon monoxide generated at the fuel electrode or carbon monoxide, which is an intermediate product thereof;
A detection unit for detecting at least an output value of the fuel cell main body and a supply amount of at least one of fuel and oxidant;
When the output value of the fuel cell main body is not within an appropriate range and the supply amount of fuel and / or oxidant is appropriate, a control unit that drives the removal processing unit to remove the product When,
A fuel cell system comprising: 請求項１記載の燃料電池システムにおいて、前記除去処理部は、前記燃料電池本体に振動を与える加振手段であ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, wherein the removal processing unit is an excitation unit that applies vibration to the fuel cell main body. 請求項１または２いずれかに記載の燃料電池システムにおいて、
前記除去処理部を駆動する処理が所定回数行われた後に前記燃料電池本体の出力値が適正範囲内とならなかった場合に警告を提示する警告提示部をさらに含む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,
A fuel cell system further comprising a warning presenting unit for presenting a warning when the output value of the fuel cell main body does not fall within an appropriate range after the process of driving the removal processing unit is performed a predetermined number of times. . 請求項１乃至３いずれかに記載の燃料電池システムにおいて、
前記燃料を霧化する霧化手段を有し、霧化した燃料を前記燃料電池本体に供給する供給部をさらに含むことを特徴とする燃料電池システム。The fuel cell system according to any one of claims 1 to 3,
A fuel cell system comprising atomizing means for atomizing the fuel, and further comprising a supply unit for supplying the atomized fuel to the fuel cell main body. 請求項１乃至４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。Portable electric appliances, characterized in that mounting the fuel cell system according to any one of claims 1 to 4. 燃料極と酸化剤極とを含み、メタノールを燃料として直接利用する直接型である燃料電池本体と、前記燃料極で発生する二酸化炭素またはその中間生成物である一酸化炭素を除去する除去処理部と、を含む燃料電池の運転方法であって、
少なくとも前記燃料電池本体の出力値と、燃料または酸化剤の少なくともいずれか一方の供給量と、を検出するステップと、
前記燃料電池本体の出力値が適正範囲内になく、かつ燃料及び／または酸化剤の供給量が適正である場合に、前記除去処理部を駆動して前記生成物を除去するステップと、
を含むことを特徴とする燃料電池の運転方法。A fuel cell main body that includes a fuel electrode and an oxidizer electrode, and that directly uses methanol as a fuel, and a removal processing unit that removes carbon dioxide generated at the fuel electrode or carbon monoxide that is an intermediate product thereof A method of operating a fuel cell, comprising:
Detecting at least an output value of the fuel cell main body and a supply amount of at least one of fuel and oxidant ;
When the output value of the fuel cell main body is not within an appropriate range and the supply amount of fuel and / or oxidant is appropriate, driving the removal processing unit to remove the product; and
A method for operating a fuel cell, comprising: 請求項６記載の燃料電池の運転方法において、
前記生成物を除去するステップにおいて、前記燃料電池本体に振動を与えることにより、前記生成物を除去することを特徴とする燃料電池の運転方法。The method of operating a fuel cell according to claim 6,
The method of operating a fuel cell, wherein in the step of removing the product, the product is removed by applying vibration to the fuel cell main body. 請求項６または７のいずれかに記載の燃料電池の運転方法において、
前記生成物を除去するステップを所定回数繰り返した後に、前記燃料電池本体の出力値が適正範囲内とならなかった場合に、警告信号を発するステップをさらに含むことを特徴とする燃料電池の運転方法。The method of operating a fuel cell according to claim 6 or 7,
A method of operating a fuel cell, further comprising the step of issuing a warning signal when the output value of the fuel cell body does not fall within an appropriate range after repeating the step of removing the product a predetermined number of times. . 燃料電池の運転を制御するためにコンピュータに、請求項６乃至８いずれかに記載した方法を実行させるためのプログラム。  A program for causing a computer to execute the method according to any one of claims 6 to 8 in order to control the operation of the fuel cell. 請求項９に記載のプログラムを格納した記録媒体。  A recording medium storing the program according to claim 9.
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