JP4481861B2 - 燃料電池用カートリッジ及び燃料電池システム - Google Patents

Description

本発明は、燃料電池用カートリッジ及び燃料電池システムに関する。

上記液体燃料を循環して使用する燃料電池は、小型携帯機器やＰＣ等の移動電気機器の電源として注目され、鋭意開発・研究が行われている。特に高濃度のメタノールをカートリッジタンクに入れて順次供給し、システム内で高濃度メタノールを希釈して使用する燃料電池は、燃料供給が安価に簡便に行える利便性がある。

ところが、これらメタノール等の液体燃料を直接電極に供給する燃料電池では、アノード電極での反応中に生成する蟻酸や二酸化炭素によって液体燃料のｐＨが低下し、使用されている部材から微量の金属イオンが溶出する（特開２００４−７９２１０（特許文献１）参照）。特に、高濃度の燃料を発電で生成する水を用いて希釈することで長時間駆動させる燃料電池システムでは、循環液体燃料のｐＨが急激に低下して、この様な現象が短期間で起こってしまう。またシステム外部からも空気の取り込みの際や燃料カートリッジの交換の際にユニットの外部から金属イオンが浸入する場合がある。これらシステム内外に起因する金属イオンが起電部材に蓄積されて電池性能が短時間で劣化する現象が現れる。もう少し詳しく説明すると、上記の様にユニット内の液体燃料のｐＨ低下により、システム構成部材がｐＨの低い液体と接することによって微量の金属イオンが溶出する。また外界から酸化剤ガスとして取り入れる空気中にも微量の不純物が含まれており、その不純物からユニット内に金属イオンが浸入する。起電部主としてイオン導電性部材にこれらユニット内部および外部を起因とする金属イオンが蓄積してイオン導電性が低下し、セル性能が低下する。上記特許文献１にはこれらの金属イオン等を吸着させるフィルターには、活性炭等の吸着剤、光化学触媒、イオン交換樹脂などが使用されている。

上記金属イオン源の一つであるカートリッジ内の燃料においては、燃料作製時やカートリッジ充填後の保管状態によって燃料内部に金属イオンが混入する場合がある。カートリッジ内の燃料とカートリッジ構成部材が長期に接触する場合、構成部材（主としてプラスチック部材）の合成時に使用される触媒や添加剤成分として使用している成分から燃料中へ金属イオンが溶け出していく。これを抑制する目的でカートリッジ内に予めこれらの金属イオンを吸着するイオン交換樹脂等を具備することは有効である。しかしながら、長期間保管する様な場合には許容量を超えた高濃度のイオンが燃料内部に溶け出す場合があるが、それを速やかに使用者に知らせる手段がなく、燃料電池システムの寿命を著しく損なう原因の一つとなっていた。また、上記カートリッジから混入する金属イオンがシステムに供給されることによる劣化以外にも燃料電池システムの劣化要因があるが、カートリッジからの金属イオンの混入を証明する手段がなかった。
特開２００４−７９２１０公報

従来の燃料電池システムは、カートリッジから混入する金属イオンが燃料電池の起電部材であるイオン交換樹脂等を劣化させ、燃料電池の寿命を低下させるという問題があった。

本発明は、上記問題に鑑みて成されたもので、カートリッジから金属イオンを混入した燃料が燃料電池システムに供給されるのを未然に防ぎ、カートリッジに内存する金属イオンによって引き起こされる破損を防止した燃料電池システムの提供を課題とする。

本発明の燃料電池用カートリッジは、液体燃料が充填される燃料電池用のカートリッジであって、充填される前記液体燃料の導電率を測定する電極と、前記導電率と第１の規定値を比較する計算ユニットと、前記導電率が前記第１の規定値を超える場合にその旨を表現する警告機構と、を具備することを特徴とする。
または、本発明の燃料電池用カートリッジは、液体燃料が充填される燃料電池用のカートリッジであって、充填される前記液体燃料の導電率を測定する電極と、前記導電率から前記液体燃料中の金属イオン濃度を算出し、前記金属イオン濃度と第２の規定値を比較する計算ユニットと、前記金属イオン濃度が前記第２の規定値を超える場合にその旨を表現する警告機構と、を具備することを特徴とする。

請求項３に記載の燃料電池用カートリッジは、前記第１の規定値は、１μＳ／ｃｍ以上の値であることを特徴とする。
また、請求項４に記載の燃料電池用カートリッジは、前記第２の規定値は、１００ｐｐｂ以上の値であることを特徴とする。

請求項５に記載の燃料電池システムは、液体燃料が充填されるカートリッジと、このカートリッジから前記液体燃料の供給を受けて駆動する燃料電池とを具備する燃料電池システムにおいて、前記カートリッジは、充填される前記液体燃料の導電率を測定する電極と、前記導電率と第１の規定値を比較する計算ユニットと、前記導電率が前記第１の規定値を超える場合にその旨を表現する警告機構と、を具備することを特徴とする。
請求項６に記載の燃料電池システムは、液体燃料が充填されるカートリッジと、このカートリッジから前記液体燃料の供給を受けて駆動する燃料電池とを具備する燃料電池システムにおいて、前記カートリッジは、充填される前記液体燃料の導電率を測定する電極と、前記導電率から前記液体燃料中の金属イオン濃度を算出し、前記金属イオン濃度と第２の規定値を比較する計算ユニットと、前記金属イオン濃度が前記第２の規定値を超える場合にその旨を表現する警告機構と、を具備することを特徴とする。

請求項７に記載の燃料電池システムは、前記警告機構が、前記導電率が前記第１の規定値を超える場合に、その旨を表示して警告する、前記カートリッジの表面に形成された表示部、または、その旨の警告音を発するスピーカーであることを特徴とする。
請求項８に記載の燃料電池システムは、前記警告機構が、前記金属イオン濃度が前記第２の規定値を超える場合に、その旨を表示して警告する、前記カートリッジの表面に形成された表示部、または、その旨の警告音を発するスピーカーであることを特徴とする。
請求項９に記載の燃料電池システムは、前記液体燃料中の金属イオンと反応して前記液体燃料を変色させる指示薬が前記液体燃料に混合され、前記指示薬は、前記燃料が所定量以上の前記金属イオンを含む場合に前記液体燃料を変色させることを特徴とする。

請求項１０に記載の燃料電池システムは、前記第１の規定値が、１μＳ／ｃｍ以上の値であることを特徴とする。
請求項１１に記載の燃料電池システムは、前記第２の規定値が、１００ｐｐｂ以上の値であることを特徴とする。

以上の構成を有する燃料電池システムを用いることで、カートリッジ内に存在する金属イオン濃度を使用前または使用直後に知ることで燃料電池システムの劣化を未然に防ぎ、劣化した場合でも、カートリッジ内の溶液をカートリッジ内部もしくはユニット内に採取・保管しておくことでシステム性能劣化の原因の追及が可能となる。

カートリッジから金属イオンを混入した燃料が燃料電池システムに供給されるのを未然に防ぎ、カートリッジに内存する金属イオンによって引き起こされる破損を防止した燃料電池システムを提供できる。

以下、上述した請求項に対する構成の内容をその作用・目的などに沿ってより具体的かつ詳細に説明する。

本発明は、カートリッジから供給される液体燃料中の金属イオン濃度を使用前もしくは使用直後に検出し、規定値の金属イオンの量（測定自体は金属イオンの濃度で行う方がその後の測定値の処理・取り扱いが容易である）以上含まれる場合に使用者に視覚もしくは聴覚等の警報を発する燃料電池システムである。

また、カートリッジ内の液体燃料中の金属イオン濃度が規定値の濃度を超えているか否かは、（１）金属イオンと化学物質との化学反応、（２）導電率の測定を用いて濃度を見知して使用者に視覚・聴覚などにより知らせるものである。

カートリッジから供給される燃料中の金属イオンの濃度を視覚的に把握するものとしては、金属イオンと指示薬（例えばＥＢＴ：エリオクロム・ブラックＴやＮＮ指示薬）を用いることにより、金属イオンがユニット内に混入した際に起こる色の変化を利用するものが挙げられる。

この化学反応による呈色は、金属イオンが存在しないときはＥＢＴの本来の色（青色）を示しているが、金属イオンが存在する燃料が加わることで、ＥＢＴと金属イオンが化学反応により錯体を形成するので、錯体の色（赤色）へと変化する。この現象を利用してカートリッジ内の燃料中の金属イオン濃度を視覚的に知ることができる。

また、導電率については、金属イオンを含む液体の場合、約１００ｐｐｂ以上不純物として含まれると、１μＳ／ｃｍ以上の導電率を示すので、この原理を利用して、簡易に燃料中の金属イオンの濃度を測定し、視覚的（導電率やその値から算出されるイオン濃度やＴＤＳ（TDS：Total Dissolved Solids 溶解性物質）を表示したり、その値によって警告表示を行う等）もしくは聴覚的（導電率の測定から得られる情報を処理して一定の値を超えたときに警告音等を発する等）にユーザーに知らせるものである。警告音は、導電率の測定から得られる信号を別回路で増幅して発生する機構を用いる。

導電率は一般的な測定方法即ちガラス電極等の電極を使用した測定を行い、スペース収納や電源供給方式に応じて、ユニットもしくは燃料カートリッジ内に設置するものとする。また測定に関しては、カートリッジ装着時に所定量ユニット内に引き込んで導電率を測定したり、カートリッジ内で必要に応じて導電率を測定して、燃料が使用する際に適切な状態であるか否かを確認するものである。この再測定した値が、所定条件（即ち規定値の濃度を導電率で換算して１μＳ／ｃｍ以下）を満たしていることを確認してから実際のユニット内への燃料供給が可能な状態にし、上記条件を満たさない場合においては、視覚的・聴覚的手段でユーザーに異常事態を知らせる。

視覚的な表示や警告音等は発電ユニットに搭載しても良いし、カートリッジ本体に搭載しても良い。しかしながら、化学反応を用いた呈色以外の表示方法や警告音では外部電源を要するので、望ましくは発電ユニット内に設置する方が好ましい。また、これら発電ユニットやカートリッジとは別に電力を消費する電気機器内に表示や警告音を発生させる様な信号を送って、使用者に燃料カートリッジの正常・異常を知らせるようにしても構わない。

カートリッジ内の燃料の導電率は、（１）カートリッジを発電ユニットに装着時に同内の燃料をユニット内に所定量引き込みその導電率（金属イオンの量を導電率で換算している）を測定してもよいし、（２）装着時にカートリッジ内に直接導電率の測定に使用する電極部を入れて測定してもよいし、（３）カートリッジ内の別室に保管された燃料の導電率を測定しても良い。また、これとは別にカートリッジ内に導電率測定用の電極を内蔵したものに対しては、（４）直接燃料を保管している容器内に導電率の測定に使用する電極を入れても良いし、（５）使用直前にカートリッジ内の導電率測定用の電極を内蔵した別室に燃料を導入してそこで導電率を測定しても良い。また一方で（４）（５）の様にカートリッジ内に導電率測定用の電極を内蔵する場合には測定用の電源（ボタン電池のような）をカートリッジ内に有している方が使用前に燃料内の金属イオン濃度を知ることができるので良い。その際には導電率の測定値のみを表示しても良いし、その値から既定値と比較して使用の可否のみを表示（文字もしくはＬＥＤ表示）しても良いし、警告音等で使用者に知らせても良い。この中で（１）（３）の手法を用いると機構が簡単になるので望ましく、さらに（１）の手法を用いると簡便になるので良い。一方（４）、（５）の手法を用いると実際にユニットに装着して使用する前に燃料の状態を把握できるので、発電ユニットの性能を劣化させないためにはこちらの手法の方が望ましい。

以下に実施例を用いて本発明の具体例を示す。

（実施例１）〜カートリッジ表示、カートリッジ電源〜
起電部、燃料・空気供給系、液体循環系、システム制御系等から構成される燃料電池ユニットと液体燃料を充填した燃料カートリッジから構成された燃料電池システムにおいて、図１に示すようにカートリッジ１内の燃料中の金属イオン濃度を測定してその値に応じてメッセージを表示する表示部２が存在している。この表示部２は、例えば、液晶表示装置である。

図２に、カートリッジ断面（図１のＡ1−Ａ２断面）を示す。計算ユニット４は、金属イオンの採取量を算出することができる。また、計算ユニット４は、金属イオンの採取量（濃度から量に変換している）と予め用意している規定値（イオン交換体７を劣化させる以上のイオン濃度に対応するイオンの量である）を比較して採取量が前記規定値を超える場合にその旨の警告を電気信号として表示部２に出力するようになっている。これを受けて表示部２は、「警告」と表示する様になっている。この表示部については、文字で表示しても良いし、ＬＥＤを良好、正常、異常、警告等の表記部近傍に配置して燃料の状態を知らしめても良い。また簡便にＬＥＤの色のみで正常・異常・警告の識別を利用者に知らせるものでも良い。図２に示すように、カートリッジ内の燃料に直接イオン導電率を測定する電極５が挿入されていて、そのイオン導電率を計測して計算ユニット４を介して処理された後、上記表示部２にメッセージを書き込んでいる。電源はカートリッジ内の外付け電源３より供給されている。つまり、図２に示すようにイオン交換部材７がカートリッジ１内にあっても構わない。ジョイント８は、燃料電池本体と接続される部分でここからカートリッジ１内の燃料を燃料電池本体に供給するようになっている。

上記の構成を有する燃料カートリッジ１を用いて、実際に発電試験を継続的に行った。同カートリッジ表面の表示が異常を示していないことを確認した後、上記燃料電池ユニットに装着後、ＰＣ等の電気機器を稼働させた。

同燃料カートリッジを使用期間中は発電性能に大きな変化はなく、安定した出力が得られた。同燃料カートリッジ内の残存燃料の導電率を調べたところ、１μＳ／ｃｍ以下で、かつ、ＩＣＰ発光分析による金属イオン濃度を調べたところ１００ｐｐｂ以下であることが分かった。

この様な形状を有する燃料カートリッジを２０００ｈ程度稼働させたが、燃料カートリッジの表示が異常でないものを使用した場合は、発電性能が大きく低下することはなかった。

（実施例２）
起電部、燃料・空気供給系、液体循環系、システム制御系等から構成される燃料電池ユニットと液体燃料を充填した燃料カートリッジから構成された燃料電池システムにおいて、図１と同様にカートリッジ内の燃料中の金属イオン濃度を測定してその値に応じてメッセージを表示する部分が存在している。以下の実施例の説明では、同一部分は同一番号を付し、詳細な説明を省略している。

図３に、カートリッジ断面（平面図は図１と同様であり、Ａ１−Ａ２断面を示している）を示す。図３に示すように、表示部２にはカートリッジ内の燃料を保管する部位（燃料保管部９）があり、同保管部には金属イオンを含んだ液体と反応して色が変化する指示薬、例えば、ＥＢＴ：エリオクロム・ブラックＴが納められている。使用前に、燃料はカートリッジから同保管部に供給され、速やかに保管部の指示薬と燃料中の金属イオンが反応して、所定量以上の金属イオンを含む場合において、使用者が目視で同保管部の色を確認することができるようになっている。上記の構成を有する燃料カートリッジを用いて、実際に発電試験を継続的に行った。同カートリッジ表面の表示は青色を示している（異常時は赤色）ことを確認した後、上記燃料電池ユニットに装着後、ＰＣ等の電気機器を稼働させた。

同燃料カートリッジを使用期間中は発電性能に大きな変化はなく、安定した出力が得られた。同燃料カートリッジ内の残存燃料の導電率を調べたところ、１μＳ／ｃｍ以下で、かつ、ＩＣＰ発光分析による金属イオン濃度を調べたところ１００ｐｐｂ以下であることが分かった。

この様な形状を有する燃料カートリッジを２０００ｈ程度稼働させたが、燃料カートリッジの表示が異常でないものを使用した場合は、発電性能が大きく低下することはなかった。

（実施例３）〜ユニット表示、ユニット電源〜
起電部、燃料・空気供給系、液体循環系、システム制御系等から構成される燃料電池ユニットと液体燃料を充填した燃料カートリッジから構成された燃料電池システムにおいて、図４に示すよう燃料中の金属イオンの濃度を測定してその値に応じてメッセージをユニット表示部１１に表示する様になっている。

図５に、ユニット１０の断面図（図４のＢ１−Ｂ２断面）を示す。図５に示すように、ユニット部の燃料濃度測定を行う燃料保管部１５があり、カートリッジ装着時に燃料が所定量供給される様になっている。この部位には燃料中の金属イオン濃度を測定する電極が挿入されていて、そのイオン導電率を計測して電源・計算部１２を介して上記表示部１１にメッセージを書き込んでいる（電源はユニット内の電源より供給されている）。

上記の構成を有する燃料カートリッジを用いて、実際に発電試験を継続的に行った。同カートリッジ表面の表示が異常を示していないことを確認した後、上記燃料電池ユニットに装着後、ＰＣ等の電気機器を稼働させた。

同燃料カートリッジを使用期間中は発電性能に大きな変化はなく、安定した出力が得られた。同燃料カートリッジ内の残存燃料の導電率を調べたところ、１μＳ／ｃｍ以下で、かつ、ＩＣＰ発光分析による金属イオン濃度を調べたところ１００ｐｐｂ以下であることが分かった。

この様な形状を有する燃料カートリッジを２０００ｈ程度稼働させたが、燃料カートリッジの表示が異常でないものを使用した場合は、発電性能が大きく低下することはなかった。

（実施例４）〜カートリッジ表示、ユニット電源〜
起電部、燃料・空気供給系、液体循環系、システム制御系等から構成される燃料電池ユニットと液体燃料を充填した燃料カートリッジから構成された燃料電池システムにおいて、図１に示すようにカートリッジ内の燃料中の金属イオン濃度を測定してその値に応じてメッセージを表示する部分が存在している。

図６に、カートリッジ断面を示す。図６に示すように、カートリッジ内の燃料に直接イオン導電率を測定する電極５が挿入されていて、そのイオン導電率を計測して計算ユニット４を介して上記表示部にメッセージを書き込んでいる。また、測定はカートリッジを発電ユニットに装着した時にユニット内部から供給された電源を用いて導電率の測定を開始する構成になっている。

上記の構成を有する燃料カートリッジを用いて、実際に発電試験を継続的に行った。同カートリッジ表面の表示が異常を示していないことを確認した後、上記燃料電池ユニットに装着後、ＰＣ等の電気機器を稼働させた。

同燃料カートリッジを使用期間中は発電性能に大きな変化はなく、安定した出力が得られた。同燃料カートリッジ内の残存燃料の導電率を調べたところ、１μＳ／ｃｍ以下で、かつ、ＩＣＰ発光分析による金属イオン濃度を調べたところ８０ｐｐｂ以下であることが分かった。

この様な形状を有する燃料カートリッジを２０００ｈ程度稼働させたが、燃料カートリッジの表示が異常でないものを使用した場合は、発電性能が大きく低下することはなかった。

（実施例５）〜ユニット表示、ユニット電源 警告音〜
起電部、燃料・空気供給系、液体循環系、システム制御系等から構成される燃料電池ユニットと液体燃料を充填した燃料カートリッジから構成された燃料電池システムにおいて、図４に示すよう燃料中の金属イオン濃度を測定してその値に応じてメッセージをユニット表面に表示する部分が存在している。

図７に、ユニット１０の断面図を示す。図７に示すように、ユニット部１０の燃料濃度測定部があり、カートリッジ装着時に燃料が所定量供給される様になっている。この部位には燃料中の金属イオン濃度を測定する電極５が挿入されていて、そのイオン導電率を計測してそのデータを計算ユニット１２で処理した後使用者の聴覚に正常もしくは異常を知らせる警報発生部２３を有している（正常時には断続音で３秒間。異常時には連続音で６０秒間音を発生させる。電源はユニット内の電源より供給されている。）。

上記の構成を有する燃料カートリッジを用いて、実際に発電試験を継続的に行った。同カートリッジをユニットに装着したときに正常音が発生したことを確認した後、上記燃料電池ユニットに装着後、ＰＣ等の電気機器を稼働させた。

同燃料カートリッジを使用期間中は発電性能に大きな変化はなく、安定した出力が得られた。

この様な発電を通算１００ｈ程度行った後、保証期間を越えた燃料を誤って発電ユニットに装着した。装着時に異常を知らせる連続音を確認したが構わず発電を行い、機器を使用し続けた。同燃料を使用して発電を行ったユニットで機器を稼働させたところ、発電性能が徐々に低下して、５ｈも満たないうちに機器を動作するに足る発電能力を有せなくなってしまった。

同燃料カートリッジ内の残存燃料の導電率を調べたところ、１μＳ／ｃｍ以上で、かつ、ＩＣＰ発光分析による金属イオン濃度を調べたところ１ｐｐｍ以上であることが分かった。

（実施例６）
起電部、燃料・空気供給系、液体循環系、システム制御系等から構成される燃料電池ユニットと液体燃料を充填した燃料カートリッジから構成された燃料電池システムにおいて、図１に示すようにカートリッジ内の燃料中の金属イオン濃度に応じて色が変化する液が外部から目視できるように配置している。図８に、カートリッジ断面を示す。図８に示すように、表示部にはカートリッジ内の燃料を保管する部位があり、同保管部９には金属イオンを含んだ液体と反応して色が変化する指示薬、例えば、ＥＢＴ：エリオクロム・ブラックＴが納められている。使用前に、燃料はカートリッジから同保管部に供給され、速やかに保管部の指示薬と燃料中の金属イオンが反応して、所定量以上の金属イオンを含む場合において、使用者が目視で同保管部の色を確認することができるようになっている。上記の構成を有する燃料カートリッジを用いて、実際に発電試験を継続的に行った。同カートリッジ表面の表示は青色を示している（異常時は赤色）ことを確認した後、上記燃料電池ユニットに装着後、ＰＣ等の電気機器を稼働させた。

この様な発電を通算１００ｈ程度行った後、保証期間を越えた燃料を誤って発電ユニットに装着した。

同カートリッジをユニットに装着したときに表示部の液体の色が青から赤に変化していることを確認したが、上記燃料電池ユニットに装着後、ＰＣ等の電気機器を稼働させた。

同燃料を使用して発電を行ったユニットで機器を稼働させたところ、発電性能が徐々に低下して、５ｈも満たないうちに機器を動作するに足る発電能力を有せなくなってしまった。

同燃料カートリッジ内の残存燃料の導電率を調べたところ、１ｍＳ／ｃｍ以上で、かつ、ＩＣＰ発光分析による金属イオン濃度を調べたところ１０ｐｐｍ以上であることが分かった。

（実施例７）
起電部、燃料・空気供給系、液体循環系、システム制御系等から構成される燃料電池ユニットと液体燃料を充填した燃料カートリッジ１から構成された燃料電池システムにおいて、図１に示すようにカートリッジ内の燃料中の金属イオン濃度を測定してその値に応じてメッセージを表示する表示部２が存在している。

図９に、カートリッジ断面を示す。図９に示すように、カートリッジ内の燃料に直接イオン導電率を測定する電極５挿入されていて、そのイオン導電率を計測して計算ユニット４を介して処理された後、上記表示部２にメッセージを書き込んでいる（電源はカートリッジ内の外付け電源３より供給されている）。電極５はカートリッジとユニットとのジョイント８近傍に配置している。図９に示すようにイオン交換部材７がカートリッジ内にあっても構わない。なお図９では図２と比べて導電を測定する電極として平面型の電極を用いている。

上記の構成を有する燃料カートリッジを用いて、実際に発電試験を継続的に行った。同カートリッジ表面の表示が異常を示していないことを確認した後、上記燃料電池ユニットに装着後、ＰＣ等の電気機器を稼働させた。

同燃料カートリッジを使用期間中は発電性能に大きな変化はなく、安定した出力が得られた。同燃料カートリッジ内の残存燃料の導電率を調べたところ、１μＳ／ｃｍ以下で、かつ、ＩＣＰ発光分析による金属イオン濃度を調べたところ１００ｐｐｂ以下であることが分かった。

この様な形状を有する燃料カートリッジを２０００ｈ程度稼働させたが、燃料カートリッジの表示が異常でないものを使用した場合は、発電性能が大きく低下することはなかった。

（実施例８）
起電部、燃料・空気供給系、液体循環系、システム制御系等から構成される燃料電池ユニットと液体燃料を充填した燃料カートリッジ１から構成された燃料電池システムにおいて、図１に示すようにカートリッジ内の燃料中の金属イオン濃度を測定してその値に応じてメッセージを表示する表示部２が存在している。

図１０に、カートリッジ断面を示す。図１０に示すように、カートリッジ内の燃料に直接イオン導電率を測定する平面電極５（ガラス）が挿入されていて、そのイオン導電率を計測して計算ユニット４を介して処理された後、上記表示部２にメッセージを書き込んでいる。（電源はカートリッジ内の外付け電源３より供給されている。）電極５はカートリッジとユニットとのジョイント部近傍に配置している。図９に示すようにイオン交換体７がカートリッジ内にあっても構わない。また図９では導電率の妨げとなる燃料中の酸の発生を抑制するために酸素吸収剤２４を具備している。

上記の構成を有する燃料カートリッジを用いて、実際に発電試験を継続的に行った。同カートリッジ表面の表示が異常を示していないことを確認した後、上記燃料電池ユニットに装着後、ＰＣ等の電気機器を稼働させた。

同燃料カートリッジを使用期間中は発電性能に大きな変化はなく、安定した出力が得られた。同燃料カートリッジ内の残存燃料の導電率を調べたところ、１μＳ／ｃｍ以下で、かつ、ＩＣＰ発光分析による金属イオン濃度を調べたところ１００ｐｐｂ以下であることが分かった。

この様な形状を有する燃料カートリッジを２５００ｈ程度稼働させたが、燃料カートリッジの表示が異常でないものを使用した場合は、発電性能が大きく低下することはなかった。

（実施例９）
起電部、燃料・空気供給系、液体循環系、システム制御系等から構成される燃料電池ユニットと液体燃料を充填した燃料カートリッジ１から構成された燃料電池システムにおいて、図１に示すようにカートリッジ内の燃料中の金属イオン濃度を測定してその値に応じてメッセージを表示する表示部２が存在している。

図１０に、カートリッジ断面を示す。図１０に示すように、カートリッジ内の燃料に直接イオン導電率を測定する平面電極３（ガラス）が挿入されていて、そのイオン導電率を計測して計算ユニット４を介して処理された後、上記表示部２にメッセージを書き込んでいる。（電源はカートリッジ内の外付け電源５より供給されている。）電極３はカートリッジとユニットとのジョイント部近傍に配置している。図９に示すようにイオン交換体７がカートリッジ内にあっても構わない。また図１０では導電率の妨げとなる燃料中の酸の発生を抑制するために不活性ガス２５として窒素ガスを充填している。

上記の構成を有する燃料カートリッジを用いて、実際に発電試験を継続的に行った。同カートリッジ表面の表示が異常を示していないことを確認した後、上記燃料電池ユニットに装着後、ＰＣ等の電気機器を稼働させた。

同燃料カートリッジを使用期間中は発電性能に大きな変化はなく、安定した出力が得られた。同燃料カートリッジ内の残存燃料の導電率を調べたところ、１μＳ／ｃｍ以下で、かつ、ＩＣＰ発光分析による金属イオン濃度を調べたところ１００ｐｐｂ以下であることが分かった。

この様な形状を有する燃料カートリッジを１８００ｈ程度稼働させたが、燃料カートリッジの表示が異常でないものを使用した場合は、発電性能が大きく低下することはなかった。

本発明の実施例１のカートリッジ部材の構成 本発明の実施例１のカートリッジ部材の断面図 本発明の実施例２のカートリッジ部材の断面図 本発明の実施例３のユニット部材の構成 本発明の実施例６のユニット部材の断面図 本発明の実施例４のカートリッジ部材の断面図 本発明の実施例５、６のユニット部材の断面図 本発明の実施例７のカートリッジ部材の断面図 本発明の実施例８のカートリッジ部材の断面図 本発明の実施例９のカートリッジ部材の断面図

符号の説明

１ カートリッジ
２ 表示部
３ 電源
４ 計算ユニット
５ 電極
６ 燃料
７ イオン交換部材
８ ジョイント
９ 燃料保管部
１０ ユニット
１１ ユニット表示部
１２ 電源＆計算部
１３ アノード循環配管
１４ カソード循環配管
１５ 燃料保管部
１６ ジョイント（ユニット側）
１７ 混合タンク
１８ 起電部
１９ 冷却部
２０ 電源コード
２１ 燃料保管部
２２ 燃料抽出管
２３ 警報発生部
２４ 酸素吸収剤
２５ 不活性ガス（窒素ガス）

Claims (11)

1. 液体燃料が充填される燃料電池用のカートリッジであって、充填される前記液体燃料の導電率を測定する電極と、前記導電率と第１の規定値を比較する計算ユニットと、前記導電率が前記第１の規定値を超える場合にその旨を表現する警告機構と、を具備することを特徴とする燃料電池用カートリッジ。
2. 液体燃料が充填される燃料電池用のカートリッジであって、充填される前記液体燃料の導電率を測定する電極と、前記導電率から前記液体燃料中の金属イオン濃度を算出し、前記金属イオン濃度と第２の規定値を比較する計算ユニットと、前記金属イオン濃度が前記第２の規定値を超える場合にその旨を表現する警告機構と、を具備することを特徴とする燃料電池用カートリッジ。
3. 前記第１の規定値は、１μＳ／ｃｍ以上の値であることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池用カートリッジ。
4. 前記第２の規定値は、１００ｐｐｂ以上の値であることを特徴とする請求項２に記載の燃料電池用カートリッジ。
5. 液体燃料が充填されるカートリッジと、このカートリッジから前記液体燃料の供給を受けて駆動する燃料電池とを具備する燃料電池システムにおいて、前記カートリッジは、充填される前記液体燃料の導電率を測定する電極と、前記導電率と第１の規定値を比較する計算ユニットと、前記導電率が前記第１の規定値を超える場合にその旨を表現する警告機構と、を具備することを特徴とする燃料電池システム。
6. 液体燃料が充填されるカートリッジと、このカートリッジから前記液体燃料の供給を受けて駆動する燃料電池とを具備する燃料電池システムにおいて、前記カートリッジは、充填される前記液体燃料の導電率を測定する電極と、前記導電率から前記液体燃料中の金属イオン濃度を算出し、前記金属イオン濃度と第２の規定値を比較する計算ユニットと、前記金属イオン濃度が前記第２の規定値を超える場合にその旨を表現する警告機構と、を具備することを特徴とする燃料電池システム。
7. 前記警告機構は、前記導電率が前記第１の規定値を超える場合に、その旨を表示して警告する、前記カートリッジの表面に形成された表示部、または、その旨の警告音を発するスピーカーであることを特徴とする請求項５に記載の燃料電池システム。
8. 前記警告機構は、前記金属イオン濃度が前記第２の規定値を超える場合に、その旨を表示して警告する、前記カートリッジの表面に形成された表示部、または、その旨の警告音を発するスピーカーであることを特徴とする請求項６に記載の燃料電池システム。
9. 前記液体燃料中の金属イオンと反応して前記液体燃料を変色させる指示薬が前記液体燃料に混合され、前記指示薬は、前記燃料が所定量以上の前記金属イオンを含む場合に前記液体燃料を変色させることを特徴とする請求項５または請求項６に記載の燃料電池システム。
10. 前記第１の規定値は、１μＳ／ｃｍ以上の値であることを特徴とする請求項５または７に記載の燃料電池システム。
11. 前記第２の規定値は、１００ｐｐｂ以上の値であることを特徴とする請求項６または８に記載の燃料電池システム。

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