JP4515235B2 - 電子機器、燃料電池制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、燃料電池を電源とする電子機器、その電子機器における燃料電池制御方法に関する。

燃料電池は、原理的には有害な排出物もなく、排出されるのは水とＣＯ２だけであり、クリーンに利用できることから、理想のエネルギーとされている。この燃料電池の開発並びに効率的な制御方法の研究が各方面で活発に進められている。

燃料電池の制御方法として、従来では、図１に示されるような制御が行われていた。まず、ステップＳ１０１で、燃料が薄いかどうか判断される。燃料が薄くないと判断されると、何もせずにステップＳ１０３へ処理が進む。

燃料が薄いと判断されると、ステップＳ１０２で、燃料を供給するために燃料ポンプを動作させる。次に、ステップＳ１０３で、燃料の液面が低いかどうか判断される。燃料の液面が低くない場合、処理は終了する。燃料の液面が低い場合、ステップＳ１０４で水ポンプを動作させ、処理が終了する。

以上の処理を繰り返し行うことで、従来は電子機器の状態に関係なく燃料電池の制御を行ってきた。
特開２００２−１８４５５４号公報 特開２０００−１７３６３６号公報

しかしながら、一般的な電子機器の電力消費量は一定ではない。電力消費量が一定ではない電子機器の例として、画像形成装置が挙げられる。電子写真方式の画像形成装置では、定着ローラにおける熱定着の際の点灯時に大量の電力を瞬間的に消費する。また、インクジェット方式の画像形成装置では、キャリッジの移動開始時、或いは用紙等の記録媒体の送り開始時に大量の電力を瞬間的に消費する。

燃料電池で上述した画像形成装置を動かす場合、燃料電池における燃料ポンプや水ポンプ等の間欠駆動をする補機の動作と画像形成装置との電力を消費するタイミングが重なってしまうと、補機の動作のために電力が消費されるため、画像形成装置への電力の供給が不十分となる。

本発明は、このような問題点に鑑み、電力消費量が一定しない電子機器に好適な燃料電池制御方法、並びにこの制御方法を実行する電子機器を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、燃料電池を電源とする電子機器において、
前記燃料電池を制御する燃料電池制御手段と、
前記電子機器が大量の電力を消費する所定の動作を行う際に、前記燃料電池における間欠駆動する補機の動作を禁止する動作禁止信号を前記燃料電池制御手段に送出する制御手段とを有し、
前記燃料電池制御手段は、前記動作禁止信号を受信すると、前記補記の動作を禁止することを特徴とする。

また、上記課題を解決するために、本発明は、燃料電池を電源とする電子機器での燃料電池制御方法であって、
前記電子機器が大量の電力を消費する所定の動作を実行する際に、前記燃料電池における間欠駆動する補機の動作を禁止する動作禁止段階と、
前記所定の動作が終了すると、動作が禁止されていた前記補機の動作を再開する動作再開段階とを有することを特徴とする。

以上説明したように、本発明によれば、電力消費量が一定しない電子機器に好適な燃料電池制御方法、並びにこの制御方法を実行する電子機器を提供することができる。

以下、図面を参照し、本発明の実施形態について説明する。この実施の形態においては、既に説明した符号に関する説明は省略することとする。

本実施の形態で用いられる燃料電池は、空気とメタノールとを燃料とする直接メタノール型燃料電池（ＤＭＦＣ：Direct Methanol Fuel Cell）とするが、エタノールやプロパノール等の液体を燃料とした燃料電池であってもよい。また、電子機器として、インクジェットプリンターを用いて説明する。

図２は、本実施の形態における燃料電池を電源とするインクジェットプリンターの概観斜視図である。このインクジェットプリンターは、燃料電池と、その燃料電池から電力の供給をうけて動作するプリンター部分で構成される。

次に、図３を用いてプリンター部分の内部構造を説明する。図３には、ラインフィードモータ２０１と、押さえ部材２０２と、ワイヤ２０３と、ＨＰ（ポジション）センサ２０４と、記録ヘッドカートリッジ２０５と、キャリッジ２０６と、ケーブル２０７と、キャリッジモータ２０８と、記録用紙２０９と、プラテンローラ２１０と、シャフト２１１とが示されている。

記録ヘッドカートリッジ２０５は、記録ヘッドＩＪＨとインク供給源たるインクタンクとを一体としたものである。この記録ヘッドカートリッジ２０５は、押さえ部材２０２によりキャリッジ２０６の上に固定されており、これらはシャフト２１１にそって長手方向に往復運動可能となっている。

記録ヘッドＩＪＨより吐出されたインク滴は、記録ヘッドＩＪＨと微小間隔をおいて、プラテンローラ２１０に記録面を規制された記録用紙２０９に到達し、画像を形成する。記録ヘッドＩＪＨにはケーブル２０７及びこれに結合する端子を介して適宜のデータ供給源より画像データに応じた記録タイミングパルスが供給される。

記録ヘッドカートリッジ２０５は、用いるインク色等に応じて、１ないし複数個（図示例では２個）を設けることができる。キャリッジモータ２０８はキャリッジ２０６をシャフト２１１に沿って走査させるためのものである。ワイヤ２０３はモータ２０８の駆動力をキャリッジ２０６に伝達するためのものである。また、ラインフィードモータ２０１はプラテンローラ２１０に結合して記録用紙２０９を搬送させるためのものである。ＨＰセンサ２０４はキャリッジ２０６の位置を検出するものである。

次に図４を用いて、本実施の形態のインクジェットプリンターの記録制御を実行するための制御回路５０と電源ユニット１００について説明する。

図４に示される電源ユニット１００は、インクジェットプリンターの記録動作を行うのに必要な電力を供給するもので、燃料電池とＤＣ−ＤＣコンバータからなるものである。また、制御手段に対応する制御回路５０は、ＣＰＵ１０１と、ＲＯＭ１０２と、ＲＡＭ１０３と、データ受信部１０４と、ＤＭＡ／ＲＡＭコントローラ１０５と、不揮発性メモリ１０６と、ヘッドドライバ１０７と、ヘッドコントローラ１０８と、タイミング制御部１１２と、ラインフィードドライバ１１３と、インク流量検出部１１４と、ラインフィードモータ２０１と、キャリッジモータ２０８と、記録ヘッドＩＪＨとで構成される。

ＣＰＵ１０１は、このインクジェットプリンターの動作制御及びデータ処理を実行するためのものである。ＲＯＭ１０２はＣＰＵ１０１の制御プログラムやフォント処理のための各種データを格納するものである。ＲＡＭ１０３は受信した画像データを含め各種データを一時格納するものである。データ受信部１０４はホストコンピュータ等の外部機器から送られてくる画像データを取り込むためのものである。

ＤＭＡ／ＲＡＭコントローラ１０５はデータ受信部１０４で受信した画像データをＲＡＭ１０３へＤＭＡ転送したり、ＣＰＵ１０１からＲＡＭ１０３へのアクセスを制御するものである。また不揮発性メモリ１０６はプリンター固有のパラメータを格納するものであり、例えばＥＥＰＲＯＭ等が挙げられる。ヘッドドライバ１０７は記録ヘッドＩＪＨを駆動するものである。ヘッドコントローラ１０８はＣＰＵ１０１からの制御によりヘッドドライバ１０７への画像データの転送とヒートパルス信号を発生するものである。

キャリッジモータドライバ１１０とキャリッジモータ２０８及びタイミング制御部１１２は、ＣＰＵ１０１から供給される制御信号とエンコーダ等による記録タイミングパルスによって記録ヘッドＩＪＨの移動を行う制御系である。この記録ヘッドＩＪＨが移動する方向は主走査方向と呼ばれる。ラインフィードモータドライバ１１３とラインフィードモータ２０１は、ＣＰＵ１０１から供給される制御信号によって記録用紙２０９等の記録媒体の搬送を行う制御系である。この記録媒体が搬送される方向は副走査方向と呼ばれる。

インク流量検出部１１４は、記録ヘッドＩＪＨに送られた記録信号から、所定時間内において記録のために吐出されたインク滴（ドット）の数をカウントし、インクタンクから記録ヘッドＩＪＨに供給されるインクの流量を検出する制御回路である。

以上説明した図４を用いて本実施形態のインクジェットプリンターが実行する基本的な記録制御について説明する。

まず、データ受信部１０４によってホストコンピュータより入力された画像データは、ＤＭＡ／ＲＡＭコントローラ１０５を介してＲＡＭ１０３に一時格納される。ＣＰＵ１０１は、ＲＯＭ１０２に格納された制御プログラムを実行して受信コマンド、画像データ、文字コードの解析を行う。その後、入力された画像データは、ＣＰＵ１０１により記録データに変換され、順次、ＲＡＭ１０３に格納される。受信コマンドには記録制御情報が含まれ、この記録制御情報に応じた記録パス数により記録が行われる。

１ライン分の記録データの展開が終了するか、もしくは、受信コマンドの一つである記録命令をホストコンピュータから入力された時点で、キャリッジモータドライバ１１０によりキャリッジモータ２０８が駆動される。そして、タイミング制御部１１２から出力される記録タイミングパルスに同期して、ＲＡＭ１０３に格納されている記録データがＤＭＡ／ＲＡＭコントローラ１０５及びヘッドコントローラ１０８を介してヘッドドライバ１０７に転送される。そして、ヘッドコントローラ１０８からヒートパルス信号がヘッドドライバ１０７に送られて記録ヘッドＩＪＨからインク滴が吐出される。

１ライン分の記録が終了するとラインフィードモータ２０１が駆動されて改行が行われ、１連の手順が終了する。このような手順が記録用紙２０９の１ページに渡って繰り返して行われることにより、１ページ分の記録動作が完了する。

以上のような制御により、発生し得る吐出量を越えない限りは、少ない走査回数の記録モードで記録を行うこととなり、実質的な記録速度が速くなるという効果がある。

次に、図５を用いて本実施の形態の燃料電池３について説明する。図５には、燃料電池制御部５２と、燃料タンク１７と、燃料ポンプＰ１と、混合タンク１９と、濃度センサ８と、燃料供給路２７と、循環ポンプＰ２と、燃料電池セル５（アノード７と、電解質膜１１と、カソード９から構成される）と、ブロワーＰ３と、排出路２９と、凝縮器３１と、空気供給路３７と、吸気口３５と、排気口３３と、水タンク２０と、水ポンプＰ４とが示されている。

図５で示されるこれらの構成のうち、補機とは、燃料電池制御部５２と燃料電池セル５以外のものを示す。また、燃料電池制御部５２は、燃料電池制御手段に対応する。

燃料電池制御部５２は、燃料電池３の全体制御を行うものである。燃料電池セル５は、メタノールを電気化学的酸化する触媒（メタノール酸化電極触媒）を有するアノード（燃料極）７と酸素を選択的に電気化学的還元する触媒（酸素還元電極触媒）を有するカソード（空気極）９との間に電解質膜１１を挟み込んだ構成で例示してある。なお、燃料電池セルとしては前記単セルであっても良い。

燃料タンク１７には、メタノールが収容され、この燃料タンク１７内のメタノールは、燃料タンク１７に接続した燃料ポンプＰ１によって混合タンク１９に送出される。

混合タンク１９は、燃料タンク１７から燃料ポンプＰ１によって送出されたメタノールと燃料電池セル５から回収された水とを混合するものである。そして、この混合タンク１９内のメタノール水溶液を燃料電池セル５のアノード７に供給するために、前記混合タンク１９と前記アノード７とを接続した燃料供給路２７には循環ポンプＰ２が配置してある。

燃料であるメタノールと空気とが送り込まれた燃料電池セル５では、アノード７とカソード９との間に電力が生じるとともに、アノード７側には二酸化炭素が発生し、カソード９側には水が発生する。アノード７側で発生した二酸化炭素とカソード９側で発生した水とは混合タンク１９に戻される。

そして、水は燃料タンク１７から送られてくるメタノールを希釈するために用いられ、余分な水は水蒸気として、二酸化炭素とともに混合タンク１９から排出される。発電により燃料であるメタノールが消費されるので、混合タンク１９内のメタノールの濃度を一定に保つ為、濃度が薄くなると、燃料ポンプＰ１が間欠動作して高濃度のメタノールを混合タンク１９内に送り込む。又、混合タンク１９内のメタノール水溶液の量が少なくなると、水ポンプＰ４が間欠動作して水を混合タンク１９内に送り込む。

以上の構成において、循環ポンプＰ２によって燃料電池セル５のアノード７に対してメタノール水溶液が供給され、またブロワーＰ３によってカソード９に対して空気が供給されることで燃料電池セル５において発電が行われと、カソード９には水（蒸気）が生成される。

カソード９により生成された水（蒸気）及び空気中の窒素、未反応の酸素は排出路２９を経て凝縮器３１へ流出する。そして、吸気口３５から空気供給路３７に流入した外気と凝縮器３１内の空気との間に熱交換が行われ、蒸気は凝縮されて水となり、凝縮器３１から送り出されて水タンク２０に溜ることになり、空気は水タンクから上方に排気される。
一方、凝縮器３１を冷却して、暖かくなった外気は排気口３３から燃料電池３の外部へ排出されることになる。

以上説明した燃料電池と、上述した制御回路５０との関係を示すのが図６である。図６には、燃料電池３と、燃料電池制御部５２と、ＤＣ−ＤＣコンバータ５１と、制御回路５０とが示されている。このうち、ＤＣ−ＤＣコンバータ５１は、燃料電池３の電圧を変えて制御回路５０に電流を供給するものである。

この図６に示されるように制御回路５０は、燃料電池制御部５２に対して動作禁止信号を送出する。この動作禁止信号は、補記の動作を禁止する信号である。燃料電池制御部５２は、この信号をもとに燃料電池の制御を行う。

従来では、上述したようにインクジェットプリンターの状態とは無関係に燃料電池における燃料ポンプＰ１と水ポンプＰ４とを間欠動作させていた。

これに対し、本実施の形態のインクジェットプリンターは、消費電力の大きな時に、制御回路５０からの動作禁止信号が事前に送出されることである。それ以外は、一般的な画像形成装置と同様に制御回路からの信号に基づいて画像形成の動作が行われる。

その処理を、図７のフローチャートを用いて説明する。まず、ステップＳ２０１で、燃料が薄いかどうか判断される。燃料が薄くないと判断されると、何もせずにステップＳ２０５へ処理が進む。

燃料が薄いと判断されると、ステップＳ２０２で、動作禁止信号を受信しているかどうか判断される。動作禁止信号を受信していない場合、ステップＳ２０３で燃料ポンプを動作させる。動作禁止信号を受信している場合、ステップＳ２０４で、燃料ポンプの動作を禁止する。

次に、ステップＳ２０５で、燃料の液面が低いかどうか判断される。燃料の液面が低くない場合、処理は終了する。燃料の液面が低い場合、ステップＳ２０６で動作禁止信号を受信しているかどうか判断される。動作禁止信号を受信していない場合、ステップＳ２０７で水ポンプを動作させる。動作禁止信号を受信している場合、ステップＳ２０８で水ポンプの動作を禁止し、処理は終了する。

上記ステップＳ２０４、２０８は、動作禁止段階に対応する。また、上記ステップＳ２０３、２０７は、動作が禁止されている状態では、動作再開段階に対応する。

このフローチャートの処理を具体例として、キャリッジ２０６（図３参照）が動き始めるときに制御回路５０から動作禁止信号が送出される。そして、キャリッジ２０６が一定の速度に達したら動作禁止信号の送出を停止する。

もしくは、キャリッジ２０６がＵターンを始めるときに、制御回路５０は、動作禁止信号を送出し、キャリッジ２０６がＵターン後一定の速度に達したら動作禁止信号の送出を停止する。

一方、燃料電池制御部５２は、制御回路５０からの動作禁止信号を受信している間は、メタノールを消費し、混合タンク内のメタノールの濃度が低下したとしても、図７のフローチャートのように燃料ポンプの動作再開を延期する。そして、制御回路５０から送出される動作禁止信号が停止した時点で、燃料ポンプを稼動させて高濃度のメタノールを混合タンク内に送り込むような制御を行う。

また、混合タンク内のメタノール水溶液の量が少なくなっても、燃料電池制御部５２が制御回路５０から動作禁止信号を受信している間は、水ポンプの動作再開を延期する。そして、制御回路５０から送出される動作禁止信号が停止した時点で、水ポンプを稼動させて水を混合タンク内に送り込むように制御をする。

また、本実施の形態では、電子機器としてインクジェットプリンターを用いて説明したが、電子写真方式の画像形成装置やその他の電子機器であってもよい。例えば、電子写真方式の画像形成装置なら定着ローラにおける熱定着ヒータが稼動する時、つまり突入電流が流れる期間に動作禁止信号を送出することになる。

以上説明したように、例えば電子写真方式の画像形成装置における熱定着の点灯時、或いはインクジェットプリンターでのキャリッジの移動開始時、或いは用紙等の記録媒体の送り開始時などのような大量の電力を瞬間的に消費する時期と、燃料ポンプや水ポンプ等の間欠動作する補機の動作とが重ならなくなるので、少なくも間欠動作をする補機での消費電力分だけ少ない発電能力の燃料電池で動かせるという効果を奏する。

従来の燃料電池制御方法を示すフローチャートである。 インクジェットプリンターの概観斜視図である。 プリンター部分の内部構造図である。 制御回路を示す図である。 燃料電池を示す図である。 燃料電池と制御回路との関係を示す図である。 燃料電池制御方法を示すフローチャートである。

符号の説明

３ 燃料電池
５ 燃料電池セル
７ アノード
８ 濃度センサ
９ カソード
１７ 燃料タンク
２０ 水タンク
２７ 燃料供給路
２９ 排出路
３１ 凝縮器
３３ 排気口
３５ 吸気口
３７ 空気供給路
５０ 制御回路
５１ ＤＣ−ＤＣコンバータ
５２ 燃料電池制御部
１００ 電源ユニット
１０１ ＣＰＵ
１０２ ＲＯＭ
１０３ ＲＡＭ
１０４ データ受信部
１０５ ＲＡＭ／ＤＭＡコントローラ
１０６ 不揮発性メモリ
１０７ ヘッドドライバ
１０８ ヘッドコントローラ
１１０ キャリッジモータドライバ
１１２ タイミング制御部
１１３ ラインフィードドライバ
１１４ インク流量検出部
ＩＪＨ 記録ヘッド
Ｐ１ 燃料ポンプ
Ｐ２ 循環ポンプ
Ｐ３ ブロワー
Ｐ４ 水ポンプ

Claims (9)

1. 燃料電池を電源とする電子機器において、
   前記燃料電池を制御する燃料電池制御手段と、
   前記電子機器が大量の電力を消費する所定の動作を行う際に、前記燃料電池における間欠駆動する補機の動作を禁止する動作禁止信号を前記燃料電池制御手段に送出する制御手段とを有し、
   前記燃料電池制御手段は、前記動作禁止信号を受信すると、前記補記の動作を禁止することを特徴とする電子機器。
2. 前記燃料電池制御手段は、前記動作禁止信号が停止すると、前記補機の動作を再開することを特徴とする請求項１に記載の電子機器。
3. 前記燃料電池は、燃料電池セルと、前記燃料電池セルに供給する液体燃料の水溶液を収容する混合タンクと、前記混合タンクに供給する前記液体燃料を収容する燃料タンクとを備え、
   動作が禁止される前記補機は、前記燃料タンクから前記混合タンクに燃料補給を行う補機であることを特徴とする請求項１または２に記載の電子機器。
4. 前記燃料電池は、燃料電池セルと、前記燃料電池セルに供給する液体燃料の水溶液を収容する混合タンクと、前記混合タンクに供給する水を収容する水タンクとを備え、
   動作が禁止される前記補機は、前記水タンクから前記混合タンクに水補給を行う補機であることを特徴とする請求項１または２に記載の電子機器。
5. 前記所定の動作は、前記補機の動作により正常な動作を遂行するための電力が確保不能となる動作であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の電子機器。
6. 燃料電池を電源とする電子機器での燃料電池制御方法であって、
   前記電子機器が大量の電力を消費する所定の動作を実行する際に、前記燃料電池における間欠駆動する補機の動作を禁止する動作禁止段階と、
   前記所定の動作が終了すると、動作が禁止されていた前記補機の動作を再開する動作再開段階とを有することを特徴とする燃料電池制御方法。
7. 前記燃料電池は、燃料電池セルと、前記燃料電池セルに供給する液体燃料の水溶液を収容する混合タンクと、前記混合タンクに供給する前記液体燃料を収容する燃料タンクとを備え、
   動作が禁止される前記補機は、前記燃料タンクから前記混合タンクに燃料補給を行う補機であることを特徴とする請求項６に記載の燃料電池制御方法。
8. 前記燃料電池は、燃料電池セルと、前記燃料電池セルに供給する液体燃料の水溶液を収容する混合タンクと、前記混合タンクに供給する水を収容する水タンクとを備え、
   動作が禁止される前記補機は、前記水タンクから前記混合タンクに水補給を行う補機であることを特徴とする請求項６に記載の燃料電池制御方法。
9. 前記所定の動作は、前記補機の動作により正常な動作を遂行するための電力が確保不能となる動作であることを特徴とする請求項６から８のいずれか１項に記載の燃料電池制御方法。

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