JP5841397B2 - 燃料電池 - Google Patents

Description

本発明は、燃料を収容するための燃料容器を有する燃料電池に関する。

近年、ノートパソコンや携帯電話等の携帯機器用の電源として、発電効率の良さから燃料電池を用いる試みがなされている。

また、携帯機器用の電源に使用する燃料電池は、燃料電池の継続利用のために、燃料を保管する燃料容器の使用が想定されている（例えば、特許文献1参照）。燃料容器を燃料電池に用いる場合、発電を行わない際には、燃料容器から発電部への燃料の供給を遮断する構成が必要となる。

そこで、燃料容器にロック機構を設け、燃料電池本体を含む電源部や電源部の電力の供給を受けて動作している電子機器類の動作状態応じて燃料容器が交換可能なときにロック機構が解除される構成が考えられている（例えば、特許文献２参照）。

特開２００７−２１４０２９号公報 特開２００６−３０２７３５号公報

しかしながら、上記特許文献２に係る燃料電池では、燃料容器の交換を行うときに、燃料容器に収容されている燃料ガスの内圧が高い場合がある。燃料は水素をはじめとした危険物質である場合が主であり、燃料容器に燃料が残ったまま、ロックを解除し容器交換を行うことは、危険を伴う。

そこで、本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、発電部の発電状態に応じて、燃料容器の圧力状態を制御し、燃料容器を常に安全な状態とすることが可能な燃料電池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の燃料電池の第１の特徴は、燃料の供給によって電力を発生する発電部と、発電部と着脱可能に接続し、燃料を収容し、発電部に燃料を供給する燃料容器と、発電部の発電状態を検出する発電状態検出部と、燃料容器の内圧を検出する圧力検出部と、燃料容器の燃料を消費する燃料消費部と、発電状態検出部の検出値と圧力検出部が検出した圧力値とに応じて、燃料消費部の燃料消費量を制御する制御部とを有し、制御部が圧力検出部の検出値が所望の値以下となるように燃料消費部での燃料消費量を制御することを要旨とする。
かかる特徴によれば、発電部の発電状態に応じて、燃料容器の圧力状態を制御することができる。

また、本発明の燃料電池の第２の特徴は、第１の特徴の燃料電池において、燃料容器は、燃料消費部を備えることを要旨とする。
かかる特徴によれば、燃料容器単体でも燃料を消費することができる。

また、本発明の燃料電池の第３の特徴は、第１の特徴乃至第２の特徴の燃料電池において、燃料容器と前記発電部との間に、制御部の制御に連動し発電部への燃料の供給を制御する弁部を有すことを要旨とする。
かかる特徴によれば、燃料容器と発電部との接続を断つ際に弁部を閉とし燃料の漏洩を防ぐことができる。

また、本発明の燃料電池の第４の特徴は、第１の特徴乃至第３のいずれかの特徴の燃料電池において、燃料消費部が、燃料容器の燃料を消費して電力を発生する補助電源部と、補助電源部に接続され電力を消費する電力消費部とを有することを要旨とする。
かかる特徴によれば、補助電源部の電力を電力消費部で消費することによって間接的に燃料を消費し、燃料容器の圧力状態を制御することができる。

また、本発明の燃料電池の第５の特徴は、第４の特徴の燃料電池において、燃料容器と発電部との接続をロックするロック機構を有し、制御部は、圧力検出部の信号と発電状態検出部からの信号を基にロック機構のロック状態を制御することを要旨とする。
かかる特徴によれば、燃料容器の状態に応じて燃料容器の取り外しの制御をすることができる。

また、本発明の燃料電池の第６の特徴は、第１の特徴乃至第５のいずれかの特徴の燃料電池において、燃料容器と発電部に端子をそれぞれ有することを要旨とする。
かかる特徴によれば、発電部及び燃料容器の電力を相互に共有することができる。

また、本発明の燃料電池の第７の特徴は、第１の特徴乃至第６のいずれかの特徴の燃料電池において、燃料の残量や燃料容器の状態を表示する表示部を燃料容器に有することを要旨とする。表示部は、使用者の注意を引くものであれば良く、例えば、液晶ディスプレイや、ＬＥＤの点灯、点滅などがある。
かかる特徴によれば、発電部が発電していなくても使用者が燃料容器の状態を確認することができる。

また、本発明の燃料電池の第８の特徴は、第１の特徴乃至第６のいずれかの特徴の燃料電池において、燃料の残量や燃料容器の状態を表示する表示部を発電部に有することを要旨とする。
かかる特徴によれば、使用者が燃料容器の状態を確認することができる。

また、本発明の燃料電池の第９の特徴は、第１の特徴乃至第８のいずれかの特徴の燃料電池において、燃料容器の交換時に信号を発信する発信器を燃料容器に有することを要旨とする。
かかる特徴によれば、発電部が発電していなくても使用者が燃料容器の交換のサインを確認することができる。

また、本発明の燃料電池の第１０の特徴は、第１の特徴乃至第８のいずれかの特徴の燃料電池において、燃料容器の交換時に信号を発信する発信器を発電部に有することを要旨とする。
かかる特徴によれば、使用者が燃料容器の交換のサインを確認することができる。

本発明によれば、発電部の発電状態に応じて、燃料容器が圧力状態を制御し、安全な状態にすることができる。

本発明の第１実施形態に係る燃料電池の概略構成図である。 本発明の第１実施形態に係る燃料電池の変更例の概略構成図である。 本発明の第２実施形態に係る燃料電池の概略構成図である。 本発明の第２実施形態に係る燃料容器の概略構成図である。 本発明の第２実施形態に係る燃料容器の変更例の概略構成図である。

次に、図面に示す実施の形態に基づいて、本発明を詳細に説明する。
（第１実施形態）
図１、２に、本発明の第１実施形態における燃料電池の例を示す。
図１に示すように、燃料電池１００には、筐体１０５と、燃料容器１からの燃料供給を受けて発電する発電部１０１と、発電部１０１の出力電流、または出力電圧、または温度等の発電状態を検出する発電状態検出部１０３と、燃料容器１の圧力を検出する圧力検出部９と、燃料容器１に収容されている燃料を消費する燃料消費部１０と、燃料容器１の圧力を制御する制御部７とを有する。

制御部７の制御動作について説明する。発電状態検出部１０３により、発電部１０１の発電状態信号が、制御部７に送られる。発電状態信号により、発電部１０１の発電が活発で無いかもしくは停止状態である場合、制御部７は圧力検出部９より燃料容器１の圧力状態信号を得る。燃料消費部１０は、例えば燃焼などにより直接的に燃料を消費する構成や、燃料を消費して電力を生成する電源部と、電源部で生成された電力を消費する消費部とを設けて間接的に燃料を消費する構成でも良い。この圧力状態信号が、規定圧力より大きい圧力を示していた場合、制御部７は、燃料消費部１０に燃料を消費するよう、燃料消費信号を送る。よって、燃料容器１の圧力状態は低くなる。

発電部１０１は、燃料として還元剤である水素を含むガスあるいはメタノール等を利用することができ、酸化剤として酸素分子を含む、大気等を利用することができる。
接続部２は、燃料容器１が発電部１０１と接続されていないときは、燃料容器１に収容されている燃料が外部環境に流出しないようにするために、ノーマリークローズド型の弁機構を有することが望ましい。
制御部７は、発電部１０１の発電活発である場合においても、燃料容器１の圧力を規定圧力以下となるように制御してもよい。

燃料消費部１０において燃料を消費する燃料容器１の規定圧力は、発電部１０１や燃料容器１、補助電源部６の保護の為、概して２００kＰａ以上とすることが望ましい。発電部１０１や燃料容器１、補助電源部６等の圧力が加わる構成要素の耐圧性能が高ければより高い圧力に設定しても良いし、耐圧性能が低ければ設定値を低くしても良い。

燃料消費部１０による燃料の消費を開始するまでに遅延時間を設けてもよい。例えば、燃料電池１００の電力供給先の電子機器の動作が停止するなどして消費電流が無くなり、発電部１０１での発電が停止した直後から燃料消費部１０による燃料の消費を行うのではなく燃料消費部１０による燃料の消費の実行に遅延時間を設け、電子機器の次の起動の用意として燃料を反応部に保持しても良い。遅延時間の設定は、電子機器の動作特性や使用方法によって適宜設定すればよい。

燃料電池１００は、燃料容器１と発電部１０１との燃料の流通を制御する図示しない弁部を設けても良い。制御部７は、発電部１０１の発電状態信号に応じて、燃料の供給を制御できる。

（第１実施形態の変更例）
図２に、本発明の第１実施形態における燃料電池の変更例を示す。第１実施形態と重複する部分については、説明を省略する。
第１実施形態と異なる部分は、筐体１０５に、発電部１０１の発電状態と燃料容器１の状態を発信する発信器１０４を備える点である。この発信機１０４により、使用者は燃料電池１００の状態を察知しやすくなる。

（第２実施形態）
図３から５に、本発明の第２実施形態における燃料電池の例を示す。第１実施形態と重複する部分については、説明を省略する。図３、５には、燃料電池の概要を示す。図４には、燃料容器１の概要を示す。
第１実施形態と異なる部分は、発電部１０１と燃料容器１との接続状態を維持するロック機構３と、燃料容器１に、燃料収容部５と、制御部７、電力消費部８、補助電源部６、圧力検出部８を備える点である。

ロック機構３は、制御部７により制御される。発電部１０１の発電状態信号により、発電部１０１の発電が活発である場合、制御部７は、ロック機構３のロック状態を維持する信号をロック機構３に送る。

また、発電部１０１の発電が活発で無いかもしくは停止状態である場合、制御部７は圧力検出部９より燃料容器１の圧力状態信号を得て、この圧力状態信号が、規定圧力より大きい圧力を示していた場合、制御部７は、ロック機構３のロック状態を維持する接続維持信号をロック機構３に送る。逆に圧力状態信号が、規定圧力より小さい圧力を示していた場合、制御部７は、ロック機構３のロック状態を解除する接続解除信号をロック機構３に送る。

補助電源部６は、発電部１０１と同様に燃料として還元剤である水素含むガスあるいはメタノール等を利用することができ、酸化剤として酸素分子を含む、大気等を利用できる電源であり、制御部７、電力消費部８、圧力検出部９に電力を供給する。
電力消費部８は、補助電源部６が発生する電力を消費できるものであれば良く、例えば抵抗器やヒーター、ファンなどの他に、充電可能な蓄電器でもよい。

ロック機構３は、燃料容器１と発電部１０１とを接続する際にはロック機能がフリー状態であるラッチ機構を有していることが望ましい。なお、接続の解除の際には燃料容器１と発電部１０１とが接続されているときに使用者が不用意に燃料容器１を外すことができないような構成であれば良く、ロック機構３を接続部２に備えても、燃料容器１に備えてもよい。

弁部は、燃料容器１が発電部と１０１と接続されていないときは閉状態である。燃料容器１が発電部と１０１と接続されロック機構３がロック状態のときに制御部７の制御によって弁部は開状態となり、ロック機構３のロック状態が解除される際には、制御部７の制御によって弁部は閉状態となる。

この構成によると、燃料容器１の燃料を利用して、補助電源部６で電力を発生させることができ、この電力を利用してロック機構を制御することができる。つまり、発電部１０１の電力を使わなくとも、発電部１０１と燃料容器１との接続状態を制御することができる。さらに、外部の衝撃などにより、燃料容器１の内圧が高い状態で発電部１０１との接続が解消された場合でも、電力消費部８によって間接的に燃料を消費し、燃料容器１の内圧を低減させることによって、燃料容器１の安全性を確保することができる。

（第２実施形態の変更例）
図５に、本発明の第２実施形態における燃料電池の変更例を示す。第２実施形態と重複する部分については、説明を省略する。
第２実施形態と異なる部分は、燃料容器１に、発電部１０１の発電状態と燃料容器１の状態を発信する発信器１０４を備える点である。この発信機１０４は、液晶ディスプレイを備えてもよい。発信器１０４を燃料容器１に設置することによって、燃料容器１が筐体１０５から取り外された状態でも補助電源部６の発電によって発電部１０１の発電状態と燃料容器１の状態を発信器１０４によって表示することができる。

本発明は、燃料電池及び燃料電池装置の産業分野で利用することができる。

１ 燃料容器
２ 接続部
３ ロック機構
４、１０２ 接続端子
５ 溶液収容部
６ 補助電源部
７ 制御部
８ 電力消費部
９ 圧力検出部
１０ 燃料消費部
１００ 燃料電池
１０１ 発電部
１０３ 発電状態検出部
１０４ 発信器
１０５ 筐体

Claims (10)

1. 燃料の供給によって電力を発生する発電部と、
   前記発電部と着脱可能に接続し、前記燃料を収容し、前記発電部に前記燃料を供給する燃料容器と、
   前記発電部の発電状態を検出する発電状態検出部と、
   前記燃料容器の内圧を検出する圧力検出部と、
   前記燃料容器の燃料を消費する燃料消費部と、
   前記発電状態検出部の検出値と前記圧力検出部が検出した圧力値とに応じて、前記燃料消費部の燃料消費量を制御する制御部とを有し、
   前記制御部は、前記圧力値が規定圧力よりも大きい圧力である場合であって、かつ、前記発電部での発電が停止した状態から所定時間が経過している場合に、
   前記圧力検出部の検出値が所望の値以下となるように前記燃料消費部で前記燃料を消費するように制御することを特徴とする燃料電池。
2. 前記燃料容器は、前記燃料消費部を備えることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池。
3. 前記燃料容器と前記発電部との間に、前記制御部の制御に連動し前記発電部への前記燃料の供給を制御する弁部を有することを特徴とする請求項１または２に記載の燃料電池。
4. 前記燃料消費部は、
   前記燃料容器の燃料を消費して電力を発生する補助電源部と、
   前記補助電源部に接続され前記電力を消費する電力消費部と
   を有することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の燃料電池。
5. 前記燃料容器と前記発電部との接続をロックするロック機構を有し、
   前記制御部は、前記圧力検出部の信号と発電状態検出部からの信号を基に前記ロック機構のロック状態を制御することを特徴とする請求項４に記載の燃料電池。
6. 前記燃料容器と前記発電部に端子をそれぞれ有することを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の燃料電池。
7. 前記燃料の残量や前記燃料容器の状態を表示する表示部を前記燃料容器に有することを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の燃料電池。
8. 前記燃料の残量や前記燃料容器の状態を表示する表示部を前記発電部に有することを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の燃料電池。
9. 燃料容器の交換時に信号を発信する発信器を前記燃料容器に有することを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれか一項に記載の燃料電池。
10. 燃料容器の交換時に信号を発信する発信器を前記発電部に有することを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれか一項に記載の燃料電池。

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