(57)【要約】      （修正有）【課題】燃料電池の発電中に使用者や周囲の人または生物が、二酸化炭素およびその副生成物等による中毒に陥る危険性を回避、安全性を高めることが可能な燃料電池システムを提供する。【解決手段】ＣＯ2濃度検出部３０は、発電部１０の周囲環境における二酸化炭素の濃度（外部環境の二酸化炭素の濃度）を検出する。制御部３５は、検出された二酸化炭素の濃度が所定の閾値濃度Ｔｈよりも低い場合には、発電部１０の発電動作が可能となるように制御する。一方、検出された二酸化炭素の濃度が閾値濃度Ｔｈ以上である場合には、発電部１０の発電動作が停止するように制御する。これにより、燃料電池システム５の使用者等が、二酸化炭素およびその副生成物等による中毒に陥る危険性が回避される。【選択図】図１
2010170888.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭素原子を含む化合物からなる燃料と、酸化剤ガスとの供給により発電を行う発電部と、
二酸化炭素（ＣＯ2）の濃度を検出する濃度検出部と、
前記濃度検出部により検出された二酸化炭素の濃度が所定の閾値濃度よりも低い場合には、前記発電部の発電動作が可能となるように制御すると共に、検出された二酸化炭素の濃度が前記閾値濃度以上である場合には、前記発電部の発電動作が停止するように制御する制御部と
を備えた燃料電池システム。
【請求項２】
前記化合物からなる液体燃料を前記発電部側へ供給すると共に、前記液体燃料の供給量が調節可能となっている燃料供給部と、
前記燃料供給部により供給された液体燃料を気化させることによって、気体燃料を前記発電部へ供給する燃料気化部と
を備え、
前記制御部は、検出された二酸化炭素の濃度に応じて前記燃料供給部による液体燃料の供給量を調整することにより、前記発電部の発電動作を制御する
請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記制御部は、検出された二酸化炭素の濃度が前記閾値濃度以上である場合には、前記燃料供給部による液体燃料の供給動作を停止させることにより、前記発電部の発電動作が停止するように制御する
請求項２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記液体燃料を収容する燃料タンクを備えた
請求項２に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記濃度検出部は、前記発電部の周囲環境における二酸化炭素の濃度を検出するものである
請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記濃度検出部が、前記発電部と離間した位置に配置されている
請求項５に記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記濃度検出部が、前記発電部における二酸化炭素の発生箇所とそこからの二酸化炭素の排出経路とを除く領域に配置されている
請求項５に記載の燃料電池システム。
【請求項８】
前記発電部と前記濃度検出部との間に、前記発電部において発生した二酸化炭素が前記濃度検出部へ直接到達するのを防止する隔壁が配設されており、
前記濃度検出部が、外気に開放されるように配置されている
請求項５に記載の燃料電池システム。
【請求項９】
一定方向へ流れる外気流が存在するように構成されており、
前記外気流の上流側に前記濃度検出部が配置されると共に、前記外気流の下流側に前記発電部が配置されている
請求項５に記載の燃料電池システム。
【請求項１０】
前記発電部と熱的に接するように配置されると共に、前記外気流が流れる流路を備え、
前記発電部において生じた熱によって、前記外気流が一定方向へ流れるように構成されている
請求項９に記載の燃料電池システム。
【請求項１１】
前記閾値濃度が、５０００ｐｐｍである
請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項１２】
前記閾値濃度が、１０００ｐｐｍである
請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項１３】
前記化合物からなる燃料が、メタノール、ジメチルエーテル、ギ酸、ギ酸メチル、エタノール、エチレングリコールまたはグルコースである
請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項１４】
燃料電池システムを備え、
前記燃料電池システムは、
炭素原子を含む化合物からなる燃料と、酸化剤ガスとの供給により発電を行う発電部と、
二酸化炭素（ＣＯ2）の濃度を検出する濃度検出部と、
前記濃度検出部により検出された二酸化炭素の濃度が所定の閾値濃度よりも低い場合には、前記発電部の発電動作が可能となるように制御すると共に、検出された二酸化炭素の濃度が前記閾値濃度以上である場合には、前記発電部の発電動作が停止するように制御する制御部と
を有する電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭素原子を含む化合物を燃料とする発電部を有する燃料電池システム、およびそのような燃料電池システムを備えた電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
電池とは、酸化される物質と還元される物質とを反応させ、その化学反応で生じるエネルギーを電気として取り出すデバイスである。乾電池などの一次電池は、これら二種類の物質が一つの缶の中にパッケージされた電池であり、両者が使い尽くされると化学反応が停止し、電力も停止する。一方、二次電池は、酸化される物質として電気的に再還元できる物質を用い、また、還元される物質も電気的に再酸化できる物質を使用している。このため、充電によって繰り返し初期状態に戻すことができる電池である。
【０００３】
燃料電池は、上記の電池と同様に、酸化される物質と還元される物質との化学反応から電気を取り出すデバイスであるが、酸化される物質と還元される物質との両者が、外部から供給し続けられる仕組みとなっている。このため、原理上、半永久的に電力を発生し続けることができる。このような燃料電池では、還元される物質として空気中の酸素が用いられることが多いため、実際に供給されるのは酸化される物質だけとなっている構成のものが多い。このように、燃料電池は、従来の一次電池や二次電池のような電池交換や充電の手間がなく、機器を半永久的に駆動し続けることができるようになっている。そのため、これまでにない新たな価値を商品に付与できる技術として、現在、産業界でも学術界でも広く研究開発されている（例えば、特許文献１）。
【０００４】
燃料電池に用いる燃料（酸化される物質）としては、水素ガス、水素ガスを発生する前駆物質、メタノール、エタノールなどが検討されている。水素ガス（Ｈ2）が酸化されると水（Ｈ2Ｏ）に変化するため、水素を燃料とする燃料電池は、排気ガスとして水蒸気しか生成せず、非常にクリーンであるという利点を持つ。しかし、水素ガスには爆発性があるため、安全に取り扱うのは相当の困難を伴う。このため、ポータブル電子機器向けの燃料電池として、水素燃料電池はあまり好適とは言えない。ポータブル電子機器には、メタノールやエタノールなどの液体燃料の燃料電池が有力であると考えられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−２５３０４６号公報
【特許文献２】特開平１１−２３５３９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、上記したメタノールやエタノール、ジメチルエーテル、ギ酸、ギ酸メチル、エチレングリコール、グルコースなどの炭素原子を含む化合物を燃料とする燃料電池では、排気ガスとして二酸化炭素を生成するという欠点がある（例えば、特許文献１参照）。しかも、燃料電池の化学反応は酸素が存在する限り続くため、周囲の酸素を完全に消費し切って酸欠にしてしまうという問題があった。
【０００７】
特にポータブル機器では、ポケットやカバンの中など、気密性が高く、かつ十分に換気ができない密閉環境で使用される可能性がある。したがって、仮に、同じカバンの中にペットなどの小動物を入れていると、それを窒息させてしまうおそれがあった（例えば、特許文献２参照）。
【０００８】
更に、例えばメタノール燃料電池では、酸欠による発電停止直前に燃料の酸化反応が不十分になり、一酸化炭素、ホルムアルデヒド、ギ酸などの毒性の高い副生成物を生じさせる可能性がある（例えば、特許文献１参照）。これらの副生成物は、使用者が曝露して健康を害する危険性があるだけでなく、単純に異臭の原因となったり、カバンの内容物の変質の原因にもなる。
【０００９】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、従来よりも安全性を高めることが可能な燃料電池システム、およびそのような燃料電池システムを備えた電子機器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の燃料電池システムは、炭素原子を含む化合物からなる燃料と酸化剤ガスとの供給により発電を行う発電部と、二酸化炭素（ＣＯ2）の濃度を検出する濃度検出部と、この濃度検出部により検出された二酸化炭素の濃度が所定の閾値濃度よりも低い場合には、発電部の発電動作が可能となるように制御すると共に、検出された二酸化炭素の濃度が上記閾値濃度以上である場合には、発電部の発電動作が停止するように制御する制御部とを備えたものである。
【００１１】
本発明の電子機器は、上記燃料電池システムを備えたものである。
【００１２】
本発明の燃料電池システムおよび電子機器では、炭素原子を含む化合物からなる燃料と酸化剤ガスとの供給により、発電部において発電がなされる。この際、発電部では化学反応により二酸化炭素が発生し、発電部の外部へと排出される。そして、二酸化炭素（ＣＯ2）の濃度が濃度検出部により検出され、検出された二酸化炭素の濃度が所定の閾値濃度よりも低い場合には、発電部の発電動作が可能となるように制御されると共に、検出された二酸化炭素の濃度が上記閾値濃度以上である場合には、発電部の発電動作が停止するように制御される。これにより、燃料電池システムの使用者や周囲の人または生物が、二酸化炭素およびその副生成物等による中毒に陥る危険性が回避される。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の燃料電池システムおよび電子機器によれば、二酸化炭素の濃度を検出すると共に、検出された二酸化炭素の濃度が所定の閾値濃度よりも低い場合には発電部の発電動作が可能となるように制御すると共に、検出された二酸化炭素の濃度が上記閾値濃度以上である場合には発電部の発電動作が停止するように制御するようにしたので、燃料電池システムの使用者等が二酸化炭素およびその副生成物等による中毒に陥る危険性を回避することができ、従来よりも安全性を高めることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施の形態に係る燃料電池システムの全体構成を表すブロック図である。
【図２】図１に示した発電部および隔壁の概略構成例を表す斜視図である。
【図３】図２に示した発電部の隔壁等の概略構成例を表す断面図である。
【図４】図３に示した発電部等の詳細構成例を表す断面図である。
【図５】気化型の燃料供給方式の概要を説明するための特性図である。
【図６】検出した周囲環境の二酸化炭素濃度に応じた制御動作例について説明するための模式図である。
【図７】発電の経過時間と二酸化炭素濃度およびその副生成物の濃度との関係の一例を表す特性図である。
【図８】本発明の変形例に係る燃料電池システムの全体構成を表すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
１．実施の形態（燃料電池システムにおける構成例）
２．変形例および適用例
【００１６】
＜１．実施の形態＞
［燃料電池システムの全体構成例］
図１は、本発明の一実施の形態に係る燃料電池システム（燃料電池システム５）の全体構成を表すものである。燃料電池システム５は、負荷６を駆動するための電力を出力端子Ｔ２，Ｔ３を介して供給するものである。この燃料供給システム５は、燃料電池１と、ＣＯ2濃度検出部３０と、隔壁１４と、電流検出部３１と、電圧検出部３２と、昇圧回路３３と、二次電池３４と、制御部３５とから構成されている。
【００１７】
燃料電池１は、発電部１０と、燃料タンク４０と、燃料ポンプ４２とを含んで構成されている。なお、この燃料電池１の詳細構成については、後述する。
【００１８】
発電部１０は、炭素原子を含む化合物からなる燃料であるメタノールと、酸化剤ガス（例えば、酸素）との反応により発電を行う直接メタノール型の発電部であり、正極（酸素電極）および負極（燃料電極）を有する複数の単位セルを含んで構成されている。ただし、このような炭素原子を含む化合物からなる燃料として、メタノール以外にも、エタノールやグルコースなどを用いるようにしてもよい。なお、この発電部１０の詳細構成については、後述する。
【００１９】
燃料タンク４０は、発電に必要な液体燃料（後述する液体燃料４１；例えば、メタノールまたはメタノール水溶液）を内蔵するものである。
【００２０】
燃料ポンプ４２は、燃料タンク４０に収容された液体燃料を汲み上げて、発電部１０の負極（燃料電極）側へ供給（輸送）するためのポンプであり、燃料の供給量を調節することができるようになっている。この燃料ポンプ４２は、例えば圧電素子（図示せず）を含む圧電ポンプにより構成され、この圧電素子による振動を利用してポンプ動作を行うようになっている。また、このような燃料ポンプ４２の動作（液体燃料の供給動作）は、後述する制御部３５によって制御されるようになっている。なお、燃料ポンプ４２の詳細構成については、後述する。
【００２１】
ＣＯ2濃度検出部３０は、発電部１０の周囲環境における二酸化炭素の濃度（外部環境の二酸化炭素の濃度）を検出するものであり、詳細は後述するが、発電部１０とは離間した位置に配置されている。このＣＯ2濃度検出部３０により検出された二酸化炭素の濃度情報は、制御部３５へ出力されるようになっている。なお、このＣＯ2濃度検出部３０が、本発明における「濃度検出部」の一具体例に対応する。
【００２２】
隔壁１４は、発電部１０において発生した二酸化炭素がＣＯ2濃度検出部３０へ直接到達するのを防止するための隔壁である。具体的には、この隔壁１４は、発電部１０とＣＯ2濃度検出部３０との間に配置されており、これによりＣＯ2濃度検出部３０が、発電部１０において発生する二酸化炭素の影響を受けず、外気に開放されるようになっている。このような隔壁１４としては、例えば、発電部１０が隔壁１４としての管状構造体の外部に配置されていると共にＣＯ2濃度検出部３０がその管状構造体の内部に配置されており、管の両端が燃料電池システムの外部に直接連通している構造などを用いることができる。
【００２３】
電流検出部３１は、接続ラインＬ１Ｈ上において、発電部１０の正極側と接続点Ｐ１との間に配置されており、発電部１０の発電電流Ｉ１を検出するものである。この電流検出部３１は、例えば抵抗器を含んで構成されている。なお、このような電流検出部３１を、接続ラインＬ１Ｌ上（発電部１０の負極側と接続点Ｐ２との間）に配置するようにしてもよい。
【００２４】
電圧検出部３２は、接続ラインＬ１Ｈ上の接続点Ｐ１と、接続ラインＬ１Ｌ上の接続点Ｐ２との間に配置されており、発電部１０の発電電圧Ｖ１（昇圧回路３３の入力電圧Ｖin）を検出するものである。この電圧検出部３２は、例えば抵抗器を含んで構成されている。
【００２５】
昇圧回路３３は、接続ラインＬ１Ｈと、出力ラインＬＯ上の接続点Ｐ３との間に配置されており、発電部１０の発電電圧Ｖ１（直流電圧）を昇圧して、直流電圧Ｖ２を生成する電圧変換部である。この昇圧回路３３は、例えばＤＣ／ＤＣコンバータにより構成されている。
【００２６】
二次電池３４は、出力ラインＬＯ上の接続点Ｐ３と、接地ラインＬＧ（接続ラインＬ１Ｌ）上の接続点Ｐ４との間に配置されており、昇圧回路３３により生成された直流電圧Ｖ２に基づいて蓄電を行うものである。この二次電池３４は、例えばリチウムイオン二次電池などにより構成されている。
【００２７】
制御部３５は、電流検出部３１により検出された発電電流Ｉ１と、電圧検出部３２により検出された発電電圧Ｖ１と、ＣＯ2濃度検出部３０により検出されたＣＯ2濃度とに基づいて、燃料ポンプ４２による液体燃料の供給量を調整するものである。具体的には、燃料ポンプ４２内の圧電素子（図示せず）の振動周波数を制御することにより、燃料ポンプ４２による液体燃料の供給量を調整するようになっている。このような制御部３５は、例えばマイクロコンピュータなどにより構成されている。
【００２８】
また、本実施の形態では、制御部３５は、ＣＯ2濃度検出部３０により検出された二酸化炭素の濃度が後述する所定の閾値濃度よりも低い場合には、発電部１０の発電動作が可能となるように制御するようになっている。また、検出された二酸化炭素の濃度が上記閾値濃度以上である場合には、発電部１０の発電動作が停止するように制御するようになっている。具体的には、制御部３５は、検出された二酸化炭素の濃度に応じて燃料ポンプ４２による液体燃料の供給量を調整することにより、発電部１０の発電動作を制御している。なお、制御部３５の詳細動作については、後述する。
【００２９】
［燃料電池の詳細構成例］
次に、図２〜図５を参照して、燃料電池１の詳細構成について説明する。図２〜図４は、燃料電池１内の発電部１０等の詳細構成例を表すものである。
【００３０】
図２に斜視図で示したように、前述した隔壁１４は、発電部１０等の側面周囲を覆うように配置されている。この隔壁１４には、外気に対する自然吸排気口１４１が設けられている。
【００３１】
また、図３に断面図で示したように、発電部１０の下方には、前述した液体燃料４１を収容する燃料タンク４０と、燃料ポンプ４２と、前述した制御部３５およびＣＯ2濃度検出部３０を搭載する制御基板３５０とが配置されている。
【００３２】
ここで、ＣＯ2濃度検出部３０は、前述したように、発電部１０とは離間した位置に配置されており、外気に開放されるようになっている。また、前述したように、発電部１０からＣＯ2濃度検出部３０への二酸化炭素の流入を遮断するための隔壁１４が、発電部１０とＣＯ2濃度検出部３０との間に配置されている。さらに、ＣＯ2濃度検出部３０は、発電部１０における二酸化炭素の発生箇所とそこからの二酸化炭素の排出経路とを除く領域に配置されている。これにより、ＣＯ2濃度検出部３０は、発電部１０において発生する二酸化炭素の影響を受けず、発電部１０の周囲環境における二酸化炭素の濃度（外部環境の二酸化炭素の濃度）を検出できるようになっている。
【００３３】
燃料タンク４０は、例えば、液体燃料４１の増減によっても内部に気泡などが入らずに体積が変化する容器（例えばビニール袋など）と、この容器を覆う直方体形状のケース（構造体）とにより構成されている。
【００３４】
また、図４に詳細な断面図で示したように、発電部１０は、電解質膜１１を間にして対向配置された燃料電極（負極、アノード電極）１２と酸素電極１３（正極、カソード電極）とを有している。また、燃料電極１２の下方（酸素電極１３とは反対側）には、アノード側抑え板１２１が設けられ、酸素電極１３の上方（燃料電極１２とは反対側）には、カソード側抑え板１３１が設けられている。
【００３５】
電解質膜１１は、例えば、スルホン酸基（−ＳＯ3 Ｈ）を有するプロトン伝導材料により構成されている。プロトン伝導材料としては、ポリパーフルオロアルキルスルホン酸系プロトン伝導材料（例えば、デュポン社製「Ｎａｆｉｏｎ（登録商標）」）、ポリイミドスルホン酸などの炭化水素系プロトン伝導材料、またはフラーレン系プロトン伝導材料などが挙げられる。
【００３６】
燃料電極１２および酸素電極１３は、例えば、カーボンペーパーなどよりなる集電体に、白金（Ｐｔ）あるいはルテニウム（Ｒｕ）などの触媒を含む触媒層が形成された構成を有している。触媒層は、例えば、触媒を担持させたカーボンブラックなどの担持体をポリパーフルオロアルキルスルホン酸系プロトン伝導材料などに分散させたものにより構成されている。なお、酸素電極１３には図示しない空気供給ポンプが接続されていてもよいし、カソード側押え板１３１に設けられた開口を介して外部と連通し、自然換気により空気すなわち酸素が供給されるようになっていてもよい。
【００３７】
アノード側押え板１２１およびカソード側押え板１３１はそれぞれ、例えば、拡散接合によって作製されたステンレス製の積層構造体や、打ちぬき加工が施されたアルミ鋼板などにより構成されている。このようなアノード側押え板１２１およびカソード側押え板１３１はそれぞれ、ネジ締め、リベット接合または樹脂接合がなされることによって、発電部１０に接合されている。アノード側押え板１２１には、燃料タンク４０から液体燃料４１を取り入れて燃料ポンプ４２へと到達させるための燃料取入口４２０および流路４２１が形成されている。アノード側押え板１２１にはまた、燃料ポンプ４２から供給される液体燃料４１を燃料気化室４４へと到達させるための流路４２２および燃料噴出口４２３が形成されている。なお、アノード側押え板１２１にはさらに、燃料気化室４４から二酸化炭素ガスを排出させるためのＣＯ2ガス排気口１５１が設けられている。
【００３８】
燃料ポンプ４２は、例えば、圧電素子（図示せず）と、この圧電体を支持するための圧電体支持樹脂部（図示せず）とを含んで構成されている。この燃料ポンプ４２は、例えば図５に示したように、１回の動作当りの燃料供給量または燃料供給周期Δｔの変化に応じて、燃料の供給量を調節することができるようになっている。なお、この燃料ポンプ４２が、本発明における「燃料供給部」の一具体例に対応する。
【００３９】
燃料気化室４４は、燃料ポンプ４２により供給された液体燃料を気化させることによって、気体燃料を発電部１０へ供給するための空間である。すなわち、燃料気化室４４は、燃料ポンプ４２と発電部１０との間に設けられている。なお、この燃料気化室４４が、本発明における「燃料気化部」の一具体例に対応する。
【００４０】
［燃料電池システムの作用・効果］
次に、本実施の形態の燃料電池システム５の作用および効果について詳細に説明する。
【００４１】
この燃料電池システム５では、燃料タンク４０に収容される液体燃料４１が燃料ポンプ４２によって汲み上げられることにより、炭素原子を含む化合物からなる液体燃料４１が、燃料取入口４２０から流路４２１、流路４２２および燃料噴出口４２３をこの順に通り、燃料気化室４４に到達する。また、燃料気化室４４では、燃料噴出口４２３から液体燃料４１が噴出すると、その表面に設けられた拡散部（図示せず）によって広範囲に拡散される。これにより、液体燃料４１が自然気化され、気体燃料が発電部１０に供給される。
【００４２】
一方、発電部１０の酸素電極１３へは、図示しない空気供給ポンプ等によって空気（酸素）が供給される。すると、酸素電極１３では、以下の（１）式に示した反応が起こり、水素イオンと電子とが生成される。この水素イオンは電解質膜１１を通って燃料電極１２へ到達し、燃料電極１２では、以下の（２）式に示した反応が起こり、水と二酸化炭素が生成される。よって、燃料電池１全体としては、以下の（３）式に示した反応が生じ、発電が行われる。なお、このようにして生成された二酸化炭素は、図３および図４に示したように、ＣＯ2ガス排気口１５１から燃料電池１の外部へと排出される。
ＣＨ3ＯＨ＋Ｈ2Ｏ → ＣＯ2＋６Ｈ+＋６ｅ-     ……（１）
６Ｈ+＋(３／２)Ｏ2＋６ｅ-→ ３Ｈ2Ｏ         ……（２）
ＣＨ3ＯＨ＋(３／２)Ｏ2→ ＣＯ2＋２Ｈ2Ｏ      ……（３）
【００４３】
これにより、液体燃料４１すなわちメタノールの化学エネルギーの一部が電気エネルギーに変換され、接続部材２０により集電されて、発電部１０から電流（発電電流Ｉ１）として取り出される。この発電電流Ｉ１に基づく発電電圧（直流電圧）Ｖ１は、昇圧回路３３によって昇圧（電圧変換）され、直流電圧Ｖ２となる。この直流電圧Ｖ２は、二次電池３４または負荷（例えば、電子機器本体）へ供給される。そして、二次電池３４へ直流電圧Ｖ２が供給された場合、この電圧に基づいて二次電池３４に蓄電がなされる一方、出力端子Ｔ２，Ｔ３を介して負荷６へ直流電圧Ｖ２が供給された場合、負荷６が駆動され、所定の動作がなされる。
【００４４】
この際、燃料ポンプ４２では、制御部３５によって、１回の動作当りの燃料供給量または燃料供給周期Δｔ、および燃料ポンプ４２における圧電素子４２２の振動周波数ｆが制御され、それに応じて燃料の供給量が調節される。
【００４５】
ここで、本実施の形態の燃料電池システム５では、発電部１０の周囲環境における二酸化炭素の濃度（外部環境の二酸化炭素の濃度）が、ＣＯ2濃度検出部３０により検出される。そして、例えば図６に示したように、検出された二酸化炭素の濃度が所定の閾値濃度Ｔｈよりも低い場合には、制御部３５により、発電部１０の発電動作が可能となるように（実行されるように）制御される。一方、検出された二酸化炭素の濃度が閾値濃度Ｔｈ以上である場合には、発電部１０の発電動作が停止するように制御される。
【００４６】
具体的には、制御部３５は、検出された二酸化炭素の濃度に応じて燃料ポンプ４２による液体燃料４１の供給量を調整することにより、発電部１０の発電動作を制御する。すなわち、例えば図６に示したように、検出された二酸化炭素の濃度が閾値濃度Ｔｈよりも低い場合には、燃料ポンプ４２による液体燃料４１の供給動作を実行する。一方、検出された二酸化炭素の濃度が閾値濃度Ｔｈ以上である場合には、燃料ポンプ４２による液体燃料４１の供給動作を停止させることにより、発電部１０の発電動作が停止するように制御する。これにより、燃料電池システム５の使用者や周囲の人または生物が、二酸化炭素およびその副生成物等による中毒に陥る危険性が回避される。
【００４７】
ここで、図６中に示した閾値濃度Ｔｈの値としては、例えば図６中に示したように、５０００ｐｐｍ（０．５％）や、１０００ｐｐｍ（０．１％）という値を用いることができる。５０００ｐｐｍという値は、労働衛生上の環境基準（事務所衛生基準規則第三条２参照）によるものである。また、１０００ｐｐｍという値は、建築物における衛生的環境基準（建築物における衛生的環境の確保に関する法律施行令第二条一イ参照）によるものである。
【００４８】
また、図７は、発電の経過時間と二酸化炭素濃度およびその副生成物の濃度との関係の一例を表すものである。図７（Ａ）は、経過時間と二酸化炭素濃度との関係を表したものである。また、図７（Ｂ）は、経過時間と副生成物である一酸化炭素の濃度との関係を、図７（Ｃ）は、経過時間と副生成物であるホルムアルデヒドの濃度との関係を、図７（Ｄ）は、経過時間と副生成物であるギ酸の濃度との関係を、それぞれ表している。
【００４９】
ここでは、直接メタノール燃料電池が酸欠状態になる過程を調べるため、発電セルを内容積６Ｌの密閉容器内に閉じ込めた状態で発電実験を行った。なお、この容器内の酸素含有量は０．５ｍｏｌであり、仮に利用率８０％で２００ｍＡの発電を続けると３．６時間で使い果たす容積である。ほぼこの条件となるように発電させたときの、密閉容器内のガス濃度の推移を測定した。
【００５０】
図７より、発電に伴って二酸化炭素濃度は単調増加し、発電開始４．５時間で約２４％に達した。この濃度は実験前の酸素濃度にほぼ等しく、すなわち、大気中の酸素がほぼすべて二酸化炭素に変換されたことを示している。また、発電に伴って、一酸化炭素濃度、ホルムアルデヒド濃度およびギ酸濃度も単調増加したが、どれも発電開始３．６時間を境に、発生量が急激に増加した。一酸化炭素、ホルムアルデヒドおよびギ酸はいずれも、メタノールの不完全酸化によって生じる反応中間物である。したがって、これらの生成速度が突然増えた原因は、周囲の酸素が少なくなり、メタノールが完全に酸化しにくくなったためであると考えられる。さらに、仮に二酸化炭素濃度が５０００ｐｐｍ（０．５％）の時点で発電が停止していれば、酸欠時の有害物質の発生を大幅に抑制することができ、安全性に大きく貢献できていたことが分かった。
【００５１】
以上のように本実施の形態では、ＣＯ2濃度検出部３０によって発電部１０の周囲環境における二酸化炭素の濃度（外部環境の二酸化炭素の濃度）を検出し、検出された二酸化炭素の濃度が所定の閾値濃度Ｔｈよりも低い場合には発電部１０の発電動作が可能となるように制御すると共に、検出された二酸化炭素の濃度が閾値濃度Ｔｈ以上である場合には発電部１０の発電動作が停止するように制御するようにしたので、燃料電池システム５の使用者等が二酸化炭素およびその副生成物等による中毒に陥る危険性を回避することができ、従来よりも安全性を高めることが可能となる。
【００５２】
具体的には、検出された二酸化炭素の濃度が閾値濃度Ｔｈ以上である場合には、燃料ポンプ４２による液体燃料４１の供給動作を停止させることによって、発電部１０の発電動作が停止するように制御するようにしたので、上記のような効果を得ることができる。
【００５３】
＜２．変形例および適用例＞
以上、実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明はこの実施の形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。
【００５４】
例えば、上記実施の形態では、二酸化炭素の濃度における閾値濃度Ｔｈが固定値である場合について説明したが、例えば、周囲の環境の状況等に応じて、閾値濃度Ｔｈが変化するようになっていてもよい。
【００５５】
また、上記実施の形態では、発電部１０において発生した二酸化炭素がＣＯ2濃度検出部３０へ直接到達するのを防止するための隔壁１４を設けた場合について説明したが、ＣＯ2濃度検出部３０の配置構成については、この場合には限られない。すなわち、そのような隔壁を設置する代わりに、熱源やファンなどを用いて一定方向へ流れる外気流を存在させることによって、発電部１０の周囲環境における二酸化炭素の濃度を選択的に検出するようにしてもよい。例えば、一定方向へ流れる外気流が存在する場合において、その外気流の上流側（高気圧部）にＣＯ2濃度検出部３０を配置すると共に、外気流の下流側（低気圧部）に発電部１０を配置し、上流側において常に外気が取り込まれるようにすればよい。
【００５６】
また、例えば図８に示した燃料電池システム５Ａのように、発電部１０自体を熱源として、上記のような外気流を発生させるようにしてもよい。具体的には、この燃料電池システム５Ａでは、発電部１０と熱的に接するように排気ダクト１６が配設され、この排気ダクト１６における吸気口１６１側（上流側）にＣＯ2濃度検出部３０が配置されると共に、排気口１６２側（下流側）に発電部１０が配置されている。このような構成により、排気ダクト１６のうちの発電部１０と接する部分が、発電部１０において生じた熱によって温められ、その結果、排気ダクト１６内に外気流が発生するようになっている。これにより、他の熱源やファンなどを別途設けることなく、また上記実施の形態で説明した隔壁１４も設けることなく、ＣＯ2濃度検出部３０において、発電部１０の周囲環境における二酸化炭素の濃度を選択的に検出することが可能となる。ただしこの場合、排気ダクト１６における吸気口１６１は、重力の方向に沿って（すなわち、下方側に）配置する必要がある。
【００５７】
また、上記実施の形態では、液体燃料４１を収容する燃料タンク４０を燃料電池システム５内に内蔵させる場合で説明したが、そのような燃料タンクが、燃料電池システムに対して着脱可能な構成としてもよい。
【００５８】
また、上記実施の形態では、気化供給型の燃料ポンプを例として挙げて説明したが、燃料ポンプの構成は、このような気化供給型には限られない。具体的には、例えば燃料タンクを加圧しておいて燃料バルブで流量調節する方法などにおいても、本発明を適用することが可能である。
【００５９】
また、上記実施の形態では、ダイレクトメタノール型の燃料電池システムについて説明したが、本発明は、これ以外の種類の燃料電池システムについても適用することが可能である。具体的には、本発明は、例えば、ジメチルエーテル、ギ酸、ギ酸メチル、エタノール、エチレングリコールまたはグルコースなどを燃料として用いる燃料電池システムにおいても適用することが可能である。
【００６０】
本発明の燃料電池システムは、例えば、携帯電話、電子写真機、電子手帳またはＰＤＡ（Personal Digital Assistants）等の携帯型の電子機器に好適に用いることが可能である。
【符号の説明】
【００６１】
１…燃料電池、１０…発電部、１１…電解質膜、１２…燃料電極、１２１…アノード側押え板、１３…酸素電極、１３１…カソード側押え板、１４…隔壁、１４１…自然吸排気口、１５１…ＣＯ2ガス排気口、３０…ＣＯ2濃度検出部、３１…電流検出部、３２…電圧検出部、３３…昇圧回路、３４…二次電池、３５…制御部、３５０…制御基板、４０…燃料タンク、４１…液体燃料、４２…燃料ポンプ、４２０…燃料取入口、４２１，４２２…流路、４２３…燃料噴出口、４４…燃料気化室、５…燃料電池システム、６…負荷、Ｖ１…発電電圧、Ｖ２…直流電圧、Ｉ１…発電電流、Ｐ１〜Ｐ４…接続点、Ｔ２，Ｔ３…出力端子、Ｌ１Ｌ，Ｌ１Ｈ…接続ライン、ＬＯ…出力ライン、ＬＧ…接地ライン、Δｔ…燃料供給周期、Ｔｈ…閾値濃度。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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