(57)【要約】【課題】燃料電池の駆動停止後に、長期間停止した後に再駆動した場合でも、安定した起電力が得られる燃料電池駆動装置の駆動方法を提供する。【解決手段】空気と燃料から生成された水素を供給し、前記空気から分離した酸素と前記水素との化学反応により起電力を生じる燃料電池６の稼動を停止させる場合の燃料電池駆動装置１の駆動方法において、燃料電池６の化学反応終了後、燃料電池６への水素の供給を停止するステップと、燃料電池６内の湿度を検知するステップと、燃料電池６内の湿度が所定値以下になった後に、燃料電池６への前記空気の供給停止を行うステップと、からなる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気と燃料から生成された水素を供給し、前記空気から分離した酸素と前記水素との化学反応により起電力を生じる燃料電池の稼動を停止させる場合の燃料電池駆動装置の駆動方法において、
前記燃料電池の化学反応終了後、前記燃料電池への水素の供給を停止するステップと、
前記燃料電池内の湿度を検知するステップと、
前記燃料電池内の湿度が所定値以下になった後に、前記燃料電池への前記空気の供給停止を行うステップと、
からなることを特徴とする燃料電池駆動装置の駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、様々な環境で使用することができる燃料電池駆動装置の駆動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
民生用や産業用のあらゆる分野において様々な化学電池が使用されている。例えば、アルカリ電池やマンガン電池等の一次電池は、時計、カメラ、携帯機器に多く用いられている。ニッケルカドミウム蓄電池やリチウムイオン電池等の二次電池は、ディジタルカメラ、携帯情報端末等に使用されている。
【０００３】
一方で、地球環境の面から上記した電池に対して使用後の廃棄に対する環境問題が顕在化してきている。この環境問題に配慮して極めて高いエネルギー変換効率を有する燃料電池を用いたシステムが各種提案されている。
【０００４】
この燃料電池としては、特許文献１に記載されているものがある。
即ち、特許文献１に記載された燃料電池は、電極に触媒を分散させた，正負極によって，高分子電解質からなるプロトン伝導部両端を挟み込む構成となっている。正極は例えば，炭素繊維中に触媒となる白金が分散されており，正極上ではプロトン伝導部を伝導してきたプロトンが，正極上を覆う空気中の酸素と反応して水を生成する構造となっている。負極上では例えば，炭素材料中に触媒である白金などが分散されており，負極上を通過する水を含むメタノール燃料は分解されて水素となり，更に電子を放出しプロトンとなり，プロトン伝導部に伝導していく。これらをまとめた電池構成は，前記負極〜前記正極の側面までを覆うコ字状の外装を有し、上面には水を含むメタノールが導入されている。
【０００５】
そして、前記燃料供給口から前記燃料室に水を含むメタノールを供給して、前記負極側で発生したプロトンが前記プロトン伝導部で解離したプロトンと共に正極側に移動し、前記正極の表面で酸素又は空気と反応することによって起電力を取り出すものである。
【０００６】
この燃料電池では，負極上で水とメタノールから直接水素が得られるように電極や触媒に工夫を行っているが，特許文献１以外の構成としては，水とメタノールより水素を得るために改質器と呼ばれる装置を燃料電池負極手前に配置してある構成のものもある。
この燃料電池は、ノートブックパソコン、カメラ一体型ビデオ等のポータブル民生家電製品への使用が検討されている。この燃料電池の使用場所としては、海辺や温泉地等といった環境の悪い場所も考えられる。
このような環境の悪い場所で使用すると、空気中に含まれるゴミや汚れが前記燃料電池の負極の炭素繊維に付着し覆うために、水の発生が抑えられるといったことが考えられる。
【０００７】
また、空気中に含まれる硫化水素、海岸付近の空気中に含まれる塩化ナトリウム微粒子が負極の触媒を被毒させるため、水素と酸素から水を合成する作用を低下させるといったことも考えられる。
この結果、起電力の低下を生じて、燃料電池が動作しなくなるといった問題を生じることになる。
【０００８】
これを解決するために、特許文献２に記載された燃料電池駆動装置が開発された。
図５は、特許文献２に記載された燃料電池駆動装置の概略を説明する図である。
図５に示すように、特許文献２に記載された燃料電池駆動装置は、メタノールを含むカートリッジ２Ａを収納する収納部２と、配管Ｐ１を介してカートリッジ２Ａに接続されたメタノールを吸い上げて送り出す流体ポンプ３と、配管Ｐ２を介して流体ポンプ３に接続され、流体ポンプ３で送り出されたメタノールから水素ガスを生成する改質器４と、配管Ｐ３から供給される空気を送り出す空気ポンプ５と、配管Ｐ４を介して空気ポンプ５に接続されると共に、配管Ｐ５を介して改質器４に接続され、空気ポンプ５から送り出された空気と改質器４で生成した水素ガスとから電気化学反応により起電力を発生させる燃料電池６と、からなる。
【０００９】
更に、燃料電池６は、水素と空気中の酸素との電気化学反応により生じた起電力を測定するために図示しない空気極（正極）と図示しない燃料極（負極）間に接続された負荷抵抗７と、負荷抵抗７と前記図示しない空気極或いは負荷抵抗７と前記図示しない燃料極間に出力電流を検出するための電流検知器８とが接続されている。
【００１０】
配管Ｐ５には、改質器４で生成した水素の流量を検知すると共に、水素の流量が基準値以下である場合に指示信号を表示する検知器１０が接続され、配管Ｐ４には、空気の流量を検知すると共に、空気の流量が基準値以下である場合に指示信号を表示する検知器１１が接続されている。また、燃料電池６の下部には排水菅９が接続されている。
【００１１】
更にまた、電流検知器８の電流値に基づいて、流体ポンプ３及び空気ポンプ５を制御し、検知器１１で検知された空気の流量が基準以下であった場合には、空気の流量低下を示す指示信号を検知器１１に出力させ、検知器１０で検知された水素の流量が基準以下であった場合には、水素の流量低下を示す指示信号を検知器１０に出力させる制御回路１３が備えられている。
【００１２】
そして、空気ポンプ５から送り出された空気及び改質器４でメタノールから生成された水素とを電気化学的に反応させて起電力を生じさせるものである。
【００１３】
【特許文献１】特開２００２−６３９１７号公報
【特許文献２】特開２０００−４６５８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
ところが、燃料電池駆動装置を停止すると、空気ポンプ５及び流体ポンプ３も停止するので、燃料電池６内で生成した水分と空気ポンプ５から燃料電池６に至るまでの配管の中には空気が存在したままである。また、燃料電池６内では水素と酸素との間の反応熱も保たれるので、前記空気極近傍では、高温多湿の状態が長時間続く状態となる。このような状態が夏期に生じた場合には、周囲の温度が高いので、バクテリアが長期期間に亘って、増殖してしまう。その後、燃料電池６内の水は、外界との微量な空気の循環により除々に乾燥することになるため、バクテリアが前記空気極に固着してしまうことがある。
【００１５】
図６に燃料電池内の駆動開始から停止までの湿度の状態を示す。燃料電池６の駆動前には、空気極近傍は、低湿度であるが、動作直後から前記空気極近傍で発生する水のため湿度が上昇する。燃料電池６の駆動停止後には、空気の供給も止まり、温度も低下するので、前記空気極近傍は、高湿の状態が長く続いた状態となる。従って、燃料電池６を長期間停止した後、再駆動した場合には、前記空気極近傍に発生したバクテリア等が固着するために正常に空気と水素との化学反応動作を行うことができなかった。
【００１６】
そこで、本発明は、上記のような問題点を解消するためになされたもので、燃料電池の駆動停止後に、長期間停止した後に再駆動した場合でも、安定した起電力が得られる燃料電池駆動装置の駆動方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本願発明は、空気と燃料から生成された水素を供給し、前記空気から分離した酸素と前記水素との化学反応により起電力を生じる燃料電池の稼動を停止させる場合の燃料電池駆動装置の駆動方法において、前記燃料電池の化学反応終了後、前記燃料電池への水素の供給を停止するステップと、前記燃料電池内の湿度を検知するステップと、前記燃料電池内の湿度が所定値以下になった後に、前記燃料電池への前記空気の供給停止を行うステップと、からなることを特徴とする燃料電池駆動装置の駆動方法を提供する。
【発明の効果】
【００１８】
本願発明によれば、燃料電池の駆動停止後に、低湿度状態に保つことができ、バクテリア等の発生を防止できるため、長期間停止した後に再駆動した場合でも、安定した起電力が得られる燃料電池駆動装置が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下に本発明の実施の形態に係る燃料電池駆動装置の駆動方法について図１乃至図３を用いて説明する。
図１は、本発明の実施の形態に用いられる燃料電池駆動装置を示す概略図である。図２は、燃料電池の概略を説明する図であり、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は断面図である。図３は、本発明の実施の形態の燃料電池駆動装置の駆動方法を示すフローチャートである。図４は、燃料電池の駆動開始から停止までの湿度状態を示す図である。
【００２０】
図１に示すように、本発明の実施の形態に用いられる燃料電池駆動装置１は、従来の燃料電池駆動装置における燃料電池の排水管の途中に湿度検知器１２が設けられたものであり、それ以外は同様である。
【００２１】
燃料電池駆動装置１について以下に具体的に説明する。
燃料電池駆動装置１は、メタノールを含むカートリッジ２Ａを収納する収納部２と、配管Ｐ１を介してカートリッジ２Ａに接続されたメタノールを吸い上げて送り出す流体ポンプ３と、配管Ｐ２を介して流体ポンプ３に接続され、流体ポンプ３で送り出されたメタノールから水素ガスを生成する改質器４と、配管Ｐ３から供給される空気を送り出す空気ポンプ５と、配管Ｐ４を介して空気ポンプ５に接続されると共に、配管Ｐ５を介して改質器４に接続され、空気ポンプ５から送り出された空気と改質器４で生成した水素ガスとから電気化学反応により起電力を発生させる燃料電池６と、からなる。
【００２２】
更に、燃料電池６は、水素と空気中の酸素との電気化学反応により生じた起電力を測定するために後述する空気極１６と燃料極１７間に接続された負荷抵抗７と、負荷抵抗７と空気極１６或いは負荷抵抗７と燃料極１７間に出力電流を検出するための電流検知器８とが接続されている。
【００２３】
配管Ｐ５には、改質器４で生成した水素の流量を検知すると共に、水素の流量が基準値以下である場合に指示信号を表示する検知器１０が接続され、配管Ｐ４には、空気の流量を検知すると共に、空気の流量が基準値以下である場合に指示信号を表示する検知器１１が接続されている。また、燃料電池６の下部には排水管９が接続され、この排水管９途中には燃料電池６内の湿度を検知する湿度検知器１２が接続されている。
【００２４】
更にまた、電流検知器８の電流値に基づいて、流体ポンプ３及び空気ポンプ５を制御し、検知器１１で検知された空気の流量が基準以下であった場合には、空気の流量低下を示す指示信号を検知器１１に出力させ、検知器１０で検知された水素の流量が基準以下であった場合には、水素の流量低下を示す指示信号を検知器１０に出力させる制御回路１３が備えられている。
【００２５】
図２（Ａ）、（Ｂ）に示すように、燃料電池６は、プロトン伝導層となる電解質１５と，電解層１５を挟み，触媒を含有する空気極１６及び燃料極１７からなり、これらを覆う一対のセパレータ１８とから構成される。セパレータ１８と空気極１６との間には、空気を流通させる空気通路が上下方向に形成され、セパレータ１８と燃料極１７との間には、水素ガスを流通させる水素ガス通路が形成されている。
【００２６】
この場合、空気極１６は、正極、燃料極１７は、負極である。空気極１６と燃料極１７との間に、前記した負荷抵抗７と電流検知器８が直列接続されている。
【００２７】
以下にその作用について説明する。
カートリッジ２Ａのメタノールを流体ポンプ３で改質器４に供給し、この改質器４でメタノールを化学反応させて水素ガスを発生させ、燃料電池６のセパレータ１８と燃料極１７との間に導入する。
一方、空気をポンプ５で燃料電池８のセパレータ１８と空気極１６との間に供給する。
【００２８】
燃料極１７側では、水素ガスが電子を放出してプロトン化し、電解質１５を透過して空気極１６側に移動し、空気極１６側では、前記水素ガスがプロトン化する際に放出された電子の供給を受けて空気中の酸素と化学反応することにより起電力を生じるものである。
【００２９】
この際、検知器１１で空気の流量が基準流量以下と検知された場合には、空気の流量が基準以下であることを知らせる指示信号が検知器１１に出力して表示されるので、制御回路１３からの指令により空気ポンプ５の能力を上げるようにすることができる。検知器１０で水素の流量が基準流量以下と検知された場合には、メタノールの残量が少なくなったと判断して、制御回路１３からの指令により流体ポンプ３の能力を上げるようにすることができる。
【００３０】
次に、燃料電池駆動装置の停止方法について図３を用いて説明する。
まずは、ステップ２１０にて制御回路１３から燃料電池６の停止命令が出力される。
ステップ２１１にて、流体ポンプ３を停止した後、改質器４の停止を行って、燃料電池６への水素の供給を停止する。燃料電池６中に生じている水の排水を行うために、空気ポンプ５は、所定時間だけ稼動した状態にしておき、燃料電池への空気の供給をし続ける。
【００３１】
ステップ２１２にて、湿度検知器１２により排水管９より排出される空気の湿度を監視する。例えば、通常は０℃から４０℃の使用条件下では，相対湿度が３０％以下となるとバクテリアの繁殖が抑えられるので，湿度検知器１２で示す湿度が３０％以下である場合にバクテリアの繁殖を抑えることができると判断される場合には、制御回路１３が湿度検知器１２に知らせる停止信号を出力する。
ステップ２１３にて、制御回路１３から空気ポンプ５に稼動停止をする信号を出力し、燃料電池６への空気の供給を停止する。
ステップ２１４にて、燃料電池６の駆動を停止する。
【００３２】
このようにすることにより、燃料電池６の駆動開始から停止までの湿度状態は図４に示すようになり、燃料電池６を停止した後も低湿度状態となる。
この停止状態では、湿度が低く抑えられているので、長期間燃料電池の駆動を停止させても空気極１６近傍にバクテリアを発生させないため、空気極１６表面にバクテリア等の菌類が繁殖しなくなり，空気極１６表面はいつも正常に保たれるので，長期間放置後の再駆動の場合もの安定した駆動を行うことができる。
【００３３】
以上のように、本発明の実施の形態によれば、燃料電池６の停止後、湿度監視用検知器１３により検知される湿度が所定湿度以下になった場合に空気の排出が止まり停止するようにしたので、空気極１６表面でのバクテリア等の発生を防止できるため、再起動したときも安定した起電力が得られる。
【００３４】
なお、燃料電池６を駆動させるための初期電力供給として、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池等の二次電池、アルカリ電池、マンガン電池等の一次電池を併用することが望ましい。これらの一次又は二次電池の併用で燃料電池スタート時、ストップ時に必要な電力を供給したりすることができる。二次電池を併用すれば、燃料電池で過剰発電した場合、速やかに電力を蓄えることが可能である。
【００３５】
燃料電池駆動装置１を搭載した電気機器は、特に長時間使用しない電気製品に応用することで良好な効果を発揮することができる。一例として携帯用ビデオ・スチルカメラ、携帯用受像器、携帯用パソコン、携帯用記録再生装置等のモバイル用電気機器、スノーモバイル等の雪上オートバイ、ジェットスキー等の水上オートバイ等の稼動時期が季節的である輸送装置内に設置されるモバイル用電気機器にも使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の実施の形態に用いられる燃料電池駆動装置を示す概略図である。
【図２】燃料電池の概略を説明する図であり、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は断面図である。
【図３】本発明の実施の形態の燃料電池駆動装置の駆動方法を示すフローチャートである。
【図４】燃料電池の駆動開始から停止までの湿度状態を示す図である。
【図５】特許文献２に記載された燃料電池駆動装置の概略を説明する図である。
【図６】従来の燃料電池内の駆動開始から停止までの湿度の状態を示す図である。
【符号の説明】
【００３７】
１…燃料電池駆動装置、２…収納部、２Ａ…カートリッジ、３…流体ポンプ、４…改質器、５…空気ポンプ、６…燃料電池、７…負荷抵抗、８…電流検知器、９…排水管、１０、１１…検知器、１２…湿度検知器、１３…制御回路、１４触媒層、１５…電解質、１６…空気極、１７…燃料極、１８…セパレータ
【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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