(57)【要約】【課題】混合タンク内の燃料水溶液の液量に応じて適切な処理を行えるようにする。【解決手段】燃料電池ユニット１０には、混合タンク４５が設けられる。混合タンク４５は、高濃度メタノールとＤＭＦＣスタック４２より送出される水蒸気から回収される水とを混合してＤＭＦＣスタック４２へ供給するための低濃度メタノール水溶液を生成する。液量センサ６１は、混合タンク４５内の低濃度メタノール水溶液の液量を検出する。燃料電池制御部４１は、液量センサ６１の検出結果に基づき、混合タンク４５内の低濃度メタノール水溶液の液量が所定の範囲内に収まるように、回収される水の回収量を制御する。【選択図】      図３
2006107786.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池と、
燃料と前記燃料電池より送出される水蒸気から回収される水とを混合して前記燃料電池へ供給するための燃料水溶液を生成する混合タンクと、
前記混合タンク内の燃料水溶液の液量を検出する液量センサと、
前記液量センサの検出結果に基づき、前記混合タンク内の燃料水溶液の液量が所定の範囲内に収まるように前記回収される水の回収量を制御するコントローラと
を具備することを特徴とする燃料電池ユニット。
【請求項２】
前記燃料電池より送出される水蒸気を冷却して水の回収を促す冷却ファンと、
前記燃料電池より送出される水蒸気の外部への排出を促す送気ポンプと
を更に具備し、
前記コントローラは、前記冷却ファン又は前記送気ポンプを制御することにより前記回収量を制御することを特徴とする請求項１記載の燃料電池ユニット。
【請求項３】
前記コントローラは、前記液量センサにより検出される液量が第１の値を上回った場合に、前記冷却ファンの動作を停止させることを特徴とする請求項２記載の燃料電池ユニット。
【請求項４】
前記コントローラは、さらに、前記送気ポンプの出力を増大させることを特徴とする請求項３記載の燃料電池ユニット。
【請求項５】
前記コントローラは、前記液量センサにより検出される液量が前記第１の値よりも大きい第２の値を上回った場合に、前記燃料電池の発電動作を停止させることを特徴とする請求項３記載の燃料電池ユニット。
【請求項６】
前記コントローラは、前記液量センサにより検出される液量が第３の値を下回った場合に、前記冷却ファンの回転数を増加させることを特徴とする請求項２乃至５のいずれかに記載の燃料電池ユニット。
【請求項７】
前記コントローラは、さらに、前記送気ポンプの出力を低下させることを特徴とする請求項６記載の燃料電池ユニット。
【請求項８】
前記コントローラは、前記液量センサにより検出される液量が前記第３の値よりも小さい第４の値を下回った場合に、前記燃料電池の発電動作を停止させることを特徴とする請求項７記載の燃料電池ユニット。
【請求項９】
燃料電池と、燃料と前記燃料電池より送出される水蒸気から回収される水とを混合して前記燃料電池へ供給するための燃料水溶液を生成する混合タンクとを備えた燃料電池ユニットに適用される液量制御方法において、
前記混合タンク内の燃料水溶液の液量を液量センサにより検出し、
前記液量センサにより検出される液量が所定の範囲内に収まるように前記回収される水の回収量を制御することを特徴とする液量制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばダイレクトメタノール方式の燃料電池ユニットおよび液量制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池の方式には種々のものがあるが、情報処理装置に適するものとして、ダイレクトメタノール型燃料電池（ＤＭＦＣ： Direct Methanol Fuel Cell）が挙げられる。この種の燃料電池においては、希釈循環システムを採用しており、システム内で循環するのは低濃度のメタノール水溶液である。発電によるメタノールの消費に対しては高濃度のメタノールを補充し、水の消費に対しては化学反応により生成される水を回収することで補充を行っている。このため、補充される高濃度のメタノールと水とを混合してメタノール水溶液を生成するための混合タンクが備えられている。
【０００３】
水の回収方式としては、例えば燃料電池から送出される水蒸気を冷却ファンで冷却し凝縮して水を得る方式が採用される。この場合、外気温や冷却ファンの回転数などによって水の回収量が変化する。また、システム内では酸素を使用するために外気を取り込むことから、水の回収量は外気の湿度の影響も受ける。この結果、混合タンク内の液量が変化することになるが、混合タンクの容積には限りがあるため、液位が上がりすぎると溢れてしまう。逆に液位が下がりすぎると発電が正常に行えなくなってしまう。このため、液位が上がりすぎたり下がりすぎたりしないように制御する必要がある。また、そのような制御がもはや不可能となった場合には障害などが生じないように安全に対処することが必要である。
【０００４】
ところで、タンク内の燃料水溶液の液量を制御する技術としては、例えば特許文献１が挙げられる。この文献には、燃料タンク内の燃料温度を所定時間毎に温度計により計測し、液温が予め定めた値を超えた場合には水タンク内の純水を燃料タンクに供給し、下限値以下になった場合には予備燃料タンク内の液体燃料を燃料タンクに供給する制御方法が開示されている。
【特許文献１】特開平５−２５８７６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記文献の技術のように単なる液温に基づく制御では、液面レベルが上がりすぎたり下がりすぎたりしないように制御したり、制御が不可能となった場合に安全に対処することができない。
【０００６】
本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、混合タンク内の燃料水溶液の液量に応じて適切な処理を行うことができる燃料電池ユニット及び液量制御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】
【０００７】
本発明に係る燃料電池ユニットは、燃料電池と、燃料と前記燃料電池より送出される水蒸気から回収される水とを混合して前記燃料電池へ供給するための燃料水溶液を生成する混合タンクと、前記混合タンク内の燃料水溶液の液量を検出する液量センサと、前記液量センサの検出結果に基づき、前記混合タンク内の燃料水溶液の液量が所定の範囲内に収まるように前記回収される水の回収量を制御するコントローラとを具備することを特徴とする。
【０００８】
また、本発明に係る液量制御方法は、燃料電池と、燃料と前記燃料電池より送出される水蒸気から回収される水とを混合して前記燃料電池へ供給するための燃料水溶液を生成する混合タンクとを備えた燃料電池ユニットに適用される液量制御方法において、前記混合タンク内の燃料水溶液の液量を液量センサにより検出し、前記液量センサにより検出される液量が所定の範囲内に収まるように前記回収される水の回収量を制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、混合タンク内の燃料水溶液の液量に応じて適切な処理を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。  
図１は、本発明の一実施形態に係る燃料電池ユニットを示す外観図である。図１に示すように、この燃料電池ユニット１０は、情報処理装置、例えばノート型パーソナルコンピュータの後部を載置するための載置部１１と、燃料電池ユニット本体１２とから構成される。燃料電池ユニット本体１２には、電気化学反応で発電を行うＤＭＦＣスタックや、ＤＭＦＣスタックに対して燃料となるメタノールや空気を注入、循環させるための補機（ポンプやバルブ等）を内蔵している。
【００１１】
また、燃料電池ユニット本体１２のユニットケース１２ａ内部の例えば左端に、着脱可能な燃料カートリッジ（図示していない）が内蔵されており、この燃料カートリッジを交換できるように、カバー１２ｂは取り外し可能となっている。
【００１２】
載置部１１には情報処理装置が載置される。載置部１１の上面には、情報処理装置と接続するための接続部としてドッキングコネクタ１４が設けられている。一方、情報処理装置の例えば底面後部には、燃料電池ユニット１０と接続するための接続部としてドッキングコネクタ２１（図示していない）が設けられており、燃料電池ユニット１０のドッキングコネクタ１４と機械的、電気的に接続される。また、載置部１１上に三箇所の位置決め突起１５とフック１６が設けられており、対応して設けられた情報処理装置の底面後部の三箇所の穴に、位置決め突起１５とフック１６が挿入される。
【００１３】
情報処理装置を燃料電池ユニット１０から取り外す時は、図２に示した燃料電池ユニット１０のイジェクトボタン１７を押すことにより、ロック機構（図示していない）の解除が行われて、容易に取り外すことができる。
【００１４】
また、燃料電池ユニット本体１２の例えば右側面には、発電設定スイッチ１１２と燃料電池運転スイッチ１１６が設けられる。
【００１５】
発電設定スイッチ１１２は、燃料電池ユニット１０での発電を許可或いは禁止するためにユーザが予め設定するためのスイッチであり、例えばスライド型スイッチで構成される。
【００１６】
燃料電池運転スイッチ１１６は、例えば、燃料電池ユニット１０で発電される電力で情報処理装置１８が動作している時に、情報処理装置１８の動作は継続しつつ燃料電池ユニット１０での発電のみを停止させるような場合等に用いる。この場合、情報処理装置１８は内蔵された二次電池の電力を用いて動作を継続することになる。燃料電池運転スイッチ１１６は、例えばプッシュスイッチ等で構成される。
【００１７】
図２は、情報処理装置１８（例えば、ノート型パーソナルコンピュータ）を燃料電池ユニット１０の載置部１１の上に載置、接続した時の外観を示す図である。
【００１８】
なお、図１、図２に示した燃料電池ユニット１０の形状や大きさ、或いはドッキングコネクタ１４の形状や位置等は、種々の形態が考えられる。
【００１９】
図３は、燃料電池ユニット１０の系統図を示したものであり、特にＤＭＦＣスタックとその周辺に設けられた補機について細部の系統を示している。
【００２０】
燃料電池ユニット１０は、発電部４０と、燃料電池ユニット１０の制御部である燃料電池制御部４１とから構成される。燃料電池制御部４１は発電部４０の制御を行う他、情報処理装置１８との通信を行う通信制御部としての機能を有する。
【００２１】
発電部４０は、発電を行うための中心となるＤＭＦＣスタック４２を有する他、燃料となるメタノールを収納する燃料カートリッジ４３を有する。燃料カートリッジ４３には高濃度のメタノールが封入されている。燃料カートリッジ４３は、燃料を消費した時には容易に交換できるよう、着脱可能となっている。
【００２２】
また、一般に、ダイレクトメタノール型燃料電池においては、発電効率をあげるためにクロスオーバ現象を低減する必要がある。このために高濃度メタノールを希釈して低濃度化し、これを燃料極４７に注入することが有効である。この実現のため、燃料電池ユニット１０では、希釈循環システム６２を採用しており、発電部４０に希釈循環システム６２の実現に必要な補機６３を設ける。
【００２３】
補機６３には液体流路に設けられるものと気体流路に設けられるものがある。
【００２４】
液体流路に設けられる補機６３の接続関係は、燃料電池カートリッジ４３の出力部から燃料供給ポンプ４４が配管接続され、さらに燃料供給ポンプ４４の出力部から混合タンク４５に接続される。さらに、混合タンク４５の出力部は送液ポンプ４６に接続され、送液ポンプ４６の出力部はＤＭＦＣスタック４２の燃料極４７に接続される。燃料極４７の出力部は混合タンク４５に配管接続される。また、水回収タンク５５の出力部は水回収ポンプ５６に配管接続され、水回収ポンプは混合タンク４５へ接続される。
【００２５】
一方、気体流路においては、送気ポンプ５０が送気バルブ５１を介してＤＭＦＣスタック４２の空気極５２に接続される。空気極５２の出力部は凝縮器５３に接続される。また、混合タンク４５からも、混合タンクバルブ４８を介して凝縮器５３に接続される。凝縮器５３は排気バルブ５７を介して排気口５８に接続される。この凝縮器５３には、水蒸気を効果的に凝縮するフィンが備えられている。また、冷却ファン５４は凝縮器５３の近傍に配設される。
【００２６】
次に、燃料電池ユニット１０の発電部４０の発電メカニズムについて、燃料と空気（酸素）の流れに沿って説明する。
【００２７】
まず、燃料カートリッジ４３内の高濃度メタノールは、燃料供給ポンプ４４によって、混合タンク４５に流入する。混合タンク４５の内部で高濃度メタノールは、回収された水や燃料極４７からの低濃度メタノール（発電反応の残余分）等と混合されて希釈され、低濃度メタノールが生成される。低濃度メタノールの濃度は発電効率の高い濃度（例えば３〜６％）を保てるように制御される。この濃度制御は、例えば、濃度センサ６０の検出結果を基に、燃料電池制御部４１が燃料供給ポンプ４４によって混合タンク４５に供給される高濃度メタノールの量を制御することによって実現される。または、混合タンク４５に環流する水の量を水回収ポンプ５６等で制御することによって実現できる。
【００２８】
また、混合タンク４５には、混合タンク４５内のメタノール水溶液の液量を検出する液量センサ６１や、温度を検出する温度センサ６４が備えられており、これらの検出結果は燃料電池制御部４１に送られて発電部４０の制御などに使用される。
【００２９】
混合タンク４５で希釈されたメタノール水溶液は送液ポンプ４６で加圧されて、ＤＭＦＣスタック４２の燃料極（負極）４７に注入される。燃料極４７では、メタノールの酸化反応が行われることで電子が発生する。酸化反応で生成される水素イオン（Ｈ+）はＤＭＦＣスタック４２内の固体高分子電解質膜４２２を透過して空気極（正極）５２に達する。
【００３０】
一方、燃料極４７で行われる酸化反応によって生成される二酸化炭素は、反応に供されなかったメタノール水溶液とともに再び混合タンク４５に環流する。二酸化炭素は混合タンク４５内で気化し、混合タンクバルブ４８を介して、凝縮器５３へ向かい、最終的には排気バルブ５７を介して、排気口５８から外部へ排気される。
【００３１】
他方、空気（酸素）の流れは、吸気口４９から取り込まれ、送気ポンプ５０で加圧され、送気バルブ５１を介し空気極（正極）５２に注入される。空気極５２では、酸素（Ｏ2）の還元反応が進行し、外部の負荷からの電子（ｅ-）と、燃料極４７からの水素イオン（Ｈ+）と、酸素（Ｏ2）から水（Ｈ2Ｏ）が水蒸気として生成される。この水蒸気は空気極５２から排出され、凝縮器５３に入る。凝縮器５３では、冷却ファン５４によって水蒸気が冷却されて水（液体）となり、水回収タンク５５内に一時的に蓄積される。この回収された水は水回収ポンプ５６によって混合タンク４５へと環流し、高濃度メタノールを希釈するための希釈循環システム６２が構成される。
【００３２】
この希釈循環システム６２による燃料電池ユニット１０の発電メカニズムからわかるように、ＤＭＦＣスタック４２から電力が取り出す、即ち、発電を開始するために、各部のポンプ４４，４６，５０，５６やバルブ４８、５１、５７或いは冷却ファン５４等の補機６３を駆動させる。これによってメタノール水溶液と空気（酸素）がＤＭＦＣスタック４２内に注入されそこで電気化学反応が進行することによって電力が得られる。一方、発電を停止するには、これらの補機６３の駆動を停止することによる。
【００３３】
図４は、本発明に係る燃料電池ユニット１０が接続される情報処理装置１８のシステム構成を示したものである。
【００３４】
情報処理装置１８は、ＣＰＵ６５、主記憶６６、ディスプレイコントローラ６７、ディスプレイ６８、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）６９、キーボードコントローラ７０、ポインタデバイス７１、キーボード７２、ＦＤＤ７３、これら構成品間において信号を伝送するバス７４、バス７４を介して伝送される信号を変換するためのノースブリッジ７５、サウスブリッジ７６と呼ばれるデバイス等から構成される。また、情報処理装置１８の内部に電源部７９を設け、ここに二次電池８０として、例えばリチウムイオン電池を保有している。電源部７９は、制御部７７（以降、電源制御部７７と記載する）によって制御される。
【００３５】
燃料電池ユニット１０と情報処理装置１８との電気的インタフェースとして制御系インタフェースと電源系インタフェースとを設ける。制御系インタフェースは情報処理装置１８の電源制御部７７と燃料電池ユニット１０の制御部４１との間にて通信を行うために設けられるインタフェースである。制御系インタフェースを介して情報処理装置１８と燃料電池ユニット１０との間で行われる通信は、例えばＩ2Ｃバス７８といったシリアルバスを介して行われる。
【００３６】
電源系インタフェースは、燃料電池ユニット１０と情報処理装置１８との間における電力の授受のために設けられるインタフェースである。例えば、発電部４０のＤＭＦＣスタック４２で発電された電力が制御部４１（以降、燃料電池制御部４１と記載する）およびドッキングコネクタ１４、２１を介して情報処理装置１８に供給される。また、電源系インタフェースには、情報処理装置１８の電源部７９から、燃料電池ユニット１０内の補機６３等への電力供給８３もある。
【００３７】
なお、情報処理装置１８の電源部７９に対してＡＣアダプタ用コネクタ８１を介してＡＣ／ＤＣ変換された直流電源が供給され、これによって情報処理装置１８の動作、二次電池（リチウムイオン電池）８０の充電が可能である。
【００３８】
図５は、燃料電池ユニット１０の燃料電池制御部４１と、情報処理装置１８の電源部７９との、接続関係を示す構成例である。
【００３９】
燃料電池ユニット１０と情報処理装置１８とはドッキングコネクタ１４、２１によって機械的かつ電気的に接続される。ドッキングコネクタ１４、２１には、燃料電池ユニット１０のＤＭＦＣスタック４２で発電された電力を情報処理装置１８へ供給するための第一の電源端子（出力電源端子）９１および、情報処理装置１８から、燃料電池ユニット１０のマイクロコンピュータ９５にレギュレータ９４を介して電源を供給し、かつ補機用電源回路９７にスイッチ１０１を介して電源を供給するための第二の電源端子（補機用入力電源端子）９２を有する。また、情報処理装置１８からＥＥＰＲＯＭ９９へ電源供給するための第三の電源端子９２ａを有している。
【００４０】
さらに、ドッキングコネクタ１４、２１は情報処理装置１８の電源制御部７７と燃料電池ユニット１０のマイクロコンピュータ９５との通信や、書き込み可能な不揮発性メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）９９との通信、を行うための通信用入出力端子９３を有している。
【００４１】
次に、図５に示した接続図と、図６に示した燃料電池ユニット１０の状態遷移図とを用いて、燃料電池ユニット１０から情報処理装置１８へ、燃料電池ユニット１０に設けられるＤＭＦＣスタック４２の電力が供給されるまでの基本的な処理の流れを説明する。
【００４２】
なお、情報処理装置１８の二次電池（リチウムイオン電池）８０には所定の電力が充電されているものとする。また、図５の中のスイッチは全て開いているものとする。
【００４３】
まず、情報処理装置１８は、コネクタ接続検出部１１１から出力される信号に基いて、情報処理装置１８と燃料電池ユニット１０とが機械的および電気的に接続されたことを認識する。この認識は、コネクタ接続検出部１１１が例えばコネクタ接続検出部１１１へ入力される信号に基いて、ドッキングコネクタ１４、２１の接続によって燃料電池ユニット１０の内部で接地されることを検出することによって行われる。
【００４４】
また、情報処理装置１８の電源制御部７７は、燃料電池ユニット１０の発電設定スイッチ１１２の設定が発電許可設定であるか発電禁止設定であるかを認識する。例えば、発電設定スイッチ検出部１１３へ入力される信号に基いて、発電設定スイッチ検出部１１３が発電設定スイッチ１１２の設定状態に応じて接地状態であるか或いは解放状態であるか否かを検出する。発電設定スイッチ１１２が解放状態である場合は、電源制御部７７は発電禁止設定として認識する。
【００４５】
発電設定スイッチ１１２が発電禁止設定である状態は、図６の状態遷移図において「ストップステート（０）」ＳＴ１０に相当する状態である。
【００４６】
情報処理装置１８と燃料電池ユニット１０とがドッキングコネクタ１４、２１を介して機械的に接続されると、情報処理装置１８側から第三の電源端子９２ａを介して燃料電池制御部４１の記憶部である不揮発性メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）９９に電源が供給される。このＥＥＰＲＯＭ９９には、燃料電池ユニット１０の識別情報等が予め記憶される。識別情報には、例えば燃料電池ユニットの部品コードや製造シリアル番号、或いは定格出力などの情報を予め含ませることができる。また、このＥＥＰＲＯＭ９９は、例えば、Ｉ2Ｃバス９３といったシリアルバスに接続されており、ＥＥＰＲＯＭ９９に記憶されているデータはこのＥＥＰＲＯＭ９９に電源が供給されている状態において読み出し可能である。図５の構成では、電源制御部７７が通信用入出力端子９３を介してＥＥＰＲＯＭ９９の情報を読み出すことが可能である。
【００４７】
この状態においては、燃料電池ユニット１０は発電を行っておらず、また燃料電池ユニット１０の内部の状態は、ＥＥＰＲＯＭ９９の電源以外は電源が供給されていない状態である。
【００４８】
ここで、ユーザが発電設定スイッチ１１２の設定を発電許可設定に設定すると（図５では発電設定スイッチを接地状態側に設定する）、情報処理装置１８に設けられる電源制御部７７は、燃料電池ユニット１０に設けられるＥＥＰＲＯＭ９９に記憶された識別情報を読み出すことが可能となる。この状態が、図６の「ストップステート（１）」ＳＴ１１の状態である。
【００４９】
換言すると、ユーザが発電設定スイッチ１１２を発電許可設定に設定しない限り、即ち発電禁止設定の設定である限り、「ストップステート（０）」ＳＴ１０の状態であり、燃料電池ユニット１０における発電を禁止することが可能である。
【００５０】
なお、発電設定スイッチは、例えばスライドスイッチ等のように開または閉の状態をいずれか一方の状態に保持できるものが好ましい。
【００５１】
電源制御部７７による識別情報の読み出しは、Ｉ2Ｃバス７８といったシリアルバスを介して燃料電池ユニット１０に設けられるＥＥＰＲＯＭ９９に記憶されている燃料電池ユニット１０の識別情報を読み出すことによって行われる。
【００５２】
電源制御部７７が読み出された識別情報に基いて、情報処理装置１８に接続されている燃料電池ユニット１０が情報処理装置１８に適合した燃料電池ユニットであると判断した場合、図６の状態は、「ストップステート（１）」ＳＴ１１から「スタンバイステート」ＳＴ２０に遷移する。
【００５３】
具体的には、情報処理装置１８に設けられる電源制御部７７は、情報処理装置１８に設けられるスイッチ１００を閉じることによって、二次電池８０の電力を第１の電源端子９２を介して燃料電池ユニット１０へ供給し、レギュレータ９４を介してマイクロコンピュータ９５へ電源が供給される。
【００５４】
この「スタンバイステート」ＳＴ２０の状態では、燃料電池ユニット１０に設けられるスイッチ１０１は開いており、補機用電源回路９７には電源は供給されていない。従って、この状態において補機６３は動作していない。
【００５５】
しかしながら、マイクロコンピュータ９５は動作を開始しており、情報処理装置１８に設けられる電源制御部７７から、Ｉ2Ｃバス７８を介して各種の制御用コマンドを受信することが可能な状態である。また、マイクロコンピュータ９５は、燃料電池ユニット１０の電源情報を、Ｉ2Ｃバスを介して情報処理装置１８へ送信可能な状態である。
【００５６】
図７は、情報処理装置１８に設けられる電源制御部７７から、燃料電池制御部４１に設けられるマイクロコンピュータ９５に送られる制御用コマンドの一例を示した図である。
【００５７】
図８は、燃料電池制御部４１に設けられるマイクロコンピュータ９５から情報処理装置１８に設けられる電源制御部７７に送られる電源情報の一例を示した図である。
【００５８】
情報処理装置１８に設けられる電源制御部７７は、図８の電源情報のうち「ＤＭＦＣ運転状態」（図８の番号１）を読み取ることによって、燃料電池ユニット１０が「スタンバイステート」ＳＴ２０であること認識する。
【００５９】
この「スタンバイステート」ＳＴ２０の状態で、電源制御部７７が、図７に示した制御用コマンドのうち「ＤＭＦＣ運転ＯＮ要求」コマンド（発電開始コマンド）を燃料電池制御部４１に送ると、これを受信した燃料電池制御部４１は、燃料電池ユニット１０の状態を「ウォームアップステート」ＳＴ３０に移行させる。
【００６０】
具体的には、マイクロコンピュータ９５からの制御によって燃料電池制御部４１に設けられるスイッチ１０１を閉じて補機用電源回路９７に情報処理装置１８からの電源を供給する。併せて、マイクロコンピュータ９５から送信される補機用制御信号によって、発電部４０に設けられる補機６３、即ち、図４に示した各ポンプ４４、４６、５０、５６、バルブ４８、５１、５７及び冷却ファン５４等を駆動させる。さらにマイクロコンピュータ９５は、燃料電池制御部４１に設けられたスイッチ１０２を閉じる。
【００６１】
この結果、発電部４０に設けられるＤＭＦＣスタック４２に対してメタノール水溶液や空気が注入され、発電が開始される。また、ＤＭＦＣスタック４２による発電電力は、情報処理装置１８に供給が開始される。ただし、発電出力は、瞬時に定格値に達するわけではないため、定格値に達するまでの状態を「ウォームアップステート」ＳＴ３０と呼んでいる。
【００６２】
燃料電池制御部４１に設けられるマイクロコンピュータ９５は、例えばＤＭＦＣスタック４２の出力電圧およびＤＭＦＣスタック４２の温度をモニタすることにより、ＤＭＦＣスタック４２の出力が定格値に達したと判断すると、燃料電池ユニット１０に設けられるスイッチ１０１を開き、補機６３への電力供給源を情報処理装置１８からＤＭＦＣスタック４２に切り替える。この状態が「オンステート」ＳＴ４０である。
【００６３】
以上が「ストップステート」ＳＴ１０から「オンステート」ＳＴ４０への処理の流れの概要である。
【００６４】
以下、混合タンク４５内のメタノール水溶液の液量（もしくは液面レベル）の制御に関して説明する。  
図３において既に述べたように、混合タンク４５には、メタノール水溶液の液量を検出する液量センサ６１が設けられている。液量センサ６１による検出結果は、燃料電池制御部４１に伝えられるようになっている。燃料電池制御部４１は、液量センサ６１の検出結果に基づき、混合タンク４５内のメタノール水溶液の液量が所定の範囲内に収まるように、凝縮器５３及び水回収タンク５５を通じて回収される水の回収量（即ち、混合タンクに送り込まれる水の量）を制御する。例えば、冷却ファン５４の回転数の増減／停止や、送気ポンプ５０の出力の増減などを行うことにより、水の回収量を増減させる。
【００６５】
図９は、混合タンク４５内のメタノール水溶液の液量に応じた制御の種類を概略的に示す図である。図９に示されるように、メタノール水溶液の液面レベルに対して例えば４つの閾値「下限限界値」、「下限基準値」、「上限基準値」、及び「上限基準値」が設けられている。
【００６６】
液面レベルが「下限基準値」と「上限基準値」との間にある場合には、液量は適量であるとみなされ、液量をそのまま一定に保つ定常動作が続行される。
【００６７】
液面レベルが「上限基準値」を上回った場合には、混合タンク４５内のメタノール水溶液が余分にあるものとみなされ、その液量を減少させるための制御が行われる。この場合、燃料電池制御部４１は、冷却ファン５４の動作を停止させたり、場合によっては送気ポンプ５０の出力を増大させることによって水蒸気の外部への排出量を増加させたりすることにより（水飛ばしを行うことにより）、凝縮器５３における水蒸気の凝縮量を減少させ、水回収タンク５５における水の回収量を減少させる。
【００６８】
また、液面レベルが「上限限界値」を上回った場合には、メタノール水溶液が混合タンク４５から溢れる寸前の異常な状態であるものとみなされ、発電部（発電システム）４０の発電動作を停止させるための制御が行われる。
【００６９】
一方、液面レベルが「下限基準値」を下回った場合には、混合タンク４５内のメタノール水溶液が足りないものとみなされ、その液量を増加させるための制御が行われる。この場合、燃料電池制御部４１は、冷却ファン５４の回転数を最大にしたり、場合によってはＤＭＦＣスタック４２の出力電力を低下させたり、送気ポンプ５０の出力を低下させることにより、水の回収量を増加させる。
【００７０】
また、液面レベルが「下限限界値」を下回った場合には、メタノール水溶液が混合タンク４５から溢れる寸前の異常な状態であるものとみなされ、発電部（発電システム）４０の発電動作を停止させるための制御が行われる。
【００７１】
次に、図１０のフローチャートを参照して、燃料電池制御部４１による液量制御動作を説明する。  
いま、燃料電池ユニット１０内においては、ＤＭＦＣスタック４２が通常の発電動作をしている「オンステート」ＳＴ４０（図６参照）の状態にあり、燃料電池制御部４１は、液量センサ６１を通じて混合タンク４５内のメタノール水溶液の液面レベルを監視している（ステップＳ１）。
【００７２】
例えば、液面レベルが「下限基準値」と「上限基準値」との間にあることが検出された場合には、燃料電池制御部４１は、液量は適量であると判断し、液量をそのまま維持するために、「液量一定制御」を実行する（ステップＳ２）。この後、ステップＳ１の処理へと戻る。
【００７３】
また、液面レベルが「下限限界値」と「下限基準値」との間にあることが検出された場合には、燃料電池制御部４１は、混合タンク４５内のメタノール水溶液が足りないものと判断し、その液量を増加させるために、「液量増加制御」を実行する（ステップＳ３）。この後、ステップＳ１の処理へと戻る。
【００７４】
また、液面レベルが「下限限界値」を下回ったことが検出された場合には、燃料電池制御部４１は、混合タンク４５内のメタノール水溶液が空になる寸前の異常な状態であるものと判断し、発電部（発電システム）４０の発電動作を停止させる（ステップＳ５）。このような場合、燃料電池ユニットは、例えばメーカのサポート部門などに引き渡され、復帰のための処理が施される。
【００７５】
また、液面レベルが「下限基準値」と「上限基準値」との間にあることが検出された場合には、混合タンク４５内のメタノール水溶液が余分にあるものと判断し、その液量を減少させるために、「液量減少制御」を実行する（ステップＳ４）。この後、ステップＳ１の処理へと戻る。
【００７６】
液面レベルが「上限限界値」を上回ったことが検出された場合には、燃料電池制御部４１は、メタノール水溶液が混合タンク４５から溢れる寸前の異常な状態であるものと判断し、発電部（発電システム）４０の発電動作を停止させる（ステップＳ５）。このような場合、燃料電池ユニットは、例えばメーカのサポート部門などに引き渡され、復帰のための処理が施される。
【００７７】
ところで、燃料電池ユニット１０の揺れなどの原因となって、液面レベルが短時間に所定の閾値を頻繁に横切るような状況が生じると、制御に支障をきたす可能性がある。そのような事態を防ぐためには、例えば図１１に示されるように、個々の閾値を中心に一定の幅（許容範囲：「−α」〜「＋α」）をもたせ、例えば液面レベルが閾値を横切った時点から所定時間Ｔを計測する。なお、この時点で制御モードもしくは状態の切り替えも行われる。液面レベルが所定時間Ｔの間に上記許容範囲を逸脱しないのであれば現在の制御モードもしくは状態をそのまま維持し（切り替えず）、液面レベルが所定時間の間に許容範囲を逸脱したときや所定時間Ｔが経過したときに正しい制御モードもしくは状態への切り替えを実行する。
【００７８】
例えば、図１１中の曲線Ａ１や曲線Ａ２のように、閾値Ｒを通過した後の液面レベルが所定時間Ｔの経過前に許容範囲を逸脱した場合には、その時点で正しいモードもしくは状態への切り替えを実行する。一方、曲線Ａ３のように液面レベルが所定時間Ｔの経過前に許容範囲を逸脱しなければ、所定時間Ｔが経過するまでは制御モードもしくは状態の切り替えを実行しない。但し、所定時間Ｔが経過した後は、通常通りに正しい制御モードもしくは状態への切り替えを実行する。
【００７９】
このように本実施形態によれば、混合タンク内の燃料水溶液の液面レベルが上がりすぎたり下がりすぎたりしないように制御したり、制御が不可能となった場合に安全に対処することができる。
【００８０】
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】本発明の一実施形態に係る燃料電池ユニットを示す外観図。
【図２】上記燃料電池ユニットに情報処理装置を接続した状態を示す外観図。
【図３】上記燃料電池ユニットの発電部の構成を主に示す系統図。
【図４】上記燃料電池ユニットに上記情報処理装置を接続した状態を示す系統図。
【図５】上記燃料電池ユニット及び上記情報処理装置の構成を示す系統図。
【図６】上記燃料電池ユニット及び上記情報処理装置の状態遷移図。
【図７】上記燃料電池ユニットに対する主な制御用コマンドを示す図。
【図８】上記燃料電池ユニットの主な電源情報を示す図。
【図９】図３中に示される混合タンク内のメタノール水溶液の液量に応じた制御の種類を概略的に示す図。
【図１０】図３中に示される燃料電池制御部による液量制御動作を示すフローチャート。
【図１１】閾値に幅をもたせる手法を説明するための図。
【符号の説明】
【００８２】
１０…燃料電池ユニット、１１…載置部、１２…燃料電池ユニット本体、１４…ドッキングコネクタ、４０…発電部、４１…燃料電池制御部、４２…ＤＭＦＣスタック、４３…燃料カートリッジ、４４…燃料供給ポンプ、４５…混合タンク、４６…送液ポンプ、４７…燃料極（負極）、４８…混合タンクバルブ、５０…送気ポンプ、５１…送気ポンプ、５２…空気極（正極）、５３…凝縮器、５４…冷却ファン、５５…水回収タンク、５６…水回収ポンプ、５７…排気バルブ、５８…排気口、６０…濃度センサ、６１…液量センサ、６２…希釈循環システム、６３…補機、６４…温度センサ。
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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