(57)【要約】【課題】スタックの出力電圧を回復させると共に、メタノールガスの排出量を少なくすること。【解決手段】  ＭＣＵ２６は、ブロックの出力電圧が低下したら、放電スイッチ部２８内の対応する放電スイッチをオンにし、ブロックの出力電圧を０Ｖ以上０．１Ｖ以下にする。ＭＣＵ２６は、スタック２１の発電時間が設定時間を超えたら、放電スイッチ部２８内の放電スイッチを順次オンにし、ブロックの出力電圧を０Ｖ以上０．１Ｖ以下にする。【選択図】    図４
2011119035.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料にメタノールを用いるダイレクトメタノール型燃料電池であって、
電解質膜の一方の側に配置され、アノード触媒を含み、燃料が供給されるとともに前記アノード触媒によって促進される化学反応によって生じる気体が排出される燃料極と、前記電解質膜の他方の側に配置され、カソード触媒を含み、空気が供給される酸化剤極とを具備して電力を出力するセルを複数有するブロックを複数具備し、第１負荷が接続されるスタックと、
接続指示に応じて当該接続指示に対応する前記複数のブロック内の一つのブロックに前記第１負荷より負荷が高い第２負荷を接続し、解除指示に応じて当該一つのブロックと前記第２負荷との接続を解除する接続部と、
前記複数のブロックのそれぞれの出力電圧値を検出する電圧値検出手段と、
前記電圧値検出手段によって検出されたそれぞれの出力電圧値に基づいて、前記複数のブロックのそれぞれのブロックについて前記第２負荷と接続する出力回復処理を行うかを判別する第１判別手段と、
前記第１判定手段によって前記出力回復処理を行うと判別された一つのブロックに対応する前記接続指示を前記接続部に送信し、当該一つのブロックの出力電圧値が当該一つのブロック内の酸化剤極に酸素が不足する状態になる電圧値になった後に前記解除指示を前記接続部に送信する出力回復処理制御手段と、
を具備することを特徴とするダイレクトメタノール型燃料電池。
【請求項２】
前記第１判別手段は、前記複数のブロックの内の一つのブロックに対して直近の前記出力回復処理が行われた後の当該一つのブロックの第１出力電圧値を当該一つのブロックを構成するセルの数で除した第１電圧平均値、当該第１出力電圧値が測定された後の当該一つのブロックの第２出力電圧値を当該一つのブロックを構成するセルの数で除した第２電圧平均値、および前記第１出力電圧値が測定されてから前記第２出力電圧値が測定されてからの時間に基づいて算出される単位時間あたりの電圧低下率が、前記出力回復処理によって前記一つのブロックから出力される電力の電圧値を上昇させることができる範囲内で設定された値以下の場合に当該一つのブロックに前記出力回復処理を行うと判定することを特徴とする請求項１に記載のダイレクトメタノール型燃料電池。
【請求項３】
前記スタックの直近の前記出力回復処理が行われてからの運転時間に基づいて前記複数のブロックに対して前記出力回復処理を行うかを判別する第２判別手段を更に具備し、
前記出力回復処理制御手段は、前記判別手段によって前記出力回復処理を行うと判別された場合に、前記スタックの内の一つのブロックに対応する前記接続指示を前記接続部に送信し、当該一つのブロックの出力電圧値が当該一つのブロックの出力電圧値が当該一つのブロック内の酸化剤極に酸素が不足する状態になる電圧値になった後に前記解除指示を前記放電部に送信する処理を前記スタックの内の各ブロックに対して順次実施する、
ことを特徴とする請求項１に記載のダイレクトメタノール型燃料電池。
【請求項４】
前記スタックの端部のブロックが有するセルの数は、前記スタックの端部以外のブロックが有するセルの数より少ないことを特徴とする請求項１に記載のダイレクトメタノール型燃料電池。
【請求項５】
ダイレクトメタノール型の複数枚のセルを有するブロックを複数具備するスタックと、
指示に応じて前記複数のブロック内の一つのブロックと負荷との接続と非接続とを切り替える接続部と、
前記複数のブロックのそれぞれの出力電圧値を検出する電圧値検出手段と、前記電圧値検出手段によって検出されたそれぞれの出力電圧値に基づいて、複数のブロックのそれぞれについて出力回復処理を行うかを判別する第１判別手段と、
前記第１判別手段によって前記出力回復処理を行う判別された一つのブロックに対して前記負荷を接続するための指示を前記接続部に送信し、当該一つのブロックの出力電圧値が０Ｖ以上の設定電圧値以下になった後に前記負荷の接続を停止するための指示を前記接続部に送信する制御手段と、
を具備することを特徴とするダイレクトメタノール型燃料電池。
【請求項６】
電解質膜の一方の側に配置され、アノード触媒を含み、メタノールを含む燃料が供給されるとともに前記アノード触媒によって促進される化学反応によって生じる気体が排出される燃料極と、前記電解質膜の他方の側に配置され、カソード触媒を含み、空気が供給される酸化剤極とを具備して電力を出力するセルを複数有するブロックを複数具備し、第１負荷が接続されるスタックと、接続指示に応じて当該接続指示に対応する前記複数のブロック内の一つのブロックに前記第１負荷より負荷が高い第２負荷を接続し、解除指示に応じて当該一つのブロックと前記第２負荷との接続を解除する接続部と、前記複数のブロックのそれぞれの出力電圧値を検出する電圧値検出手段と、前記電圧値検出手段によって検出されたそれぞれの出力電圧値に基づいて、複数のブロックのそれぞれのブロックについて前記第２負荷とを接続する出力回復処理を行うかを判別する第１判別手段と、前記第１判別手段によって前記出力回復処理を行うと判別された一つのブロックに対応する前記接続指示を前記接続部に送信し、当該一つのブロックの出力電圧値が当該一つのブロック内の酸化剤極に酸素が不足する状態になる電圧値になった後に前記解除指示を前記接続部に送信する出力回復処理制御手段とを有するダイレクトメタノール型燃料電池と、
を具備することを特徴とする電子機器
【請求項７】
前記第１判別手段は、前記複数のブロックの内の一つのブロックに対して直近の前記出力回復処理が行われた後の当該一つのブロックの第１出力電圧値を当該一つのブロックを構成するセルの数で除した第１電圧平均値、当該第１出力電圧値が測定された後の当該一つのブロックの第２出力電圧値を当該一つのブロックを構成するセルの数で除した第２電圧平均値、および前記第１出力電圧値が測定されてから前記第２出力電圧値が測定されてからの時間に基づいて算出される単位時間あたりの電圧低下率が、前記出力回復処理によって前記一つのブロックから出力される電力の電圧値を上昇させることができる範囲内で設定された値以下の場合に当該一つのブロックに前記出力回復処理を行うと判定することを特徴とする請求項６に記載の電子機器。
【請求項８】
前記ダイレクトメタノール型燃料電池は、
前記スタックの直近の前記出力回復処理が行われてからの運転時間に基づいて前記複数のブロックに対して前記出力回復処理を行うかを判別する第２判別手段を更に具備し、
前記出力回復処理制御手段は、前記第２判別手段によって前記出力回復処理を行うと判別された場合に、前記スタックの内の一つのブロックに対応する前記接続指示を前記接続部に送信し、当該一つのブロックの出力電圧値が当該一つのブロック内の酸化剤極に酸素が不足する状態になる電圧値になった後に前記解除指示を前記放電部に送信する処理を前記スタックの内の各ブロックに対して順次実施する、
ことを特徴とする請求項６に記載の電子機器。
【請求項９】
前記スタックの端部のブロックが有するセルの数は、前記スタックの端部以外のブロックが有するセルの数より少ないことを特徴とする請求項６に記載の電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、出力電圧を回復させるダイレクトメタノール型燃料電池および電子機器および情報処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ダイレクトメタノール型燃料電池では、セルと言われる発電の最小単位を電気的に直列に配置させ、スタックを形成する。燃料にはメタノール水及び空気を使用する。直列に配置されているセルに燃料を分配する構造を取る。セルは、供給された燃料を用いて発電を行う。発電に伴うセルの発熱をファンを用いてセルを空冷することによって、メタノール型燃料電池の最適の温度に制御させる。電力は通常スタックを構成するセルの両端にある集電板を負荷へつなぐことによって供給される。
【０００３】
上記のようなしくみによりに発電を行う燃料電池であるが、空気を燃料とするセルのカソード側といわれる部分においては発電時間が増えるにつれ、空気を燃料とすることが原因でカソード側の化学反応を担うＰｔ（白金）表面が酸化物により覆われ、カソード側の化学反応速度が低下し、スタック全体として出力が低下してしまうことがわかっている。
【０００４】
そのために燃料の供給及び発電を停止させ、その後燃料の供給及び発電を開始する方法が有効であるとし、この方法では燃料電池の発電を停止させてしまうことことはもちろんのこと、発電再開時には非常に多くのメタノールガスが排出されることがわかっており、安全性の観点から選択できないのが現状である。
【０００５】
そこで、スタックの出力電圧を回復させる手法が特許文献１に開示されている。この手法は、セルにかかっている負荷を一時的に上げ、もとの負荷に戻すという方法であり、この方法を用いればカソードの電位を所望の電位にまで下げることができ、カソード側のＰｔ表面を清浄な本来の表面へ戻すことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−２４３６０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
この上記公知の技術においてはスタック全体に対し、高負荷を適用させており、メタノールガスの排出量が人間の匂いの閾値となる濃度（３３ｐｐｍ）以上排出されていることが確認された。
【０００８】
本発明の目的は、スタックの出力電圧を回復させると共に、メタノールガスの排出量を少なくすることが可能なダイレクトメタノール型燃料電池および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】
【０００９】
本発明の一例に係わる、燃料にメタノールを用いるダイレクトメタノール型燃料電池であって、電解質膜の一方の側に配置され、アノード触媒を含み、燃料が供給されるとともに前記アノード触媒によって促進される化学反応によって生じる気体が排出される燃料極と、前記電解質膜の他方の側に配置され、カソード触媒を含み、空気が供給される酸化剤極とを具備して電力を出力するセルを複数有するブロックを複数具備し、第１負荷が接続されるスタックと、接続指示に応じて当該接続指示に対応する前記複数のブロック内の一つのブロックに前記第１負荷より負荷が高い第２負荷を接続し、解除指示に応じて当該一つのブロックと前記第２負荷との接続を解除する接続部と、前記複数のブロックのそれぞれの出力電圧値を検出する電圧値検出手段と、前記電圧値検出手段によって検出されたそれぞれの出力電圧値に基づいて、前記複数のブロックのそれぞれのブロックについて前記第２負荷と接続する出力回復処理を行うかを判別する第１判別手段と、前記第１判定手段によって前記出力回復処理を行うと判別された一つのブロックに対応する前記接続指示を前記接続部に送信し、当該一つのブロックの出力電圧値が当該一つのブロック内の酸化剤極に酸素が不足する状態になる電圧値になった後に前記解除指示を前記接続部に送信する出力回復処理制御手段と、具備することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、スタックの出力電圧を回復させると共に、メタノールガスの排出量を少なくすることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態に係わる電子機器の構成を示すブロック図。
【図２】本発明の一実施形態に係わるダイレクトメタノール型燃料電池のスタックの構成を示す斜視図。
【図３】本発明の一実施形態に係わるセルの構成を示す図。
【図４】本発明の一実施形態に係わるダイレクトメタノール型燃料電池の構成を示すブロック図。
【図５】本発明の一実施形態に係わるダイレクトメタノール型燃料電池における処理の手順を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の実施の形態を以下に図面を参照して説明する。  
図１は、本発明の一実施形態に係わる電子機器の構成を示すブロック図である。  
この電子機器１０は、例えば、パーソナルコンピュータ、ＰＤＡ、ＡＶプレーヤ、のような携帯型機器であり、内蔵電池および燃料電池によって駆動可能に構成されている。内蔵電池としては、二次電池から構成されるバッテリ１１が用いられる。なお、燃料電池は、内蔵されずに外部機器として電子機器本体に接続される構成であっても良い。
【００１３】
電子機器１０の本体内には、バッテリ１１に加え、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路１２、結合回路１３、電源制御部１４および負荷回路（第１負荷）１５が設けられている。ＤＣ／ＤＣコンバータ回路１２は、バッテリ１１から負荷回路１５に供給すべき電力を生成するスイッチング電源回路であり、例えば降圧型スイッチングレギュレータなどから構成されている。電子機器１０の本体内には、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路１２および燃料電池２０の出力を結合して負荷回路１５に供給する結合回路１３が設けられている。
【００１４】
ＤＣ／ＤＣコンバータ回路１２は、負荷回路１５に電力を供給する放電モードと、燃料電池２０の電力を用いてバッテリ１１を充電する充電モードとを有する。放電モードにおいては、デューティ比が変化する固定周波数パルス幅変調信号（ＰＷＭ信号）を用いてスイッチング素子がスイッチング制御される。
【００１５】
負荷回路１５は、例えば、ＣＰＵ、またはＩ／Ｏデバイス等などであり、処理状況に応じて消費電力が変化する。
【００１６】
電源制御部１４は、負荷回路１５の動作状態を監視する。電源制御部１４は、負荷回路１５の消費電力が燃料電池２０の出力電力以上の場合に、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路１２に放電モードを設定する。また、電源制御部１４は、負荷回路１５の消費電力が燃料電池２０の出力電力より低く電力が余る場合に、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路１２に充電モードを設定する。
【００１７】
燃料電池２０は、燃料電池スタック２１およびＤＣ／ＤＣコンバータ回路２２等を有する。ＤＣ／ＤＣコンバータ回路２２は、入力電流の電流値または燃料電池スタック２２の出力電流値を一定に制御する。
【００１８】
図２は、本発明の一実施形態に係わるダイレクトメタノール型燃料電池のスタックの構成を示す斜視図である。  
セル２１１と言われる発電の最小単位を電気的に直列に配置させ、スタック２１を形成する。燃料にはメタノール水及び空気を使用する。直列に配置されているセル２１１に燃料を分配する構造を取る。セル２１１は、供給された燃料を用いて発電を行う。発電に伴うセルの発熱をファン２１２を用いてセル２１１を空冷することによって、セルの温度を最適の温度に制御する。電力は通常スタックを構成するセルの両端にある集電板を負荷へつなぐことによって供給される。
【００１９】
スタック２１は、セル２１１をある枚数ずつまとめたブロック２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄ，２１Ｅを直列に接続することによって構成されている。  
ブロック２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄ，２１Ｅには以下の制限の中で、セルの素性に合わせ任意に設計される。
【００２０】
１．セルを複数枚まとめたブロックとはセルが２枚以上かつ、（スタックを構成する全セル数）−（２）枚未満の集合セルのことを示す。
【００２１】
２．ブロックはすべて同一の枚数のセルで構成される必要はなく、１で示した制約条件の中であれば任意の枚数のセルでブロックを構成してもよい。
【００２２】
次に、図３を参照してセルの構成を説明する。  
セル２１１は、電解質膜２１１Ａと、アノード触媒を含み電解質膜２１１Ａの一方の側に配置され液体燃料が供給されるとともに前記アノード触媒によって促進される化学反応によって生じる気体が排出される燃料極２１１Ｂと、カソード触媒を含み電解質膜の他方の側に配置され空気が供給される酸化剤極２１１Ｃと、を含んでおり、液体燃料として例えばメタノール（CH3OH）を水（H2O）で数％〜数十％に希釈したメタノール水溶液を使用し電力を発生させる。電解質膜２１１Ａは例えばプロトン導電性を有した高分子膜より構成されていて、燃料極２１１Ｂは触媒として例えば主にプラチナ（Pt）及びルテニウム（Ru）を含んでおり、さらに酸化剤極２１１Ｃは触媒として例えば主にプラチナ（Pt）を含んでいる。
【００２３】
酸化剤極２１１Ｃは大気に連通した図示しない空気供給路及び排水路を含んでいて、酸化剤極２１１Ｃには空気供給路を介して拡散や対流等により自然に空気２２が供給される。
【００２４】
燃料極２１１Ｂに供給された液体燃料は、燃料極２１１Ｂに含まれる触媒（例えば、主にプラチナ（Pt）及びルテニウム（Ru））により以下のように反応して二酸化炭素（CO2）と水素イオン（H+）と電子（e-）を放出する。
【００２５】
CH3OH+H2O→CO2+6H++6e-
水素イオン（H+）は電解質膜２１１Ａを燃料極２１１Ｂ側から酸化剤極２１１Ｃ側へと透過し、酸化剤極２１１Ｃに含まれる触媒（例えばプラチナ（Pt））により水素イオン（H+）は空気供給路により酸化剤極２１１Ｃに供給された空気中の酸素（O2）と以下のように反応して水（H2O）となる。
【００２６】
3/2O2+6H++6e-→3H2O
電子（e-）がアノードから外部に流出されることにより所定の電力が発生する。
【００２７】
酸化剤極２１１Ｃに生じた水は、図示されていない排水路によりセル２１１の外部に排出され、そのままにされるか又は液体燃料が格納される液体燃料タンクに戻される。
【００２８】
燃料極２１１Ｂに生じた二酸化炭素（CO2）は、燃料極２１１Ｂにおいて未反応な液体燃料とともに、セル２１１の外部に排出される。
【００２９】
燃料電池は、運転時間の経過とともに徐々に出力が低下するという問題を有している。そしてこの問題は種々の原因により生じると考えられているが、これらの原因のなかで比較的短い期間に確実に生じるのが酸化剤極２１１Ｃにおける触媒の酸化である。この周期は、燃料電池の種類や性能により異なる。
【００３０】
本実施形態の燃料電池では、スタック２１内のブロック２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，…から発生する電力が所定の基準値よりも低下した場合及び所定の時間間隔の少なくともいずれか一方で燃料電池の負荷を増加させる。より詳細には、ブロック２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，…から発生する電力を放電部２３に供給することにより負荷を増加させる。放電部２３の抵抗を接続することにより、負荷電流を増加させてブロック１２が発生する起電圧を所定の電圧よりも低下させることにより負荷を増加させる。
【００３１】
図４は、本発明の一実施形態に係わるダイレクトメタノール型燃料電池の構成を示すブロック図である。  
図４に示すように、スタック２１、放電部２３、電圧検出部２４、Ａ／Ｄ変換回路２５、ＭＣＵ（micro-controller unit）２６、マルチプレクサ２７、および放電スイッチ部２８等を備えている。
【００３２】
スタック２１は、複数のブロック２１Ａ，２１Ｂ，…を有する。それぞれのブロック２１Ａ，２１Ｂ，…は、複数のセル２１１を有する。ブロック２１Ａ，２１Ｂ，…を構成するセル２１１の枚数は、ブロックごとに異なっていても良い。
【００３３】
放電部２３は、複数の放電回路２３Ａ，２３Ｂ，…を有する。各放電回路２３Ａ，２３Ｂ，…は、直列接続された負荷回路１５より負荷が高い抵抗（第２負荷）とスイッチとを有する。抵抗とスイッチは、ブロックに対して並列に接続されている。それぞれの放電回路２３Ａ，２３Ｂ，…は、対応するブロック２１Ａ，２１Ｂ，…に負荷を与え、ブロック２１Ａ，２１Ｂ，…の出力電圧値を急激に減少させる。
【００３４】
電圧検出部２４は、複数の電圧検出回路２４Ａ，２４Ｂ，…を有する。それぞれの電圧検出回路２４Ａ，２４Ｂ，…は、対応するブロック２１Ａ，２１Ｂ，…の出力電圧値を検出する。それぞれの電圧検出回路２４Ａ，２４Ｂ，…は、検出した電圧値をアナログ信号として出力する。
【００３５】
Ａ／Ｄ変換回路２５は、電圧検出回路２４Ａ，２４Ｂ，…によって検出された電圧値をデジタル信号に変換する。Ａ／Ｄ変換回路２５は、変換したデジタル信号をＭＣＵ２６に出力する。
【００３６】
ＭＣＵ２６は、それぞれのブロック２１Ａ，２１Ｂ，…の出力電圧値を監視する。ＭＣＵ２６は、ブロック２１Ａ，２１Ｂ，…のそれぞれの出力電圧値に基づいて後述する低下した出力電圧を回復させる出力回復処理を行うかを判断する。また、ＭＣＵ２６は、スタック２１の運転時間が所定の時間を経過したかの判定を行う。ＭＣＵ２６は、ブロックの出力電圧値の低下が認められた場合、またはスタック２１の運転時間が設定運転を超えた場合、マルチプレクサ２７に対して対応するブロックに対する放電スイッチをオンにするように命令するために接続指示を放電スイッチ部２８に送信する。マルチプレクサ２７は、放電スイッチ部２８の放電スイッチ２８Ａ，２８Ｂ，…の内から命令された放電スイッチのみをオンにする操作を行うことによって出力回復処理を実施する。
【００３７】
この放電スイッチがオン状態の間も常にセル、ブロック電圧はＭＣＵ２６により監視される。ＭＣＵ２６は、ブロックの出力電圧が、ブロック内の酸化剤極に酸素が不足する状態になる電圧値以下、例えば０Ｖ以上０．１Ｖ以下となるまで放電スイッチがオン状態を継続するよう制御する。この状態に至るとＭＣＵ２６は放電スイッチをオフにするために解除指示を放電スイッチ部２８に送信することによって、通常負荷状態に戻し、出力回復処理を終了させる。ブロックの出力電圧が０Ｖ以上０．１Ｖ以下になる状態を一定時間維持した後に、出力回復処理を終了させても良い。
【００３８】
複数のブロックに対して同時に出力回復処理を実施するとメタノールガスの排出量が多くなるので、一つのブロックごとに出力回復処理を実施させることが重要である。複数のブロックに対して出力回復処理を行う順序は、セルの特性で変わるので任意に設定できることとする。特に指定がない場合はスタックの端(アノード、カソードどちらの端でもよい)より順にブロックごと行うこととする。
【００３９】
出力回復処理を実行するタイミングは、基本的にスタック全体の発電時間をトリガとし、定期的に実施するのが妥当であり、現状ではおおよそ１時間程度がよいがセルの素性に合わせてその時間は変更可能である。
【００４０】
さらに、燃料電池運転中にあるブロックの現在の電圧平均値Ｖ（＝ブロックの全電圧／ブロックを構成するセルの枚数）、直近に行われた定期的出力回復処理実行直後の同ブロックの電圧平均値の最高値Ｖmax、および定期的出力回復処理実行してからの発電時間Ｈ（hour）に基づいて、単位時間あたりの電圧低下率を演算する。なお、単位時間あたりの電圧低下率は、｛（Ｖ−Ｖmax）／Ｖmax／Ｈ｝×１００［％／hour］によって演算される。そして、演算された電圧低下率が出力回復処理によって出力される電力の電圧値を上昇させることができなくなる状態を示す電圧低下率になる前に出力回復処理を実行することで、空気中の酸化物がカソードに侵入した場合も対応することとする。
【００４１】
例えば、演算された電圧低下率が予め設定された電圧低下率（例えば、−５％／hour運転）以下の低下率を示した時はそのブロックに対し、定期的な出力回復処理実行タイミングを待つことなく、即座に出力回復手段を実行することで、空気中の酸化物がカソードに侵入した場合も対応することとする。なお、−５％／hourという値は、ダイレクトメタノール型燃料電池の現在の触媒の自然劣化（酸化）特性により決まっている値であり、出力電圧を回復することが可能な数値範囲内である。
【００４２】
次に、図５のフローチャートを参照して出力回復処理の手順を説明する。  
先ず、最初のブロックを選択する（ステップＳ１１）。最初のブロックとは例えばスタックの端(アノード、カソードどちらの端でもよい)のブロックである。そして、選択されたブロックの電圧平均値Ｖ（＝ブロックの全電圧／ブロックを構成する枚数）を演算する（ステップＳ１２）。そして、ブロックの電圧平均値Ｖ、直近に行われた定期的出力回復処理実行直後の同ブロックの電圧平均値の最高値Ｖmax、および定期的出力回復処理実行してからの発電時間Ｈ（hour）に基づいて、選択されたブロックの電圧平均値の単位時間あたりの低下率を演算する（ステップＳ１３）。演算された低下率が−５％/hour以下であるかを判別する（ステップＳ１４）。低下率が−５％/hour以下であると判別されなかった場合（ステップＳ１４のＮｏ）、ステップＳ１４において低下率の判別を行ったブロックが最後のブロックであるかを判別する（ステップＳ１５）。最後のブロックとは、ステップＳ１１で選択されたブロックの逆側の端のブロックのことである。最後のブロックではないと判別された場合（ステップＳ１５のＮｏ）、次のブロックを選択する（ステップＳ１６）。次のブロックとは、ステップＳ１４において低下率の判別を行ったブロックの隣で、未だ選択されていないブロックである。そして、選択後、ステップＳ１２〜Ｓ１５の処理を順次実行する。
【００４３】
ステップＳ１４において低下率が−５％/hour以下であると判別された場合（ステップＳ１４のＹｅｓ）、低下率が−５％/hour以下であると判別されたブロックに対して出力回復処理を実行する（ステップＳ２１）。出力回復処理実行後、ブロックの電圧が回復したかを判別する（ステップＳ２２）。電圧が回復していないと判別された場合（ステップＳ２２のＮｏ）、スタックの発電を中止する（ステップＳ２３）。電圧が回復したと判別された場合（ステップＳ２２のＹｅｓ）、ステップＳ１１の処理を順次実行する。
【００４４】
ステップＳ１５において最後のブロックであると判別された場合（ステップＳ１５のＹｅｓ）、スタックの発電時間が設定時間（例えば、１時間）を超えたかを判別する（ステップＳ３１）。スタックの発電時間が設定時間を超えていないと判別された場合（ステップＳ３１のＮｏ）、ステップＳ１１からの処理を順次実行する。
【００４５】
スタックの発電時間が設定時間を超えたと判別された場合（ステップＳ３１のＹｅｓ）、最初のブロックを選択する（ステップＳ３２）。最初のブロックとは例えばスタックの端(アノード、カソードどちらの端でもよい)のブロックである。そして、選択されたブロックに対して出力回復処理を実行する（ステップＳ３３）。
【００４６】
ステップＳ３３において出力回復処理を行ったブロックが最後のブロックであるかを判別する（ステップＳ３４）。最後のブロックとは、ステップＳ３２で選択されたブロックの逆側の端のブロックのことである。最後のブロックではないと判別された場合（ステップＳ３４のＮｏ）、次のブロックを選択する（ステップＳ３５）。次のブロックとは、ステップＳ１４において低下率の判別を行ったブロックの隣で、未だ選択されていないブロックである。そして、選択後、ステップＳ３３，Ｓ３４の処理を順次実行する。最後のブロックであると判別された場合（ステップＳ３４のＹｅｓ）、各ブロックの出力電圧が回復したかを判別する（ステップＳ３６）。出力電圧が回復したと判別された場合（ステップＳ３６のＹｅｓ）、ステップＳ１１の処理を順次実行する。出力電圧が回復しないブロックがあると判別された場合（ステップＳ３６のＮｏ）、スタックの発電処理を中止する。
【００４７】
以上の処理によって、ブロックの出力電圧が低下した場合に電圧回復処理を行って出力電圧の回復を行うことができる。ブロックの出力電圧が低下した場合に電圧回復処理は、一つのブロックに対して行われるので、メタノールガスの排出量を人間の匂いの閾値となる濃度（３３ｐｐｍ）より低くすることができる。また、スタックの運転時間が設定時間を超えた場合に、一つのブロックごとに電圧回復処理を行うことによって、ブロックの出力電圧の低下を抑制すると共に、メタノールガスの排出量を人間の匂いの閾値となる濃度（３３ｐｐｍ）より低くすることができる。また、電圧回復処理が一つのブロックごとに行われるので、燃料電池の使用中に燃料電池の発電が停止することがない。
【００４８】
また、複数のブロックに対して電圧回復処理を同時に行うのではなく、一つブロック単位で電圧回復処理を行うことで、電圧回復処理時に発生する熱量を抑えることができる。その結果、スタック全体の電圧回復処理を行う場合に比べ冷却性能が低いファンを用いることができる。
【００４９】
なお、スタックの端のブロックのセルは酸化しやすいので、端のブロックのセルの枚数を他のブロックより少なくなるように設計することが好ましい。
【００５０】
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。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。
【符号の説明】
【００５１】
２１…スタック，２１Ａ，１Ｂ…ブロック，２３…放電部，２３Ａ，３Ｂ…放電回路，２４…電圧検出部，２４Ａ，２４Ｂ…電圧検出回路，２５…Ａ／Ｄ変換回路，２６…ＭＣＵ，２７…マルチプレクサ，２８…放電スイッチ部，２８Ａ，２８Ｂ…放電スイッチ，２１１…セル。
【図１】
2011119035.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2011119035.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成23年4月4日(2011.4.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料極と、酸化剤極とを具備するセルを有するブロックを複数具備したスタックと、
前記複数のブロックのそれぞれの出力電圧値を検出する電圧値検出手段と、
前記電圧値検出手段によって検出された前記複数のブロック内の一つのブロックの出力電圧値に基づいて算出される単位時間あたりの電圧低下率が予め設定された値以下の場合に、当該一つのブロックの負荷を増加させる第１の処理と、当該一つのブロックの出力電圧値が予め設定された設定電圧値以下になった場合に当該一つのブロックの負荷を戻す第２の処理とを、一つのブロックごとに実行する負荷制御手段と、
を具備することを特徴とするダイレクトメタノール型燃料電池。
【請求項２】
前記単位時間あたりの電圧低下率は、前記複数のブロックの内の一つのブロックに対して直近の前記第２の処理が行われた後の当該一つのブロックの第１出力電圧値を当該一つのブロックを構成するセルの数で除した第１電圧平均値、当該第１出力電圧値が測定された後の当該一つのブロックの第２出力電圧値を当該一つのブロックを構成するセルの数で除した第２電圧平均値、および前記第１出力電圧値が測定されてから前記第２出力電圧値が測定されてからの時間に基づいて算出されることを特徴とする請求項１に記載のダイレクトメタノール型燃料電池。
【請求項３】
前記スタックの直近の前記第２の処理が行われてからの運転時間に基づいて前記複数のブロックに対して前記第１の処理を行うかを判別する判別手段を更に具備し、
前記負荷制御手段は、前記判別手段によって前記第１の処理を行うと判別された場合に、前記複数のブロック内に対する前記第１の処理と、当該一つのブロックの出力電圧値が前記設定電圧値以下になった場合に当該一つのブロックに対する前記第２の処理とを、一つのブロックごとに実行する、
ことを特徴とする請求項１に記載のダイレクトメタノール型燃料電池。
【請求項４】
前記スタックの端部のブロックが有するセルの数は、前記スタックの端部以外のブロックが有するセルの数より少ないことを特徴とする請求項１に記載のダイレクトメタノール型燃料電池。
【請求項５】
ダイレクトメタノール型の複数枚のセルを有するブロックを複数具備するスタックと、
前記複数のブロックのそれぞれの出力電圧値を検出する電圧値検出手段と、
前記電圧値検出手段によって検出された前記複数のブロック内の一つのブロックの出力電圧値に基づいて算出される単位時間あたりの電圧低下率が予め設定された値以下の場合に、当該一つのブロックと負荷とを接続する処理と、当該一つのブロックの出力電圧値が０Ｖ以上の予め設定された設定電圧値以下になった場合に当該一つのブロックと前記負荷との接続を停止する処理とを、一つのブロックごとに実行する接続手段と、
を具備することを特徴とするダイレクトメタノール型燃料電池。
【請求項６】
燃料極と、酸化剤極とを具備するセルを有するブロックを複数具備するスタックと、前記複数のブロックのそれぞれの出力電圧値を検出する電圧値検出手段と、前記電圧値検出手段によって検出された前記複数のブロック内の一つのブロックの出力電圧値に基づいて算出される単位時間あたりの電圧低下率が予め設定された値以下の場合に、当該一つのブロックの負荷を増加させる第１の処理と、当該一つのブロックの出力電圧値が予め設定された設定電圧値以下になった場合に当該一つのブロックの負荷を戻す第２の処理とを、一つのブロックごとに実行する、負荷制御手段とを有するダイレクトメタノール型燃料電池と、
を具備することを特徴とする電子機器。
【請求項７】
前記単位時間あたりの電圧降下率は、前記複数のブロックの内の一つのブロックに対して直近の前記第２の処理が行われた後の当該一つのブロックの第１出力電圧値を当該一つのブロックを構成するセルの数で除した第１電圧平均値、当該第１出力電圧値が測定された後の当該一つのブロックの第２出力電圧値を当該一つのブロックを構成するセルの数で除した第２電圧平均値、および前記第１出力電圧値が測定されてから前記第２出力電圧値が測定されてからの時間に基づいて算出されることを特徴とする請求項６に記載の電子機器。
【請求項８】
前記ダイレクトメタノール型燃料電池は、
前記スタックの直近の前記第２の処理が行われてからの運転時間に基づいて前記複数のブロックに対して前記第１の処理を行うかを判別する判別手段を更に具備し、
前記負荷制御手段は、前記判別手段によって前記第１の処理を行うと判別された場合に、前記複数のブロック内の一つのブロックに対する前記第１の処理と、当該一つのブロックの出力電圧値が前記設定値以下になった場合に当該一つのブロックに対する前記第２の処理とを、一つのブロックごとに実行する、
ことを特徴とする請求項６に記載の電子機器。
【請求項９】
前記スタックの端部のブロックが有するセルの数は、前記スタックの端部以外のブロックが有するセルの数より少ないことを特徴とする請求項６に記載の電子機器。
【請求項１０】
燃料極と、酸化剤極とを具備するセルを複数有するブロックを複数具備し、第１負荷が接続されるスタックと、
前記複数のブロックのそれぞれの出力電圧値を検出する電圧値検出手段と、
前記電圧値検出手段によって検出された前記複数のブロック内の一つのブロックの出力電圧値に基づいて計算される単位時間あたりの電圧低下率が予め設定された電圧低下率以下の場合に、当該一つのブロックに接続されている負荷を前記第１負荷から前記第１負荷よりも負荷が高い第２負荷に切り替える処理と、当該一つのブロックの出力電圧値が予め設定された電圧値以下になった後に当該一つのブロックに接続される負荷を前記第１負荷に切り替える処理とを、一つのブロックごとに実行する接続処理制御手段と、
を具備することを特徴とするダイレクトメタノール型燃料電池。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
本発明の一例に係わるダイレクトメタノール型燃料電池は、燃料極と、酸化剤極とを具備するセルを有するブロックを複数具備したスタックと、前記複数のブロックのそれぞれの出力電圧値を検出する電圧値検出手段と、前記電圧値検出手段によって検出された前記複数のブロック内の一つのブロックの出力電圧値に基づいて算出される単位時間あたりの当該一つのブロックの電圧低下率が予め設定された値以下の場合に、当該一つのブロックの負荷を増加させる第１の処理と、当該一つのブロックの出力電圧値が予め設定された設定電圧値以下になった場合に当該一つのブロックの負荷を戻す第２の処理とを、一つのブロックごとに実行する負荷制御手段と、を具備することを特徴とする。