(57)【要約】【課題】傾斜した場合にも発電を停止することなく液体流路内の圧力調整を行って、液漏れを防止する。【解決手段】希釈循環式の燃料電池ユニット１において、燃料電池ユニット１の傾斜角度を検出する傾斜センサ３と、アノード流路６内の気液分離器７に加わる液体の圧力を調整する圧力調整部２０とを備え、圧力算出部１２は、気液分離器７と圧力調整部２０との間に生じる高低差および水頭圧を算出し、圧力制御部１３は、圧力算出部１２が算出した気液分離器７と圧力調整部２０との間に生じる水頭圧に基づいて、気液分離器７に加わる液体の圧力が、気液分離器７が正常に機能しうる許容圧力範囲内となるように圧力調整部２０を制御する。これにより、傾斜による気液分離器７の気液分離管７１に加わる液体の圧力変化を低減して一定の圧力範囲内に収め、気液分離器７における液漏れを防止する。【選択図】図１
2011113875.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体燃料を用いて発電する燃料電池セルと、
燃料タンクから前記燃料電池セルに前記液体燃料を供給する配管経路と、
前記燃料タンクから前記配管経路に前記液体燃料を送出する燃料ポンプと、
前記配管経路内に設けられた構成部品と、
前記燃料電池セルと、前記配管経路と、前記燃料ポンプと、前記構成部品とを内部に備える筐体と、
前記構成部品または前記筐体の傾斜角度を検出する傾斜角度検出部と、
前記構成部品に加わる前記液体燃料の圧力を調整する圧力調整部と、
前記構成部品および前記圧力調整部の距離と、前記傾斜角度検出部が検出した前記傾斜角度とを用いて、傾斜によって前記構成部品に加わる前記液体燃料の圧力の変化量を算出する圧力算出部と、
前記圧力算出部が算出した前記液体燃料の圧力の変化量を利用して、前記圧力調整部を制御して、前記傾斜による圧力変化後の前記液体燃料の圧力を前記構成部品の許容圧力範囲内とする圧力制御部と、
を備えることを特徴とする電源供給装置。
【請求項２】
前記傾斜角度検出部は、前記筐体の幅方向および奥行き方向の前記傾斜角度を検出することを特徴とする請求項１に記載の電源供給装置。
【請求項３】
前記構成部品と前記圧力調整部との前記幅方向および前記奥行き方向の距離はゼロより大きいことを特徴とする請求項１または２に記載の電源供給装置。
【請求項４】
前記圧力算出部は、前記構成部品および前記圧力調整部の前記幅方向および前記奥行き方向の距離と、前記傾斜角度検出部が検出した前記傾斜角度とから、前記傾斜によって前記構成部品と前記圧力調整部との間に生じる高低差を算出し、前記高低差を用いて、前記傾斜によって前記構成部品に加わる前記液体燃料の圧力の変化量を算出すること、
を特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の電源供給装置。
【請求項５】
前記圧力算出部は、前記傾斜によって前記構成部品に加わる前記液体燃料の圧力の変化量として、前記構成部品と前記圧力調整部との間に生じる水頭圧を算出すること、
を特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の電源供給装置。
【請求項６】
前記圧力制御部は、前記構成部品が傾いて前記圧力調整部より高い位置となった場合には、前記圧力調整部を制御して前記構成部品に加わる前記液体燃料の圧力を増加させ、前記構成部品が傾いて前記圧力調整部より低い位置となった場合には、前記圧力調整部を制御して前記構成部品に加わる前記液体燃料の圧力を減少させること、
を特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の電源供給装置。
【請求項７】
前記構成部品は、気体と前記液体燃料とを分離する気液分離器であり、
前記圧力調整部は、
前記気液分離器に接続され、内部に前記液体燃料を収容するバッファタンクと、
前記バッファタンク内に配置され、内部に気体が送り込まれることで容量が可変である容量可変容器と、
前記容量可変容器に接続され、前記容量可変容器に気体を送り込むポンプと、
を備え、
前記圧力制御部は、前記ポンプが前記容量可変容器に送り込む気体の圧力を制御することにより、前記容量可変容器の容量ならびに前記バッファタンク内の前記容量可変容器以外の体積を調整して、前記バッファタンク内に収容した前記液体燃料の内圧を変化させて、前記気液分離器に加わる前記液体燃料の圧力を制御すること、
を特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載の電源供給装置。
【請求項８】
前記圧力調整部は、前記気液分離器と前記バッファタンクとの間に、前記液体燃料の圧力を減じる減圧部を備えたこと、
を特徴とする請求項７に記載の電源供給装置。
【請求項９】
前記圧力調整部は、前記燃料タンクから前記配管経路に送出される前記液体燃料の流量を調整する流量調整部を備え、
前記圧力制御部は、前記燃料ポンプおよび前記流量調整部の少なくともいずれか一方を制御して、前記燃料タンクから前記配管経路に送出される前記液体燃料の流量を調整することにより、前記気液分離器に加わる前記液体燃料の圧力を調整すること、
を特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載の電源供給装置。
【請求項１０】
液体を流す配管経路内に設けられた構成部品の傾斜角度を検出する傾斜角度検出部と、
前記構成部品に加わる液体の圧力を調整する圧力調整部と、
前記構成部品および前記圧力調整部の距離と、前記傾斜角度検出部が検出した前記傾斜角度とから、傾斜によって前記構成部品に加わる前記液体の圧力の変化量を算出する圧力算出部と、
前記圧力算出部が算出した前記液体の圧力の変化量を利用して、前記圧力調整部を制御して、前記傾斜による圧力変化後の前記液体の圧力を前記構成部品の許容圧力範囲内とする圧力制御部と、
を備えることを特徴とする圧力調整装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電源供給装置および圧力調整装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話やＰＣ，ＰＤＡ等の携帯型電子機器の電源供給装置として、燃料と酸素を反応させて発電する燃料電池が広く開発されている。燃料電池は、燃料中の水素と空気中の酸素を反応させて発電を行うため、燃料であるメタノールや他の炭化水素系の燃料を補給すれば発電が可能である。すなわち燃料電池は、リチウム電池のようなバッテリーとは違って、壁電源から充電する必要もなく、壁電源のない屋外や交通機関内においても燃料を補給してその場で発電することができ、バッテリー切れを心配する必要がない。
【０００３】
燃料電池の燃料としては、水素ガスや水素を含むエタノール、メタノールなどの炭化水素系液体燃料を用いることができるが、燃料ガスよりも液体燃料の方が入手、充填ともに簡単であること、燃料カートリッジのスペアを簡単に持ち運びできることなどから、携帯型電子機器用の燃料電池は、液体燃料で発電するタイプが主流となっている。
【０００４】
液体燃料を用いる燃料電池では、燃料タンクから発電を行う発電セル部に燃料を供給する液体流路が設けられる。また、発電セル部の後段にも、未反応の燃料や反応で生成した水などを回収する液体流路が必要となる。
【０００５】
上述した携帯型電子機器は、手に携帯して使用したり傾いた場所に戴置して使用したりする場合も多い。従って、携帯型電子機器が傾いた場合にも、液体流路やその他各部から液体が漏れ出すことのないようにする必要がある。また、傾いた場合にも、燃料タンクから燃料を供給する機能や、発電セル部の発電機能、液体流路を液体が滞りなく流れるようにする機能は、安全かつ正常に動作することが望まれる。
【０００６】
そこで特許文献１では、燃料電池システム内に傾斜センサを備えて、燃料電池ユニットが傾いた場合には、燃料供給ユニットを開閉する第二の開閉バルブを閉じることによって、燃料が外部に漏れ出さないようにする技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−１４６３７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１では、傾斜を検出した際にバルブを閉じてしまうため、携帯型電子機器が傾く度に、発電が停止してしまうという課題があった。
【０００９】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、傾斜した場合にも発電を停止することなく液体流路内の圧力調整を行って、液漏れを防止する電源供給装置および圧力調整装置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】
【００１０】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る電源供給装置は、液体燃料を用いて発電する燃料電池セルと、燃料タンクから前記燃料電池セルに前記液体燃料を供給する配管経路と、前記燃料タンクから前記配管経路に前記液体燃料を送出する燃料ポンプと、前記配管経路内に設けられた構成部品と、前記燃料電池セルと、前記配管経路と、前記燃料ポンプと、前記構成部品とを内部に備える筐体と、前記構成部品または前記筐体の傾斜角度を検出する傾斜角度検出部と、前記構成部品に加わる前記液体燃料の圧力を調整する圧力調整部と、前記構成部品および前記圧力調整部の距離と、前記傾斜角度検出部が検出した前記傾斜角度とを用いて、傾斜によって前記構成部品に加わる前記液体燃料の圧力の変化量を算出する圧力算出部と、前記圧力算出部が算出した前記液体燃料の圧力の変化量を利用して、前記圧力調整部を制御して、前記傾斜による圧力変化後の前記液体燃料の圧力を前記構成部品の許容圧力範囲内とする圧力制御部と、を備えることを特徴とする電源供給装置。を備えることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明に係る圧力調整装置は、液体を流す配管経路内に設けられた構成部品の傾斜角度を検出する傾斜角度検出部と、前記構成部品に加わる液体の圧力を調整する圧力調整部と、前記構成部品および前記圧力調整部の距離と、前記傾斜角度検出部が検出した前記傾斜角度とから、傾斜によって前記構成部品に加わる前記液体の圧力の変化量を算出する圧力算出部と、前記圧力算出部が算出した前記液体の圧力の変化量に基づいて、前記圧力調整部を制御して、前記傾斜による圧力変化後の前記液体の圧力を前記構成部品の許容圧力範囲内とする圧力制御部と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、傾斜した場合にも発電を停止することなく液体流路内の圧力調整を行って、液漏れを防止することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、本発明の一実施の形態の燃料電池ユニットの構成を示す概略構成図である。
【図２】図２は、気液分離器と圧力調整部の構成を示す概略構成図である。
【図３】図３は、気液分離器に加わる液体の圧力と気液分離器の動作状況について説明する図である。
【図４】図４は、傾斜センサの角度測定軸と、気液分離器および圧力調整部の位置関係を説明する図である。
【図５】図５は、制御部が行う圧力調整処理の手順を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に添付図面を参照して、この発明にかかる電源供給装置および圧力調整装置の最良な実施の形態を詳細に説明する。本実施の形態にかかる電源供給装置としての燃料電池ユニットは、ＰＣやＰＤＡ等の携帯型電子機器に電源を供給するものである。また、本実施の形態にかかる圧力調整装置は、本実施の形態にかかる燃料電池ユニットにおいて、液体燃料を供給するための液体流路内に設けられて、流路内の液体燃料の圧力を調整するものである。
【００１５】
図１は、本発明の一実施の形態にかかる燃料電池ユニット１の構成を示すブロック図である。燃料電池ユニット１は、燃料電池セル５によって、燃料タンク（カートリッジ）１１に充填された液体燃料と、空気中の酸素とを反応させて発電するための発電ユニットであり、燃料電池セル５が発電した電力を、制御部１０の制御回路（不図示）を介してノート型ＰＣ等の電子機器２に供給するものである。また、燃料電池ユニット１は、気液分離器７と、圧力調整部２０と、傾斜センサ３を備えている。
【００１６】
加えて、燃料電池ユニット１は当該燃料電池ユニット１を収納するための筐体（不図示）を備えており、筐体に設けられた接続部によって電子機器２に接続可能となっている。さらに、筐体には電力出力端子が設けられており、この電力出力端子を電子機器２の電力入力端子に接続することにより、燃料電池ユニット１から電子機器２に電力を供給することが可能となっている。
【００１７】
燃料電池セル５は、燃料を供給する燃料極（アノード）と、燃料の酸化剤として空気を供給する空気極（カソード）と、両電極に挟まれた固体高分子系電解質とを備えており、電解質を介して燃料中の水素と空気中の酸素が反応することにより、電流を発生し、外部負荷への電力供給を可能とするものである。尚、電子機器２に供給する十分な起電力をとるために、燃料電池セル５としてはこれらアノード、電解質、カソードを複数組重ねたスタックが用いられるが、図１ではこれを簡略化して模式的に示している。
【００１８】
また、本実施の形態の燃料電池ユニット１は、燃料のメタノールを直接アノードに供給するダイレクトメタノール型燃料電池（ＤＭＦＣ：Direct  Methanol  Fuel  Cell）を燃料電池セル５として採用している。また、燃料電池ユニット１は、反応生成物として発生する水を用いて、高濃度メタノールを希釈して発電効率が高くなる濃度とし、希釈した低濃度メタノールを燃料電池セル５に供給する希釈循環方式を採用している。これにより、高濃度のメタノールを注入したカートリッジを燃料タンク１１として用いることが可能となり、カートリッジを小型化することが可能である。
【００１９】
燃料電池ユニット１は、図１に示すように、空気中から取り込んだ酸素を空気極（カソード）に供給するための配管経路であるカソード流路４と、燃料タンク１１内の液体燃料を燃料極（アノード）に供給するための配管経路であるアノード流路６とを備えている。
【００２０】
空気は、送気ポンプ９によってカソード流路４の端に設けられた通気口からカソード流路４内に取り込まれ、さらに燃料電池セル５のカソードに供給される。一方、燃料タンク１１内の高濃度メタノールは、燃料ポンプ１４によってアノード流路６内に送出され、循環ポンプ８により燃料電池セル５のアノードに供給される。
【００２１】
アノードでは、メタノール中の水素が電解質に水素イオン（プロトン）として取り込まれ、プロトン透過性を有する電解質の内部をカソード側まで移動する。カソードまで移動したプロトンは、空気中の酸素と結合して水分子になるとともに、電子すなわち電流を生成する。
【００２２】
従って、カソードでは、発電反応の反応生成物として水（水蒸気）が発生するので、発生した水を希釈循環系のアノード流路６に適宜供給することにより、燃料タンク１１から供給される高濃度メタノールを希釈してメタノール水溶液とすることができる。
【００２３】
一方で、アノードでは反応生成物として二酸化炭素ガスが発生し、未反応のメタノールとともに気液混合流体となって、アノード流路６内に流出する。未反応のメタノールはアノード流路６を循環させて再度アノードで反応に用いることができるが、二酸化炭素は発電効率を低下させるため、除去することが望ましい。このため、燃料電池セル５の下流のアノード流路６には気液分離器７を設けて、メタノール水溶液から二酸化炭素を分離する。
【００２４】
次に、気液分離器７について図２を用いて説明する。図２は、気液分離器７と圧力調整部２０の構成を示す概略構成図である。図２に示すように、気液分離器７は、気液混合流体を流す気液分離管７１を備えており、この気液分離管７１の内部から外部に気体を排出することにより、気体（二酸化炭素ガス）と液体（メタノール水溶液）とを分離するものである。特開２００８−２１０６２４号公報に詳述されているように、気液分離管７１には、ガス透過性を有する多孔性高分子膜が用いられる。図２に示すように、気液分離管７１を流れる気液混合流体中の二酸化炭素ガスは、多孔性高分子膜を透過して気液分離管７１の外部の空間Ａに排出される。なお、空間Ａは大気開放となっているため、空間Ａの圧力は大気圧である。
【００２５】
次に、気液分離器７に加わる液体の圧力と、気液分離器７の動作状況について、図３を用いて説明する。図３は、気液分離器７に加わる液体の圧力と気液分離器７の動作状況について説明する図である。
【００２６】
図３（ａ）は、燃料電池ユニット１が水平である場合であって、気液分離器７内の液体の圧力が正常である場合の気液分離器７の動作状態を示す図である。図３（ａ）に示すように、気液分離器７の気液分離管７１に加わる液体の圧力が正常な範囲にある場合、気液分離器７は正常に機能可能であり、液相側の圧力と気相側の圧力（大気圧）との圧力差に応じて気液混合流体から、気液分離管７１を通して、気液混合相中のガスが気相側すなわち空間Ａに排出される。このように気液分離管７１が漏れもせず、良好な気液分離能力で液相中の二酸化炭素ガスを空間Ａに透過可能である状態を、「気液分離器７に加わる液体の圧力は許容圧力範囲内にある」と称することとする。
【００２７】
これに対して、燃料電池ユニット１が傾いた場合には、気液分離器７と圧力調整部２０との間に高低差が生じる。そして、液体が収容されたアノード流路６内の各部では、この高低差に応じて水頭圧が生じ、気液分離器７にも、傾斜によって気液分離器７に加わる液体の圧力の変化量としての水頭圧が加わる。
【００２８】
例えば、図１において、気液分離器７より圧力調整部２０が高くなるように燃料電池ユニット１が傾いた場合には、より低い位置にある気液分離器７に、気液分離器７と圧力調整部２０との高低差に応じて水頭圧が加わる。この場合には、図３（ｂ）に示すように、気液分離管７１内の液体の圧力が高くなり、二酸化炭素ガスのみならずメタノール水溶液までもが気液分離管７１を通過してしまい、液漏れが生じることとなる。
【００２９】
一方、図１において、気液分離器７より圧力調整部２０が低くなるように燃料電池ユニット１が傾いた場合には、より低い位置にある圧力調整部２０に、気液分離器７と圧力調整部２０との高低差に応じて水頭圧が加わる。即ち、気液分離器７には負の水頭圧が加わる。この場合には、図３（ｃ）に示すように、気液分離管７１内の液体の圧力が低くなり、液相側の圧力と気相側の圧力の圧力差が小さいために二酸化炭素ガスが気液分離管７１を透過することができず、気液分離器７の気液分離能力が低下して、分離できなかった二酸化炭素ガスの影響により発電性能が低下する問題が生じる。
【００３０】
従って、気液分離器７における液漏れを防止するとともに、気液分離器７の気液分離能力低下による発電性能の低下を防止するために、気液分離管７１に加わる液体の圧力を調整する必要がある。そこで、本実施の形態にかかる燃料電池ユニット１は、燃料電池ユニット１が傾いた場合に、気液分離器７に加わる水頭圧を計算し、気液分離器７に加わる液体の圧力が気液分離器７の許容圧力範囲内となるよう、圧力調整部２０を用いて圧力を調整することを特徴とする。
【００３１】
圧力調整部２０は、図２に示すように、気液分離器７に接続され、内部に液体を収容するバッファタンク２１と、バッファタンク２１内に配置され、気体が送り込まれることで容量が可変である樹脂性のベローズ等の容量可変容器２２と、容量可変容器２２に接続され、容量可変容器２２に気体（空気）を送り込むポンプ２３と、弁２４を備えている。
【００３２】
燃料電池ユニット１は、図１に示すように、燃料電池ユニット１の構成部品（例えば、気液分離器７や筐体など）の傾斜角度を検出するための傾斜センサ３を備えている。傾斜センサ３は、傾斜角度検出部として機能するものであり、燃料電池ユニット１が傾いた場合に、燃料電池ユニット１および燃料電池ユニット１内に設けられた各部の傾斜角度を検出するものである。
【００３３】
図４は、傾斜センサ３の角度測定軸ｘ軸、ｙ軸と、気液分離器７および圧力調整部２０の位置関係を説明する図である。ここで、ｘ軸は筐体の幅方向であり、ｙ軸は筐体の奥行き方向である。傾斜センサ３は、図４に示すように、燃料電池ユニット１が傾斜した場合に、水平面において直交するｘ軸とｙ軸とに対して、ｘ軸周りの傾斜角度θ、ｙ軸周りの傾斜角度φを検出する。
【００３４】
また、図４に示すように、気液分離器７と圧力調整部２０とは、ｘ軸またはｙ軸に対して平行に並ばないように配置される。すなわち、気液分離器７と圧量調整部２０とのｘ軸方向の距離ａおよびｙ軸方向の距離ｂがそれぞれゼロより大きくなるよう設けられる。これは、例えば図４において、気液分離器７と圧力調整部２０とをｘ軸に対して平行に配置した場合（同一のｙ座標上に配置した場合）、気液分離器７と圧力調整部２０とのｙ軸方向の距離ｂはｂ＝０となり、ｘ軸周りに傾斜した場合に気液分離器７と圧力調整部２０の高低差が生じず、ｘ軸周りの傾斜角度を測定することが無意味になってしまうことを避けるためである。
【００３５】
図１において、制御部１０は、システム制御マイコンユニット（ＭＣＵ）等のＩＣチップで構成され、燃料電池ユニット１のシステム全体を制御する。制御部１０は、燃料電池ユニット１が行う発電の制御として各ポンプの駆動制御をしたり、燃料電池ユニット１から電子機器２に対する電力供給などの制御を行ったりするものである。制御部１０を構成する回路の記憶領域には、気液分離器７と圧力調整部２０とのｘ軸方向の距離ａおよびｙ軸方向の距離ｂ（図４参照）が格納されている。制御部１０は、図１に示すように圧力算出部１２および圧力制御部１３を備えている。
【００３６】
圧力算出部１２は、回路の記憶領域から読み込んだ気液分離器７と圧力調整部２０との距離ａ、ｂと、傾斜センサ３が検出した燃料電池ユニット１のｘ軸およびｙ軸周りの傾斜角度θ、φとに基づいて、傾斜によって気液分離器７と圧力調整部２０との間に生じる高低差ｈおよび気液分離器７に加わる水頭圧△Ｐを算出する。
【００３７】
ここで、気液分離器７と圧力調整部２０との高低差ｈ[cm]は、気液分離器７と圧力調整部２０との距離ａ、ｂと、傾斜センサ３が検出した傾斜角度θ[deg]およびφ[deg]により、下記式１のように表される。
h＝a・sinφ＋b・sinθ        （式１）
また、水頭圧は一般的に１０ｃｍの高低差により約１．０ｋＰａ変化するので、式１で算出された高低差ｈ[cm]により気液分離器７に加わる水頭圧△P[kPa]は、下記式２により求められる。
△P=h/10[kPa]              （式２）
すなわち、圧力算出部１２は、式１により高低差ｈを算出し、式２により水頭圧△Pを算出する。
【００３８】
圧力制御部１３は、気液分離管７１に水頭圧△Pが加わった場合にも、圧力算出部１２が算出した気液分離器７と圧力調整部２０との間に生じる水頭圧△Ｐに基づいて、気液分離器７に加わる液体の圧力が気液分離器７が正常に機能しうる許容圧力範囲内となるように、圧力調整部２０を制御するものである。
【００３９】
より具体的には、気液分離器７が正常に機能できる最低圧力をPmin[kPa]、気液分離器７が正常に機能できる最高圧力をPmax[kPa]とした場合に、圧力制御部１３は、気液分離器７に加わる液体の圧力Pregが、Pmin＜Preg＋△P＜Pmaxとなるように調整する。
【００４０】
一例としては、圧力調整部２０に対して気液分離器７が高い位置となるよう傾斜した場合には、圧力制御部１３は、気液分離器７に加わる液体の圧力Pregが増加するように圧力調整部２０を制御する。一方で、圧力調整部２０に対して気液分離器７が低い位置となるよう傾斜した場合には、圧力制御部１３は、気液分離器７に加わる液体の圧力Pregが減少するように圧力調整部２０を制御する。
【００４１】
圧力制御部１３は、弁２４を閉じてポンプ２３を逆回転させて容量可変容器２２内の空気を排出し、容量可変容器２２の容量を収縮させることにより、バッファタンク２１内に収納可能な液体の量を増加させる。アノード流路６は閉ループ構造となっているため、容量可変容器２２が収縮するとともにバッファタンク２１内は減圧状態となって、気液分離管７１内の液体はバッファタンク２１に吸入され、気液分離管７１に加わる液体の圧力は減少する。
【００４２】
一方で、圧力制御部１３は、弁２４を開いてポンプ２３を正回転させて容量可変容器２２内に空気を吸入し、容量可変容器２２の容量を増加させることにより、バッファタンク２１内に収納可能な液体の量を減少させる。このように容量可変容器２２が膨張するとともにバッファタンク２１内が加圧状態となると、バッファタンク２１内の液体は気液分離管７１に送入されて、気液分離管７１に加わる液体の圧力は増加する。圧力制御部１３は、このようにして気液分離器７の気液分離管７１に加わる液体（メタノール水溶液）の圧力を制御する。
【００４３】
尚、圧力調整部２０が図２に示すように減圧バルブ２５等の減圧手段を備えて、圧力制御部１３が減圧バルブ２５の絞りを調整することにより、気液分離管７１からバッファタンク２１に流れる液量を調整し、気液分離管７１に加わる液体の圧力を制御するとしてもよい。また、圧力制御部１３は、上述したポンプ２３および弁２４による圧力制御と、減圧バルブ２５による圧力制御を組み合わせて行うとしてもよい。
【００４４】
次に、燃料電池ユニット１が行う圧力調整処理について説明する。図５は、本実施の形態の制御部１０が行う圧力調整処理の手順を示すフローチャートである。
【００４５】
まず、傾斜センサ３が、ｘ軸周りの傾斜角度θおよびｙ軸周りの傾斜角度φを検出する（ステップＳ１）。次に、圧力算出部１２は、気液分離器７と圧力調整部２０との距離ａ、ｂと、傾斜センサ３が検出した傾斜角度θおよびφと、上記式１および式２とに基づいて、気液分離器７と圧力調整部２０との間に生じる高低差ｈおよび水頭圧△Pとを算出する（ステップＳ２）。
【００４６】
次に、圧力制御部１３は、水頭圧△Pが加わった場合にも気液分離器７に加わる圧力が気液分離器７の許容圧力範囲内となるよう、即ち、Pmin＜Preg＋△P＜Pmaxの関係が満たされるように、気液分離器７に加わる液体の圧力Pregを調整する（ステップＳ３〜Ｓ６）。具体的には、圧力制御部１３は、Preg＋△P＞Pmaxである場合（ステップＳ３：Ｙｅｓ）には気液分離器７に加わる液体の圧力PregをPreg＋△P＜Pmaxとなるまで減らす（ステップＳ４）。
【００４７】
一方、Preg＋△P＞Pmaxでない場合（ステップＳ３：Ｎｏ）には、Preg＋△P＜Pminであるか否か判定する（ステップＳ５）。そして、Preg＋△P＜Pminである場合（ステップＳ５：Ｙｅｓ）には、気液分離器７に加わる液体の圧力PregをPreg＋△P＞Pminとなるまで増やす（ステップＳ６）。一方、Preg＋△P＜Pminでない場合（ステップＳ５：Ｎｏ）には、気液分離器７に加わる液体の圧力Pregは変更せずに、ステップＳ１に戻って、ステップＳ１〜ステップＳ６までの処理を繰り返す。
【００４８】
上述のように、本実施の形態にかかる燃料電池ユニット１は、傾斜した場合にも発電を停止することなく液体流路内の圧力調整を行って、液漏れを防止することができるという効果を奏する。
【００４９】
尚、上述では、圧力制御対象の構成部品として気液分離器７に加わる液体の圧力Pregを制御するとしたが、これに限定されるものではない。その他の例として、電源供給装置１００は、アノード流路６内のその他の構成部品に加わる液体の圧力を制御するとしてもよい。これにより、許容圧力範囲の狭い部品をアノード流路６内に使用することが可能となり、燃料電池ユニット１の小型化やコスト低減に貢献することができるという効果を奏する。
【００５０】
また、上述では、液体燃料としてメタノールを用いたが、これに限定されず、その他の液体燃料を用いて発電する燃料電池ユニット１に本実施の形態を適用してもよい。
【００５１】
また、上述では、燃料電池ユニット１の傾斜に対して、アノード流路６内の燃料の圧力の調整を行うものとしたが、これに限定されず、上述の構成をその他の反応器や燃焼器等に適用し、液体流路内の構成部品に加わる圧力制御を行って、傾斜によって生じる水頭圧の影響を低減するように構成してもよい。
【００５２】
尚、その他の形態として、燃料ポンプ１４とアノード流路６との間に液体の流量を調整するバルブやマスフローコントローラ等の流量調整部を設けて、圧力制御部１３が燃料タンク１１からアノード流路６に送出される液体燃料の流量を調整することにより、気液分離器７に加わる液体の圧力を調整するとしてもよい。また、圧力制御部１３が、燃料ポンプ１４の稼働率を制御して、燃料タンク１１からアノード流路６に送出される液体燃料の流量を調整するとしてもよい。
【００５３】
なお、本発明は、上記実施の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することができる。また、上記実施の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、種々の発明を形成することができる。例えば、実施の形態に示される全構成要素からいくつかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施の形態にわたる構成要素を適宜組み合わせても良い。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
以上のように、本発明にかかる圧力調整装置および燃料電池ユニットは、携帯型電子機器用として、液体燃料を用いて発電する燃料電池ユニットとして有用であり、特に、燃料流路内の液体から、反応生成ガスである二酸化炭素を分離する気液分離器を備えたダイレクトメタノール型燃料電池に適している。
【符号の説明】
【００５５】
１  燃料電池ユニット
２  電子機器
３  傾斜センサ
４  カソード流路
５  燃料電池セル
６  アノード流路
７  気液分離器
８  循環ポンプ
９  送気ポンプ
１０  制御部
１１  燃料タンク
１２  圧力算出部
１３  圧力制御部
１４  燃料ポンプ
【図１】
2011113875.tif 000003
【図２】
2011113875.tif 000004
【図３】
2011113875.tif 000005
【図４】
2011113875.tif 000006
【図５】
2011113875.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成22年11月2日(2010.11.2)
【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】
液体燃料を用いて発電する燃料電池セルと、
燃料タンクから前記燃料電池セルに前記液体燃料を供給する配管経路と、
前記燃料タンクから前記配管経路に前記液体燃料を送出する燃料ポンプと、
前記配管経路内に設けられた構成部品と、
前記燃料電池セルと、前記配管経路と、前記燃料ポンプと、前記構成部品とを内部に備える筐体と、
前記構成部品または前記筐体の傾斜角度を検出する傾斜角度検出部と、
前記構成部品に加わる前記液体燃料の圧力を調整する圧力調整部と、
前記構成部品および前記圧力調整部の距離と、前記傾斜角度検出部が検出した前記傾斜角度とを用いて、傾斜によって前記構成部品に加わる前記液体燃料の圧力の変化量を算出する圧力算出部と、
前記圧力の変化量だけ変化した前記液体燃料の圧力が、前記構成部品の許容圧力範囲内となるよう、前記圧力調整部を制御する圧力制御部と、
を備えることを特徴とする電源供給装置。
【請求項２】
前記傾斜角度検出部は、前記筐体の幅方向および奥行き方向の前記傾斜角度を検出することを特徴とする請求項１に記載の電源供給装置。
【請求項３】
前記構成部品と前記圧力調整部との前記幅方向および前記奥行き方向の距離はゼロより大きいことを特徴とする請求項１または２に記載の電源供給装置。
【請求項４】
前記圧力算出部は、前記構成部品および前記圧力調整部の前記幅方向および前記奥行き方向の距離と、前記傾斜角度検出部が検出した前記傾斜角度とから、前記傾斜によって前記構成部品と前記圧力調整部との間に生じる高低差を算出し、前記高低差を用いて、前記傾斜によって前記構成部品に加わる前記液体燃料の圧力の変化量を算出すること、
を特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の電源供給装置。
【請求項５】
前記圧力算出部は、前記傾斜によって前記構成部品に加わる前記液体燃料の圧力の変化量として、前記構成部品と前記圧力調整部との間に生じる水頭圧を算出すること、
を特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の電源供給装置。
【請求項６】
前記圧力制御部は、前記構成部品が傾いて前記圧力調整部より高い位置となった場合には、前記圧力調整部を制御して前記構成部品に加わる前記液体燃料の圧力を増加させ、前記構成部品が傾いて前記圧力調整部より低い位置となった場合には、前記圧力調整部を制御して前記構成部品に加わる前記液体燃料の圧力を減少させること、
を特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の電源供給装置。
【請求項７】
前記構成部品は、気体と前記液体燃料とを分離する気液分離器であり、
前記圧力調整部は、
前記気液分離器に接続され、内部に前記液体燃料を収容するバッファタンクと、
前記バッファタンク内に配置され、内部に気体が送り込まれることで容量が可変である容量可変容器と、
前記容量可変容器に接続され、前記容量可変容器に気体を送り込むポンプと、
を備え、
前記圧力制御部は、前記ポンプが前記容量可変容器に送り込む気体の圧力を制御することにより、前記容量可変容器の容量ならびに前記バッファタンク内の前記容量可変容器以外の体積を調整して、前記バッファタンク内に収容した前記液体燃料の内圧を変化させて、前記気液分離器に加わる前記液体燃料の圧力を制御すること、
を特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載の電源供給装置。
【請求項８】
前記圧力調整部は、前記気液分離器と前記バッファタンクとの間に、前記液体燃料の圧力を減じる減圧部を備えたこと、
を特徴とする請求項７に記載の電源供給装置。
【請求項９】
前記圧力調整部は、前記燃料タンクから前記配管経路に送出される前記液体燃料の流量を調整する流量調整部を備え、
前記圧力制御部は、前記燃料ポンプおよび前記流量調整部の少なくともいずれか一方を制御して、前記燃料タンクから前記配管経路に送出される前記液体燃料の流量を調整することにより、前記気液分離器に加わる前記液体燃料の圧力を調整すること、
を特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載の電源供給装置。
【請求項１０】
液体を流す配管経路内に設けられた構成部品の傾斜角度を検出する傾斜角度検出部と、
前記構成部品に加わる液体の圧力を調整する圧力調整部と、
前記構成部品および前記圧力調整部の距離と、前記傾斜角度検出部が検出した前記傾斜角度とから、傾斜によって前記構成部品に加わる前記液体の圧力の変化量を算出する圧力算出部と、
前記圧力の変化量だけ変化した前記液体の圧力が、前記構成部品の許容圧力範囲内となるよう、前記圧力調整部を制御する圧力制御部と、
を備えることを特徴とする圧力調整装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る電源供給装置は、液体燃料を用いて発電する燃料電池セルと、燃料タンクから前記燃料電池セルに前記液体燃料を供給する配管経路と、前記燃料タンクから前記配管経路に前記液体燃料を送出する燃料ポンプと、前記配管経路内に設けられた構成部品と、前記燃料電池セルと、前記配管経路と、前記燃料ポンプと、前記構成部品とを内部に備える筐体と、前記構成部品または前記筐体の傾斜角度を検出する傾斜角度検出部と、前記構成部品に加わる前記液体燃料の圧力を調整する圧力調整部と、前記構成部品および前記圧力調整部の距離と、前記傾斜角度検出部が検出した前記傾斜角度とを用いて、傾斜によって前記構成部品に加わる前記液体燃料の圧力の変化量を算出する圧力算出部と、前記圧力の変化量だけ変化した前記液体燃料の圧力が、前記構成部品の許容圧力範囲内となるよう、前記圧力調整部を制御する圧力制御部と、を備えることを特徴とする電源供給装置。を備えることを特徴とする。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
また、本発明に係る圧力調整装置は、液体を流す配管経路内に設けられた構成部品の傾斜角度を検出する傾斜角度検出部と、前記構成部品に加わる液体の圧力を調整する圧力調整部と、前記構成部品および前記圧力調整部の距離と、前記傾斜角度検出部が検出した前記傾斜角度とから、傾斜によって前記構成部品に加わる前記液体の圧力の変化量を算出する圧力算出部と、前記圧力の変化量だけ変化した前記液体の圧力が、前記構成部品の許容圧力範囲内となるよう、前記圧力調整部を制御する圧力制御部と、を備えることを特徴とする。
【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】
液体燃料を用いて発電する燃料電池セルと、
燃料タンクから前記燃料電池セルに前記液体燃料を供給する配管経路と、
前記燃料タンクから前記配管経路に前記液体燃料を送出する燃料ポンプと、
前記配管経路内に設けられた、気体と前記液体燃料とを分離する気液分離器と、
前記燃料電池セルと、前記配管経路と、前記燃料ポンプと、前記気液分離器とを内部に備える筐体と、
前記気液分離器または前記筐体の傾斜角度を検出する傾斜角度検出部と、
前記気液分離器に加わる前記液体燃料の圧力を調整する圧力調整部と、
前記気液分離器と前記圧力調整部との間の距離と、前記傾斜角度検出部が検出した前記傾斜角度とを用いて、傾斜によって前記気液分離器に加わる前記液体燃料の圧力の変化量を算出する圧力算出部と、
前記圧力の変化量だけ変化した前記液体燃料の圧力が、前記気液分離器の許容圧力範囲内となるよう、前記圧力調整部を制御する圧力制御部と、
を備えることを特徴とする電源供給装置。
【請求項２】
前記傾斜角度検出部は、前記筐体の幅方向および奥行き方向の前記傾斜角度を検出することを特徴とする請求項１に記載の電源供給装置。
【請求項３】
前記気液分離器と前記圧力調整部との前記幅方向および前記奥行き方向の距離はゼロより大きいことを特徴とする請求項１または２に記載の電源供給装置。
【請求項４】
前記圧力算出部は、前記気液分離器および前記圧力調整部の前記幅方向および前記奥行き方向の距離と、前記傾斜角度検出部が検出した前記傾斜角度とから、前記傾斜によって前記気液分離器と前記圧力調整部との間に生じる高低差を算出し、前記高低差を用いて、前記傾斜によって前記気液分離器に加わる前記液体燃料の圧力の変化量を算出すること、
を特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の電源供給装置。
【請求項５】
前記圧力算出部は、前記傾斜によって前記気液分離器に加わる前記液体燃料の圧力の変化量として、前記気液分離器と前記圧力調整部との間に生じる水頭圧を算出すること、
を特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の電源供給装置。
【請求項６】
前記圧力制御部は、前記気液分離器が傾いて前記圧力調整部より高い位置となった場合には、前記圧力調整部を制御して前記気液分離器に加わる前記液体燃料の圧力を増加させ、前記気液分離器が傾いて前記圧力調整部より低い位置となった場合には、前記圧力調整部を制御して前記気液分離器に加わる前記液体燃料の圧力を減少させること、
を特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の電源供給装置。
【請求項７】
前記圧力調整部は、
前記気液分離器に接続され、内部に前記液体燃料を収容するバッファタンクと、
前記バッファタンク内に配置され、内部に気体が送り込まれることで容量が可変である容量可変容器と、
前記容量可変容器に接続され、前記容量可変容器に気体を送り込むポンプと、
を備え、
前記圧力制御部は、前記ポンプが前記容量可変容器に送り込む気体の圧力を制御することにより、前記容量可変容器の容量ならびに前記バッファタンク内の前記容量可変容器以外の体積を調整して、前記バッファタンク内に収容した前記液体燃料の内圧を変化させて、前記気液分離器に加わる前記液体燃料の圧力を制御すること、
を特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載の電源供給装置。
【請求項８】
前記圧力調整部は、前記気液分離器と前記バッファタンクとの間に、前記液体燃料の圧力を減じる減圧部を備えたこと、
を特徴とする請求項７に記載の電源供給装置。
【請求項９】
前記圧力調整部は、前記燃料タンクから前記配管経路に送出される前記液体燃料の流量を調整する流量調整部を備え、
前記圧力制御部は、前記燃料ポンプおよび前記流量調整部の少なくともいずれか一方を制御して、前記燃料タンクから前記配管経路に送出される前記液体燃料の流量を調整することにより、前記気液分離器に加わる前記液体燃料の圧力を調整すること、
を特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載の電源供給装置。
【請求項１０】
液体を流す配管経路内に設けられた、気体と前記液体燃料とを分離する気液分離器の傾斜角度を検出する傾斜角度検出部と、
前記気液分離器に加わる液体の圧力を調整する圧力調整部と、
前記気液分離器と前記圧力調整部との間の距離と、前記傾斜角度検出部が検出した前記傾斜角度とから、傾斜によって前記気液分離器に加わる前記液体の圧力の変化量を算出する圧力算出部と、
前記圧力の変化量だけ変化した前記液体の圧力が、前記気液分離器の許容圧力範囲内となるよう、前記圧力調整部を制御する圧力制御部と、
を備えることを特徴とする電源供給装置。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００１】
本発明は、電源供給装置に関する。
【手続補正４】
【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】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、傾斜した場合にも発電を停止することなく液体流路内の圧力調整を行って、液漏れを防止する電源供給装置を提供することを目的とする。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
実施形態に係る電源供給装置は、液体燃料を用いて発電する燃料電池セルと、燃料タンクから前記燃料電池セルに前記液体燃料を供給する配管経路と、前記燃料タンクから前記配管経路に前記液体燃料を送出する燃料ポンプと、前記配管経路内に設けられた、気体と前記液体燃料とを分離する気液分離器と、前記燃料電池セルと、前記配管経路と、前記燃料ポンプと、前記気液分離器とを内部に備える筐体と、前記気液分離器または前記筐体の傾斜角度を検出する傾斜角度検出部と、前記気液分離器に加わる前記液体燃料の圧力を調整する圧力調整部と、前記気液分離器と前記圧力調整部との間の距離と、前記傾斜角度検出部が検出した前記傾斜角度とを用いて、傾斜によって前記気液分離器に加わる前記液体燃料の圧力の変化量を算出する圧力算出部と、前記圧力の変化量だけ変化した前記液体燃料の圧力が、前記気液分離器の許容圧力範囲内となるよう、前記圧力調整部を制御する圧力制御部と、を備えることを特徴とする。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
また、実施形態に係る電源供給装置は、液体を流す配管経路内に設けられた、気体と前記液体燃料とを分離する気液分離器の傾斜角度を検出する傾斜角度検出部と、前記気液分離器に加わる液体の圧力を調整する圧力調整部と、前記気液分離器と前記圧力調整部との間の距離と、前記傾斜角度検出部が検出した前記傾斜角度とから、傾斜によって前記気液分離器に加わる前記液体の圧力の変化量を算出する圧力算出部と、前記圧力の変化量だけ変化した前記液体の圧力が、前記気液分離器の許容圧力範囲内となるよう、前記圧力調整部を制御する圧力制御部と、を備えることを特徴とする。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
本実施の形態にかかる電源供給装置としての燃料電池ユニットは、ＰＣやＰＤＡ等の携帯型電子機器に電源を供給するものである。また、本実施の形態にかかる圧力調整装置は、本実施の形態にかかる燃料電池ユニットにおいて、液体燃料を供給するための液体流路内に設けられて、流路内の液体燃料の圧力を調整するものである。