(57)【要約】【課題】燃料電池の発電部温度が許容範囲を越えた際の制御において、パッシブな構成によって燃料供給の遮断をより的確に行うことができ、小型化を図ることが可能となる燃料電池システムを提供する。【解決手段】燃料極と酸化剤極とを含む発電部を備え、燃料タンクから供給される燃料によって発電を行なう燃料電池を有する燃料電池システムにおいて、  前記燃料タンクと前記燃料電池との間に配置され、前記燃料の供給を遮断することのできる燃料供給制御手段と、  前記燃料供給制御手段と前記燃料電池とを繋ぐ回路に設けられた、前記燃料電池の発電部の温度及び／又は前記燃料電池に接続され電力を供給される電子機器の温度に応じて抵抗値を変化させる温度センサと、  を有し、前記温度センサの抵抗値の変化によって前記燃料供給制御手段を動作させ、前記燃料の供給を遮断する構成とする。【選択図】            図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料極と酸化剤極とを含む発電部を備え、燃料タンクから供給される燃料によって発電を行なう燃料電池を有する燃料電池システムにおいて、
前記燃料タンクと前記燃料電池との間に配置され、前記燃料の供給を遮断することのできる燃料供給制御手段と、
前記燃料供給制御手段と前記燃料電池とを繋ぐ回路に設けられた、前記燃料電池の発電部の温度及び／又は前記燃料電池に接続され電力を供給される電子機器の温度に応じて抵抗値を変化させる温度センサと、
を有し、前記温度センサの抵抗値の変化によって前記燃料供給制御手段を動作させ、前記燃料の供給を遮断することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記温度センサは、サーミスタであることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記サーミスタは負の温度係数を有し、前記燃料供給制御手段は供給される電流の増加を受けて動作することを特徴とする請求項２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記サーミスタは正の温度係数を有し、前記燃料供給制御手段は供給される電流の低減を受けて動作することを特徴とする請求項２に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記サーミスタは、前記サーミスタの温度が予め定めた閾値を超えた際に急激に抵抗値を変化させる特性を有することを特徴とする請求項２乃至４のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記燃料電池の発電部は、複数の燃料電池セルからなる燃料電池スタックによって構成され、
燃料電池スタックの内、少なくとも一つの燃料電池セルから、前記燃料供給制御手段に出力を供給することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記燃料供給制御手段に出力を供給するセルは、前記燃料電池スタック内の他のセルよりも、熱的・機械的耐性が強いセルで構成されていることを特徴とする請求項６に記載の燃料電池システム。
【請求項８】
前記燃料供給制御手段は、電磁弁を備え、該電磁弁が前記燃料電池への燃料の供給、遮断のための信号とは別に、前記温度センサの抵抗値の変化によって動作し、
前記燃料の供給を遮断することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項９】
前記燃料供給制御手段は、前記燃料タンクと前記燃料電池と接続するコネクタを備え、該コネクタが前記温度センサの抵抗値の変化によって前記燃料タンクを前記燃料電池から脱離させ、
前記燃料電池への燃料の供給を遮断することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項１０】
前記燃料供給制御手段は、ノーマリーオープンバルブを備え、負の温度係数を有する前記温度センサの抵抗値の変化によって前記ノーマリーオープンバルブを動作させ、
前記燃料電池への燃料の供給を遮断することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項１１】
前記燃料供給制御手段は、ノーマリークローズバルブとヒューズを備えると共に、
前記燃料電池が、前記ノーマリークローズバルブよりも上流に位置して該ノーマリークローズバルブに電流を供給する第１の燃料電池と、前記ノーマリークローズバルブよりも下流に位置して前記電子機器に電流を供給する第２の燃料電池とを備え、
負の温度係数を有する前記温度センサの抵抗値の変化による前記ヒューズの動作によって前記ノーマリークローズバルブを動作させ、
前記第２の燃料電池への燃料の供給を遮断することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項１２】
前記燃料供給制御手段は、ノーマリークローズバルブを備えると共に、
前記燃料電池が、前記ノーマリークローズバルブよりも上流に位置して該ノーマリークローズバルブに電流を供給する第１の燃料電池と、前記ノーマリークローズバルブよりも下流に位置して前記電子機器に電流を供給する第２の燃料電池とを備え、
正の温度係数を有する前記温度センサの抵抗値の変化によって前記ノーマリークローズバルブを動作させ、
前記第２の燃料電池への燃料の供給を遮断することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は燃料電池システムに関し、特に燃料電池もしくは接続する電子機器が異常高温となった時に燃料の供給を遮断する構成を有する燃料電池システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は水素等の燃料と酸素を化学反応させて得られる化学エネルギーを直接電気エネルギーに変換するものである。
この燃料電池によれば、燃料のエネルギー密度が高い点と、酸素を外気から取り入れるためカソード側の活物質を持たなくて良い点から、体積あたり・重量あたりのエネルギー容量を、従来の電池に比べて飛躍的に高めることができる。
【０００３】
種々ある燃料電池の中でも、固体高分子型燃料電池（ＰＥＦＣ）は、フレキシブルなポリマー膜を電解質とする全固体型のため、ハンドリング性が良く、構造はシンプルであり、低温作動で起動停止が早いなどの特徴を有している。
このため、携帯用電子機器の搭載に適していると言える。
【０００４】
固体高分子型燃料電池は、基本的にはプロトン伝導性を有する固体高分子電解質膜、及びその両面に配置された一対の電極からなる。
電極は、白金あるいは白金族金属触媒からなる触媒層、触媒層の外面に形成されたガス供給と集電を担うガス拡散電極から構成される。
この電極および固体高分子電解質膜を一体化させたものを膜電極接合体（ＭＥＡ）と言い、一方の電極に燃料（水素）を、他方に酸化剤（酸素）を供給することで発電が行われる。
【０００５】
一組の膜電極接合体から成る燃料電池セルの理論電圧は約１．２３Ｖで、通常の運転状態においては０．７Ｖ程度で使用されることが多い。
そのため、より高い起電圧を必要とする場合には、複数の燃料電池セルを積層し、各燃料電池セルを電気的に直列化して用いられる。
このような積層構造は燃料電池スタックと呼ばれ、通常、スタック内では、酸化剤流路と燃料流路はセパレータと呼ばれる部材によって隔離されている。本発明における「燃料電池」とは、燃料電池セルと燃料電池スタックを含む概念である。
【０００６】
燃料電池の燃料供給方式には、種々のものがある。例えば、メタノールなどの液体燃料を直接供給する方式、純水素を供給する方式、液体燃料を改質して水素を燃料極へ供給する方式などがある。
携帯電子機器用には、出力が高く小型化に有利である点から、水素供給方式が好ましいと言える。
【０００７】
このような燃料電池システムの運転においては温度制御が重要となる。
駆動時に燃料電池の発電部温度が許容範囲を越えて高くなりすぎると、固体高分子電解質膜が乾燥し、プロトン伝導性が低下する、所謂ドライアウトが起こることで電気特性が低下する。
このようなドライアウトの状態で高負荷をかけた場合、燃料電池の発電能が追いつかないことから大きな転極を引き起こし、膜電極接合体（ＭＥＡ）に深刻なダメージを与えることがある。
また、高温で保持されることで熱分解や塑性変形等、燃料電池の部材劣化が生じることがある。
また、通常の運転時以外にも、燃料電池が外部的に短絡してしまった場合、あるいは、膜破損により触媒燃焼が生じてしまった場合、燃料電池の発電部の温度は許容範囲を越えた激しい温度上昇を示す。
このような状態においては、燃料電池を搭載した電子機器側にもダメージを与える恐れがある。
【０００８】
このため、許容範囲を越えた異常高温（以下単に「異常高温」と呼ぶ）となった時に発電を停止するための措置が必要である。
燃料電池が異常高温となった時に発電を停止させるためには、燃料の供給を遮断する方法が確実であり、従来からこの種の方法が提案されている。
例えば、特許文献１では、温度センサ・制御装置を取り付け、異常高温となった時に制御装置によって燃料供給弁を閉じる方法が開示されている。
また、特許文献２では、高温で変形する材質を流路内に配置して、異常高温となった時にそれら材質の変形によって燃料流路を遮断する方法が開示されている。    
【特許文献１】特開平９−１４７８９５号公報
【特許文献２】特開２００１−２２９９４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１では、センサによる温度検出と制御装置の動作に外部電源を必要とする構成であり、かつ、制御装置を用いたアクティブな制御を必要とするため、システムが大型化するといった問題を有している。
また、特許文献２では、拡散性の高い水素に対しては流路内での遮断が不確実となる恐れがあるほか、変形した材質の復帰性にも疑問が残るといった問題を有している。
【００１０】
本発明は、上記課題に鑑み、燃料電池の発電部の温度が許容範囲を越えて高温となった際の制御において、パッシブな構成によって燃料供給の遮断をより的確に行うことができ、小型化を図ることが可能となる燃料電池システムの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、次のように構成した燃料電池システムを提供するものである。
本発明の燃料電池システムは、燃料極と酸化剤極とを含む発電部を備え、燃料タンクから供給される燃料によって発電を行なう燃料電池を有する燃料電池システムにおいて、
前記燃料タンクと前記燃料電池との間に配置され、前記燃料の供給を遮断することのできる燃料供給制御手段と、
前記燃料供給制御手段と前記燃料電池とを繋ぐ回路に設けられた、前記燃料電池の発電部の温度及び／又は前記燃料電池に接続され電力を供給される電子機器の温度に応じて抵抗値を変化させる温度センサと、
を有し、前記温度センサの抵抗値の変化によって前記燃料供給制御手段を動作させ、前記燃料の供給を遮断することを特徴とする。
また、本発明の燃料電池システムは、前記温度センサが、サーミスタであることを特徴とする。
また、本発明の燃料電池システムは、前記サーミスタが負の温度係数を有し、前記燃料供給制御手段は供給される電流の増加を受けて動作することを特徴とする。
また、本発明の燃料電池システムは、前記サーミスタが正の温度係数を有し、前記燃料供給制御手段は供給される電流の低減を受けて動作することを特徴とする。
また、本発明の燃料電池システムは、前記サーミスタが、前記サーミスタの温度が予め定めた閾値を超えた際に急激に抵抗値を変化させる特性を有することを特徴とする。
また、本発明の燃料電池システムは、前記燃料電池の発電部が、複数の燃料電池セルからなる燃料電池スタックによって構成され、
燃料電池スタックの内、少なくとも一つの燃料電池セルから、前記燃料供給制御手段に出力を供給することを特徴とする。
また、本発明の燃料電池システムは、前記燃料供給制御手段に出力を供給するセルが、前記燃料電池スタック内の他のセルよりも、熱的・機械的耐性が強いセルで構成されていることを特徴とする。
また、本発明の燃料電池システムは、前記燃料供給制御手段が、電磁弁を備え、該電磁弁が前記燃料電池への燃料の供給、遮断のための信号とは別に、前記温度センサの抵抗値の変化によって動作し、
前記燃料の供給を遮断することを特徴とする。
また、本発明の燃料電池システムは、前記燃料供給制御手段が、前記燃料タンクと前記燃料電池と接続するコネクタを備え、該コネクタが前記温度センサの抵抗値の変化によって前記燃料タンクを前記燃料電池から脱離させ、
前記燃料電池への燃料の供給を遮断することを特徴とする。
また、本発明の燃料電池システムは、前記燃料供給制御手段が、ノーマリーオープンバルブを備え、負の温度係数を有する前記温度センサの抵抗値の変化によって前記ノーマリーオープンバルブを動作させ、
前記燃料電池への燃料の供給を遮断することを特徴とする。
また、本発明の燃料電池システムは、前記燃料供給制御手段が、ノーマリークローズバルブとヒューズを備えると共に、
前記燃料電池が、前記ノーマリークローズバルブよりも上流に位置して該ノーマリークローズバルブに電流を供給する第１の燃料電池と、前記ノーマリークローズバルブよりも下流に位置して前記電子機器に電流を供給する第２の燃料電池とを備え、
負の温度係数を有する前記温度センサの抵抗値の変化による前記ヒューズの動作によって前記ノーマリークローズバルブを動作させ、
前記第２の燃料電池への燃料の供給を遮断することを特徴とする。
また、本発明の燃料電池システムは、前記燃料供給制御手段が、ノーマリークローズバルブを備えると共に、
前記燃料電池が、前記ノーマリークローズバルブよりも上流に位置して該ノーマリークローズバルブに電流を供給する第１の燃料電池と、前記ノーマリークローズバルブよりも下流に位置して前記電子機器に電流を供給する第２の燃料電池とを備え、
正の温度係数を有する前記温度センサの抵抗値の変化によって前記ノーマリークローズバルブを動作させ、
前記第２の燃料電池への燃料の供給を遮断することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の燃料電池システムによれば、燃料電池の発電部の温度が許容範囲を越えて高温となった際に、簡単な構成によって燃料供給の遮断をより的確に行うことができ、小型化を図ることが可能となる。
また、外部電源を必要とせず、無駄な出力消費を抑制することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
次に、本発明における実施の形態について説明する。
本発明に用いられる温度センサとしては、サーミスタが好ましく用いられ得る。また、バイメタルや形状記憶合金を用いたスイッチも用いられ得る。温度変化に伴うスイッチの開閉もまた、本発明における温度センサの抵抗値の変化として利用できる。
温度センサとして、スイッチを用いた場合は、抵抗値の変化の幅が大きくかつ、変化が急激であるということから、制御の確実性が高いという利点がある。
温度センサとして、サーミスタを用いた場合は、部品点数が少なくかつ可動部が無いことから、ポータブル型の燃料電池システムに、より好適に用いられ得る。以下においては、サーミスタを用いた場合について説明する。
図１は、本実施の形態における燃料電池システムを説明する概略図である。
図１において、１１は燃料電池、１２は燃料タンク、１３は燃料供給制御手段、１４は温度センサとしてのサーミスタ、１５は電子機器である。
【００１４】
本実施の形態の燃料電池システムは、燃料極と酸化剤極とを含む発電部を備えた燃料電池と、該燃料電池で発電された電力を電源とする電子機器と、を有している。
その特徴的構成は、燃料供給制御手段１３と、サーミスタ１４とを備えた構成としたことである。
燃料供給制御手段１３は、燃料電池の発電部または燃料電池を備える電子機器の温度に応じたサーミスタ１４の抵抗値の変化によって、燃料タンクと燃料電池の間の燃料供給を遮断するように構成されている。
このサーミスタ１４は燃料電池１１と燃料供給制御手段１３とを繋ぐ回路に設けられている。
そして、燃料供給の遮断は、サーミスタ１４が燃料電池の発電部または燃料電池を備える電子機器の温度に対して抵抗値を変化させることで回路に流れる電流値が変化し、該電流値の変化を受けて燃料供給制御手段１３が動作することで行なわれる。
【００１５】
本実施の形態において、燃料電池１１は、純水素やメタノール等どのような方式のものでも用いることができ、プロトン伝導性の固体高分子電解質膜とその両側に触媒層とガス拡散層からなる燃料極、酸化剤極の二つの電極を有する。
燃料極へは燃料タンク１２から燃料が供給される。また、酸化剤極へは酸素が空気の自然拡散により供給される構成とすることが、燃料電池システムの小型化に向いていて好ましい。
また、別途酸素タンクを設けて酸素ガスを酸化剤極に供給する構成、あるいはファンを用いて空気を酸化剤極に送る構成とすることも可能である。
また、固体高分子電解質膜には、どのようなものを用いても良いが、パーフルオロスルホン酸系のプロトン交換樹脂膜が好ましい。
固体高分子電解質膜は、燃料電池の発電反応に伴って生成する水で速やかに加湿される必要があるため、なるべく薄い膜であることが好ましいが、膜の機械的強度やガスバリアー性等を考えると、５０μｍ程度が好ましいと言える。
【００１６】
電極の作製は、例えば以下のように行なうことができる。
まず、白金黒や白金担持カーボン等の触媒担持粒子と固体高分子電解質溶液とイソプロピルアルコール等の有機溶媒を混合することで触媒インクを作製する。
このインクをスプレー塗工法やスクリーン印刷法、ドクターブレード法などでポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等の高分子フィルム、導電性多孔質体のカーボン電極基板上などに成膜することで触媒層が作製される。
得られた触媒層を固体高分子電解質膜の両面に触媒が担持された側を内側にして、熱転写等で圧着することで固体高分子型燃料電池用の膜電極接合体を得ることができる。
【００１７】
燃料タンク１２は、燃料を燃料電池に供給できるものならばどのようなものを用いても良く、燃料としては、純水素や水素吸蔵材料に吸蔵された水素、メタノールやエタノールなどの液体燃料が挙げられる。
また液体燃料及びその改質器を有して改質水素を燃料電池に供給する方式でも構わない。
本実施の形態においては、高出力密度を目するため、純水素を供給する方式が好ましい。
また、水素吸蔵合金を使用すれば、より低圧で効率良く水素を蓄えることができるためより好ましいと言える。
【００１８】
本実施の形態において、燃料流路および燃料極室は、燃料タンクから供給された燃料を系外へリークさせることのないよう、部品間の接続部分などにはシール処理が施され、密閉状態に保たれるように構成される。
【００１９】
燃料供給制御手段１３は、駆動時は燃料タンクから燃料電池への燃料の供給を可能とし、停止時には電子機器１５側から停止信号を受けるなどして燃料の供給を遮断する。
このような電気的信号を受けて燃料の供給を制御するような手段としては電磁弁などが挙げられる。
また、燃料タンクと燃料電池とはコネクタにより接続され、接続口のカップリングはコネクタが接続されていると開き、コネクタが脱離していると閉じる構成をとり、停止時に燃料タンクを脱離させることで燃料供給を遮断する方法でも構わない。
【００２０】
また、燃料供給制御手段１３は、燃料電池１１とはサーミスタ１４を介して回路的に接続されている。
そして、本実施の形態においては、燃料電池の発電部温度が許容範囲内である場合には、燃料タンクから燃料電池への燃料の供給が可能とされ、燃料電池の発電部温度が許容範囲を越えた場合には、燃料の供給を遮断するように構成されている。
例えば、燃料供給制御手段１３は、燃料電池への燃料の供給、遮断のための信号とは別に、燃料電池１１の温度が許容範囲を越えた際、サーミスタ１４における電流値の変化により、燃料供給を遮断するように構成することができる。
例として、上記電磁バルブを閉状態となるよう動作させる、或いは、上記コネクタを脱離するように動作させるなどである。
また、停止信号による動作を行う別の燃料制御手段を有し、燃料供給制御手段１３は電子機器１５側からの停止信号による動作は行わず、燃料電池１１の温度が許容範囲を越えたときだけに動作するフェイルセーフの機構であっても良い。
【００２１】
サーミスタ１４は、燃料電池１１の温度に応じて自己の抵抗値を変化させ、流れる電流を調整することができる構成となっている。
サーミスタ部材には負の温度係数を持つもの（ＮＴＣサーミスタ）と正の温度係数を持つもの（ＰＴＣサーミスタ）があるが、燃料供給制御手段１３が出力の増減のどちらを受けて燃料を遮断するよう動作するかの選択に合わせて組み合わせ使用する。
【００２２】
本実施の形態では、ＮＴＣサーミスタあるいはＰＴＣサーミスタのいずれのものも用いることができるが、サーミスタ部材は負の温度係数を有し、燃料供給制御手段は出力の増加を受けて遮断動作するものを用いることが好ましい。
すなわち、負の温度係数を有するサーミスタ部材を用いることで、燃料電池温度の上昇につれて抵抗値を低減させていき、流れる電流の増加を受けて燃料供給制御手段の遮断動作を行うことが可能となる。この場合には、より大きな電流で燃料供給制御手段を動作させることが可能となるので好ましい。
また、正の温度係数を有するサーミスタ部材と出力の低減を受けて動作する燃料供給制御手段との組み合わせも可能である。
この例としてノーマリークローズバルブとＰＴＣサーミスタを組み合せて用いた場合、フェイルセーフの機能をより高めたシステムとすることができるので、好ましい。
【００２３】
これらサーミスタ部材は、例えば図２で示すように、温度が或る閾値を超えた際に急激に抵抗値を変化させるようなスイッチング特性を有するサーミスタが好ましい。
例えば、負の温度係数を有する場合は、温度が閾値より低いときには高抵抗体であって電流を殆ど流さず、閾値以上になると燃料供給制御手段が動作するに足る電流を流すよう低抵抗体となるものが好ましい。
これにより、通常発電時に燃料電池１１から燃料供給制御手段１３に流れる電流が小さくて済み、無駄な燃料消費を抑制することが可能となる。
【００２４】
また、サーミスタ１４は、燃料電池１１の温度に応じて抵抗値を変化させるように設置されるだけでなく、電子機器１５の温度に応じて抵抗値を変化させるように設置されても良い。
この構成をとることで、電子機器１５の温度が許容範囲を越えて高くなりすぎた場合に、燃料供給の遮断により燃料電池１１の発電停止を行い、電子機器１５のさらなる温度上昇を防ぐことができる。
また、電子機器１５の温度が異常に高くなることにより燃料電池１１がダメージを受けることを防止することができる。
【００２５】
燃料電池１１が燃料電池スタックである場合においては、燃料供給制御手段１３に出力を供給する燃料電池セルは、燃料電池スタック内の一部の燃料電池セル、あるいは全部の燃料電池セルで構成することができる。
すなわち、この燃料供給制御手段１３には、電子機器１５と並列に燃料電池スタック全体の出力を供給しても良く、また燃料電池スタック中の一部の燃料電池セルから出力を供給する構成としても良い。
燃料供給制御手段１３の遮断動作に必要となる出力に応じて、任意に設計することができる。
【００２６】
また、燃料供給制御手段１３に出力を供給する燃料電池スタック内の一部のセルについては、燃料電池の発電部の温度が許容範囲を越えた状態であっても、燃料供給制御手段１３に出力を供給する必要がある。
このため、燃料供給制御手段１３に出力を供給する燃料電池スタック内の一部のセルは他の燃料電池セルよりも熱的・機械的耐性が強い構成とすることが好ましい。
例えば、他の燃料電池セルよりも電解質膜を厚くするなどで、これらの耐性を高めることができる。
また、燃料電池スタックの端部に配置された燃料電池セルのように、他の燃料電池セルと比較して外気への放熱特性が高く、温度の上昇が比較的小さい燃料電池セルを選択しても良い。
【００２７】
また、燃料供給制御手段１３に出力を供給する燃料電池セルは、電子機器側への出力供給と燃料供給制御手段への出力供給を兼ねる構成としても良い。
また、電子機器側への出力供給は行なわず、燃料供給制御手段１３のみに出力を供給するよう特化された構成としても良い。
【００２８】
上記構成とすることで、燃料電池の発電部の温度が許容範囲を越えて高くなった場合の制御に際し、サーミスタがセンサと出力制御を兼ねるため、制御装置を不要とした、簡単な構成とすることができる。
また、サーミスタ部材は燃料電池の温度に応じて抵抗を変化させるという動作を行ない、燃料供給制御手段は燃料電池の出力で動作するため、外部電源不要にシステムを構築することができる。
さらには、動作に必要な出力は既に燃料電池に供給された燃料を用いた発電によって賄われるため無駄な電力消費を抑制することができる。
【実施例】
【００２９】
以下に、本発明の実施例について説明する。
［実施例１］
実施例１においては、本発明を適用した燃料電池システムについて説明する。図３に、本実施例における燃料電池システムの構成の概略図を示す。
図３には図１の本発明の実施の形態の燃料電池システムと同じ部分には、同一の符号が付されているので、共通する部分の説明は省略する。
図３において、１６は負の温度係数を有するＮＴＣサーミスタ、１７は電動バルブ（電磁弁）である。
【００３０】
本実施例において、燃料供給制御手段は電動バルブ１７で構成される。電動バルブ１７は燃料電池１１と燃料タンク１２を繋ぐ燃料流路の間に設置されている。電動バルブ１７は、電子機器１５からの起動信号に対して開状態となるよう動作制御され、停止信号に対して閉状態となるよう動作制御される。
電動バルブ１７は、起動・停止信号を受ける回路とは別に、負の温度係数を有するＮＴＣサーミスタ１６を介して燃料電池１１に回路的に接続されている。
また、該回路を流れる電流の向きは電動バルブ１７を閉状態へと動作制御させる方向となるよう構成されている。
【００３１】
燃料電池１１の温度が許容範囲内である場合には、ＮＴＣサーミスタ１６は高抵抗体であり、回路に流れる電流は小さいため、電動バルブ１７が動作することは無い。
一方、燃料電池１１の温度が許容範囲を越え或る閾値以上になった場合、ＮＴＣサーミスタ１６は図２で示すスイッチング特性で自己の抵抗値を急激に低減させる。
このため、回路内に燃料電池１１の出力電流が流れるようになり、電流の増加を受けて電動バルブ１７は閉状態へと動作制御される。
【００３２】
これにより、燃料電池１１の温度が許容範囲を越えて高くなった場合、速やかに燃料の供給を遮断し、発電を停止させることができる。
このため、燃料電池の温度の上昇を抑制することができるため、燃料電池の保護、および、電子機器の保護を行うことができる。
【００３３】
［実施例２］
実施例２においては、実施例１とは別の形態の燃料電池システムについて説明する。
図４に、本実施例における燃料電池システムの構成の概略図を示す。
図４には図１の本発明の実施の形態の燃料電池システムと同じ部分には、同一の符号が付されているので、共通する部分の説明は省略する。
図４において、１６は負の温度係数を有するＮＴＣサーミスタ、１８はプラグ、１９はソケット、２０は継手、２１はアクチュエータである。
【００３４】
本実施例において、燃料供給制御手段はプラグ１８とソケット１９、及び、アクチュエータ２１で構成される。
燃料電池１１と燃料タンク１２はプラグ１８とソケット１９からなる継手（コネクタ）２０により着脱可能に連結される。
また、プラグ１８、あるいは、プラグ１８とソケット１９の両方にはストップバルブが設けられていて、装着されたときのみ燃料流路が連通し、脱離されたときは燃料流路が閉鎖される。
アクチュエータ２１は、負の温度係数を有するＮＴＣサーミスタ１６を介して燃料電池１１に回路的に接続されている。
また、該回路を流れる電流の向きはアクチュエータ２１の動作が延伸方向となるよう構成されている。
【００３５】
また、アクチュエータ２１は、延伸した結果、燃料電池１１と燃料タンク１２の間に荷重を与える構成をとる。
これにより、プラグ１８とソケット１９からなる継手２０は、アクチュエータ２１が延伸したときの荷重で切り離される。
燃料電池１１の温度が許容範囲内である場合には、ＮＴＣサーミスタ１６は高抵抗体であり、回路に流れる電流は小さいため、アクチュエータ２１が動作することは無い。
【００３６】
一方、燃料電池１１の温度が許容範囲を越え或る閾値以上になった場合、ＮＴＣサーミスタ１６は図２で示すスイッチング特性で自己の抵抗値を急激に低減させる。
このため、回路内に燃料電池１１の出力電流が流れるようになり、電流の増加を受けてアクチュエータ２１は延伸方向へと動作制御される。
アクチュエータ２１の延伸に対して、プラグ１８とソケット１９からなる継手２０は切り離され、燃料の供給が遮断される。
【００３７】
これにより、燃料電池１１の温度が許容範囲を越えて高くなった場合、速やかに燃料の供給を遮断し、発電を停止させることができる。
このため、燃料電池の温度の上昇を抑制することができるため、燃料電池の保護、および、電子機器の保護を行うことができる。
【００３８】
［実施例３］
実施例３においては、実施例１、２とは別の形態の燃料電池システムについて説明する。
図５に、本実施例における燃料電池システムの構成の概略図を示す。
図５には図１の本発明の実施の形態の燃料電池システムと同じ部分には、同一の符号が付されているので、共通する部分の説明は省略する。
図５において、２２はＮＯバルブ（ノーマリーオープンバルブ）である。
【００３９】
本実施例において、燃料供給制御手段はノーマリーオープンバルブ（ＮＯバルブ）２２で構成される。
上記ＮＯバルブ２２は燃料電池１１と燃料タンク１２を繋ぐ燃料流路の間に設置されている。上記ＮＯバルブ２２は、電力が供給されていない状態ではバルブが常時開いた状態で、燃料の供給を可能とする。
一方、所定値以上の電力が供給されている状態ではバルブが閉じた状態になり、燃料の供給を遮断する。
このようなバルブとしてはソレノイド方式やバイモルフ型圧電素子バルブ等が用いられる。
上記ＮＯバルブ２２は、燃料電池への燃料の供給、遮断のための信号を受ける回路とは別に、負の温度係数を有するＮＴＣサーミスタ１６を介して燃料電池１１に回路的に接続されている。
燃料電池１１の温度が許容範囲内である場合には、ＮＴＣサーミスタ１６は高抵抗体であり、回路に流れる電流は小さいため、上記ＮＯバルブ２２が動作することは無い。
【００４０】
一方、燃料電池１１の温度が許容範囲を越え或る閾値以上になった場合、ＮＴＣサーミスタ１６は図２で示すスイッチング特性で自己の抵抗値を急激に低減させる。
このため、回路内に燃料電池１１の出力電流が流れるようになり、電流の増加を受けて上記ＮＯバルブ２２は閉状態へと動作制御される。
【００４１】
この場合、燃料電池１１の温度が閾値以下に低下したり、燃料電池１１内に残存する燃料が消費され上記ＮＯバルブ２２への出力供給が無くなった時点で、再び上記ＮＯバルブ２２は開状態となり燃料が供給される。
ここで異常高温となった原因が解消されていない場合、燃料電池１１が再び異常高温となり、周期的に燃料の供給と停止が繰返し行われることになる。
この場合であっても、燃料電池の発電を周期的に抑制することができるため、温度上昇を抑えられる、あるいは、許容範囲内の温度に維持することが可能となる。
このような状態の時に、電子機器１５が異常警告を示し、ユーザーに注意を促すことができる。
【００４２】
［実施例４］
実施例４においては、上記各実施例とは別の形態の燃料電池システムについて説明する。
図６に、本実施例における燃料電池システムの構成の概略図を示す。
図６には図１の本発明の実施の形態の燃料電池システムと同じ部分には、同一の符号が付されているので、共通する部分の説明は省略する。
図６において、２３はノーマリークローズバルブ（ＮＣバルブ）、２４はヒューズ、２５は第１の燃料電池、２６は第２の燃料電池である。
【００４３】
本実施例において、燃料供給制御手段はノーマリークローズバルブ（ＮＣバルブ）２３とヒューズ２４で構成される。
上記ＮＣバルブ２３は燃料電池と燃料タンク１２を繋ぐ燃料流路の間に設置されている。上記ＮＣバルブ２３は、電力が供給されていない状態ではバルブが常時閉じた状態で、燃料の供給を遮断する。
一方、所定値以上の電力が供給されている状態ではバルブが開いた状態になり、燃料の供給を可能とする。
このようなバルブとしてはソレノイド方式やバイモルフ型圧電素子バルブ等が用いられる。
【００４４】
本実施例において、燃料電池は上記ＮＣバルブ２３よりも上流に位置して上記ＮＣバルブ２３に出力を供給する第１の燃料電池２５と、上記ＮＣバルブ２３よりも下流に位置して電子機器１５へ出力を供給する主たる第２の燃料電池２６から構成される。
燃料電池２５の発電により上記ＮＣバルブ２３が開状態となることで、第２の燃料電池２６に水素燃料が供給される。
上記ＮＣバルブ２３は、負の温度係数を有するＮＴＣサーミスタ１６を介して第２の燃料電池２６に回路的に接続されている。
また、ＮＴＣサーミスタ１６は、第２の燃料電池２６の温度に応じて抵抗値を変化させるように設置されている。
【００４５】
該回路は、第１の燃料電池２５と上記ＮＣバルブ２３を繋ぐ回路と合流し、合流したラインにヒューズ２４が設置されている。
ヒューズ２４は、第１の燃料電池２５の電流に対しては動作することなく、主たる発電を行う第２の燃料電池２６の出力する、より大きな電流が流れたときに動作する。
すなわち、第１の燃料電池２５の電流よりも大きな電流が流れ、閾値を越えたときに動作可能に設計されている。
主たる発電を行う第２の燃料電池２６の温度が許容範囲内にある場合には、ＮＴＣサーミスタ１６は高抵抗体であり、回路に流れる電流は小さい。
第１の燃料電池２５の出力は上記ＮＣバルブ２３を動作させるのに必要な程度の電流が流れるように設定されている。
これによりＮＣバルブ２３が開となるよう動作し、第２の燃料電池２６には燃料が供給される。
【００４６】
一方、第２の燃料電池２６の温度が許容範囲を越え或る閾値以上になった場合、ＮＴＣサーミスタ１６は図２で示すスイッチング特性で自己の抵抗値を急激に低減させる。
このようなＮＴＣサーミスタ１６の抵抗値の変化によって、つぎのようにヒューズ２４の動作を介して上記ＮＣバルブ２３を閉となるよう動作させ、第２の燃料電池２６への燃料の供給を遮断する。
すなわち、ＮＣＴサーミスタ１６の抵抗値の急激な低減のため、回路内に第２の燃料電池２６の電流が流れる。
ヒューズ２４は第２の燃料電池２６の電流により動作することで、回路に流れる電流全てを遮断するよう動作する。
したがって、上記ＮＣバルブ２３には動作に必要な第１の燃料電池２５の電流が流れなくなることで閉状態となり、第２の燃料電池２６には燃料が供給されず、発電が停止される。
【００４７】
これにより、燃料電池１１の温度が許容範囲を越えて高くなった場合、速やかに燃料の供給を遮断し、発電を停止させることができる。
このため、燃料電池温度の上昇を抑制することができるため、燃料電池の保護、および、電子機器の保護を行うことができる。
【００４８】
［実施例５］
実施例５においては、上記各実施例とは別の形態の燃料電池システムについて説明する。
図７に、本実施例における燃料電池システムの構成の概略図を示す。
図７には図６の実施例６の燃料電池システムと同じ部分には、同一の符号が付されているので、共通する部分の説明は省略する。
図７において、２７は正の温度係数を有するＰＴＣサーミスタである。
【００４９】
本実施例において、ＰＴＣサーミスタ２７は上記各実施例とは異なり正の温度係数を有している。
燃料供給制御手段はノーマリークローズバルブ（ＮＣバルブ）２３で構成される。
上記ＮＣバルブ２３は燃料電池と燃料タンク１２を繋ぐ燃料流路の間に設置されている。上記ＮＣバルブ２３は、電力が供給されていない状態ではバルブが常時閉じた状態で、燃料の供給を遮断する。
一方、所定値以上の電力が供給されている状態ではバルブが開いた状態になり、燃料の供給を可能とする。このようなバルブとしてはソレノイド方式やバイモルフ型圧電素子バルブ等が用いられる。
【００５０】
本実施例における燃料電池は、上記ＮＣバルブ２３よりも上流に位置して上記ＮＣバルブ２３に出力を供給する第１の燃料電池２５と、上記ＮＣバルブ２３よりも下流に位置して電子機器１５へ出力を供給する主たる第２の燃料電池２６から構成される。
第１の燃料電池２５の出力によりＮＣバルブ２３が開状態となることで第２の燃料電池２６に燃料が供給される。
【００５１】
上記ＮＣバルブ２３は、正の温度係数を持つＰＴＣサーミスタ２７を介して第１の燃料電池２５に回路的に接続されている。
また、ＰＴＣサーミスタ２７は、第２の燃料電池２６の温度に感温するように設置されている。
主たる発電を行う第２の燃料電池２６の温度が許容範囲内にある場合には、ＰＴＣサーミスタ２７は低抵抗体であり、回路には上記ＮＣバルブ２３が動作するのに足る、第１の燃料電池２５の出力電流が流れるように設定されている。
このため、第２の燃料電池２６には燃料が供給される。
【００５２】
一方、第２の燃料電池２６の温度が許容範囲を越え或る閾値以上になった場合、ＰＴＣサーミスタ２７は図２で示すとは逆のスイッチング特性で自己の抵抗値を急激に増加させる。
このため、回路内に上記ＮＣバルブ２３が動作するのに必要な第１の燃料電池２５の電流が流れなくなり、上記ＮＣバルブ２３は閉状態となる。
【００５３】
これにより、第２の燃料電池２６には燃料が供給されず発電が停止される。
この場合、第２の燃料電池２６の温度が閾値以下に低下し、ＰＴＣサーミスタ２７が再び低抵抗体化すると、再び上記ＮＣバルブ２３は開状態となり燃料が供給される。
ここで異常高温となった原因が解消されていない場合、燃料電池１１が再び異常高温となり、周期的に燃料の供給と停止が繰返し行われることになる。
この場合であっても、燃料電池の発電を周期的に抑制することができるため、温度上昇を抑えられる、あるいは、許容範囲内の温度に維持することが可能となる。
このような状態の時に、電子機器１５が異常警告を示し、ユーザーに注意を促すことができる。
【００５４】
［実施例６］
実施例６においては、上記各実施例とは別の形態の燃料電池システムについて説明する。
図８に、本実施例における燃料電池システムの構成の概略図を示す。
図８には図１の本発明の実施の形態の燃料電池システムと同じ部分には、同一の符号が付されているので、共通する部分の説明は省略する。
図８において、１６は負の温度係数を有する電子機器側に設置されたＮＴＣサーミスタである。
【００５５】
本実施例においては、負の温度係数を有するＮＴＣサーミスタ１６は、電子機器１５の温度に応じて抵抗を変化させるよう設置されている。
また、ＮＴＣサーミスタ１６は並列な回路で燃料電池及び電子機器の両方に応じて抵抗を変化させるよう配置しても良い。
電子機器１５の温度が許容範囲内にある場合には、燃料電池１１には燃料が供給され発電を行う。
一方、電子機器１５の温度が許容範囲を越え或る閾値以上になるとサーミスタ部材が自己の抵抗値を急激に変化させ、回路に流れる電流値を変化させる。
燃料供給制御手段は該出力の変化を受けて遮断動作を行い、燃料電池は停止する。
【００５６】
本実施例の構成をとることで、電子機器１５の温度が許容範囲を越えて高くなった場合に、燃料供給の遮断により燃料電池１１の発電停止を行い、電子機器１５側のさらなる温度上昇を防ぐことができる。
また、電子機器１５の温度暴走に対して燃料電池１１がダメージを受けることを防止することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の実施の形態における燃料電池システムの構成を示す概略図である。
【図２】本発明の実施の形態及び実施例で用いる負の温度係数を有するサーミスタ部材の温度−抵抗特性である。
【図３】本発明の実施例１における燃料電池システムの構成を示す概略図である。
【図４】本発明の実施例２における燃料電池システムの構成を示す概略図である。
【図５】本発明の実施例３における燃料電池システムの構成を示す概略図である。
【図６】本発明の実施例４における燃料電池システムの構成を示す概略図である。
【図７】本発明の実施例５における燃料電池システムの構成を示す概略図である。
【図８】本発明の実施例６における燃料電池システムの構成を示す概略図である。
【符号の説明】
【００５８】
１１：燃料電池
１２：燃料タンク
１３：燃料供給制御手段
１４：サーミスタ
１５：電子機器
１６：ＮＴＣサーミスタ
１７：電動バルブ（電磁弁）
１８：プラグ
１９：ソケット
２０：継手（コネクタ）
２１：アクチュエータ
２２：ＮＯバルブ（ノーマリーオープンバルブ）
２３：ＮＣバルブ（ノーマリークローズバルブ）
２４：ヒューズ
２５：第１の燃料電池
２６：第２の燃料電池
２７：ＰＴＣサーミスタ
【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】
2008258148.tif 000007
【図６】
2008258148.tif 000008
【図７】
2008258148.tif 000009
【図８】
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