(57)【要約】【課題】別電源を必要とせず、簡単な構成で反応部の異常状態を抑制することが可能となる燃料電池を提供する。【解決手段】供給された燃料によって発電する燃料発電部２と、前記燃料を貯蔵する燃料タンク部３と、前記燃料タンク部に貯蔵された燃料を前記燃料発電部に供給するための燃料供給流路６と、前記燃料供給流路に設けられた燃料の供給を制御する燃料供給バルブ５と、を備えた燃料電池であって、  前記燃料発電部の異常を検出するセンサー部１１と、  前記センサー部の検出する異常情報の有無に基づいて、前記燃料供給流路に設けられた前記燃料供給バルブを開閉し、前記燃料の供給を制御する制御部１０と、を有し、  前記センサー部、前記制御部及び前記燃料供給バルブのそれぞれを、前記燃料発電部で発生した電力によって動作可能に構成する。【選択図】            図１
2008016282.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
供給された燃料によって発電する燃料発電部と、前記燃料を貯蔵する燃料タンク部と、前記燃料タンク部に貯蔵された燃料を前記燃料発電部に供給するための燃料供給流路と、前記燃料供給流路に設けられた燃料の供給を制御する燃料供給バルブと、
を備えた燃料電池であって、
前記燃料発電部の異常を検出するセンサー部と、
前記センサー部の検出する異常情報の有無に基づいて、前記燃料供給流路に設けられた前記燃料供給バルブを開閉し、前記燃料の供給を制御する制御部と、
を有し、前記センサー部、前記制御部及び前記燃料供給バルブのそれぞれが、前記燃料発電部で発生した電力によって動作可能に構成されていることを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
前記燃料発電部の異常を検知するセンサー部が、前記燃料発電部の温度の異常を検出するセンサーであることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池。
【請求項３】
前記燃料発電部の異常を検知するセンサー部が、前記燃料電池の出力電流量の異常を検出するセンサーであることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池。
【請求項４】
前記燃料タンク部が、水素吸蔵合金を内蔵した燃料タンクであることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は水素やメタノールなど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ため、高い発電効率を得ることができる。
また、機械的な駆動部が少ないため騒音が非常に小さく、小型化も可能であるという特徴がある。
小型の燃料電池としては、固体高分子型の燃料電池が挙げられ、ノートパソコンや携帯電話等、携帯用機器の電源として使用するものが考案されている。
これは、アルカリ電池等の一次電池や、ニッケルイオン電池等の二次電池の代わりに使うもので、電気機器に搭載して使用することができる。
【０００３】
燃料電池は、電気化学反応により発電している。この電気化学反応が何らかの理由で設計条件からはずれて、異常になった場合の対策は、非常に重要である。電気化学反応が異常になる例としては、反応で発生する熱のために、反応部の温度が高くなりすぎる場合や、過大電流がながれて反応部の一部に逆起電力がかかる場合などが挙げられる。
【０００４】
燃料電池の電気化学反応が、温度が高くなりすぎると問題になるのは、次の理由による。
燃料電池の電気化学反応は発熱反応のため、発電中は、放熱する必要がある。
発電時の放熱が何らかの理由により阻害されたり、燃料電池の＋極と−極間が短絡して発電量が急激増加したりすると、発電時の放熱が間に合わずに、燃料電池内部の温度が高くなりすぎる。
燃料電池内部の温度が高くなりすぎると、燃料電池を構成している部材の劣化や、部材の特性変化による発電効率の低下などの問題が発生する。
なお、所定の温度は、燃料電池で使用する電解質の種類によって異なり、例えば、固体高分子型では、８０℃程度、リン酸型では２００℃程度、溶融炭酸塩型では６５０℃程度、固体酸化物型では１０００℃程度である。
【０００５】
従来において、以上の発電時に温度が上がりすぎた場合の対策として、例えば特許文献１では、つぎのように発電時の発熱を抑える発明が開示されている。
すなわち、発電時の電気化学反応がおこっているスタック内に熱分解性高分子を内蔵し、スタック内温度が上昇しすぎたとき、前記高分子の分解で発熱を抑える発明が開示されている。
また、定置用の燃料電池等、比較的大型の燃料電池では、燃料電池内部の発電状態をセンサー等を利用してモニターするための別な電源を用意し、異常を検知した場合は、その別な電源を利用して燃料電池への燃料供給を停止するという対策が採られているものもある。
【特許文献１】特開平１１−１５４５２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記した従来例の燃料電池における発電時の温度の上がりすぎや、過大電流が流れる等の異常状態への対策手段は、必ずしも満足の得られるものではなかった。
例えば、上記特許文献１のものでは、発電時の温度上昇したとき、その温度を下げるために、スタックに内蔵している高分子が分解する。そのため、温度が下がっても、燃料電池は、上昇する以前と同じ状態には戻らず、継続して燃料電池を使用する上で支障をきたす場合が生じる。
また、上記従来例の別電源を設けて、センサーで異常状態を検知したとき、燃料供給を停止するようにしたものにおいては、燃料電池に２次電池などの別電源を別途設ける必要がある。そのため、装置の大型化やコストの増加という不都合が生じる。特に、携帯用などの小型の燃料電池で、この方法を使おうとすると、大きな支障となる。
【０００７】
本発明は、上記課題に鑑み、別電源を必要とせず、簡単な構成で反応部の異常状態を抑制することが可能となる燃料電池を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上記課題を解決するため、つぎのように構成した燃料電池を提供するものである。
本発明の燃料電池は、
供給された燃料によって発電する燃料発電部と、前記燃料を貯蔵する燃料タンク部と、前記燃料タンク部に貯蔵された燃料を前記燃料発電部に供給するための燃料供給流路と、前記燃料供給流路に設けられた燃料の供給を制御する燃料供給バルブと、
を備えた燃料電池であって、
前記燃料発電部の異常を検出するセンサー部と、
前記センサー部の検出する異常情報の有無に基づいて、前記燃料供給流路に設けられた前記燃料供給バルブを開閉し、前記燃料の供給を制御する制御部と、
を有し、前記センサー部、前記制御部及び前記燃料供給バルブのそれぞれが、前記燃料発電部で発生した電力によって動作可能に構成されていることを特徴とする。
また、本発明の燃料電池は、前記燃料発電部の異常を検知するセンサー部が、前記燃料発電部の温度の異常を検出するセンサーであることを特徴とする。
また、本発明の燃料電池は、前記燃料発電部の異常を検知するセンサー部が、前記燃料電池の出力電流量の異常を検出するセンサーであることを特徴とする。
また、本発明の燃料電池は、前記燃料タンク部が、水素吸蔵合金を内蔵した燃料タンクであることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、別電源を必要とせず、簡単な構成で反応部の異常状態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】
【００１０】
本発明の燃料電池は、本発明の実施の形態において、具体的にはつぎのように構成することができる。
すなわち、本実施の形態における燃料電池は、水素燃料を貯蔵するための燃料タンク部と、該燃料によって発電する燃料発電部と、該燃料を燃料発電部に供給するための燃料供給流路とを備える。そして、燃料供給流路の途中にあり、燃料の供給流路の開閉を制御する燃料供給バルブを備えた構成とすることができる。
その際、この燃料電池には、燃料発電部の異常を検知するセンサー部と、前記センサー部の検出する異常情報の有無に基づいて、燃料供給流路に設けられた前記燃料供給バルブを開閉し、前記燃料の供給を制御する制御部と、が設けられる。そして、前記センサー部、前記制御部及び前記燃料供給バルブのそれぞれが、前記燃料発電部で発生した電力によって動作可能に構成する。
これにより、センサー部が異常を検知したとき、前記燃料供給バルブを閉じて燃料電池発電部の発電が停止し、異常な状態が解除されると、再び燃料供給を通常どおりに戻すようにされる。
以上の本実施の形態の構成によれば、２次電池などの別電源を特に必要としない簡単な構成で、燃料発電部である反応部の電気化学反応が異常になることを防止することが可能となる。
【実施例】
【００１１】
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、反応部の異常状態を温度センサーで検出するようにした燃料電池の構成例について説明する。
図１に、本発明の実施例１における燃料電池の構成を説明するためのブロック図を示す。
図１において、１は燃料電池、２は燃料発電部、３は燃料タンク部、４は燃料タンク取り付け手段、５は燃料遮断バルブ、６は燃料供給流路、７は反応部、９は電源端子、１０は制御部、１１は温度センサー部である。なお、８は反応部からの電気の流れを示す。
【００１２】
本実施例の燃料電池１は、燃料から電気を発生するための燃料発電部２と燃料を貯蔵している燃料タンク部３により構成されている。
燃料タンク部３の内部には、水素吸蔵合金が充填されており、水素を貯蔵している。
燃料タンク部３は、タンク取り付け手段４で着脱可能な構造になっている。
燃料供給流路６は、燃料タンク部３から燃料発電部の反応部７に水素ガスを供給するための流路であり、流路の途中に燃料の供給を遮断するための燃料遮断バルブ５が設けられている。
燃料遮断バルブ５は、電磁バルブ等の、開閉を電気的に制御できるバルブである。なお、燃料遮断バルブはバルブ遮断のための電力が供給されていないときは開いているが、バルブ遮断のための電力が供給されているときは、後述の制御部１０からの信号により、開閉が制御される。
反応部７においては、燃料電池の発電のための電気化学反応が行われる。
【００１３】
反応部で発電した電力は、電源端子９に供給されるとともに、制御部１０やセンサー部１１に供給される（センサー部への電気の流れは、図では省略している）。
また、反応部で発電した電力は、燃料遮断バルブを遮断するときに必要な電力としても利用される（燃料遮断バルブへの電気の流れは、図では省略している）。制御部１０は、センサー部１１、燃料遮断バルブと信号線１２で接続しており、後述の図４のフローチャートの処理により、センサー部の信号に応じて、燃料遮断バルブの開閉を制御する。
温度センサー部１１は、反応部の温度を測定し、その情報を制御部１０に伝える。温度センサー部１１の情報を元に、反応部が所定の温度以上となり発電を続けるのが不適な状態となっているかどうかを検出することができる。
【００１４】
図２は、本実施例における、燃料電池の外観を説明するための斜視図である。図中、１４は空気取り入れ口で、反応部７で燃料を電気化学反応させるとき必要となる空気を取り込む。
図３は、本実施例における、燃料電池内部の断面模式図である。
反応部７は、二つの部分に分かれており、燃料供給流路６により、それぞれの反応部へ燃料タンク部から水素が供給される。
二つの反応部７で発電した電力は、図示していない電気配線により、直列に接続され、電源端子９や、燃料電池内部の各素子（制御部１０等）に供給される。
【００１５】
つぎに、本実施例における燃料遮断バルブによる遮断処理を説明する。
図４に、本実施例における燃料遮断バルブによる遮断処理を説明するためのフローチャートを示す。
燃料電池の反応部７が発電し外部の装置に電源を供給している際中は、発電した電力の一部を利用して制御部１０が動作している。
制御部１０は、反応部７に隣接して設けられている温度センサー部１１が検出する反応部の反応温度をモニターしている（ステップＳ０１）。
温度センサー部１１から検出された反応部の温度が正常な範囲内の時（ステップＳ０１のＮの場合）は、この温度センサーによる検出値のモニターを継続する。この温度センサーによる検出値が、反応部の電気化学反応に何らかの異常が発生し所定の温度以上の温度（異常な検出値）になった場合（ステップＳ０１のＹの場合）、反応部への燃料供給を停止する。
すなわち、制御部１０は燃料遮断バルブにバルブ遮断信号をだしてバルブを閉じ（ステップＳ０２）、反応部への燃料供給を停止する。
【００１６】
燃料供給が停止すると、反応部７では、反応部に残っている燃料を消費しながら徐々に電気化学反応が弱まるが、発電が続き制御部１０が動作している間は、制御部は温度センサー部１１から検出される反応部の温度をモニターする（ステップＳ０３）。
そして、電気化学反応が弱まる等の理由で温度センサー部１１による検出値が正常に戻った場合（ステップＳ０３のＹの場合）は、燃料遮断バルブにバルブ遮断解除信号を出してバルブを開く（ステップＳ０５）。
また、ステップＳ０３で温度センサー部１１による検出値が正常に戻っていない場合（ステップＳ０３のＮの場合）は、燃料供給が遮断された状態が続く。
その結果、反応部の発電が完全に停止すると（ステップＳ０５のＹの場合）、燃料遮断バルブ５のバルブを遮断するために必要な電力供給が反応部７から供給できなくなり、燃料遮断バルブは自動的に開く（ステップＳ０５）。
ステップＳ０４で反応部の発電がまだ持続している場合（ステップＳ０４のＮの場合）は、ステップＳ０２の処理にもどり、上記の処理を繰り返す。
ステップＳ０５で燃料遮断バルブのバルブが開かれると、燃料タンク部の燃料は、周知の方法により、自動的に反応部に供給される。
そして、反応部７の電気化学反応は通常どおり行われ、再びステップＳ０１に戻り、制御部１０は、温度センサー部１１による検出値のモニターをおこなう。
本処理により、温度センサー部１１による検出値が異常にならないように、燃料供給が自動的に調整され、これにより反応部の異常を抑制した燃料電池を実現することが可能となる。
【００１７】
［実施例２］
実施例２では、実施例１のような温度センサーに限らず、反応部の異常を検出できるセンサーを用いた構成例について説明する。
図５に、本実施例における燃料電池の構成を説明するためのブロック図を示す。実施例１と同じ構成要素には、同じ番号をつけており、重複する部分の説明は省略する。
本実施例におけるセンサーは、温度センサーに限らず、反応部の異常を検出できるセンサーであれば如何なるものでもよいが、ここでは反応部の電気化学反応により出力される電流量をモニターするセンサーを設けた構成例について説明する。
【００１８】
図５において、１５は実施例２におけるセンサー部で、反応部７から電源端子９に供給される電流量を検出するための電流計であり、検出した情報は、信号線１２を介して制御部１０に送られる。
実施例２における燃料電池の外観は実施例１と同様である。
実施例２における燃料電池内部の断面模式図も実施例１と同様であるが、センサー部は、実施例１と異なり、反応部から出力端子までの電力供給配線の途中に設けられている。
【００１９】
実施例１では、センサー検出値の異常を、所定の温度以上であることを基準に判断したが、実施例２では、センサー値の異常を、所定の電流量以上であることを基準に判断する。
この点を除けは、実施例２における燃料バルブ遮断処理は、実施例１と全く同様に、図４のフローチャートに示す処理が行われる。
この処理により、実施例１と同様に、センサーによる検出値が異常にならないように、燃料供給が自動的に調整され、反応部の異常が抑制される。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施例１における燃料電池の構成を説明するためのブロック図。
【図２】本発明の実施例１における燃料電池の外観を説明するための斜視図。
【図３】本発明の実施例１における燃料電池内部の断面模式図。
【図４】本発明の実施例１における燃料遮断バルブによる遮断処理を説明するためのフローチャート。
【図５】本発明の実施例２における燃料電池の構成を説明するためのブロック図。
【符号の説明】
【００２１】
１：燃料電池
２：燃料発電部
３：燃料タンク部
４：燃料タンク取り付け手段
５：燃料遮断バルブ
６：燃料供給流路
７：反応部
９：電源端子
１０：制御部
１１：温度センサー部
１４：空気取り入れ口
１５：センサー部（電流量を検出するための電流計）
【図１】
2008016282.tif 000003
【図２】
2008016282.tif 000004
【図３】
2008016282.tif 000005
【図４】
2008016282.tif 000006
【図５】
2008016282.tif 000007