(57)【要約】【課題】  携帯用の燃料電池装置に取り付けた水素燃料タンク内の水素ガスの圧力が高くなることを防止し、かつ防止する手段として水素ガスを流出させること無く、安全な手段で行える燃料電池装置を提供する。【解決手段】  水素を燃料とした燃料電池を電源として動作する機器処理部を有する燃料電池装置であって、水素燃料のガス圧力を検知する圧力センサー４と、燃料電池発電の電力を消費するダミー出力部８と、ダミー出力部への出力のＯＮ、ＯＦＦを制御するためのダミー出力スイッチ部９と、燃料電池の発電反応を制御する制御部１２と、前記制御部へ電源を供給する制御部用電源部１３を備え、前記制御部１２は前記圧力センサーが所定の圧力以上になると、前記ダミー出力スイッチをＯＮにするとともに、燃料電池発電を開始し、ダミー出力部の電力の消費により水素燃料のガス圧力を所定の圧力に戻す燃料電池装置。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素燃料タンクを装着した燃料電池を電源として動作する機器処理部を有する燃料電池装置であって、水素燃料タンクの水素燃料のガス圧力を検知する圧力センサーと、前記圧力センサーが所定の圧力以上となると燃料電池の発電反応の開始を指示する制御部と、該制御部からの指示により燃料電池が発電した電力を消費するダミー出力部とを備え、前記ダミー出力部の電力の消費により水素燃料のガス圧力を所定の圧力に戻すことを特徴とする燃料電池装置。
【請求項２】
前記制御部からダミー出力部への電力の出力のＯＮ、ＯＦＦの作動をするダミー出力スイッチ部が設けられていることを特徴とする請求項１記載の燃料電池装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記圧力センサーが所定の圧力以上になると、前記ダミー出力スイッチをＯＮにするとともに、燃料電池発電を開始しすることを特徴とする請求項１または２記載の燃料電池装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記圧力センサーが所定の圧力以下になると、前記ダミー出力スイッチをＯＦＦにするとともに、燃料電池発電を停止することを特徴とする請求項１または２記載の燃料電池装置。
【請求項５】
前記制御部へ電源を供給する制御部用電源部を備え、該制御用電源部は二次電池であって、燃料電池が発電した電力の一部を二次電池の充電に利用することを特徴とする請求項１記載の燃料電池装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は燃料電池装置に関し、特に燃料電池を内蔵した装置で、燃料として水素を用いる装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は水素などの燃料と酸素とを化学反応させて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、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。
【０００３】
１００Ｗクラス以下の携帯用の燃料電池としては、水素ガスを燃料とする固体高分子膜型の燃料電池が考案されている．例えば、携帯用の燃料電池として、水素を燃料とした固体高分子型の燃料電池で、ノートパソコンなどの機器の電源として、リチウムイオン電池や、ニッケル水素電池等の二次電池の代わりに搭載できる、燃料電池の発明が、特許文献１に開示されている。
【０００４】
燃料電池で動作する装置（以下、燃料電池装置と呼ぶ）で、携帯用のものでは、燃料電池の発電反応部を機器に組み込み、水素燃料を貯蔵した水素燃料タンクを、装置に着脱できるように構成し、水素燃料タンク内の水素ガスが無くなったら、新しい水素燃料タンクと交換できるように構成されている装置も発明されている．このような装置では、水素燃料タンク内に水素ガスを貯蔵する方法としては、水素吸蔵合金を充填した水素燃料タンクが良く使われる。
【０００５】
燃料電池の燃料として、水素ガスを用いた場合は、水素ガスは非常に燃えやすい気体であり、また、空気中で５％程度の低濃度で発火により爆発性を有する気体でるため、安全面において、水素ガスが流出しないように特に注意する必要がある。
【特許文献１】特開平９−２１３３５９号公報（第３頁）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
水素燃料タンクに水素をつめて、燃料電池の燃料として使用する場合の問題として、何らかの理由により、水素燃料タンク内の水素ガスの圧力が高くなると、燃料電池反応部や反応部に水素ガスを供給する流路が圧力に耐えられなくなり、その結果、水素ガスが流出し、安全面で問題が発生することがあげられる。水素燃料タンク自体の耐圧は、金属材料などの構造で、安全面で充分高い耐圧を実現することができたとしても、流路や、燃料電池反応部など全ての耐圧を上げることは、重量、コストなどから不可能であり、水素燃料タンク内の水素ガス圧を、流路や燃料電池反応部などが耐えれるだけの所定の圧力以下にすることは、重要な課題である。
【０００７】
水素燃料タンク内の水素ガス圧が高くなる可能性の一つとしては以下が上げられる。
携帯用の燃料電池装置の水素燃料タンクによく利用される水素吸蔵合金は、高温になると水素ガスの放出圧が上がる。例えば、水素吸蔵合金にＬａＮｉ5 を用いた場合、吸蔵合金中の水素濃度が３Ｈ／ｍｏｌ  ＬａＮｉ5 の時、２１℃から５２℃に温度が上昇すると、放出圧が約０．２５ＭＰａ（２．５気圧）から０．７ＭＰａ（７気圧）に上昇する。携帯用の燃料電池装置では、使用環境だけではなく、保管環境においても、様々なところで保管されることが考えられる。例えば、車のダッシュボードの上に放置するなどで、かなり高温になることも考えられ、その結果、何らかの対策を施さない限り、水素燃料タンク内の水素ガス圧がかなりの高圧になり、安全面に問題が発生することが考えられる。
【０００８】
水素ガス圧が高圧になった場合の安全対策としてよく用いられる手段としては、ドレイン弁を設け、水素ガスを外部に放出する方法があるが、携帯用の燃料電池装置を使用したり、保管する環境は、車の中や、狭いボックスの中など、閉ざされた環境である場合もあり、爆発性を有する水素ガスを外部に流出させるのは危険であり、水素ガスを流出させずに水素ガス圧を下げる対策が必要である。
【０００９】
本発明は、この点に鑑み行われたもので、携帯用の燃料電池装置に取り付けた水素燃料タンク内の水素ガスの圧力が高くなることを防止し、かつ水素ガスの圧力が高くなるのを防止する手段として、水素ガスを流出させること無く、安全な手段で行える燃料電池装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
すなわち、本発明は、水素燃料タンクを装着した燃料電池を電源として動作する機器処理部を有する燃料電池装置であって、水素燃料タンクの水素燃料のガス圧力を検知する圧力センサーと、前記圧力センサーが所定の圧力以上となると燃料電池の発電反応の開始を指示する制御部と、該制御部からの指示により燃料電池が発電した電力を消費するダミー出力部とを備え、前記ダミー出力部の電力の消費により水素燃料のガス圧力を所定の圧力に戻すことを特徴とする燃料電池装置である。
【００１１】
前記制御部からダミー出力部への電力の出力のＯＮ、ＯＦＦの作動をするダミー出力スイッチ部が設けられていることを特徴とする。
前記制御部は、前記圧力センサーが所定の圧力以上になると、前記ダミー出力スイッチをＯＮにするとともに、燃料電池発電を開始しすることを特徴とする。
【００１２】
前記制御部は、前記圧力センサーが所定の圧力以下になると、前記ダミー出力スイッチをＯＦＦにするとともに、燃料電池発電を停止することを特徴とする。
前記制御部へ電源を供給する制御部用電源部を備え、該制御用電源部は二次電池であって、燃料電池が発電した電力の一部を二次電池の充電に利用することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明は、携帯用の燃料電池装置に取り付けた水素燃料タンク内の水素ガスの圧力が高くなることを防止し、かつ水素ガスの圧力が高くなるのを防止する手段として、水素ガスを流出させること無く、安全な手段で行える燃料電池装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の燃料電池装置は、水素を燃料とした燃料電池を電源として動作する機器処理部を有する燃料電池装置であって、水素燃料のガス圧力を検知する圧力センサーと、燃料電池発電の電力を消費するダミー出力部と、ダミー出力部への出力のＯＮ、ＯＦＦを制御するためのダミー出力スイッチ部と、燃料電池の発電反応を制御する制御部と、前記制御部へ電源を供給する制御部用電源部を備え、前記制御部は、前記圧力センサーが所定の圧力以上になると、前記ダミー出力スイッチをＯＮにするとともに、燃料電池発電を開始しすることを特徴とするものである。
【００１５】
また、前記制御部は、前記圧力センサーが所定の圧力以下になると、前記ダミー出力スイッチをＯＦＦにするとともに、燃料電池発電を停止することを特徴とする燃料電池装置である。
【００１６】
また、前記制御用電源部は二次電池であって、前記処理部を動作させるために燃料電池発電した電力の一部を、二次電池の充電に利用することを特徴とする燃料電池装置である。
【実施例１】
【００１７】
図１は、本発明の第一の実施例における燃料電池装置を模式的に示したブロック図である。図中１は、燃料電池装置である。２は水素燃料タンクで内部に水素吸蔵合金が充填されており、水素を保持している。水素燃料タンク２は、タンク取付手段３で着脱可能な構造になっている。４はタンク取付手段に取り付けられた圧力センサーで、水素燃料タンク内の水素ガスの圧力を検知できるように構成されている。５は水素燃料タンク２から燃料電池の発電反応部７に水素ガスを供給するための流路であり、流路の途中に水素ガス圧を制御するためのレギュレータ６が設けられている。７は、燃料電池の発電反応をおこなう燃料電池反応部である。８は、ダミー出力を行うためのダミー出力部で、９はダミー出力の作動を制御するためのスイッチ（ダミー出力スイッチ）である。
【００１８】
水素燃料タンク内の水素ガスは、燃料電池の発電反応により酸素と反応して水になる。ダミー出力は、この発電反応を利用して、水素燃料タンク内の水素を装置の外部に流出することなく安全に消費するために行うもので、ダミー出力部は、燃料電池反応部や装置に悪影響を与えない範囲で、できるだけ早く水素が消費されるような負荷で構成されている。ダミー出力スイッチの動作は、後述の図３で詳述する。１０は燃料電池反応部からの電気の流れを示す。１１は燃料電池反応部を電源に使用して動作する機器処理部である。機器処理部の例としては、ノートパソコン、デジカメ、プリンタなど、燃料電池を電源として動作できる機器であれば、どのような機器でもかまわない。１２は制御部で、機器処理部１１、圧力センサー４、ダミー出力スイッチ９と信号線１６で接続している。１３は制御部に電源を提供する制御部用電源であり、１４は制御部用電源１３から制御部１２への電気の流れを示す。制御部用電源を持つことにより燃料電池反応部７が発電反応を行っていない状態でも制御部を動作させることができる。１５は、燃料電池反応部に空気を供給し、さらに、反応による発熱を冷却するための換気扇である。燃料電池反応部の発電反応で水素と反応するため必要な酸素は、換気扇から空気が送り込まれてくることで供給される。換気扇１５は、周知の技術で、燃料電池の発電反応に好適なように動作する。
【００１９】
図２は、本実施例における、圧力センサー４の構造を説明するための断面図である。
図中、１７は圧力センサー外部の支持体、１８は圧力を検知するダイヤフラム、１９は弾性体、２０、２１は電極、２２、２３はそれぞれ電極２０、２１と接続しているリード線である。圧力を検知するための水素ガスは、図の下側に位置している。圧力が高くなると、ダイヤフラム１８が弾性体１９の力に抗して図の上側にたわみ、その結果電極２０、２１が接触する。弾性体１９のバネ定数を調整し、所定の圧力以上になると、電極２０、２１が接触するようにすることにより、リード線２２、２３から、圧力が所定値以上になったかを検知することができる。図１の実施例では、リード線２２、２３は、制御部１２に接続されており、これにより、制御部は、水素燃料タンクの水素ガス圧が所定の値以上になったかを検出できるようになっている。圧力センサーとしては、図２の構造のものに限られるものではなく、所定の圧力以上になったか、否かを判別できるものであれば、どのような構成のものでも、本実施例を実施することができる。
【００２０】
次に、制御部による水素ガス圧を検知し所定の圧力以下にする処理について説明する。
圧力センサーについては、図２で説明したもので、構成されているとする。また、制御部は、信号線１６を介して、機器処理部の電源がＯＮであるか、ＯＦＦであるかの判別できるように構成されている。
【００２１】
先ず、燃料電池装置の機器処理部の電源がＯＦＦ状態で、燃料電池発電反応部で発電が行われていない場合の処理について、図３のフローチャートに従って説明する。
燃料電池装置の機器処理部の電源がＯＦＦになっているため、燃料電池の発電反応は停止しているが、燃料電池装置の制御部は、制御部用電源１３から電源が供給されており、圧力センサーが所定値以上になったかを監視している（Ｓ１０１）。図２で説明したように、圧力センサー値が所定値以上になると、信号が発生するので（ＹＥＳの場合）、制御部１２は、ダミー出力スイッチ９をＯＮにする（Ｓ１０２）。次に、必要に応じて、周知の技術を用いて、燃料電池反応開始に必要な準備う（Ｓ１０３）。燃料電池発電反応が開始すると、ダミー出力スイッチがＯＮになっているので、その電力は、ダミー出力部で消費される（Ｓ１０４）。ダミー出力部は、燃料電池反応部等へ悪影響を与えない範囲でできるだけ大きな電流が流れるように作られており、その結果、燃料電池タンク内の水素ガスが急激に消費され、タンク内の水素ガス圧が減少する。さらに、水素吸蔵合金の水素放出は、吸熱反応であるため、このダミー出力により水素を放出すると水素吸蔵合金自体が冷却され、水素吸蔵合金の水素放出圧が減少し、タンク内の水素ガス圧がさらに減少する。以上、２つの効果により、水素燃料タンク内の水素ガス圧は減少し、圧力センサー値が所定値以下になった場合（Ｓ１０５のＹＥＳの場合）、必要に応じて、周知の技術を用いて燃料電池発電の停止処理を行い（Ｓ１０６）、その後、ダミー出力スイッチをＯＦＦにする（Ｓ１０７）。
【００２２】
次に、燃料電池装置の機器処理部の電源がＯＮで、燃料電池の発電反応が行われている場合の水素ガス圧検知し所定の圧力以下に下げるための処理であるが、図３のフローチャートで、ステップＳ１０３、Ｓ１０６を除外すれば、上記の説明と全く同様に行うことができる。すなわち、機器処理部の電源がＯＮの場合は、燃料電池反応部は発電反応しているので、Ｓ１０３の燃料電池反応準備、および、Ｓ１０６の燃料電池発電停止処理はする必要がない。また、機器処理部の電源がＯＮの場合でも、Ｓ１０４のダミー出力処理で、機器処理部が消費する以上の電流をダミー出力部で消費させることにより、有効に水素燃料タンク内の水素ガス圧を減少させることができる。
【実施例２】
【００２３】
第一の実施例では、制御部の電源供給をするための制御部用電源を、燃料電池反応部とは、独立した電源で実施したが、制御部用電源の電源がなくなると、水素燃料タンクの水素ガス圧の監視ができなくなり、安全性に問題が生じる。第二の実施例は、これを回避するためのもので、制御部用電源に二次電池を用い、燃料電池装置稼動中に充電できるようにしたものである。
【００２４】
図４に第二の実施例における、燃料電池装置のブロック図を示す．図中２４は、二次電池で構成された制御部用電源であり、充電コントロール部２５が組み込まれている。また、制御部１２と充電コントロール部は信号線１６で接続されている。
【００２５】
本実施例では、機器処理部１１が起動し、燃料電池反応部７で発電反応を開始すると、信号線を介して機器処理部１１から制御部１２に起動情報が伝えられ、制御部１２は、充電コントロール部を制御して、燃料電池反応部７から機器処理部１１に供給される電源で、周知の技術を用いて、二次電池２４をフロート充電する。
【００２６】
第二の実施例における、水素ガス圧を検知して所定の圧力以下にするための処理は、図３と同じである。
燃料電池装置が、適当な頻度で使用される場合、未使用状態の間中、制御部を動作させるのに充分な容量をもつように二次電池２４の容量を選んでおけば、二次電池２４は、燃料電池装置が動作するたびに充電されるので、未使用状態の期間に二次電池が電源切れになることはない。したがって、制御部用電源の電池切れを心配する必要がなく、常に水素燃料タンク内の水素ガス圧を監視できる。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
本発明の燃料電池装置は、携帯用の燃料電池装置に取り付けた水素燃料タンク内の水素ガスの圧力が高くなることを防止し、かつ水素ガスの圧力が高くなるのを防止する手段として、水素ガスを流出させること無く、安全な手段で行えるので、ノートパソコン、デジカメ、プリンタなどの機器を収納した燃料電池装置に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施例１における燃料電池装置を示すブロック図である。
【図２】本発明の燃料電池装置の圧力センサーを示す断面図である。
【図３】本発明の燃料電池装置の水素ガス圧を検知し所定の圧力以下にするための処理を説明するためのフローチャート図である。
【図４】本発明の実施例２における燃料電池装置を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００２９】
１  燃料電池装置
２  水素燃料タンク
３  タンク取付手段
４  圧力センサー
５  流路
６  レギュレータ
７  燃料電池発電反応部
８  ダミー出力部
９  ダミー出力スイッチ
１１  機器処理部
１２  制御部
１３  制御部用電源部
１７  支持体
１８  ダイヤフラム
１９  弾性体
２０、２１  電極
２２、２３  リード線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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