(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素を燃料として電力を発生させる燃料電池セルと、該燃料電池セルに水素を供給する水素吸蔵合金容器が組み込まれた水素吸蔵合金容器筐体と、該水素吸蔵合金容器と上記燃料電池セルとの間に配設されたシリコン基板に形成されるとともに、上記水素吸蔵合金容器から上記燃料電池セルへの配管経路に配置された検出用圧力センサ、圧力調整弁及び安全弁とを備えた燃料電池システムに於いて、
上記シリコン基板と上記燃料電池セルとの間に空気を供給するための空気吸入口が上記水素吸蔵合金容器筐体に形成され、上記シリコン基板に、上記検出用圧力センサと上記安全弁を直接接続して配置したことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
水素を燃料として電力を発生させる燃料電池セルと、該燃料電池セルに水素を供給する水素吸蔵合金容器が組み込まれた水素吸蔵合金容器筐体と、該水素吸蔵合金容器と上記燃料電池セルとの間に配設されたシリコン基板に形成されるとともに、上記水素吸蔵合金容器から上記燃料電池セルへの配管経路に配置された開閉弁、検出用圧力センサ、圧力調整弁及び安全弁とを備えた燃料電池システムに於いて、
上記シリコン基板と上記燃料電池セルとの間に空気を供給するための空気吸入口が上記水素吸蔵合金容器筐体に形成され、上記シリコン基板に、上記開閉弁と上記安全弁を直接接続して配置したことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項３】
上記シリコン基板上に温度センサと温度テーブルを有するメモリを配置することを特徴とする請求項１若しくは２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
上記シリコン基板は、ガラス基板上に水素流路用の下層を形成する第１のシリコン基板と、上記水素流路用の上層を形成する第２のシリコン基板とを有し、該第２のシリコン基板に上記検出用圧力センサと、上記圧力調整弁と、上記安全弁とを配置し、
上記ガラス基板に上記第２のシリコン基板を介して温度センサを配置したことを特徴とする請求項３に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
上記ガラス基板上に、上記第１のシリコン基板と上記第２のシリコン基板を形成し、該第２のシリコン基板に上記検出用圧力センサと、上記圧力調整弁と、上記安全弁とを備え、
上記ガラス基板に上記第１及び第２のシリコン基板を介して振幅検出回路用ＩＣチップを配置したことを特徴とする請求項４に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
上記検出用圧力センサは、上記燃料電池セルへの供給水素の水素圧力を検知する検出器を有し、
上記圧力調整弁は、上記圧力調整弁に電圧を印加するためのダイヤフラム上の第１の駆動電極板と、この第１の駆動電極板と所定間隔離間して配置された中継端子基板上の第２の駆動電極板と、を有し、上記第１及び第２の駆動電極板との間の変位量を制御する機能を有することを特徴とする請求項１若しくは２に記載の燃料電池システム。
【請求項７】
上記検出用圧力センサは、上記燃料電池セルへの供給水素の水素圧力を検知する検出器を有し、
上記圧力調整弁は、上記圧力調整弁に電圧を印加するためのダイヤフラム上の第１の駆動電極板と、この第１の駆動電極板と所定間隔離間して配置された中継端子基板上の第２の駆動電極板と、を有し、上記第１及び第２の駆動電極板との間の変位量を制御する機能を有することを特徴とする請求項３に記載の燃料電池システム。
【請求項８】
上記検出用圧力センサは、上記燃料電池セルへの供給水素の水素圧力を検知する検出器を有し、
上記圧力調整弁は、上記圧力調整弁に電圧を印加するためのダイヤフラム上の第１の駆動電極板と、この第１の駆動電極板と所定間隔離間して配置された中継端子基板上の第２の駆動電極板と、を有し、上記第１及び第２の駆動電極板との間の変位量を制御する機能を有することを特徴とする請求項４に記載の燃料電池システム。
【請求項９】
上記ダイヤフラムの直下で、上記第１のシリコン基板と上記検出用圧力センサとの間には空洞部を設けたことを特徴とする請求項８に記載の燃料電池システム。
【請求項１０】
上記ガラス基板は上記第２のシリコン基板に結合され、
該第２のシリコン基板上に、更に開閉弁が形成され、
上記第２のシリコン基板が上記水素吸蔵合金容器筐体に組み込まれたものであることを特徴とする請求項４に記載の燃料電池システム。
【請求項１１】
上記水素吸蔵合金容器筐体と上記燃料電池セルを各々別個に形成して、少なくとも１枚の上記ガラス基板を介在して重ね合わせることにより一体的に構成することを特徴とする請求項１０に記載の燃料電池システム。
【請求項１２】
上記水素吸蔵合金容器内の温度を検出する温度センサを更に具備し、
上記温度センサで検出された温度が規定値を越えたときに、上記安全弁を開放することを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項１３】
上記水素吸蔵合金容器筐体の外表面にフィンと、該フィンの凹部に通気口を形成したことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項１４】
更に、２次電池と、デバイス負荷部と、複数の温度特性に於ける圧力−組成等温線図を有する記憶手段と、上記デバイス負荷部及び２次電池と上記燃料電池セルとの間に配置された切り替えスイッチと、
を具備することを特徴とする請求項３に記載の燃料電池システム。
【請求項１５】
更に、電子機器載置ユニットを具備することを特徴とする請求項３項に記載の燃料電池システム。
【請求項１６】
水素を燃料として電力を発生させる燃料電池セルと、該燃料電池セルに水素を供給する水素吸蔵合金容器が組み込まれた水素吸蔵合金容器筐体と、該水素吸蔵合金容器と上記燃料電池セルとの間に配設されたシリコン基板に形成されるとともに、上記水素吸蔵合金容器から上記燃料電池セルへの配管経路に配置された検出用圧力センサ、圧力調整弁及び安全弁と、温度検出部と、上記シリコン基板と上記燃料電池セルとの間に空気を供給するために上記水素吸蔵合金容器筐体に形成された空気吸入口と、を備えた燃料電池システムと、
２次電池と、
デバイス負荷部と、
複数の温度特性に於ける温度・圧力−電池残量線図のデータを有する記憶手段と、
上記デバイス負荷部及び２次電池と上記燃料電池セルとの間に配置された切り替えスイッチと、
を具備することを特徴とする燃料電池システムを用いた端末用機器。
【請求項１７】
更に、電子機器載置ユニットを具備することを特徴する請求項１６に記載の燃料電池システムを用いた端末用機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、携帯用電子機器等に水素やメタノール等の燃料電池を電源とする燃料電池システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
水素やメタノール等の燃料電池は、軽量化や利便性等に起因して、例えば、ビデオカメラ、ノート型パーソナルコンピュータ、携帯用電話機、携帯情報端末機（Ｐｅｒｓｏｎａｌ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ａｓｓｉｓｔａｎｔｓ：ＰＤＡ）、オーディオプレーヤ、プロジェクタ載置台、カプセル型医療機器の通信機能を具備した電子機器といった各種情報処理装置の燃料費電池としての用途が考えられる。
【０００３】
本発明は、水素吸蔵合金材料を適用した水素吸蔵合金容器及びそれを用いた燃料電池システムに関するもので、特に携帯機器用に使用する燃料電池システムが提案されている。
【０００４】
例えば、下記特許文献１には、ガス放出機構は圧電体を用いた水素逃がし弁と流路とで構成され、その構造は圧力調節機構と同様である携帯機器用燃料電池システムが記載されている。このシステムは、また、水素吸蔵合金容器内の水素圧力を検知するために１次圧力検知機構を有し、圧電体水素逃がし弁の動作を圧力制御回路により行う。
【０００５】
１次圧力検知機構で生じた電位差は、リード線により圧力制御回路に伝達される。水素吸蔵合金容器内の圧力が規定圧力以上となった場合、圧力制御回路から圧電体水素逃がし弁に電圧を印加して、水素を外部に放出する。この結果、水素を安全に外部に放出できる。
【０００６】
水素吸蔵合金容器の内圧が規定圧力以上となった場合、１次圧力検知機構により規定圧力以上となったことを検知し、燃料電池セルが動作するよう圧力制御回路によって圧力調節機構の圧電体に電圧を印加し、水素を供給して燃料電池セルを駆動させる。燃料電池セルが駆動していない場合に圧電体制御弁を動作させるための電圧印加は、２次電池に予め蓄積された電力を利用する。
【０００７】
また、下記特許文献２に開示された燃料電池システムでは、燃料電池と水素吸蔵合金容器の間の水素流通経路に水素吸蔵合金容器と燃料電池とを脱着可能に接続する接続部、水素の開閉を行うミニバルブ、及び水素圧力を調整する圧力調整器とを備えており、パーソナルコンピュータやラジオ等、比較的小型な電子機器への応用が想定されている。
【０００８】
携帯用燃料電池の燃料制御用バルブとして、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍ）技術を使用し、静電駆動方式を採用したノーマリクローズを実現したマイクロバルブで発電時のみに電力消費するものである。
【特許文献１】特開２００４−３６２７８６号公報
【特許文献２】特開平１０−６４５６７号公報
【非特許文献１】松下電工技報（Ｖｏｌ．５３  ＮＯ．４）「携帯用燃料電池のための燃料制御用マイクロバルブ」
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、例えば、特許文献１及び２に記載されたような、水素吸蔵材料及びそれを貯蔵する容器を具備する小型燃料電池システムに於いて、圧電体水素逃がし弁を水素吸蔵合金容器筐体に直接設けた場合や、水素吸蔵合金容器と燃料電池の間の経路に開閉弁やマイクロバルブ等を設けた場合、以下のような問題点がある。すなわち、圧力検知機構により規定圧力以上となったことを検知し、燃料電池セルが動作するように、圧力制御回路によって圧力調節機構の圧電体に電圧を印加し、水素を供給して燃料電池セルを駆動させても燃料電池セル内の高分子固体電解膜を一定圧にするために水素の流れを保持することは、圧力調整機構の流路開口が小さく、圧力調整機構への負荷が増大し、信頼性が得られないという問題点がある。
【００１０】
更に、水素吸蔵合金容器の種別（例えば、水素吸蔵合金等のＡＢ５型やＡＢ２型等）の温度測定により、圧力調整機構の弁制御装置の小型化だけでは適切な燃料電池システムを構成することができなかった。例えば、測定された温度が同一状態下に於いても、ＰＣＴ線図（圧力−組成等温線図）が異なるため、管内圧力及び水素ガスの外気への放出量が異なる。或いは、温度センサを用いる場合、温度センサの取り付け位置と検出用圧力センサの空間部内の温度とは、温度差が生じてしまう。その結果、温度上昇により検出用圧力センサは過圧測定となり、誤った圧力測定をした場合には、ＣＰＵの指示によって安全弁を開放し、水素ガスが外気へ漏れてしまうといった問題がある。
【００１１】
したがって、本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、携帯電話やデジタルカメラ、或いは更に小型化された携帯用機器用クレードル等に十分搭載可能で、且つ機能性や安全性にも優れた水素吸蔵合金容器を用いた燃料電池システム及び該燃料電池システムを用いた端末用機器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
すなわち請求項１に記載の発明は、水素を燃料として電力を発生させる燃料電池セルと、該燃料電池セルに水素を供給する水素吸蔵合金容器が組み込まれた水素吸蔵合金容器筐体と、該水素吸蔵合金容器と上記燃料電池セルとの間に配設されたシリコン基板に形成されるとともに、上記水素吸蔵合金容器から上記燃料電池セルへの配管経路に配置された検出用圧力センサ、圧力調整弁及び安全弁とを備えた燃料電池システムに於いて、上記シリコン基板と上記燃料電池セルとの間に空気を供給するための空気吸入口が上記水素吸蔵合金容器筐体に形成され、上記シリコン基板に、上記検出用圧力センサと上記安全弁を直接接続して配置したことを特徴とする。
【００１３】
請求項２に記載の発明は、水素を燃料として電力を発生させる燃料電池セルと、該燃料電池セルに水素を供給する水素吸蔵合金容器が組み込まれた水素吸蔵合金容器筐体と、該水素吸蔵合金容器と上記燃料電池セルとの間に配設されたシリコン基板に形成されるとともに、上記水素吸蔵合金容器から上記燃料電池セルへの配管経路に配置された開閉弁、検出用圧力センサ、圧力調整弁及び安全弁とを備えた燃料電池システムに於いて、上記シリコン基板と上記燃料電池セルとの間に空気を供給するための空気吸入口が上記水素吸蔵合金容器筐体に形成され、上記シリコン基板に、上記開閉弁と上記安全弁を直接接続して配置したことを特徴とする。
【００１４】
請求項３に記載の発明は、請求項１若しくは２に記載の発明に於いて、上記シリコン基板上に温度センサと温度テーブルを有するメモリを配置することを特徴とする。
【００１５】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発明に於いて、上記シリコン基板は、ガラス基板上に水素流路用の下層を形成する第１のシリコン基板と、上記水素流路用の上層を形成する第２のシリコン基板とを有し、該第２のシリコン基板に上記検出用圧力センサと、上記圧力調整弁と、上記安全弁とを配置し、上記ガラス基板に上記第２のシリコン基板を介して温度センサを配置したことを特徴とする。
【００１６】
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の発明に於いて、上記ガラス基板上に、上記第１のシリコン基板と上記第２のシリコン基板を形成し、該第２のシリコン基板に上記検出用圧力センサと、上記圧力調整弁と、上記安全弁とを備え、上記ガラス基板に上記第１及び第２のシリコン基板を介して振幅検出回路用ＩＣチップを配置したことを特徴とする。
【００１７】
請求項６に記載の発明は、請求項１若しくは２に記載の発明に於いて、上記検出用圧力センサは、上記燃料電池セルへの供給水素の水素圧力を検知する検出器を有し、上記圧力調整弁は、上記圧力調整弁に電圧を印加するためのダイヤフラム上の第１の駆動電極板と、この第１の駆動電極板と所定間隔離間して配置された中継端子基板上の第２の駆動電極板と、を有し、上記第１及び第２の駆動電極板との間の変位量を制御する機能を有することを特徴とする。
【００１８】
請求項７に記載の発明は、請求項３に記載の発明に於いて、上記検出用圧力センサは、上記燃料電池セルへの供給水素の水素圧力を検知する検出器を有し、上記圧力調整弁は、上記圧力調整弁に電圧を印加するためのダイヤフラム上の第１の駆動電極板と、この第１の駆動電極板と所定間隔離間して配置された中継端子基板上の第２の駆動電極板と、を有し、上記第１及び第２の駆動電極板との間の変位量を制御する機能を有することを特徴とする。
【００１９】
請求項８に記載の発明は、請求項４に記載の発明に於いて、上記検出用圧力センサは、上記燃料電池セルへの供給水素の水素圧力を検知する検出器を有し、上記圧力調整弁は、上記圧力調整弁に電圧を印加するためのダイヤフラム上の第１の駆動電極板と、この第１の駆動電極板と所定間隔離間して配置された中継端子基板上の第２の駆動電極板と、を有し、上記第１及び第２の駆動電極板との間の変位量を制御する機能を有することを特徴とする。
【００２０】
請求項９に記載の発明は、請求項８に記載の発明に於いて、上記ダイヤフラムの直下で、上記第１のシリコン基板と上記検出用圧力センサとの間には空洞部を設けたことを特徴とする。
【００２１】
請求項１０に記載の発明は、請求項４に記載の発明に於いて、上記ガラス基板は上記第２のシリコン基板に結合され、該第２のシリコン基板上に、更に開閉弁が形成され、上記第２のシリコン基板が上記水素吸蔵合金容器筐体に組み込まれたものであることを特徴とする。
【００２２】
請求項１１に記載の発明は、請求項１０に記載の発明に於いて、上記水素吸蔵合金容器筐体と上記燃料電池セルを各々別個に形成して、少なくとも１枚の上記ガラス基板を介在して重ね合わせることにより一体的に構成することを特徴とする。
【００２３】
請求項１２に記載の発明は、請求項１乃至３の何れか１項に記載の発明に於いて、上記水素吸蔵合金容器内の温度を検出する温度センサを更に具備し、上記温度センサで検出された温度が規定値を越えたときに、上記安全弁を開放することを特徴とする。
【００２４】
請求項１３に記載の発明は、請求項１乃至３の何れか１項に記載の発明に於いて、上記水素吸蔵合金容器筐体の外表面にフィンと、該フィンの凹部に通気口を形成したことを特徴とする。
【００２５】
請求項１４に記載の発明は、請求項３に記載の発明に於いて、更に、２次電池と、デバイス負荷部と、複数の温度特性に於ける圧力−組成等温線図を有する記憶手段と、上記デバイス負荷部及び２次電池と上記燃料電池セルとの間に配置された切り替えスイッチと、を具備することを特徴とする。
【００２６】
請求項１５に記載の発明は、請求項３に記載の発明に於いて、更に、電子機器載置ユニットを具備することを特徴とする。
【００２７】
請求項１６に記載の発明は、水素を燃料として電力を発生させる燃料電池セルと、該燃料電池セルに水素を供給する水素吸蔵合金容器が組み込まれた水素吸蔵合金容器筐体と、該水素吸蔵合金容器と上記燃料電池セルとの間に配設されたシリコン基板に形成されるとともに、上記水素吸蔵合金容器から上記燃料電池セルへの配管経路に配置された検出用圧力センサ、圧力調整弁及び安全弁と、温度検出部と、上記シリコン基板と上記燃料電池セルとの間に空気を供給するために上記水素吸蔵合金容器筐体に形成された空気吸入口と、を備えた燃料電池システムと、２次電池と、デバイス負荷部と、複数の温度特性に於ける温度・圧力−電池残量線図のデータを有する記憶手段と、上記デバイス負荷部及び２次電池と上記燃料電池セルとの間に配置された切り替えスイッチと、を具備することを特徴とする。
【００２８】
請求項１７に記載の発明は、請求項１６に記載の発明に於いて、更に、電子機器載置ユニットを具備することを特徴する。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば、携帯電話やデジタルカメラ、或いは更に小型化された携帯用機器用クレードル等に十分搭載可能で、且つ機能性や安全性にも優れた水素吸蔵合金容器を用いた燃料電池システム及び該燃料電池システムを用いた端末用機器を提供することができる。
【００３０】
本発明に従った燃料電池システムによると、水素吸蔵合金容器から燃料電池セルへ水素を供給する配管経路に配置された複数の開閉弁、検出用圧力センサ、圧力調整弁をガラス基板上のシリコン基板に設け、検出用圧力センサまたは開閉弁と安全弁とを直接接続することで、圧力調整弁の負荷を低減することができ、圧力調整弁を保護することができる。水素吸蔵合金容器の種別（例えば、水素吸蔵合金等のＡＢ５型やＡＢ２型等）及び温度検出部の温度測定により、圧力調整機構の弁制御が信頼性の高い燃料電池システム及び燃料電池システムを用いた端末用機器を構成することができる。
【００３１】
この結果、燃料電池セルを使用した携帯用機器全体の小型化及び信頼性の高く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】
【００３２】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。
【００３３】
（第１の実施形態）
図１（ａ）は、本発明の第１の実施形態に係る燃料電池システムの構成を示す断面図である。
【００３４】
図１（ａ）に於いて、燃料電池システム１０は、燃料電池セル２０へ水素を供給する際の水素圧力を水素吸蔵合金の平衡圧力以下に調整する機能を有する圧力調整機構が第２のシリコン基板１４上に形成された水素流路の上層と、第１のガラス基板１１上に形成された第１のシリコン基板１３により設けられた水素流路の下層とが、水素吸蔵合金容器筐体１８に設けられて構成されている。
【００３５】
第１のガラス基板１１上には、第１のシリコン基板１３及び第２のシリコン基板１４が配置されている。第１のガラス基板１１上に載置された第２のシリコン基板１４には、温度センサ１５や振幅検出回路（振幅信号増幅回路用のヘッドアンプ）チップ（ＨＡチップ）１６が埋め込まれている。一方、第１のシリコン基板１３上の第２のシリコン基板１４には、第１のガラス基板１１を介して水素吸蔵合金容器１７に延出された配管経路Ａ２１と、第２のガラス基板１２及び断熱部材１９を介して燃料電池セル２０に延出された配管経路Ｂ２２が設けられている。これら配管経路Ａ２１及び配管経路Ｂ２２は、燃料電池セル２０に水素を供給するために接続されている。
【００３６】
上記第２のガラス基板１２は、第１のガラス基板１１との空間に配置された各圧力センサや圧力調整弁の素子が静電破壊を防止するため、第１のガラス基板１１と平行に位置するように図示されない保持板に接着されている。燃料電池セル２０は水素を燃料として電力を供給するもので、導電性粉体を芯材とし、この芯材を不織布から成る袋中に封入し、外皮で被覆した真空断熱材である断熱部材１９を介して第２のガラス基板１２が密着されている。この真空断熱材を用いるときは、断熱部材１９の厚みが数ｍｍとなるために、第２のガラス基板を用いずに直接、真空断熱材を水素吸蔵合金筐体１８に接着することが望ましい。
【００３７】
また、水素吸蔵合金容器１７及び水素吸蔵合金筐体１８には、水素補給口２４が設けられている。この水素補給口２４は、着脱式で接続することにより弁が開くような機構を有している。そして、水素補給口２４に、メタノール、エタノール、ジメチルエーテル等の孔質によって水素を発生する水素発生器等の水素補給ボンベが接続されて注入されることによって、水素吸蔵合金容器１７内の水素吸蔵合金へ水素が補給、貯蔵される。
【００３８】
水素吸蔵合金容器１７は、厚み方向の長さが短い直方体形状を呈し、厚み方向の水素吸蔵合金容器１７上に、燃料電池セル２０が密着して配置されている。水素吸蔵合金容器筐体１８の外形寸法の一例として、矩形形状した水素吸蔵合金容器筐体１８を構成する材料としては、水素吸蔵合金容器１７の圧力に耐えるように、アルミニウム或いはステンレス等の金属が用いられる。水素吸蔵合金容器筐体１８の外表面は、アルミニウムの場合は多数の溝加工等により冷却用のフィン２６が複数形成されている。
【００３９】
また、燃料電池セル２０や第１のガラス基板１１と第２のガラス基板１２との間には、空気吸引口２５が挿入されている。空気吸引口２５は、端子用基板３０が取り付けられた水素吸蔵合金筐体１８の一面を除くフィン２６の溝部に開口を設けることにより、携帯用機器を挿入時に端子用基板３０の端子に押圧するための板ばね部材（図示せず）に妨げられることなく、空気吸引することができる。また、燃料電池セル２０と第２のガラス基板１２との間に断熱部材１９を介することで、燃料電池セル２０から発生する熱を遮断することができ、第２のシリコン基板１４上に配置した温度センサ１５の誤検出を防ぐことができる。更に、上記端子用基板３０にはピン端子２９が結合されている。上記ピン端子２９、温度センサ１５、ＨＡチップ１６や中継端子基板は、ボンディングワイヤ２８によって接続されている。燃料電池システムに通信機能と後述する図１９（圧力・温度−残量線図）及び図５（ベンダや機種毎による管内圧力限界値）の温度テーブルとを有するメモリ（ＲＯＭ）付制御回路（ＣＰＵ）は、図１のＨＡチップ１６と同一面で並列配置にする。
【００４０】
また、上記端子用基板３０には、図１（ｂ）に示されるように、後述する温度センサ、検出用圧力センサ、圧力調節弁から後述する制御回路１２５へ送信する信号線３１ａ〜３１ｈと、燃料電池セル側からデバイス負荷部や２次電池へ電力供給する駆動線と安全弁、検出用圧力センサと圧力調節弁へ電力供給する駆動線３２ａ〜３２ｈのそれぞれ８本の端子が設けられている。同一端子用基板上に異なる２組の電力供給する駆動線を配置することで、燃料電池システム内の配線の引き回しをすることなく、組み立て工数を削減することができ、燃料電池システム内を簡素化することができる。尚、上記第１のガラス基板１１と第２のガラス基板１２の間は、圧力調整機構として構成されている。
【００４１】
水素吸蔵合金の平衡圧力は水素吸蔵合金の温度によっても変化し、温度上昇に伴って平衡圧力も増加する。例えば、ＡＢ５型のＬａＮｉ５を主成分とする水素吸蔵合金を用いた場合、使用環境が０〜４５℃程度であることを想定し、平衡圧力が０℃で常圧以上、４５℃で０．６ＭＰａ、そして６０℃で１．０ＭＰａを越えないように２０℃の平衡圧力が０．２５〜０．３５ＭＰａ程度の水素吸蔵合金用材料を用いると好適である。水素吸蔵合金容器筐体１８は、燃料電池セル２０と組み合わされ、水素吸蔵容器１７から燃料電池セル２０への経路が一体化されることにより、本実施形態の燃料電池システムとなる。上記温度センサ１５は、こうした水素吸蔵合金容器筐体１８内の温度を測定するために設けられている。
【００４２】
図２は、図１（ａ）に示された燃料電池システム１０の圧力調整機構（例えば、検出用圧力センサや圧力調整弁）の部分の詳細な構成を示す断面図である。
【００４３】
図２に於いて、第１のガラス基板１１は、水素吸蔵合金容器１７上に、傾き調整部材３３及びＯリング（パッキン材）３４を介して配置されている。そして、第１のシリコン基板１３上に第２のシリコン板１４と第３のシリコン基板３５とが形成され、及び温度センサ１５は第３のシリコン基板３５上に配置されている。尚、ここでは温度センサ１５は第３のシリコン基板３５上としているが、図１（ａ）に示されるように第２のシリコン基板１４としてもよい。
【００４４】
第２のシリコン基板１４上の上部位置には、ダイヤフラム４１に接合された可動側の駆動電極板４３が設けられている。また、中継端子基板４５には固定側の駆動電極板４４が設けられている。この可動側駆動電極板４３と固定側駆動電極板４４は、対向する位置に配置され、静電容量変化を検出するように１組として構成されている。この場合には、図示されないが、２組の駆動電極板を配置するとよい。
【００４５】
下面側に流路を形成する第１のシリコン基板１３と検出用圧力センサとの間には空洞部４２を有している。この空洞部４２の内表面には、第２のシリコン基板１４がガス等で腐食するのを保護するための保護膜４０が形成されている。
【００４６】
一方、第３のシリコン基板３５には上面には、水晶発振器を用いた正弦波電圧回路３８と振幅検出回路（駆動回路／振幅検出回路）用のＩＣチップ３６が結合されている。更に、第３シリコン基板３５の上側には、複数のピン端子２９ａが結合されている。第３のシリコン基板３５の下部には、温度センサ１５が固着され、その両サイドはリード線用の貫通した孔が形成されている。
【００４７】
以上のＩＣチップや中継端子基板、複数のピン端子は、ボンディングワイヤ群２８ａ（ボンディングワイヤ２８）で接続されている。動作は正弦波電圧回路３８から駆動回路／振幅検出回路用のＩＣチップ３６の駆動回路を介して強制振動するダイヤフラム４１に圧力が加圧したり減圧すると、その出力信号に応じた振幅を検出する駆動回路／振幅検出回路用のＩＣチップ３６の振幅検出回路を用いたものである。
【００４８】
尚、水素吸蔵合金筐体と開閉弁との間に細い配管（キャピラリー）を配置すると、水素が通過する際の圧力損により圧力調整弁駆動時の圧力を下げるものであるため、圧力調整器が負荷を低減することもできる。
【００４９】
図１４は、上述した燃料電池セル２０のユニット（燃料電池セルユニット）２００と水素吸蔵合金容器筐体１８を接合して組み込んだ例を示した外観斜視図である。
【００５０】
このように、燃料電池セルユニット２００は、水素吸蔵合金容器筐体１８に装着されて、図示されない紫外線硬化型の接着材でシールした構造である。上記燃料電池セルユニット２００は、複数の通気口２０１が設けられたステンレス金属で覆われたカソード電極が、燃料電池セルの上面に露出される。更に、燃料電池セルユニット２００の上面には、複数の突起部２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃが設けられている。
【００５１】
この燃料電池システムの本体は、水素吸蔵合金容器筐体１８と燃料電池セルユニット２００のそれぞれのユニットで結合されている。図１４に於いて手前の突起部２０２ｂと２０２ｃの間には、空気を通過させるための開口部（例えば、携帯用電池収納室に燃料電池システムが挿入されると空間部（空気の流通できる）となる空気流入口２０５が設けられている。この空気流入口２０５と冷却用フィン２０４の突起との交わる線上は、半径０．３〜１ｍｍ程度の面取りが設けてある。また、開口部間に位置する立設された突起部端のエッジ部にも、同様の面取り（半径０．３〜１ｍｍ程度）が設けられている。
【００５２】
更に、燃料電池システムの正面には、短冊状に凹凸の形状に形成された複数の冷却用フィン２０４が設けられている。これらの冷却用フィン２０４の凹部には、空気吸入口２０７、水素排出口２０８、水素補給口２０９が設けられている。
【００５３】
図２に示される静電容量型アクチュエータの検出用圧力センサや圧力調整弁と、後述する図９や図１０等の安全弁や開閉弁の電磁アクチュエータ等は、大気圧がダイヤフラムの一方向（紙面内の上方）から押圧される簡素な機構を用いている。そのために、空気吸入口が形成されている。そして、空気吸入口から空気中の塵や埃が入らないように、水素吸蔵合金筐体の空気吸入口が形成された内表面に、図示されていない薄肉板材のフィルタ（モルトプレーン材）を密着接合することが望ましい。
【００５４】
このような構成に於いて、図示されていない電池収納室に燃料電池システムが挿入されると、燃料電池システム側の空気流入口２０５とモルトプレーンが接合された電池蓋（図示せず）とは、所望の間隔で離間している。電池蓋のモルトプレーンから吸引されて空気流入口２０５を通過した空気は、複数設けられた通気口２０１へ吸い込まれる。このとき、図１４に示されるように、空気流入口２０５の突起部や冷却用フィン２０４の凸部を面取りすることで、流入した空気が空気流入口２０５の出口での渦巻き流（キャビテーション現象）を低減することが可能となる。
【００５５】
図１５は燃料電池セルユニットの構造を示す断面図であり、図１５（ａ）は一方の端部近傍の断面図、図１５（ｂ）は他方の端部近傍の断面図である。
【００５６】
燃料電池セルユニット２００は、例えば７５〜１００μｍ程度の板材から成る高分子固体電解膜２１１、アノード側電極板２１２、０．５〜１ｍｍ程度のステンレス鋼で構成される第１の金属板２１４、カソード側電極板２１３と、例えば０．５〜１ｍｍ程度の磁性材から成る第２の金属板２１６を備えている。この第２の金属板２１６には、エッチングにより形成された複数の通気口（空気吸引口２１７）が形成されている。
【００５７】
第１の金属板２１４上に配置された高分子固体電解膜２１１と第１の金属板２１４の内側の側壁との隙間（空間部）には、厚さ方向に磁化されたフィルム磁石層２２１ａが接着されている。フィルム磁石層２２１ａは、ＳｍＣｏ等の希土類磁石から成るフィルム層と、第１の金属板２１４とが紫外線硬化型接着剤で接合されている。
【００５８】
また、第１の金属板２１４上には、水素注入口２１５が形成されていると共に、複数の位置決めピン２２２ａが立設されている。そして、高分子固体電解膜２１１と、アノード側電極板２１２及びカソード側電極板２１３とが積層されており、第２の金属板２１６に絶縁材料から成るブッシュ２２５ａが埋め込まれている。
【００５９】
組み立て手順としては、第２の金属板２１６のブッシュ２２５ａを位置決めピン２２２ａに挿入することにより、フィルム磁石層２２１ａの吸着力により、第１の金属板２１４と第２の金属板２１６が結合する。したがって、高分子固体電解膜２１１、アノード側電極板２１２、カソード側電極板２１３の積層構造から、相互に加圧される構造になっている。
【００６０】
この燃料電池システムは、上述したように、ユニットの両端を合成樹脂やゴム材から成るシール材で封印して、外形形状を矩形形状とすると共に、上面に複数の突起部が形成されている。更に、水素吸蔵合金容器筐体の上面に、燃料電池セルの長手方向に沿って凹面を形成し、該凹面の深さは断熱部材１９の上面または第２のガラス基板１２の上面とする。露出する配管経路Ｂ２２の孔位置と水素注入口２１５を一致させるように、紫外線硬化型接着剤で接合する。
【００６１】
このように、水素吸蔵合金容器筐体の上面に凹部を設け、この凹部に燃料電池セルユニットを挿入し、合成樹脂部の両側を圧入し、図示されない小ネジや接着剤で結合し、上面に複数の突起部が露出するようにする。このように、燃料電池セルユニット２００に突起部を形成することで、組み立てが簡単となる。
【００６２】
また、フィルム磁石層２２１ａの吸引力を適宜に選択することで、高分子固体電解膜２１１、アノード側電極板２１２とカソード側電極板２１３との積層構造から、相互に加圧量を調整し、第１及び第２の金属板２１４、２１５を一体化させることができる。この場合、第２の金属板２１６内に曲げ作用を有する複数のスリ割り２１８と、カソード側電極板２１３と押圧する押圧部２１９を有している。
【００６３】
このように、第２の金属板２１６内に於いて、部分的に押圧部２１９を設けることで、カソード側電極板２１３への周辺部に一様に接触させるために２次加工面とすることで、平坦性を維持することができる。
【００６４】
更に、図示されない電池収納室に、燃料電池システが挿入され、燃料電池システムの突起部と、電池収納室の内表面のガイド面との接触圧による加圧量増減がないようにする。また、水素吸蔵合金容器筐体１８の上面に複数の位置決めピンを立設して、燃料電池セルユニット２００内の第１の金属板２１４または合成樹脂部に複数の嵌合孔を設け、この燃料電池セルユニット内の嵌合孔を水素吸蔵合金容器筐体の位置決めピン２２２ａに沿って挿入した後、紫外線硬化型接着剤で接合することで、水素吸蔵合金容器筐体１８と燃料電池セルユニット２００とは正確な位置決めが可能となる。
【００６５】
図１５（ｂ）は、上述した図１５（ａ）に示される燃料電池セルユニットの他方の端部近傍を表している。
【００６６】
この他方の端部についての構造は、図１５（ａ）に示される燃料電池セルユニット２００の構造とほぼ同じ形状である。したがって、図１５（ａ）と同一の構成要素にて参照番号のａをｂに代える以外は同一の参照番号を付すものとし、ここでの説明は省略する。但し、上面の突起部は幅方向に全面となり、空気流入口となる段差は設けられていない。
【００６７】
図３Ａは、第１の実施形態に於ける２種類の燃料電池システムのブロック構成図である。
【００６８】
図３Ａ（ａ）に於いて、上述した水素吸蔵合金筐体１８内には水素吸蔵合金容器５０を有している。この水素吸蔵合金容器５０からは、図示されない配管経路Ａを介して開閉弁５１、検出用圧力センサ５２、更に安全弁５３、圧力調整弁５４及び補助用圧力調整弁５５が配置されている。圧力調整弁５４及び補助用圧力調整弁５５は、図示されない配管経路Ｂを介して燃料電池セル５６に接続されている。
【００６９】
開閉弁５１は、配管経路Ａに接続された際に開き、接続が解除された際に閉じる弁機構を兼ね備えた水素補給の開閉弁である。安全弁５３は、検出用圧力センサ５２と外気口との間に接続され、公知技術である静電駆動方式のマイクロバルブや熱変形導電材料（例えば、形状記憶合金材料）のダイヤフラムによる構成であり、オン（弁が開く）やオフ（弁が閉じる）が可能なスイッチ機能を有している。
【００７０】
また、図３Ａ（ｂ）に於いて、水素吸蔵合金容器６０からは、図示されない配管経路Ａを介して第１及び第２の開閉弁６１及び６２、第１及び第２の検出用圧力センサ６３及び６４が配置されている。そして、第１及び第２の検出用圧力センサ６３及び６４と外気口との間には、第１及び第２の安全弁６５及び６６が配置されている。また、第１及び第２の検出用圧力センサ６３及び６４と燃料電池セル６９の間には、第１及び第２の圧力調整弁６７及び６８が配置されている。
【００７１】
次に、水素吸蔵合金容器への水素の補給と燃料電池セル駆動時の動作について説明する。
【００７２】
図３Ａ（ｂ）を参照すると、図示されていない水素補給時には、水素吸蔵合金容器６０は着脱式で接続することにより弁が開くような機構を有する水素補給口に、上述した水素補給ボンベが接続され、水素補給口を介して水素吸蔵合金容器６０内の水素吸蔵合金へ水素が補給、貯蔵される。補給された水素は水素吸蔵合金中に貯蔵される他、配管経路、更に開閉弁以降は遮断された状態で、第１及び第２の開閉弁６１及び６２から燃料電池セル６９までの配管経路に残量水素ガスが存在する。携帯用機器の電源スイッチがオンされると第１及び第２の開閉弁６１及び６２が開き、水素吸蔵合金に貯蔵されたが圧力調整弁まで供給されて残量水素ガスと混合され、水素吸蔵合金内の内圧と同じとなる。
【００７３】
次に、第１及び第２の検出用圧力センサ６３及び６４の検出器からの出力信号を、図示されないメモリ（ＲＯＭ）に格納されたテーブル表（例えば、図５（ａ）の表）に換算して圧力調整弁を開く。水素燃料電池セル動作時は、燃料電池セル６９への水素ガス圧が０．１ＭＰａになると燃料電池セル６９が動作を開始する。消費された水素を補給すべく水素吸蔵合金に貯蔵された水素が、図３Ａ（ａ）に示される例（Ａ社）では開閉弁があり、この開閉弁５１から、検出用圧力センサ５２、圧力調整弁５４を順次経由して燃料電池セル５６に供給される。燃料電池セル５６側の水素圧力を一定に保持しながら燃料電池セル５６が継続的に動作して、図示されていない携帯用機器等に安定に電力を供給する。この場合、検出用圧力センサ５２と安全弁５１とは直接接続されている。尚、図５（ａ）の表には水素吸蔵合金種類、水素吸蔵量、安全弁と流路数、電気容量、管内圧力限界値、圧力センサ感度、製造年月等の管理する管理データが格納されている。更に、表１に基づいて、圧力調整弁の放出流量の演算をする場合は、検出用圧力センサから出力される実測値と圧力調整弁から出力される実測値の差圧を求めることにより検出できる。
【００７４】
本実施形態では、高圧水素ガスによる圧力調整弁にかかる負荷を軽減するために、図３Ａ（ｂ）に示される例（Ｂ社）では複数（ここでは２個）の開閉弁６１、６２と検出用圧力センサ６３、６４、圧力調整弁６７、６８が並列に配置されている。第１及び第２の検出用圧力センサ６３及び６４が、それぞれの第１及び第２の安全弁６５及び６６と直接接続されている。そして、第１及び第２の安全弁６５及び６６は外気口に接続されている。第１及び第２開閉弁６４及び６２と第１及び第２の安全弁６５及び６６は公知技術である静電駆動方式のマイクロバルブや熱変形導電材料（例えば、形状記憶合金材料）から構成された、オン（弁が開く）やオフ（弁が閉じる）が可能なスイッチ機能を有したダイヤフラムの動作で、それぞれの弁が開く。尚、他の例（Ｃ社）として、第２の安全弁を使用しない場合には、ダミー用として形成されている。
【００７５】
ここで、Ｂ社の場合には、水素ガスが分圧される所定時間後、検出用圧力センサが所望値になると第１の開閉弁６１は閉じ、第２の開閉弁６２を開いた後、第２の検出用圧力センサ６４が監視を行う。第１及び第２の開閉弁６５及び６６は検出用圧力センサの監視の基にオン・オフ動作を繰り返す。検出用圧力センサが所望の水素ガス圧になると、圧力調整弁が制御を開始し、燃料電池セル内では０．１ＭＰａ圧になるように制御する。更に、圧力調整弁を保護するために複数の開閉弁を同時に使用することも可能である。
【００７６】
このようなオン・オフ動作を繰り返す構成に於いては、ＣＰＵやアナログスイッチ等のチップが第２のシリコン基板に埋め込まれていることが望ましい。
【００７７】
次に、安全弁の動作について、図４のタイミングチャートを参照して説明する。
【００７８】
例えば、Ｂ社のフィン無し−一体型燃料電池システムを使用して、第２の開閉弁６２が動作中に携帯用機器内のＣＰＵの監視による温度センサからの異常検出が発生した場合である。ＣＰＵでは、５３℃以上で６０秒間に３回のリトライが行われ、５３℃以上が継続した場合に温度異常検出と判断される。
【００７９】
第２の検出用圧力センサ６４からの内圧が測定され、この内圧が所定以上の場合には安全弁が開放され、水素ガスが外気口へ流出される。このとき、第２の開閉弁６２は開放されたままとする。一定時間経過後、第２の検出用圧力センサ６４が規定以下の値になると安全弁が閉じられる。そして、第２の開閉弁６２が閉じられて第１の開閉弁６１が開かれた状態で復帰の状態となる。第１の開閉弁６１と第１の安全弁６５との間に圧力センサを配置することで、第１の開閉弁６１側に於ける流路内の圧力を減圧することもできる。
【００８０】
更に、第１の安全弁６５が閉じられるときには、第１の検出用圧力センサ６３の動作時に温度異常検出が発生し、第１の開閉弁６１は開放されたままとする。第１の検出用圧力センサ６３の出力信号が所望の範囲のときは第１の安全弁６５が閉じられる。或いは、シリコン基板上に複数の第１及び第２の開閉弁６１及び６２が組み合わされて使用される場合は、第１及び第２の開閉弁６１及び６２で接続された第１及び第２の検出用圧力センサ６３及び６４からの出力信号の平均値が求められることで安全弁が閉じられる。また、Ｃ社のように、１つの検出用圧力センサからの出力信号の監視を行い、所望の範囲のときに第１の安全弁を閉じることもできる。
【００８１】
本実施形態では、水素吸蔵合金筐体の側面に配置した端子板に信号線８本と駆動線８本を有する。このうち、第２開閉弁の使用数については水素吸蔵合金材料等により選択するようにするとよい。また、第１の開閉弁は、公知の機械的な電磁弁を水素吸蔵合金筐体に取り付けてもよい。更に、温度センサや振幅信号増幅回路用のＨＡチップが埋め込まれた第２のシリコン基板は、第１のシリコン基板及び第２のシリコン基板とは別に第１のガラス基板上に配置することもできる。
【００８２】
また、温度センサと加速度センサを第２のシリコン基板に埋め込むことができる。この加速度センサを設けることは、液体燃料電池に使用する場合等で液面センサを残量検出に利用する場合には、燃料電池の姿勢により残量測定に誤差が発生するので特に有効である。
【００８３】
また、本発明の実施形態では、燃料として水素吸蔵合金容器筐体としたが、アルコール系燃料（例えば、メタノール）の容器筐体にすることもできる。また、安全弁は、燃料タンクの交換時に大気が燃料流路内に混入する場合がある。燃料流路内に空気が混入すると、燃料電池セルの出力が低下するため、燃料交換後に燃料流路内の空気を水素ガスに置換するパージバルブとして用いることができる。
【００８４】
以上、燃料電池システムによると、水素吸蔵合金容器から燃料電池セルへ水素を供給する配管経路に配置された複数開閉弁、検出用圧力センサ、圧力調整弁と安全弁をガラス基板上のシリコン基板に設け、また、ガラス基板を水素吸蔵合金容器筐体内部に配置しとして一体化することにより、容積を小さくすることができる。また、安全弁を駆動することで、圧力調整弁の負荷を軽減することができる。この結果、携帯機器用燃料電池システム全体の小型化が可能となる。
【００８５】
図３Ｂは、第１の実施形態に於ける更に他の２種類の燃料電池システムのブロック構成図である。
【００８６】
図３Ｂ（ａ）に示される構成例のＤ社の燃料電池システムでは、第１及び第２の開閉弁６１及び６２の弁動作に同期して補助バルブ７０も開閉する。この燃料電池システムは、燃料タンクである水素吸蔵合金容器６０と燃料電池セル６９間を配管経路で接続した主の微細流体流路である第１及び第２の開閉弁６１及び６２と第１及び第２の圧力調整弁６７及び６８を有している。また、水素吸蔵合金容器６０と燃料電池セル６９間には、副の微細流体流路の補助バルブ７０、補助検出用圧力センサ７１も、順に配置されている。加えて、上記補助検出用圧力センサ７１と安全弁７２とが直接接続されている。
【００８７】
温度センサの出力及び管内の補助検出用圧力センサ７１の出力が、予め決まられた基準データ（ユニット毎のベンダや水素の種別による管内温度限界値や管内圧力限界値所定値）に基づいて安全弁７２を開き、補助バルブ７０を開放のまま、水素吸蔵合金容器６０からの水素ガスを外部へ放出する。異常発生時に使用していた開閉弁（第１または第２の開閉弁６１または６２の何れか）を開放することで、第１及び第２のマイクロバルブである（第１及び第２の）圧力調整弁（６７及び６８）を保護することができる。
【００８８】
また、図３Ｂ（ｂ）に示される構成例のＥ社の燃料電池システムでは、燃料タンクである水素吸蔵合金６０と第１、第２及び第３の開閉弁６１、６２及び７３との間に補助バルブ７０を介在させ、燃料電池セル動作に同期して補助バルブ７０も開閉するようにしている。この補助バルブ７０の開閉後に、第１、第２及び第３の開閉弁６１、６２及び７３が開く。また、上記補助バルブ７０と燃料電池セル６９間には、副の微細流体流路の第３の開閉弁７３、補助検出用圧力センサ７１が順に配置されている。そして、補助バルブ７０と安全弁７２は、直接接続されている。
【００８９】
温度センサの出力及び管内の補助検出用圧力センサ７１の出力が、予め決まられた基準データ（ユニット毎のベンダや水素の種別による管内温度限界値や管内圧力限界値所定値）に基づいて安全弁７２を開き、補助バルブ７０を開放のまま、水素吸蔵合金容器６０からの水素ガスを外部へ放出する。異常発生時に使用していた第１または第２の開閉弁６１または６２を開放することで、第１及び第２のマイクロバルブである第１及び第２の圧力調整弁６７及び６８を保護することができる。
【００９０】
尚、各開閉弁と各圧力調整弁との間にそれぞれ検出用圧力センサを配置してもよい。また、補助検出用圧力センサと燃料電池セルに接続する配管経路Ｂ間に、第３の補助用圧力調整弁を配置することも可能である。或いは、補助検出用圧力センサと安全弁を直接接続することもできる。
【００９１】
その他、水素吸蔵合金容器に水素ガスを供給するとき等、微細流体流路内の空気（大気）を水素ガスに置換するときには、使用開始時に開閉弁、補助バルブ、安全弁を全て開放することで達成することができる。
【００９２】
次に、図１６のフローチャートを参照して、本構成による燃料電池システムの動作について説明する。
【００９３】
本シーケンスが開始され、先ずステップＳ１にて開閉弁の切り替えが行われる。次いで、ステップＳ２にて第１の開閉弁６１が開放されると、続くステップＳ３にて第１の検出用圧力センサ７８の動作が開始される。そして、ステップＳ４に於いて、第１の検出用圧力センサ７８の値が所定範囲内であるか否かが判定される。ここで、所定範囲内でなければ上記ステップＳ３に移行して上記の処理動作が繰り返される。一方、第１の検出用圧力センサ７８の値が所定範囲内である場合はステップＳ５に移行する。
【００９４】
ステップＳ５では、第１の圧力調整弁６７の動作が開始されると共に、マイクロプロセッサ８３内の図示されないタイマがスタートされる。そして、ステップＳ６では、サブルーチン「温度センサ異常検出」が実行される。このサブルーチン「温度センサ異常検出」の詳細な動作については、後述する。次いで、ステップＳ７では、上記ステップＳ５でスタートされたタイマによる計時が所定時間経過したか否かが判定される。その結果、所定時間が経過していなければ上記ステップＳ６に移行し、上記の処理動作が繰り返される。一方、所定時間が経過していればステップＳ８に移行して、本開閉弁（例えば、２系統の微細流体流路の場合は第１または第２の開閉弁で、４系統で開閉弁が４個、８系統で開閉弁が８個等の場合にも適応できる。）の動作の終了が判定される。終了しない場合は上記ステップＳ１へ移行して以降の処理（例えば、第１の開閉弁が第２の開閉弁に切り替わり、または第２の開閉弁が第１の開閉弁に切り替わる。）動作が繰り返され、終了する場合は本シーケンスが終了する。
【００９５】
図１７は、図１６のフローチャートに於けるステップＳ６のサブルーチン「温度センサ異常検出」の詳細な動作を説明するためのフローチャートである。
【００９６】
本ルーチンに入ると、先ず、ステップＳ１１にて温度センサ１５の監視動作が開始される。次いで、ステップＳ１２に於いて、温度異常か、または第１の検出用圧力センサ７８が所定値以上であるか否かが判定される。ここで、温度異常でない、または該センサの値が所定値内であれば、正常終了であるとして、本サブルーチンを抜けて図１６のフローチャートに於けるステップＳ７へ移行する。一方、上記ステップＳ１２にて、温度異常か、または第１の検出用圧力センサ７８が所定値以上であると判定された場合は、ステップＳ１３に移行する。
【００９７】
ステップＳ１３では、これらの異常についてのリトライ動作が開始される。そして、ステップＳ１４に於いて、リトライの回数が判定される。例えば、この場合リトライ回数を３回とすると、３回未満の場合は上記ステップＳ１２に移行して上記処理動作が繰り返される。そして、リトライ回数が３回に達しても上記異常が検出された場合は、ステップＳ１５に移行する。
【００９８】
このステップＳ１５では、異常発生時に使用中の開閉弁（この場合第１の開閉弁６１）は開放のままで安全弁８０が開放される。次いで、ステップＳ１６にて、燃料電池システムが停止される。この燃料電池システムの停止とは、以下のように行われる。
【００９９】
図示されてない燃料電池セルとデバイス負荷部との間に、昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータのスイッチングを用いて、燃料電池に接続されている負荷を切り離して発電を停止させる。そして、燃料電池による発電が中止されると、燃料電池セルは２次電池に切り替わり、所定時間後に、上記スイッチングを実施する。すなわち、ＣＰＵは燃料電池セルでの発電停止後、燃料電池の出力端を負荷から２次電池に接続することにより、燃料電池内に残留する水素及び空気から生ずる残存電力を２次電池へ充電することが可能となり、燃料電池内に残留する水素を外部へ放出する必要がなくなる。このとき、２次電池に所定値以上の空き容量を確保して充電を行う。
【０１００】
その後、ステップＳ１７に移行して異常終了処理が行われる。
【０１０１】
図１８は、上述した構成の燃料電池システムから、第１及び第２の検出用圧力センサを除き、補助バルブと補助圧力調整弁との間に補助の検出用圧力センサを配置し、補助の検出用圧力センサと補助圧力調整弁との間から分岐した位置に安全弁を配置した場合の動作を説明するためのフローチャートである。
【０１０２】
本シーケンスが開始されると、先ずステップＳ２１にて補助バルブ７０が開放され、続いてステップＳ２２にて開閉弁の切り替えが行われる。更に、ステップＳ２３にて第１の開閉弁６１が開放されると、続くステップＳ２４にて補助圧力調整弁の動作が開始されると共に、マイクロプロセッサ８３内の図示されないタイマがスタートされる。そして、ステップＳ２５に於いて、補助圧力センサの値が所定範囲内であるか否かが判定される。ここで、所定範囲内でなければ上記ステップＳ２４に移行して上記の処理動作が繰り返される。一方、補助圧力センサの値が所定範囲内である場合はステップＳ２６に移行する。
【０１０３】
ステップＳ２６では、上述した図１７に示されるサブルーチン「温度センサ異常検出」が実行される。このサブルーチン「温度センサ異常検出」の詳細な動作については省略する。次いで、ステップＳ２７では、上記ステップＳ２４でスタートされたタイマによる計時が所定時間経過したか否かが判定される。その結果、所定時間が経過していなければ上記ステップＳ２６に移行し、上記の処理動作が繰り返される。一方、所定時間が経過していればステップＳ２８に移行して、本開閉弁（例えば、２系統の微細流体流路の場合は第１または第２の開閉弁で、４系統で開閉弁が４個、８系統で開閉弁が８個等の場合にも適応できる。）の動作の終了が判定される。終了しない場合は上記ステップＳ２２へ移行して以降の処理（例えば、第１の開閉弁が第２の開閉弁に切り替わり、または第２の開閉弁が第１の開閉弁に切り替わる。）動作が繰り返され、終了する場合は本シーケンスが終了する。
【０１０４】
次に、図６を参照して、シリコン基板上の検出用圧力センサから圧力調整弁への印加電圧について説明する。
【０１０５】
図６に示されるように、燃料吸蔵合金材料であるＡＢ５型のＬａＮｉ５やＡＢ２型合金を例として説明する。これらの合金材料の温度特性は、メーカや同じメーカで製造される種別により異なることになる。本実施形態では、この温度特性をテーブル表に基づき、圧電調整弁に印加する電圧を決定することにより、燃料吸蔵合金材料による誤差値（例えば、Ａ社、Ｂ社製造による水素吸蔵合金の温度特性が異なる場合、現使用温度３５℃の状態下に於いて、δ値）を補正することができる。（この場合、２０℃に於けるＡ社製では０．２５ＭＰa、Ｂ社製では０．４０ＭＰaとしている。また、限界値はＡ社製とＢ社製も１ＭＰaとしている。）
残量表示用圧力基準温度を２７℃とする。例えば、水素やメタノール等の燃料電池を電源とする一眼レフ型デジタルカメラ等の情報機器では、ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）素子やＬＥＤ（発光ダイオード）等による表示照明装置は消費電力が多く、照明表示制御は使い難いものとなる。或いは、交換レンズとカメラ本体との通信による交換レンズ着脱検出等の撮影準備動作等を含め、実際に使用している場合（例えば、シャッタチャンスを待つとき）に於いて撮影しようとすると、使用者の意思に反する動作を引き起こすことになり、デジタルカメラ側に依存しきった姿勢制御による燃料電池の残量表示や機器動作可能時間表示等の自動的な管理は、使用者の意思と一致しないという問題がある。
【０１０６】
以上のことから、残量表示をする際には、できるだけ、温度特性に影響を受けないことから、現在の環境使用時の温度を３５度とする。現在、電子機器を使用する環境温度を３５度とすると、燃料電池システムは電子機器の電池収納室に格納されている。したがって、燃料電池システム内の温度センサは外気に直接露出されていないため、外気温度が３５度では過剰温度検出となるので、後述する適正温度２７℃となるように設定した。電子機器を使用する環境温度が１５度であれば、過小温度検出となるので、適正温度は１７．５度となるように設定されている。
【０１０７】
ここで、水素吸蔵合金材料に要求される性質は反応が早く、吸蔵圧と放出平衡圧のヒステリシスがあり、材料等の違いによる発生する誤差を補正することを目的とする。温度センサが配置されている場所と、水素吸蔵合金筐体からの配管経路Ａの内圧温度との温度差及び圧力センサの内圧温度差がある。電子機器の使用状況に於いて、その都度、測定して残量表示をすることは困難である。初期値を２０℃とし、その平均である２７．５℃（例えば、予め決められたグループの範囲でＣＰＵからの指示は２７℃）の圧力センサ値からＰＣＴ線図（δPCT ）（公知技術に記載の圧力−組成等温線図）により残量表示値を求めることができ、温度変化による過圧力の影響を受けることなく残量表示誤差を抑えることができる。
【０１０８】
ここで、平均値やグループ化（温度測定範囲を予め２℃から３℃毎にプロットして測定点を決め、その上下範囲を測定点と見なす方法）することにより、工場出荷時に於いて、予め測定された温度毎のＰＣＴ線図を格納するメモリの記憶容量を少なくすることができる。或いは、図示されないが、水素吸蔵合金容器内の壁に発振器を用いた複数から成る一対の駆動電極板からダイヤフラムを接合するような圧力センサを内蔵した場合等も、温度センサが配置している位置と金属材料で覆われた水素吸蔵合金容器内では温度差がある。水素吸蔵合金容器内の一対から成る駆動電極板は離間して配置し、残存量が少なくなった場合には差動出力信号に切り替えることもできる。このように、環境下での違いがあることから、現在の使用環境温度３５℃と温度特性に用いられる常温２０℃の平均値の温度テーブル表を用いる。
【０１０９】
水素吸蔵合金容器内に、一対から成る駆動電極板を用いて残量容量を測定する場合や、公知の歪ゲージによる残量水素量を測定する場合（特開平６−３３７８７号公報）等に於いて、出荷前に予めデータ特性表を求めるために製品と同じ容器を２次加工して、温度センサの出力が２０℃、２３℃、２７℃、３０℃、３２℃、３５℃、４０℃、４５℃毎に変化できるためにサーモモジュールを容器の外表面に取り付ける。水素吸蔵合金容器のバルブを開き、温度毎の水素流量計で放出水素量を求め、対応する一対の駆動電極板からの振幅電圧回路を経て残量水素量を求める。すなわち、図３（ａ）の燃料電池の構成に於いて、この放出水素量毎に於ける燃料電池の消費総時間の関係が求まる。
【０１１０】
残量表示は、残量時間または（残量時間／消費総時間）の％表示とし、残量時間は消費総時間から圧力調整弁と安全弁の使用回数及び使用時間の累積を減算することで求まる。また、各温度に於けるＰＣＴ係数（δPCT ）を決め、相関（重み付け）を決めておくことになる。ここで得られたデータ（メーカ名、水素吸蔵合金種類及び水素吸蔵量、シリコン基板上の流路数と安全弁数、製造年月、フィンの有無、ＰＣＴ係数（δPCT ）等）（図５（ａ）、（ｂ）の表）がＲＯＭ（図示せず）に格納される。また、ＲＯＭには、記憶部（図示せず）に格納されているデータの書き込みや読み出すためのプログラムが格納されている。このようにすると、水素吸蔵合金容器に設けた残量検出センサを省略することもできる。
【０１１１】
金属材料のステンレス材料から成る水素吸蔵合金筐体の外表面の凹面内にサーモモジュール（例えば、ペルチェ素子）配線基板を配置することで、ＣＰＵによる温度コントロールを２０℃（常温）になるように行うことができる。その結果、検出用圧力センサの出力信号を安定化することができる。したがって、常温（２０℃）に近傍のデータのみを格納することできる。したがって、メモリ（例えば、ＲＯＭ等）の記憶容量を大幅に減らすことができる。
【０１１２】
次に、図７（ａ）及び（ｂ）を参照して、燃料電池システムと２次電池やＣＰＵが内蔵された電子機器の残量表示の組み合わせについて説明する。
【０１１３】
水素吸蔵合金筐体は、水素吸蔵合金容器１００と、シリコン基板１０１上に配置された開閉１０２弁、検出用圧力センサ１０３、圧力調整弁１０４が形成されており、更に温度センサ１０５を有している。燃料電池セル１１０は、アノード電極１１１、カソード電極１１２及び高分子固体電解膜１１３から成っている。携帯用の電子機器（例えば、クレードル）１２０には、ＣＰＵ１２５と、上述した開閉弁１０２や検出用圧力センサ１０３及び圧力調整弁１０４を初期駆動する２次充電器（２次電池）１２１と、該２次電池１２１の残量を検出する電流検出器（デバイス負荷部）１２３と、切り替えスイッチ１２２と、温度変化によるデータ（図５（ａ）、（ｂ）の表）が格納されたメモリ１２７と、燃料電池の残量表示を行う表示部１２８及びユーザ操作用入力キーから成る入力操作部１２６とが備えられている。
【０１１４】
圧力調整弁１０４からの配管経路は、アノード電極１１１に接続されている。ＣＰＵ（制御回路）１２５は、シリコン基板１０１に埋め込まれた温度センサ１０５の出力信号をモニタする。また、燃料電池セル１１０の残量表示やデバイス負荷部１２３の電流値を監視する。ＣＰＵ１２５は、燃料電池セル１１０が電子機器１２０に接続されると、切り替えスイッチ（ＳＷ）１２２によりデバイス負荷部１２３の出力信号から残量検出ができる。しかしながら、ここでは無視することで、検出用圧力センサ１０３の出力信号及び温度センサ１０５からの出力信号を優先して、メモリ１２７に格納されたユーザが指定したＢ社の水素吸蔵合金容器で、ＡＢ５型の水素吸蔵合金容器の種別及び温度特性から、データ（図５の（ａ）、（ｂ）の表）の残量演算値を利用して、表示部（ディスプレイ）１２８に表示する。これにより、ユーザが確認することができる。
【０１１５】
例えば、図８（ａ）に示される例では、表示部１２８には水素吸蔵合金１３１とメタノール１３２が表示されているが、ユーザが操作入力部１２６を操作することによって、例えば図８（ｂ）に示されるように、ＡＢ５型水素合金１３３とＡＢ２型水素合金１３４を選択して表示させることができる。
【０１１６】
デバイス負荷部１２３の動作開始信号が入力されたときの起動時は、ＣＰＵ１２５が２次電池１２１を動作させる。つまり、図７（ｂ）に示されるように、燃料電池セル１１０から２次電池１２１へは、切り替えスイッチ１２２によって充電時に接続されるようになっている。携帯用機器であるクレードルの場合には、デバイス負荷部（例えば、電子カメラ等）１２３が搭載され、燃料電池セル１１０が動作をすると、ＣＰＵ１２５は切り替えスイッチ１２２を動作させ、２次電池１２１は休止する。そして、圧力調整弁１０４の制御や燃料電池セル１１０は動作状態となり、デバイス負荷部１２３が動作を行う。このようなとき、ＣＰＵ１２５は、燃料電池セル１１０のみの使用や、燃料電池セル１１０と２次電池１２１の併用使用により、コンセントのない屋外等でも利用することができるというメリットがある。
【０１１７】
ここで、ＰＣＴ係数について説明する。
【０１１８】
燃料電池システムのシリコン基板上以外の場所に温度センサを持つ場合に於ける残量表示をするために、燃料電池セル、配管経路、燃料タンクに備えられた各温度センサを用いた場合についての例である。
【０１１９】
このシリコン基板上、燃料電池セル、配管経路、燃料タンク（水素吸蔵合金容器）等に備えられた各温度を用いた場合と、水素ガスを流す水素配管内の温度との温度差相関をとるために、ＰＣＴ係数（δPCT ）を用いると、過大または過小な残量を検出することなく、正確な残量を表示することができる。
【０１２０】
燃料電池セルや２次電池タンクの外表面や内表面に配置された温度センサがある。ここで使用された温度を電気抵抗に変換するサーミスタ等の温度センサでは、温度検出部で検出した燃料タンクや燃料電池セルの温度は、図１６の燃料電池の残量を求めるシーケンスで処理される。
【０１２１】
燃料電池システムに少なくとも２つの温度センサを配置している場合、工場出荷前にこの２つの温度センサから出力される電圧値に、重み付け演算処理や平均化処理を行い、圧力・温度−残量線図のＲＯＭ（メモリ）を作成する。
【０１２２】
図１９は、複数の温度特性に於ける圧力・温度−残量線図である。図１９から、ＰＣＴ係数（δPCT ）を用いた残量表示用テーブルＴ0 温度への変換について説明する。尚、実測温度に於ける燃料電池の残量を実線で示し、水素ガス流路管内温度の燃料電池の残量を破線で示す。
【０１２３】
ここで、例えば、燃料電池セルの温度（３５℃）で水素圧力値Ｐ4 ＭＰａとし、燃料電池内の検出用圧力センサが設けられた水素ガス流路管内部の温度Ｔ0 を求めるために、燃料電池システムの構造や機種毎に予め実測しておくことになる。ここでは、例えば、水素ガス流路管内部の温度Ｔ0 （２７℃）とした場合に、ＰＣＴ係数はδPCT ＝Ｔ0 −Ｔ4 となる。
【０１２４】
このように、温度差によるＰＣＴ係数（δPCT ）の演算を行うことにより、燃料電池セル温度（３３℃）に温度加工すると、素ガス流路管内部の温度Ｔ0 （２５℃）となり、ＰＣＴ係数（δPCT ）は８℃の差となる。
【０１２５】
また、燃料タンク（水素吸蔵合金容器）の外表面に配置された温度センサを用いた場合、燃料タンクの表面温度Ｔ3 （０℃〜２０℃）で水素圧力値ＰS ＭＰａとし、或いは気圧が変化するアルプスの山々の場合等の利用環境条件毎に、ＰＣＴ係数（δPCT ）を決めることができる。
【０１２６】
尚、上述した図１９のＰＣＴ線図を用いた場合には、図７に示される温度センサ１０５′が配置されている。したがって、燃料電池システム内に温度センサを有さない場合にも、端末用機器を使用することができる。特に、ＤＶＤ記録媒体用のビデオカメラでは、記録媒体や半導体レーザの近傍、電子カメラでは撮像素子やカメラモジュールユニット内に温度センサが配置されているので、この温度センサによる記録／再生時の突発的な温度異常発生時には、燃料電池セルから電力供給の無駄な消費を回避することができるという効果がある。
【０１２７】
温度センサで測定する微細流体流路の管内位置は、例えば、検出用圧力センサの空洞部、圧力調整弁、配管経路、開閉弁の近傍位置やこれらのそれぞれの位置を組み合わせたものとなる。
【０１２８】
図２０は、燃料電池の残量検出及び電池異常検出を説明するためのＣＰＵ１２５及びその周辺部の構成を示すブロック図である。
【０１２９】
図２０に於いて、プログラムに従って各種制御を行うＣＰＵ（マイクロプロセッサ）１２５は、演算処理部１２５ａと、測定データ記憶部１２５ｂ1 、例えば、上述した図５に示すデータ用の基準データ記憶部１２５ｂ2 、補正データ記憶部１２５ｂ3 を有したワークメモリ用の記憶部１２５ｂと、異常検出部１２５ｃとを備えている。尚、ここでは図示されないが、後述するプログラム用のＲＯＭも備えている。
【０１３０】
上記記憶部１２５ｂには、検出用圧力センサ１０３がＡ／Ｄ変換器１１６を介して接続されると共に、温度検出部（温度センサ）１０５がＡ／Ｄ変換器１１５を介して接続されている。更に、記憶部１２５ｂには、入力操作部１２６も接続されている。ワークメモリ用の記憶部１２５ｂは、演算処理部１２５ａ及び異常検出部１２５ｃを介して、表示部１２８に接続されている。この表示部１２８は、電池残量を表示するための電池残量表示部１２８ａと、電池が異常であることを表示するための電池異常表示部１２８ｂとを有している。尚、残量は、例えば、燃料電池の種類により色を変えて表示したり、或いは使用可能時間を併用表示するようにしてもよい。
【０１３１】
異常検出部１２５ｃは、燃料電池セル１１０とデバイス負荷部１２３との間を遮断するために設けられている。例えば、燃料電池セルとデバイス負荷部との間に昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータのスイッチングを用いて燃料電池に接続されている負荷を切り離して発電を停止する。そして、燃料電池による発電が中止されると、燃料電池セルは２次電池に接続される。すなわち、ＣＰＵは、燃料電池セルでの発電停止後、燃料電池の出力端を負荷から２次電池に接続することにより、燃料電池内に残留する水素及び空気から生ずる残存電力を２次電池へ充電することが可能となり、燃料電池システム内に残留する水素を外部へ放出する必要がなくなる。このとき、２次電池に所定値以上の空き容量を確保して充電を行う。
【０１３２】
次に、このような構成に於いて、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）の動作について説明する。
【０１３３】
ＣＰＵ１２５に於いて、サンプリングされた燃料電池システム内でシリコン基板上に配置された温度検出部１０５の複数の測定データは、Ａ／Ｄ変換器１１５を介して測定データ記憶部１２５ｂ1 に書き込まれる。このとき、サンプリングが複数回の場合には、平均値を求めることになる。
【０１３４】
次いで、ＣＰＵ１２５にて、サンプリングされた検出用圧力センサ１０３の複数の測定データが、Ａ／Ｄ変換器１１６を介して測定データ記憶部１２５ｂ1 に書き込まれる。このとき、サンプリングが複数回の場合には平均値を求めることになる。また、検出用圧力センサ、補助検出用圧力センサの各圧力センサが並列配置された場合には、２箇所の測定データが、Ａ／Ｄ変換器を介して測定データ記憶部１２５ｂ1 に書き込まれる。
【０１３５】
更に、工場出荷前の微細流体流路用の検出用圧力センサ、補助検出用圧力センサの各温度センサが並列配置された場合には、２箇所の測定データがＡ／Ｄ変換器を介して基準データ記憶部１２５ｂ2 に書き込まれるようにすると、複雑な流体流路でも、より正確な温度差を求めることができる。例えば、燃料電池の実残量が同じでも、温度が異なる補助検出用圧力センサと検出用圧力センサからの実測定された圧力の出力が異なる場合には、検出用圧力センサの測定圧力をＰ１、補助検出用圧力センサの測定圧力をＰ２とすると、加重平均Ｐを求めると、ｋは重み係数とすると  
Ｐ＝（１−ｋ）Ｐ１＋ｋＰ２  
（０＜ｋ＜１の定数）  
となる。
【０１３６】
一般的に、重み付け係数ｋは、圧力調整弁の近傍に配置する検出用圧力センサＰ１＞補助検出用圧力センサＰ２の条件となるようにする。このように、微細流体流路内の多数の箇所で温度を検出すると、測定データ記憶部１２５ｂ1 に書き込まれた温度値は、シリコン基板上に配置された温度検出部と微細流体流路内の温度との温度差が格納された基準データ記憶部との演算により、補正値として補正データ記憶部１２５ｂ3 に書き込まれる。また、測定データ記憶部１２５ｂ1 に書き込まれた温度及び圧力値が、上述した図５に示される管内圧力限界値及び管内温度限界値以上かのフラグ信号“１”（＝異常）または“０”（＝正常）として、補正データ記憶部１２５ｂ3 に書き込まれる。
【０１３７】
ＣＰＵ１２５にて、測定データ記憶部１２５ｂ1 に書き込まれた圧力検出値と補正データ記憶部１２５ｂ3 に書き込まれた温度値とから、基準データ記憶部１２５ｂ2 に基づいて電池の残量が演算される。その後、その残量の結果が、表示部１２８内の電池残量表示部１２８ａに表示される。また、補正データ記憶部１２５ｂ3 に書き込まれたフラグ信号“１”（＝異常）または“０”（＝正常）は、異常検出部１２５ｃで検出され、その信号に対応したエラー表示が、電池異常表示部１２８ｂに出力される。この表示は、例えば、異常時にはＬＥＤで点滅表示される。或いは、電池異常表示部１２８ｂに、メッセージ表示、例えば「電池が異常です。電子機器から取り外し、しばらくしてから電子機器へ電池を装着してください。」等が出力される。
【０１３８】
以上から、燃料電池の残量を求めるときに、燃料電池の残量を正確に検出でき、燃料タンクに温度検出部を省略することができる。また、電子機器で使用中に於ける燃料電池の残量検出時に於いて、温度上昇や管内圧力上昇した場合、流体流路の管内の圧力制御弁を保護することができる。
【０１３９】
次に、図９乃至図１１を参照して、本発明の第１の実施形態に於ける安全弁、開閉弁の構造について説明する。
【０１４０】
図９は、安全弁を電磁アクチュエータにより構成した燃料電池システムの一例を示す断面図であり、（ａ）は安全弁が閉じられた状態を示した図、（ｂ）は安全弁が開かれた状態を示した図である。
【０１４１】
第１のシリコン基板１４１上に第２のシリコン基板１４２が配置され、その間に流路１５３が設けられている。そして、第１のシリコン基板１４１の上側の表面に、第２の磁性層１４４ｂがコーティングされた弁座受け皿１４３が配置されている。一方、第２のシリコン基板１４２の下層には、上面にリング形状の磁石層１４６から成るダイヤフラム１４５が形成されている。更に、第２のシリコン基板１４２の上層には、微細加工により上記磁石層１４６に対向した位置に駆動コイル層１４７が配置されている。この駆動コイル層１４７には、保護膜としてコイル保護層１４８が設けられている。そして、ダイヤフラム１４５の中央に円形または矩形の貫通孔が設けられ、磁石層１４６のＳ極面に第１の磁性層１４４ａが接合され、ダイヤフラム１４５の貫通孔に該第１の磁性層１４４ａが突出されるようにする。
【０１４２】
尚、大気圧が磁石層１４６及びダイヤフラム１４５の表面を押圧するために、駆動コイル層１４７の中央部には貫通孔を設けている。
【０１４３】
また、第１のシリコン基板１４１には配管経路Ａ１５１が、そして第２のシリコン基板１４２には配管経路Ｂ１５２が、それぞれ設けられている。
【０１４４】
このように構成された安全弁１５０に於いて、先ず、駆動コイルが通電されていない状態について説明する。
【０１４５】
第２のシリコン基板１４２上のダイヤフラム１４５の磁石層１４６と、第１のシリコン基板１４１の第２の磁性層１４４ｂを有する弁座受け皿１４３との間で吸引が行われる。したがって、この状態では安全弁１５０は閉じられた状態となる。したがって、流路１５３内の水素１５４は、配管経路Ａ１５１側の流路１５３に留まっている（図９（ａ））。また、ダイヤフラム１４５上に配置された磁石層１４６と軟鉄合金等の第２の磁性層１４４ｂとの関係は、厚さ方向に磁化された希土類元素を含む合金材料（例えば、サマリウムコバルト合金）から成る磁石層のＳ層からの漏れ磁束により、第２の磁性層１４４ｂと吸着するようにする。
【０１４６】
駆動コイル層１４８の駆動電流を遮断したときに、確実に配管経路Ｂ側への水素を遮断することができる。
【０１４７】
次いで、駆動コイル層１４７が通電された状態について説明する。
【０１４８】
駆動コイル層１４７が通電されると、磁石層１４６と駆動コイル層１４７との間に吸引が発生する。すると、第１のシリコン基板１４１の第２の磁性層１４４ｂを有する弁座受け皿１４３との間で吸引が増加すると、ダイヤフラム１４５が上昇する。したがって、安全弁５０は開いた状態となる（図９（ｂ））。ここでの第２の磁性層１４４ｂ及び磁石層１４６は、図９（ａ）に示されるように、厚さ方向に磁化されたＮ及びＳ極のリング形状や矩形形状とした永久磁石に置き換えることができる。
【０１４９】
尚、ここでは安全弁１５０として説明したが、開閉弁であっても同様に構成することができる。
【０１５０】
図１０は、開閉弁を発熱体アクチュエータにより構成した燃料電池システムの一例を示す断面図であり、（ａ）は開閉弁が閉じられた状態を示した図、（ｂ）は開閉弁が開かれた状態を示した図である。
【０１５１】
第１のシリコン基板１４１上に第２のシリコン基板１４２が配置され、その間に流路１５４が設けられている。そして、第１のシリコン基板１４１上の上側の表面の凹部に発熱体１５６が配置され、その外周にはリング状の磁石層１４６が配置されている。一方、第２のシリコン基板１４２上に設けられたダイヤフラム１４５の下部には、磁性層１４４が形成されている。大気圧及び第１のシリコン基板１４１上の磁石層１４６とダイヤフラム１４５の磁性層１４４との吸引力により、ダイヤフラム１４５は下側（第１のシリコン基板１４１の発熱体１５６側）に押圧されている。
【０１５２】
また、第１のシリコン基板１４１には配管経路Ａ１５１が、そして第２のシリコン基板１４２には配管経路Ｂ１５２が、それぞれ設けられている。
【０１５３】
このように構成された開閉弁に於いて、先ず、発熱体素子にパルス印加電圧が加えられていない状態では、大気圧及び第１のシリコン基板１４１上の磁石層１４６とダイヤフラム１４５の磁性層１４４との吸引力により、ダイヤフラム１４５は下側（第１シリコン基板１４１の発熱体１５６側）に押圧されている。したがって、この状態では、水素１５４は配管経路Ａ１５１側の流路１５３に留まっている（図１０（ａ））。
【０１５４】
次いで、発熱体１５６にパルス駆動電圧が印加されると、発熱体素子の表面には気泡１５７が発生する。この気泡１５７が膨張すると、磁石層１４６とダイヤフラム１４５の磁性層１４４の吸引力より気泡１５７が大きくなり、ダイヤフラム１４５が上側に移動する。したがって、弁は開放状態となる（図１０（ｂ））。
【０１５５】
そして、発熱体素子へのパルス駆動電圧が停止されると、気泡１５７は収縮する。すると、第１のシリコン基板１４１に設けられた磁石層１４６とダイヤフラム１４５の磁性層１４４の吸引力が大きくなり、ダイヤフラム１４５が元の位置へ戻り、弁が閉じられる（図１０（ａ））。
【０１５６】
尚、ここでは開閉弁として説明したが、安全弁であっても同様に構成することができる。
【０１５７】
図１１は、開閉弁を形状記憶合金材料により構成した燃料電池システムの一例を示す断面図であり、（ａ）は開閉弁が閉じられた状態を示した図、（ｂ）は開閉弁が開かれた状態を示した図である。
【０１５８】
ガラス基板１６０上に第１のシリコン基板１６１及び第２のシリコン基板１６２が配置され、その間に流路１５３が設けられている。そして、ガラス基板１６０の上側の表面に、弁座受け皿１４３が配置されている。また、第２のシリコン基板１６２の上層には、負局１６４及び正極１６５に積層されたマルテンサイト相の形状記憶合金材料を用いたダイヤフラム１６３が設けられている。更に、上記負極１６４と正極１６５の間には、絶縁板１６６が設けられている。
【０１５９】
また、ガラス基板１６０上に形成された弁座受け皿１４３は、直方体形状で中央部に凹部が形成されている。この直方体の凹部と形状記憶合金（ダイヤフラム）１６３の突起部１６３ａは嵌合するようになっている。
【０１６０】
更に、ガラス基板１６０には配管経路Ａ１５１が、そして第２のシリコン基板１４２には配管経路Ｂ１５２が、それぞれ設けられている。
【０１６１】
このように構成された開閉弁に於いて、非通電状態では、ダイヤフラム１６３は流路１５４側に球面形状をした凹面形状となると共に、中央に形成された突起部１６３ａが、弁座受け皿１４３の凹部に嵌合している。このため、水素１５４はダイヤフラム１６３によって堰き止められ、配管経路Ａ１５１側の流路１５３に留まっている（図１１（ａ））。
【０１６２】
そして、通電時に於いて、正極１６５及び負極１６４を介して電流が供給されると、ダイヤフラム１６３が発熱することにより温度が上昇する。すると、形状記憶合金は相変化されて扁平な形状となり、開閉弁は開いた状態となる（図１１（ｂ））。
【０１６３】
尚、ここでは開閉弁として説明したが、安全弁であっても同様に構成することができる。
【０１６４】
また、上述した安全弁及び開閉弁の形状は、図９乃至図１１に示される構成に限られるものではない。
【０１６５】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態を説明する。
【０１６６】
図１２は本発明の第２の実施形態に係る燃料電池システムの構成を示した図、図１３は図１２の構成の燃料電池システムの動作を説明するための図である。
【０１６７】
第２の実施形態に於ける燃料電池システムは、２つの燃料電池セルと水素吸蔵合金容器を一体化した構成のものである。
【０１６８】
具体的には、筐体１７１に水素吸蔵合金容器で水素供給口を有する燃料タンク容器１７２と、半導体基板１７５上に配置された開閉弁１７６、検出用圧力センサ１７７、第１及び第２圧力調整弁１７９及び１８０、安全弁１７８を有している。燃料タンク容器１７２と開閉弁１７６は、配管経路Ａ１７３と接続されている。燃料電池セル側には、第１の圧力調整弁１７９と第１のアノード電極１８４を接続する配管経路Ｂ１１８３が設けられている。同様に、第２の圧力調整弁１８０と第２のアノード電極１８７を接続する配管経路Ｂ２１８６が設けられている。
【０１６９】
燃料電池セルは、上述した第１及び第２のアノード電極１８４及び１８７、第１及び第２の高分子固定電解膜１８５及び１８８と、カソード電極１９１と触媒とから構成される。燃料電池セルの中央部には、２つのカソード電極を構成する空気室が配置されている。該空気室は、外気と空気吸引口１９２から供給される。カソード電極側とアノード電極側との間に、第１及び第２の高分子固定電解膜１８５及び１８８が、複数のＯリング１９０である弾性部材で保持されている。第１及び第２の高分子固定電解膜１８５及び１８８は、Ｏリング１９０によって密封されている。尚、１９３は水素吸蔵合金容器、１９４は燃料電池セル、１９５はガラス基板、１９６は第１のシリコン基板である。
【０１７０】
このような構成の燃料電池システムに於ける動作は、図示されない携帯用機器の操作釦のスイッチがオンされると、２次電池が起動され、開閉弁１７５が開かれて第１アノード電極１８４及び第２アノード電極１８７側に水素ガスが補給される。次いで、検出用圧力センサ１７７が所望の圧力値かどうかが検出される。この検出された圧力値から、メモリデータ（図５（ａ）、（ｂ）の表や図１３に示される）に基づき、第１及び第２の圧力調整弁１７９及び１８０の制御が開始される。
【０１７１】
カソード電極１９１側の空気室は、常時、空気吸引口１９２から空気が供給されている。各燃料電池セル１９４は、燃料タンク容器１７２及び外気からの空気が供給されることにより、燃料電池セルで発電した電力が、図示されない電極からデバイス負荷部や表示装置へ供給されるように構成されている。
【０１７２】
図１３に於いては、内圧が０．９２ｋＰａ（５３℃以下）の水素吸蔵合金容器１９３と高分子固体電解膜の機械的な強度が０．１ＭＰａ内圧の燃料電池セル１９４間で、ガラス基板１９５と該ガラス基板１９５上に第１のシリコン基板１９６が形成されている。そして、この第１のシリコン基板１９６上で、ＭＥＭＳ微細加工技術により形成された水素吸蔵合金容器１９３側から、開閉弁１７６と、該開閉弁１７６からの水素ガスの圧力を測定する検出用圧力センサ１７７と、上記開閉弁１７６からの水素ガスを減圧するための圧力調整弁１７９（１８０）が設けられている。この圧力調整弁１７９（１８０）は、運転動作時には１／９（圧力調整弁がｎ個配置されている場合はｎ／９とする）に減圧するように制御される。このとき、圧力調整弁の変化量δ（例えば、圧電体の静電容量の変化）は、図５（ａ）に示される表に基づいて、両電極間に電圧が印加される。
【０１７３】
開閉弁１７６は、公知技術である燃料電池セル１９４側の水素圧力により、図示されないが、熱変形する熱変形導電材料が変化するように厚みが調整される。そして、開閉弁１７６の制御と、水素吸蔵合金容器１９３側から圧力を受ける面積を小さくして上部から電極間が絶縁膜を介在した熱変形材料が形成されたダイヤフラムにかかる力を減らすように、開閉弁１７６の下側に配置された弾性材料であるＯリング１９０で上方に押圧する構成である。熱変形材料に電圧が印加すると、Ｏリング１９０の押す作用力に打ち勝つようにダイヤフラムが変形して、水素吸蔵合金容器１９３から水素を送る配管経路と、圧力調整弁へ水素を供給する配管経路とが連通されるように構成されている。
【０１７４】
検出用圧力センサ１７７は、公知技術である歪み変形部材に接合したダイヤフラムが上面側に位置するように、絶縁膜形成とエッチング等の微細加工技術を用いて形成される。或いは、静電基板をダイヤフラムに接合してもよい。下面側に流路を形成する第１のシリコン基板１９６との間に空洞部を有している。
【０１７５】
他の実施形態として、本願発明の圧力センサに於いて第１のシリコン基板の表面上で空洞部内の表面に温度センサを配置することもできる。このように構成すると、直接ガス温度を測定することができ、温度センサによるダイヤフラムの歪みもなく、温度センサが配置された損所の位置ずれによる誤差を含めることなく、ＰＣＴ係数（δPCT ）（温度センサの出力温度が６０度で１ＭＰａの状態下で１．０と決める）を簡素化することができる。
【０１７６】
また、工場出荷前に圧力センサの空洞部及び圧力調整弁の温度毎の圧力差測定をから求め、圧力調整弁からの流量に変換するための関数演算式をＲＯＭ化したデータを格納することもできる。
【０１７７】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形実施が可能であるのは勿論である。例えば、ガラス基板と半導体基板であるシリコン基板を接合した構成であるが、ガラス基板を半導体基板に置き換え、半導体基板の双方を接合することもできる。
【０１７８】
更に、上述した実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件の適当な組合せにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成も発明として抽出され得る。
【図面の簡単な説明】
【０１７９】
【図１】（ａ）は、本発明の第１の実施形態に係る燃料電池システムの構成を示す断面図、（ｂ）は（ａ）の端子用基板３０の配置例を示した構成図である。
【図２】図１（ａ）に示された燃料電池システム１０の圧力調整機構の部分の詳細な構成を示す断面図である。
【図３Ａ】第１の実施形態に於ける２種類の燃料電池システムのブロック構成図である。
【図３Ｂ】第１の実施形態に於ける更に他の２種類の燃料電池システムのブロック構成図である。
【図４】安全弁の動作について説明するためのタイミングチャートである。
【図５】ＲＯＭに格納されるデータ項目を表した表である。
【図６】シリコン基板上の検出用圧力センサから圧力調整弁への印加電圧について説明するための図である。
【図７】燃料電池システムと２次電池やＣＰＵが内蔵された電子機器の残量表示の組み合わせについて説明するブロック構成図である。
【図８】ユーザの指定による選択される燃料電池の画面の表示例を示した図である。
【図９】安全弁を電磁アクチュエータにより構成した燃料電池システムの一例を示す断面図であり、（ａ）は安全弁が閉じられた状態を示した図、（ｂ）は安全弁が開かれた状態を示した図である。
【図１０】開閉弁を発熱体アクチュエータにより構成した燃料電池システムの一例を示す断面図であり、（ａ）は開閉弁が閉じられた状態を示した図、（ｂ）は開閉弁が開かれた状態を示した図である。
【図１１】開閉弁を形状記憶合金材料により構成した燃料電池システムの一例を示す断面図であり、（ａ）は開閉弁が閉じられた状態を示した図、（ｂ）は開閉弁が開かれた状態を示した図である。
【図１２】本発明の第２の実施形態に係る燃料電池システムの構成を示した図である。
【図１３】図１２の構成の燃料電池システムの動作を説明するための図である。
【図１４】燃料電池セル２０のユニット（燃料電池セルユニット）２００と水素吸蔵合金容器筐体１８を接合して組み込んだ例を示した外観斜視図である。
【図１５】燃料電池セルユニットの構造を示す断面図であり、（ａ）は一方の端部近傍の断面図、（ｂ）は他方の端部近傍の断面図である。
【図１６】本発明の第１の実施形態の燃料電池システムに於ける燃料電池の残量検出の動作について説明するためのフローチャートである。
【図１７】図１６のフローチャートに於けるステップＳ６のサブルーチン「温度センサ異常検出」の詳細な動作を説明するためのフローチャートである。
【図１８】図３Ｂ（ｂ）の燃料電池システムから、第１及び第２の検出用圧力センサを除き、補助バルブと補助圧力調整弁との間に補助の検出用圧力センサを配置し、補助の検出用圧力センサと補助圧力調整弁との間から分岐した位置に安全弁を配置した場合の動作を説明するためのフローチャートである。
【図１９】複数の温度特性に於ける圧力−残量線図である。
【図２０】燃料電池の残量検出及び電池異常検出を説明するためのＣＰＵ１２５及びその周辺部の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【０１８０】
１０…燃料電池システム、１１…第１のガラス基板、１２…第２のガラス基板、１３…第１のシリコン基板、１４…第２のシリコン基板、１５…温度センサ、１６…ヘッドアンプチップ（ＨＡチップ）、１７…水素吸蔵合金容器、１８…水素吸蔵合金筐体、１９…断熱部材、２０、５６…燃料電池セル、２１…配管経路Ａ、２２…配管経路Ｂ、２４…水素補給口、２５…空気吸引口、２６…フィン、２８…ボンディングワイヤ、３０…端子用基板、４１…ダイヤフラム、４２…空洞部、４５…中継端子基板、５０…水素吸蔵合金容器、５１…開閉弁、５２…検出用圧力センサ、５３…安全弁、５５…圧力調整弁、５５…補助用圧力調整弁。
【図１】
0005148856.tif 000002
【図２】
0005148856.tif 000003
【図３Ａ】
0005148856.tif 000004
【図３Ｂ】
0005148856.tif 000005
【図４】
0005148856.tif 000006
【図５】
0005148856.tif 000007
【図６】
0005148856.tif 000008
【図７】
0005148856.tif 000009
【図８】
0005148856.tif 000010
【図９】
0005148856.tif 000011
【図１０】
0005148856.tif 000012
【図１１】
0005148856.tif 000013
【図１２】
0005148856.tif 000014
【図１３】
0005148856.tif 000015
【図１４】
0005148856.tif 000016
【図１５】
0005148856.tif 000017
【図１６】
0005148856.tif 000018
【図１７】
0005148856.tif 000019
【図１８】
0005148856.tif 000020
【図１９】
0005148856.tif 000021
【図２０】
0005148856.tif 000022