(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池と、前記燃料電池に供給する燃料を生成する反応装置と、前記反応装置の動作を制御する制御部と、所定周波数の運転不可信号を受信し前記制御部に出力する信号受信部と、を含む燃料電池装置を備え、
前記制御部は、前記信号受信部より運転不可信号を受信したときに前記反応装置を停止させ、
運転中の前記燃料電池装置の持込が禁止される禁止領域を設定し、
前記禁止領域への出入口近傍に、運転不可信号を出力する運転不可信号発信機を設けることを特徴とする燃料電池装置の制御システム。
【請求項２】
前記信号受信部はさらに前記運転不可信号とは異なる周波数の警告信号を受信し、
前記制御部は、前記信号受信部より警告信号を受信したときにユーザに報知する報知手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池装置の制御システム。
【請求項３】
前記燃料電池装置より供給される電力により駆動される電子機器本体を含む電子機器を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の燃料電池装置の制御システム。
【請求項４】
運転中の燃料電池装置の持込が禁止される禁止領域を設定し、
前記禁止領域への出入口近傍に、運転不可信号を出力する運転不可信号発信機を設けるとともに、
前記運転不可信号発信機よりも前記禁止領域から遠い位置に、警告信号を出力する警告信号発信機を設けることを特徴とする請求項２に記載の燃料電池装置の制御システム。
【請求項５】
運転中の燃料電池装置の持込が禁止される禁止領域を設定し、
前記禁止領域への出入口近傍に、運転不可信号を出力するとともに、運転不可信号よりも遠方まで到達する警告信号を出力する発信機を設けることを特徴とする請求項２に記載の燃料電池装置の制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池装置の制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年では、エネルギー変換効率の高いクリーンな電源として、水素を燃料とする燃料電池が自動車や携帯機器などに応用され始めている。燃料電池は、燃料と大気中の酸素を電気化学的に反応させて、化学エネルギーを電気エネルギーに変換する装置である。
【０００３】
燃料電池に用いる燃料としては水素が挙げられる。しかし、水素は常温で気体であり、取り扱いや貯蔵に問題がある。これに対し、アルコール類及びガソリンといった常温で液体の燃料は取り扱いや貯蔵が簡便であり、水素の原料として着目されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００８−００７３６７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、液体燃料から水素を生成する反応装置は高温となるため、ガソリンスタンドや、可燃ガスが集積されたガスタンク室や実験室等の火気厳禁エリアには、このような反応装置を搭載した燃料電池装置及び電子機器を持ち込まないことが好ましい。
【０００５】
本発明の課題は、火気厳禁エリアのような高温物の持ち込み禁止領域に運転中の反応装置を備える燃料電池装置や電子機器が近づくのを防止することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
以上の課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、燃料電池装置の制御システムであって、燃料電池と、前記燃料電池に供給する燃料を生成する反応装置と、前記反応装置の動作を制御する制御部と、所定周波数の運転不可信号を受信し前記制御部に出力する信号受信部と、を含む燃料電池装置を備え、前記制御部は、前記信号受信部より運転不可信号を受信したときに前記反応装置を停止させ、運転中の前記燃料電池装置の持込が禁止される禁止領域を設定し、前記禁止領域への出入口近傍に、運転不可信号を出力する運転不可信号発信機を設けることを特徴とする。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の燃料電池装置の制御システムであって、前記信号受信部はさらに前記運転不可信号とは異なる周波数の警告信号を受信し、前記制御部は、前記信号受信部より警告信号を受信したときにユーザに報知する報知手段を備えることを特徴とする。
【０００８】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の燃料電池装置の制御システムであって、前記燃料電池装置より供給される電力により駆動される電子機器本体を含む電子機器を備えることを特徴とする。
【００１０】
請求項４に記載の発明は、請求項２に記載の燃料電池装置の制御システムであって、運転中の燃料電池装置の持込が禁止される禁止領域を設定し、前記禁止領域への出入口近傍に、運転不可信号を出力する運転不可信号発信機を設けるとともに、前記運転不可信号発信機よりも前記禁止領域から遠い位置に、警告信号を出力する警告信号発信機を設けることを特徴とする。
【００１１】
請求項５に記載の発明は、請求項２に記載の燃料電池装置の制御システムであって、運転中の燃料電池装置の持込が禁止される禁止領域を設定し、前記禁止領域への出入口近傍に、運転不可信号を出力するとともに、運転不可信号よりも遠方まで到達する警告信号を出力する発信機を設けることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、高温物の持ち込み禁止領域に運転中の反応装置を備える燃料電池装置や電子機器が近づくのを防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下に、本発明を実施するための最良の形態について図面を用いて説明する。但し、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい種々の限定が付されているが、発明の範囲を以下の実施形態及び図示例に限定するものではない。
【００１４】
〔第１実施形態〕
図１は本発明の第１実施形態に係る携帯電子機器１００を示すブロック図である。この携帯電子機器１００はノート型パーソナルコンピュータ、ＰＤＡ、電子手帳、デジタルカメラ、携帯電話機、腕時計、ゲーム機器等といった携帯型の電子機器である。
【００１５】
携帯電子機器１００は、燃料電池装置１３０と、燃料電池装置１３０から供給される電力により駆動される電子機器本体１０１と、等から概略構成される。燃料電池装置１３０は後述するように、燃料電池１４０を用いて電力を生成し、電子機器本体１０１に供給する。
【００１６】
次に、燃料電池装置１３０について説明する。この燃料電池装置１３０は、電子機器本体１０１に出力する電力を生成するものであり、燃料カートリッジ１０２、送液ポンプ１０３、エアポンプ１０７、反応装置１１０、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３１、二次電池１３２、制御部１３３、信号受信部１３４等を備える。
【００１７】
燃料カートリッジ１０２には、液体の原燃料（例えば、メタノール、エタノール、ジメチルエーテル）と水との混合液が貯留されている。なお、液体の原燃料と水とを燃料カートリッジ１０２内で別々に貯留してもよい。
燃料カートリッジ１０２内の混合液は、送液ポンプ１０３により反応装置１１０の気化器１０４に送液される。
【００１８】
反応装置１１０は、気化器１０４、改質器１０５、一酸化炭素除去器１０６、触媒燃焼器１０９、燃料電池セル１４０等からなり、これらが断熱容器１１１内に収容されている。
気化器１０４は燃料カートリッジ１０２から送られた混合液を改質器１０５からの伝熱等により約１１０〜１６０℃程度に加熱し、気化させる。気化器１０４で気化した混合気は改質器１０５へ送られる。
【００１９】
改質器１０５は内部に流路が形成され、流路の壁面に改質触媒が担持されている。改質触媒としては、Ｃｕ／ＺｎＯ系触媒やＰｄ／ＺｎＯ系触媒等が用いられる。改質器１０５は後述する触媒燃焼器１０９やヒータ兼温度センサ１０５ａからの伝熱により気化器１０４から送られる混合気を約３００〜４００℃程度に加熱し、流路内の触媒により改質反応を起こさせる。すなわち、原燃料と水の触媒反応によって、燃料としての水素、二酸化炭素、及び、副生成物である微量な一酸化炭素等の混合気体（改質ガス）が生成される。
【００２０】
ここで、原燃料がメタノールの場合、改質器１０５では主に次の化学反応式（１）に示すような主反応である水蒸気改質反応が起こる。
ＣＨ3ＯＨ＋Ｈ2Ｏ→３Ｈ2＋ＣＯ2  ・・・（１）
なお、化学反応式（１）についで逐次的に起こる次の化学反応式（２）のような副反応によって、副生成物として一酸化炭素が微量に（１％程度）生成される。
Ｈ2＋ＣＯ2→Ｈ2Ｏ＋ＣＯ  ・・・（２）
化学反応式（１）及び（２）の反応による生成物（改質ガス）は一酸化炭素除去器１０６に送出される。
【００２１】
一酸化炭素除去器１０６の内部には流路が形成され、その流路の壁面に一酸化炭素を選択的に酸化する選択酸化触媒が担持されている。選択酸化触媒としては、例えばＰｔ／Ａｌ2Ｏ3等を用いることができる。
【００２２】
一酸化炭素除去器１０６には改質器１０５で生成された改質ガス及び、エアポンプ１０７により外部の空気が送られる。改質ガスが空気と混合して一酸化炭素除去器１０６の流路を流れ、改質器１０５等からの伝熱により約１１０〜１６０℃程度に加熱される。そして、改質ガスのうち一酸化炭素が触媒により次の化学反応式（３）のような主反応により優先的に酸化される。これにより主生成物として二酸化炭素が生成され、改質ガス中の一酸化炭素を燃料電池セル１４０に供給可能な１０ｐｐｍ程度まで低濃度化することができる。
２ＣＯ＋Ｏ2→２ＣＯ2  ・・・（３）
化学反応式（１９）の反応は発熱反応であるため、吸熱反応（混合液の気化）が行われる気化器１０４と隣接して配置される。
一酸化炭素除去器１０６を通過した改質ガスは燃料電池セル１４０に送出される。
【００２３】
触媒燃焼器１０９には燃料電池セル１４０の燃料供給流路１４４ａを通過した改質ガス（オフガス）及びエアポンプ１０７により外部空気が送られ、改質ガス中に残留する水素が空気により燃焼される。熱交換器１０７は一酸化炭素除去器１０６と隣接して配置され、燃料電池セル１４０から触媒燃焼器１０９に供給されるオフガス及び空気が通過する過程で、一酸化炭素除去器１０６の熱によりオフガス及び空気を加熱する。
【００２４】
燃料電池セル１４０は改質ガスと酸素との電気化学反応により化学エネルギーを電気エネルギーに変換する。以下、燃料電池セル１４０が固体高分子型の燃料電池である場合について説明する。
【００２５】
燃料電池セル１４０は、固体高分子電解質膜１４１と、固体高分子電解質膜１４１の両面に形成された燃料極１４２（アノード）及び酸素極１４３（カソード）と、燃料極１４２に改質ガスを供給する燃料供給流路１４４ａが設けられた燃料極セパレータ１４４と、酸素極１４３に酸素を供給する酸素供給流路１４５ａが設けられた酸素極セパレータ１４５と、が積層されている。
【００２６】
固体高分子電解質膜１４１は水素イオンを透過するが、酸素分子、水素分子、二酸化炭素、電子を通さない性質を有する。
燃料極１４２には燃料供給流路１４４ａを介して改質ガスが送られる。燃料極１４２では改質ガス中の水素による次の電気化学反応式（４）に示す反応が起こる。
Ｈ2→２H+＋２ｅ-  ・・・（４）
生成した水素イオンは固体高分子電解質膜１４１を透過して酸素極１４３に到達する。生成した電子はアノード出力電極１４６に供給される。
【００２７】
酸素極１４３には、エアポンプ１０７により外部の空気が酸素供給流路１４５ａを介して送られる。酸素極１４３では固体高分子電解質膜１４１を透過した水素イオンと、空気中の酸素とカソード出力電極１４７より供給される電子とにより、次の電気化学反応式（５）に示すように水が生成される。
２H+＋１／２Ｏ2＋２ｅ-→Ｈ2Ｏ  ・・・（５）
なお、固体高分子電解質膜１４１の両面には、電気化学反応式（４）、（５）の反応を促進する図示しない触媒が設けられている。
【００２８】
なお、燃料電池セル１４０が固体酸化物型である場合には、燃料極では改質ガス中の水素、一酸化炭素及び電解質を通過した酸素イオンによる次の電気化学反応式（６）、（７）に示す反応が起こり、電子が生成される。
Ｈ2＋Ｏ2-→Ｈ2Ｏ＋２ｅ-  ・・・（６）
ＣＯ＋Ｏ2-→ＣＯ2＋２ｅ-  ・・・（７）
一方、酸素極では、酸素と電子とにより、次の電気化学反応式（８）に示す反応が起こり、電子が消費される。
１／２Ｏ2＋２ｅ-→Ｏ2-  ・・・（８）
燃料電池セル１４０が固体酸化物型である場合には、一酸化炭素も燃料極の反応に用いるため、一酸化炭素除去器１０６が不要である。
【００２９】
アノード出力電極１４６及びカソード出力電極１４７は外部回路であるＤＣ／ＤＣコンバータ１３１と接続されており、アノード出力電極１４６に到達した電子はＤＣ／ＤＣコンバータ１３１を通ってカソード出力電極１４７に供給される。
【００３０】
ＤＣ／ＤＣコンバータ１３１は燃料電池セル１４０により生成された電力を適切な電圧に変換したのちに電子機器本体１０１に供給するとともに、電力を二次電池１３２に充電する。
二次電池１３２は、燃料電池セル１４０により発電された電力を充電するとともに、燃料電池セル１４０による発電の停止中に電力を電子機器本体１０１に供給する。
制御部１３３は送液ポンプ１０３、エアポンプ１０７等を制御することで燃料電池装置１３０全体を制御する。
【００３１】
信号受信部１３４は、外部の発信機から発信された所定周波数の電磁波を受信するアンテナを備え、受信した信号を必要に応じて増幅して制御部１３３に出力する。
なお、携帯電子機器１００が携帯電話機等である場合には、電子機器本体１０１に設けられた信号受信部を用いてもよい。
【００３２】
図２は、本発明の実施の形態における高温物質の持ち込み禁止領域１の近傍を示す模式図である。図２において、高温物質の持ち込み禁止領域１は外周部を壁２で囲まれており、１箇所に設けられた出入口３からのみ出入可能となっている。この出入口３の近傍に運転不可信号発信機４が設置されている。運転不可信号発信機４は、信号受信部１３４により受信される所定周波数の電磁波（運転不可信号）を発信する。なお、運転不可信号発信機４は恒常的に運転不可信号を発信していてもよいし、所定の時間間隔で発信してもよい。また、出入口３が開いている時間のみ運転不可信号を発信してもよい。
なお、高温物質の持ち込み禁止領域１への出入口３が複数ある場合には、各出入口３に運転不可信号発信機４を設けてもよい。
また、持ち込み禁止領域１の全域に伝播するように運転不可信号を出力させてもよい。
【００３３】
本実施形態の燃料電池装置１３０は、運転不可信号発信機４から発信された運転不可信号を信号受信部１３４により受信したときに動作を停止する。以下、制御部１３３の処理について説明する。
【００３４】
図３は携帯電子機器１００の動作時における制御部１３３の処理を示すフローチャートである。
まず、制御部１３３は、信号受信部１３４が運転不可信号を受信したか否かを判断する（ステップＳ１）。
【００３５】
運転不可信号を受信した場合は（ステップＳ１→Ｙｅｓ）、制御部１３３は燃料電池システム（反応装置１１０及び燃料電池セル１４０）が動作中であるか否かを判断する（ステップＳ２）。
【００３６】
燃料電池システムが動作中である場合（ステップＳ２→Ｙｅｓ）、制御部１３３は燃料電池システムを停止させる（ステップＳ３）。具体的には、送液ポンプ１０３及びエアポンプ１０７を停止させ、ヒータ兼温度センサ１０５ａへの電力供給を停止する。
【００３７】
その後、制御部１３３は二次電池１３２より電子機器本体１０１に電力を供給する。また、燃料電池装置１３０または電子機器本体１０１に表示部やスピーカ等の報知手段が設けられている場合には、燃料電池システムが停止した旨の表示を表示部に表示し、あるいはスピーカにより報知音を出力させる。これにより、ユーザは燃料電池システムが停止したことを知ることができる。
あるいは、燃料電池装置１３０または電子機器本体１０１に振動発生装置や匂い発生装置等の報知手段が設けられている場合には、振動や匂いにより報知してもよい。
さらに、携帯電子機器１００が通信機器であり、通信中である場合には、当該通信機能を介して相手方に燃料電池システムが停止したことを通知してもよい。
【００３８】
燃料電池システムが動作中でない場合（ステップＳ２→Ｎｏ）、制御部１３３は燃料電池システムの停止状態を維持する。
【００３９】
運転不可信号を受信しない場合は（ステップＳ１→Ｎｏ）、制御部１３３は燃料電池システムが動作中であるか否かを判断する（ステップＳ４）。燃料電池システムが動作中である場合（ステップＳ４→Ｙｅｓ）、制御部１３３は燃料電池システムの動作を継続する。
【００４０】
燃料電池システムが動作中でない場合（ステップＳ４→Ｎｏ）、制御部１３３は燃料電池システムを起動し、発電を開始させる（ステップＳ５）。具体的には、ヒータ兼温度センサ１０５ａへの電力供給を開始し、送液ポンプ１０３及びエアポンプ１０７を駆動させる。
【００４１】
その後、制御部１３３は燃料電池セル１４０により発電された電力を電子機器本体１０１に供給させる。また、電子機器本体１０１に表示部やスピーカが設けられている場合には、燃料電池システムが起動した旨の表示を表示部にし、あるいはスピーカにより報知音を出力させる。
【００４２】
このように、本実施形態によれば、運転不可信号発信機４から出力される運転不可信号を信号受信部１３４が受信したときに燃料電池システムを停止させることができ、燃料電池システムが停止したことを知った携帯電子機器１００のユーザは二次電池１３２の残量がある間に携帯電子機器１００を停止することができる。このため、高温物質の持ち込み禁止領域１に、高温の反応装置１１０が持ち込まれることがない。
【００４３】
なお、停止した携帯電子機器１００を起動する場合には、まず二次電池１３２より電子機器本体１０１に電力が供給され、制御部１３３が図３に示す処理を行う。このため、運転不可信号発信機４から出力される運転不可信号を受信するエリアでは燃料電池システムが起動せず、運転不可信号発信機４から充分に離れた後に燃料電池システムが起動される。このため、高温物質の持ち込み禁止領域１やその近傍で反応装置１１０が高温となることがない。
【００４４】
＜変形例１＞
図４は本発明の第１の変形例に係る高温物質の持ち込み禁止領域１の近傍を示す模式図である。本変形例においては、出入口３の近傍に運転不可信号発信機４が設置されているとともに、運転不可信号発信機４から離れた位置に警告信号発信機５が設置されている。警告信号発信機５は、信号受信部１３４により受信される周波数であって、運転不可信号とは異なる所定の周波数の電磁波（警告信号）を発信する。
なお、運転不可信号発信機４を中心とした同心円状の複数個所に警告信号発信機５を設置してもよい。
【００４５】
本変形例においては、信号受信部１３４が警告信号を受信すると、制御部１３３は、電子機器本体１０１に設けられた表示部やスピーカにより、燃料電池システムがまもなく停止する旨の表示をし、あるいは報知音を出力させる。
その後、信号受信部１３４が運転不可信号を受信したら、制御部１３３は図３のフローチャートに従って燃料電池システムを停止させる。
【００４６】
このように、本変形例においても、高温物質の持ち込み禁止領域１やその近傍で燃料電池システムが停止されるため、反応装置１１０が高温となることがない。また、警告信号を受信した場合には燃料電池システムがまもなく停止することがユーザに報知されるため、ユーザに高温物質の持ち込み禁止領域１から遠ざかるよう促すことができる。
【００４７】
なお、本変形例においては、運転不可信号発信機４よりも高温物質の持ち込み禁止領域１から遠ざかる位置に警告信号発信機５を設置したが、本発明はこれに限らず、さらに警告信号発信機５よりも高温物質の持ち込み禁止領域１から遠ざかる位置に第２、第３の警告信号発信機５を設け、最終的に燃料電池システムを停止するまでに多段階に警告してもよい。
【００４８】
あるいは、単一の発信機から、警告信号及び運転不可信号の両方を出力させてもよい。この場合、警告信号のほうが運転不可信号よりもより遠くまで届くように出力や周波数を調整する。この場合、発信機を１つで済ませることができる。
【００４９】
以上の実施形態においては、高温物質の持ち込み禁止領域１について説明したが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、火を扱う工場や実験室等、可燃物の持ち込み禁止領域に本発明を適用してもよい。
また、燃料電池装置１３０からは水蒸気が発生するので、例えば乾燥状態が保たれている食品庫等、湿度管理を厳密にする必要がある領域に本発明を適用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の第１実施形態に係る携帯電子機器１００を示すブロック図である。
【図２】高温物質の持ち込み禁止領域１の近傍を示す模式図である。
【図３】携帯電子機器１００の動作時における制御部１３３の処理を示すフローチャートである。
【図４】本発明の第１の変形例に係る高温物質の持ち込み禁止領域１の近傍を示す模式図である。
【符号の説明】
【００５１】
１  禁止領域
３  出入口
４  運転不可信号発信機
５  警告信号発信機
１００  電子機器
１０１  電子機器本体
１１０  反応装置
１３３  制御部
１３４  信号受信部
１４０  燃料電池
【図１】
0005353056.tif 000002
【図２】
0005353056.tif 000003
【図３】
0005353056.tif 000004
【図４】
0005353056.tif 000005