(57)【要約】  本発明は電解質膜の乾燥状態を精度良く検出する燃料電池の乾燥状態検出方法、電子機器システム、検出した乾燥状態に基づいた起動時の制御を最適とする電力制御方法を実現することを目的とし、その構成は、電解質膜と、該電解質膜の両面に設けられた触媒電極およびガス拡散電極とを発電部とする燃料電池の乾燥状態検出方法であって、前記電解質膜の面内方向への変位量に基づいて乾燥状態を検出する。
2007052500.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質膜と、該電解質膜の両面に設けられた触媒電極およびガス拡散電極とを発電部とする燃料電池の乾燥状態検出方法であって、
前記電解質膜の面内方向への変位量に基づいて乾燥状態を検出することを特徴とする燃料電池の乾燥状態検出方法。
【請求項２】
請求項１記載の燃料電池の乾燥状態検出方法において、
前記枠電極と前記電解質膜とをこれらを連ねるネジにより一体化し、前記発電部を挟持する枠電極の歪み量に基づいて乾燥状態を検出することを特徴とする燃料電池の乾燥状態検出方法。
【請求項３】
請求項１記載の燃料電池の乾燥状態検出方法において、
前記枠電極と前記電解質膜とをこれらを連ねるネジにより一体化し、前記電解質膜に設けられたマーカーの位置に基づいて乾燥状態を検出することを特徴とする燃料電池の乾燥状態検出方法。
【請求項４】
請求項１記載の燃料電池の乾燥状態検出方法において、
前記枠電極と前記電解質膜とをこれらを連ねるネジにより一体化し、前記発電部を挟持する枠電極と前記発電部との間の歪み量に基づいて乾燥状態を検出することを特徴とする燃料電池の乾燥状態検出方法。
【請求項５】
情報処理装置と、該情報処理装置へ電源を供給する燃料電池ユニットおよび二次電池ユニットからなる電子機器システムであって、
前記情報処理装置は、
第１の制御部と、
前記燃料電池ユニットおよび二次電池ユニットからの電力供給の比率の変更および切断を行う比率変更／切断スイッチと、を備え、
前記燃料電池ユニットは、
発電部と、
前記発電部の乾燥度合いを検出する湿度センサと、
記憶部と、
前記湿度センサが検出した乾燥度合いを示す乾燥値を求め、前記記憶部に予め記憶されている基準乾燥値と比較し、基準乾燥値が示す乾燥度合いよりも前記湿度センサが検出した乾燥度合いがより乾燥していることを示している場合には前記発電部が乾燥状態にあると判断して前記第１の制御部へ乾燥信号を通知する第２の制御部と、を備え、
前記第１の制御部は、乾燥信号の通知を受けると前記比率変更／切断スイッチを介して前記二次電池ユニットからの給電のみ、または、二次電池ユニットからの給電が多くなるものとすることを特徴とする電子機器システム。
【請求項６】
請求項５記載の電子機器システムにおいて、
前記燃料電池ユニットは、
前記発電部へ供給する燃料を貯蔵するタンクを備え、
前記第２の制御部は、前記第１の制御部へ乾燥信号を通知する場合には、前記タンクから前記発電部への燃料供給を行わせるように制御することを特徴とする電子機器システム。
【請求項７】
請求項５記載の電子機器システムにおいて、
前記燃料電池ユニットは、
前記発電部へ供給する燃料を貯蔵する第１および第２のタンクと、
前記第１および第２のタンクと前記発電部との間の供給路にそれぞれ設けられた第１および第２の燃料供給制御手段と、
を備え、
前記第２の制御部は、前記第１の制御部へ乾燥信号を通知する場合には、前記第１および第２燃料供給制御手段を、前記発電部への供給が、いずれか一方のタンクからのみ行われる、または、いずれか一方のタンクからの供給が多くなるように制御することを特徴とする電子機器システム。
【請求項８】
請求項７記載の電子機器システムにおいて、
前記第２の制御部は、前記第１の制御部へ乾燥信号を通知する場合には、前記第１および第２の燃料供給制御手段による燃料供給を通常の運転時よりも少なくすることを特徴とする電子機器システム。
【請求項９】
請求項５ないし請求項８のいずれかに記載の電子機器システムにおいて、
前記発電部は、電解質膜と、該電解質膜の両面に設けられた触媒電極およびガス拡散電極とからなり、
前記発電部を挟持する枠電極を備え、前記枠電極と前記電解質膜はこれらを連ねるネジにより一体化されており、
前記湿度センサは前記枠電極の歪み量を検出することを特徴とする電子機器システム。
【請求項１０】
請求項５ないし請求項８のいずれかに記載の電子機器システムにおいて、
前記発電部は、マーカーが設けられた電解質膜と、該電解質膜の両面に設けられた触媒電極およびガス拡散電極とからなり、
前記発電部を挟持する枠電極を備え、前記枠電極と前記電解質膜はこれらを連ねるネジにより一体化されており、
前記湿度センサは前記マーカーの位置を検出することを特徴とする電子機器システム。
【請求項１１】
請求項５ないし請求項８のいずれかに記載の電子機器システムにおいて、
前記発電部は、電解質膜と、該電解質膜の両面に設けられた触媒電極およびガス拡散電極とからなり、
前記発電部を挟持する枠電極を備え、前記枠電極と前記電解質膜はこれらを連ねるネジにより一体化されており、
前記湿度センサは前記枠電極と前記発電部との間のせん断応力を検出することを特徴とする電子機器システム。
【請求項１２】
請求項５ないし請求項８のいずれかに記載の電子機器システムにおいて、
前記発電部は、マーカーが設けられた電解質膜と、該電解質膜の両面に設けられた触媒電極およびガス拡散電極とからなり、
前記発電部を挟持する枠電極を備え、前記枠電極と前記電解質膜はこれらを連ねるネジにより一体化されており、
前記湿度センサは、前記枠電極の歪み量、前記マーカーの位置、前記枠電極と前記発電部との間のせん断応力の少なくともひとつを検出することを特徴とする電子機器システム。
【請求項１３】
請求項５ないし請求項８のいずれかに記載の電子機器システムにおいて、
前記燃料電池ユニットに設けられた時計を湿度センサとして備え、
前記第１の制御部は前記情報処理装置の起動時および終了時にその旨を前記第２の制御部へ通知し、
前記第２の制御部は前記第１の制御部からの前記情報処理装置の起動時および終了時の通知を受けた時刻を前記時計を参照して取得し、前記記憶部に記憶させるとともに、起動時の通知の場合には、さらに前回の起動時刻または終了時刻からの時間である起動時間を算出し、前記記憶部に予め記憶されている基準起動時間と比較して、該基準起動時間よりも求めた起動時間が長い場合に前記前記発電部が乾燥状態にあると判断することを特徴とする電子機器システム。
【請求項１４】
請求項９ないし請求項１２のいずれかに記載の電子機器システムにおいて、
前記燃料電池ユニットに設けられた時計をさらなる湿度センサとして備え、
前記第１の制御部は前記情報処理装置の起動時および終了時にその旨を前記第２の制御部へ通知し、
前記第２の制御部は前記第１の制御部からの前記情報処理装置の起動時および終了時の通知を受けた時刻を前記時計を参照して取得し、前記記憶部に記憶させるとともに、起動時の通知の場合には、さらに前回の起動時刻または終了時刻からの時間である起動時間を算出し、前記記憶部に予め記憶されている基準起動時間と比較して、該基準起動時間よりも求めた起動時間が長い場合にも前記前記発電部が乾燥状態にあると判断することを特徴とする電子機器システム。
【請求項１５】
電解質膜と、該電解質膜の両面に設けられた触媒電極およびガス拡散電極とからなる燃料電池の発電部であって、
前記枠電極と前記電解質膜とをこれらを連ねるネジにより一体化されていることを特徴とする燃料電池の発電部。
【請求項１６】
発電部、前記発電部の乾燥度合いを検出する湿度センサ、記憶部と、第１および第２のタンク、前記第１および第２のタンクと前記発電部との間の供給路にそれぞれ設けられた第１および第２のバルブ、第２の制御部、を備える燃料電池ユニットと、二次電池ユニットと、燃料電池ユニットおよび二次電池ユニットからの電力供給を受け、第１の制御部、前記燃料電池ユニットおよび二次電池ユニットからの電力供給の比率の変更および切断を行う比率変更／切断スイッチ、を備える情報処理装置と、からなる電子機器システムの電力制御方法であって、
前記第２の制御部により行われる、前記湿度センサが検出した乾燥度合いを示す乾燥値を求め、前記記憶部に予め記憶されている基準乾燥値と比較し、基準乾燥値が示す乾燥度合いよりも前記湿度センサが検出した乾燥度合いがより乾燥していることを示している場合には前記発電部が乾燥状態にあると判断して前記第１の制御部へ乾燥信号を通知するステップと、
前記第１および第２のバルブの開閉状態を、前記発電部への供給が、いずれか一方のタンクからのみ行われる、または、いずれか一方のタンクからの供給が多くなるように制御するステップと、
前記第１の制御部により行われる、乾燥信号の通知を受けると前記比率変更／切断スイッチを介して前記二次電池ユニットからの給電のみ、または、二次電池ユニットからの給電が多くなるものとするステップを有することを特徴とする電子機器システムの電力制御方法。
【請求項１７】
請求項１６記載の電子機器システムの電力制御方法において、
前記第２の制御部により行われる、前記第１の制御部へ乾燥信号を通知した後、前記第１および第２のバルブの開閉状態を通常の運転時よりも開度を小さくするステップを有することを特徴とする電子機器システムの電力制御方法。
【請求項１８】
請求項１６または請求項１７記載の電子機器システムの電力制御方法において、
前記燃料電池ユニットに設けられた時計を設け、
前記第１の制御部により行われる、前記情報処理装置の起動時および終了時にその旨を前記第２の制御部へ通知するステップと、
前記第２の制御部により行われる、前記第１の制御部からの前記情報処理装置の起動時および終了時の通知を受けた時刻を前記時計を参照して取得し、前記記憶部に記憶させるとともに、起動時の通知の場合には、さらに前回の起動時刻または終了時刻からの時間である起動時間を算出し、前記記憶部に予め記憶されている基準起動時間と比較して、該基準起動時間よりも求めた起動時間が長い場合にも前記前記発電部が乾燥状態にあると判断するステップを有することを特徴とする電子機器システムの電力制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池を電源とする電子機器、電子機器システムと電力制御方法に関し、特に、燃料電池の乾燥状態を検出して制御を行う際の燃料電池の乾燥状態検出方法および電子機器システムとその電力制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、例えば、ノート型のパーソナルコンピュータ、ＰＤＡ（Personal Digital Assistants）などの携帯型の情報処理装置が広く普及している。このような携帯型の電子機器の電源としては、主に、リチウムイオンバッテリなどの二次電池が用いられている。また、これら情報処理装置の高機能化に伴う消費電力の増加や更なる長時間使用の要請から、高出力で充電の必要のない燃料電池も新たな電源として期待されている。【０００３】
燃料電池は、電解質膜と電極（含む触媒）とが一体化された電極接合体からなる発電部内で水素と酸素を反応させて発電を行う。この発電部は、一般的にＭＥＡ（Membrane Electrode Assembly）と呼ばれており、本明細書の中でも「ＭＥＡ」と称する場合もある。【０００４】
燃料電池には種々の形態があり、燃料や発電部への水素の供給方式によって、ダイレクトメタノール型燃料電池（DMFC：Direct Methanol Fuel Cell）、固体高分子型燃料電池（ＰＥＦＣ：Polymer Electrolyte Fuel Cell）、メタノール等の燃料から改質器を用いて水素を取り出す改質方式などがあり、ダイレクトメタノール型は、水素を燃料とする燃料電池に比べて燃料の取扱いが容易で、システムが簡単であることから、携帯型の情報処理装置の電源として注目されている。【０００５】
図１（ａ），（ｂ）は、ダイレクトメタノール型のＭＥＡの構造を示す斜視図および断面図である。【０００６】
ＭＥＡは、電解質膜３１と、電解質膜３１を挟んで対向するように設けられた触媒電極３２、３４と、触媒電極３２、３４をさらに挟んで対向するように設けられたガス拡散電極３３、３５から構成されている。【０００７】
触媒電極３２、３４の一方はアノード側として動作し、他方はカソード側として動作する。ここでは、触媒電極３２をアノード側の触媒電極とし、触媒電極３４をカソード側の触媒電極として説明する。【０００８】
アノード側の触媒電極としてはＰｔとＲｕとの合金が一般的に用いられ、カソード側の触媒電極としてはＰｔが一般的に用いられる。また、ガス拡散電極３３、３５としては導電性多孔質材料が用いられ、導電性材料としては例えばカーボンやＳＵＳが用いられる。【０００９】
電解質膜３１からみて、触媒電極３２およびガス拡散電極３３の側の面は燃料となるメタノールと水が接し、触媒電極３４およびガス拡散電極３５の側の面は大気雰囲気とされる。【００１０】
上記のような構造のＭＥＡを用いた燃料電池を長期間使用しなかった場合には、燃料が電解質膜を通じて大気中に放散され、最終的にはＭＥＡの一部または全体が乾燥してしまう。ＭＥＡが乾燥すると劣化や不具合が起き、この状態で無理やり起動すると破壊や故障が発生してしまう。【００１１】
ＭＥＡの一部または全体が乾燥し電解質膜３１内に水が無くなると、プロトン（水素イオン）が電解質膜３１中を移動できない。同様に、触媒電極３２および３４に含まれる電解質バインダー内の水が無くなると、アノードとなる触媒電極３２で生成するプロトンが電解質膜３１へ、また電解質膜３１からカソードとなる触媒電極３４へと移動することができなくなる。【００１２】
上記のようにＭＥＡが乾燥した状態では、湿潤していない部分でプロトンが動けなくなることから通常の発電反応が起こらない。【００１３】
乾燥状態にあるＭＥＡに燃料供給を開始することにより発電可能となるが、通常触媒電極３２、３４は複雑な多孔質構造を有するために、燃料供給開始から短時間では燃料が部分的にしか滲みこまずに一部乾燥状態が残ったままになる。このような状態で燃料電池に電気的な負荷をかけてしまうと、触媒電極３２、３４の湿潤状態にある部分だけで通常の発電反応が起こる。そして湿潤状態にある部分だけに発電の負荷が集中して触媒や電解質の劣化が加速され、乾燥状態にある触媒電極やガス拡散電極で異常な電気化学反応が起こり触媒電極やガス拡散電極の性能が低下する。よって燃料電池が所定の性能が発揮されず、燃料電池を電源とする機器に不具合が生じる危険性がある。【００１４】
ＭＥＡに水素を供給する固体高分子型ではアノード側の触媒電極に加湿した水素ガスを送り込み、ＭＥＡが乾燥状態となった場合には同時に水分の供給が行われるが、上記のダイレクトメタノール型燃料電池に見られる乾燥による不具合は、同様に当然起こり得る。【００１５】
乾燥による不具合を問題点としてなされた従来技術として、特許文献１（特開２００１−３３２２８０号公報）に開示される技術がある。【００１６】
特許文献１には、燃料電池セルが積層方向に伸縮自在に固定され、加湿された燃料ガスと空気を用いて発電するスタックの乾燥状態を、スタックの高さ（積層方向）の変位量と温度とにより検出すること、および、乾燥状態にある場合には加湿器により加湿することが開示されている。
【特許文献１】特開２００１−３３２２８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
特許文献１に開示されている技術では、スタックの積層方向、図１に示した例でいうと、触媒電極３２、電解質膜３１、ガス拡散電極３３の積層方向の変位量に基づいて乾燥状態を判断している。【００１８】
しかしながら、電解質膜３１の乾燥状態による膜厚変動量は微小なものであり、乾燥状態を精度よく検出することが困難であるという問題点がある。【００１９】
本願は上述したような従来の技術が有する問題点に鑑みてなされたものであって、電解質膜の乾燥状態を精度良く検出する燃料電池の乾燥状態検出方法、電子機器システム、検出した乾燥状態に基づいた起動時の制御を最適とする電力制御方法を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明の燃料電池の乾燥状態検出方法は電解質膜と、該電解質膜の両面に設けられた触媒電極およびガス拡散電極とを発電部とする燃料電池の乾燥状態検出方法であって、
前記電解質膜の面内方向への変位量に基づいて乾燥状態を検出することを特徴とする。【００２１】
この場合、枠電極と前記電解質膜とをこれらを連ねるネジにより一体化し、前記発電部を挟持する枠電極の歪み量に基づいて乾燥状態を検出することとしてもよい。【００２２】
また、前記枠電極と前記電解質膜とをこれらを連ねるネジにより一体化し、前記電解質膜に設けられたマーカーの位置に基づいて乾燥状態を検出することとしてもよい。【００２３】
また、前記枠電極と前記電解質膜とをこれらを連ねるネジにより一体化し、前記発電部を挟持する枠電極と前記発電部との間の歪み量に基づいて乾燥状態を検出することとしてもよい。【００２４】
本発明の電子機器システムは、情報処理装置と、該情報処理装置へ電源を供給する燃料電池ユニットおよび二次電池ユニットからなる電子機器システムであって、
前記情報処理装置は、
第１の制御部と、
前記燃料電池ユニットおよび二次電池ユニットからの電力供給の比率の変更および切断を行う比率変更／切断スイッチと、を備え、
前記燃料電池ユニットは、
発電部と、
前記発電部の乾燥度合いを検出する湿度センサと、
記憶部と、
前記湿度センサが検出した乾燥度合いを示す乾燥値を求め、前記記憶部に予め記憶されている基準乾燥値と比較し、基準乾燥値が示す乾燥度合いよりも前記湿度センサが検出した乾燥度合いがより乾燥していることを示している場合には前記発電部が乾燥状態にあると判断して前記第１の制御部へ乾燥信号を通知する第２の制御部と、を備え、
前記第１の制御部は、乾燥信号の通知を受けると前記比率変更／切断スイッチを介して前記二次電池ユニットからの給電のみ、または、二次電池ユニットからの給電が多くなるものとすることを特徴とする。【００２５】
この場合、前記燃料電池ユニットは、
前記発電部へ供給する燃料を貯蔵するタンクを備え、
前記第２の制御部は、前記第１の制御部へ乾燥信号を通知する場合には、前記タンクから前記発電部への燃料供給を行わせるように制御するとしてもよい。【００２６】
また、前記燃料電池ユニットは、
前記発電部へ供給する燃料を貯蔵する第１および第２のタンクと、
前記第１および第２のタンクと前記発電部との間の供給路にそれぞれ設けられた第１および第２の燃料供給制御手段と、
を備え、
前記第２の制御部は、前記第１の制御部へ乾燥信号を通知する場合には、前記第１および第２燃料供給制御手段を、前記発電部への供給が、いずれか一方のタンクからのみ行われる、または、いずれか一方のタンクからの供給が多くなるように制御するとしてもよい。【００２７】
また、前記第２の制御部は、前記第１の制御部へ乾燥信号を通知する場合には、前記第１および第２の燃料供給制御手段による燃料供給を通常の運転時よりも少なくするとしてもよい。【００２８】
また、前記発電部は、電解質膜と、該電解質膜の両面に設けられた触媒電極およびガス拡散電極とからなり、
前記発電部を挟持する枠電極を備え、前記枠電極と前記電解質膜はこれらを連ねるネジにより一体化されており、
前記湿度センサは前記枠電極の歪み量を検出することとしてもよい。【００２９】
また、前記発電部は、マーカーが設けられた電解質膜と、該電解質膜の両面に設けられた触媒電極およびガス拡散電極とからなり、
前記発電部を挟持する枠電極を備え、前記枠電極と前記電解質膜はこれらを連ねるネジにより一体化されており、
前記湿度センサは前記マーカーの位置を検出することとしてもよい。【００３０】
また、前記発電部は、電解質膜と、該電解質膜の両面に設けられた触媒電極およびガス拡散電極とからなり、
前記発電部を挟持する枠電極を備え、前記枠電極と前記電解質膜はこれらを連ねるネジにより一体化されており、
前記湿度センサは前記枠電極と前記発電部との間のせん断応力を検出することとしてもよい。【００３１】
また、前記発電部は、マーカーが設けられた電解質膜と、該電解質膜の両面に設けられた触媒電極およびガス拡散電極とからなり、
前記発電部を挟持する枠電極を備え、前記枠電極と前記電解質膜はこれらを連ねるネジにより一体化されており、
前記湿度センサは、前記枠電極の歪み量、前記マーカーの位置、前記枠電極と前記発電部との間のせん断応力の少なくともひとつを検出することとしてもよい。【００３２】
前記燃料電池ユニットに設けられた時計を湿度センサとして備え、
前記第１の制御部は前記情報処理装置の起動時および終了時にその旨を前記第２の制御部へ通知し、
前記第２の制御部は前記第１の制御部からの前記情報処理装置の起動時および終了時の通知を受けた時刻を前記時計を参照して取得し、前記記憶部に記憶させるとともに、起動時の通知の場合には、さらに前回の起動時刻または終了時刻からの時間である起動時間を算出し、前記記憶部に予め記憶されている基準起動時間と比較して、該基準起動時間よりも求めた起動時間が長い場合に前記前記発電部が乾燥状態にあると判断することとしてもよい。【００３３】
本発明の燃料電池の発電部は、電解質膜と、該電解質膜の両面に設けられた触媒電極およびガス拡散電極とからなる燃料電池の発電部であって、
前記枠電極と前記電解質膜とをこれらを連ねるネジにより一体化されていることを特徴とする。【００３４】
本発明の電子機器システムの電力制御方法は、発電部、前記発電部の乾燥度合いを検出する湿度センサ、記憶部と、第１および第２のタンク、前記第１および第２のタンクと前記発電部との間の供給路にそれぞれ設けられた第１および第２のバルブ、第２の制御部、を備える燃料電池ユニットと、二次電池ユニットと、燃料電池ユニットおよび二次電池ユニットからの電力供給を受け、第１の制御部、前記燃料電池ユニットおよび二次電池ユニットからの電力供給の比率の変更および切断を行う比率変更／切断スイッチ、を備える情報処理装置と、からなる電子機器システムの電力制御方法であって、
前記第２の制御部により行われる、前記湿度センサが検出した乾燥度合いを示す乾燥値を求め、前記記憶部に予め記憶されている基準乾燥値と比較し、基準乾燥値が示す乾燥度合いよりも前記湿度センサが検出した乾燥度合いがより乾燥していることを示している場合には前記発電部が乾燥状態にあると判断して前記第１の制御部へ乾燥信号を通知するステップと、
前記第１および第２のバルブの開閉状態を、前記発電部への供給が、いずれか一方のタンクからのみ行われる、または、いずれか一方のタンクからの供給が多くなるように制御するステップと、
前記第１の制御部により行われる、乾燥信号の通知を受けると前記比率変更／切断スイッチを介して前記二次電池ユニットからの給電のみ、または、二次電池ユニットからの給電が多くなるものとするステップを有することを特徴とする。【００３５】
この場合、前記第２の制御部により行われる、前記第１の制御部へ乾燥信号を通知した後、前記第１および第２のバルブの開閉状態を通常の運転時よりも開度を小さくするステップを有することとしてもよい。【００３６】
また、前記燃料電池ユニットに設けられた時計を設け、
前記第１の制御部により行われる、前記情報処理装置の起動時および終了時にその旨を前記第２の制御部へ通知するステップと、
前記第２の制御部により行われる、前記第１の制御部からの前記情報処理装置の起動時および終了時の通知を受けた時刻を前記時計を参照して取得し、前記記憶部に記憶させるとともに、起動時の通知の場合には、さらに前回の起動時刻または終了時刻からの時間である起動時間を算出し、前記記憶部に予め記憶されている基準起動時間と比較して、該基準起動時間よりも求めた起動時間が長い場合にも前記前記発電部が乾燥状態にあると判断するステップを有することとしてもよい。【００３７】
本発明においては、電解質膜の乾燥状態における変位量が厚み方向よりも大きな膜面方向について検出されるので、より精度よく乾燥状態を検出することができ、その後の乾燥状態を用いた制御にも効率よく行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１（ａ）】ダイレクトメタノール型のＭＥＡの構造を示す斜視図および断面図である。
【図１（ｂ）】ダイレクトメタノール型のＭＥＡの構造を示す斜視図および断面図である。
【図２】本発明の一実施例の構成を示すブロック図である。
【図３（ａ）】ＭＥＡ２０５の構造を示す上面図である。
【図３（ｂ）】ＭＥＡ２０５の構造を示す図であり、図３（ａ）中のＸ−Ｘ’線断面図である。
【符号の説明】
【００３９】
１００    情報処理装置
１０１    制御部
１０２    表示部
１０３    比率変更／切換スイッチ
２００    燃料電池ユニット
２０１    制御部
２０２    記憶部
２０３    時計
２０４    湿度センサ
２０５    ＭＥＡ
２０６，２０７    バルブ
２０８，２０９    タンク
３００    二次電池ユニット
４００    通信線
５００，６００    電力送信線
７０１    穴
７０２    枠電極
７０３    マーカー
７０４    フレーム
７０５    枠電極
７０６    燃料
７０７    電解質膜
７０８    触媒電極
７０９    ガス拡散電極
７１１    ネジ穴
７１２    穴
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。【００４１】
図２は本発明の一実施例の構成を示すブロック図である。【００４２】
図２に示されるシステムは、情報処理装置１００と、該情報処理装置１００へ電力を供給するＤＭＦＣ型の燃料電池ユニット２００および二次電池ユニット３００から構成される。【００４３】
情報処理装置１００は携帯可能なノート型のパーソナルコンピュータやＰＤＡ、または携帯電話機などが挙げられ、これらの電子機器としての機能を果たすための構成は一般的な技術によるものであるため、図示および説明は省略する。【００４４】
情報処理１００には、燃料電池ユニット２００および二次電池ユニット３００からの電力供給に関する構成として、制御部１０１、表示部１０２および比率変更／切断スイッチ１０３が設けられている。【００４５】
燃料電池ユニット２００には、制御部２０１、記憶部２０２、時計２０３、湿度センサ２０４、ＭＥＡ２０５、バルブ２０６，２０７、タンク２０８，２０９が設けられている。制御部１０１と制御部２０１とは通信線４００を介して接続されている。記憶部２０２は燃料電池ユニット２００を動作させるためのプログラムの記憶や、アプリケーションを実行するための一時記憶を行なうものでＲＯＭ、ＲＡＭ、ハードディスクなどから構成される。燃料はメタノールと水の混合液で、タンク２０８はメタノール濃度の薄い燃料を貯蔵し、タンク２０９はメタノール濃度の濃い燃料を貯蔵するもので、制御部２０１により開閉状態が制御されるバルブ２０６，２０７を介して各タンク２０８，２０９に貯蔵されている燃料がＭＥＡ２０５に供給される。【００４６】
燃料電池ユニット２００には上記の構成要素のほかに、初期動作用の二次電池（不図示）が内蔵されているが、必ずしも内蔵される必要はなく、二次電池ユニット３００からの電力供給を受けることとしてもよい。【００４７】
ＭＥＡ２０５で発生した電力は電力送信線５００を介して比率変更／切断スイッチ１０３へ送られる。比率変更／切断スイッチ１０３にはこのほかに電力送信線６００を介して二次電池ユニット３００からの電力が送信されており、制御部１０１の制御に応じて燃料電池ユニット２００および二次電池ユニット３００からの受電状態の比率の変更や、燃料電池ユニット２００および二次電池ユニット３００からの受電の開始もしくは切断を実行する。【００４８】
情報処理装置１００の制御部１０１は起動ボタン（不図示）の押下を検出すると、二次電池ユニット３００からの電力で起動処理を行わせるとともに燃料電池ユニット２００が接続されているかを検出する。燃料電池ユニット２００が接続されていれば、燃料電池ユニット２００の制御部２０１に通信線４００を介して燃料電池ユニット起動指示信号を送信する。燃料電池ユニット２００の制御部２０１は、このときは内蔵する二次電池もしくは二次電池ユニット３００の電力で動作しており、起動指示信号を受信するとＭＥＡの乾燥検査処理を行う。【００４９】
図３は本実施例のＭＥＡ２０５の構造を示す図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は（ａ）中のＸ−Ｘ’線断面図である。【００５０】
図３（ｂ）に示すように、電解質膜７０７は触媒電極７０８と触媒電極７１４との間に位置し、さらに外側にはガス拡散電極７１３、７０９が設けられている。ガス拡散電極７１３、７０９のそれぞれは、電解質膜７０７側の面の周囲を押さえる枠電極７０２，７０５により挟持されている。電解質膜７０７にはマーカー７０３が設けられ、枠電極７０２，７０５にはネジを挿通するため、もしくは、マーカー７０３を確認するための覗き穴として機能する穴７０１が複数配設されている。穴７０１に対応する箇所の電解質膜７０７には穴７１２もしくはマーカー７０３が設けられている。これらはフレーム７０４上に配置され、枠電極７０２に設けられた穴７０１を通るネジ（不図示）がフレーム７０４に設けられたネジ穴７１０と螺合することにより一体化される。本実施例では角となる４隅がネジ穴として用いられている。なお、ＭＥＡの構成は上記の構成に限定されるものではなく、例えば、ガス拡散電極を通じて燃料が外へ漏れ出すことを防ぐためのシール層が電解質膜と枠電極の間に設けられていてもよい。【００５１】
フレーム７０４は燃料７０６を貯蔵する液室７１１を備え、タンク２０８，２０９に貯蔵されている燃料は燃料供給制御手段であるバルブ２０６，２０７を介して液室７１１に送られ、触媒電極７０８に供給される。燃料供給制御手段としては、バルブの他にポンプとする構成も挙げられ、特にバルブに限定されない。【００５２】
上記のような構造を持つＭＥＡでは、電解質膜７０７が乾燥して縮むと、電解質膜７０７に設けられた穴７１２が電解質膜７０７の中心方向に向かって移動し、ネジに対しても電解質膜７０７の中心方向に向かう張力が働く。この結果、枠電極７０２，７０５に歪みが発生する。これらの事象を検出することで電解質膜７０７の乾燥状態を検出する。具体的な検出方法としては以下が挙げられる。【００５３】
（１）歪みゲージなどを用いて枠電極７０２，７０５の上面に発生した歪みを検出する。【００５４】
（２）電解質膜７０７の乾燥による移動につれて、マーカー７０３が電解質膜７０７の中心方向に向かって移動し、マーカー７０３に対応して枠電極７０２に設けられた穴７０１から覗くことのできるマーカー７０３の位置が移動する。このため、マーカー７０３の位置を検出することにより電解質膜７０７の乾燥状態を検出する。【００５５】
（３）枠電極７０２，７０５と電解質膜７０７，触媒電極７０８，ガス拡散電極７０９の間に歪みゲージなどを設けて枠電極と電解質膜７０７，触媒電極７０８，ガス拡散電極７０９の間に発生したせん断応力を検出する。【００５６】
上記の検出方法のうち、（１）、（３）による検出を行う場合には歪みセンサが湿度センサ２０４として用いられ、（２）による検出を行う場合にはカメラと該カメラの撮像画像からマーカー７０３の位置を検出する画像認識装置や、バーコードリーダ等のように光を照射し、光センサで反射光の変化を読み取ることで穴とマーカー７０３との位置関係を検出する構成が湿度センサ２０４として用いられることとなる。制御部２０１は湿度センサ２０４の検出結果を記憶部２０２に記憶されている乾燥値と歪み量とが対比されたテーブル、または、乾燥値とマーカーの位置とが対比されたテーブルにあてはめ、検出結果に対応する乾燥値をＭＥＡ２０５を構成する触媒電極７０８，ガス拡散電極７０９や電解質膜７０７の乾燥値とする。【００５７】
上記のように本実施例においては、ＭＥＡを構成する電解質膜７０７，触媒電極７０８，ガス拡散電極７０９の乾燥状態を、これらの積層方向についての変位量ではなく、膜面方向の変位量から求めていることから、検出精度が高いものとなっている。【００５８】
また、各検出方法は並列に行われることとしても当然よい。並列に検出された量から乾燥値を求めることから、より検出精度を高めることができる。【００５９】
上記のようにして得られた乾燥値を用いた制御について以下に説明する。【００６０】
ＭＥＡの乾燥検査処理
燃料電池ユニット２００の制御部２０１はセンサ２０４出力より乾燥値を検出すると、記憶部２０２に予め記憶されている乾燥基準値と検出した乾燥値とを比較し、検出した乾燥値が乾燥基準値より高い乾燥値ならば乾燥状態と認識する。【００６１】
また、制御部２０１は、情報処理装置１００の動作終了時に、記憶部２０２に終了日時を記憶する。また、制御部２０１は制御部１０１からの起動指示信号を受信すると、前回の終了日時から起動（現日時）までの起動時間を算出し、記憶部２０２に予め記憶されている基準起動時間と算出した起動時間とを比較し、起動時間が基準起動時間よりも長い場合には乾燥状態と認識する。【００６２】
情報処理装置１００が正常終了することができず、終了日時を記録できない場合もあるので、始動日時も記憶し、前回の終了日時を読み出しできなかった場合には前回の始動日時を用いて起動時間を算出することとしてもよい。または終了日時を使用せずに始動日時のみを用いることとしてもよい。【００６３】
終了日時（または始動日時）の記憶は、情報処理装置１００の制御部１０１が燃料電池ユニット２００の制御部２０１に終了指示信号／起動指示信号を送信した際に、情報処理装置１００の記憶部（不図示）に記憶させ、情報処理装置１００の制御部１０１が終了日時（または始動日時）を用いて乾燥状態を算出することにより検出することとしてもよい。【００６４】
上記のように、本実施例においては乾燥状態であることの検出を湿度センサによる検出、起動時間による検出の二通りの検出方法にて検出してより確実な検出を行っている。しかしながら、装置構成を簡略化することを目的として一方の検出方法のみを行うこととしてもよい。【００６５】
燃料電池ユニット２００の制御部２０１は乾燥状態と認識すると、情報処理装置１００との間の通信線４００にて情報処理装置１００の制御部１０１に乾燥状態である旨の乾燥信号を通知する。情報処理装置１００の制御部１０１は乾燥信号を受信すると表示部１０２に燃料電池ユニット２００が乾燥している旨の乾燥警告を表示させ、使用者に注意を喚起する。この表示画面ではユーザに以下のＭＥＡの湿潤処理の実施する旨の表示を行うこととしてもよい。【００６６】
燃料電池ユニット２００の制御部２０１は乾燥状態を認識すると以下のＭＥＡの湿潤処理を実施する。【００６７】
ＭＥＡの湿潤処理
燃料電池ユニット２００の制御部２０１は、情報処理装置１００の制御部１０１に乾燥状態である旨の乾燥信号を通知する。情報処理装置１００の制御部１０１は乾燥信号を受信すると、比率変更／切断スイッチ１０３により、燃料電池ユニット２００からの電力供給に対する負荷をゼロもしくは最低とする。負荷の制御は燃料電池２００からの電力受け入れを切断したり、二次電池３００からの電力供給比率を高めたりして行う。【００６８】
燃料電池ユニット２００の制御部２０１はタンク２０８，２０９からＭＥＡ２０５に繋がる燃料通路のバルブ２０６，２０７を開き、燃料をＭＥＡ２０５に供給する。【００６９】
燃料の供給後、燃料電池ユニット２００の制御部２０１は湿度センサ２０４からの出力によりＭＥＡ２０５の乾燥値を計測し、計測した乾燥値が基準乾燥値（もしくは基準乾燥値より低い第２の基準乾燥値）より低くなれば燃料電池ユニット２００が電力供給可能な状態と認識し、その旨を示す出力可能信号を情報処理装置１００の制御部１０１に通知する。情報処理装置１００の制御部１０１は出力可能信号を受信すると、比率変更／切断スイッチ１０３により、燃料電池ユニット２００からの電力受け入れを開始したり、二次電池ユニット３００からの電力供給比率を低めたりして、燃料電池の負荷を徐々に高めてゆく。【００７０】
燃料電池ユニット２００の制御部２０１はタンク２０８，２０９からＭＥＡ２０５に繋がる燃料通路のバルブ２０６，２０７を通常の運転時よりも少なく開き、燃料をＭＥＡ２０５に供給する。また、先述したように、タンク２０８にはメタノール濃度の薄い燃料が貯蔵され、タンク２０９にはメタノール濃度の濃い燃料が貯蔵されており、この時点ではタンク２０８に貯蔵されているメタノール濃度の薄い燃料の方をＭＥＡ２０５に供給する。なお、この処理は湿度センサ２０４の検出結果に示されるＭＥＡ２０５の乾燥値が基準乾燥値より低くなるか、ＭＥＡ２０５の湿潤状態に必要な次の３条件のいずれかを充たすまで行う。【００７１】
条件１：燃料電極とガス拡散電極に含まれるバインダーを潤す量、この量は電極の種類により異なる。【００７２】
条件２：電解質膜に含まれるバインダーを潤す量、この量は電解質膜の種類により異なる。【００７３】
条件３：発電に必要な量、０．２５Ａ／ｈ
バルブ２０６，２０７を通常の運転時よりも少なく開くことにより、ＭＥＡ内部が十分に潤うこととなる。また、メタノール濃度の薄い燃料を多く供給することにより、潤うまでの時間が短縮される。【００７４】
なお、以上説明した実施例では、ダイレクトメタノール型の燃料電池について説明したが、ＭＥＡに水素を供給する固体高分子型の場合にはタンク２０８には水を貯蔵し、タンク２０９には水素ガス等の燃料を貯蔵するものとすればよい。タンク２０８の水を用いたバブラーなどの加湿ユニットにタンク２０９の燃料の水素ガスを通して、加湿してアノード側の触媒電極に送り込む。
【図１（ａ）】
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【図１（ｂ）】
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【図２】
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【図３（ａ）】
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【図３（ｂ）】
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【国際調査報告】
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