(57)【要約】【課題】装置を大型化することなく触媒活性の再生操作を行うことができる燃料電池装置及び電子機器を提供する。【解決手段】水素及び炭素を組成式に含む原燃料が貯留される燃料カートリッジ１６０と、原燃料を用いて発電を行う燃料電池装置本体１２０と、再生カートリッジ１７０とを有し、燃料電池装置本体１２０は、燃料カートリッジ１６０及び再生カートリッジ１７０を装着可能な装着部１５０と、装着部１５０に接続された燃料カートリッジ１６０より原燃料が供給され、原燃料から水素分子を生成する反応を促進する触媒を有する改質器１０５と、改質器１０５において生成された改質ガスを用いて発電を行う燃料電池１４０と、を備え、再生カートリッジ１７０には触媒の機能を再生させる再生ガスが貯留されている燃料電池装置１３０である。【選択図】図１
2009193769.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
触媒を有し、原燃料を改質する改質器と、
触媒を有し、前記改質器で改質された燃料を用いて発電を行う燃料電池と、
原燃料が封入された燃料カートリッジを装着自在であって、前記改質器の前記触媒又は前記燃料電池の前記触媒の機能を再生させる再生ガスが封入された再生カートリッジを装着自在の装着部と、
を備えることを特徴とする燃料電池装置。
【請求項２】
原燃料を気化する気化器と、
前記気化器を介さずに前記装着部と前記改質器とを連通するバイパス流路と、
前記バイパス流路に設けられたバルブと、
をさらに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。
【請求項３】
前記装着部に装着される前記再生カートリッジを検知する検出部と、
前記装着部に前記燃料カートリッジが装着されたときに、前記燃料カートリッジから原燃料を前記気化器に供給し、前記装着部に前記再生カートリッジが装着されたときに、前記再生カートリッジから再生ガスを前記バイパス流路を介して前記改質器に供給する制御部と、
をさらに備えることを特徴とする請求項２に記載の燃料電池装置。
【請求項４】
前記改質器または前記燃料電池を加熱するヒータをさらに備え、
前記制御部は、前記検出部により前記再生カートリッジが検出されたときに前記ヒータにより前記改質器または前記燃料電池を加熱することを特徴とする請求項３に記載の燃料電池装置。
【請求項５】
前記再生ガスは前記触媒を酸化する酸化剤、酸化された前記触媒を還元する還元剤、不活性ガスのいずれかであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の燃料電池装置。
【請求項６】
触媒を有し、原燃料を改質する改質器と、
触媒を有し、前記改質器で改質された燃料を用いて発電を行う燃料電池と、
原燃料が封入された燃料カートリッジ、前記改質器の前記触媒又は前記燃料電池の前記触媒の機能を再生させる再生ガスが封入された再生カートリッジ、不活性ガスが封入されたパージ用カートリッジ、を選択的に装着自在の第１装着部及び第２装着部と、
を備えることを特徴とする燃料電池装置。
【請求項７】
請求項１〜６に記載の燃料電池装置と、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とを備えることを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池装置及び電子機器に関する。
【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、化学エネルギーから電気エネルギーを直接取り出す装置である。
【０００３】
燃料電池に用いる燃料としては水素が挙げられるが、常温で気体であることによる取り扱い・貯蔵に問題がある。アルコール類及びガソリンといった液体燃料を用いる場合には、液体燃料を気化させる気化器、液体燃料と高温の水蒸気を反応させることによって、発電に必要な水素を取り出す改質器、改質反応の副産物である一酸化炭素を除去する一酸化炭素除去器等が必要となることがある。
【０００４】
このような改質器及び一酸化炭素除去器を備えた燃料電池装置では、起動時や停止時に、反応雰囲気中で一時的に水蒸気分圧が低下し、一酸化炭素分圧が上昇することがある。このため、改質器や燃料電池の触媒上に炭素が析出し、経時的に触媒活性が低下するという問題がある。
触媒活性を回復させるために、例えば停止時に、水の流量より先に燃料の流量を徐々に低下させ、最後に水だけを一定時間流した後に完全に停止させる方法がある（例えば、特許文献）。
【特許文献１】特開２００４−２４７２１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、起動時や停止時に再生運転を行う方法では、短時間で何度も起動・停止を繰り返す電子機器には不適である。また、触媒再生専用の水を内部に貯留すると装置が大型化するため、特に小型の電子機器には不適である。
【０００６】
本発明の課題は、装置を大型化することなく触媒活性の再生操作を行うことができる燃料電池装置及び電子機器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
以上の課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、燃料電池装置において、
触媒を有し、原燃料を改質する改質器と、
触媒を有し、前記改質器で改質された燃料を用いて発電を行う燃料電池と、
原燃料が封入された燃料カートリッジを装着自在であって、前記改質器の前記触媒又は前記燃料電池の前記触媒の機能を再生させる再生ガスが封入された再生カートリッジを装着自在の装着部と、
を備えることを特徴とする。
原燃料を気化する気化器と、
前記気化器を介さずに前記装着部と前記改質器とを連通するバイパス流路と、
前記バイパス流路に設けられたバルブと、
をさらに備えることが好ましい。
前記装着部に装着される前記再生カートリッジを検知する検出部と、
前記装着部に前記燃料カートリッジが装着されたときに、前記燃料カートリッジから原燃料を前記気化器に供給し、前記装着部に前記再生カートリッジが装着されたときに、前記再生カートリッジから再生ガスを前記バイパス流路を介して前記改質器に供給する制御部と、
をさらに備えることが好ましい。
前記改質器または前記燃料電池を加熱するヒータをさらに備え、
前記制御部は、前記検出部により前記再生カートリッジが検出されたときに前記ヒータにより前記改質器または前記燃料電池を加熱してもよい。
前記再生ガスは前記触媒を酸化する酸化剤、酸化された前記触媒を還元する還元剤、不活性ガスのいずれかであることが好ましい。
また、燃料電池装置であって、
触媒を有し、原燃料を改質する改質器と、
触媒を有し、前記改質器で改質された燃料を用いて発電を行う燃料電池と、
原燃料が封入された燃料カートリッジ、前記改質器の前記触媒又は前記燃料電池の前記触媒の機能を再生させる再生ガスが封入された再生カートリッジ、不活性ガスが封入されたパージ用カートリッジ、を選択的に装着自在の第１装着部及び第２装着部と、
を備えることを特徴とする。
電子機器において、上記燃料電池装置と、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とを備えることが好ましい。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、装置を大型化することなく触媒活性の再生操作を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
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。
【００１０】
〔第１実施形態〕
図１は本発明の第１実施形態に係る電子機器１００を示すブロック図である。この電子機器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。
【００１１】
電子機器１００は、燃料電池装置１３０と、燃料電池装置１３０から供給される電気エネルギー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、電気エネルギーを生成し電子機器本体１０１に供給する。
【００１２】
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に出力する電気エネルギーを生成するものであり、燃料カートリッジ１６０と、燃料電池装置本体１２０とからなる。
【００１３】
燃料カートリッジ１６０は燃料電池装置本体１２０の装着部１２０に対して着脱自在に設けられている。燃料カートリッジ１６０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１６０内で別々に貯留してもよい。燃料カートリッジ１６０内の混合液は、送液ポンプ１０３により燃料電池装置本体１２０の内部に送液される。
【００１４】
燃料電池装置本体１２０は、装着部１５０、改質器導入用バルブ１０２、送液ポンプ１０３、気化器１０４、改質器１０５、一酸化炭素除去器１０６、気化器導入用バルブ１０７、流量センサ１０８、触媒燃焼器１０９、流路１１０、バイパス流路１１１、流路１１２、燃料電池１４０、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３１、二次電池１３２、制御部１３３等を備える。
【００１５】
送液ポンプ１０３及び装着部１５０は、流路１１０によって連結しており、送液ポンプ１０３は、制御部１３３の制御に従って燃料カートリッジ１６０内の混合液を気化器導入用バルブ１０７に供給し、気化器導入用バルブ１０７は混合液を気化器１０４に供給する。気化器導入用バルブ１０７と気化器１０４との間には、気化器導入用バルブ１０７から流れる混合液の流量を測定する流量センサ１０８が設けられている。流量センサ１０８は、混合液の流量情報となる信号を制御部１３３に出力し、制御部１３３は、混合液の流量が所望の範囲内となるようポンプ１０３、気化器導入用バルブ１０７を制御する。
【００１６】
気化器１０４は制御部１３３により制御されるヒータ兼温度センサ１０４ａを備え、燃料カートリッジ１６０から送られた混合液をヒータ兼温度センサ１０４ａの発熱あるいは改質器１０５や触媒燃焼器１０９からの伝熱により約１１０〜１６０℃程度に加熱し、混合液を気化させる。気化器１０４で気化した混合気は流路１１２を通って改質器１０５へ送られる。
【００１７】
また、一端が装着部１５０と送液ポンプ１０３との間の流路１１０と連通し、他端が気化器１０４と改質器１０５との間の流路１１２と連通するバイパス流路１１１が設けられており、改質器導入用バルブ１０２はバイパス流路１１１に設けられている。改質器導入用バルブ１０２は後述する制御部１３３の制御に従って開閉する電磁弁であり、制御部１３３の制御に従って開いた状態では、装着部１５０から改質器１０５へ直接に流体を供給することが可能となる。
【００１８】
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。また、改質器１０５は制御部１３３により制御されるヒータ兼温度センサ１０５ａを備える。通常運転時には、改質器１０５は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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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、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やヒータ兼温度センサ１５５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（８）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１４０に送出される。
【００２２】
触媒燃焼器１０９は制御部１３３により制御されるヒータ兼温度センサ１０９ａを備える。触媒燃焼器１０９には燃料電池１４０の燃料供給流路１４４ａを通過した改質ガス（オフガス）及び酸素供給流路１４５ａを通過した空気が送られ、改質ガス中に残留する水素が空気により燃焼される。
【００２３】
燃料電池１４０は固体高分子型燃料電池であり、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。また、燃料電池１４０は制御部１３３により制御されるヒータ兼温度センサ１４０ａを備える。燃料電池１４０はヒータ兼温度センサ１４０ａにより適切な動作温度に保たれる。
【００２４】
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。
【００２５】
酸素極１４３には、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。
【００２６】
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。
【００２７】
ＤＣ／ＤＣコンバータ１３１は燃料電池１４０により生成された電気エネルギー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、電気エネルギーを二次電池１３２に充電する。
制御部１３３は燃料電池装置本体１２０全体を制御する。また、制御部１３３は後述するように装着部１５０からの入力信号に従って改質器導入用バルブ１０２及び送液ポンプ１０３を制御する。
【００２８】
次に、装着部１５０及び燃料カートリッジ１６０について具体的に説明する。
図２は装着部１５０の構造を示す断面図である。図２に示すように、装着部１５０は、燃料電池装置本体１２０の筐体表面に形成された筒状の穴であり、その内径は後述する燃料カートリッジ１６０の排出部１６１が嵌合できるように排出部１６１の外径とほぼ等しい。装着部１５０の中央部には、排出部１６１の排出孔１６２に挿入される挿入管１５２が配置されている。挿入管１５２は送液ポンプ１０３または改質器導入用バルブ１０２へと通じる流路１１０と連通している。
【００２９】
また、装着部１５０の底部１２１には、凹部１５３が形成されており、凹部１５３内に検出部１５４が設けられている。検出部１５４は後述する再生カートリッジ１７０の被検出部１７２を検出するのに用いられる。再生カートリッジ１７０が適正に装着部１５０に装着されると、被検出部１７２により検出部１５４が押圧されて検出部１５４は検出信号を制御部１３３に出力する。検出部１５４には、例えば被検出部１７２により押圧されることで検出を行う感圧スイッチを用いることができる。
【００３０】
図３は燃料カートリッジ１６０の構造を示す断面図である。図３に示すように、燃料カートリッジ１６０には内部の混合液を排出する排出部１６１が設けられている。排出部１６１は弾性材からなる弁構造になっており、中央部に排出孔１６２が設けられている。排出孔１６２は通常は閉じており、燃料カートリッジ１６０内部の混合液が漏れ出すことを防止する。燃料カートリッジ１６０には、検出部１５４で検出される被検出部が設けられていない。
【００３１】
図４は燃料カートリッジ１６０を燃料電池装置本体１２０に装着した状態を示す断面図である。図４に示すように、排出孔１６２に挿入管１５２を挿入しながら装着部１５０に排出部１６１を挿入することで、燃料電池装置本体１２０に燃料カートリッジ１６０が固定される。排出孔１６２に挿入管１５２を挿入し、送液ポンプ１０３を駆動することで、燃料カートリッジ１６０内の混合液が気化器１０４に供給される。
【００３２】
燃料電池装置１３０の起動時及び停止時には、一時的に改質器１０５内の水蒸気分圧が低くなり、一酸化炭素分圧が高くなる。このままでは、触媒上に炭素が析出し、起動、停止を繰り返すことにより触媒能力が低下する。
本実施形態においては、燃料カートリッジ１６０の代わりに、装着部１５０に再生カートリッジ１７０を装着し、改質器に再生ガスを供給することで析出した炭素を除去し、触媒能力を再生させる。以下、再生カートリッジ１７０について説明する。
【００３３】
図５は再生カートリッジ１７０の構造を示す断面図である。図５に示すように、再生カートリッジ１７０には気体容器１７１と、気体容器１７１内の気体を排出する排出部１８０が設けられている。排出部１８０には、排出管１８１と、弁管１８２と、弁箱１８３と、弁体１８４とが設けられている。
【００３４】
気体容器１７１内には触媒の再生に用いられる気体（再生用ガス）が大気圧より十分高圧となるように圧縮して（０．３ＭＰａ程度）貯留されている。ここで、触媒の再生用ガスとしては、改質器１０５の触媒に析出した炭素を酸化する酸化剤（例えば酸素）が用いられる。あるいは、酸化剤及び不活性ガス（例えば、窒素、ヘリウム、アルゴン等）の２種類以上の気体を混合したものを気体容器１７１内に充填してもよい。
【００３５】
排出管１８１は、気体容器１７１内の気体を排出する排出孔１８１ａを有し、排出孔１８１ａに挿入管１５２が挿入された状態で装着部１５０に装着される。排出孔１８１ａ内には弁管１８２が軸方向に移動可能に配置されている。
また、排出管１８１の外側端面には、検出部１５４により検出される被検出部１７２が突設されている。被検出部１７２は凹部１５３に配置され、例えば検出部１５４を押圧することにより検出部１５４により検出され、制御部１３３は、装着部１５０に装着されたのが再生カートリッジ１７０であると認識する。
【００３６】
弁管１８２は、一端が弁体１８４と一体に設けられている。弁管１８２には開口１８２ａが設けられており、開口１８２ａにより弁箱１８３内の空間と弁管１８２内の空間とが通じている。
【００３７】
弁箱１８３は、弁座１８３ａ及び弁管支持孔１８３ｂとを有する中空構造である。弁座１８３ａは気体容器１７１内と弁箱１８３内との空間を通じさせる開口であり、内部に弁体１８４が挿入されている。弁座１８３ａの開口は通常では弁体１８４により塞がれている。弁管支持孔１８３ｂは排出管１８１の排出孔１８１ａと通じており、弁管１８２が挿通されている。
【００３８】
弁体１８４は、略円筒形の弾性材からなり、軸方向の中央の外周部に環状の溝１８４ａが設けられている。弁体１８４は溝１８４ａの部分で弁箱１８３の弁座１８３ａに挿入されており、弁管１８２とともに軸方向に移動可能に配置されている。
【００３９】
図６は再生カートリッジ１７０を燃料電池装置本体１２０に装着した状態を示す断面図である。図６に示すように、排出孔１８１ａに挿入管１５２を挿入し、被検出部１７２を凹部１５３に配置するように排出管１８１を装着部１５０に挿入すると、被検出部１７２が凹部１５３に収納されて排出管１８１の凸部１８５が、燃料電池装置本体１２０の底部１２１に当接され、燃料電池装置本体１２０に再生カートリッジ１７０が固定される。
【００４０】
このとき、挿入管１５２の端面が弁管１８２及び弁体１８４を気体容器１７１の内側へ押し入れるように移動させ、弁体１８４の溝１８４ａと弁座１８３ａとの間に隙間が生じる。これにより気体容器１７１内と弁箱１８３内との空間が通じ、気体容器１７１内の気体が圧力差によって弁箱１８３内、開口１８２ａ、弁管１８２内を通って挿入管１５２内に供給可能となる。
【００４１】
なお、被検出部１７２が凹部１５３に収納されないと、被検出部１７２が底部１２１に当接してしまい、挿入管１５２が排出管１８１の排出孔１８１ａの奥まで挿入できないので挿入管１５２の端面が弁管１８２と当接せず、弁管１８２を移動させないため、弁体１８４の溝１８４ａと弁座１８３ａとの間に隙間が生じない。このため、燃料カートリッジ１６０には被検出部１７２が設けられていないので、装着部１５０に完全に装着されても、排出部１６１が検出部１５４を押すことはないので、検出部１５４は、再生カートリッジ１７０を検出することができる。
【００４２】
次に、改質器１０５における析出炭素を除去する動作について説明する。図７は析出炭素を除去する際の制御部１３３の動作を示すフローチャートである。
まず、析出炭素を除去する運転モードを開始すると、制御部１３３は、検出部１５４により酸素等の酸化剤を含む再生カートリッジ１７０の装着の有無を検出する（ステップＳ１）。
【００４３】
再生カートリッジ１７０として酸化剤含有カートリッジが装着されていないと判断したときは（ステップＳ１→Ｎｏ）、制御部１３３はエラー報知動作を行う（ステップＳ２）。エラー報知動作としては、例えば、電子機器本体１０１に設けられた表示部（図示せず）にエラーメッセージを表示させる、あるいは、制御部１３３は電子機器本体１０１に設けられたスピーカ（図示せず）により警告音を発生させる等の動作を行わせることが考えられる。
【００４４】
再生カートリッジ１７０として酸化剤含有カートリッジが装着されていると判断したときは（ステップＳ１→Ｙｅｓ）、制御部１３３は改質器１０５のヒータ兼温度センサ１０５ａを制御し、改質器１０５を析出炭素の酸化に適切な所定の温度（２００℃〜４００℃程度）まで上昇させる（ステップＳ３）。
次に、制御部１３３はポンプ１０３及び気化器導入用バルブ１０７は動作していない状態で改質器導入用バルブ１０２を開き、再生用ガスを気化器１０４を経由することなくバイパス流路１１１から改質器１０５に供給する（ステップＳ４）。再生用ガスが改質器１０５に供給されることで、析出炭素が酸素により酸化してガス化され、除去される。その後、再生用ガスは一酸化炭素除去器１０６、燃料供給流路１４４ａ及び触媒燃焼器１０９を通過して燃料電池装置本体１２０の外部へ排出される。
【００４５】
その後、制御部１３３は析出炭素を十分酸化できる程度の長い所定の時間が経過するまで待つ（ステップＳ５→Ｎｏ）。所定の時間が経過したら（ステップＳ５→Ｙｅｓ）、改質器導入用バルブ１０２を閉じ（ステップＳ６）、改質器１０５のヒータ兼温度センサ１０５ａをオフにする（ステップＳ７）。以上により、改質器１０５における析出炭素を除去する動作が終了する。
【００４６】
このように、本実施形態によれば、燃料電池装置本体１２０の装着部１５０に対して燃料カートリッジ１６０及び再生カートリッジ１７０が着脱可能であるので、触媒の再生時には装着部１５０に再生カートリッジ１７０を装着して触媒の再生動作を行うことができる。このため、燃料電池装置本体１２０内に触媒の再生に必要な酸素を貯留するボンベ等を備える必要がなく、燃料電池装置本体１２０及び電子機器１００の小型軽量化を図ることができる。
【００４７】
〔変形例１〕
なお、燃料電池１４０の触媒が酸化された場合に、再生用ガスとして触媒を還元する還元剤（例えば水素）や、還元剤と不活性ガス（例えば、窒素、ヘリウム、アルゴン等）との混合気体を充填した再生カートリッジ１７０を用いてもよい。
以下、再生用ガスとして、水素及びアルゴンを混合して水素濃度を爆発限界（４％）未満とした混合気体を充填した再生カートリッジ１７０による触媒の再生動作について説明する。
【００４８】
図８は触媒を還元する際の制御部１３３の動作を示すフローチャートである。
まず、触媒を還元する運転モードを開始すると、制御部１３３は、検出部１５４により再生カートリッジ１７０の装着の有無を検出する（ステップＳ１１）。この検出部１５４は、上記実施形態において酸化剤又は酸化剤及び不活性ガスの混合気体を含む再生カートリッジ１７０を検出する検出部１５４とは別の位置に設けられていることが好ましい。
【００４９】
還元剤を含む再生カートリッジ１７０が装着されていないと判断したときは（ステップＳ１１→Ｎｏ）、制御部１３３はエラー報知動作を行う（ステップＳ１２）。エラー報知動作としては、例えば、電子機器本体１０１に設けられた表示部（図示せず）にエラーメッセージを表示させる、あるいは、制御部１３３は電子機器本体１０１に設けられたスピーカ（図示せず）により警告音を発生させる等の動作を行わせることが考えられる。
【００５０】
還元剤を含む再生カートリッジ１７０が装着されていると判断したときは（ステップＳ１１→Ｙｅｓ）、制御部１３３は燃料電池１４０のヒータ兼温度センサ１４０ａを制御し、燃料電池１４０を触媒の還元に適切な所定の温度（７０℃〜９０℃程度）まで上昇させる（ステップＳ１３）。同時に、制御部１３３は改質器１０５のヒータ兼温度センサ１０５ａを制御し、改質器１０５の改質触媒を還元処理に適切な所定の温度（２００℃〜４００℃程度）まで上昇させる。
【００５１】
次に、制御部１３３は改質器導入用バルブ１０２を開き、再生用ガスを改質器１０５に供給する（ステップＳ１４）。これにより、酸化が促進された改質器１０５の改質触媒を還元することができる。特に上記実施形態において、改質触媒に付着した炭素を除去するために再生カートリッジ１７０により酸化した場合、炭素のみならず改質触媒まで酸化が進行してしまう恐れがあるが、この還元処理によって活性化することができる。そして再生用ガスは改質器１０５及び一酸化炭素除去器１０６を通過し、燃料電池１４０の燃料供給流路１４４ａに供給される。これにより、燃料電池１４０の触媒に付着された一酸化炭素が水素により脱離される。その後、再生用ガスは触媒燃焼器１０９に供給され、残存水素の燃焼後、燃料電池装置本体１２０の外部へ排出される。
【００５２】
その後、制御部１３３は触媒を還元できる程度の時間が経過するまで待つ（ステップＳ１５→Ｎｏ）。所定の時間が経過したら（ステップＳ１５→Ｙｅｓ）、改質器導入用バルブ１０２を閉じ（ステップＳ１６）、燃料電池１４０のヒータ兼温度センサ１４０a及び、改質器１０５のヒータ兼温度センサ１０５ａをオフにする（ステップＳ１７）。以上により、燃料電池１４０及び、改質器１０５における触媒を還元する動作が終了する。
【００５３】
このように、本変形例によれば、触媒を還元する時に装着部１５０に再生カートリッジ１７０を装着して触媒の再生動作を行うことができる。このため、燃料電池装置本体１２０内に触媒の再生に必要な水素を貯留するボンベや爆発を防止する手段等を備える必要がなく、装置の小型軽量化を図ることができる。
【００５４】
〔変形例３〕
なお、装着部１５０に酸化剤含有カートリッジまたは還元剤含有カートリッジのいずれをも装着可能としてもよい。図９は装着部１５０を示す正面図である。本変形例においては、装着部１５０の底部１２１に、複数の凹部１５３ａ，１５３ｂが形成されており、凹部１５３ａ内に酸化剤含有カートリッジの検出部１５４ａが設けられ、凹部１５３ｂ内に還元剤含有カートリッジの検出部１５４ｂが設けられている。
【００５５】
酸化剤含有カートリッジの被検出部（以下、１７２ａ）が凹部１５３ａ内に配置され、検出部１５４ａを押圧したときには、酸化剤含有カートリッジから酸化剤が挿入管１５２内に供給される。また、還元剤含有カートリッジの被検出部（以下、１７２ｂ）が凹部１５３ｂ内に配置され、検出部１５４ｂを押圧したときには、酸化剤含有カートリッジから酸化剤が挿入管１５２内に供給される。
【００５６】
なお、誤動作を防止するために、例えば、酸化剤含有カートリッジの被検出部１７２ａの長さを還元剤含有カートリッジの被検出部１７２ｂの長さよりも短くし、凹部１５３ａの深さを凹部１５３ｂの深さよりも浅くすることで、被検出部１７２ａが凹部１５３ｂ内に配置されても検出部１５４ｂが押圧されないようにし、あるいは被検出部１７２ｂが凹部１５３ａ内に配置されても挿入管１５２と弁管１８２とが当接しないようにすることが考えられる。
【００５７】
〔変形例４〕
なお、改質器１０５や燃料電池１４０の触媒に吸着された水を除去する場合に、再生用ガスとして不活性ガス（例えば、窒素、ヘリウム、アルゴン等）を充填した再生カートリッジ１７０を用いてもよい。不活性ガスは一種類でもよいし、混合気体でもよい。
【００５８】
〔第２実施形態〕
次に、本発明の第２実施形態について説明する。図１０は本発明の第２実施形態に係る電子機器２００を示すブロック図である。以下、本実施形態の第１実施形態と異なる点について説明し、第１実施形態と同様の構成については、下２桁に同符号を付して説明を割愛する。
【００５９】
燃料電池スタック２４０は固体酸化物型であり、複数の燃料電池を積層してなる。本実施形態においては、燃料電池装置本体２２０には、一酸化炭素除去器は用いられない。なお、図１０では単一の燃料電池２４０のみを示す。
【００６０】
以下、単一の燃料電池２４０及び触媒燃焼器２０９で生じる反応について説明する。
燃料電池２４０は、電解質２４１と、電解質２４１の両面に形成された燃料極２４２（アノード）及び酸素極２４３（カソード）と、燃料極２４２に改質ガスを供給する燃料供給流路２４４ａが設けられた燃料極セパレータ２４４と、酸素極２４３に酸素を供給する酸素供給流路２４５ａが設けられた酸素極セパレータ２４５と、が積層されている。
【００６１】
電解質２４１は酸素イオンを透過するが、酸素分子、水素分子、一酸化炭素、二酸化炭素、電子を通さない性質を有する。
燃料極２４２には燃料供給流路２４４ａを介して改質ガスが送られる。燃料極２４２では改質ガス中の水素、一酸化炭素及び電解質２４１を通過した酸素イオンによる次の電気化学反応式（６）、（７）に示す反応が起こる。
Ｈ2＋Ｏ2-→Ｈ2Ｏ＋２ｅ-  …（６）
ＣＯ＋Ｏ2-→ＣＯ2＋２ｅ-  …（７）
生成した電子はアノード出力電極２４６に供給される。燃料供給流路２４４ａを通過した未反応の改質ガス（オフガス）は触媒燃焼器２０９に供給される。
【００６２】
酸素極２４３には酸素供給流路２４５ａを介して、酸素（空気）が供給される。酸素極２４３では、酸素と、カソード出力電極２４７より供給される電子とにより、次の電気化学反応式（８）に示す反応が起こる。
１／２Ｏ2＋２ｅ-→Ｏ2-  …（８）
生成した酸素イオンは電解質２４１を通過して燃料極２４２に供給される。酸素供給流路２４５ａを通過した未反応の酸素（空気）は触媒燃焼器２０９に供給される。
【００６３】
触媒燃焼器２０９では、燃料供給流路２４４ａを通過したオフガスと、酸素供給流路２４５ａを通過した酸素（空気）とが混合され、オフガス中の水素及び一酸化炭素が燃焼される。燃焼熱は燃料電池スタック２４０を加熱するのに用いられる。
触媒燃焼器２０９の排ガス（水、酸素及び二酸化炭素の混合気体）は熱交換器２０８において熱を放出した後に、排出される。熱交換器２０８で放出された熱は、改質器２０５を加熱するのに用いられる。
【００６４】
本実施形態においても、第１実施形態と同様に、酸化剤含有カートリッジや還元剤含有カートリッジ等、触媒を再生させる再生ガスが充填された再生カートリッジ１７０を装着部１５０に装着して触媒の再生動作を行うことができる。
【００６５】
〔第３実施形態〕
次に、本発明の第３実施形態について説明する。図１１は本発明の第３実施形態に係る電子機器３００を示すブロック図である。以下、本実施形態の第１実施形態と異なる点について説明し、第１実施形態と同様の構成については、下２桁に同符号を付して説明を割愛する。
【００６６】
本実施形態に係る燃料電池装置本体３２０には、２つの装着部３５０Ａ，３５０Ｂが設けられている。装着部３５０Ａ，３５０Ｂはそれぞれ送液ポンプ３０３と流路で接続されており、各流路には開閉バルブ３１２Ａ，３１２Ｂが設けられている。開閉バルブ３１２Ａ，３１２Ｂは制御部３３３により制御される。通常の発電時には、装着部３５０Ａ，３５０Ｂの両方或いは一方に燃料カートリッジが装着され、開閉バルブ３１２Ａ，３１２Ｂを制御することによりいずれかの燃料カートリッジから混合液が供給される。
【００６７】
本実施形態においては、装着部３５０Ａ，３５０Ｂに、再生カートリッジ３７０Ａ（酸化剤含有カートリッジまたは還元剤含有カートリッジ）と、再生ガスをパージするための不活性ガス（例えば、窒素、ヘリウム、アルゴン等）が充填されたパージ用カートリッジ３７０Ｂとを接続して、触媒の再生を行うことができる。
以下、装着部３５０Ａに再生カートリッジ３７０Ａを装着し、装着部３５０Ｂにパージ用カートリッジ３７０Ｂを装着した場合の触媒の再生動作について説明する。
【００６８】
まず、制御部３３３が、開閉バルブ３２２Ａ及び改質器導入用バルブ３０２を開き、再生カートリッジ３７０Ａから再生ガスを改質器３０５へ導入する。その後、制御部３３３は触媒の再生に充分な所定の時間が経過したら、開閉バルブ３２２Ａを閉じ、開閉バルブ３２２Ｂを開き、パージ用カートリッジ３７０Ｂから不活性ガスを改質器３０５へ導入する。その後、改質器３０５より下流のガスがパージされるのに充分な所定の時間が経過したら、制御部３３３は開閉バルブ３２２Ｂ及び改質器導入用バルブ３０２を閉じる。以上により、触媒の再生動作が終了する。
【００６９】
このように、本実施形態によれば、再生ガスの供給後、不活性ガスにより改質器３０５より下流の再生ガスをパージするため、再生ガスが残存することを防ぐことができる。
【００７０】
なお、以上の実施形態においては、固体高分子型、固体酸化物型の燃料電池について説明したが、アルカリ型燃料電池、リン酸型燃料電池、溶解塩燃料電池等を用いた燃料電池装置に本発明を適用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明の第１実施形態に係る電子機器１００を示すブロック図である。
【図２】装着部１５０の構造を示す断面図である。
【図３】燃料カートリッジ１６０の構造を示す断面図である。
【図４】燃料カートリッジ１６０を燃料電池装置本体１２０に装着した状態を示す断面図である。
【図５】再生カートリッジ１７０の構造を示す断面図である。
【図６】再生カートリッジ１７０を燃料電池装置本体１２０に装着した状態を示す断面図である。
【図７】析出炭素を除去する際の制御部１３３の動作を示すフローチャートである。
【図８】触媒を還元する際の制御部１３３の動作を示すフローチャートである。
【図９】装着部１５０を示す正面図である。
【図１０】本発明の第２実施形態に係る電子機器２００を示すブロック図である。
【図１１】本発明の第２実施形態に係る電子機器３００を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００７２】
１００，２００，３００  電子機器
１０２，２０２，３０２  改質器導入用バルブ
１０４ａ，１０５ａ，１０９ａ，１４０ａ，２０４ａ，２０５ａ，２４０ａ，３０４ａ，３０５ａ，３０９ａ，３４０ａ  ヒータ兼温度センサ
１０５，２０５，３０５  改質器
１１１，２１１，３１１  バイパス流路
１２０，２２０，３２０  燃料電池装置本体
１３０，２３０，３３０  燃料電池装置
１３３，２３３，３３３  制御部
１４０，２４０，３４０  燃料電池
１５０，２５０，３５０Ａ，３５０Ｂ  装着部
１５４  検出部
１６０，２６０  燃料カートリッジ
１７０，３７０Ａ  再生カートリッジ
３２２Ａ，３２２Ｂ  バルブ
３７０Ｂ  パージ用カートリッジ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2009193769.tif 000009
【図８】
2009193769.tif 000010
【図９】
2009193769.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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