(57)【要約】【課題】落下したり衝撃が加わったりした場合に安全性を確保することが可能な直接メタノール型燃料電池およびこの燃料電池を内蔵する電子機器を提供すること。【解決手段】本発明に係る燃料電池１０は、燃料極２１と空気極２２と電解質膜２３とを有する膜電極接合体２０と、燃料極２１に燃料を供給する燃料供給手段と、加速度検出手段６１と、加速度検出手段６１で検出された加速度に基づき、正常状態、自由落下状態または衝撃負荷状態のいずれかの状態であるかを判断する判断手段６２と、判断手段６２での判断結果に基づき、燃料供給手段の稼動状態を制御する保護制御手段６３とを備え、保護制御手段６３は、判断手段６２での判断結果が自由落下状態または衝撃負荷状態であるときに、燃料供給手段による燃料供給を停止する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料極と、空気極と、前記燃料極および空気極に挟持された電解質膜とを有する膜電極接合体と、
前記燃料極に燃料を供給する燃料供給手段と、
加速度を検出する加速度検出手段と、
この加速度検出手段で検出された加速度およびこの加速度の継続時間に基づき、正常状態、自由落下状態または衝撃負荷状態のいずれかの状態であるかを判断する判断手段と、
この判断手段での判断結果に基づき、前記燃料供給手段の稼動状態を制御する保護制御手段と、
を備え、
前記保護制御手段は、前記判断手段での判断結果が前記自由落下状態または衝撃負荷状態であるときに、前記燃料供給手段による燃料供給を停止することを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
前記燃料供給手段は、燃料ポンプであることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池。
【請求項３】
前記燃料供給手段は、さらに燃料流量を制御する燃料遮断バルブを有することを特徴とする請求項２に記載の燃料電池。
【請求項４】
前記燃料供給手段による燃料供給の停止は、前記燃料ポンプを停止し、前記遮断バルブを遮断することであることを特徴とする請求項３に記載の燃料電池。
【請求項５】
前記判断手段は、
前記加速度検出手段で検出された加速度が重力加速度Ｇの１倍未満で０．０５秒以上継続するときに前記自由落下状態と判断し、
前記加速度検出手段で検出された加速度が重力加速度Ｇの３倍以上であるときに前記衝撃負荷状態と判断し、
前記自由落下状態および衝撃負荷状態以外の状態を前記正常状態と判断することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池。
【請求項６】
前記加速度検出手段は、燃料電池の筐体に加えられた外力から算出されたｘ、ｙおよびｚ方向の加速度αｘ、αｙ、αｚを用いて下記式（１）により算出された加速度αを検出することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池。
［数１］
α＝（αｘ２＋αｙ２＋αｚ２）１／２        （１）
【請求項７】
前記判断手段は、前記自由落下状態と判断して前記燃料供給手段による燃料供給を停止した場合において、前記燃料供給手段による燃料供給の停止から１秒以内に前記衝撃負荷状態と判断したとき以外のときを燃料供給再開状態にあるとさらに判断し、
前記保護制御手段は、前記判断手段での判断結果が前記燃料供給再開状態であるときに、前記燃料供給手段による燃料供給を再開することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池。
【請求項８】
直接メタノール型燃料電池であることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の燃料電池。
【請求項９】
請求項１〜請求項８のいずれか１項に記載の燃料電池を内蔵することを特徴とする電子機器。
【請求項１０】
携帯用電子機器であることを特徴とする請求項９に記載の電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は燃料電池および燃料電池を内蔵する電子機器に関し、詳しくは、加速度を検出して燃料極への燃料の供給を制御する燃料電池および燃料電池を内蔵する電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子技術の進歩により、電子機器の小型化、高性能化、ポータブル化が進んでいる。また、携帯用電子機器においては、使用される電池の高エネルギー密度化への要求が高まっている。このため、軽量で小型でありながら高容量の二次電池が要求されている。
【０００３】
このような状況のもと、小型の燃料電池が注目を集めている。特に、メタノールを燃料として用いた直接メタノール型燃料電池（ＤＭＦＣ：direct methanol fuel cell）は、エネルギー密度の高いメタノールを酸化分解して電流を直接取り出すことができるため、たとえばメタノール改質型燃料電池のように有機燃料から水素を作り出す改質器が不要である。このため、ＤＭＦＣは、出力密度を高くするとともに小型化することが可能であり、携帯機器用の電源として有望視されている。
【０００４】
ＤＭＦＣは、メタノールが供給される燃料極と、スルホン酸基を有するフッ素系高分子等からなるプロトン伝導性の電解質膜と、酸素を取り込む空気極（酸化剤極）とがこの順番に積層された膜電極接合体を備える。
【０００５】
燃料極および空気極のそれぞれは、触媒が電解質膜にイオン交換樹脂等で固着されてなる触媒層と、カーボンペーパー等からなるガス拡散層とを備えた２層構造になっている。
【０００６】
すなわち、膜電極接合体は、燃料極ガス拡散層／燃料極触媒層／電解質膜／空気極触媒層／空気極ガス拡散層がこの順番で形成された５層構造になっている。
【０００７】
ＤＭＦＣの作用について説明する。ＤＭＦＣでは、燃料極において、メタノールが酸化分解され、二酸化炭素、プロトンおよび電子が生成される。一方、空気極（酸化剤極）においては、空気から得られる酸素と、電解質膜を経て燃料極から供給されるプロトンと、燃料極から外部回路を通じて供給される電子とによって水が生成される。ＤＭＦＣは、この外部回路を通る電子によって電力を外部に供給する。
【０００８】
ＤＭＦＣの作用について詳細に説明する。
【０００９】
ＤＭＦＣは、燃料極にメタノールおよび水からなる混合燃料が供給され、空気極に空気や酸素ガス等の酸化剤ガスが供給されると、それぞれの触媒層において式（１）および式（２）に示す反応が生じる。
【００１０】
［化１］
燃料極：ＣＨ３ＯＨ＋Ｈ２Ｏ→ＣＯ２＋６Ｈ＋＋６ｅ−        （１）
［化２］
空気極：６Ｈ＋＋（３／２）Ｏ２＋６ｅ−→３Ｈ２Ｏ        （２）
燃料極では、燃料極触媒層で発生したプロトンが電解質膜へ移動するとともに発生した電子が燃料極ガス拡散層に移動する。燃料極ガス拡散層に移動した電子は、外部回路を通して空気極の空気極ガス拡散層に供給される。
【００１１】
また、空気極では、空気極ガス拡散層から空気極触媒層に電子が供給されるとともに電解質膜から空気極触媒層にプロトンが供給され、空気極触媒層で電子とプロトンと酸素とが反応することにより、燃料極−空気極間に電流が流れる。
【００１２】
なお、ＤＭＦＣは、可燃性のメタノールを用いるため、外部衝撃で破損してメタノールを放出しないように、外部衝撃に対する安全確保手段が必要である。
【００１３】
しかし、ＤＭＦＣについて、外部衝撃に対する安全確保手段に関する従来技術は知られていない。
【００１４】
なお、ＤＭＦＣでなく、改質器を有する改質型燃料電池についての外部衝撃に対する安全確保手段に関する従来技術としては、特開２００６−１２８１３８号公報（特許文献１）や特開２００３−２２９１４８号公報（特許文献２）が知られている。
【００１５】
特許文献１や特許文献２には、燃料ガス、水素ガス等のガスを用いる改質型燃料電池において、所定値以上の加速度を異常として検知する感震装置を備え、感震装置が設定加速度未満であり、且つ燃料ガスの供給が停止した場合に装置の運転を継続し、感震装置が設定加速度以上である場合に装置の運転を停止する改質型の燃料電池装置が開示されている。
【特許文献１】特開２００６−１２８１３８号公報
【特許文献２】特開２００３−２２９１４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
しかし、特許文献１や特許文献２は改質器を有する改質型燃料電池に関する技術である上、ＤＭＦＣのように燃料がメタノールである場合の外部衝撃に対する安全確保手段を開示するものではない。
【００１７】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、落下したり衝撃が加わったりした場合に安全性を確保することが可能な直接メタノール型燃料電池およびこの燃料電池を内蔵する電子機器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明者は、加速度検出手段で検出された加速度やこの加速度の継続時間に基づいて自由落下状態、衝撃負荷状態等の状態を判断し、この判断結果に基づきメタノール等の燃料を供給する燃料ポンプおよび燃料遮断バルブの稼動状態を制御する構成とすれば、落下したり衝撃が加わったりした場合に安全性を確保することが可能な直接メタノール型燃料電池が得られることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１９】
本発明に係る燃料電池は、上記問題点を解決するものであり、燃料極と、空気極と、前記燃料極および空気極に挟持された電解質膜とを有する膜電極接合体と、前記燃料極に燃料を供給する燃料供給手段と、加速度を検出する加速度検出手段と、この加速度検出手段で検出された加速度およびこの加速度の継続時間に基づき、正常状態、自由落下状態または衝撃負荷状態のいずれかの状態であるかを判断する判断手段と、この判断手段での判断結果に基づき、前記燃料供給手段の稼動状態を制御する保護制御手段と、を備え、前記保護制御手段は、前記判断手段での判断結果が前記自由落下状態または衝撃負荷状態であるときに、前記燃料供給手段による燃料供給を停止することを特徴とする。
【００２０】
また、本発明に係る電子機器は、上記問題点を解決するものであり、前記燃料電池を内蔵することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明に係る燃料電池および電子機器によれば、落下したり衝撃が加わったりした場合に安全性を確保することが可能な燃料電池および電子機器が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
＜燃料電池＞
［第１実施形態］
本発明に係る燃料電池の第１実施形態について、図面を参照して説明する。図１は、本発明に係る燃料電池の第１実施形態の一部を断面で示すブロック図である。
【００２３】
図１に示すように、燃料電池１０は、直接メタノール型燃料電池（ＤＭＦＣ）であり、シート状の燃料極２１とシート状の空気極２２と電解質膜２３とを有する膜電極接合体２０と、燃料極２１に燃料収容部５２からの燃料を供給する燃料供給手段としての燃料ポンプ５３および燃料極２１に供給する燃料の流量を制御する燃料遮断バルブ５４と、加速度を検出する加速度検出手段６１と、加速度検出手段６１で検出された加速度およびこの加速度の継続時間に基づき、燃料電池１０が正常状態、自由落下状態または衝撃負荷状態のいずれかの状態であるかを判断する判断手段６２と、判断手段６２での判断結果に基づき、燃料ポンプ５３および燃料遮断バルブ５４の稼動状態（開閉状態）を制御する保護制御手段６３と、を備える。
【００２４】
燃料電池１０は、いわゆるセミパッシブ型のＤＭＦＣである。ここで、セミパッシブ型のＤＭＦＣについて説明する。セミパッシブ型の燃料電池とは、燃料を循環しない燃料電池である。具体的には、燃料電池１０では、燃料収容部５２から膜電極接合体２０に供給された燃料は発電反応に使用され、その後に循環して燃料収容部５２に戻されることはない。セミパッシブ型の燃料電池は、燃料を循環しないことから、燃料を循環する従来のアクティブ方式とは異なるものであり、装置の小型化等を損なうものではない。また、燃料電池１０は、燃料の供給に燃料ポンプ５３を使用しており、従来の内部気化型のような純パッシブ方式とも異なる。このため、このような燃料電池１０は、上述したようにセミパッシブ型と呼称される。
【００２５】
アクティブ型、セミパッシブ型およびパッシブ型のＤＭＦＣのうち、アクティブ型のＤＭＦＣは、ポンプ等の補器が多いため小型化が困難であるというデメリットがある。また、パッシブ型のＤＭＦＣは、燃料の供給が不安定になるというデメリットがある。これに対し、本発明に用いられるセミパッシブ型のＤＭＦＣは、燃料の安定供給が可能であるとともに、小型化が可能であるため、現在、開発が望まれている形態のＤＭＦＣである。
【００２６】
（膜電極接合体）
膜電極接合体２０は、シート状の燃料極２１と、シート状の空気極２２と、燃料極２１および空気極２２に挟持された電解質膜２３とを有する。
【００２７】
燃料極２１は、シート状の燃料極触媒層２５とシート状の燃料極ガス拡散層２６とが積層された２層構造を有し、燃料極触媒層２５の表面が電解質膜２３に接触するように形成される。
【００２８】
空気極２２は、シート状の空気極触媒層２７とシート状の空気極ガス拡散層２８とが積層された２層構造を有し、空気極触媒層２７の表面が電解質膜２３に接触する形成される。
【００２９】
すなわち、膜電極接合体２０は、燃料極２１側から、燃料極ガス拡散層２６／燃料極触媒層２５／電解質膜２３／空気極触媒層２７／空気極ガス拡散層２８の順番に積層された多層構造になっている。
【００３０】
電解質膜２３は、プロトン（水素イオン）伝導性を有する電解質膜である。電解質膜２３構成するプロトン伝導性材料としては、たとえば、スルホン酸基を有する有機系材料や、タングステン酸、リンタングステン酸等の無機系材料が挙げられる。
【００３１】
スルホン酸基を有する有機系材料としては、たとえば、パーフルオロスルホン酸重合体等のフッ素系樹脂や、スルホン酸基を有する炭化水素系樹脂等が挙げられる。パーフルオロスルホン酸重合体等のフッ素系樹脂としては、たとえば、デュポン株式会社製のナフィオン（商品名）や旭硝子株式会社製のフレミオン（商品名）等が挙げられる。
【００３２】
燃料極２１を構成する燃料極触媒層２５および空気極２２を構成する空気極触媒層２７は、電解質膜２３に触媒がイオン交換樹脂等で固着された構造になっている。燃料極触媒層２５および空気極触媒層２７に用いられる触媒としては、たとえば、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ｐｄ等の白金族元素の単体や、これら白金族元素を含有する合金等が挙げられる。
【００３３】
これらの触媒のうち、燃料極触媒層２５に用いられる触媒としては、メタノールや一酸化炭素等に対して強い耐食性を有するＰｔ−ＲｕやＰｔ−Ｍｏ等が好ましい。
【００３４】
また、カソード触媒層２７に用いられる触媒としては、ＰｔやＰｔ−Ｎｉ等が好ましい。
【００３５】
触媒の形態としては、炭素材料のような導電性担持体を用いた担持触媒、または無担持触媒のいずれであってもよい。
【００３６】
膜電極接合体２０は、燃料極ガス拡散層２６の外側表面が燃料分配機構３０の燃料分配板３１の表面に配置される。また、膜電極接合体２０は、空気極ガス拡散層２８の外側表面にカバープレート４０が配置される。
【００３７】
すなわち、膜電極接合体２０は、燃料分配板３１の表面に、燃料極ガス拡散層２６／燃料極触媒層２５／電解質膜２３／空気極触媒層２７／空気極ガス拡散層２８の順番に積層される。膜電極接合体２０の空気極ガス拡散層２８の表面にはカバープレート４０が配置された構造になっている。
【００３８】
燃料分配板３１と膜電極接合体２０の電解質膜２３との間にはＯリング４１ａが介装される。燃料分配板３１と電解質膜２３とＯリング４１ａとで区画されたアノード空間４５内には、膜電極接合体２０の燃料極ガス拡散層２６および燃料極触媒層２５が配置される。
【００３９】
膜電極接合体２０の電解質膜２３とカバープレート４０との間にはＯリング４１ｂが介装される。電解質膜２３とカバープレート４０とＯリング４１ｂとで区画されたカソード空間４６内には、膜電極接合体２０の空気極触媒層２７および空気極ガス拡散層２８が配置される。
【００４０】
（燃料分配機構）
膜電極接合体２０の燃料極２１側には、燃料分配機構３０が配置される。燃料分配機構３０は、燃料収容部５２から燃料ポンプ５３で送液された燃料を膜電極接合体２０の燃料極２１に供給するものである。
【００４１】
図２は、燃料分配機構３０の斜視図である。図１および図２に示すように、燃料分配機構３０は、板状の燃料分配板３１からなる。燃料分配板３１は、燃料を内部に収容する空隙部３３と、燃料を空隙部３３内に注入するための燃料注入口３２と、空隙部３３内の燃料を外部に排出する燃料排出口３４とを有する。
【００４２】
また、この燃料分配板３１は、燃料注入口３２から燃料排出口３４の間に燃料通路として機能する細管が設けられていても良い。細管が設けられた場合、燃料注入口３２から燃料分配板３１に導入された燃料は細管に入り、この燃料通路として機能する細管を介して複数の排出口３４にそれぞれ導かれる。
【００４３】
（燃料供給管）
燃料供給管５１は、燃料分配機構３０の燃料注入口３２と燃料収容部５２との間を接続し、燃料収容部５２から燃料分配機構３０に燃料を供給するものである。燃料供給管５１としては、たとえば、プラスチックホース、ゴムホースや金属ホース等が用いられる。
【００４４】
ここで、燃料供給管５１は燃料分配板３１や燃料収容部５２と独立した配管に限られるものではない。例えば、燃料分配板３１と燃料収容部５２とを積層して一体化する場合、これらを繋ぐ燃料の流路であってもよい。
【００４５】
（燃料収容部）
燃料収容部５２は、内部に燃料を収容可能なタンクである。燃料収容部５２は、燃料供給管５１を介して、燃料分配機構３０の燃料注入口３２に接続される。燃料収容部５２に収容される燃料としては、たとえば、各種濃度のメタノール水溶液や純メタノール等のメタノール燃料が挙げられる。液体燃料は、必ずしもメタノール燃料に限られるものではない。液体燃料は、例えばエタノール水溶液や純エタノール等のエタノール燃料、プロパノール水溶液や純プロパノール等のプロパノール燃料、グリコール水溶液や純グリコール等のグリコール燃料、ジメチルエーテル、ギ酸、その他の液体燃料であってもよい。いずれにしても、燃料収容部５２には燃料電池１０に応じた燃料が収容される。
【００４６】
（燃料供給手段）
燃料供給手段は、燃料収容部５２から燃料分配機構３０へ燃料を供給する手段である。燃料供給手段は、図１における燃料ポンプ５３および燃料遮断バルブ５４である。燃料ポンプ５３および燃料遮断バルブ５４は、燃料収容部５２と燃料分配機構３０の燃料注入口３２とを接続する燃料供給管５１の途中に設けられる。
【００４７】
燃料ポンプ５３は、燃料収容部５２と燃料分配機構３０の燃料注入口３２とを接続する燃料供給管５１の途中に設けられる。燃料ポンプ５３は、燃料供給管５１および燃料分配機構３０を介して膜電極接合体２０の燃料極２１に燃料を供給するものである。燃料ポンプ５３としては、電気浸透流ポンプやダイアフラムポンプ等の、液体を送液可能な公知のポンプが用いられる。
【００４８】
燃料遮断バルブ５４は、燃料収容部５２と燃料分配機構３０の燃料注入口３２とを接続する燃料供給管５１の途中に設けられる。燃料遮断バルブ５４は、燃料供給管５１中の燃料の流量を制御する。燃料遮断バルブ５４は、通常、燃料ポンプ５３の出口側（デリベリ側）に設けられる。燃料遮断バルブ５４としては、液体の流量を調整可能な公知の遮断バルブが用いられる。
【００４９】
（加速度検出手段）
燃料電池１０には、燃料電池１０に加えられた加速度を検出する加速度検出手段６１が設けられる。加速度検出手段６１は、通常、燃料電池１０の図示しない筐体に加えられた加速度を検出するように設けられる。加速度検出手段６１による加速度の検出は、たとえば、燃料電池１０の筐体に加えられた外力から算出されたｘ、ｙおよびｚ方向の加速度αｘ、αｙ、αｚを用いて下記式（１）により算出された加速度αを検出することにより行われる。
【００５０】
［数１］
α＝（αｘ２＋αｙ２＋αｚ２）１／２        （１）
加速度検出手段６１が検出する加速度は、たとえば、燃料電池１０の筐体が地上に固定される場合は略１Ｇ（Ｇ：重力加速度）になり、燃料電池１０の筐体が空中から自由落下する場合は略０になる。
【００５１】
加速度検出手段６１としては、公知の加速度センサが用いられる。
【００５２】
（判断手段）
判断手段６２は、加速度検出手段６１で検出された加速度およびこの加速度の継続時間に基づき、燃料電池１０が正常状態、自由落下状態または衝撃負荷状態のいずれかの状態であるかを判断する。
【００５３】
ここで、自由落下状態とは、判断手段６２が、加速度検出手段６１で検出された加速度およびこの加速度の継続時間に基づき、燃料電池１０が自由落下しているものと判断する状態を意味する。自由落下状態は、たとえば、手に持った燃料電池１０が手を離されて自由落下したような場合を想定して設定された状態である。
【００５４】
また、衝撃負荷状態とは、判断手段６２が、加速度検出手段６１で検出された加速度に基づき、燃料電池１０に衝撃負荷が与えられたものと判断する状態を意味する。衝撃負荷状態は、たとえば、自由落下した燃料電池１０が床に衝突して燃料電池１０が破損する等の強い衝撃が付与されるような場合を想定して設定された状態である。
【００５５】
さらに、正常状態とは、判断手段６２が、自由落下状態および衝撃負荷状態以外の状態であると判断する状態を意味する。
【００５６】
具体的には、判断手段６２は、加速度検出手段６１で検出された加速度が重力加速度Ｇの１倍未満で０．０５秒以上継続するときに自由落下状態と判断する。
【００５７】
また、判断手段６２は、加速度検出手段６１で検出された加速度が重力加速度Ｇの３倍以上であるときに衝撃負荷状態と判断する。
【００５８】
さらに、判断手段６２は、自由落下状態および衝撃負荷状態以外の状態を正常状態と判断する。
【００５９】
正常状態について具体的に説明する。判断手段６２は、加速度検出手段６１で検出された加速度が重力加速度Ｇの１倍以上３倍未満である場合、および加速度検出手段６１で検出された加速度が重力加速度Ｇの１倍未満でかつこの加速度が０．０５秒未満しか継続しない場合に、正常状態と判断する。
【００６０】
判断手段６２は、正常状態、自由落下状態または衝撃負荷状態のいずれかの状態であるかの判断結果を保護制御手段６３に伝達する。
【００６１】
（保護制御手段）
保護制御手段６３は、判断手段６２から取得した正常状態、自由落下状態または衝撃負荷状態のいずれかの状態であるかの判断結果に基づき、燃料供給手段（図１においては燃料ポンプ５３および燃料遮断バルブ５４）の稼動状態を制御する。
【００６２】
具体的には、保護制御手段６３は、取得した判断結果が自由落下状態または衝撃負荷状態であるときに、燃料供給手段による燃料供給を停止する、より具体的には燃料ポンプ５３を停止し燃料遮断バルブ５４を遮断する。
【００６３】
一方、保護制御手段６３は、取得した判断結果が正常状態であるときは、燃料供給手段による燃料供給（燃料ポンプ５３の稼動および燃料遮断バルブ５４の開放）を維持する。
【００６４】
（作用）
次に、図面を参照して、燃料電池１０の作用を説明する。図３は、燃料電池１０が加速度を検出して燃料供給の制御を行う作用を示すフローチャートである。
【００６５】
はじめに、判断手段６２は、加速度検出手段６１の検出した加速度が重力加速度Ｇの３倍以上であるか否かを判断する（ステップＳ１）。
【００６６】
ステップＳ１において、検出した加速度が重力加速度Ｇの３倍未満である場合、判断手段６２は、加速度検出手段６１の検出した加速度が重力加速度Ｇの１倍未満であるか否かを判断する（ステップＳ２）。
【００６７】
一方、ステップＳ１において、検出した加速度が重力加速度Ｇの３倍以上である場合、判断手段６２は、燃料電池１０が衝撃負荷状態にあると判断する。この衝撃負荷状態という判断結果は、判断手段６２から保護制御手段６３に伝達される。保護制御手段６３は衝撃負荷状態という判断結果に基づき、燃料ポンプ５３を停止するとともに燃料遮断バルブ５４を遮断する。（ステップＳ１１）。ステップＳ１１の終了後は、図３のフローチャートのステップを終了する。
【００６８】
ステップＳ２において、検出した加速度が重力加速度Ｇの１倍未満である場合、判断手段６２は、検出した加速度が重力加速度Ｇの１倍未満で０．０５秒以上継続したか否かを判断する（ステップＳ３）。
【００６９】
一方、ステップＳ２において、検出した加速度が重力加速度Ｇの１倍以上である場合、すなわち、検出した加速度が重力加速度Ｇの１倍以上３倍未満である場合は、ステップＳ１に戻る。
【００７０】
具体的には、ステップＳ２において、検出した加速度が重力加速度Ｇの１倍以上である場合、判断手段６２は、燃料電池１０が正常状態にあると判断する。この正常状態という判断結果は、判断手段６２から保護制御手段６３に伝達され、保護制御手段６３は正常状態という判断結果に基づき、燃料ポンプ５３の稼動および燃料遮断バルブ５４の開放を従前どおり維持する。保護制御手段６３は燃料ポンプ５３の停止や燃料遮断バルブ５４の遮断を行わない。
【００７１】
ステップＳ３において、検出した加速度が重力加速度Ｇの１倍未満でこの加速度が０．０５秒以上継続する場合、判断手段６２は、燃料電池１０が自由落下状態にあると判断する。この自由落下状態という判断結果は、判断手段６２から保護制御手段６３に伝達される。保護制御手段６３は自由落下状態という判断結果に基づき、燃料ポンプ５３を停止するとともに燃料遮断バルブ５４を遮断する（ステップＳ４）。ステップＳ４の終了後は、図３のフローチャートのステップを終了する。
【００７２】
一方、ステップＳ３において、検出した加速度が重力加速度Ｇの１倍未満でこの加速度が０．０５秒未満しか継続しない場合は、ステップＳ１に戻る。
【００７３】
具体的には、ステップＳ３において、検出した加速度が重力加速度Ｇの１倍未満でこの加速度が０．０５秒未満しか継続しない場合、判断手段６２は、燃料電池１０が正常状態にあると判断する。この正常状態という判断結果は、判断手段６２から保護制御手段６３に伝達され、保護制御手段６３は正常状態という判断結果に基づき、燃料ポンプ５３の稼動および燃料遮断バルブ５４の開放を従前どおり維持する。保護制御手段６３は燃料ポンプ５３の停止や燃料遮断バルブ５４の遮断を行わない。
【００７４】
燃料電池１０によれば、落下したり衝撃が加わったりした場合に安全性を確保することが可能な直接メタノール型燃料電池が得られる。
【００７５】
［第２実施形態］
本発明に係る燃料電池の第２実施形態について、図面を参照して説明する。図１は、本発明に係る燃料電池の第２実施形態の一部を断面で示すブロック図である。
【００７６】
燃料電池の第２実施形態として示される燃料電池１０Ａは、燃料電池の第１実施形態として示される燃料電池１０に対して判断手段６２を判断手段６２Ａに変えたものであり、この他の構成は燃料電池１０と同じである。このため、燃料電池１０Ａは燃料電池１０と同じ図１に示す。
【００７７】
図１中、第２実施形態として示される燃料電池１０Ａは、第１実施形態として示される燃料電池１０と同じ構成に同じ符号を付し、同じ構成および作用についての説明を省略または簡略化する。以下、燃料電池１０Ａと燃料電池１０との相違点である判断手段６２Ａについて説明する。
【００７８】
（判断手段）
判断手段６２Ａは、第１実施形態として示される燃料電池１０で用いられる判断手段６２と同様に、燃料電池１０が正常状態、自由落下状態または衝撃負荷状態のいずれかの状態であるかを判断した後、さらに、自由落下状態の場合に燃料電池１０が燃料供給再開状態にあるか否かの判断を行う。
【００７９】
すなわち、判断手段６２Ａは、自由落下状態と判断して燃料供給手段による燃料供給を停止する、具体的には燃料ポンプ５３を停止し燃料遮断バルブ５４を遮断した場合において、燃料供給手段による燃料供給の停止から１秒以内、具体的には燃料ポンプ５３の停止および燃料遮断バルブ５４の遮断の少なくともいずれかから１秒以内に衝撃負荷状態と判断しないときは、燃料供給再開状態にあるとさらに判断し、燃料供給手段による燃料供給を再開する、具体的には燃料ポンプ５３を稼動し燃料遮断バルブ５４を開放する判断を行う。
【００８０】
ここで、燃料供給再開状態とは、衝撃負荷状態以外の状態、すなわち、正常状態または自由落下状態を意味する。
【００８１】
判断手段６２Ａは、正常状態、自由落下状態または衝撃負荷状態のいずれかの状態であるかの判断結果に加え、燃料供給再開状態にあるか否かの判断結果も保護制御手段６３に伝達する。
【００８２】
（作用）
次に、図面を参照して、燃料電池１０Ａの作用を説明する。図４は、燃料電池１０Ａが加速度を検出して燃料供給の制御を行う作用を示すフローチャートである。
【００８３】
図４に示す燃料電池１０Ａの燃料供給の制御を行う作用は、図３に示す燃料電池１０の燃料供給の制御を行う作用に対して、ステップＳ４の後にステップＳ５およびＳ６が加えられた以外は同じである。このため、以下主にステップＳ５およびＳ６について説明し、ステップＳ１〜Ｓ４については、説明を省略または簡略化する。
【００８４】
燃料電池１０Ａの作用は、燃料電池１０の作用と同様にステップＳ１〜Ｓ４およびＳ１１を行う。
【００８５】
ステップＳ３において自由落下状態と判断されたためにステップＳ４において保護制御手段６３が燃料ポンプ５３を停止するとともに燃料遮断バルブ５４を遮断した後、判断手段６２Ａは、さらに、燃料ポンプ５３の停止および燃料遮断バルブ５４の遮断の少なくともいずれかから１秒以内に、加速度検出手段６１の検出した加速度が重力加速度Ｇの３倍以上（衝撃負荷状態）になるか否かを判断する（ステップＳ５）。
【００８６】
ステップＳ５において、燃料ポンプ５３の停止および燃料遮断バルブ５４の遮断の少なくともいずれかから１秒以内に加速度検出手段６１の検出した加速度が重力加速度Ｇの３倍以上である場合、判断手段６２Ａは、燃料電池１０Ａが衝撃負荷状態にあると判断する。この衝撃負荷状態という判断結果は、判断手段６２Ａから保護制御手段６３に伝達される。保護制御手段６３は衝撃負荷状態という判断結果に基づき、燃料ポンプ５３の停止および燃料遮断バルブ５４の遮断を維持し、図４のフローチャートのステップを終了する。
【００８７】
一方、ステップＳ５において、燃料ポンプ５３の停止および燃料遮断バルブ５４の遮断の少なくともいずれかから１秒以内に検出した加速度が重力加速度Ｇの３倍以上である場合以外の場合、判断手段６２Ａは、燃料電池１０Ａが燃料供給再開状態にあると判断する。
【００８８】
ここで、燃料ポンプ５３の停止および燃料遮断バルブ５４の遮断の少なくともいずれかから１秒以内に検出した加速度が重力加速度Ｇの３倍以上である場合以外の場合とは、燃料ポンプ５３の停止および燃料遮断バルブ５４の遮断の少なくともいずれかから１秒以内に検出した加速度が重力加速度Ｇの３倍未満である場合、および燃料ポンプ５３の停止および燃料遮断バルブ５４の遮断の少なくともいずれかから１秒を超えて加速度検出手段６１が加速度を検出した場合、のいずれかの場合を意味する。
【００８９】
判断手段６２Ａの燃料供給再開状態という判断結果は、判断手段６２Ａから保護制御手段６３に伝達される。保護制御手段６３は燃料供給再開状態という判断結果に基づき、燃料ポンプ５３を稼動し燃料遮断バルブ５４を開放した後（ステップＳ６）、ステップＳ１に戻る。
【００９０】
燃料電池１０Ａによれば、燃料電池１０の有する効果に加え、一旦燃料極への燃料供給が停止された場合でも、所定の場合に燃料極への燃料供給を再開することが可能な直接メタノール型燃料電池が得られる。
【００９１】
なお、燃料電池１０Ａの判断手段６２Ａでは、燃料供給再開状態にあると判断する設定を、燃料ポンプ５３の停止および燃料遮断バルブ５４の遮断の少なくともいずれかから１秒以内に衝撃負荷状態にならないときとしたが、燃料ポンプ５３の停止および燃料遮断バルブ５４の遮断の少なくともいずれかから衝撃負荷状態にならないまでの時間を通常０．５秒〜５秒、好ましくは１秒〜３秒の範囲内の任意の値秒以内とする設定にすることができる。
【００９２】
この設定時間が０．５秒未満であると燃料電池１０の自由落下の途中で発電が再開しやすくなり、５秒を超えると燃料電池１０が自由落下していないのに発電の再開が遅くなるおそれがある。
【００９３】
また、燃料電池１０の判断手段６２および燃料電池１０Ａの判断手段６２Ａでは、自由落下状態と判断する設定を、加速度検出手段６１で検出された加速度が重力加速度Ｇの１倍未満で０．０５秒以上継続するときとしたが、継続する時間を０．０１秒〜０．５秒の範囲内の任意の値秒以上とする設定にしてもよい。
【００９４】
さらに、燃料電池１０の判断手段６２および燃料電池１０Ａの判断手段６２Ａでは、自由落下状態と判断する設定を、加速度検出手段６１で検出された加速度が重力加速度Ｇの１倍未満で０．０５秒以上継続するときとしたが、加速度検出手段６１で検出された加速度が重力加速度Ｇの０．１倍〜1倍の範囲内の任意の値倍未満とする設定にしてもよい。
【００９５】
また、燃料電池１０の判断手段６２および燃料電池１０Ａの判断手段６２Ａでは、衝撃負荷状態と判断する設定を、加速度検出手段６１で検出された加速度が重力加速度Ｇの３倍以上であるときとしたが、加速度を重力加速度Ｇの１．１倍〜１０倍の範囲内の任意の値倍以上とする設定にしてもよい。
【００９６】
さらに、燃料電池１０および燃料電池１０Ａは、セミパッシブ型のＤＭＦＣの例であるが、本発明に係る燃料電池は、空気極への空気の供給を強制的に行うポンプ等をさらに備えることにより、アクティブ型のＤＭＦＣに適用することもできる。
【００９７】
また、燃料電池１０および燃料電池１０Ａは燃料供給手段として燃料ポンプ５３および燃料遮断バルブ５４を備える構成であるが、本発明に係る燃料電池は燃料供給手段として燃料ポンプ５３のみを備える構成としてもよい。
【００９８】
＜電子機器＞
本発明に係る電子機器は、上記の本発明に係る燃料電池を内蔵するものである。電子機器としては、たとえば、携帯電話、パーソナルコンピュータ、携帯型音楽プレーヤー、携帯型テレビ、デジタルカメラ、ビデオカメラ等が挙げられる。本発明に係る燃料電池は付属装置が少なく小型化が可能なセミパッシブ型燃料電池であるため、これらの電子機器のうち、特に、携帯電話、携帯型音楽プレーヤー等の携帯用電子機器に有用である。
【００９９】
なお、本発明に係る燃料電池を構成する加速度検出手段は、燃料電池の筐体に加えられた加速度でなく、電子機器の筐体に加えられた加速度を検出する構成としてもよい。このような構成にすると、電子機器が床に落下して電子機器の筐体が破損したような場合の安全性の確保がより確実になる。
【０１００】
本発明に係る電子機器によれば、内蔵された本発明に係る燃料電池と同様の効果を有する。また、加速度検出手段が電子機器の筐体に加えられた加速度を検出する構成とした場合は、電子機器の破損状況等をより的確に判断することができるため、安全性の確保がより確実になる。
【実施例】
【０１０１】
以下に実施例を示すが、本発明はこれらに限定されて解釈されるものではない。
【０１０２】
（実施例１）
メタノールを燃料とし、遮断バルブを有しポンプにより燃料を供給する燃料電池に３軸（ｘ、ｙ、ｚ）の加速度センサを組み込んだ。
【０１０３】
発電中に燃料電池を７０ｃｍの高さから落下させたところ、加速度センサの検知した加速度が０になり、この状態が０．１秒以上継続した。
【０１０４】
燃料電池を落下させてから０．１秒後に、判断手段は燃料電池が自由落下している状態（自由落下状態）にあると判断した。
【０１０５】
この判断結果は直ちに保護制御手段に伝達され、燃料電池を落下させてから０．１秒後に、保護制御手段は判断手段での判断結果に基づき、燃料ポンプを停止させるとともに燃料供給管の途中に設けられた燃料遮断バルブを遮断して、発電を停止した。
【０１０６】
燃料電池を落下させてから０．３７秒後に、燃料電池は床に衝突し、この衝撃で発電セルが破壊された。しかし、バルブが遮断されているため燃料の外部への流出は認められなかった。
【０１０７】
（実施例２）
実施例１で用いた燃料電池を手に持ったまま振り下げたところ、加速度センサの検知した加速度が０になり、この状態が０．１秒以上継続した。
【０１０８】
燃料電池を振り下げてから０．１秒後に、判断手段は燃料電池が自由落下している状態（自由落下状態）にあると判断した。
【０１０９】
この判断結果は直ちに保護制御手段に伝達され、燃料電池を振り下げてから０．１秒後に、保護制御手段は判断手段での判断結果に基づき、燃料ポンプを停止させるとともに燃料供給管の途中に設けられた燃料遮断バルブを遮断して、発電を停止した。
【０１１０】
しかし、振り下げた燃料電池は手に持ったままであったため、燃料ポンプの停止および燃料遮断バルブの遮断から１秒以内、すなわち燃料電池を振り下げてから１．１秒以内に、加速度センサの検知した加速度が３Ｇ以上にならなかった。
【０１１１】
燃料電池を振り下げてから１．１５秒後に、判断手段は燃料電池が衝撃を受ける状態（衝撃負荷状態）にはないと判断した。
【０１１２】
この判断結果は直ちに保護制御手段に伝達され、燃料電池を振り下げてから１．１５秒後に、保護制御手段は判断手段での判断結果に基づき、燃料ポンプを起動させるとともに燃料供給管の途中に設けられた燃料遮断バルブを開放して、燃料収容部から燃料極への燃料の供給を再開した。
【０１１３】
（実施例３）
実施例１で用いた燃料電池を手に持ったまま壁にぶつけたところ、加速度センサは衝撃を検知した。加速度センサが検知した加速度は３Ｇ以上であった。
【０１１４】
燃料電池を壁にぶつけた直後に、判断手段は燃料電池が衝撃を受けた状態（衝撃負荷状態）にあると判断した。
【０１１５】
この判断結果は直ちに保護制御手段に伝達され、燃料電池を壁にぶつけてから０．０５秒後に、保護制御手段は判断手段での判断結果に基づき、燃料ポンプを停止させるとともに燃料供給管の途中に設けられた燃料遮断バルブを遮断して、燃料収容部から燃料極に燃料を送ることを停止した。
【０１１６】
発電セルは壁に衝突した衝撃で破壊されたが、衝突の直後にバルブが遮断されたため、燃料の外部への流出は０．１ｍｌ程度とわずかな量に抑えることができた。
【０１１７】
（実施例４）
実施例１で用いたものと同様の燃料電池を組み込んだ電子機器を燃料電池の発電中に１ｍの高さから落下させたところ、加速度センサの検知した加速度が０になり、この状態が０．１秒以上継続した。
【０１１８】
燃料電池を振り下げてから０．１秒後に、判断手段は燃料電池が自由落下している状態（自由落下状態）にあると判断した。
【０１１９】
この判断結果は直ちに保護制御手段に伝達され、燃料電池を振り下げてから０．１秒後に、保護制御手段は判断手段での判断結果に基づき、燃料ポンプを停止させるとともに燃料供給管の途中に設けられた燃料遮断バルブを遮断して、発電を停止した。
【０１２０】
電子機器を落下させてから０．４５秒後に、電子機器は床に衝突し、この衝撃で電子機器および発電セルが破壊された。しかし、発電停止により機器の発火や爆発が抑えられるとともに、バルブが遮断されているため燃料の外部への流出は認められなかった。
【図面の簡単な説明】
【０１２１】
【図１】本発明に係る燃料電池の第１および第２の実施形態の一部を断面で示すブロック図。
【図２】燃料分配機構を示す斜視図。
【図３】本発明に係る燃料電池の第１の実施形態の作用を示すフローチャート。
【図４】本発明に係る燃料電池の第２の実施形態の作用を示すフローチャート。
【符号の説明】
【０１２２】
１０  燃料電池
２０  燃料電池セル（膜電極接合体、ＭＥＡ）
２１  アノード（燃料極）
２２  カソード（空気極）
２３  電解質膜
２５  アノード触媒層
２６  アノードガス拡散層
２７  カソード触媒層
２８  カソードガス拡散層
３０  燃料分配機構
３１、３１Ａ  燃料分配板
３２  燃料注入口
３３  空隙部
３４  燃料排出口
４０  カバープレート
４１  Ｏリング
４５  アノード空間
４６  カソード空間
５１  燃料供給管
５２  燃料収容部
５３  ポンプ（燃料ポンプ）
５４  燃料遮断バルブ
６１  加速度検出手段
６２  判断手段
６３  保護制御手段
【図１】
2009295476.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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