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KR20100125468A - 연료 전지 시스템 및 전자 기기 - Google Patents

연료 전지 시스템 및 전자 기기 Download PDF

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KR20100125468A
KR20100125468A KR1020107024199A KR20107024199A KR20100125468A KR 20100125468 A KR20100125468 A KR 20100125468A KR 1020107024199 A KR1020107024199 A KR 1020107024199A KR 20107024199 A KR20107024199 A KR 20107024199A KR 20100125468 A KR20100125468 A KR 20100125468A
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KR
South Korea
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temperature
fuel
control
fuel cell
unit
Prior art date
Application number
KR1020107024199A
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English (en)
Inventor
유우이찌 사또
다이스께 와따나베
겐따 오오미찌
Original Assignee
가부시끼가이샤 도시바
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Publication date
Application filed by 가부시끼가이샤 도시바 filed Critical 가부시끼가이샤 도시바
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Abstract

연료 전지 시스템에 있어서는, 미리 제어 온도 설정 테이블(901)이 준비되고, 기기가 사용되는 주위 온도에 따라서 제어 온도 설정 테이블(901)이 참조되어 제어 온도가 설정된다. 이 제어 온도와 온도 센서(106)의 출력이 비교되고, 온도 센서(106)의 출력이 상승하여, 이 출력이 제어 온도를 상회하면, 온도 제어 신호 발생부(702)에 의해 펌프 온 신호가 강제적으로 정지된다. 그리고, 펌프 오프 신호가 출력되어, 연료 전지 발전부(101)에의 연료의 공급량이 제어된다.

Description

연료 전지 시스템 및 전자 기기 {FUEL CELL SYSTEM AND ELECTRONIC DEVICE}
본 발명은 연료 전지 시스템 및 이 연료 전지 시스템을 전원으로서 사용한 전자 기기에 관한 것이다.
휴대 전화기 및 휴대 정보 단말기 등의 전자 기기의 소형화는 눈부시며, 이들 전자 기기의 소형화와 함께, 전원으로서 연료 전지를 사용하는 것이 시도되고 있다. 연료 전지는, 연료와 공기를 공급하는 것만으로 발전할 수 있고, 연료만을 교환하면 연속해서 발전할 수 있다고 하는 이점을 갖고 있다. 따라서, 연료 전지의 소형화를 실현할 수 있으면, 소형의 전자 기기의 전원으로서 유용하게 된다.
따라서, 최근, 연료 전지로서, 직접 메탄올형 연료 전지(이하, DMFC; Direct Methanol Fuel Cell이라고 칭함)가 주목받고 있다. 이러한 DMFC는, 액체 연료의 공급 방식에 의해 분류되며, 기체 연료를 공급하는 기체 공급형 및 액체 연료를 공급하는 액체 공급형 등의 액티브 방식의 연료 전지와, 연료 수용부 내의 액체 연료를 전지 내부에서 기화시켜 연료극에 공급하는 내부 기화형 등의 패시브 방식의 연료 전지가 있다. 이들 연료 전지 중, 패시브 방식의 것은 DMFC의 소형화에 대하여 특히 유리하다.
종래, 이러한 패시브 방식의 DMFC로서, 특허문헌 1에 개시된 바와 같이 연료극, 전해질막 및 공기극을 갖는 막 전극 접합체(연료 전지 셀)를, 수지제의 상자 형상 용기로 이루어지는 연료 수용부 상에 배치한 구조의 것이 제안되어 있다.
또한, DMFC의 연료 전지 셀과 연료 수용부를 유로를 통하여 접속하는 구성의 것도 특허문헌 2 내지 4에 개시되어 있다. 이들 특허문헌 2 내지 4는, 연료 수용부로부터 공급된 액체 연료를 연료 전지 셀에 유로를 통하여 공급함으로써, 유로의 형상이나 직경 등에 기초하여 액체 연료의 공급량을 조정 가능하게 하고 있다. 특히, 특허문헌 3에서는, 연료 수용부로부터 유로에 펌프에 의해 액체 연료를 공급하여 액체 연료의 공급량을 조정 가능하게 하고 있다. 또한, 이 특허문헌 3에는, 펌프 대신에 유로에 전기 침투류를 형성하는 전계 형성부를 사용하는 것도 기재되어 있다. 또한 특허문헌 4에는 전기 침투류 펌프를 사용하여 액체 연료 등을 공급하는 것도 기재되어 있다.
국제 공개 제2005/112172호 팜플렛 일본 특허 공표 제2005-518646호 공보 일본 특허 공개 제2006-085952호 공보 미국 특허 공개 제2006/0029851호 공보
그런데, 이러한 DMFC를 주 발전부로 한 연료 전지 시스템에서는, 안정된 발전 출력을 확보하기 위해서는, DMFC 내부의 발열부의 발열에 의한 온도가 미리 설정된 기준 온도가 되도록 제어를 행할 필요가 있다. 발열부의 온도는, 연료 전지 시스템 주위의 온도에도 영향을 받기 쉬워, 실제의 발열부의 온도는, 연료 전지 시스템의 주위 온도에 DMFC에서의 발전에 의한 온도 상승분을 더한 것이 된다.
예를 들어, 발열부의 기준 온도를 45℃로 한 경우, 연료 전지 시스템의 주위 온도의 영향에 의해 발열부가 60℃까지 상승하였다고 하면, 발열부의 온도를 기준 온도로 하기 위한 제어는, 온 타이머와 오프 타이머의 동작 시간을 변경하여 발전부에의 연료 공급량을 조정하면서 큰 온도 폭에서 발열부의 온도를 제어하여, 기준 온도에 근접하도록 하고 있다. 그러나, 이러한 제어는, 60℃ 이상의 고온 영역에서 실시되는 경우가 있어, 최고 온도측은 상당한 고온 상태가 된다. 이것이 원인으로, 연료 전지 시스템을 조립한 전자 기기 등에 악영향을 미칠 우려가 있다. 한편, 연료 전지 시스템의 주위 온도의 영향에 의해 발열부가 기준 온도보다 대폭 저하한 경우, 이번에는 45℃ 이하에서, 큰 온도 폭에서 발열부의 온도가 제어되기 때문에, 최저 온도측에서, 상당한 저온 상태가 되어 발전부에서의 발전 능력이 저하하고, 발열부의 온도를 더 저하시킬 우려가 있다. 그 결과, DMFC의 출력 및 발전 효율이 극단적으로 저하될 우려가 있다.
본 발명의 목적은, 주위 온도의 변동에 대하여 적정한 연료를 공급하여 항상 안정된 발전 출력을 얻을 수 있는 연료 전지 시스템 및 전자 기기를 제공하는 데에 있다.
제1 발명에 따르면,
연료에 의해 전력을 발전하는 발전부를 갖는 연료 전지 본체와,
주위 온도를 검출하는 제1 온도 검출부와,
상기 연료 전지 본체의 발전부의 온도를 검출하는 제2 온도 검출부와,
상기 주위 온도가 속하는 복수의 상이한 온도 영역과,
이들 온도 영역에 대응하는 제어 온도를 기억한 기억부와,
상기 제1 온도 검출부로부터 검출되는 주위 온도에 기초하여 상기 기억부로부터 대응하는 온도 영역을 판정함과 함께, 상기 판정한 온도 영역에 대응하는 제어 온도를 설정하는 제어 온도 설정부와,
상기 제어 온도 설정부에 의해 설정된 제어 온도와 상기 제2 온도 검출부의 검출 출력의 비교 결과에 따라서 상기 발전부에의 연료의 공급량을 제어하는 제어부를 구비한 연료 전지 시스템이 제공된다.
제2 발명에 따르면,
제1 발명에 관한 연료 전지 시스템에 있어서,
상기 연료 전지 본체는, 상기 발전부에 연료를 공급하는 연료 이송 제어부를 갖고,
상기 제어부는, 제어 온도 설정부에 의해 설정된 제어 온도와 상기 제2 온도 검출부의 검출 출력의 비교 결과에 따라서 상기 연료 이송 제어부의 동작 시간을 결정하는 온 신호의 발생 시간 또는 상기 연료 이송 제어부의 정지 시간을 결정하는 오프 신호의 발생 시간을 제어하고 있는 연료 전지 시스템이 제공된다.
제3 발명에 따르면, 제1 발명에 관한 연료 전지 시스템에 있어서,
상기 연료 전지 본체는, 상기 발전부에 연료를 공급하는 연료 이송 제어부를 갖고,
상기 제어 온도 설정부는, 상기 판정된 온도 영역에 대응하여 설정되는 제어 온도와 함께, 또한 임계값 온도를 설정하고, 상기 제어부는, 상기 제어 온도 설정부에 의해 설정된 임계값 온도 및 제어 온도와, 상기 제2 온도 검출부의 검출 출력과의 각각의 비교 결과에 따라서 상기 연료 이송 제어부의 동작 시간을 결정하는 온 신호의 발생 시간 및 상기 연료 이송 제어부의 정지 시간을 결정하는 오프 신호의 발생 시간을 제어하고 있는 연료 전지 시스템이 제공된다.
제4 발명에 따르면,
연료에 의해 전력을 발전하는 발전부를 가짐과 함께, 상기 발전부에 연료를 공급하는 연료 이송 제어부를 갖는 연료 전지 본체와,
주위 온도를 검출하는 제1 온도 검출부와,
상기 연료 전지 본체의 발전부의 온도를 검출하는 제2 온도 검출부와,
상기 주위 온도가 속하는 복수의 상이한 온도 영역과,
이들 온도 영역에 대응하는 제어 온도를 기억한 기억부와,
상기 온도 검출부로부터 검출되는 주위 온도에 기초하여 상기 기억부로부터 대응하는 온도 영역을 판정함과 함께, 상기 판정한 온도 영역에 대응하는 제어 온도를 설정하는 제어 온도 설정부와,
상기 제어 온도 설정부에 의해 설정된 제어 온도와 상기 제2 온도 검출부의 검출 출력의 비교 결과에 따라서 상기 연료 이송 제어부의 구동 전압을 가변 제어하는 제어부를 구비하는 연료 전지 시스템이 제공된다.
제5 발명에 따르면, 제1 내지 제4 중 어느 하나의 발명에 관한 연료 전지 시스템을 전원으로서 사용한 전자 기기가 제공된다.
본 발명에 따르면, 주위 온도의 변동에 대하여 적정한 연료를 공급할 수 있고, 항상 안정된 발전 출력을 얻을 수 있는 연료 전지 시스템 및 전자 기기를 제공할 수 있다.
도 1은, 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 연료 전지 시스템의 구성을 개략적으로 도시하는 블록도.
도 2는, 도 1에 도시하는 연료 전지 본체의 구조를 개략적으로 확대하여 도시하는 단면도.
도 3은, 도 2에 도시하는 연료 전지 본체에 사용되는 연료 분배 기구를 개략적으로 도시하는 사시도.
도 4는, 도 1에 도시되는 기억부에 기억되는 제1 실시예에 관한 제어 온도 설정 테이블의 내용을 나타내는 표.
도 5의 (a) 및 (b)는, 도 4에 나타내는 제어 온도 설정 테이블에 기초하는 도 1에 도시되는 연료 전지 시스템에서의 동작을 설명하기 위한 파형도.
도 6은, 도 1에 도시되는 기억부에 기억되는 제2 실시예에 관한 제어 온도 설정 테이블의 내용을 나타내는 표.
도 7의 (a) 및 (b)는, 도 6에 나타내는 제어 온도 설정 테이블에 기초하는 도 1에 도시되는 연료 전지 시스템에서의 동작을 설명하기 위한 파형도.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시 형태에 관한 연료 전지 시스템을 설명한다.
(제1 실시 형태)
도 1은, 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 연료 전지 시스템의 개략 구성을 도시하고 있다.
도 1에 있어서, 도면 부호 1은 연료 전지 본체(DMFC)이며, 이 연료 전지 본체(1)는, 기전부를 구성하는 연료 전지 발전부(셀)(101), 액체 연료를 수용하는 연료 수용부(102), 연료 수용부(102)와 연료 전지 발전부(셀)(101)를 접속하는 유로(103) 및 연료 수용부(102)로부터 연료 전지 발전부(셀)(101)에 액체 연료를 이송하기 위한 연료 공급 제어부로서의 펌프(104)를 갖고 있다.
도 2는, 이러한 연료 전지 본체(1)를 더욱 상세하게 설명하기 위한 단면도이다.
도 2에 도시한 바와 같이, 연료 전지 발전부(101)는, 애노드 촉매층(11)과 애노드 가스 확산층(12)을 갖는 애노드(연료극)(13)와, 캐소드 촉매층(14)과 캐소드 가스 확산층(15)을 갖는 캐소드(공기극/산화제극)(16)와, 애노드 촉매층(11)과 캐소드 촉매층(14) 사이에 끼움 지지된 프로톤(수소 이온) 전도성의 전해질막(17)으로 구성되는 막 전극 접합체(MEA: Membrane Electrode Assembly)를 갖고 있다.
여기서, 애노드 촉매층(11)이나 캐소드 촉매층(14)에 함유되는 촉매로서는, 예를 들어 Pt, Ru, Rh, Ir, Os, Pd 등의 백금족 원소의 단체, 백금족 원소를 함유하는 합금 등을 들 수 있다. 애노드 촉매층(11)에는 메탄올이나 일산화탄소 등에 대하여 강한 내성을 갖는 Pt-Ru나 Pt-Mo 등을 사용하는 것이 바람직하다. 캐소드 촉매층(14)에는 Pt나 Pt-Ni 등을 사용하는 것이 바람직하다. 단, 촉매는 이것들에 한정되는 것이 아니며, 촉매 활성을 갖는 각종 물질을 사용할 수 있다. 촉매는 탄소 재료와 같은 도전성 담지체를 사용한 담지 촉매, 혹은 무담지 촉매 중 어느 것이어도 된다.
전해질막(17)을 구성하는 프로톤 전도성 재료로서는, 예를 들어 술폰산기를 갖는 퍼플루오로술폰산 중합체와 같은 불소계 수지(나피온(상품명, 듀퐁사제)이나 플레미온(상품명, 아사히 글래스사제) 등), 술폰산기를 갖는 탄화수소계 수지 등의 유기계 재료, 혹은 텅스텐산이나 인텅스텐산 등의 무기계 재료를 들 수 있다. 단, 프로톤 전도성의 전해질막(17)은 이것들에 한정되는 것이 아니다.
애노드 촉매층(11)에 적층되는 애노드 가스 확산층(12)은, 애노드 촉매층(11)에 연료를 균일하게 공급하는 역할을 함과 동시에, 애노드 촉매층(11)의 집전체도 겸하고 있다. 캐소드 촉매층(14)에 적층되는 캐소드 가스 확산층(15)은, 캐소드 촉매층(14)에 산화제를 균일하게 공급하는 역할을 함과 동시에, 캐소드 촉매층(14)의 집전체도 겸하고 있다. 애노드 가스 확산층(12) 및 캐소드 가스 확산층(15)은, 다공질 기재로 구성되어 있다.
애노드 가스 확산층(12)이나 캐소드 가스 확산층(15)에는, 필요에 따라 도전층이 적층된다. 이들 도전층으로서는, 예를 들어 Au, Ni와 같은 도전성 금속 재료로 이루어지는 다공질층(예를 들어, 메쉬), 다공질막, 박체 혹은 스테인리스강(SUS) 등의 도전성 금속 재료에 금 등의 도전성이 양호한 금속을 피복한 복합재 등이 사용된다. 전해질막(17)과 후술하는 연료 분배 기구(105) 및 커버 플레이트(18)와의 사이에는, 각각 고무제의 O링(19)이 개재되어 있다. 이 O링(19)에 의해 연료 전지 발전부(101)로부터의 연료 누설이나 산화제 누설이 방지된다.
커버 플레이트(18)는, 산화제인 공기를 도입하기 위한 개구(도시하지 않음)를 갖고 있다. 커버 플레이트(18)와 캐소드(16)의 사이에는, 필요에 따라 보습층이나 표면층이 배치된다. 보습층은, 캐소드 촉매층(14)에서 생성된 물의 일부가 함침되어, 물의 증산을 억제함과 함께, 캐소드 촉매층(14)에의 공기의 균일 확산을 촉진하는 것이다. 표면층은, 공기의 도입량을 조정하는 것이며, 공기의 도입량에 따라서 개수나 크기 등이 조정된 복수의 공기 도입구를 갖고 있다.
연료 전지 발전부(101)의 애노드(연료극)(13)측에는, 연료 분배 기구(105)가 배치되어 있다. 연료 분배 기구(105)에는 배관과 같은 액체 연료의 유로(103)를 통하여 연료 수용부(102)가 접속되어 있다.
연료 수용부(102)에는, 연료 전지 발전부(101)에 대응한 액체 연료가 수용되어 있다. 액체 연료로서는, 각종 농도의 메탄올 수용액이나 순메탄올 등의 메탄올 연료를 들 수 있다. 액체 연료는 반드시 메탄올 연료에 한정되는 것이 아니다. 액체 연료는, 예를 들어 에탄올 수용액이나 순에탄올 등의 에탄올 연료, 프로판올 수용액이나 순프로판올 등의 프로판올 연료, 글리콜 수용액이나 순글리콜 등의 글리콜 연료, 디메틸에테르, 포름산, 그 밖의 액체 연료이어도 된다. 어떻든, 연료 수용부(102)에는 연료 전지 발전부(101)에 따른 액체 연료가 수용된다.
연료 분배 기구(105)에는 연료 수용부(102)로부터 유로(103)를 통하여 연료가 도입된다. 유로(103)는, 연료 분배 기구(105)나 연료 수용부(102)와 독립된 배관에 한정되는 것이 아니다. 예를 들어, 연료 분배 기구(105)와 연료 수용부(102)를 적층하여 일체화하는 구조에 있어서는, 이것들을 연결하는 연료의 유로이어도 된다. 연료 분배 기구(105)는, 유로(103)를 통하여 연료 수용부(102)와 접속되어 있으면 된다.
여기서, 연료 분배 기구(105)는, 도 3에 도시한 바와 같이 연료가 유로(103)를 통하여 유입되는 적어도 1개의 연료 주입구(21)와, 연료나 그 기화 성분을 배출하는 복수개의 연료 배출구(22)를 갖는 연료 분배판(23)을 구비하고 있다. 연료 분배판(23)의 내부에는, 도 2에 도시한 바와 같이 연료 주입구(21)로부터 유도된 연료의 통로가 되는 공극부(24)가 설치되어 있다. 복수의 연료 배출구(22)는, 연료 통로로서 기능하는 공극부(24)에 각각 직접 접속되어 있다.
연료 주입구(21)로부터 연료 분배 기구(105)에 도입된 연료는, 공극부(24)에 들어가고, 이 연료 통로로서 기능하는 공극부(24)를 통하여 복수의 연료 배출구(22)로 각각 유도된다. 복수의 연료 배출구(22)에는, 예를 들어 연료의 기화 성분만을 투과하고, 액체 성분은 투과시키지 않는 기액 분리체(도시하지 않음)를 배치하여도 된다. 이에 의해, 연료 전지 발전부(101)의 애노드(연료극)(13)에는 연료의 기화 성분이 공급된다. 또한, 기액 분리체는 연료 분배 기구(105)와 애노드(13)의 사이에 기액 분리막 등으로서 설치하여도 된다. 연료의 기화 성분은 복수의 연료 배출구(22)로부터 애노드(13)의 복수 개소를 향하여 배출된다.
연료 배출구(22)는, 연료 전지 발전부(101)의 전체에 연료를 공급하는 것이 가능하도록, 연료 분배판(23)의 애노드(13)와 접하는 면에 복수 형성되어 있다. 연료 배출구(22)의 개수는 2개 이상이면 되지만, 연료 전지 발전부(101)의 면내에서의 연료 공급량을 균일화하는 측면에서, 0.1 내지 10개/cm2의 연료 배출구(22)가 존재하도록 형성하는 것이 바람직하다.
연료 분배 기구(105)와 연료 수용부(102)의 사이를 접속하는 유로(103)에는, 연료 이송 제어부로서의 펌프(104)가 삽입되어 있다. 이 펌프(104)는, 연료가 순환되는 순환 펌프가 아니라, 어디까지나 연료 수용부(102)로부터 연료 분배 기구(105)에 연료를 이송하는 연료 공급 펌프이다. 이러한 펌프(104)에 의해 필요시에 연료를 송액함으로써, 연료 공급량의 제어성을 높일 수 있다. 이 펌프(104)로서는, 소량의 연료를 제어성 좋게 송액할 수 있고, 또한 소형 경량화가 가능하다고 하는 관점에서, 로터리 베인 펌프, 전기 침투류 펌프, 다이어프램 펌프, 스퀴즈 펌프 등을 사용하는 것이 바람직하다. 로터리 베인 펌프는 모터로 날개를 회전시켜 송액하는 것이다. 전기 침투류 펌프는, 전기 침투류 현상을 일으키는 실리카 등의 소결 다공체를 사용한 것이다. 다이어프램 펌프는, 전자석이나 압전 세라믹스에 의해 다이어프램을 구동하여 송액하는 것이다. 스퀴즈 펌프는, 유연성을 갖는 연료 유로의 일부를 압박하여, 연료를 가압 이송하는 것이다. 이들 중, 구동 전력이나 크기 등의 관점에서, 전기 침투류 펌프나 압전 세라믹스를 갖는 다이어프램 펌프를 사용하는 것이 보다 바람직하다.
또한, 펌프(104)에는, 후술하는 연료 공급 제어 회로(5)가 접속되어, 펌프(104)의 구동이 제어된다. 이 점에 대해서는 후술한다.
이러한 구성에 있어서, 연료 수용부(102)에 수용된 연료는, 펌프(104)에 의해 유로(103)로 이송되어, 연료 분배 기구(105)에 공급된다. 그리고, 연료 분배 기구(105)로부터 방출된 연료는, 연료 전지 발전부(101)의 애노드(연료극)(13)에 공급된다. 연료 전지 발전부(101) 내에 있어서, 연료는 애노드 가스 확산층(12)을 확산하여 애노드 촉매층(11)에 공급된다. 연료로서 메탄올 연료를 사용한 경우, 애노드 촉매층(11)에서 하기 식 (1)에 나타내는 메탄올의 내부 개질 반응이 발생한다. 또한, 메탄올 연료로서 순메탄올을 사용한 경우에는, 캐소드 촉매층(14)에서 생성된 물이나 전해질막(17) 중의 물을 메탄올과 반응시켜 식 (1)의 내부 개질 반응을 일으키게 한다. 혹은, 물을 필요로 하지 않는 다른 반응 기구에 의해 내부 개질 반응을 발생시킨다.
CH3OH + H2O → CO2 + 6H+ + 6e- … (1)
이 반응에서 생성된 전자(e-)는 집전체를 경유하여 외부로 유도되어, 소위 출력으로서 부하측에 공급된 후, 캐소드(공기극)(16)에 유도된다. 또한, 식 (1)의 내부 개질 반응에서 생성된 프로톤(H+)은 전해질막(17)을 거쳐 캐소드(16)에 유도된다. 캐소드(16)에는 산화제로서 공기가 공급된다. 캐소드(16)에 도달한 전자(e-)와 프로톤(H+)은, 캐소드 촉매층(14)에서 공기 중의 산소와 하기 식 (2)에 따라서 반응하고, 이 반응에 따라 물이 생성된다.
6e- + 6H+ + (3/2)O2 → 3H2O … (2)
도 1에 도시된 바와 같이, 이와 같이 구성된 연료 전지 본체(1)는, 연료 전지 발전부(셀)(101)에 제2 온도 검출부로서의 온도 센서(106)가 설치되어 있다. 이 온도 센서(106)는, 연료 전지 발전부(셀)(101)의 발열부의 온도를 검출하는 것으로, 예를 들어 서미스터나 열전대로 이루어지고, 도 2에 도시하는 연료 전지 발전부(셀)(101)의 캐소드(공기극)(16)에 배치되어 있다. 또한, 온도 센서(106)는, 발열 온도에 대응하는 검출 신호를 제어부(7)에 출력한다.
또한, 연료 전지 본체(1)의 주위, 예를 들어 시스템을 수납하는 케이스(6)에는, 제1 온도 검출부로서 온도 센서(8)가 설치되어 있다. 이 온도 센서(8)는, 케이스(6) 주위의 온도를 검출하는 것으로, 이 주위 온도에 대응하는 검출 신호를 제어부(7)에 출력한다. 이 주위 온도의 검출 출력은, 실측값인 경우와, 예를 들어 케이스(6)의 주위 온도를 직접 검출할 수 없는 경우에는, 예를 들어 연료 전지 본체(1)의 주위 온도의 실측값으로부터 주위 온도를 추정한 추정값인 경우도 포함된다. 제어부(7)에 대해서는, 나중에 상세하게 설명한다.
연료 전지 본체(1)에는, 출력 조정부로서 DC-DC 컨버터(전압 조정 회로)(2)가 접속되어 있다. 이 DC-DC 컨버터(2)는, 스위칭 요소와 에너지 축적 요소(모두 도시하지 않음)를 갖고 있다. 이들 스위칭 요소와 에너지 축적 요소에 의해 연료 전지 본체(1)에서 발전된 전기 에너지를 축적/방출시키고, 연료 전지 본체(1)로부터의 비교적 낮은 출력 전압을 충분한 전압까지 승압하여 생성되는 출력을 발생시킨다. 이 DC-DC 컨버터(2)의 출력은, 보조 전원(4)에 공급된다.
또한, 여기에서는 표준적인 승압형의 DC-DC 컨버터(2)를 나타내었지만, 승압 동작이 가능한 것이면, 다른 회로 방식의 것이라도 실시 가능하다.
DC-DC 컨버터(2)의 출력 단부에는, 보조 전원(4)이 접속되어 있다. 이 보조 전원(4)은, DC-DC 컨버터(2)의 출력에 의해 충전 가능하게 한 것으로, 전자 기기 본체(3)의 순간적인 부하 변동에 대하여 전류를 공급하고, 또한 연료 고갈 상태가 되어 연료 전지 본체(1)가 발전 불능에 빠진 경우에 전자 기기 본체(3)의 구동 전원으로서 사용된다. 이 보조 전원(4)에는, 충방전 가능한 이차 전지(예를 들어 리튬 이온 충전지(LIB)나 전기 이중층 콘덴서)가 사용된다.
보조 전원(4)에는 연료 공급 제어 회로(5)가 접속되어 있다. 이 연료 공급 제어 회로(5)는, 보조 전원(4)을 전원으로서 펌프(104)의 동작을 제어하는 것으로, 제어부(7)의 지시에 기초하여 펌프(104)를 온/오프 제어한다.
연료 공급 제어 회로(5)에는 제어부(7)가 접속되어 있다.
제어부(7)는, 시스템 전체를 제어하는 것으로, 기억부(9)가 접속되어 있다. 기억부(9)는 제어 온도 설정 테이블(901)을 갖고 있다. 제어 온도 설정 테이블(901)은, 도 4에 나타낸 바와 같이 주위 온도가 속하는 온도 영역(901a) 및 온도 영역(901a)에 대한 제어 온도(동작 온도)(901b)를 기억하고 있다. 도 4에 나타내어진 바와 같이, 온도 영역(901a)의 각 온도 영역의 설정 기준은, 예를 들어 중온 영역을 25℃로 하고, 이 중온 영역에 대하여 저온 영역과 고온 영역을 설정하고, 또한 중온 영역과 저온 영역의 사이에 중저온 영역, 중온 영역과 고온 영역의 사이에 중고온 영역을 설정하고 있다. 또한, 이들 저온 영역, 중저온 영역, 중온 영역, 중고온 영역 및 고온 영역에 대응하는 제어 온도(901b)의 설정은, 저온 영역에 대응하는 제어 온도를 저온 영역의 주위 온도+15℃, 중저온 영역에 대한 제어 온도를 중저온 영역의 주위 온도+20℃, 중온 영역에 대응하는 제어 온도를 중온 영역의 주위 온도+25℃, 중고온 영역에 대한 제어 온도를 중고온 영역의 주위 온도+15℃, 고온 영역에 대응하는 제어 온도를 고온 영역의 주위 온도+10℃로 하고 있다. 여기서, 중온 영역의 주위 온도에 대하여 가산되는 값이 가장 크고, 저온 영역 및 고온 영역의 주위 온도에 대하여 가산되는 값이 작게 되어 있는 것은, 저온 영역에서는, 제어 온도를 필요 이상 높이면 연료가 공급 과잉이 되어, 크로스오버 등의 현상이 발생하기 때문이며, 또한 고온 영역에서는, 제어 온도를 필요 이상 높이면 연료가 공급 과잉이 되어, 발열부의 온도가 지나치게 상승하기 때문이다.
또한, 저온 영역, 중저온 영역, 중온 영역, 중고온 영역 및 고온 영역에 대하여 설정되는 제어 온도는 일례이며, 연료 전지 본체의 용량이나 특성 등에 의해 임의로 설정된다. 또한, 주위 온도의 판정 영역을 저온 영역, 중저온 영역, 중온 영역, 중고온 영역 및 고온 영역의 5개의 영역의 경우에 대하여 설명하고 있지만, 예를 들어 저온 영역, 중온 영역 및 고온 영역의 3개의 대략적인 영역으로 하거나, 또한 미세하게 나누어 많은 온도 영역을 설정할 수도 있다.
제어부(7)는, 제어 온도 설정부(701), 온도 제어 신호 발생부(702)를 갖고 있다. 제어 온도 설정부(701)는, 온도 센서(8)에서 검출되는 주위 온도, 즉 케이스(6) 주위의 온도에 기초하여 도 4에 나타내는 제어 온도 설정 테이블(901)을 참조하여 저온 영역, 중저온 영역, 중온 영역, 중고온 영역 및 고온 영역 중 어느 하나의 온도 영역을 판정하고, 이 판정된 온도 영역에 대응시켜 제어 온도를 설정한다. 온도 제어 신호 발생부(702)는, 연료 전지 발전부(101)에의 연료 공급을 제어하기 위하여 펌프(104)의 동작 시간을 결정하는 펌프 온 신호와 펌프(104)의 정지 시간을 결정하는 펌프 오프 신호를 출력함과 함께, 온도 센서(106)의 출력과 제어 온도 설정부(701)에서 설정된 제어 온도를 비교하고, 온도 센서(106)의 출력이 상승하여, 이 출력이 제어 온도를 상회하면, 이 타이밍에서 펌프 온 신호를 강제적으로 정지하여(펌프 온 신호의 발생 시간을 제한하여) 펌프 오프 신호를 출력하고, 그 후, 펌프 오프 신호에 대하여 설정된 펌프 정지 시간을 경과하면 다시 펌프 온 신호를 출력하도록 되어 있다.
이어서, 이와 같이 구성된 실시 형태의 작용을 설명한다.
이제, 주위 온도로서 케이스(6) 주위의 온도가 온도 센서(8)에서 검출되면, 제어부(7)는, 제어 온도 설정부(701)에 의해 온도 센서(8)의 출력에 기초하여 도 4에 나타내는 제어 온도 설정 테이블(901)을 참조하여, 온도 영역을 판정한다. 이 경우의 주위 온도가 25℃인 것으로 하면, 중온 영역이라고 판단되며, 이 중온 영역에 대응하는 주위 온도+25℃가 제어 온도 T11로서 설정된다. 이에 의해, 이제, 도 5의 기간 A에 있어서 도 5의 (a)에 나타낸 바와 같이 온도 센서(106)의 출력(발열부의 발열 온도) T12가 제어 온도 T11을 하회하고 있는 기간에서는, 도 5의 (b)에 나타낸 바와 같이 온도 제어 신호 발생부(702)로부터 펌프 온 신호와 펌프 오프 신호가 교대로 출력된다. 펌프 온 신호 기간에서는, 펌프 온 신호에 의해 결정되는 동작 시간의 범위에서 연료 공급 제어 회로(5)에 의해 펌프(104)가 구동되고, 유로(103)를 통하여 연료 전지 발전부(101)에 연료가 공급된다. 또한, 펌프 오프 신호 기간에서는, 펌프 오프 신호에 의해 결정되는 펌프의 정지 시간만큼 연료 공급 제어 회로(5)에 의한 펌프(104)의 구동이 정지되고, 연료 전지 발전부(101)에의 연료 공급이 정지된다. 이 상태에서, 연료 전지 발전부(셀)(101)의 발열부의 온도가 상승하고, 온도 센서(106)의 출력 T12가 증가하는 경우, 연료 전지 발전부(셀)(101)의 발열부의 온도 상승에 의해 온도 센서(106)의 출력 T12가 제어 온도 T11에 도달하면(도시한 a점 참조), 이 타이밍에서 온도 제어 신호 발생부(702)로부터 펌프 오프 신호가 출력(펌프 온 신호가 강제적으로 정지)되고, 연료 공급 제어 회로(5)에 의한 펌프(104)의 구동이 정지되어, 연료 전지 발전부(101)에의 연료 공급이 강제적으로 정지된다. 이 경우, 기간 B에 나타낸 바와 같이 연료 전지 발전부(셀)(101)는, 잔류 연료에 의해 연료 공급이 정지된 후에도 발전을 계속하고, 발열부의 온도는 상승을 계속하지만, 그 후, 강하로 변하여 온도 센서(106)의 출력 T12가 저하해 간다. 이 상태에서, 온도 제어 신호 발생부(702)는, 펌프 오프 신호에 대하여 설정된 펌프 정지 시간을 경과하면 다시 펌프 온 신호를 출력한다. 또는, 이 후에는 기간 A에 나타내는 신호와 마찬가지로 펌프 온 신호와 펌프 오프 신호가 교대로 출력되어도 된다. 이에 의해, 연료 공급 제어 회로(5)에 의해 펌프(104)가 구동되고, 유로(103)를 통하여 연료 전지 발전부(101)에 연료가 공급되므로, 연료 전지 발전부(셀)(101)의 발열부의 온도는, 다시 상승으로 변하여 제어 온도 T11을 향하고, 그 후, 온도 센서(106)의 출력 T12가 다시 제어 온도 T11에 도달하면(도시한 b점 참조), 이 타이밍에서 온도 제어 신호 발생부(702)로부터 펌프 오프 신호가 출력(펌프 온 신호가 강제적으로 정지)된다(기간 C 참조). 이하 마찬가지의 동작을 반복함으로써, 연료 전지 발전부(셀)(101)의 발열부의 온도는, 제어 온도 T11로 제어된다.
이와 같이 하여, 연료 전지 발전부(101)는, 제어 온도 설정부(701)에서 설정된 제어 온도(동작 온도)로 제어되고, 발전 출력을 발생시킨다. 연료 전지 발전부(101)의 발전 출력은, DC-DC 컨버터(2)에 의해 승압되어, 전자 기기 본체(3)에 공급된다. 동시에, 보조 전원(4)은 DC-DC 컨버터(2)의 출력에 의해 충전된다. 또한, 전자 기기 본체(3)는, DC-DC 컨버터(2)로부터 공급되는 전력을 전원으로 하여 동작된다.
상술에서는, 중온 영역에 대응하는 주위 온도+25℃를 제어 온도로서 설정한 경우를 설명하였지만, 이 밖의 저온 영역, 중저온 영역, 중고온 영역 및 고온 영역의 각 온도 영역에 대해서도, 도 4에 나타내는 제어 온도 설정 테이블(901)을 참조하여 설정되는 제어 온도에 기초하여 마찬가지로 하여 제어가 행하여진다.
따라서, 이와 같이 하면, 미리 제어 온도 설정 테이블(901)을 준비하고, 기기가 사용되는 주위 온도에 따라서 제어 온도 설정 테이블(901)을 참조하여 제어 온도를 설정하고, 이 제어 온도와 온도 센서(106)의 출력을 비교하고, 온도 센서(106)의 출력이 상승하여, 이 출력이 제어 온도를 상회하면, 온도 제어 신호 발생부(702)에 의해 펌프 온 신호를 강제적으로 정지하여(펌프 온 신호의 발생 시간을 제한하여) 펌프 오프 신호를 출력하고, 연료 전지 발전부(101)에의 연료의 공급량을 제어하도록 하고 있다. 이에 의해, 주위 온도가 어떠한 경우라도, 이 때의 주위 온도에 따라서 설정되는 제어 온도에 기초하여 연료 전지 발전부(101)에서의 발열부의 온도가 제어되게 되므로, 특히, 주위 온도가 고온 영역에 있는 경우, 이 고온 영역의 주위 온도에 따른 제어 온도에 기초하여 발열부의 온도가 제어되므로, 종래와 같이 최고 온도측에서, 상당한 고온 상태가 되는 일이 없어지고, 연료 전지 본체(1)를 갖는 연료 전지 시스템을 조립한 전자 기기 등에의 악영향을 피할 수 있다. 또한, 주위 온도가 저온 영역에 있는 경우에도, 이 때의 주위 온도에 따라서 설정되는 제어 온도에 기초하여 연료 전지 발전부(101)의 발열부의 온도가 제어되므로, 종래와 같이 온도 상승이 얻어지지 않은 채 발전 능력이 저하하고, 발열부의 온도를 더 저하시켜, 발전 불능에 빠지는 사태도 피할 수 있다.
덧붙여서 말하면, 제1 실시 형태에 의해 구성된 연료 전지 시스템의 시험 제작을 행하고, 이 시험 제작품에 대한 성능 평가를 행한 바, 하기의 결과가 얻어졌다. 이 성능 평가에서는, 본원 시스템에 의한 것과 종래 시스템에 의한 것을 각각 준비하고, 연료 수납 탱크에 순메탄올을 주입하고, 중온 영역(25℃±10), 저온 영역, 고온 영역의 각각의 환경 온도하에서, 연료 전지 발전부에 일정 전압의 발전을 행하게 하고, 그 때의 출력으로부터 10시간만의 출력, 발열 온도를 계측하였다. 그리고, 10시간의 측정에 대한 출력과 온도의 변동 폭을 표준 편차로서 산출하고, 각 온도 영역에 있어서 종래 시스템에서의 값을 100으로 하였을 때의 본원 시스템의 값을 상대값으로서 구하였다. 이 결과, 중온 영역(25℃±10)에서는, 종래 시스템의 100에 대하여 본원 시스템에서는 출력 편차 101, 온도 편차 100, 저온 영역에서는, 종래 시스템의 100에 대하여 본원 시스템에서는 출력 편차 72, 온도 편차 52, 고온 영역에서는, 종래 시스템의 100에 대하여 본원 시스템에서는 출력 편차 83, 온도 편차 85로서 구해졌다. 이 경우, 중온 영역에서는, 애당초 종래의 것도 중온 영역을 적당 온도로 하여 설계되어 있으므로 큰 차가 없었지만, 저온 영역이나 고온 영역이 되면, 본원 시스템의 것은 항상 적정하게 연료 공급이 가능하기 때문에 출력의 변동이나 온도의 변동을 작게 할 수 있는 양호한 발전을 실현할 수 있는 것이 증명되었다.
(변형예)
제1 실시 형태에서는, 온도 제어 신호 발생부(702)는, 온도 센서(106)의 출력이 상승하는 경우, 온도 센서(106)의 출력이 제어 온도를 상회하면, 이 타이밍에서 펌프 온 신호를 강제적으로 정지하여 펌프 오프 신호를 출력하고, 그 후, 펌프 오프 신호에 대하여 설정된 펌프 정지 시간을 경과하면 다시 펌프 온 신호를 출력하는 것으로 하였지만, 예를 들어 온도 센서(106)의 출력이 강하하는 경우, 이 출력이 제어 온도를 하회하면, 이 타이밍에서 펌프 오프 신호를 강제적으로 정지하여(펌프 오프 신호의 발생 시간을 제한하여) 펌프 온 신호를 출력하고, 그 후, 펌프 온 신호에 대하여 설정된 펌프 동작 시간을 경과하면 다시 펌프 오프 신호를 출력하도록 하여도 된다. 이와 같이 하면, 특히, 주위 온도가 저온 영역에 있는 경우에, 연료 전지 발전부(101)의 온도 상승이 얻어지지 않은 채 하강을 계속하여 발전 능력이 저하하고, 발전 불능에 빠지는 것을 확실하게 방지할 수 있다.
물론, 온도 제어 신호 발생부(702)는, 주위 온도가 고온 영역 또는 저온 영역에 있는 경우에, 제1 실시 형태에서 설명한 동작과 변형예에서 설명한 동작을 전환하도록 하여도 된다.
(제2 실시 형태)
상술한 실시 형태에서는, 주위 온도에 따라서 제어 온도를 설정하고, 이 제어 온도에 기초하여 연료 전지 발전부의 발열부에서의 온도를 제어하도록 하였지만, 이 제2 실시 형태에서는, 제어 온도와 별도로, 또한 주위 온도에 따라서 설정되는 임계값 온도를 준비하고, 이들 임계값 온도와 제어 온도에 의해 연료 전지 발전부의 발열부에서의 온도를 제어하도록 하고 있다.
이 제2 실시 형태에서는, 도 1에 있어서, 기억부(9)에 제어 온도 설정 테이블(901) 대신에 제어 온도 설정 테이블(902)이 형성되어 있다. 제어 온도 설정 테이블(902)은, 도 6에 나타낸 바와 같이 주위 온도가 속하는 온도 영역(902a), 온도 영역(902a)에 대한 제어 온도(동작 온도)(902b) 및 온도 영역(902a)에 대한 임계값 온도(902c)를 기억하고 있다. 이 경우, 온도 영역(902a)의 각 온도 영역의 설정 기준, 각 온도 영역(저온 영역, 중저온 영역, 중온 영역, 중고온 영역 및 고온 영역)에 대응하는 제어 온도(902b)의 설정에 대해서는, 도 4에 나타내는 제어 온도 설정 테이블(901)과 마찬가지이다. 또한, 임계값 온도(902c)는, 저온 영역, 중저온 영역, 중온 영역, 중고온 영역 및 고온 영역에 대응하여 설정되고, 저온 영역에 대응하는 임계값 온도를 저온 영역의 주위 온도+10℃, 중저온 영역에 대한 임계값 온도를 중저온 영역의 주위 온도+15℃, 중온 영역에 대응하는 임계값 온도를 중온 영역의 주위 온도+20℃, 중고온 영역에 대한 임계값 온도를 중고온 영역의 주위 온도+10℃, 고온 영역에 대응하는 임계값 온도를 고온 영역의 주위 온도+15℃로 하고 있다. 이 경우, 각 온도 영역의 임계값 온도는, 각 온도 영역의 제어 온도에 비하여 낮게(도시예에서는 -5℃) 설정되어 있다.
또한, 제어부(7)의 온도 제어 신호 발생부(702)는, 펌프의 동작 시간을 결정하는 펌프 온 신호와 펌프의 정지 시간을 결정하는 펌프 오프 신호를 출력하는 것으로, 제어 온도 설정부(701)에서 설정된 제어 온도(또는 임계값 온도)에 대하여 온도 센서(106)의 출력(발열부의 발열 온도)을 제어하기 위하여 펌프 온 신호와 펌프 오프 신호를 출력한다. 또한, 온도 제어 신호 발생부(702)는, 온도 센서(106)의 출력과 상술한 제어 온도(또는 임계값 온도)를 비교하고, 온도 센서(106)의 출력 증가에 의해, 이 출력이 임계값 온도를 상회하면, 이 타이밍에서 펌프 온 신호를 강제적으로 정지하여 펌프 오프 신호를 출력하고, 반대로 온도 센서(106)의 출력 감소시에, 이 출력이 제어 온도를 하회하면, 이 타이밍에서 펌프 오프 신호를 강제적으로 정지하여 펌프 온 신호를 출력한다. 바람직하게는, 기간 A에 나타내는 신호와 마찬가지로 펌프 온 신호와 펌프 오프 신호가 교대로 출력된다.
그 외는 도 1과 마찬가지이다.
이러한 구성에 있어서, 주위 온도로서 케이스(6) 주위의 온도가 온도 센서(8)에서 검출되면, 제어부(7)는, 제어 온도 설정부(701)에 의해 온도 센서(8)의 출력에 기초하여 도 6에 나타내는 제어 온도 설정 테이블(902)을 참조하여, 온도 영역을 판정한다. 이 경우의 주위 온도가 25℃인 것으로 하면, 중온 영역이라고 판단되며, 이 중온 영역에 대응하는 주위 온도+25℃가 제어 온도 T21, 주위 온도+20℃가 임계값 온도 T22로서 설정된다. 이에 의해, 이제, 도 7의 기간 A에 나타낸 바와 같이 온도 센서(106)의 출력(발열부의 발열 온도) T23이 제어 온도 설정부(701)에서 설정된 임계값 온도 T22(<제어 온도 T21)를 하회하고 있는 기간에서는, 온도 제어 신호 발생부(702)로부터 펌프 온 신호와 펌프 오프 신호가 교대로 출력된다. 이에 의해, 펌프 온 신호 기간에서는, 펌프 온 신호에 의해 결정되는 동작 시간의 범위에서 연료 공급 제어 회로(5)에 의해 펌프(104)가 구동되고, 유로(103)를 통하여 연료 전지 발전부(101)에 연료가 공급된다. 또한, 펌프 오프 신호 기간에서는, 펌프 오프 신호에 의해 결정되는 펌프의 정지 시간만큼 연료 공급 제어 회로(5)에 의한 펌프(104)의 구동이 정지되고, 연료 전지 발전부(101)에의 연료 공급이 정지된다. 이 상태에서, 연료 전지 발전부(셀)(101)의 발열부의 온도가 상승하고, 온도 센서(106)의 출력 T23이 증가하는 경우, 연료 전지 발전부(셀)(101)의 발열부의 온도 상승에 의해, 온도 센서(106)의 출력 T23이 임계값 온도 T22에 도달하면(도시한 c점 참조), 이 타이밍에서 온도 제어 신호 발생부(702)로부터 펌프 오프 신호가 출력(펌프 온 신호가 강제적으로 정지)되고, 연료 공급 제어 회로(5)에 의한 펌프(104)의 구동이 정지되어, 연료 전지 발전부(101)에의 연료 공급이 강제적으로 정지된다. 이 경우, 기간 B에 나타낸 바와 같이 연료 전지 발전부(셀)(101)는, 잔류 연료에 의해 발전을 계속하고, 발열부의 온도는, 연료 공급이 정지된 후에도 상승을 계속하지만, 그 후, 강하로 변하여 온도 센서(106)의 출력 T23이 저하해 간다. 그리고, 제어 온도 T21까지 저하하면(도시한 d점 참조), 이 타이밍에서 온도 제어 신호 발생부(702)로부터 펌프 온 신호가 출력(펌프 오프 신호의 발생 시간을 제한하여)되고, 연료 공급 제어 회로(5)에 의해 펌프(104)가 구동되어, 유로(103)를 통하여 연료 전지 발전부(101)에 연료가 공급된다. 연료 전지 발전부(셀)(101)의 발열부의 온도는, 연료 공급이 개시된 후에도 일단 강하를 계속하지만, 그 후, 상승으로 변하여 임계값 온도 T22를 향한다(기간 C 참조). 그 기간 C에 있어서는, 기간 A에 나타내는 신호와 마찬가지로 펌프 온 신호와 펌프 오프 신호가 교대로 출력되는 것이 바람직하다. 그리고, 다시 온도 센서(106)의 출력 T23이 임계값 온도 T22에 도달하면(도시한 e점 참조), 이 타이밍에서 온도 제어 신호 발생부(702)로부터 펌프 오프 신호가 출력(펌프 온 신호가 강제적으로 정지)되고, 연료 공급 제어 회로(5)에 의한 펌프(104)의 구동이 정지되어, 연료 전지 발전부(101)에의 연료 공급이 정지된다. 이하 마찬가지의 동작을 반복함으로써, 연료 전지 발전부(셀)(101)의 발열부의 온도는, 임계값 온도 T22와 제어 온도 T21의 사이에서 제어된다.
따라서, 이와 같이 하여도 제1 실시 형태와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다. 또한, 제어 온도 T21보다 낮게 임계값 온도 T22를 설정하고, 온도 센서(106)의 출력 T23이 임계값 온도 T22에 도달한 시점에서, 펌프 오프 신호를 출력하여, 펌프(104)의 구동을 정지하여 연료 전지 발전부(101)에의 연료 공급을 정지시키도록 한, 즉 온도 센서(106)의 출력 T23이 제어 온도 T21에 도달하기 전에, 연료 전지 발전부(101)에의 연료 공급을 정지시키도록 하였으므로, 연료 공급이 정지된 후에도 잔류 연료에 의해 상승을 계속하는 연료 전지 발전부(101)의 발열부의 온도 상승을 최소한으로 억제할 수 있고, 이에 의해 연료 전지 발전부(101)의 발열부의 온도가 필요 이상으로 상승하는 사태를 피할 수 있다.
(제3 실시 형태)
상술한 실시 형태에서는, 주위 온도의 온도 영역에 따라서 제어 온도를 설정하고, 이 제어 온도에 기초하여 연료 전지 발전부에서의 발열부에서의 온도를 제어하도록 하였지만, 이 제3 실시 형태에서는, 연료 공급부인 펌프의 구동 전압을 가변하도록 하고 있다.
이 제3 실시 형태에서는, 도 1에 있어서, 연료 이송 제어부로서의 펌프(104)에, 예를 들어 전기 침투류 펌프(이하, 전기 침투류 펌프(104)로서 설명함)가 사용된다. 이 전기 침투류 펌프(104)는, 유로(103) 내에 전기 침투류 현상을 일으키는 실리카 등의 소결 다공체로 구성되는 전기 침투재를 가지며, 이 전기 침투재의 상류 및 하류 측단부에 각각 전극을 배치한 구성을 한 것으로, 이들 상류 및 하류의 전극간에 소정의 전압(구동 전압)을 인가함으로써, 상기 전기 침투재를 통하여 유로(103) 내에 연료를 이송시키도록 하고 있다. 이 전기 침투류 펌프(104)는, 전극간에 인가되는 구동 전압을 가변함으로써 유로(103) 내에 이송되는 연료의 양을 가변할 수 있다고 하는 특징을 갖고 있다.
또한, 제어부(7)는, 온도 제어 신호 발생부(702) 대신에 펌프 구동 신호 발생부(703)가 설치되어 있다. 이 펌프 구동 신호 발생부(703)는, 제어 온도 설정부(701)에서 설정된 제어 온도에 기초하여 연료 공급 제어 회로(5)에 대하여 전기 침투류 펌프(104)의 구동 전압을 제어하기 위한 제어 신호를 출력한다. 이 경우, 펌프 구동 신호 발생부(703)는, 제어 온도 설정부(701)에서 설정된 제어 온도에 대하여 온도 센서(106)의 출력(발열부의 발열 온도)이 상승하여 상회하면, 펌프 온 신호를 강제적으로 정지하여 펌프 오프 신호를 출력하고, 온도 센서(106)의 출력의 저하에 따라, 온도 센서(106)의 출력이 제어 온도를 하회하면, 펌프 오프 신호를 강제적으로 정지하여 펌프 온 신호를 출력한다.
그 외는 도 1과 마찬가지이다.
이러한 구성에 있어서도, 케이스(6) 주위의 온도가 온도 센서(8)에서 검출되고, 이 온도 센서(8)의 출력에 기초하여 도 4에 나타내는 제어 온도 설정 테이블(901)을 참조하여, 온도 영역을 판정한다. 이 경우의 주위 온도가 25℃인 것으로 하면, 중온 영역이라고 판단되며, 이 중온 영역에 대응하는 주위 온도+25℃가 제어 온도 T11로서 설정된다.
이에 의해, 펌프 구동 신호 발생부(703)는, 제어 온도에 대하여 온도 센서(106)의 출력이 하회하면 전기 침투류 펌프(104)에 대하여 큰 구동 전압을 설정하여, 연료 전지 발전부(101)에의 연료 공급량을 많게 하여 발열부에서의 온도 상승을 허용하고, 온도 센서(106)의 출력이 상회하였을 때 전기 침투류 펌프(104)에 대하여 큰 구동 전압을 설정하여 연료 전지 발전부(셀)(101)에의 연료 공급량을 적게 하여 발열부에서의 온도 상승을 억제한다.
따라서, 이와 같이 하여도 제1 실시 형태와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
상술한 제3 실시 형태에서는, 제1 실시 형태에 적용한 예를 설명하였지만, 제2 실시 형태에 적용하여도 마찬가지로 실시할 수 있다. 또한, 펌프(104)로서, 전기 침투류 펌프의 예를 설명하였지만, 구동 전압에 의해 연료 전지 발전부(101)에의 연료 공급량을 가변할 수 있는 것이라면, 전기 침투류 펌프 이외의 것을 적용하여도 된다.
그 외에 본 발명은 상기 실시 형태에 한정되는 것이 아니며, 실시 단계에서는 그 요지를 변경하지 않는 범위에서 여러가지 변형하는 것이 가능하다.
또한, 상기 실시 형태에는 여러가지 단계의 발명이 포함되어 있으며, 개시되어 있는 복수의 구성 요건에서의 적절한 조합에 의해 여러가지의 발명을 추출할 수 있다. 예를 들어, 실시 형태에 나타내어져 있는 전체 구성 요건으로부터 몇가지의 구성 요건이 삭제되어도, 발명이 해결하고자 하는 과제의 란에서 설명한 과제를 해결할 수 있고, 발명의 효과의 란에서 설명되고 있는 효과가 얻어지는 경우에는, 이 구성 요건이 삭제된 구성을 발명으로서 추출할 수 있다.
또한, 연료 전지 발전부에 공급되는 액체 연료의 기화 성분에 있어서도, 모두 액체 연료의 기화 성분을 공급하여도 되지만, 일부가 액체 상태로 공급되는 경우라도 본 발명을 적용할 수 있다.
<산업상 이용가능성>
본 발명에 따르면, 주위 온도의 변동에 대하여 적정한 연료를 공급할 수 있고, 항상 안정된 발전 출력을 얻을 수 있는 연료 전지 시스템 및 전자 기기가 제공된다.
1: 연료 전지 본체
101: 연료 전지 발전부
102: 연료 수용부
103: 유로
104: 펌프
105: 연료 분배 기구
106: 온도 센서
2: DC/DC 컨버터
3: 전자 기기 본체
4: 보조 전원
5: 연료 공급 제어 회로
6: 케이스
7: 제어부
701: 제어 온도 설정부
702: 온도 제어 신호 발생부
703: 펌프 구동 신호 발생부
8: 온도 센서
9: 기억부
901, 902: 제어 온도 설정 테이블
11: 애노드 촉매층
12: 애노드 가스 확산층
13: 애노드
14: 캐소드 촉매층
15: 캐소드 가스 확산층
16: 캐소드
17: 전해질막
18: 커버 플레이트
19: O링
21: 연료 주입구
22: 연료 배출구
23: 연료 분배판
24: 공극부

Claims (6)

  1. 연료 전지 시스템으로서,
    연료에 의해 전력을 발전하는 발전부를 갖는 연료 전지 본체와,
    주위 온도를 검출하는 제1 온도 검출부와,
    상기 연료 전지 본체의 발전부의 온도를 검출하는 제2 온도 검출부와,
    상기 주위 온도가 속하는 복수의 상이한 온도 영역과, 이들 온도 영역에 대응하는 제어 온도를 기억한 기억부와,
    상기 제1 온도 검출부로부터 검출되는 주위 온도에 기초하여 상기 기억부로부터 대응하는 온도 영역을 판정함과 함께, 상기 판정한 온도 영역에 대응하는 제어 온도를 설정하는 제어 온도 설정부와,
    상기 제어 온도 설정부에 의해 설정된 제어 온도와 상기 제2 온도 검출부의 검출 출력의 비교 결과에 따라서 상기 발전부에의 연료의 공급량을 제어하는 제어부를 구비하는, 연료 전지 시스템.
  2. 제1항에 기재된 연료 전지 시스템을 전원으로서 사용한 전자 기기.
  3. 제1항에 있어서, 상기 연료 전지 본체는, 상기 발전부에 연료를 공급하는 연료 이송 제어부를 갖고,
    상기 제어부는, 제어 온도 설정부에 의해 설정된 제어 온도와 상기 제2 온도 검출부의 검출 출력의 비교 결과에 따라서 상기 연료 이송 제어부의 동작 시간을 결정하는 온 신호의 발생 시간 또는 상기 연료 이송 제어부의 정지 시간을 결정하는 오프 신호의 발생 시간을 제어하는, 연료 전지 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 연료 전지 본체는, 상기 발전부에 연료를 공급하는 연료 이송 제어부를 갖고,
    상기 제어 온도 설정부는, 상기 판정된 온도 영역에 대응하여 설정되는 제어 온도와 함께, 또한 임계값 온도를 설정하고,
    상기 제어부는, 상기 제어 온도 설정부에 의해 설정된 임계값 온도 및 제어 온도와, 상기 제2 온도 검출부의 검출 출력과의 각각의 비교 결과에 따라서 상기 연료 이송 제어부의 동작 시간을 결정하는 온 신호의 발생 시간 및 상기 연료 이송 제어부의 정지 시간을 결정하는 오프 신호의 발생 시간을 제어하는, 연료 전지 시스템.
  5. 연료 전지 시스템으로서,
    연료에 의해 전력을 발전하는 발전부를 가짐과 함께, 상기 발전부에 연료를 공급하는 연료 이송 제어부를 갖는 연료 전지 본체와,
    주위 온도를 검출하는 제1 온도 검출부와,
    상기 연료 전지 본체의 발전부의 온도를 검출하는 제2 온도 검출부와,
    상기 주위 온도가 속하는 복수의 상이한 온도 영역과, 이들 온도 영역에 대응하는 제어 온도를 기억한 기억부와,
    상기 온도 검출부로부터 검출되는 주위 온도에 기초하여 상기 기억부로부터 대응하는 온도 영역을 판정함과 함께, 상기 판정한 온도 영역에 대응하는 제어 온도를 설정하는 제어 온도 설정부와,
    상기 제어 온도 설정부에 의해 설정된 제어 온도와 상기 제2 온도 검출부의 검출 출력의 비교 결과에 따라서 상기 연료 이송 제어부의 구동 전압을 가변 제어하는 제어부를 구비하는, 연료 전지 시스템.
  6. 제5항에 기재된 연료 전지 시스템을 전원으로서 사용한 전자 기기.
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