專利名稱：燃料電池系統(tǒng)和電子設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及燃料電池系統(tǒng)和包括該燃料電池系統(tǒng)的電子設(shè)備。所述燃料電池系統(tǒng)
包括使用含碳原子的化合物作為燃料的發(fā)電器。
背景技術(shù)：
電池是以電的形式提取通過待氧化材料和待還原材料之間的化學(xué)反應(yīng)所產(chǎn)生的 能量的裝置。 一次電池如干電池是在其中這兩種類型的材料裝填在單個罐中的電池。在兩 種材料都完全消耗時，化學(xué)反應(yīng)停止從而電力供給停止。相反地，二次電池使用可以重復(fù)地 電還原的材料作為待氧化材料，而且還使用可以重復(fù)地電氧化的材料作為待還原材料。因 此，二次電池的狀態(tài)可以通過充電重復(fù)回到其初始狀態(tài)。 燃料電池是通過如在上述電池中待氧化材料和待還原材料之間的化學(xué)反應(yīng)提取 電的裝置，但是燃料電池的機理是待氧化材料和待還原材料都是從外部供給的。因此，燃料 電池理論上可以半永久性地產(chǎn)生電力。因為這種燃料電池經(jīng)常使用空氣中的氧氣作為待還 原的材料，因此實際上供給的材料通常只是待氧化的材料。燃料電池可以不需要像一次電 池或二次電池那樣更換電池或者執(zhí)行充電即可半永久性地驅(qū)動裝置。因此，燃料電池目前 作為可以賦予產(chǎn)品前所未有的新價值的技術(shù)而在工業(yè)和學(xué)術(shù)團體中被廣泛地研究和開發(fā) (例如，參見日本未審查專利申請公布NO. 2006-253046)。 例如，氫氣、產(chǎn)生氫氣的前體、甲醇和乙醇已經(jīng)被研究作為用于燃料電池的燃料 (待氧化的材料)。因為氫氣(H2)通過氧化變?yōu)樗?120)，用氫氣作為燃料的燃料電池只產(chǎn) 生水蒸氣作為廢氣，這意味著這種燃料電池非常清潔。但是，由于氫氣的爆炸性，很難安全 地處理它。因此，氫氣燃料電池不適合作為用于便攜式電子設(shè)備中的燃料電池。相信將利 用如甲醇或乙醇的液體燃料的燃料電池用于便攜式電子設(shè)備是有潛力的。

發(fā)明內(nèi)容
但是，上述燃料電池使用含碳原子化合物如甲醇、乙醇、二甲醚、甲酸、甲酸甲酯、 乙二醇或葡萄糖作為燃料的不利之處在于產(chǎn)生了作為廢氣的二氧化碳(例如參見日本未 審查專利申請公布No. 2006-253046)。另外，因為只要氧氣存在，燃料電池的化學(xué)反應(yīng)就會 繼續(xù)，因此存在環(huán)境中氧氣被完全消耗導(dǎo)致氧不足的問題。 特別地，便攜式裝置可能用于諸如具有高密封性和沒有足夠通風(fēng)的口袋或包內(nèi)部 的密封環(huán)境中。因此，如果小動物如寵物與這種便攜式裝置一起放入包里，小動物可能會窒 息(例如參見日本未審查專利申請公布No. 11-235395)。 例如，在甲醇燃料電池中，燃料的氧化反應(yīng)由于氧氣不足而在發(fā)電停止之前不完 全地進行，這可能產(chǎn)生具有高毒性的副產(chǎn)物如一氧化碳、甲醛和甲酸(例如參見日本未審 查專利申請公布No. 2006-253046)。這些副產(chǎn)物可以通過接觸損害用戶的健康。此外，這些 副產(chǎn)物自然地能導(dǎo)致難聞的氣味和包中物品的改變。 鑒于以上問題，期待提供比以前更安全的燃料電池系統(tǒng)，和包括這種燃料電池系統(tǒng)的電子設(shè)備。 根據(jù)本發(fā)明一個實施方案的燃料電池系統(tǒng)包括配置為通過供給氧化劑氣體和由 含碳原子的化合物組成的燃料而發(fā)電的發(fā)電器；配置為檢測二氧化碳(C02)濃度的濃度檢 測器；和控制器，所述控制器配置為當(dāng)由濃度檢測器檢測的二氧化碳濃度低于預(yù)定閾值濃 度時操作以使得發(fā)電器發(fā)電，而當(dāng)檢測的二氧化碳濃度高于或等于閾值濃度時操作以使得 發(fā)電器的發(fā)電操作停止。 根據(jù)本發(fā)明 一個實施方案的電子設(shè)備包括上述燃料電池系統(tǒng)。 在根據(jù)本發(fā)明一個實施方案的燃料電池系統(tǒng)和電子設(shè)備中，通過供給氧化劑氣體
和由含碳原子的化合物組成的燃料在發(fā)電器中發(fā)電。在此，二氧化碳(C02)通過化學(xué)反應(yīng)
在發(fā)電器中產(chǎn)生，然后排放到發(fā)電器外部。二氧化碳濃度通過濃度檢測器檢測。當(dāng)檢測的
二氧化碳濃度低于預(yù)定閾值濃度時控制器操作以使得發(fā)電器發(fā)電。當(dāng)檢測的二氧化碳濃度
高于或等于閾值濃度時控制器操作以使得發(fā)電器的發(fā)電操作停止。這避免了燃料電池系統(tǒng)
的用戶和在燃料電池系統(tǒng)周圍的人或生物由于二氧化碳或其副產(chǎn)物而中毒的危險。 在根據(jù)本發(fā)明一個實施方案的燃料電池系統(tǒng)和電子設(shè)備中，濃度檢測器檢測二氧
化碳濃度，當(dāng)檢測的二氧化碳濃度低于預(yù)定閾值濃度時，控制器操作以使得發(fā)電器發(fā)電，而
當(dāng)檢測的二氧化碳濃度高于或等于閾值濃度時，控制器操作以使得發(fā)電器的發(fā)電操作停
止。因此，燃料電池系統(tǒng)的用戶等由于二氧化碳或其副產(chǎn)物而中毒的危險就可以避免，并且
可以進一步提高安全性。


圖1是示出根據(jù)本發(fā)明一個實施方案的燃料電池系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)的框圖；
圖2是示出圖1中所示的發(fā)電器和分隔壁的圖示結(jié)構(gòu)的實例的立體圖；
圖3是示出圖2中所示的發(fā)電器的分隔壁等的圖示結(jié)構(gòu)實例的截面圖；
圖4是示出圖3中所示發(fā)電器等的詳細(xì)結(jié)構(gòu)的實例的截面圖；
圖5是描述使用氣化的燃料供給系統(tǒng)的概況的特征圖； 圖6是描述根據(jù)檢測的周圍環(huán)境中的二氧化碳濃度來控制的操作的實例的示意 圖。 圖7A 7D是顯示發(fā)電的經(jīng)過時間與二氧化碳及其副產(chǎn)物的濃度之間關(guān)系的實例 的特征圖；禾口 圖8是根據(jù)本發(fā)明一個修改方案的燃料電池系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)的框圖。
具體實施例方式
將參考附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的實施方案。實施方案以如下順序描述。
1.實施方案(燃料電池系統(tǒng)中的結(jié)構(gòu)實例) 2.修改方案和應(yīng)用 1.實施方案 燃料電池系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)實例 圖1示出根據(jù)本發(fā)明一個實施方案的燃料電池系統(tǒng)(燃料電池系統(tǒng)5)的整體結(jié) 構(gòu)實例。燃料電池系統(tǒng)5經(jīng)過輸出端子T2和T3供給用于驅(qū)動負(fù)載6的電力。燃料電池系統(tǒng)5包括燃料電池1、C02濃度檢測器30、分隔壁14、電流檢測器31、電壓檢測器32、升壓電 路33、二次電池34和控制器35。 燃料電池1包括發(fā)電器10、燃料罐40和燃料泵42。燃料電池1的詳細(xì)結(jié)構(gòu)下文 詳述。 發(fā)電器10是直接甲醇發(fā)電器，其使用氧化劑氣體(例如氧氣)和作為由含碳原子 化合物組成的燃料的甲醇之間的反應(yīng)發(fā)電。發(fā)電器io包括多個單元電池，每一個都具有陰 極(氧電極)和陽極(燃料電極)。除了甲醇之外，乙醇、葡萄糖等也可用作這種由含碳原 子化合物組成的燃料。將在后面詳細(xì)描述發(fā)電器10的詳細(xì)結(jié)構(gòu)。 燃料罐40包括發(fā)電必需的液體燃料(如下所述的液體燃料41，例如，甲醇或乙醇 溶液)。 燃料泵42是配置為將燃料罐40中所含的液體燃料泵出并將液體燃料供給(運 送)到發(fā)電器10的陽極(燃料電極)側(cè)的泵。燃料泵42可調(diào)整燃料的供給量。例如，燃 料泵42具有包括壓電元件(未示出)的壓電泵，并且利用壓電元件的振動來實施泵送。燃 料泵42的操作(供給液體燃料)通過如下所述的控制器35來控制。下文中將描述燃料泵 42的詳細(xì)結(jié)構(gòu)。 C02濃度檢測器30檢測發(fā)電器10的周圍環(huán)境中的二氧化碳濃度(外部環(huán)境中的 二氧化碳濃度)。C02濃度檢測器30設(shè)置在與發(fā)電器10分離的位置，下文中將詳細(xì)描述。 C02濃度檢測器30檢測的二氧化碳的濃度信息輸出到控制器35。 C02濃度檢測器30對應(yīng) 根據(jù)本發(fā)明一個實施方案的"濃度檢測器"的實例。 分隔壁14阻止在發(fā)電器10中產(chǎn)生的二氧化碳直接達(dá)到C02濃度檢測器30。具體 地，分隔壁14置于發(fā)電器10和C02濃度檢測器30之間，由此C02濃度檢測器30不受發(fā)電 器10中產(chǎn)生的二氧化碳的影響，二氧化碳釋放到外面空氣中。例如，這種分隔壁14具有的 結(jié)構(gòu)為其中發(fā)電器10置于管狀結(jié)構(gòu)體即分隔壁14之外而C02濃度檢測器30置于管狀結(jié) 構(gòu)體之內(nèi)，同時結(jié)構(gòu)體的兩端都與燃料電池系統(tǒng)的外部直接連通。 電流檢測器31置于發(fā)電器10的陰極與節(jié)點PI之間的互連線L1H上，并且檢測從 發(fā)電器IO產(chǎn)生的電流II。電流檢測器31包括例如電阻器。電流檢測器31可置于互連線 L1L上(發(fā)電器10的陽極和節(jié)點P2之間)。 電壓檢測器32置于互連線L1H上的節(jié)點Pl與互連線L1L上的節(jié)點P2之間，并且 檢測從發(fā)電器10產(chǎn)生的電壓VI (升壓電路33的輸入電壓Vin)。電壓檢測器32包括例如 電阻器。 升壓電路33置于互連線L1H的節(jié)點Pl與輸出線LO上的節(jié)點P3之間。升壓電路 33是對由發(fā)電器10產(chǎn)生的電壓VI (直流電壓)進行升壓而產(chǎn)生直流電壓V2的電壓變換 器。升壓電路33包括例如DC-DC轉(zhuǎn)換器。 二次電池34置于輸出線LO上的節(jié)點P3與地線LG(互連線L1L)上的節(jié)點P4之 間。二次電池34根據(jù)由升壓電路33產(chǎn)生的直流電壓V2來蓄電。二次電池34由例如鋰離 子二次電池構(gòu)成。 根據(jù)由電流檢測器31檢測的所產(chǎn)生電流11、通過電壓檢測器32檢測的所產(chǎn)生電 壓VI和通過C02濃度檢測器30檢測的C02濃度，控制器35調(diào)整利用燃料泵42供給的液體 燃料的量。具體地，用燃料泵42供給的液體燃料的量是通過控制燃料泵42中的壓電元件(未示出)的振蕩頻率來調(diào)整的?？刂破?5包括例如微型計算機。 在這個實施方案中，當(dāng)由C02濃度檢測器30檢測的二氧化碳濃度低于下述預(yù)定閾 值濃度時，控制器35操作以使得發(fā)電器10發(fā)電。當(dāng)檢測的二氧化碳濃度高于或等于閾值 濃度時，控制器35操作以使得發(fā)電器10的發(fā)電操作停止。具體地，控制器35通過根據(jù)檢 測的二氧化碳濃度調(diào)整利用燃料泵42供給的液體燃料的量來控制發(fā)電器10的發(fā)電操作。 下文中將描述控制器35的詳細(xì)操作。燃料電池的詳細(xì)結(jié)構(gòu)實例 燃料電池1的詳細(xì)結(jié)構(gòu)將結(jié)合圖2 5進行描述。圖2 4示出燃料電池1中發(fā)
電器io等的詳細(xì)結(jié)構(gòu)。 如圖2的立體圖中所示，分隔壁14設(shè)置為圍繞發(fā)電器IO等的側(cè)面。用于外部空 氣的自然進氣口和出口 141置于分隔壁14中。 如圖3的截面圖中所示，包含液體燃料41的燃料罐40、燃料泵42和控制板350設(shè) 置在發(fā)電器10之下，其中所述控制板350包括控制器35和C02濃度檢測器30。
如上所述，C02濃度檢測器30置于與發(fā)電器10分離的位置，從而暴露于外部空氣 中。另外，用于防止二氧化碳從發(fā)電器10流入C02濃度檢測器30的分隔壁14設(shè)置于發(fā)電 器10和C02濃度檢測器30之間。C02濃度檢測器30設(shè)置于不同于在發(fā)電器10中產(chǎn)生二 氧化碳的位置和二氧化碳從該位置排放經(jīng)過的路線的區(qū)域。因此，C02濃度檢測器30不受 發(fā)電器10中產(chǎn)生的二氧化碳的影響，并且可檢測到發(fā)電器10的周圍環(huán)境中的二氧化碳濃 度(外部環(huán)境中的二氧化碳濃度)。 燃料罐40包括，例如容器(例如塑料包)和覆蓋容器的長方形平行六面體外殼 (結(jié)構(gòu)體)，所述容器的體積改變，而無氣泡混于其中，即使是在液體燃料41的量增加或者 減少時也如此。 如圖4中的詳細(xì)截面圖所示，發(fā)電器10包括置于電解質(zhì)膜11的相對兩側(cè)上的燃 料電極(陽極電極)12和氧電極(陰極電極)13。陽極側(cè)固定板121置于燃料電極12(與 氧電極13相對)下面，陰極側(cè)固定板131置于氧電極13(與燃料電極12相對)的上面。
電解質(zhì)膜11由例如具有磺酸基團(_S03H)的質(zhì)子導(dǎo)電材料構(gòu)成。質(zhì)子導(dǎo)電材料的 實例包括聚全氟烷基磺酸質(zhì)子導(dǎo)電材料(例如可得自DuPont的"Nafion"(注冊商標(biāo)))、 烴類質(zhì)子導(dǎo)電材料如聚酰亞胺磺酸和富勒烯質(zhì)子導(dǎo)電材料。 燃料電極12和氧電極13具有其中含催化劑如鉑(Pt)或釕(Ru)的催化劑層在由 碳紙等制成的集流器上形成的結(jié)構(gòu)。催化劑層由通過將負(fù)載催化劑的載體如炭黑分散到聚 全氟烷基磺酸質(zhì)子導(dǎo)電材料等中所獲得的材料構(gòu)成。空氣供給泵(未示出)可與氧電極13 連接?；蛘?，氧電極13可以通過在陰極側(cè)固定板131中形成的開口與外部相通，這樣空氣 即氧氣通過自然通風(fēng)來供給。 例如，陽極側(cè)固定板121和陰極側(cè)固定板131各自由通過擴散結(jié)合制成的不銹鋼 層疊體或者經(jīng)受沖壓加工的鋁鋼板構(gòu)成。陽極側(cè)固定板121和陰極側(cè)固定板131各自通過 螺紋緊固、鉚釘連接或樹脂連接與發(fā)電器10連接。配置為從燃料罐40中取出液體燃料41 并將液體燃料41轉(zhuǎn)移到燃料泵42的燃料入口 420和流動通道421在陽極側(cè)固定板121中 形成。另外，配置為將從燃料泵42供給的液體燃料41轉(zhuǎn)移到燃料氣化室44的流動通道 422和燃料噴射口 423在陽極側(cè)固定板121中形成。配置為釋放來自燃料氣化室44的二氧 化碳的C02出氣口 151也設(shè)置在陽極側(cè)固定板121中。
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燃料泵42包括例如壓電元件(未示出)和配置為支撐壓電元件的壓電元件支撐 樹脂構(gòu)件(未示出)。如圖5中所示，例如，燃料泵42可根據(jù)每一次操作供給的燃料量或燃 料供給周期變化At來調(diào)整燃料供給量。燃料泵42對應(yīng)根據(jù)本發(fā)明一個實施方案的"燃料 供給部"的一個實例。 燃料氣化室44是用于氣化由燃料泵42供給的液體燃料來供給氣體燃料到發(fā)電器 IO的空間。換言之，燃料氣化室44置于燃料泵42和發(fā)電器10之間。燃料氣化室44對應(yīng) 根據(jù)本發(fā)明一個實施方案的"燃料氣化部"的一個實例。
燃料電池系統(tǒng)的操作和優(yōu)點 將詳細(xì)描述本實施方案的燃料電池系統(tǒng)5的操作和優(yōu)點。 在此燃料電池系統(tǒng)5中，燃料罐40中包含的液體燃料41通過燃料泵42泵出并按 順序流經(jīng)燃料入口 420、流動通道421、流動通道422和燃料噴射口 423到達(dá)燃料氣化室44。 在燃料氣化室44中，當(dāng)液體燃料41從燃料噴射口 423噴出時，液體燃料41經(jīng)過在燃料氣 化室44的表面上形成的散布部(未示出)廣泛分散。因此，液體燃料41自然蒸發(fā)，氣體燃 料供給到發(fā)電器10。 另一方面，氣體(氧氣)利用空氣供給泵(未示出)等供給到發(fā)電器10的氧電極 13。在燃料電極12中，發(fā)生下列式(1)所表示的反應(yīng)，產(chǎn)生氫離子、電子和二氧化碳。氫離 子通過電解質(zhì)膜11到達(dá)氧電極13。在氧電極13中，發(fā)生下列式(2)所表示的反應(yīng)，產(chǎn)生 水。因此，在整體燃料電池l中，發(fā)生下列式(3)所表示的反應(yīng)，并發(fā)電。由此產(chǎn)生的二氧 化碳通過C02氣體出口 151釋放到燃料電池1的外面，如圖3和4中所示。
CH3OH+H20 — C02+6H++6e—…(1)
6H++ (3/2) 02+6e— — 3H20... (2)
CH3OH+ (3/2) 02 — C02+2H20... (3) 這將液體燃料41即甲醇的化學(xué)能部分轉(zhuǎn)變成電能。電能用連接部件20來收集并 作為電流(產(chǎn)生的電流Il)從發(fā)電器10中提取。用升壓電路33將基于產(chǎn)生的電流I1的 產(chǎn)生電壓(直流電壓)V1升壓成為直流電壓V2(電壓轉(zhuǎn)換)。直流電壓V2供給到二次電 池34或負(fù)載(例如電子設(shè)備)。當(dāng)直流電壓V2供給到二次電池34時，依照電壓V2，電儲 蓄在二次電池34中。當(dāng)直流電壓V2通過輸出端子T2和T3供給到負(fù)載6時，負(fù)載6被驅(qū) 動，執(zhí)行預(yù)定操作。 在燃料泵42中，控制器35控制每一次操作的燃料供給量或燃料供給周期變化A t 和燃料泵42中壓電元件的振蕩頻率f。因此，燃料供給量根據(jù)控制器35的控制來調(diào)整。
在本實施方案的燃料電池系統(tǒng)5中，發(fā)電器10周圍環(huán)境中的二氧化碳濃度(外部 環(huán)境中的二氧化碳濃度)通過C02濃度檢測器30檢測。如圖6中所示，例如，當(dāng)檢測的二 氧化碳濃度低于預(yù)定閾值濃度Th時，控制器35操作以使得發(fā)電器10發(fā)電。當(dāng)檢測的二氧 化碳濃度高于或等于閾值濃度Th時，控制器35操作以使得發(fā)電器10的發(fā)電操作停止。
具體地，控制器35通過根據(jù)檢測的二氧化碳濃度利用燃料泵42調(diào)整液體燃料41 的供給量來控制發(fā)電器10的發(fā)電操作。就是說，如圖6所示，例如當(dāng)檢測的二氧化碳濃度 低于閾值濃度Th時，控制器35操作以使燃料泵42供給液體燃料41 。當(dāng)檢測到的二氧化碳 濃度高于或等于閾值濃度Th時，控制器35操作以通過停止燃料泵42供給液體燃料41來 停止發(fā)電器10的發(fā)電操作。這避免了燃料電池系統(tǒng)5的用戶和在燃料電池系統(tǒng)5周圍的人或生物由于二氧化碳和其副產(chǎn)物而中毒的危險。 圖6中所示的閾值濃度Th可以是例如5000卯m(0. 5% )或者lOOO卯m(O. 1% )，
如圖6所示。5000ppm的值來自于勞動健康環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(參見辦公室健康標(biāo)準(zhǔn)條例， 條款3_2， Ordinance onHealth Standards in the Office, article 3_2) 。 lOOOppm的 值來自于建筑物衛(wèi)生環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(參見建筑物中維護環(huán)境衛(wèi)生法案，條款2-A， Act on Maintenance of Sanitation in Buildings, article 2_A)。 圖7A 7D示出發(fā)電的經(jīng)過時間與二氧化碳及其副產(chǎn)物的濃度之間關(guān)系的實例。 圖7A示出經(jīng)過的時間與二氧化碳濃度之間的關(guān)系。圖7B示出經(jīng)過的時間與副產(chǎn)物一氧化 碳濃度之間的關(guān)系。圖7C示出經(jīng)過的時間與副產(chǎn)物甲醛濃度之間的關(guān)系。圖7D示出經(jīng)過 的時間與副產(chǎn)物甲酸濃度之間的關(guān)系。 在此，為測量在氧不足條件下直接甲醇燃料電池結(jié)束的過程，將發(fā)電電池容納在 內(nèi)部體積為6L的密封容器中，進行發(fā)電實驗。該容器中的氧含量為0.5摩爾。如果在使用 率80%下連續(xù)發(fā)電200mA，容器中氧將在3. 6小時后耗盡。當(dāng)在與上述條件基本上相同的 條件下發(fā)電時，測量密封容器中的氣體濃度的轉(zhuǎn)變。 根據(jù)圖7A 7D，發(fā)電時二氧化碳濃度單調(diào)上升并且在從發(fā)電開始的4. 5小時之后 達(dá)到約24%。該濃度與實驗前的氧濃度基本上相同。這意味著幾乎空氣中的所有氧氣都被 轉(zhuǎn)化成為二氧化碳。發(fā)電時一氧化碳、甲醛和甲酸的濃度也單調(diào)上升，并且它們的濃度在從 發(fā)電開始的3. 6小時之后突然增加。 一氧化碳、甲醛和甲酸都是甲醇不完全氧化而產(chǎn)生的 中間產(chǎn)物。因此，相信產(chǎn)生率突然上升是因為環(huán)境中氧量下降，由此甲醇不易于完全氧化。 此外，應(yīng)理解，當(dāng)二氧化碳的濃度為5000卯m(0. 5% )時停止發(fā)電，在氧不足條件下有害物 質(zhì)的產(chǎn)生可以被大大抑制，而這極大地有助于安全。 在這個實施方案中，發(fā)電器10周圍環(huán)境中的二氧化碳濃度(外部環(huán)境中的二氧化 碳濃度)是通過(A濃度檢測器30檢測的。當(dāng)檢測的二氧化碳濃度低于預(yù)定閾值濃度Th 時，控制器35操作以使得發(fā)電器10發(fā)電。當(dāng)檢測的二氧化碳濃度高于或等于閾值濃度Th 時，控制器35操作以使發(fā)電器10的發(fā)電操作停止。因此，燃料電池系統(tǒng)5的用戶等由于二 氧化碳和其副產(chǎn)物而中毒的危險可以避免，并且可以進一步提高安全性。
具體地，當(dāng)檢測的二氧化碳濃度高于或等于閾值濃度Th時，控制器35操作以通過 停止燃料泵42供給液體燃料41來使得發(fā)電器10的發(fā)電操作停止。因此可獲得上述優(yōu)點。
2.修改方案和應(yīng)用 已經(jīng)利用實施方案描述了本發(fā)明。但是，本發(fā)明不限于所述實施方案，可以進行多 種修改。 例如，在上述實施方案中，描述了二氧化碳的閾值濃度Th為固定值的情況，但是， 例如，閾值濃度Th可以根據(jù)周圍環(huán)境中的條件等而變化。 在上述實施方案中，描述了分隔壁14設(shè)置為阻止發(fā)電器10中產(chǎn)生的二氧化碳直 接到達(dá)C02濃度檢測器30的情況，但是C02濃度檢測器30的布置不限于這種情況。即，通 過利用熱源或風(fēng)扇提供沿著一定方向流動的外部氣流來代替提供這種分隔壁，發(fā)電器10 周圍環(huán)境中的二氧化碳濃度可有選擇地檢測。例如，當(dāng)存在沿著一定方向流動的外部氣流 的情況下，C02濃度檢測器30置于外部氣流的上游側(cè)(高壓區(qū))，同時發(fā)電器10置于外部 氣流的下游側(cè)(低壓區(qū))，因此外部空氣持續(xù)從上游側(cè)進入。
或者，例如，如在圖8中所示的燃料電池系統(tǒng)5A中，上述外部氣流可以利用發(fā)電器 10本身作為熱源而產(chǎn)生。具體地，在燃料電池系統(tǒng)5A中，排氣管16設(shè)置為與發(fā)電器10熱 接觸。另外，C02濃度檢測器30置于排氣管16的進氣口 161側(cè)(上游側(cè))，同時發(fā)電器10 置于出氣口 162側(cè)(下游側(cè))。在這種結(jié)構(gòu)中，與發(fā)電器10接觸的排氣管16部分被發(fā)電器 10中產(chǎn)生的熱加熱，從而在排氣管16中產(chǎn)生外部氣流。因此，發(fā)電器10周圍環(huán)境中的二 氧化碳濃度可通過C02濃度檢測器30選擇性檢測，而不需要單獨提供另外的熱源或風(fēng)扇， 也不需要提供所述實施方案中描述的分隔壁14。但是，在這種情況下，排氣管16的進氣口 161必須沿著重力方向來設(shè)置(即向下方向)。 在上述實施方案中，描述了含液體燃料41的燃料罐40被包裝在燃料電池系統(tǒng)5 中的情況，但是這種燃料罐可以從燃料電池系統(tǒng)上拆分。 在上述實施方案中，作為實施例描述了氣化供給型燃料泵，但是燃料泵的結(jié)構(gòu)并 不限于這種氣化供給型。具體地，本發(fā)明可用于其中例如在燃料罐被加壓時用燃料閥來調(diào) 整液體燃料的流量的方法。 在上述實施方案中，描述了直接甲醇燃料電池系統(tǒng)，但是本發(fā)明可用于其他類型 的燃料電池系統(tǒng)。具體地，本發(fā)明可用于使用例如二甲醚、甲酸、甲酸甲酯、乙醇、乙二醇或 葡萄糖作為燃料的燃料電池系統(tǒng)。 根據(jù)本發(fā)明實施方案的燃料電池系統(tǒng)可適合用于便攜式電子設(shè)備如便攜式電話、 數(shù)碼相機、電子記事本和個人數(shù)字助理(PDA)。 本發(fā)明包括涉及2009年1月23日提交到日本專利局的日本優(yōu)先權(quán)專利申請JP 2009-013102的主題，其全部內(nèi)容通過引用并入本文中。 本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，依據(jù)設(shè)計需要和其他因素，可以在所附權(quán)利要求及其 等同物的范圍之內(nèi)出現(xiàn)各種修改、組合、次組合和變化。
權(quán)利要求
一種燃料電池系統(tǒng)，包括發(fā)電器，其配置為通過供給氧化劑氣體和由含碳原子的化合物組成的燃料來發(fā)電；濃度檢測器，其配置為檢測二氧化碳(CO2)濃度；和控制器，其配置為當(dāng)由所述濃度檢測器檢測的二氧化碳濃度低于預(yù)定閾值濃度時操作以使得所述發(fā)電器發(fā)電，而當(dāng)檢測的二氧化碳濃度高于或等于所述閾值濃度時操作以使得所述發(fā)電器的發(fā)電操作停止。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池系統(tǒng)，還包括燃料供給部，其向所述發(fā)電器側(cè)供給由所述化合物組成的液體燃料并且可以調(diào)整所述液體燃料的供給量；禾口燃料氣化部，其將通過氣化從所述燃料供給部供給的液體燃料而獲得的氣體燃料供給到所述發(fā)電器，其中所述控制器通過根據(jù)所檢測的二氧化碳濃度調(diào)整來自所述燃料供給部的液體燃料的供給量來控制所述發(fā)電器的發(fā)電操作。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，當(dāng)檢測的二氧化碳濃度高于或等于所述閾值濃度時，操作所述控制器以通過停止所述燃料供給部供給液體燃料來停止所述發(fā)電器的發(fā)電操作。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的燃料電池系統(tǒng)，還包括配置為容納所述液體燃料的燃料罐。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項所述的燃料電池系統(tǒng)，其中所述濃度檢測器配置為檢測所述發(fā)電器周圍環(huán)境中的二氧化碳濃度。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的燃料電池系統(tǒng)，其中所述濃度檢測器設(shè)置在與所述發(fā)電器分離的位置處。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的燃料電池系統(tǒng)，其中所述濃度檢測器設(shè)置在不同于在所述發(fā)電器中產(chǎn)生二氧化碳的位置和二氧化碳從該位置排放所經(jīng)過的路線的區(qū)域中。
8. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的燃料電池系統(tǒng)，其中在所述發(fā)電器和所述濃度檢測器之間設(shè)置分隔壁，所述分隔壁配置為防止在所述發(fā)電器中產(chǎn)生的二氧化碳直接到達(dá)所述濃度檢測器；禾口所述濃度檢測器設(shè)置為暴露于外部空氣中。
9. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的燃料電池系統(tǒng)，其中存在沿一定方向流動的外部氣流；禾口所述濃度檢測器設(shè)置于所述外部氣流的上游側(cè)，同時所述發(fā)電器設(shè)置于所述外部氣流的下游側(cè)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的燃料電池系統(tǒng)，還包括所述外部氣流流經(jīng)的流動通道，所述流動通道設(shè)置為與所述發(fā)電器熱接觸，其中所述外部氣流因在所述發(fā)電器中產(chǎn)生的熱而沿一定方向流動。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池系統(tǒng)，其中所述閾值濃度為5000ppm。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池系統(tǒng)，其中所述閾值濃度為1000ppm。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池系統(tǒng)，其中由所述化合物組成的所述燃料為甲醇、二甲醚、甲酸、甲酸甲酯、乙醇、乙二醇或葡萄糖。
14. 一種電子設(shè)備，包括燃料電池系統(tǒng)，其中所述燃料電池系統(tǒng)包括發(fā)電器，其配置為通過供給氧化劑氣體和由含碳原子的化合物組成的燃料來發(fā)電；濃度檢測器，其配置為檢測二氧化碳(C02)濃度；和控制器，其配置為當(dāng)由所述濃度檢測器檢測的二氧化碳濃度低于預(yù)定閾值濃度時操作以使得所述發(fā)電器發(fā)電，而當(dāng)檢測的二氧化碳濃度高于或等于所述閾值濃度時操作以使得所述發(fā)電器的發(fā)電操作停止。
全文摘要
一種燃料電池系統(tǒng)，包括發(fā)電器，其配置為通過供給氧化劑氣體和由含碳原子的化合物組成的燃料而發(fā)電；濃度檢測器，其配置為檢測二氧化碳(CO2)濃度；和控制器，其配置為當(dāng)由濃度檢測器檢測的二氧化碳濃度低于預(yù)定閾值濃度時操作以使得發(fā)電器發(fā)電，而當(dāng)檢測的二氧化碳濃度高于或等于閾值濃度時操作以使得發(fā)電器的發(fā)電操作停止。
文檔編號H01M8/22GK101794897SQ20101010427
公開日2010年8月4日 申請日期2010年1月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月23日
發(fā)明者志村重輔 申請人:索尼公司