JP2007329006A

JP2007329006A - Hydrogen fuel cell system

Info

Publication number: JP2007329006A
Application number: JP2006158863A
Authority: JP
Inventors: Toshio Horiguchi; 敏夫堀口
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2006-06-07
Filing date: 2006-06-07
Publication date: 2007-12-20

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To arrange so that exchange of a compound in which reaction has been completed can be made simply and easily. <P>SOLUTION: The hydrogen fuel cell system in which hydrogen is generated by means of a chemical reaction of a compound and power generation is carried out with that hydrogen as a fuel is constituted of a cartridge 101 in which the compound is built-in, a hydrogen generation controller 102 to which the cartridge 101 is detachably connected and which generates hydrogen by means that chemical reaction is carried out against the compound built in the cartridge 101, and the hydrogen fuel cell 18 which is supplied with the hydrogen generated by the hydrogen generation controller 102 in the cartridge 101 and in which power generation is carried out using this hydrogen as the fuel. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、化合物の化学反応によって水素を発生させ、その水素を水素燃料電池に供給して発電する水素燃料電池システムに関する。 The present invention relates to a hydrogen fuel cell system that generates hydrogen by a chemical reaction of a compound and supplies the hydrogen to a hydrogen fuel cell to generate electricity.

携帯電話やＰＤＡ、デジタルカメラ等の携帯用情報機器は主にリチウムイオン電池等の充電可能な２次電池が電源として用いられてきている。近年、これらの機器の高機能化・多機能化・高速化や長時間駆動の要求に伴い、小型燃料電池が新たな電源として期待されており、一部では試作・試用も始まっている。 In portable information devices such as mobile phones, PDAs, and digital cameras, rechargeable secondary batteries such as lithium ion batteries have been mainly used as power sources. In recent years, along with the demand for higher functionality, more functionality, higher speed, and longer driving of these devices, small fuel cells are expected as a new power source, and some prototypes and trials have begun.

燃料電池は従来の２次電池とは異なり充電作業が不要で、燃料を補充または燃料カートリッジを交換するだけで瞬時に機器を長時間稼動させることが可能な状態にすることができる。これらの燃料電池のうち、水素を燃料とする水素燃料電池はその特性上、パワー密度を高くすることが可能であるため、従来の２次電池に準じてある程度のピーク負荷にも対応できる燃料電池として、携帯機器等への応用が検討されている。特に携帯機器の場合は、水素を如何にコンパクトに且つ軽量に貯蔵するかがキーである。 Unlike conventional secondary batteries, the fuel cell does not require a charging operation, and can be in a state in which the device can be operated instantaneously for a long time just by replenishing the fuel or replacing the fuel cartridge. Among these fuel cells, a hydrogen fuel cell using hydrogen as a fuel can increase the power density because of its characteristics, so that it can cope with a certain peak load in accordance with the conventional secondary battery. As such, application to portable devices is being studied. Especially in the case of portable devices, the key is how to store hydrogen in a compact and lightweight manner.

そこで、特許文献１には、水素貯蔵合金で構成されるタンクに水素を充填して使用することが提案されている。しかし、水素吸蔵合金は重量が重く且つサイズも大きくなってしまうので、携帯機器には向かない。また、水素吸蔵合金に吸収された水素を使用し終わった場合には、何らかの方法で水素を再度タンクに充填する必要があるが、そのためのインフラを整えねばならないという問題がある。 Therefore, Patent Document 1 proposes to fill a tank made of a hydrogen storage alloy with hydrogen. However, hydrogen storage alloys are not suitable for portable devices because they are heavy and large in size. In addition, when the hydrogen absorbed in the hydrogen storage alloy has been used, it is necessary to refill the tank with hydrogen by some method, but there is a problem that the infrastructure for that must be prepared.

水素吸蔵合金に関わるこれらの問題を解決するために、特許文献２に記載されているような化学反応によって水素を発生させる水素発生器を小型化することによって直接水素を供給することが提案されている。この方法によれば、水素は固体燃料から発生するので、重く大きい水素吸蔵合金のタンクや、気体の水素を水素吸蔵合金に充填するためのインフラを新たに整える必要はない。
特開２００５−３２１４９０号公報国際公開第ＷＯ０２／１８２６７Ａ１号公報 In order to solve these problems related to hydrogen storage alloys, it has been proposed to supply hydrogen directly by downsizing a hydrogen generator that generates hydrogen by a chemical reaction as described in Patent Document 2. Yes. According to this method, since hydrogen is generated from the solid fuel, it is not necessary to newly prepare a heavy and large hydrogen storage alloy tank or an infrastructure for filling the hydrogen storage alloy with gaseous hydrogen.
JP 2005-321490 A International Publication No. WO 02/18267 A1

しかしながら、上記特許文献２に記載された水素発生器のシステムでは、水素発生器と水素を発生する化合物が一体化されて構成されており、水素を発生した後の化合物のみを簡単な操作で未反応の化合物に交換することができない。未反応の化合物が充填された水素発生器そのものを入れ替えることにより、新たな発電を可能とする方式である。そのため、水素燃料電池システムのコストを下げることができない、という不具合がある。 However, in the hydrogen generator system described in Patent Document 2 above, the hydrogen generator and the compound that generates hydrogen are integrated, and only the compound after generating hydrogen is not easily processed. It cannot be exchanged for the compound of the reaction. This is a system that enables new power generation by replacing the hydrogen generator itself filled with unreacted compounds. Therefore, there is a problem that the cost of the hydrogen fuel cell system cannot be reduced.

また、水素発生器は化学反応によって水素を発生させるが、安全上、反応の状態を常に監視することが必要であり、上記水素発生器では、発生器の底面に圧力センサと温度センサを備えて反応の状態を監視するようにしている。しかし、上記特許文献２に提案されている方法では、反応時の酸素の存在については何も言及されていないため、水素と混合した状態で高温にすると爆発等の可能性があり、危険である。 In addition, the hydrogen generator generates hydrogen by a chemical reaction. However, for safety reasons, it is necessary to constantly monitor the state of the reaction. In the hydrogen generator, a pressure sensor and a temperature sensor are provided on the bottom of the generator. The state of reaction is monitored. However, the method proposed in Patent Document 2 does not mention anything about the presence of oxygen at the time of reaction, so there is a possibility of explosion and the like when it is heated in a mixed state with hydrogen, which is dangerous. .

加えて、上記特許文献２には、上記水素発生器を水素燃料電池に交換接続する場合の接続方法について何の記載もされていない。特に、発電効率を高めるために、水素燃料電池内に含まれる可能性のある空気等の不純物の取り扱いを十分考慮する必要がある。 In addition, Patent Document 2 does not describe any connection method when the hydrogen generator is exchanged and connected to a hydrogen fuel cell. In particular, in order to increase the power generation efficiency, it is necessary to sufficiently consider the handling of impurities such as air that may be contained in the hydrogen fuel cell.

更に、通常の使用状態では、あとどの程度継続して発電できるか、という情報を知りたいというニーズは高いが、上記特許文献２には、水素発生器内部の残り燃料の量を把握する方法が示されておらず、いつ燃料を交換すべきか、知ることができないという欠点がある。 Furthermore, although there is a high need for knowing how much power can be continuously generated under normal use conditions, Patent Document 2 discloses a method for grasping the amount of remaining fuel in the hydrogen generator. The disadvantage is that it is not shown and it is not possible to know when to change the fuel.

本発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、反応の終了した化合物の交換が簡便に行うことが可能な水素燃料電池システムを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide a hydrogen fuel cell system capable of easily exchanging a compound after completion of the reaction.

本発明の水素燃料電池システムの一態様は、
化合物の化学反応によって水素を発生させ、その水素を燃料として発電を行う水素燃料電池システムであって、
上記化合物を内蔵させた燃料カートリッジと、
上記燃料カートリッジが着脱自在に接続され上記燃料カートリッジ内に内蔵された化合物に対して化学反応を行わしめて水素を発生させる水素発生制御器と、
上記水素発生制御器によって上記燃料カートリッジ内で発生された水素が供給されこの水素を燃料として発電を行う水素燃料電池と、
を有することを特徴とする。 One aspect of the hydrogen fuel cell system of the present invention is:
A hydrogen fuel cell system that generates hydrogen by a chemical reaction of a compound and generates electricity using the hydrogen as a fuel,
A fuel cartridge containing the compound,
A hydrogen generation controller that detachably connects the fuel cartridge and generates a hydrogen by performing a chemical reaction on the compound contained in the fuel cartridge;
A hydrogen fuel cell that is supplied with hydrogen generated in the fuel cartridge by the hydrogen generation controller and generates electricity using the hydrogen as fuel; and
It is characterized by having.

本発明によれば、水素発生のための化合物をカートリッジに格納し、このカートリッジが水素発生制御器に接続されて水素を発生し発電を行うようにしたので、反応の終了した化合物の交換が簡便に行うことが可能な水素燃料電池システムを提供することができる。 According to the present invention, the compound for generating hydrogen is stored in the cartridge, and this cartridge is connected to the hydrogen generation controller to generate hydrogen and generate electric power. It is possible to provide a hydrogen fuel cell system that can be performed in the same manner.

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面を参照して説明する。 The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings.

［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態に係る水素燃料電池システムの構成を示すブロック図である。この水素燃料電池システムは、水素発生器１０、コントローラ１２、制御バルブ１４、圧力調整バルブ１６、水素燃料電池１８、パージバルブ２０、温度センサ２２、圧力センサ２４、酸素センサ２６、出力端子２８、及び２次電池３０から構成されている。 [First Embodiment]
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the hydrogen fuel cell system according to the first embodiment of the present invention. This hydrogen fuel cell system includes a hydrogen generator 10, a controller 12, a control valve 14, a pressure regulating valve 16, a hydrogen fuel cell 18, a purge valve 20, a temperature sensor 22, a pressure sensor 24, an oxygen sensor 26, an output terminal 28, and 2 The secondary battery 30 is configured.

ここで、水素発生器１０は、カートリッジ１０１と水素発生制御器１０２を組み合わせたものである。カートリッジ１０１は、上記水素発生制御器１０２に対して着脱自在なものであり、その内部に、化学反応によって水素を発生する化合物を小分けにして格納している。このカートリッジ１０１には、当該カートリッジ１０１内に残っている使用可能な小分けにされた化合物の個数を記憶するためのＥＥＰＲＯＭ（Electric Erasable Programmable Read Only Memory）１０３が実装されている。また、水素発生制御器１０２は、取り付けられたカートリッジ１０１内の化合物を反応させて水素発生を制御するものである。なお、カートリッジ１０１の内部には化学反応によって水素を発生する化合物、例えばアンモニア・ボランと加熱用ヒートミックスの混合物、がオンデマンドの水素発生に対応するために複数の化合物ユニット１０１Ａに小分けにされ、その多数の小分けされた化合物ユニット１０１Ａのそれぞれに対して、水素発生制御器１０２に設けられた加熱用ヒータ（図示せず）を選択的に加熱することが可能なようにその接続態様、構成態様が決定されている。例えば、各化合物ユニット１０１Ａが１つの平面上にすべて展開されて並べられており、加熱用ヒータもそれに対面する平面上に設置されており且つそのヒータは特定の局部のみを任意に選択的に加熱できるように構成すれば良い。なお、特定の化合物ユニット１０１Ａのみを選択して加熱できる構成であればこの構成に限定されず、任意の構成とすることができる。また、カートリッジ１０１内部には、アンモニア・ボランから水素を発生させる際に危険防止のために製造時にアルゴン等の不活性ガスを少量充填し、酸素が存在しないようにしておく。カートリッジ１０１は、制御バルブ１４と圧力調整バルブ１６にそれぞれ接続され、その接続の際にカートリッジ１０１の密閉構造が破れるようになっている。 Here, the hydrogen generator 10 is a combination of the cartridge 101 and the hydrogen generation controller 102. The cartridge 101 is detachable from the hydrogen generation controller 102, and stores therein a compound that generates hydrogen by a chemical reaction in small portions. The cartridge 101 is mounted with an EEPROM (Electric Erasable Programmable Read Only Memory) 103 for storing the number of usable subdivided compounds remaining in the cartridge 101. The hydrogen generation controller 102 controls the hydrogen generation by reacting the compound in the attached cartridge 101. In the cartridge 101, a compound that generates hydrogen by a chemical reaction, for example, a mixture of ammonia and borane and a heat mix for heating, is subdivided into a plurality of compound units 101A to cope with on-demand hydrogen generation, The connection mode and configuration mode so that a heating heater (not shown) provided in the hydrogen generation controller 102 can be selectively heated for each of the large number of subdivided compound units 101A. Has been determined. For example, all the compound units 101A are developed and arranged on one plane, and a heater for heating is also installed on a plane facing it, and the heater selectively and selectively heats only a specific local area. What is necessary is just to comprise so that it can do. In addition, if it is the structure which can select and heat only the specific compound unit 101A, it will not be limited to this structure, It can be set as arbitrary structures. The cartridge 101 is filled with a small amount of an inert gas such as argon at the time of production to prevent danger when hydrogen is generated from ammonia / borane so that oxygen does not exist. The cartridge 101 is connected to the control valve 14 and the pressure regulating valve 16 respectively, and the sealing structure of the cartridge 101 is broken at the time of connection.

コントローラ１２は、水素燃料電池システム全体の動作を制御するものである。上記カートリッジ１０１に実装されているＥＥＰＲＯＭ１０３は、このコントローラ１２によってその内容の読み出し・書き込み・消去を行うことができる。また、コントローラ１２は、本水素燃料電池システムが接続される電子機器４０に対して、ＥＥＰＲＯＭ１０３の内容を伝達する。 The controller 12 controls the operation of the entire hydrogen fuel cell system. The EEPROM 103 mounted on the cartridge 101 can be read, written and erased by the controller 12. In addition, the controller 12 transmits the contents of the EEPROM 103 to the electronic device 40 to which the present hydrogen fuel cell system is connected.

制御バルブ１４は、カートリッジ１０１内で発生した水素の流れを制御するバルブである。また、圧力調整バルブ１６は、水素燃料電池１８に加わる水素の圧力が一定の値を超えないように調整するバルブである。カートリッジ１０１は、これら制御バルブ１４と圧力調整バルブ１６を介して水素燃料電池１８に接続される。 The control valve 14 is a valve that controls the flow of hydrogen generated in the cartridge 101. The pressure adjustment valve 16 is a valve that adjusts the pressure of hydrogen applied to the hydrogen fuel cell 18 so as not to exceed a certain value. The cartridge 101 is connected to the hydrogen fuel cell 18 through the control valve 14 and the pressure adjustment valve 16.

水素燃料電池１８は、水素発生器１０で発生させた水素を燃料として発電する。この水素燃料電池１８は、内部に配置された高分子電解質膜によって発電が行われるが、その高分子電解質膜は物理的な強度が弱いので、供給する水素の圧力は一定値以下に調整する必要がある。上記圧力調整バルブ１６はその目的で設置されている。 The hydrogen fuel cell 18 generates electricity using the hydrogen generated by the hydrogen generator 10 as fuel. The hydrogen fuel cell 18 generates electric power by a polymer electrolyte membrane disposed therein. However, since the polymer electrolyte membrane has low physical strength, it is necessary to adjust the pressure of supplied hydrogen to a certain value or less. There is. The pressure adjusting valve 16 is installed for that purpose.

パージバルブ２０は、水素燃料電池１８内の気体を外部に放出させるバルブである。なお、上記制御バルブ１４、上記圧力調整バルブ１６及びこのパージバルブ２０は、コントローラ１２からの電気的な制御信号によって開閉を行うことが可能なバルブであり、例えばＭＥＭＳ（Micro Elector Mechanical System）技術を利用して製造される。 The purge valve 20 is a valve that discharges the gas in the hydrogen fuel cell 18 to the outside. The control valve 14, the pressure adjustment valve 16, and the purge valve 20 are valves that can be opened and closed by an electrical control signal from the controller 12, and use, for example, MEMS (Micro Elector Mechanical System) technology. Manufactured.

温度センサ２２は、カートリッジ１０１の内部温度を測定し、圧力センサ２４は、カートリッジ１０１の内部圧力を測定し、酸素センサ２６は、カートリッジ１０１の内部酸素濃度を測定するためのものである。これら温度センサ２２、圧力センサ２４及び酸素センサ２６はいずれも、カートリッジ１０１と水素燃料電池１８を接続する水素流路の、カートリッジ１０１側に実装されている。これら温度センサ２２、圧力センサ２４及び酸素センサ２６の３つのセンサによって、カートリッジ１０１の内部温度、圧力及び酸素濃度を常時測定し、その測定データをコントローラ１２に供給するようにしている。 The temperature sensor 22 measures the internal temperature of the cartridge 101, the pressure sensor 24 measures the internal pressure of the cartridge 101, and the oxygen sensor 26 measures the internal oxygen concentration of the cartridge 101. These temperature sensor 22, pressure sensor 24 and oxygen sensor 26 are all mounted on the cartridge 101 side of the hydrogen flow path connecting the cartridge 101 and the hydrogen fuel cell 18. These three sensors, the temperature sensor 22, the pressure sensor 24, and the oxygen sensor 26, constantly measure the internal temperature, pressure, and oxygen concentration of the cartridge 101, and supply the measurement data to the controller 12.

出力端子２８は、水素燃料電池１８が発電する電力を外部に出力する端子である。 The output terminal 28 is a terminal that outputs electric power generated by the hydrogen fuel cell 18 to the outside.

２次電池３０は、コントローラ１２の動作に必要な２次電池３０であり、水素燃料電池１８の出力によって充電されている。 The secondary battery 30 is a secondary battery 30 necessary for the operation of the controller 12 and is charged by the output of the hydrogen fuel cell 18.

この構成では、温度センサ２２、圧力センサ２４及び酸素センサ２６はカートリッジ１０１側に実装され、カートリッジ１０１は制御バルブ１４と圧力調整バルブ１６を介して水素燃料電池１８に接続される。同時に、カートリッジ１０１は水素発生制御器１０２にも接続される。 In this configuration, the temperature sensor 22, the pressure sensor 24, and the oxygen sensor 26 are mounted on the cartridge 101 side, and the cartridge 101 is connected to the hydrogen fuel cell 18 via the control valve 14 and the pressure adjustment valve 16. At the same time, the cartridge 101 is also connected to the hydrogen generation controller 102.

ここで、図中の矢印は信号の流れを示している。 Here, the arrows in the figure indicate the flow of signals.

次に、各ユニットの動作を含めて、本実施形態に係る水素燃料電池システムの動作を、図２Ａ及び図２Ｂに示す一連のフローチャートを参照して説明する。 Next, the operation of the hydrogen fuel cell system according to the present embodiment including the operation of each unit will be described with reference to a series of flowcharts shown in FIGS. 2A and 2B.

この水素燃料電池システムで、新しいカートリッジ１０１を水素燃料電池１８に取り付ける場合を説明する。 A case where a new cartridge 101 is attached to the hydrogen fuel cell 18 in this hydrogen fuel cell system will be described.

まず、水素燃料電池１８の制御バルブ１４と圧力調整バルブ１６を閉める（ステップＳ１０）。その後に、カートリッジ１０１を取り付ける（ステップＳ１２）。水素燃料電池１８は通常の大気圧下に置かれているので、水素燃料電池１８内部には空気が存在している。カートリッジ１０１の内部には、上述したように、化学反応によって水素を発生する化合物、例えばアンモニア・ボランと加熱用ヒートミックスの混合物、がオンデマンドの水素発生に対応するために小分けにされていると共に、アンモニア・ボランから水素を発生させる際に危険防止のために製造時にアルゴン等の不活性ガスを少量充填し、酸素が存在しないようにされている。このようなカートリッジ１０１を、制御バルブ１４と圧力調整バルブ１６にそれぞれ接続する。この接続の際にカートリッジ１０１の密閉構造が破れるようになっているが、制御バルブ１４及び圧力調整バルブ１６は閉じているので、カートリッジ１０１を取り付けた状態ではカートリッジ１０１内部には空気は侵入せず、密閉状態である。 First, the control valve 14 and the pressure adjustment valve 16 of the hydrogen fuel cell 18 are closed (step S10). Thereafter, the cartridge 101 is attached (step S12). Since the hydrogen fuel cell 18 is placed under normal atmospheric pressure, air exists inside the hydrogen fuel cell 18. Inside the cartridge 101, as described above, a compound that generates hydrogen by a chemical reaction, for example, a mixture of ammonia and borane and a heat mix for heating, is subdivided to cope with on-demand hydrogen generation. In order to prevent danger when hydrogen is generated from ammonia / borane, a small amount of an inert gas such as argon is filled during production to prevent oxygen from being present. Such a cartridge 101 is connected to the control valve 14 and the pressure adjustment valve 16, respectively. In this connection, the sealing structure of the cartridge 101 is broken. However, since the control valve 14 and the pressure adjustment valve 16 are closed, air does not enter the cartridge 101 when the cartridge 101 is attached. It is in a sealed state.

次に、コントローラ１２は、水素発生器１０に対して、小分けされた化合物ユニット１０１Ａの１個だけの化合物を反応させて水素を発生させるように指示を出す（ステップＳ１４）。即ち、水素発生制御器１０２内の一つの加熱用ヒータ（図示せず）が選択され、電気的なパルスが印加される。カートリッジ１０１内部では、選択された加熱用ヒータに接続された１個の小分けにされた化合物ユニット１０１Ａ内の化合物が反応して水素が発生する。このとき、制御バルブ１４及び圧力調整バルブ１６が閉じたままであるので、カートリッジ１０１内部の圧力が高まる。この際のカートリッジ１０１内部の圧力が大気圧より高くなり、且つ、カートリッジ１０１の最大耐圧より低くなるように、１個の小分けにされた化合物ユニット１０１Ａ内に収容される化合物の量は調整されている。コントローラ１２は、ＥＥＰＲＯＭ１０３に記録されているデータを読み出し、その値から「１」を減算した値を再度ＥＥＰＲＯＭ１０３内に書き込む（ステップＳ１６）。この動作により、カートリッジ１０１内部に残っている小分けされた化合物（燃料）が１個だけ減ったことが記録されたことになる。もし、この時、ＥＥＰＲＯＭ１０３に書き込んだ値が「０」の場合は（ステップＳ１８）、この時点でカートリッジ１０１内の全ての化合物ユニット１０１Ａの化合物を使い切ったことになるので、コントローラ１２は『最後の燃料使用済み』のステータスをＥＥＰＲＯＭ１０３に返してそのステータスを、ＥＥＰＲＯＭ１０３に記憶させると共に、該コントローラ１２に接続された図示しない表示部にカートリッジ１０１の交換を促す表示を行う（ステップＳ２０）。そして、次のステップに進む。また、ＥＥＰＲＯＭ１０３に書き込んだ値が「０」より小さい場合は（ステップＳ１８）、既にカートリッジ１０１内に未使用の化合物ユニット１０１Ａ即ち化合物残りが存在しないので、水素発生は行われない。コントローラ１２は『燃料なし』のエラーステータスをＥＥＰＲＯＭ１０３に返して、そのステータスをＥＥＰＲＯＭ１０３に記憶させると共に、該コントローラ１２に接続された図示しない表示部にエラー表示を行って（ステップＳ２２）、動作を終了する。なお、ＥＥＰＲＯＭ１０３に上記のようなステータスを記憶しておくことで、該カートリッジ１０１が取り外されて別の機器に取り付けられた場合に、その機器において容易に該カートリッジ１０１の状態を知ることができるようになる。また、新たなカートリッジ１０１が水素発生制御器１０２に取り付けられた場合、上記ステータスを見ることで、コントローラ１２は、容易にそのカートリッジ１０１の状態を知ることができる。 Next, the controller 12 instructs the hydrogen generator 10 to react with only one compound in the subdivided compound unit 101A to generate hydrogen (step S14). That is, one heater (not shown) in the hydrogen generation controller 102 is selected and an electrical pulse is applied. Inside the cartridge 101, a compound in one subdivided compound unit 101A connected to the selected heater for heating reacts to generate hydrogen. At this time, since the control valve 14 and the pressure adjustment valve 16 remain closed, the pressure inside the cartridge 101 increases. At this time, the amount of the compound accommodated in one subdivided compound unit 101A is adjusted so that the pressure inside the cartridge 101 is higher than the atmospheric pressure and lower than the maximum pressure resistance of the cartridge 101. Yes. The controller 12 reads the data recorded in the EEPROM 103 and writes the value obtained by subtracting “1” from the value in the EEPROM 103 again (step S16). By this operation, it is recorded that only one subdivided compound (fuel) remaining in the cartridge 101 has been reduced. If the value written in the EEPROM 103 at this time is “0” (step S18), the compounds of all the compound units 101A in the cartridge 101 are used up at this time, so The “fuel used” status is returned to the EEPROM 103 and the status is stored in the EEPROM 103, and a display for prompting the replacement of the cartridge 101 is displayed on the display unit (not shown) connected to the controller 12 (step S20). Then, the process proceeds to the next step. If the value written in the EEPROM 103 is smaller than “0” (step S18), there is no unused compound unit 101A, that is, no compound residue in the cartridge 101, so that no hydrogen is generated. The controller 12 returns an error status of “no fuel” to the EEPROM 103, stores the status in the EEPROM 103, displays an error on a display unit (not shown) connected to the controller 12 (step S22), and ends the operation. To do. By storing the status as described above in the EEPROM 103, when the cartridge 101 is removed and attached to another device, the device 101 can easily know the state of the cartridge 101. become. When a new cartridge 101 is attached to the hydrogen generation controller 102, the controller 12 can easily know the state of the cartridge 101 by looking at the status.

ＥＥＰＲＯＭ１０３に書き込んだ値が「０」以上の場合には（ステップＳ１８）、カートリッジ１０１内部で水素が発生するので、カートリッジ１０１内部の圧力が高まる（ステップＳ２４）。そこで、コントローラ１２は水素燃料電池１８に取り付けられているパージバルブ２０を開く（ステップＳ２６）。この時点では、水素燃料電池１８の内部は大気圧のままで変化はない。続いてコントローラ１２は、制御バルブ１４を開く（ステップＳ２８）。制御バルブ１４を開くと、カートリッジ１０１内には大気圧より高い圧力状態で水素が充満しているので、その水素が水素燃料電池１８側に流れ込み、もともと水素燃料電池１８内に存在していた空気等の不純物をパージバルブ２０から外部に押し出す。この不純物の押し出しに必要な時間は１〜２秒程度である。そのため、ここでは、３秒間待つことで、不純物が確実に外部に押し出されるようにする（ステップＳ３０）。その後、コントローラ１２は、制御バルブ１４とパージバルブ２０を閉めてから（ステップＳ３２）、圧力調整バルブ１６を開ける（ステップＳ３４）。この操作によって、カートリッジ１０１と水素燃料電池１８の内部は空気が排出されて水素が充填された状態となり、水素燃料電池１８は負荷が接続されれば発電が可能な状態となる。 When the value written in the EEPROM 103 is “0” or more (step S18), hydrogen is generated inside the cartridge 101, and the pressure inside the cartridge 101 increases (step S24). Therefore, the controller 12 opens the purge valve 20 attached to the hydrogen fuel cell 18 (step S26). At this time, the inside of the hydrogen fuel cell 18 remains at atmospheric pressure and does not change. Subsequently, the controller 12 opens the control valve 14 (step S28). When the control valve 14 is opened, since the cartridge 101 is filled with hydrogen at a pressure higher than atmospheric pressure, the hydrogen flows into the hydrogen fuel cell 18 side, and the air originally present in the hydrogen fuel cell 18. And the like are pushed out from the purge valve 20 to the outside. The time required for extruding this impurity is about 1 to 2 seconds. Therefore, here, the impurities are surely pushed out by waiting for 3 seconds (step S30). Thereafter, the controller 12 closes the control valve 14 and the purge valve 20 (step S32), and then opens the pressure adjustment valve 16 (step S34). By this operation, the air inside the cartridge 101 and the hydrogen fuel cell 18 is exhausted and filled with hydrogen, and the hydrogen fuel cell 18 becomes capable of generating power when a load is connected.

ここで水素燃料電池１８内部には高分子電解質膜が配置され、この電解質膜の作用によって発電が行われるが、この電解質膜は強度が高くないので、長時間にわたって高い圧力の水素を供給することは避けなければならない。そのため、通常、使用時は０．７気圧程度以上の圧力が加わらないように、コントローラ１２は圧力センサ２４の測定値に基づいて圧力調整バルブ１６を制御することによって水素圧力を調整する。この時点では、水素燃料電池１８内部の不純物を外部に押し出すために、内部の圧力は短時間だけ大気圧、即ち１気圧以上になり、不純物を外部に排出させた後はほぼ大気圧になっている。 Here, a polymer electrolyte membrane is disposed inside the hydrogen fuel cell 18 and power is generated by the action of this electrolyte membrane. However, since this electrolyte membrane is not strong, hydrogen of high pressure is supplied for a long time. Must be avoided. Therefore, normally, the controller 12 adjusts the hydrogen pressure by controlling the pressure adjustment valve 16 based on the measured value of the pressure sensor 24 so that a pressure of about 0.7 atmosphere or more is not applied during use. At this time, in order to push the impurities inside the hydrogen fuel cell 18 to the outside, the internal pressure becomes atmospheric pressure, that is, 1 atmosphere or more only for a short time, and becomes almost atmospheric pressure after the impurities are discharged to the outside. Yes.

一方、水素燃料電池１８には２次電池３０が接続されており、２次電池３０はコントローラ１２の電源となっているので、２次電池３０は充電可能状態である。従って、水素燃料電池１８は発電状態となり、内部の水素が使用されることによって内部圧力が下がり、大気圧よりも低い圧力となって水素燃料電池１８内部の高分子電解質膜にダメージを与えることはない。水素を供給しなければ、水素燃料電池１８内の水素を全て使用するまで発電が継続する。 On the other hand, the secondary battery 30 is connected to the hydrogen fuel cell 18, and the secondary battery 30 is a power source of the controller 12, so the secondary battery 30 is in a chargeable state. Therefore, the hydrogen fuel cell 18 is in a power generation state, the internal pressure is lowered by using the internal hydrogen, and the pressure is lower than the atmospheric pressure, causing damage to the polymer electrolyte membrane inside the hydrogen fuel cell 18. Absent. If no hydrogen is supplied, power generation continues until all the hydrogen in the hydrogen fuel cell 18 is used.

コントローラ１２は、出力端子２８に接続された電子機器を連続的に稼動させるため、水素燃料電池１８内の水素が全てなくなる前に水素発生制御器１０２に指令を出し、カートリッジ１０１内に貯蔵されている小分けに分割された複数の化合物ユニット１０１Ａの内の１個内に収容された化合物を反応させて水素を発生させる（ステップＳ３６）。コントローラ１２は、ＥＥＰＲＯＭ１０３に記録されているデータを読み出し、その値から「１」を減算した値を再度ＥＥＰＲＯＭ１０３内に書き込む（ステップＳ３８）。この動作により、カートリッジ１０１内部に残っている小分けされた燃料が１個だけ減ったことが記録される。もし、この時、ＥＥＰＲＯＭ１０３に書き込んだ値が「０」の場合は、この時点でカートリッジ１０１内の全ての化合物ユニット１０１Ａの化合物を使い切ったことになるので、コントローラ１２は『最後の燃料使用済み』のステータスをＥＥＰＲＯＭ１０３に返して、そのステータスをＥＥＰＲＯＭ１０３に記憶させると共に、該コントローラ１２に接続された図示しない表示部にカートリッジ１０１の交換を促す表示を行う（ステップＳ４２）。そして、次のステップに進む。また、ＥＥＰＲＯＭ１０３に書き込んだ値が「０」より小さい場合は、既にカートリッジ１０１内に未使用の化合物ユニット１０１Ａ即ち化合物残りが存在しないので、水素発生は行われない。そのため、コントローラ１２は、『燃料なし』のエラーステータスをＥＥＰＲＯＭ１０３に返して、そのステータスをＥＥＰＲＯＭ１０３に記憶させると共に、該コントローラ１２に接続された図示しない表示部にエラー表示を行って（ステップＳ４４）、処理を終了する。なお、ＥＥＰＲＯＭ１０３に記憶されるステータスや残り燃料量は、コントローラ１２によって、本水素燃料電池システムが使用されている電子機器４０に伝達することも可能である。 In order to continuously operate the electronic device connected to the output terminal 28, the controller 12 issues a command to the hydrogen generation controller 102 before all the hydrogen in the hydrogen fuel cell 18 runs out, and is stored in the cartridge 101. Hydrogen is generated by reacting a compound contained in one of the plurality of compound units 101A divided into subdivisions (step S36). The controller 12 reads the data recorded in the EEPROM 103 and writes the value obtained by subtracting “1” from the value in the EEPROM 103 again (step S38). By this operation, it is recorded that only one subdivided fuel remaining in the cartridge 101 has been reduced. At this time, if the value written in the EEPROM 103 is “0”, the compound of all the compound units 101A in the cartridge 101 is used up at this time, so the controller 12 determines that “last fuel used”. Is returned to the EEPROM 103, the status is stored in the EEPROM 103, and a display for prompting the replacement of the cartridge 101 is displayed on a display unit (not shown) connected to the controller 12 (step S42). Then, the process proceeds to the next step. On the other hand, if the value written in the EEPROM 103 is smaller than “0”, no unused compound unit 101A, that is, a compound residue already exists in the cartridge 101, so that no hydrogen is generated. Therefore, the controller 12 returns an error status of “no fuel” to the EEPROM 103, stores the status in the EEPROM 103, and displays an error on a display unit (not shown) connected to the controller 12 (step S44). The process ends. Note that the status and remaining fuel amount stored in the EEPROM 103 can be transmitted by the controller 12 to the electronic device 40 in which the present hydrogen fuel cell system is used.

ＥＥＰＲＯＭ１０３に書き込んだ値が「０」以上の場合には、水素が発生する。コントローラ１２は、水素発生を開始した後は、常時、温度センサ２２、圧力センサ２４及び酸素センサ２６の測定値をモニタリングして（ステップＳ４６）、異常発生がないか監視し、異常発生時は必要な処置を行なう。 When the value written in the EEPROM 103 is “0” or more, hydrogen is generated. The controller 12 always monitors the measured values of the temperature sensor 22, the pressure sensor 24, and the oxygen sensor 26 after starting the hydrogen generation (step S46), and monitors whether there is an abnormality. Take appropriate action.

即ち、温度センサ２２及び圧力センサ２４の出力が予め定められた上限値を超えた場合は（ステップＳ４８）、カートリッジ１０１内の化合物がコントローラ１２の指示を超えて異常反応したことを示す。この場合は、カートリッジ１０１が耐え得る温度や内部圧力を超えて最悪の場合はカートリッジ１０１が爆発する危険性があるので、コントローラ１２は、水素発生制御器１０２の動作をシャットダウンすると共に、制御バルブ１４とパージバルブ２０を全開にして（ステップＳ５０）、カートリッジ１０１内部の水素を速やかに外部に放出させる。そして、該コントローラ１２に接続された図示しない表示部に異常発生を表示して（ステップＳ５２）、処理を終了する。 That is, when the outputs of the temperature sensor 22 and the pressure sensor 24 exceed predetermined upper limit values (step S48), it indicates that the compound in the cartridge 101 has reacted abnormally beyond the instruction of the controller 12. In this case, since there is a risk of the cartridge 101 exploding in the worst case beyond the temperature and internal pressure that the cartridge 101 can withstand, the controller 12 shuts down the operation of the hydrogen generation controller 102 and controls the control valve 14. The purge valve 20 is fully opened (step S50), and the hydrogen inside the cartridge 101 is quickly released to the outside. Then, the occurrence of abnormality is displayed on a display unit (not shown) connected to the controller 12 (step S52), and the process is terminated.

また、酸素センサ２６がカートリッジ１０１内部に酸素を検出した場合は、化合物から水素を発生させる際のイニシャル処理で酸素が水素と反応して爆発の恐れがあるので、コントローラ１２は、水素発生制御器１０２の動作をシャットダウンし、以降のカートリッジ１０１の使用を禁止する（ステップＳ５６）。そして、該コントローラ１２に接続された図示しない表示部に異常発生を表示して（ステップＳ５８）、処理を終了する。 Further, when the oxygen sensor 26 detects oxygen in the cartridge 101, the oxygen may react with the hydrogen in the initial process when generating hydrogen from the compound, and there is a risk of explosion. The operation of 102 is shut down, and subsequent use of the cartridge 101 is prohibited (step S56). Then, the occurrence of an abnormality is displayed on a display unit (not shown) connected to the controller 12 (step S58), and the process ends.

このような異常の発生がなければ、水素が発生してカートリッジ１０１内部に充満するので、カートリッジ１０１内部の圧力が高まる。この時、圧力調整バルブ１６のみが開いており、予め設定された０．７気圧の圧力で水素燃料電池１８に対して水素が供給されている状態となる。この状態で水素が使用されればカートリッジ１０１内の水素が水素燃料電池１８に徐々に移動するので、カートリッジ１０１内の圧力が下がって行く。逆に、水素が使用されなければカートリッジ１０１内の圧力は変化しない。 If such an abnormality does not occur, hydrogen is generated and fills the inside of the cartridge 101, so that the pressure inside the cartridge 101 increases. At this time, only the pressure adjustment valve 16 is open, and hydrogen is supplied to the hydrogen fuel cell 18 at a preset pressure of 0.7 atm. If hydrogen is used in this state, the hydrogen in the cartridge 101 gradually moves to the hydrogen fuel cell 18, so that the pressure in the cartridge 101 decreases. Conversely, if hydrogen is not used, the pressure in the cartridge 101 does not change.

コントローラ１２は、カートリッジ１０１に装着されている圧力センサ２４の測定値を監視することにより、接続されている負荷の稼動状態を知ることができるので、その状態によって水素燃料電池１８に継続的に発電を行わせるか否かの判断を行う。即ち、圧力センサ２４の測定値が予め定められた値を下回った場合には（ステップＳ６０）、上記ステップＳ３６に戻って、新たにカートリッジ１０１内の小分けにされた１個の化合物ユニット１０１Ａ内の化合物を反応させて水素を発生させる。 Since the controller 12 can know the operating state of the connected load by monitoring the measurement value of the pressure sensor 24 mounted on the cartridge 101, the hydrogen fuel cell 18 continuously generates power according to the state. It is determined whether or not That is, when the measured value of the pressure sensor 24 falls below a predetermined value (step S60), the process returns to the above step S36, and the inside of one compound unit 101A newly subdivided in the cartridge 101 is returned. The compound reacts to generate hydrogen.

また、圧力センサ２４で検出した圧力の時間に対する変化率は、接続されている負荷が使用する電力の使用スピードを示している。使用スピードが速いときには発生させる水素のスピードも速くする必要があるが、そのスピードは化学反応によって決まるので簡単には変更できない。そこで、一時に反応させる化合物の数を複数個にして発生する水素の量を多くすることで対応する。具体的には以下のようになる。もし、圧力の時間変化率が所定の値より大きい場合には（ステップＳ６２）、そのときの圧力変化率から一時に反応させる化合物つまり一時に使用する化合物ユニット１０１Ａの個数ｎを算出する（ステップＳ６４）。この算出に当たっては、算出式を用いても良いし、過去の実績から圧力変化率と化合物ユニット１０１Ａ数をテーブルにしておき、そのテーブルを参照することで求めても良い。なお、算出した化合物の個数ｎが、その時にカートリッジ１０１内の未使用の化合物ユニット１０１Ａの残り即ち化合物残りの個数よりも少ない場合には、その残りの個数を反応させる化合物の個数ｎとする。 Further, the rate of change of the pressure detected by the pressure sensor 24 with respect to time indicates the usage speed of the power used by the connected load. It is necessary to increase the speed of the hydrogen generated when the usage speed is high, but the speed is determined by the chemical reaction and cannot be easily changed. Therefore, this is dealt with by increasing the amount of hydrogen generated by increasing the number of compounds to be reacted at one time. Specifically: If the pressure change rate with time is larger than a predetermined value (step S62), the number n of compounds to be reacted at one time, that is, the compound unit 101A used at one time, is calculated from the pressure change rate at that time (step S64). ). In this calculation, a calculation formula may be used, or the pressure change rate and the number of compound units 101A may be tabulated from past results and obtained by referring to the table. If the calculated number n of compounds is smaller than the remaining number of unused compound units 101A in the cartridge 101, that is, the number of remaining compounds, the remaining number is set as the number n of compounds to be reacted.

そして、コントローラ１２は、この反応させる化合物の個数ｎの算出結果に従って、水素発生制御器１０２に指令を出し、カートリッジ１０１内に貯蔵されている小分けに分割されたｎ個の化合物ユニット１０１Ａ内の化合物を反応させて水素を発生させる（ステップＳ６６）。また、ＥＥＰＲＯＭ１０３に記録されているデータを読み出し、その値から「ｎ」を減算した値を再度ＥＥＰＲＯＭ１０３内に書き込む（ステップＳ６８）。この動作により、カートリッジ１０１内部に残っている小分けされた燃料がｎ個だけ減ったことが記録される。そして、上記ステップＳ４０に戻り、上記の処理を繰り返す。 Then, the controller 12 issues a command to the hydrogen generation controller 102 in accordance with the calculation result of the number n of compounds to be reacted, and the compounds in the n compound units 101A divided into subdivisions stored in the cartridge 101 To generate hydrogen (step S66). Further, the data recorded in the EEPROM 103 is read, and a value obtained by subtracting “n” from the value is written in the EEPROM 103 again (step S68). This operation records that n subdivided fuels remaining in the cartridge 101 have been reduced by n. And it returns to said step S40 and repeats said process.

以上のように、本第１実施形態に係る水素燃料電池システムによれば、水素発生のための化合物をカートリッジ１０１に格納し、このカートリッジ１０１が水素発生制御器１０２に接続されて水素を発生し発電を行うようにしたので、反応の終了した化合物の交換が簡便に行うことが可能となった。 As described above, according to the hydrogen fuel cell system according to the first embodiment, the compound for generating hydrogen is stored in the cartridge 101, and this cartridge 101 is connected to the hydrogen generation controller 102 to generate hydrogen. Since power generation was performed, it was possible to easily replace the compound after the reaction.

また、水素発生時の温度・圧力の異常や酸素の有無を常にチェックし、異常を検出した際にはシステムを停止するようにしたので、爆発等の危険な状態の発生を防止することができる。 In addition, temperature and pressure abnormalities at the time of hydrogen generation and the presence or absence of oxygen are always checked, and when abnormalities are detected, the system is stopped so that dangerous situations such as explosions can be prevented. .

また、初期使用時に水素燃料電池１８内に存在する空気等の不純物を自動的に外部に排出するようにしたので、効率の良い発電を行うことが可能となる。 Further, since impurities such as air existing in the hydrogen fuel cell 18 at the initial use are automatically discharged to the outside, efficient power generation can be performed.

また、カートリッジ１０１には電気的に書き換え可能なＥＥＰＲＯＭ１０３を実装し、水素発生を行う化合物の残り量を記録するようにしたので、常に残り量を把握でき、また、使用途中でカートリッジ１０１を取り外して別の機器に取り付けた場合でも残り量を知ることができる。 In addition, an electrically rewritable EEPROM 103 is mounted on the cartridge 101, and the remaining amount of the compound that generates hydrogen is recorded, so that the remaining amount can be always grasped, and the cartridge 101 can be removed during use. Even when attached to another device, the remaining amount can be known.

［第２実施形態］
図３は、本発明の第２実施形態に係る水素燃料電池システムの構成を示すブロック図である。 [Second Embodiment]
FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of the hydrogen fuel cell system according to the second embodiment of the present invention.

本第２実施形態の水素燃料発電システムの構成は、上記第１実施形態のそれとほぼ同様であるが、制御バルブ１４と圧力調整バルブ１６を介して、カートリッジ１０１を水素燃料電池１８に接続する部分の構成が異なっている。即ち、カートリッジ１０１の出口は１個で、それが制御バルブ１４に接続され、制御バルブ１４には圧力センサ２４、酸素センサ２６及び温度センサ２２を経由して圧力調整バルブ１６が接続され、それが水素燃料電池１８に接続されている。 The configuration of the hydrogen fuel power generation system of the second embodiment is substantially the same as that of the first embodiment, but the part connecting the cartridge 101 to the hydrogen fuel cell 18 via the control valve 14 and the pressure adjustment valve 16. The configuration is different. That is, the outlet of the cartridge 101 is one, which is connected to the control valve 14, and the pressure adjustment valve 16 is connected to the control valve 14 via the pressure sensor 24, the oxygen sensor 26 and the temperature sensor 22. A hydrogen fuel cell 18 is connected.

制御バルブ１４は、上記第１実施形態と同様にバルブの全開・全閉が可能である。圧力調整バルブ１６は、コントローラ１２からの指令によって、水素燃料電池１８に加わる圧力を指定された値に調整するモードと、バルブを全開・全閉するモードと、の２つのモードを有する。 The control valve 14 can be fully opened / closed as in the first embodiment. The pressure adjustment valve 16 has two modes: a mode in which the pressure applied to the hydrogen fuel cell 18 is adjusted to a designated value, and a mode in which the valve is fully opened and fully closed, according to a command from the controller 12.

この構成では、温度センサ２２、圧力センサ２４及び酸素センサ２６は、水素燃料電池１８側に実装され、カートリッジ１０１は制御バルブ１４のみを介して水素燃料電池１８に接続される。 In this configuration, the temperature sensor 22, the pressure sensor 24 and the oxygen sensor 26 are mounted on the hydrogen fuel cell 18 side, and the cartridge 101 is connected to the hydrogen fuel cell 18 only through the control valve 14.

カートリッジ１０１は、上記第１実施形態と同様に、水素発生制御器１０２にも接続される。 The cartridge 101 is also connected to the hydrogen generation controller 102 as in the first embodiment.

なお、図３において、図中の矢印は、上記第１実施形態と同様に、信号の流れを示している。 In FIG. 3, the arrows in the figure indicate the flow of signals as in the first embodiment.

次に、各ユニットの動作を含めて、第２実施形態の水素燃料電池システムの動作を図４Ａ及び図４Ｂのフローチャートを用いて説明する。 Next, the operation of the hydrogen fuel cell system according to the second embodiment including the operation of each unit will be described with reference to the flowcharts of FIGS. 4A and 4B.

本第２実施形態の水素燃料発電システムの動作も、上記第１実施形態のそれとほぼ同様であるが、下記の３箇所が異なっている。 The operation of the hydrogen fuel power generation system of the second embodiment is also substantially the same as that of the first embodiment, except for the following three locations.

即ち、上記第１実施形態では、最初にカートリッジ１０１を取り付けて化合物１個の反応開始を指示した後、カートリッジ１０１内に水素が発生して内部圧力が高まり、パージバルブ２０を開いた後、ステップＳ２８として制御バルブ１４を開くようにしていたが、本実施形態では、パージバルブ２０を開いた後、制御バルブ１４と圧力調整バルブ１６を全開にする（ステップＳ７０）。 That is, in the first embodiment, after the cartridge 101 is first attached and the start of reaction of one compound is instructed, hydrogen is generated in the cartridge 101 to increase the internal pressure, and the purge valve 20 is opened. However, in this embodiment, after the purge valve 20 is opened, the control valve 14 and the pressure adjustment valve 16 are fully opened (step S70).

また、上記第１実施形態では、その後、パージバルブ２０から水素燃料電池１８内の不純物が排出され、パージバルブ２０を閉めた後、ステップＳ３４として圧力調整バルブ１６を開けるようにしていたが、本実施形態では、パージバルブ２０を閉めた後に、圧力調整バルブ１６を全開から圧力調整モードに変更する（ステップＳ７２）。 In the first embodiment, after that, the impurities in the hydrogen fuel cell 18 are discharged from the purge valve 20 and the purge valve 20 is closed, and then the pressure adjustment valve 16 is opened in step S34. Then, after closing the purge valve 20, the pressure adjustment valve 16 is changed from fully open to the pressure adjustment mode (step S72).

また、上記第１実施形態では、温度センサ２２、圧力センサ２４及び酸素センサ２６の出力をチェックして異常が発生していないかをチェックした際に、温度または圧力が上限以上であった場合に、水素発生制御器１０２の動作をシャットダウンすると共に、制御バルブ１４とパージバルブ２０を全開にして、カートリッジ１０１内部の水素を速やかに外部に放出させるようにしている。これに対して、本第２実施形態では、温度または圧力が上限以上であった場合には、水素発生制御器１０２の動作をシャットダウンし、制御バルブ１４、圧力調整バルブ１６及びパージバルブ２０を全て全開にして（ステップＳ７４）、カートリッジ１０１及び水素燃料電池１８の内部圧力の異常な上昇を防止するものである。 In the first embodiment, when the temperature sensor 22, the pressure sensor 24, and the oxygen sensor 26 are checked for abnormalities by checking the outputs, the temperature or pressure is greater than or equal to the upper limit. The operation of the hydrogen generation controller 102 is shut down, and the control valve 14 and the purge valve 20 are fully opened so that the hydrogen in the cartridge 101 is quickly released to the outside. In contrast, in the second embodiment, when the temperature or pressure is equal to or higher than the upper limit, the operation of the hydrogen generation controller 102 is shut down, and the control valve 14, the pressure adjustment valve 16, and the purge valve 20 are all fully opened. In this manner (step S74), an abnormal increase in internal pressure of the cartridge 101 and the hydrogen fuel cell 18 is prevented.

上記以外の動作は、上述した第１実施形態の動作と同じである。 The operation other than the above is the same as the operation of the first embodiment described above.

即ち、本第２実施形態では、温度センサ２２、圧力センサ２４及び酸素センサ２６を全て水素燃料電池１８側に実装しているので、カートリッジ１０１を交換してもこれらのセンサ２２，２４，２６は交換する必要がない。上記第１実施形態では、これらのセンサ２２，２４，２６がカートリッジ１０１側に実装されているため、カートリッジ１０１は使用後に回収して再使用しないとシステム全体のコストが上がる可能性がある。これに対して、本第２実施形態では、カートリッジ１０１を使い捨てにしてもシステム全体のコストをほとんど上昇させることなく、システムを構成できる。 That is, in the second embodiment, since the temperature sensor 22, the pressure sensor 24, and the oxygen sensor 26 are all mounted on the hydrogen fuel cell 18 side, these sensors 22, 24, and 26 are maintained even if the cartridge 101 is replaced. There is no need to replace it. In the first embodiment, since these sensors 22, 24, and 26 are mounted on the cartridge 101 side, the cost of the entire system may increase unless the cartridge 101 is collected after use and reused. On the other hand, in the second embodiment, the system can be configured with almost no increase in the cost of the entire system even if the cartridge 101 is disposable.

以上実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形や応用が可能なことは勿論である。 Although the present invention has been described above based on the embodiments, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications and applications are naturally possible within the scope of the gist of the present invention.

（付記）
前記の具体的実施形態から、以下のような構成の発明を抽出することができる。 (Appendix)
The invention having the following configuration can be extracted from the specific embodiment.

（１）化合物の化学反応によって水素を発生させ、その水素を燃料として発電を行う水素燃料電池システムであって、
上記化合物を内蔵させた燃料カートリッジと、
上記燃料カートリッジが着脱自在に接続され、上記燃料カートリッジ内に内蔵された化合物に対して化学反応を行わしめて水素を発生させる水素発生制御器と、
上記水素発生制御器によって上記燃料カートリッジ内で発生された水素が供給され、この水素を燃料として発電を行う水素燃料電池と、
を具備することを特徴とする水素燃料電池システム。 (1) A hydrogen fuel cell system that generates hydrogen by a chemical reaction of a compound and generates electricity using the hydrogen as fuel,
A fuel cartridge containing the compound,
A hydrogen generation controller that is detachably connected to the fuel cartridge, and generates a hydrogen by performing a chemical reaction on a compound contained in the fuel cartridge;
A hydrogen fuel cell that is supplied with hydrogen generated in the fuel cartridge by the hydrogen generation controller and generates power using the hydrogen as fuel; and
A hydrogen fuel cell system comprising:

（対応する実施形態）
この（１）に記載の水素燃料電池システムに関する実施形態は、第１及び第２実施形態が対応する。それらの実施形態において、カートリッジ１０１が上記燃料カートリッジに、水素発生制御器１０２が上記水素発生制御器に、水素燃料電池１８が上記水素燃料電池に、それぞれ対応する。 (Corresponding embodiment)
The embodiment relating to the hydrogen fuel cell system described in (1) corresponds to the first and second embodiments. In these embodiments, the cartridge 101 corresponds to the fuel cartridge, the hydrogen generation controller 102 corresponds to the hydrogen generation controller, and the hydrogen fuel cell 18 corresponds to the hydrogen fuel cell.

（作用効果）
この（１）に記載の水素燃料電池システムによれば、水素発生のための化合物をカートリッジに格納し、このカートリッジが水素発生制御器に接続されて水素を発生し発電を行うようにしたので、反応の終了した化合物の交換が簡便に行うことが可能となる。 (Function and effect)
According to the hydrogen fuel cell system described in (1), the compound for generating hydrogen is stored in the cartridge, and the cartridge is connected to the hydrogen generation controller to generate hydrogen and generate electric power. The exchange of the compound after the reaction can be easily performed.

（２）上記燃料カートリッジは、上記化合物を内蔵させた複数のユニットがその内部に設けられており、
上記水素発生制御器は、上記複数のユニットの内の任意のユニットに対して化学反応を行わしめて水素を発生させることが可能であることを特徴とする（１）に記載の水素燃料電池システム。 (2) The fuel cartridge includes a plurality of units in which the compound is incorporated,
(2) The hydrogen fuel cell system according to (1), wherein the hydrogen generation controller is capable of generating hydrogen by performing a chemical reaction on an arbitrary unit among the plurality of units.

（対応する実施形態）
この（２）に記載の水素燃料電池システムに関する実施形態は、第１及び第２実施形態が対応する。それらの実施形態において、化合物ユニット１０１Ａが上記ユニットに対応する。 (Corresponding embodiment)
The first and second embodiments correspond to the embodiment relating to the hydrogen fuel cell system described in (2). In those embodiments, the compound unit 101A corresponds to the above unit.

（作用効果）
この（２）に記載の水素燃料電池システムによれば、１個のユニット内に収容する化合物の量を調整できるので、化合物が反応して水素を発生した際に燃料カートリッジ内部の圧力が燃料カートリッジの最大耐圧より低くすることができる。 (Function and effect)
According to the hydrogen fuel cell system described in (2), since the amount of the compound accommodated in one unit can be adjusted, when the compound reacts to generate hydrogen, the pressure inside the fuel cartridge is changed to the fuel cartridge. The maximum breakdown voltage can be lowered.

（３）上記水素燃料電池は、パージバルブを有すると共に、上記燃料カートリッジを着脱自在に接続する接続部分にも制御バルブが設けられ、
上記燃料カートリッジが新規に装着された後において、上記制御バルブを閉めた状態で上記燃料カートリッジ内から水素を発生させるべく上記水素発生制御器を制御し、上記燃料カートリッジ内の内部圧力が所定値より大きくなった後に上記パージバルブと上記制御バルブを開放して上記水素燃料電池内に残っている空気を電池外に放出させることを特徴とする（１）又は（２）に記載の水素燃料電池システム。 (3) The hydrogen fuel cell has a purge valve, and a control valve is also provided at a connection part for detachably connecting the fuel cartridge,
After the fuel cartridge is newly installed, the hydrogen generation controller is controlled to generate hydrogen from the fuel cartridge with the control valve closed, and the internal pressure in the fuel cartridge is less than a predetermined value. (2) The hydrogen fuel cell system according to (1) or (2), wherein the purge valve and the control valve are opened after being increased to release the air remaining in the hydrogen fuel cell to the outside of the cell.

（対応する実施形態）
この（３）に記載の水素燃料電池システムに関する実施形態は、第１及び第２実施形態が対応する。それらの実施形態において、パージバルブ２０が上記パージバルブに、制御バルブ１４が上記制御バルブに、それぞれ対応する。 (Corresponding embodiment)
The first and second embodiments correspond to the embodiment relating to the hydrogen fuel cell system described in (3). In these embodiments, the purge valve 20 corresponds to the purge valve, and the control valve 14 corresponds to the control valve.

（作用効果）
この（３）に記載の水素燃料電池システムによれば、燃料カートリッジの初期使用時に、水素燃料電池内に存在する空気等の不純物を自動的に外部に排出するようにしたので、効率の良い発電を行うことが可能となる。 (Function and effect)
According to the hydrogen fuel cell system described in (3), since impurities such as air existing in the hydrogen fuel cell are automatically discharged to the outside when the fuel cartridge is initially used, efficient power generation is possible. Can be performed.

（４）上記燃料カートリッジと上記水素燃料電池の少なくとも一方の内部の圧力、温度及び酸素濃度を測定するセンサを設け、上記センサによる測定結果に基づいて上記水素燃料電池システムの動作状態を検出することを特徴とする（１）乃至（３）の何れかに記載水素燃料電池システム。 (4) Providing a sensor for measuring the pressure, temperature, and oxygen concentration inside at least one of the fuel cartridge and the hydrogen fuel cell, and detecting the operating state of the hydrogen fuel cell system based on the measurement result of the sensor. The hydrogen fuel cell system according to any one of (1) to (3).

（対応する実施形態）
この（４）に記載の水素燃料電池システムに関する実施形態は、第１及び第２実施形態が対応する。それらの実施形態において、圧力センサ２４、温度センサ２２及び酸素センサ２６が上記圧力、温度及び酸素濃度を測定するセンサに対応する。 (Corresponding embodiment)
The embodiment relating to the hydrogen fuel cell system described in (4) corresponds to the first and second embodiments. In those embodiments, the pressure sensor 24, the temperature sensor 22, and the oxygen sensor 26 correspond to the sensors that measure the pressure, temperature, and oxygen concentration.

（作用効果）
この（４）に記載の水素燃料電池システムによれば、水素発生時の温度・圧力の異常や酸素の有無を常にチェックできる。 (Function and effect)
According to the hydrogen fuel cell system described in (4), it is possible to always check for temperature / pressure abnormalities and presence / absence of oxygen when hydrogen is generated.

（５）上記圧力、温度及び酸素濃度の少なくとも１つが所定値を超えた場合には、上記水素発生制御器による化学反応の停止、上記パージバルブ及び制御バルブの少なくとも一方の開放、の少なくとも一方を行わしめることを特徴とする（４）に記載の水素燃料電池システム。 (5) When at least one of the pressure, temperature, and oxygen concentration exceeds a predetermined value, at least one of stopping the chemical reaction by the hydrogen generation controller and opening at least one of the purge valve and the control valve is performed. (4) The hydrogen fuel cell system according to (4).

（対応する実施形態）
この（５）に記載の水素燃料電池システムに関する実施形態は、第１及び第２実施形態が対応する。 (Corresponding embodiment)
The embodiment relating to the hydrogen fuel cell system described in (5) corresponds to the first and second embodiments.

（作用効果）
この（５）に記載の水素燃料電池システムによれば、水素発生時に異常を検出した際にはシステムを停止するようにしたので、爆発等の危険な状態の発生を防止することができる。 (Function and effect)
According to the hydrogen fuel cell system described in (5), since the system is stopped when an abnormality is detected when hydrogen is generated, the occurrence of a dangerous state such as an explosion can be prevented.

（６）上記圧力センサで圧力の変化率を監視すると共に、上記変化率が所定値以下の場合には上記水素発生制御器において同時に化学反応を行わしめるユニットを１つのみとし、上記変化率が所定値以上の場合には同時に化学反応を行わしめるユニットを複数として制御することを特徴とする（４）又は（５）に記載の水素燃料電池システム。 (6) The pressure change rate is monitored by the pressure sensor, and when the change rate is equal to or less than a predetermined value, the hydrogen generation controller has only one unit that simultaneously performs a chemical reaction. The hydrogen fuel cell system according to (4) or (5), characterized in that a plurality of units that simultaneously perform a chemical reaction when a predetermined value or more is controlled.

（対応する実施形態）
この（６）に記載の水素燃料電池システムに関する実施形態は、第１及び第２実施形態が対応する。 (Corresponding embodiment)
The first and second embodiments correspond to the hydrogen fuel cell system described in (6).

（作用効果）
この（６）に記載の水素燃料電池システムによれば、一時に反応させる化合物の数を調整することで、接続されている負荷に応じた電力の使用スピードに対応できるようになる。 (Function and effect)
According to the hydrogen fuel cell system described in (6), by adjusting the number of compounds to be reacted at a time, it becomes possible to cope with the use speed of electric power according to the connected load.

（７）上記燃料カートリッジ内に書き換え可能な不揮発性メモリを設けると共に、上記化合物の残量情報を上記不揮発性メモリに記録させることを特徴とする（１）乃至（６）の何れかに記載の水素燃料電池システム。 (7) The rewritable nonvolatile memory is provided in the fuel cartridge, and the remaining amount information of the compound is recorded in the nonvolatile memory, according to any one of (1) to (6), Hydrogen fuel cell system.

（対応する実施形態）
この（７）に記載の水素燃料電池システムに関する実施形態は、第１及び第２実施形態が対応する。それらの実施形態において、ＥＥＰＲＯＭ１０３が上記不揮発性メモリに対応する。 (Corresponding embodiment)
The embodiment relating to the hydrogen fuel cell system described in (7) corresponds to the first and second embodiments. In these embodiments, the EEPROM 103 corresponds to the nonvolatile memory.

（作用効果）
この（７）に記載の水素燃料電池システムによれば、水素発生を行う化合物の残り量を常に把握でき、また、使用途中で燃料カートリッジを取り外して別の機器に取り付けた場合でも残り量を知ることができる。 (Function and effect)
According to the hydrogen fuel cell system described in (7), it is possible to always grasp the remaining amount of the compound that generates hydrogen, and to know the remaining amount even when the fuel cartridge is removed and attached to another device during use. be able to.

（８）上記残量情報は、上記燃料カートリッジ内に設けられている上記ユニットの使用数または残数に関する情報であることを特徴とする（７）に記載の水素燃料電池システム。 (8) The hydrogen fuel cell system according to (7), wherein the remaining amount information is information relating to the number of used units or the remaining number of units provided in the fuel cartridge.

（対応する実施形態）
この（８）に記載の水素燃料電池システムに関する実施形態は、第１及び第２実施形態が対応する。 (Corresponding embodiment)
The embodiment relating to the hydrogen fuel cell system described in (8) corresponds to the first and second embodiments.

（作用効果）
この（８）に記載の水素燃料電池システムによれば、ユニット数で管理するので、不揮発性メモリの書き換え回数が少なくて済み、その分、電力消費を抑えることができる。 (Function and effect)
According to the hydrogen fuel cell system described in (8), since it is managed by the number of units, the number of times of rewriting of the nonvolatile memory can be reduced, and power consumption can be suppressed correspondingly.

（９）上記センサが上記水素燃料電池側に設けられていることを特徴とする（４）に記載の水素燃料電池システム。 (9) The hydrogen fuel cell system according to (4), wherein the sensor is provided on the hydrogen fuel cell side.

（対応する実施形態）
この（９）に記載の水素燃料電池システムに関する実施形態は、第２実施形態が対応する。 (Corresponding embodiment)
The second embodiment corresponds to the embodiment related to the hydrogen fuel cell system described in (9).

（作用効果）
この（９）に記載の水素燃料電池システムによれば、燃料カートリッジを使い捨てにしてもシステム全体のコストをほとんど上昇させることなく、システムを構成できる。 (Function and effect)
According to the hydrogen fuel cell system described in (9), even if the fuel cartridge is disposable, the system can be configured with almost no increase in the cost of the entire system.

図１は、本発明の第１実施形態に係る水素燃料電池システムの構成を示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the hydrogen fuel cell system according to the first embodiment of the present invention. 図２Ａは、第１実施形態に係る水素燃料電池システムの一連の動作フローチャートの前半部分を示す図である。FIG. 2A is a diagram showing a first half of a series of operation flowcharts of the hydrogen fuel cell system according to the first embodiment. 図２Ｂは、第１実施形態に係る水素燃料電池システムの一連の動作フローチャートの後半部分を示す図である。FIG. 2B is a diagram showing the latter half of a series of operation flowcharts of the hydrogen fuel cell system according to the first embodiment. 図３は、本発明の第２実施形態に係る水素燃料電池システムの構成を示すブロック図である。FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of the hydrogen fuel cell system according to the second embodiment of the present invention. 図４Ａは、第２実施形態に係る水素燃料電池システムの一連の動作フローチャートの前半部分を示す図である。FIG. 4A is a diagram illustrating a first half of a series of operation flowcharts of the hydrogen fuel cell system according to the second embodiment. 図４Ｂは、第２実施形態に係る水素燃料電池システムの一連の動作フローチャートの後半部分を示す図である。FIG. 4B is a diagram showing the latter half of a series of operation flowcharts of the hydrogen fuel cell system according to the second embodiment.

Explanation of symbols

１０…水素発生器、１２…コントローラ、１４…制御バルブ、１６…圧力調整バルブ、１８…水素燃料電池、２０…パージバルブ、２２…温度センサ、２４…圧力センサ、２６…酸素センサ、２８…出力端子、３０…２次電池、４０…電子機器、１０１…カートリッジ、１０１Ａ…化合物ユニット、１０２…水素発生制御器、１０３…ＥＥＰＲＯＭ。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Hydrogen generator, 12 ... Controller, 14 ... Control valve, 16 ... Pressure adjustment valve, 18 ... Hydrogen fuel cell, 20 ... Purge valve, 22 ... Temperature sensor, 24 ... Pressure sensor, 26 ... Oxygen sensor, 28 ... Output terminal 30 ... Secondary battery, 40 ... Electronic equipment, 101 ... Cartridge, 101A ... Compound unit, 102 ... Hydrogen generation controller, 103 ... EEPROM.

Claims

A hydrogen fuel cell system that generates hydrogen by a chemical reaction of a compound and generates electricity using the hydrogen as a fuel,
A fuel cartridge containing the compound,
A hydrogen generation controller that is detachably connected to the fuel cartridge, and generates a hydrogen by performing a chemical reaction on a compound contained in the fuel cartridge;
A hydrogen fuel cell that is supplied with hydrogen generated in the fuel cartridge by the hydrogen generation controller and generates power using the hydrogen as fuel; and
A hydrogen fuel cell system comprising:

The fuel cartridge is provided with a plurality of units containing the compound therein.
2. The hydrogen fuel cell system according to claim 1, wherein the hydrogen generation controller is capable of generating hydrogen by performing a chemical reaction on an arbitrary unit of the plurality of units.

The hydrogen fuel cell has a purge valve, and a control valve is also provided at a connection part for detachably connecting the fuel cartridge,
After the fuel cartridge is newly installed, the hydrogen generation controller is controlled to generate hydrogen from the fuel cartridge with the control valve closed, and the internal pressure in the fuel cartridge is less than a predetermined value. 3. The hydrogen fuel cell system according to claim 1, wherein after being increased, the purge valve and the control valve are opened to release air remaining in the hydrogen fuel cell to the outside of the cell.

A sensor for measuring pressure, temperature, and oxygen concentration inside at least one of the fuel cartridge and the hydrogen fuel cell is provided, and an operating state of the hydrogen fuel cell system is detected based on a measurement result by the sensor. The hydrogen fuel cell system according to any one of claims 1 to 3.

When at least one of the pressure, temperature and oxygen concentration exceeds a predetermined value, at least one of stopping the chemical reaction by the hydrogen generation controller and opening at least one of the purge valve and the control valve is performed. The hydrogen fuel cell system according to claim 4, wherein

The pressure sensor monitors the rate of change of pressure, and if the rate of change is less than or equal to a predetermined value, the hydrogen generation controller has only one unit that simultaneously performs a chemical reaction, and the rate of change is greater than or equal to a predetermined value. 6. The hydrogen fuel cell system according to claim 4 or 5, wherein a plurality of units that simultaneously perform chemical reactions are controlled as a plurality of units.

The hydrogen fuel cell system according to claim 1, wherein a rewritable nonvolatile memory is provided in the fuel cartridge, and the remaining amount information of the compound is recorded in the nonvolatile memory.

8. The hydrogen fuel cell system according to claim 7, wherein the remaining amount information is information relating to the number of units used or the number of remaining units provided in the fuel cartridge.

The hydrogen fuel cell system according to claim 4, wherein the sensor is provided on the hydrogen fuel cell side.