專(zhuān)利名稱(chēng)：發(fā)電系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種發(fā)電系統(tǒng)。
技術(shù)背景在發(fā)電系統(tǒng)中，燃料電池具有這樣的潛力，即每個(gè)單元所能提供 的能量大約為現(xiàn)有電池的幾倍到十倍。人們期望可以通過(guò)向燃料電池提供燃料而對(duì)燃料電池持續(xù)充電， 使諸如手機(jī)、個(gè)人電腦等小型電子設(shè)備可以長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)使用。燃料電池具有將含有催化劑的燃料電極、與含有催化劑的氧化劑 電極分別設(shè)置在電介質(zhì)膜的相對(duì)的表面上的結(jié)構(gòu)。當(dāng)將諸如存儲(chǔ)在氫存儲(chǔ)合金箱等中的氫氣等的燃料施加到燃料 電極一側(cè)，而將諸如氧氣等氧化劑施加到氧化劑電極一側(cè)時(shí)，通過(guò)電 解質(zhì)膜使這些反應(yīng)物發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，來(lái)產(chǎn)生電力。通常，為了穩(wěn)定地驅(qū)動(dòng)燃料電池，開(kāi)發(fā)了各種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。在這些系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，作為利用燃料電池的部分電力的系統(tǒng)，為了 根據(jù)裝置負(fù)載特性而穩(wěn)定地驅(qū)動(dòng)裝置，在日本專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)No.2001-229950中，7>開(kāi)了 一種防止用于驅(qū)動(dòng)啟動(dòng)燃料電池堆所需的 輔助裝置等的二次電池過(guò)放電的系統(tǒng)。在該系統(tǒng)中，為了獲得將燃料電池堆分為2個(gè)部分、而且可以選 擇性地只啟動(dòng)一個(gè)燃料電池的結(jié)構(gòu)，將電力從燃料電池傳送給二次電 池，據(jù)此防止在啟動(dòng)燃料電池時(shí)的二次電池過(guò)放電。另外，(PCT申請(qǐng)的翻譯版本的)日本國(guó)家申請(qǐng)公開(kāi) No.2002-520778號(hào)中提出了具有這樣一種結(jié)構(gòu)的傳感單元，在這種結(jié) 構(gòu)中，根據(jù)使用環(huán)境、諸如電響應(yīng)或溫度相應(yīng)，多個(gè)燃料電池中的一 部分的輸出特性改變，因此傳感單元可以作為傳感器，并被穩(wěn)定地驅(qū)動(dòng)。但是，根據(jù)日本專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)No.2001-229950號(hào)的燃料電池系 統(tǒng)，采用了為了驅(qū)動(dòng)在燃料電池堆啟動(dòng)時(shí)所需要的輔助裝置等而使用 與燃料電池分離的二次電池的結(jié)構(gòu)，因此、該結(jié)構(gòu)不利小型化。即，必須與燃料電池分離地設(shè)置二次電池，因此、需要用于控制 提供給燃料電池的燃料的支路、流路切換裝置、切換裝置的控制裝置 等，因此，該結(jié)構(gòu)不適于小型電子設(shè)備的發(fā)電系統(tǒng)。另外，在(PCT申請(qǐng)的翻譯版本的)日本國(guó)家申請(qǐng)公開(kāi) No.2002-520778中，燃料電池的一部分被配置為作為傳感器單體工 作。但是，需要通過(guò)測(cè)量以獲得電壓值、電流值等的測(cè)量單元，和用 于將所獲得的值與閾值進(jìn)行比較的判定單元。因此，該結(jié)構(gòu)需要空間以用于安裝測(cè)量單元和判定單元，所以， 該結(jié)構(gòu)不適于小型電子設(shè)備的發(fā)電系統(tǒng)。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明涉及一種能夠進(jìn)行穩(wěn)定發(fā)電并獲得小型化的發(fā)電系統(tǒng)。 本發(fā)明提供一種如下所述的發(fā)電系統(tǒng)。本發(fā)明的發(fā)電系統(tǒng)的特征在于，包括燃料供應(yīng)裝置；用于利用 由燃料供應(yīng)裝置所提供的燃料進(jìn)行發(fā)電的第一發(fā)電裝置；用于利用由 燃料供應(yīng)裝置所提供的燃料進(jìn)行發(fā)電的第二發(fā)電裝置；將燃料供應(yīng)裝 置連接到第 一發(fā)電裝置和第二發(fā)電裝置以用于提供燃料的燃料通路； 以及燃料控制裝置，其包括設(shè)置在燃料通路上、利用第一發(fā)電裝置的 輸出而導(dǎo)通的常閉閥；其中，燃料可以通過(guò)利用第一發(fā)電裝置的輸出 而導(dǎo)通的常閉閥、由燃料供應(yīng)裝置提供給第二發(fā)電裝置。本發(fā)明的發(fā)電系統(tǒng)的特征在于，第一發(fā)電裝置和第二發(fā)電裝置通 過(guò)燃料通路相互串聯(lián)連接.本發(fā)明的發(fā)電系統(tǒng)的特征在于，第一發(fā)電裝置和第二發(fā)電裝置通 過(guò)燃料通路相互并聯(lián)連接。本發(fā)明的發(fā)電系統(tǒng)的特征在于，在燃料控制裝置中，常閉閥在笫
一發(fā)電裝置的輸出變得高于預(yù)定閾值時(shí)導(dǎo)通，而該常閉閥在第一發(fā)電 裝置的輸出變得低于預(yù)定閾值時(shí)關(guān)閉。本發(fā)明的發(fā)電系統(tǒng)的特征在于，該常閉閥在第一發(fā)電裝置的輸出 根據(jù)環(huán)境條件而變得低于預(yù)定閾值時(shí)關(guān)閉。本發(fā)明的發(fā)電系統(tǒng)的特征在于，第一發(fā)電裝置的輸出低于預(yù)定閾 值的環(huán)境條件是異常高溫度條件或異常低濕度條件中的一個(gè)。本發(fā)明的發(fā)電系統(tǒng)的特征在于，第一發(fā)電裝置與第二發(fā)電裝置中 的一個(gè)包含燃料電池。本發(fā)明的發(fā)電系統(tǒng)的特征在于，燃料電池包括含有至少一個(gè)燃料 電池單元的燃料電池堆。本發(fā)明的發(fā)電系統(tǒng)能夠進(jìn)行穩(wěn)定發(fā)電，并能夠?qū)崿F(xiàn)小型化。另外，以下參照附圖的具體實(shí)施方式
的描述，本發(fā)明的特征將更 加明了。


圖1是說(shuō)明本發(fā)明的第1實(shí)施方式的燃料電池裝置的結(jié)構(gòu)的框囝。圖2是本發(fā)明的第1實(shí)施方式的燃料電池裝置對(duì)電子設(shè)備的外殼 的安裝狀態(tài)圖。圖3是本發(fā)明的第1實(shí)施方式的燃料電池裝置的燃料電池單元的 結(jié)構(gòu)圖。圖4是安裝了本發(fā)明的第1實(shí)施方式的燃料電池的電子設(shè)備的框圖。圖5是本發(fā)明的第1實(shí)施方式的燃料電池單元的操作狀態(tài)框圖。 圖6是本發(fā)明的第1實(shí)施方式的第二燃料電池結(jié)構(gòu)的剖面圖. 圖7是本發(fā)明的第1實(shí)施方式的第二燃料電壓的結(jié)構(gòu)透視圖. 圖8是本發(fā)明的第1實(shí)施方式的燃料電池的起動(dòng)操作的流程圖。 圖9是本發(fā)明的第1實(shí)施方式的燃料電池的停止搮作的流程圖。 圖10是燃料電池的I-V特性曲線，用于i兌明根據(jù)本發(fā)明的第2
實(shí)施方式將第一燃料電池用作環(huán)境傳感器的結(jié)構(gòu)例。圖11是燃料電池的電壓特性曲線，用于說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的第2 實(shí)施方式將第一燃料電池用作環(huán)境傳感器的結(jié)構(gòu)例。圖12是本發(fā)明的第3實(shí)施方式的燃料電池裝置的結(jié)構(gòu)框圖。
具體實(shí)施方式
下面將對(duì)#^據(jù)本發(fā)明的發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行說(shuō)明。根據(jù)本實(shí)施方式，所提供的發(fā)電系統(tǒng)包括利用燃料供應(yīng)裝置和 燃料來(lái)發(fā)電的第 一發(fā)電裝置和第二發(fā)電裝置；將燃料供應(yīng)裝置連接到第一發(fā)電裝置和第二發(fā)電裝置、以提供燃料的燃料路徑；包含設(shè)置在第二發(fā)電裝置與燃料供應(yīng)裝置之間的燃料路徑,中的常閉(normally closed)閥的燃料控制裝置，其中，位于燃料供應(yīng)裝置與常閉閥之間 的燃料路徑與第一發(fā)電裝置相連接，而常閉閥被設(shè)置為利用第一發(fā)電 裝置的輸出而打開(kāi)的閥。根據(jù)如上所述的本實(shí)施方式，為了控制對(duì)第二發(fā)電裝置的燃料供 應(yīng)，如上構(gòu)造的常閉閥利用第一發(fā)電裝置的輸出而打開(kāi)，據(jù)此，無(wú)須 在向電子設(shè)備等供電的情況下^脊用亇超動(dòng)的新的電源笨置。另外，當(dāng)?shù)谝话l(fā)電裝置的輸出極端地減小到非正常狀態(tài)時(shí)，常閉 閥自動(dòng)關(guān)閉，據(jù)此，可以停止對(duì)第二發(fā)電裝置的燃料供應(yīng)。結(jié)果，可以得到使用少量的元件而獲得具有高穩(wěn)定性的發(fā)電系 統(tǒng)。另外，可以實(shí)現(xiàn)與小型電子設(shè)備兼容的、能夠穩(wěn)定發(fā)電的發(fā)電裝 置。注意，根據(jù)本實(shí)施方式的發(fā)電系統(tǒng)并不僅限于上述結(jié)構(gòu)。也可以 實(shí)現(xiàn)另一種實(shí)施方式，其中，發(fā)電系統(tǒng)的部分或整個(gè)結(jié)構(gòu)以其可替換 結(jié)構(gòu)所替換。例如，燃料電池裝置被配置為發(fā)電系統(tǒng)，燃料電池堆和 燃料箱一體地連接在一起的整個(gè)燃料電池裝置可以做成與電子設(shè)備的外殼可拆裝的.替代地，燃料電池堆可以與電子設(shè)備的外殼側(cè)相結(jié)合，而只有燃 料箱是與電子設(shè)備的外殼可拆裝的.
另外，根據(jù)以下的實(shí)施方式，對(duì)將大氣中的氧作為氧化劑而使用 的結(jié)構(gòu)例子進(jìn)行說(shuō)明。但是、作為氧化劑，也可以使用相當(dāng)于氧的具 有氧化作用的其他氣態(tài)或液態(tài)物質(zhì)。另外，當(dāng)將氧用作氧化劑時(shí)，除了從空氣中引入之外，還可以通 過(guò)將氧氣瓶或氧氣發(fā)生裝置連接到燃料電池堆，而從氧氣瓶或氧氣發(fā) 生裝置提供。另夕卜，本發(fā)明說(shuō)明了使用利用氫氣的固體聚合物電解液型的燃料 電池的例子。但是，使用其他燃料(例如甲醇)的燃料電池或其他類(lèi) 型的燃料電池(例如、固體氧化物類(lèi)型或磷酸類(lèi)型)，也可以獲得相 同的效果。另夕卜，作為發(fā)電系統(tǒng)，只要是通過(guò)接收燃料的供應(yīng)而進(jìn)行發(fā)電的 系統(tǒng)即可，而并不僅限于燃料電池。例如，發(fā)電系統(tǒng)可以是利用使用下面，將參照附圖，對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行更詳細(xì)的說(shuō)明。第1實(shí)施方式杜奪及明的弟1頭^萬(wàn)式T，將玎便用了冬及明的發(fā)電糸統(tǒng)的燃 料電池裝置進(jìn)行說(shuō)明。圖l表示根據(jù)本發(fā)明的燃料電池裝置的結(jié)構(gòu)方框圖。圖2是將燃料電池裝置安裝到電子設(shè)備外殼上的圖。圖3是說(shuō)明 燃料電池裝置的燃料電池結(jié)構(gòu)的圖。圖4是說(shuō)明安裝了燃料電池裝置的電子設(shè)備的結(jié)構(gòu)的方框圖。圖5是說(shuō)明燃料電池單元的操作狀態(tài)的圖。圖6是第二燃料電池 的剖面固。圖7是第二燃料電池的透視圖.圖8是說(shuō)明燃料電池的起動(dòng)操作的流程圖。圖9是燃料電池的停 止操作的流程圖。在圖1、 2和3中，設(shè)置了燃料電池裝置l、笫一燃料電池2a、 第二燃料電池2b、燃料電池單元3、和燃料箱6。設(shè)置了接頭7、插銷(xiāo)7a、插座7b、常閉閥(NC閥)8、電子設(shè) 備ll、和氣孔13。注意，在圖4 12中，相同的元件也使用相同的 附圖標(biāo)記。本實(shí)施方式的燃料電池裝置1具有如圖1所示的結(jié)構(gòu)，其中，第 一燃料電池2a利用由插銷(xiāo)7a和插座7b構(gòu)成的接頭7可拆裝地與燃 料箱6相連接。在第一燃料電池2a的下游，燃料路徑29通過(guò)常閉閥 (以后記為NC閥)將第一燃料電池2a與第二燃料電池2b串聯(lián)連接。通過(guò)這樣的串聯(lián)連接，單個(gè)燃料路徑29可以用于第一燃料電池 2b和第二燃料電池2b兩者。因此，可以使整體燃料電池裝置小型化。另夕卜，如圖2所示，本實(shí)施方式的燃料電池裝置l從電子設(shè)備(數(shù) 碼相機(jī))ll的外殼的下部插入，以可拆裝地安裝到外殼上。電子設(shè)備ll的外殼具有用于將氧化劑(在大氣中的氧)提供給 燃料電池裝置l的氣孔13。另外，第一燃料電池2a和第二燃料電池2b分別包含燃料電池單 元3，用于為了通過(guò)4吏氫氣和氧相互電化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生電流。如圖3所示，燃料電池單元3包含用于提供氧化劑和排出水蒸 汽的擴(kuò)散層28;用于提供作為燃料的氫氣的擴(kuò)散層27;和由擴(kuò)散層 28和擴(kuò)散層27夾著的MEA (膜電極組件)24。用于向燃料電池單元3提供氫氣的擴(kuò)散層27與燃料路徑29相連。燃料路徑29與燃料箱6相連通。擴(kuò)散層27由具有空氣滲透性的多孔導(dǎo)電材料構(gòu)成，允許氫氣分 子擴(kuò)散并滲透入MEA 24的燃料電極22的整個(gè)表面，并作為允許燃 料電極22的電子從電極25逸出以取出電子的電流通路。擴(kuò)散層28同樣由具有空氣滲透性的多孔導(dǎo)電材料構(gòu)成，允許氧 氣分子擴(kuò)散并滲入到MEA 24的氧化劑電極23的整個(gè)表面，并作為 從外部向氧化劑電極23提供電子的電流通路.MEA 24具有將聚合物電解質(zhì)膜21夾在燃料電極22與氧化劑電 極23之間的結(jié)構(gòu)。燃料電極22是空氣滲透薄膜層，其中，擴(kuò)散有鉑催化劑，通過(guò) 將氫氣分解為氫原子而將氫氣離子化，并將氫離子提供給聚合物電解
質(zhì)膜21。氧化劑電極23為空氣滲透薄膜層，其中擴(kuò)散有鉑催化劑，并通 過(guò)將氧氣和從聚合物電解質(zhì)膜21接收的氫離子反應(yīng)來(lái)產(chǎn)生水分子。聚合物電解質(zhì)膜21允許從燃料電極22所接收的氫離子穿過(guò)以將 氫離子傳送到氧化劑電極23，而防止電子在燃料電極22與氧化劑電 極23間直接移動(dòng)。因此，氫氣、即、存儲(chǔ)在燃料箱6中的燃料(圖1)，如箭頭所 示，通過(guò)燃料通路29傳送并提供給燃料電極22。另一方面，通過(guò)氣孔13(圖2)引入的大氣中的氧被提供給氧化 劑電極23。如圖5所示，氫氣穿過(guò)擴(kuò)散層27滲入燃料電極22，并與包含在 燃料電極22中的催化劑相接觸，以引起氫離子化反應(yīng)。氫離子通過(guò)聚合物電解質(zhì)膜21。另一方面，從大氣中引入的氧 穿過(guò)擴(kuò)散層28滲入氧化劑電極23。在存在包含于氧化劑電極23中的 催化劑原子的情況下，氧與穿過(guò)聚合物電解質(zhì)膜21的氫離子相結(jié)合， 因而產(chǎn)生水分子。如圖4所示，通過(guò)如上所述的電化學(xué)反應(yīng)，從電極25中取出氫 分子的電子，并利用外部電路引入到電極26中，據(jù)此產(chǎn)生水分子。結(jié)果、在外部電路中，取出了與氫氣和水間的電化學(xué)能量差相對(duì) 應(yīng)的電流》接下來(lái)，將對(duì)本實(shí)施方式的第一燃料電池進(jìn)行說(shuō)明。第一燃料電池2a包含如上所述的燃料電池單元3。當(dāng)燃料箱6利用接頭7與燃料電池裝置相連接時(shí)，燃料箱6中的氫氣在通過(guò)擴(kuò)散層27之后、通過(guò)接頭7提供給燃料電極22 (圖3 )。 另一方面，通過(guò)空氣孔13，將作為氧化劑的空氣提供給每個(gè)燃料電池單元3的擴(kuò)散層28 (圖3)。然后發(fā)生如上所述的氫離子與氧之間的成欲良應(yīng)，利用第一燃料電池2a進(jìn)行發(fā)電，并向NC閥8提供電力。此時(shí)，第一燃料電池2a優(yōu)選地設(shè)置在與設(shè)置笫二燃料電池2b 的環(huán)境相同的環(huán)境下。接下來(lái)，將對(duì)本實(shí)施方式的NC閥的結(jié)構(gòu)進(jìn)行說(shuō)明。 在第一燃料電池2a與第二燃料電池2b之間，燃料通路29為通 過(guò)NC閥8連接的狀態(tài)。NC閥8在未供電的情況下通常為關(guān)閉狀態(tài)。 在NC閥8關(guān)閉的狀態(tài)下，氫氣向第二燃料電池2b的流動(dòng)路徑被關(guān) 閉。第一燃料電池2a進(jìn)行發(fā)電并為NC閥8提供預(yù)定的電力，據(jù)此 使NC閥8導(dǎo)通以允許將氫氣施加到第二燃料電池2b上。此時(shí)，為 了獲得將第一燃料電池2a直接連接到NC閥8而不用借助特殊控制 裝置的結(jié)構(gòu)，將用于使NC閥8導(dǎo)通的、第一燃料電池2a的電力的 值設(shè)置為等于或大于第一燃料電池2a的預(yù)定閾值。在閾值的設(shè)置中，將由第二燃料電池2b所提供的、可以穩(wěn)定驅(qū) 動(dòng)電子設(shè)備11的電力的下限值設(shè)置為等于或大于換算為第一燃料電 池2a的值。具體地，在本實(shí)施方式中，第一燃料電池2a和第二燃料電池2b 分別包括相同結(jié)構(gòu)的燃料電池單元3。第一燃料電池2a使用了一個(gè)燃 料電池單元3，而第二燃料電池2b使用四個(gè)燃料電池單元3，上迷四 個(gè)燃料電池單元3相互堆疊。因此，燃料電池2a的電壓值為燃料電 池2b的1/4。將能夠穩(wěn)定驅(qū)動(dòng)電子設(shè)備11的電力的下限值的1/4值設(shè) 置為NC閥8的閾值。另外，對(duì)于NC岡8，可以使用螺線管型或雙壓電晶片元件型的 壓電元件閥等。接下來(lái)，將對(duì)本實(shí)施方式的第二燃料電池進(jìn)行說(shuō)明。如圖6和圖7所示，第二燃料電池2b是通過(guò)根據(jù)電子設(shè)備11 的負(fù)載而串聯(lián)地將多個(gè)燃料電池單元3相互電連接而構(gòu)成的。燃料電 池單元3的每個(gè)具有如圖3所示的結(jié)構(gòu).圖6表示將四個(gè)燃料電池單元3相互電連接的例子。四個(gè)燃料電 池單元3的燃料電極22 (圖3 )通過(guò)各自的擴(kuò)散層27與燃料通路29 相連通。當(dāng)氫被第二燃料電池2b消耗時(shí)，燃料箱6中的氫氣通過(guò)笫一燃
料電池2a和NC閥8并經(jīng)過(guò)每個(gè)燃料電池單元3的擴(kuò)散層27而被提 供給燃料電極22 (圖3)。作為氧化劑的空氣通過(guò)空氣孔13被提供給每個(gè)燃料電池單元3 的擴(kuò)散層28。在氫離子與氧之間發(fā)生成鍵反應(yīng)，電力被提供給與燃料 電池3電連接的電子設(shè)備ll。接下來(lái)，將對(duì)本實(shí)施方式的燃料電池裝置的起動(dòng)操作進(jìn)行說(shuō)明。圖8表示該起動(dòng)操作的流程圖。在燃料氣體未被提供給燃料電池裝置1的第一燃料電池2a的狀 態(tài)下，NC閥8處于關(guān)閉狀態(tài)(步驟F101)。接下來(lái)，當(dāng)從燃料箱6的燃料氣體的供應(yīng)開(kāi)始時(shí)(步驟F102)， 燃料氣體被提供給第一燃料電池2a以開(kāi)始發(fā)電(步驟F103)。接下來(lái)，在步驟F104中，當(dāng)?shù)谝蝗剂想姵?a的輸出等于或大 于預(yù)定的閾值時(shí)，NC閥8導(dǎo)通，燃料氣體被提供給第二燃料電池2b (步驟F105)以允許第二燃料電池2b開(kāi)始發(fā)電(步驟F106)。燃料電池裝置1于是被起動(dòng)(步驟F107)，電力被提供給電子 設(shè)備ll。另一方面，當(dāng)燃料電池裝置1處于非正常條件下，例如處于非正 常環(huán)境下等，而且第一燃料電池2a的輸出低于步驟F104中的預(yù)定閾 值時(shí)，則NC閥8保持關(guān)閉狀態(tài)(步驟F108)。結(jié)果、燃料氣體未被提供給第二燃料電池2b，因此、電力不會(huì) 被提供給電子設(shè)備ll。此時(shí)，發(fā)出異常報(bào)警以提醒用戶(hù)(步驟F109)，燃料電池裝置 1的起動(dòng)停止(步驟F110 )。接下來(lái)，將對(duì)在本實(shí)施方式的燃料電池裝置中產(chǎn)生異常時(shí)的停止 操作進(jìn)行說(shuō)明。圖9示出燃料電池的停止操作的流程圖。在圖9中，在起動(dòng)之后繼續(xù)對(duì)電池裝置l提供燃料(步驟GIOI), 第一燃料電池2a繼續(xù)發(fā)電(步驟G102).當(dāng)在步驟G103中，輸出被保持得等于或大于預(yù)定閾值時(shí)，NC閥8持續(xù)導(dǎo)通狀態(tài)(步驟G104)。燃料氣體被繼續(xù)提供給第二燃料電池2b，而第二燃料電池2b持 續(xù)發(fā)電以為電子設(shè)備ll提供電力(步驟G105)。在用戶(hù)操作轉(zhuǎn)移到電子設(shè)備11的關(guān)閉操作或待命模式時(shí)(步驟 G106)的情況下，終止信號(hào)被輸入到燃料電池裝置1中，操作隨后轉(zhuǎn) 移到終止模式。在終止模式中，由燃料箱6的燃料供應(yīng)停止(步驟G107),燃 料電池裝置1停止(步驟G108 )。另一方面，當(dāng)燃料電池裝置1處于非正常條件下，例如處于非正 常環(huán)境下等，而且第一燃料電池2a的輸出低于步驟G103中的預(yù)定閾 值時(shí)，則即使在沒(méi)有燃料電池終止命令的情況下，NC閥8關(guān)閉(步 驟G109)。對(duì)第二燃料電池2b的燃料供應(yīng)隨之停止。結(jié)果，第二燃料電池2b的發(fā)電停止(步驟GllO)，發(fā)出異常報(bào) 警以提醒用戶(hù)(步驟Glll)，燃料電池裝置l停止(步驟G112)。如上所述，由于利用第一燃料電池2a的發(fā)電提供電力，結(jié)果， 用于為第二燃料電池2b提供燃料以驅(qū)動(dòng)電子設(shè)備的閥的導(dǎo)通與關(guān)閉 被執(zhí)行而不需使用如二次電池組等特定的電力供應(yīng)單元。因此，本發(fā)明能夠提供具有簡(jiǎn)單系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的、能夠小型化并嵌入 到小型電子設(shè)備中的燃料電池裝置。另外，在燃料電池裝置1處于異常條件下、且第一燃料電池2a 的輸出異常地減小的情況下，NC閥8自動(dòng)關(guān)閉，從而停止對(duì)第二燃 料電池2b的燃料供應(yīng)。因此、可以實(shí)現(xiàn)被動(dòng)型失效安全機(jī)構(gòu)，因而能夠提供具有更高可 靠性的燃料電池裝置。已經(jīng)對(duì)第一燃料電池2a包括燃料電池的燃料電池單無(wú)3進(jìn)行了 說(shuō)明.但是，笫一燃料電池2a可以包括相互堆疊以構(gòu)成堆疊結(jié)構(gòu)的 多個(gè)燃料電池單元3。另外，只要發(fā)電是利用燃料進(jìn)行的，就可以使用任意裝置，而且
可以采用使用催化劑的催化劑燃燒器。在結(jié)構(gòu)例子中，設(shè)置了一個(gè)第一燃料電池2a和一個(gè)第二燃料電 池2b。但是，只要可以獲得期望的性能和輸出，每個(gè)第一燃料電池 2a和第二燃料電池2b可以通過(guò)電連接多個(gè)堆疊而獲得。第2實(shí)施方式在本發(fā)明的第2實(shí)施方式中，將對(duì)第一燃料電池作為環(huán)境傳感器 使用的結(jié)構(gòu)例子作說(shuō)明。在本實(shí)施方式中，通過(guò)利用燃料電池的環(huán)境特性的改變，將第一 燃料電池2a用作環(huán)境傳感器。結(jié)果，可以改善抗環(huán)境變化的穩(wěn)定性。作為燃料電池的特性，會(huì)發(fā)生干涸現(xiàn)象，即在高溫時(shí)燃料電池單 元中水分不足的現(xiàn)象。另外，作為潮濕特性，當(dāng)濕度低時(shí)，聚合物電解質(zhì)膜21的膜阻 抗增加，因而使其性能惡化。在異常環(huán)境中，如圖10的I-V特性曲線所示，與正常環(huán)境的曲 線相比(實(shí)線)，對(duì)應(yīng)于異常環(huán)境的曲線(虛線)在性能上明顯降低。在上述低濕度或高溫狀態(tài)下，如圖11所示，相對(duì)于正常環(huán)境的 曲線(實(shí)線)，電壓特性由對(duì)應(yīng)于異常環(huán)境的曲線(虛線)表示。利用上述特性，將用于使NC閥8導(dǎo)通的電壓的預(yù)定閾值設(shè)置在 與正常環(huán)境相對(duì)應(yīng)的曲線(實(shí)線)和與異常環(huán)境對(duì)應(yīng)的曲線(虛線) 之間。結(jié)果、本發(fā)明能夠獲得這樣一種結(jié)構(gòu)在異常高溫度條件或異常 低濕度條件下，NC閥8關(guān)閉，而且對(duì)第二燃料電池2b的燃料供應(yīng)終 止。因此，能夠提高燃料電池裝置l抗異常環(huán)境的穩(wěn)定性。第3實(shí)施方式在本發(fā)明的第3實(shí)施方式中，將對(duì)第一燃料電池和第二燃料電池 相互并聯(lián)地連接到燃料通路上的例子進(jìn)行說(shuō)明，
在本發(fā)明的第1實(shí)施方式中，第一燃料電池2a和第二燃料電池 2b通過(guò)燃料通路29相互串聯(lián)連接，燃料通路29利用NC岡8成為連 接狀態(tài)。如圖12所示，本實(shí)施方式采用以下結(jié)構(gòu)第一燃料電池2a和第 二燃料電池2b通過(guò)燃料通路29并聯(lián)連接到燃料箱6上。NC閥8連 接到燃料通路29上，并設(shè)置在第二燃料電池2b和燃料箱6之間。即使利用這種結(jié)構(gòu)，也可以得到與本發(fā)明笫1實(shí)施方式相同的效果。此時(shí)，通過(guò)將燃料通路29分支，第二燃料電池2b可以與所提供 的氣體分離。因此，可以對(duì)第一燃料電池2a調(diào)整燃料氣體的壓力或 流量。用于允許第一燃料電池2a進(jìn)行發(fā)電的燃料的量比第二燃料電池 2b的少就夠了。因此，與串聯(lián)連接相比較，第一燃料電池2a和其周 圍的流路無(wú)需應(yīng)對(duì)高電壓和高流量，因此、第一燃料電池2a可以簡(jiǎn) 化，從而可以小型化。另外，對(duì)第一燃料電池2a的燃料通路的配置的自由度高，因此、 燃料電池設(shè)計(jì)布局的自由度提高。雖然本發(fā)明已經(jīng)結(jié)合典型的實(shí)施方式進(jìn)行了說(shuō)明，但是，應(yīng)理解 的是本發(fā)明并不僅限于所公開(kāi)的典型實(shí)施方式。所附的權(quán)利要求的范 圍與最廣泛的解釋相一致，從而包含所有的變更和等價(jià)結(jié)構(gòu)以及功 能。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)電系統(tǒng)，包括燃料供應(yīng)裝置；用于利用由燃料供應(yīng)裝置所提供的燃料進(jìn)行發(fā)電的第一發(fā)電裝置；用于利用由燃料供應(yīng)裝置所提供的燃料進(jìn)行發(fā)電的第二發(fā)電裝置；將燃料供應(yīng)裝置連接到第一發(fā)電裝置和第二發(fā)電裝置以用于提供燃料的燃料通路；以及燃料控制裝置，其包括設(shè)置在燃料通路上、利用第一發(fā)電裝置的輸出而導(dǎo)通的常閉閥；其中，燃料可以通過(guò)利用第一發(fā)電裝置的輸出而導(dǎo)通的常閉閥、由燃料供應(yīng)裝置提供給第二發(fā)電裝置。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)電系統(tǒng)，其中，第一發(fā)電裝置和第 二發(fā)電裝置通過(guò)燃料通路相互串聯(lián)連接。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)電系統(tǒng)，其中，笫一發(fā)電裝置和第 二發(fā)電裝置通過(guò)燃料通路相互并聯(lián)連接。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的發(fā)電系統(tǒng)，其中，在燃料控制裝置中， 常閉閥在第一發(fā)電裝置的輸出變得高于預(yù)定閾值時(shí)導(dǎo)通，而該常閉閥 在第一發(fā)電裝置的輸出變得低于預(yù)定閾值時(shí)關(guān)閉。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的發(fā)電系統(tǒng)，其中，該常閉閥在第一發(fā) 電裝置的輸出根據(jù)環(huán)境條件而變得低于預(yù)定閾值時(shí)關(guān)閉。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的發(fā)電系統(tǒng)，其中，第一發(fā)電裝置的輸 出低于預(yù)定閾值的環(huán)境條件是異常高溫度條件或異常低濕度條件中 的一個(gè)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1~6中任何一項(xiàng)所述的發(fā)電系統(tǒng)，其中，第一 發(fā)電裝置與第二發(fā)電裝置中的一個(gè)包含燃料電池。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的發(fā)電系統(tǒng)，其中，燃料電池包括含有 至少一個(gè)燃料電池單元的燃料電池堆。
全文摘要
本發(fā)明提供一種發(fā)電系統(tǒng)，包含燃料供應(yīng)裝置；用于利用由燃料供應(yīng)裝置所提供的燃料而進(jìn)行發(fā)電的第一發(fā)電裝置和第二發(fā)電裝置；將燃料供應(yīng)裝置連接到第一發(fā)電裝置和第二發(fā)電裝置用于提供燃料的燃料通路；包含設(shè)置在燃料通路上的、利用第一發(fā)電裝置的輸出而導(dǎo)通的常閉閥的燃料控制裝置，其中，燃料可以通過(guò)由利用第一發(fā)電裝置的輸出而導(dǎo)通的常閉閥而從燃料供應(yīng)裝置提供給第二發(fā)電裝置。根據(jù)該系統(tǒng)，能夠進(jìn)行穩(wěn)定的發(fā)電，并能夠?qū)崿F(xiàn)小型化。
文檔編號(hào)H01M8/04GK101159335SQ20071016202
公開(kāi)日2008年4月9日 申請(qǐng)日期2007年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月3日
發(fā)明者橫井昭佳 申請(qǐng)人:佳能株式會(huì)社