(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
原燃料を改質することで燃料を生成する改質器と、
生成された燃料が送られ、当該燃料の電気化学反応により電力を取り出す発電セルと、
前記発電セルから排出される未反応の燃料を燃焼させる第１の燃焼器と、
前記第１の燃焼器から排出される未燃焼の燃料を燃焼させる第２の燃焼器と、
酸化剤を含む気体を前記第１の燃焼器に供給するポンプと、
前記ポンプにより供給される酸化剤を含む気体の供給量を制御するコントローラと、
前記改質器の上流に設けられた蒸発器と、
前記第１の燃焼器と前記第２の燃焼器との流路間に設けられ、前記蒸発器を加熱する第３の燃焼器と、
を備え、
前記コントローラは、前記第１の燃焼器に前記未反応の燃料を完全燃焼する量よりも少ない量の酸化剤を含む気体を供給するように前記ポンプを制御することを特徴とする燃料電池型発電装置。
【請求項２】
原燃料を改質することで燃料を生成する改質器と、
生成された燃料が送られ、当該燃料の電気化学反応により電力を取り出す発電セルと、
前記発電セルから排出される未反応の燃料を燃焼させる第１の燃焼器と、
前記第１の燃焼器から排出される未燃焼の燃料を燃焼させる第２の燃焼器と、
酸化剤を含む気体を前記第２の燃焼器に供給するポンプと、
前記ポンプにより供給される酸化剤を含む気体の供給量を制御するコントローラと、
前記改質器の上流に設けられた蒸発器と、
前記第１の燃焼器と前記第２の燃焼器との流路間に設けられ、前記蒸発器を加熱する第３の燃焼器と、
を備え、
前記コントローラは、前記第２の燃焼器に前記未燃焼の燃料を全て燃焼するために十分な量の酸化剤を含む気体を供給するように前記ポンプを制御することを特徴とする燃料電池型発電装置。
【請求項３】
前記改質器及び前記第１の燃焼器を収容する断熱パッケージを更に備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の燃料電池型発電装置。
【請求項４】
前記第２の燃焼器が前記断熱パッケージの外に設けられていることを特徴とする請求項３に記載の燃料電池型発電装置。
【請求項５】
前記第３の燃焼器が前記断熱パッケージの内に設けられていることを特徴とする請求項３又は４に記載の燃料電池型発電装置。
【請求項６】
前記第３の燃焼器の温度を測定する温度センサと、
酸化剤を含む気体を前記第３の燃焼器に供給する第２のポンプと、
前記温度センサの測定温度に応じて前記第３の燃焼器に供給される酸化剤を含む気体の供給量を制御するように前記第２のポンプを制御する第２のコントローラと、
を更に備え、
前記第２のコントローラは、前記測定温度が所定値未満である場合に前記第２のポンプによる酸化剤を含む気体の供給量を所定の量よりも増やし、前記測定温度が前記所定値より高い場合に前記第２のポンプによる酸化剤を含む気体の供給量を前記所定の量よりも減らす、
ことを特徴とする請求項１〜５何れか一項に記載の燃料電池型発電装置。
【請求項７】
燃料の電気化学反応により電力を取り出す発電セルから排出される未反応の燃料の処理方法であって、
原燃料を改質することで燃料を生成して、生成した燃料を前記発電セルに送り、
前記発電セルから排出される未反応の燃料を第１の燃焼器で燃焼させ、
前記第１の燃焼器から排出される未燃焼の燃料を第２の燃焼器で燃焼させ、
前記第１の燃焼器に前記未反応の燃料を完全燃焼する量よりも少ない量の酸化剤を含む気体を供給するとともに、前記第１の燃焼器と前記第２の燃焼器との流路間に設けられた第３の燃焼器で、前記第１の燃焼器から排出される未燃焼の燃料を燃焼させ、前記原燃料を蒸発させる蒸発器を加熱するように制御することを特徴とする燃料の処理方法。
【請求項８】
燃料の電気化学反応により電力を取り出す発電セルから排出される未反応の燃料の処理方法であって、
原燃料を改質することで燃料を生成して、生成した燃料を前記発電セルに送り、
前記発電セルから排出される未反応の燃料を第１の燃焼器で燃焼させ、
前記第１の燃焼器から排出される未燃焼の燃料を第２の燃焼器で燃焼させ、
前記第２の燃焼器に前記未燃焼の燃料を全て燃焼するために十分な量の酸化剤を含む気体を供給するとともに、前記第１の燃焼器と前記第２の燃焼器との流路間に設けられた第３の燃焼器で、前記第１の燃焼器から排出される未燃焼の燃料を燃焼させ、前記原燃料を蒸発させる蒸発器を加熱するように制御することを特徴とする燃料の処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料を発電セル（燃料電池本体）で電気化学反応させることで電力を取り出す燃料電池型発電装置に関するとともに、発電セルから排出される未反応の燃料の処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は燃料の電気化学反応により電力を取り出すものであり、燃料電池の研究・開発が広く行われている。燃料電池に用いる燃料は水素ガスであり、メタノール等の原燃料を改質器で改質することでその水素ガスを生成している（特許文献１、特許文献２参照。）。また、エネルギーの利用効率を高めるために、発電セル（燃料電池本体）から排出される未反応の水素ガスをバーナー等の燃焼器で燃焼させ、その燃焼熱によって改質器を加熱することが行われている（特許文献１、特許文献２参照。）。また、発電セルから排出される燃料を分岐させて別の燃焼器に送り、その別の燃焼器への燃料の供給量を制御することによって、改質器加熱用の燃焼器の燃焼量を制御することで改質器の温度制御を行っている（特許文献１、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平９−４５３４９号公報
【特許文献２】特開平７−１９２７４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、発電セル（燃料電池本体）から別の燃焼器への燃料の供給量を制御したものとしても、その別の燃焼器や改質器加熱用燃焼器から未燃焼の燃料が排出されてしまうことがある。
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、燃焼器から未燃焼の燃料が排出されないようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
以上の課題を解決するために、本発明では、燃料電池型発電装置が、原燃料を改質することで燃料を生成する改質器と、生成された燃料が送られ、当該燃料の電気化学反応により電力を取り出す発電セルと、前記発電セルから排出される未反応の燃料を燃焼させる第１の燃焼器と、前記第１の燃焼器から排出される未燃焼の燃料を燃焼させる第２の燃焼器と、酸化剤を含む気体を前記第１の燃焼器に供給するポンプと、前記ポンプにより供給される酸化剤を含む気体の供給量を制御するコントローラと、前記改質器の上流に設けられた蒸発器と、前記第１の燃焼器と前記第２の燃焼器との流路間に設けられ、前記蒸発器を加熱する第３の燃焼器と、を備え、
前記コントローラは、前記第１の燃焼器に前記未反応の燃料を完全燃焼する量よりも少ない量の酸化剤を含む気体を供給するように前記ポンプを制御するという構成を採った。
また、本発明では、燃料電池型発電装置が、原燃料を改質することで燃料を生成する改質器と、生成された燃料が送られ、当該燃料の電気化学反応により電力を取り出す発電セルと、前記発電セルから排出される未反応の燃料を燃焼させる第１の燃焼器と、前記第１の燃焼器から排出される未燃焼の燃料を燃焼させる第２の燃焼器と、酸化剤を含む気体を前記第２の燃焼器に供給するポンプと、前記ポンプにより供給される酸化剤を含む気体の供給量を制御するコントローラと、前記改質器の上流に設けられた蒸発器と、前記第１の燃焼器と前記第２の燃焼器との流路間に設けられ、前記蒸発器を加熱する第３の燃焼器と、を備え、
前記コントローラは、前記第２の燃焼器に前記未燃焼の燃料を全て燃焼するために十分な量の酸化剤を含む気体を供給するように前記ポンプを制御するという構成を採った。
上記発明において、好ましくは、前記改質器及び前記第１の燃焼器を収容する断熱パッケージと、を更に備えている。
上記発明において、好ましくは、前記第２の燃焼器が前記第２の燃焼器が前記断熱パッケージの外に設けられている。
上記発明において、好ましくは、前記第３の燃焼器が前記断熱パッケージの内に設けられている。
上記発明において、好ましくは、前記第３の燃焼器の温度を測定する温度センサと、
酸化剤を含む気体を前記第３の燃焼器に供給する第２のポンプと、前記温度センサの測定温度に応じて前記第３の燃焼器に供給される酸化剤を含む気体の供給量を制御するように前記第２のポンプを制御する第２のコントローラと、を更に備え、前記第２のコントローラは、前記測定温度が所定値未満である場合に前記第２のポンプによる酸化剤を含む気体の供給量を所定の量よりも増やし、前記測定温度が前記所定値より高い場合に前記第２のポンプによる酸化剤を含む気体の供給量を前記所定の量よりも減らす。
【０００９】
本発明では、燃料の処理方法は、燃料の電気化学反応により電力を取り出す発電セルから排出される未反応の燃料の処理方法であって、原燃料を改質することで燃料を生成して、生成した燃料を前記発電セルに送り、前記発電セルから排出される未反応の燃料を第１の燃焼器で燃焼させ、前記第１の燃焼器から排出される未燃焼の燃料を第２の燃焼器で燃焼させ、前記第１の燃焼器に前記未反応の燃料を完全燃焼する量よりも少ない量の酸化剤を含む気体を供給するとともに、前記第１の燃焼器と前記第２の燃焼器との流路間に設けられた第３の燃焼器で、前記第１の燃焼器から排出される未燃焼の燃料を燃焼させ、前記原燃料を蒸発させる蒸発器を加熱するように制御するという構成を採った。
また、燃料の処理方法は、燃料の電気化学反応により電力を取り出す発電セルから排出される未反応の燃料の処理方法であって、原燃料を改質することで燃料を生成して、生成した燃料を前記発電セルに送り、前記発電セルから排出される未反応の燃料を第１の燃焼器で燃焼させ、前記第１の燃焼器から排出される未燃焼の燃料を第２の燃焼器で燃焼させ、前記第２の燃焼器に前記未燃焼の燃料を全て燃焼するために十分な量の酸化剤を含む気体を供給するとともに、前記第１の燃焼器と前記第２の燃焼器との流路間に設けられた第３の燃焼器で、前記第１の燃焼器から排出される未燃焼の燃料を燃焼させ、前記原燃料を蒸発させる蒸発器を加熱するように制御するという構成を採った。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、第１の燃焼器で未燃焼だった燃料が第２の燃焼器で燃焼されるので、第２の燃焼器から可燃性の排ガスが排出しないようにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】第１実施形態の燃料電池型発電装置のブロック図である。
【図２】上記燃料電池型発電装置の概略断面図である。
【図３】第２実施形態の燃料電池型発電装置のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下に、本発明を実施するための最良の形態について図面を用いて説明する。但し、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい種々の限定が付されているが、発明の範囲を以下の実施形態及び図示例に限定するものではない。
【００１６】
〔第１の実施の形態〕
図１は、燃料電池型発電装置１のブロック図であり、図２は、燃料電池型発電装置１の概略断面図である。この燃料電池型発電装置１は、カートリッジ２、ポンプ３、蒸発器４、改質器５、一酸化炭素除去器６、発電セル（燃料電池本体）８、第１の触媒燃焼器９、第２の触媒燃焼器１０、コントローラ３０、エアポンプ３１及びエアポンプ３２を備える。この燃料電池型発電装置１はノート型パーソナルコンピュータ、ＰＤＡ、電子手帳、デジタルカメラ、携帯電話機、腕時計、レジスタ及びプロジェクタ等といった電子機器に搭載されている。ポンプ３、蒸発器４、改質器５、一酸化炭素除去器６、発電セル８、第１の触媒燃焼器９、第２の触媒燃焼器１０、コントローラ３０、第１のエアポンプ３１及び第２のエアポンプ３２が電子機器本体に内蔵され、カートリッジ２が電子機器本体に対して着脱可能とされ、カートリッジ２が電子機器本体に装着されるとカートリッジ２とポンプ３が接続される。
【００１７】
カートリッジ２は、液体の原燃料（例えば、メタノール、エタノール、ジメチルエーテル）と水が混合した状態又は別々に貯留されている。
【００１８】
ポンプ３は、カートリッジ２内の原燃料と水を吸引して、原燃料と水の混合液を蒸発器４に送液するものである。
【００１９】
蒸発器４には電熱材からなる電気ヒータ兼温度センサ４１が設けられている。電気ヒータ兼温度センサ４１は、電気抵抗値が温度に依存するものであり、温度センサとしても機能する。ポンプ３から蒸発器４に送られた混合液は電気ヒータ兼温度センサ４１の熱や第１の触媒燃焼器９の熱により蒸発される。蒸発器４で気化した混合気は改質器５へ送られる。
【００２０】
改質器５には、電気抵抗値が温度に依存する電熱材からなる電気ヒータ兼温度センサ５１が設けられている。改質器５の内部には流路が形成され、その流路の壁面に触媒が担持されている。蒸発器４から改質器５に送られる混合気は、改質器５の流路を流れ、電気ヒータ兼温度センサ５１や第１の触媒燃焼器９により加熱されて、触媒により反応を起こす。原燃料と水の触媒反応によって燃料としての水素、二酸化炭素（及び、後述の副生成物である微量な一酸化炭素等）が生成される。なお、原燃料がメタノールの場合、改質器５では主に次式（１）に示すような反応が起こる。
ＣＨ3ＯＨ＋Ｈ2Ｏ→３Ｈ2＋ＣＯ2  …（１）
【００２１】
一酸化炭素は化学反応式（１）についで逐次的に起こる次式（２）のような式によって微量に副生される。
Ｈ2＋ＣＯ2→Ｈ2Ｏ＋ＣＯ  …（２）
一酸化炭素除去器６には、電気抵抗値が温度に依存する電熱材からなる電気ヒータ兼温度センサ６１が設けられている。一酸化炭素除去器６の内部には流路が形成され、その流路の壁面に触媒が担持されている。改質器５で生成された改質ガスは一酸化炭素除去器６へ送られる。更に、外部の空気が一酸化炭素除去器６へ送られる。改質器５から一酸化炭素除去器６に送られた改質ガスが空気と混合して一酸化炭素除去器６の流路を流れ、電気ヒータ兼温度センサ６１や第１の触媒燃焼器９により加熱される。そして、改質ガスのうち一酸化炭素が触媒により次式（３）のように優先的に酸化される。これにより二酸化炭素が生成され、改質ガスから一酸化炭素が除去される。例えば、改質ガス中の一酸化炭素の濃度が１０ｐｐｍ以下になる。
２ＣＯ＋Ｏ2→２ＣＯ2  …（３）
【００２２】
上記蒸発器４、改質器５及び一酸化炭素除去器６は箱状の断熱パッケージ２０内に収容されている。断熱パッケージ２０内の気圧は真空圧（例えば、１０Ｐａ以下）に保たれている。
【００２３】
発電セル８は、電解質膜８２と、電解質膜８２の一方の面に接合された燃料極膜８１と、電解質膜８２の他方の面に接合された酸素極膜８３と、燃料極膜８１に接合してその接合面に流路を形成した燃料極セパレータ８５と、酸素極膜８３に接合してその接合面に流路を形成した酸素極セパレータ８６とを備える。電解質膜８２、燃料極膜８１、酸素極膜８３を接合したものが膜電極接合体８４である。
【００２４】
一酸化炭素除去器６から排出された改質ガスは発電セル８の燃料極セパレータ８５の流路に送られる。もう一方の酸素極セパレータ８６の流路には空気が送られる。そして、燃料極膜８１に供給された改質ガス中の水素が、酸素極膜８３を介して、酸素極膜８３に供給された空気中の酸素と電気化学反応することによって、燃料極膜８１と酸素極膜８３との間で電力が生じる。なお、電解質膜８２が水素イオン透過性の電解質膜（例えば、固体高分子電解質膜）の場合には、燃料極膜８１では次式（４）のような反応が起き、燃料極膜８１で生成された水素イオンが電解質膜８２を透過し、酸素極膜８３では次式（５）のような反応が起こる。
Ｈ2→２Ｈ+＋２ｅ-  …（４）
２Ｈ+＋１／２Ｏ2＋２ｅ-→Ｈ2Ｏ  …（５）
【００２５】
燃料極膜８１と酸素極膜８３は負荷（例えば、モータ、ＤＣ−ＤＣコンバータ、二次電池等）７に接続され、発電セル８で取り出された電力により負荷７が動作する。
【００２６】
燃料極セパレータ８５の流路を通過した改質ガスには、未反応の水素も含まれている。そして、燃料極セパレータ８５の流路を通過して排出される排改質ガスは、第１の触媒燃焼器９に供給される。更に、外部の空気がエアポンプ３１によって吸引されて第１の触媒燃焼器９に供給される。エアポンプ３１としては電動ファン等が用いられる。
【００２７】
第１の触媒燃焼器９には、電熱材からなる電気ヒータ兼温度センサ９１が設けられている。電気ヒータ兼温度センサ９１の電気抵抗値が温度に依存するので、この電気ヒータ兼温度センサ９１が第１の触媒燃焼器９の温度を測定する温度センサとしても機能し、その電気ヒータ兼温度センサ９１による測定温度が電気信号としてコントローラ３０に入力される。
【００２８】
また、第１の触媒燃焼器９の内部には流路が形成され、その流路の壁面に触媒が担持されている。燃料極セパレータ８５から第１の触媒燃焼器９に送られた排改質ガスが空気と混合して第１の触媒燃焼器９の流路を流れ、電気ヒータ兼温度センサ９１により加熱される。第１の触媒燃焼器９の流路を流れている排改質ガスのうち水素が触媒により燃焼され、これにより燃焼熱が発生する。この第１の触媒燃焼器９が断熱パッケージ２０内に収容され、第１の触媒燃焼器９で発生した燃焼熱は蒸発器４における蒸発、改質器５における改質反応、一酸化炭素除去器６における選択酸化反応に用いられる。また、断熱パッケージ２０内では、蒸発器４、改質器５、一酸化炭素除去器６及び第１の触媒燃焼器９が熱伝導材２１に接するように搭載され、第１の触媒燃焼器９の燃焼熱が熱伝導材２１によって蒸発器４、改質器５、一酸化炭素除去器６に伝導される。
【００２９】
第１の触媒燃焼器９から第２の触媒燃焼器１０に排改質ガスが供給され、更に外部の空気がエアポンプ３２によって第２の触媒燃焼器１０に供給される。エアポンプ３２としては電動ファン等が用いられる。第２の触媒燃焼器１０には、電気抵抗値が温度に依存する電熱材からなる電気ヒータ兼温度センサ１１が設けられ、この電気ヒータ兼温度センサ１１が温度センサとしても機能する。第２の触媒燃焼器１０の内部には流路が形成され、その流路の壁面に触媒が担持されている。また、この第２の触媒燃焼器１０は、断熱パッケージ２０の外にある。
【００３０】
第１の触媒燃焼器９から第２の触媒燃焼器１０に送られた排改質ガスが空気と混合して第２の触媒燃焼器１０の流路を流れ、電気ヒータ兼温度センサ１１により加熱される。第２の触媒燃焼器１０の流路を流れている排改質ガスのうち水素が触媒により燃焼される。これにより、第１の触媒燃焼器９から送られてきた排改質ガス中に含まれる微量な水素が除去され、第２の触媒燃焼器１０の流路を流れた排改質ガスは外部に放出される。
【００３１】
コントローラ３０は、電気ヒータ兼温度センサ９１の測定温度を表す電気信号を電気ヒータ兼温度センサ９１から入力する機能と、電気ヒータ兼温度センサ９１から入力した測定温度に応じてエアポンプ３１の空気の供給量を制御する制御機能とを有する。コントローラ３０の制御機能は、電気ヒータ兼温度センサ９１の測定温度を所定値と比較する比較機能と、その比較の結果、電気ヒータ兼温度センサ９１の測定温度が所定値未満である場合にはエアポンプ３１の空気の供給量を所定の一定量よりも増やす機能と、比較の結果、電気ヒータ兼温度センサ９１の測定温度が所定値より高い場合にはエアポンプ３１の空気の供給量をその一定量より低くする機能とを有する。なお、コントローラ３０がコンピュータである場合には、コントローラ３０の各機能は、記憶媒体に記憶されたプログラムをコントローラ３０が読み込むことで実現される。各種の論理回路を組み合わせてコントローラ３０の各機能を実現しても良い。
【００３２】
次に、燃料電池型発電装置１の動作について説明するとともに、発電セル８の燃料極から排出された排改質ガス中の水素の処理方法について説明する。
電気ヒータ兼温度センサ４１、電気ヒータ兼温度センサ５１、電気ヒータ兼温度センサ６１、電気ヒータ兼温度センサ９１及び電気ヒータ兼温度センサ１１に電力が供給されて、電気ヒータ兼温度センサ４１、電気ヒータ兼温度センサ５１、電気ヒータ兼温度センサ６１、電気ヒータ兼温度センサ９１及び電気ヒータ兼温度センサ１１が発熱した状態で、ポンプ３が作動し、更にエアポンプ３２が作動し、更にコントローラ３０によってエアポンプ３１が作動する。ポンプ３によって原燃料と水が送液され、蒸発器４から改質器５、一酸化炭素除去器６、発電セル８の燃料極（燃料極セパレータ８５）及び第１の触媒燃焼器９を経由して第２の触媒燃焼器１０への流れが生じる。蒸発器４においては原燃料と水が蒸発し、改質器５では原燃料と水から改質ガスが生成され、一酸化炭素除去器６では改質ガス中の一酸化炭素が除去され、発電セル８では改質ガス中の水素の電気化学反応により電力が取り出され、第１の触媒燃焼器９では排改質ガス中の発電に使われずに残った水素が燃焼され、第１の触媒燃焼器９で燃焼されずに残った微量の水素が第２の触媒燃焼器１０で燃焼される。
【００３３】
そして、蒸発器４、改質器５、一酸化炭素除去器６、発電セル８、第１の触媒燃焼器９及び第２の触媒燃焼器１０の動作状態が安定し、改質ガス等の流れも安定し、発電セル８が定常発電状態で動作する。この定常発電状態では、電気ヒータ兼温度センサ４１、電気ヒータ兼温度センサ５１、電気ヒータ兼温度センサ６１、電気ヒータ兼温度センサ９１及び電気ヒータ兼温度センサ１１にヒータとして動作させるための電力供給を止めることができる。このような安定状態では電気ヒータ兼温度センサ９１の測定温度は所定値（設計値）であり、その測定温度を入力したコントローラ３０がエアポンプ３１の空気の供給量を所定の一定量に保つ。その一定量は、発電セル８から第１の触媒燃焼器９に送られる排改質ガス中の水素を全て燃焼させる量よりも少ないものとしておく。そのため、エアポンプ３１によって供給される空気中の酸素がほぼ１００％水素の燃焼に用いられても、第１の触媒燃焼器９では排改質ガス中の一部の水素が燃焼されずに残る。例えば、発電セル８がある発電状態で動作している場合に水素の消費率を８０％で行うとすると、２０％の未反応の水素が第１の触媒燃焼器９に送られる。そして、例えば１８％の水素が第１の触媒燃焼器９で燃焼されるように一定量の空気を送り、残りの２％の水素が第２の触媒燃焼器１０に送られる。
【００３４】
以上のように、コントローラ３０によって定常発電状態で、エアポンプ３１の空気供給量が一定量に制御されることで、第１の触媒燃焼器９における水素の燃焼量が制御され、断熱パッケージ２０内の温度制御を容易に行うことができる。また、その安定状態では、第２の触媒燃焼器１０に送られる排改質ガス中の水素を全て燃焼するために、十分な量の空気がエアポンプ３２によって第２の触媒燃焼器１０に供給される。そのため、外部に排出される混合気に水素は含まれず、不燃性ガスとなる。
【００３５】
また、発電セル８が定常発電量で動作して系が安定している時に、負荷７の消費電力量が低下すると、発電セル８の発電量が低下し、発電セル８で消費される水素の割合（消費率）が減る。そのため、発電セル８から第１の触媒燃焼器９に送られる排改質ガス中の水素の濃度が高まる。しかし、エアポンプ３１によって第１の触媒燃焼器９に供給される空気は一定量（定常発電時分）しか供給されないので、第１の触媒燃焼器９に送られる水素濃度が高まっても、その水素の燃焼量は変わらず、第１の触媒燃焼器９が昇温することがない。そして、第１の触媒燃焼器９から第２の触媒燃焼器１０に供給される排改質ガス中の水素濃度は高まる。例えば、発電セル８の水素の消費率が８０％から６０％に低下すると、４０％の未反応の水素が第１の触媒燃焼器９に送られ、１８％の水素が第１の触媒燃焼器９で燃焼され、残りの２２％の水素が第２の触媒燃焼器１０に送られるが、第２の触媒燃焼器１０には十分な量の空気が供給されているので、水素は第２の触媒燃焼器１０で全て燃焼される。
【００３６】
逆に、発電セル８がある発電量で動作して系が安定している時に、負荷７の消費電力量が増加すると、発電セル８の発電量が増加し、発電セル８で消費される水素の割合（消費率）が増える。そのため、発電セル８から第１の触媒燃焼器９に送られる排改質ガス中の水素の濃度が下がる。しかし、その水素の濃度が許容範囲内（エアポンプ３１によって第１の触媒燃焼器９に供給される一定量の空気を消費できる分以上）であれば、水素の燃焼量を変えないようにでき、第１の触媒燃焼器９の温度が変わることはない。そして、第１の触媒燃焼器９で燃焼されずに残った水素は第２の触媒燃焼器１０に送られ、第２の触媒燃焼器１０には十分な量の空気が供給されているので、水素は第２の触媒燃焼器１０で全て燃焼される。
【００３７】
以上のように、第１の触媒燃焼器９及び第２の触媒燃焼器１０に送られる水素濃度が変化しても、コントローラ３０によってエアポンプ３１の空気供給量が一定量に制御されることで、第１の触媒燃焼器９における水素の燃焼量が制御され、断熱パッケージ２０内の温度制御を容易に行うことができる。また、第１の触媒燃焼器９及び第２の触媒燃焼器１０に送られる水素濃度が高くなっても、第２の触媒燃焼器１０には十分な量の空気が供給されているので、水素は第２の触媒燃焼器１０で全て燃焼される。このとき、第２の触媒燃焼器１０は断熱パッケージ２０の外にあるので、改質器を含む改質部の温度制御に影響を及ぼさない。
【００３８】
また、発電セル８がある発電量で動作して系が安定している時に、ポンプ３の送液量を低下させる場合を考えると、蒸発器４、改質器５、一酸化炭素除去器６全体では吸熱反応なので、断熱パッケージ２０内の温度が上昇する。その結果、電気ヒータ兼温度センサ９１の測定温度が所定値より高くなり、その測定温度を入力したコントローラ３０がエアポンプ３１の空気の供給量を一定量よりも低くする。すると、燃焼による熱量を減らすことができ、断熱パッケージ２０内の温度上昇を抑えることができる。また、第１の触媒燃焼器９で燃焼される水素が減り、第１の触媒燃焼器９から第２の触媒燃焼器１０に供給される水素濃度が高くなるが、第２の触媒燃焼器１０に送られる水素濃度が高くなっても、第２の触媒燃焼器１０には十分な量の空気が供給されているので、第２の触媒燃焼器１０に送られる水素は第２の触媒燃焼器１０で全て燃焼される。また、水素の生成量が少なくなって断熱パッケージ２０内の温度が上昇しても、上記のようにコントローラ３０によってエアポンプ３１の空気供給量が一定量よりも低く制御されるので、第１の触媒燃焼器９における水素の燃焼量が制御され、断熱パッケージ２０内の温度上昇を抑え、温度制御を容易に行うことができる。
【００３９】
逆に、発電セル８がある発電量で動作して系が安定している時に、ポンプ３の送液量を増加させる場合を考えると、蒸発器４、改質器５、一酸化炭素除去器６全体では吸熱反応なので、断熱パッケージ２０内の温度が低下する。その結果、電気ヒータ兼温度センサ９１の測定温度が所定値未満となり、その測定温度を入力したコントローラ３０がエアポンプ３１の空気の供給量を一定量よりも多くする。すると、燃焼による熱量を増やすことができ、断熱パッケージ２０内の温度低下を抑えることができる。そして、第１の触媒燃焼器９で燃焼されずに残った水素は第２の触媒燃焼器１０に送られ、第２の触媒燃焼器１０には十分な量の空気が供給されているので、水素は第２の触媒燃焼器１０で全て燃焼される。
【００４０】
本実施形態においては、第１の触媒燃焼器９で未燃焼だった水素が第２の触媒燃焼器１０で全て燃焼されるので、第２の触媒燃焼器１０から可燃性の排ガスが排出しないようにすることができ、安全性が向上する。また、第２の触媒燃焼器１０は断熱パッケージ２０の外にあるので、改質器を含む改質部の温度制御に影響がないようにでき、安定した発電を行うことができる。
【００４１】
また、発電セル８から第１の触媒燃焼器９に送られる排改質ガスの流量を制御することなく、エアポンプ３１の空気供給量を制御することによって第１の触媒燃焼器９における水素の燃焼量を制御したので、簡単な仕組みにて断熱パッケージ２０内の温度制御を行うことができる。
【００４２】
また、発電セル８における発電量に合わせて、必要に応じてポンプ３の送液量を変更すると、水素の生成量が変動し、発電セル８の燃料極から第１の触媒燃焼器９に送られる水素濃度も変動するが、発電セル８の燃料極から第１の触媒燃焼器９に送られる水素濃度の変動とは無関係に、エアポンプ３１の空気供給量の制御だけで第１の触媒燃焼器９における水素の燃焼量を制御することができるので、断熱パッケージ２０内の温度制御の制御性が良く、ポンプ３による原燃料・水の供給量を短時間に変更することができる。
【００４３】
なお、本発明は上記実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において種々の改良及び設計の変更をおこなっても良い。
【００４４】
〔第２の実施の形態〕
上記第１実施形態では、断熱パッケージ２０内に設けられる触媒燃焼器は第１の触媒燃焼器の１つである場合の例で説明したが、例えば、蒸発器４用、改質器５用、一酸化炭素除去器６用といったように別々に設けられるような構成であっても良い。
図３に断熱パッケージ２０内に設けられる触媒燃焼器が２つある場合の構成例を示す。なお、図３において、図１と共通する構成要素については、同一の符号を付し、その説明を簡略化する。
第１の触媒燃焼器は改質器５、一酸化炭素除去器６専用のものとし、もうひとつ蒸発器４用の第３の触媒燃焼器１２が断熱パッケージ２０内に設けられ、熱伝導材は２１ａ、２１ｂのように別々となっている。
【００４５】
第３の触媒燃焼器１２には、他の触媒燃焼器と同様に、電熱材からなる電気ヒータ兼温度センサ１３が設けられている。電気ヒータ兼温度センサ１３の電気抵抗値が温度に依存するので、この電気ヒータ兼温度センサ１３が第３の触媒燃焼器１２の温度を測定する温度センサとしても機能し、その電気ヒータ兼温度センサ１３による測定温度が電気信号としてコントローラ３３に入力される。
【００４６】
燃料極セパレータ８５の流路を通過して排出される排改質ガスは、第１の触媒燃焼器９に供給されるが、排改質ガスのうち、第１の触媒燃焼器９では改質器５、一酸化炭素除去器６のための熱量を供給する分の水素が、コントローラ３０の制御により、適量の空気と混合されることで、燃焼される。
そして、そこからの排改質ガスは未燃焼の水素を残し、第３の触媒燃焼器１２に供給される。第３の触媒燃焼器１２には、更に、外部の空気がエアポンプ３４によって吸引されて供給される。
【００４７】
コントローラ３３は、第１の触媒燃焼器の場合と同様に、電気ヒータ兼温度センサ１３の測定温度を表す電気信号を電気ヒータ兼温度センサ１３から入力する機能と、電気ヒータ兼温度センサ１３から入力した測定温度に応じてエアポンプ３４の空気の供給量を制御する制御機能とを有する。コントローラ３３の制御機能は、電気ヒータ兼温度センサ１３の測定温度を所定値と比較する比較機能と、その比較の結果、電気ヒータ兼温度センサ１３の測定温度が所定値未満である場合にはエアポンプ３４の空気の供給量を所定の一定量よりも増やす機能と、比較の結果、電気ヒータ兼温度センサ１３の測定温度が所定値より高い場合にはエアポンプ３４の空気の供給量をその一定量より低くする機能とを有する。
【００４８】
第３の触媒燃焼器１２では、第１の触媒燃焼器から供給された未燃焼の水素が残った状況の排改質ガスが蒸発器４のための熱量を供給する分だけ、コントローラ３３の制御により、適量の空気と混合されることで、燃焼される。
【００４９】
第１実施形態ではひとつの第１の触媒燃焼器９で蒸発器、改質器、ＣＯ除去器の熱量を制御していたが、第２実施形態では、第１の触媒燃焼器９と第３の触媒燃焼器１２を直列に配置し、個別に熱量を制御できるようにしている。
このような構成にすれば、蒸発器４の温度と、改質器５、一酸化炭素除去器６の温度をより精度よく管理できるようになる。
【００５０】
そして、上記２つの触媒燃焼器でも燃焼されずに残った余剰の水素を含む排改質ガスが断熱パッケージ２０の外に設けられる第２の触媒燃焼器１０に送られるようにしている。
第２の触媒燃焼器１０には十分な量の空気が供給されているので、水素は第２の触媒燃焼器１０で全て燃焼される。
したがって、第１実施形態と同様に、第２の触媒燃焼器１０から可燃性の排ガスが排出しないようにすることができ、安全性が向上する。
【００５１】
なお、上記各実施形態では、触媒燃焼器には簡単のために空気を供給する場合について説明したが、空気に限らず酸素等の酸化剤を含む気体であればよい。
【符号の説明】
【００５２】
８  発電セル（燃料電池本体）
９  第１の触媒燃焼器
１０  第２の触媒燃焼器
１２  第３の触媒燃焼器
２０  断熱パッケージ
３０、３３  コントローラ
３１、３２、３４  エアポンプ
５１  改質器
９１  電気ヒータ兼温度センサ
【図１】
0005505381.tif 000002
【図２】
0005505381.tif 000003
【図３】
0005505381.tif 000004