(57)【要約】【課題】小型かつ簡単な構成により、突発的に発生する断熱容器の破損などの事故や異常に迅速に対処することができる高信頼性の燃料改質装置及び燃料電池システムを提供する。【解決手段】水素含有ガスを生成するために液体燃料を加熱し、改質するための改質器１５と、改質器１５の加熱に利用される燃焼熱を発生するために水素を酸化剤により燃焼させるための燃焼器１８と、改質器１５および燃焼器１８を取り囲む断熱容器１３と、断熱容器１３の外壁の温度が設定値を超えるとスイッチ動作を行う温度スイッチ１９と、電源から温度スイッチ１９を介して電流の供給を受ける第１の電気的駆動部３２を有し、外壁温度が設定値以下の期間に液体燃料を改質器１５に供給する燃料供給部３０と、酸化剤を燃焼器１８に供給する酸化剤供給部２０を有する。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素含有ガスを生成するために液体燃料を加熱し、改質するための改質器と、
前記改質器の前記加熱に利用される燃焼熱を発生するために水素を酸化剤により燃焼させるための燃焼器と、
前記改質器および前記燃焼器を取り囲む断熱容器と、
前記断熱容器の外壁の温度が設定値を超えるとスイッチ動作を行う温度スイッチと、
電源から前記温度スイッチを介して電流の供給を受ける第１の電気的駆動部を有し、前記温度が前記設定値以下の期間に前記液体燃料を前記改質器に供給する燃料供給部と、
前記酸化剤を前記燃焼器に供給する酸化剤供給部と、
を具備することを特徴とする燃料改質装置。
【請求項２】
前記温度スイッチは、前記温度が前記設定値を超えるとオン状態からオフ状態に転ずるように構成され、前記第１の電気的駆動部は、前記電源から前記温度スイッチを介して電流が供給されることにより前記液体燃料を吐出するように動作する第１のポンプを含むことを特徴とする請求項１記載の燃料改質装置。
【請求項３】
前記温度スイッチは、前記温度が前記設定値を超えるとオフ状態からオン状態に転ずるように構成され、前記第１の電気的駆動部は、定常時は前記液体燃料を前記改質器に供給するために開き、前記電源から前記温度スイッチを介して電流が供給されることにより閉じる第１の停止弁を含むことを特徴とする請求項１記載の燃料改質装置。
【請求項４】
前記酸化剤供給部は、前記電源から前記温度スイッチを介して電流の供給を受けて動作する第２の電気的駆動部を有し、前記温度が前記設定値以下の期間に前記酸化剤を前記燃焼器に供給することを特徴とする請求項１記載の燃料改質装置。
【請求項５】
前記温度スイッチは、前記温度が前記設定値を超えるとオン状態からオフ状態に転ずるように構成され、前記第２の電気的駆動部は、前記電源から前記温度スイッチを介して電流が供給されることより前記酸化剤を吐出するように動作する第２のポンプを含むことを特徴とする請求項４記載の燃料改質装置。
【請求項６】
前記第２の電気的駆動部は、定常時は前記酸化剤を前記燃焼器に供給するために開き、前記電源から前記温度スイッチを介して電流が供給されることによって閉じるように動作する第２の停止弁を含むことを特徴とする請求項４記載の燃料改質装置。
【請求項７】
水素含有ガスを生成するために液体燃料を加熱し、改質するための改質器と、
前記改質器の前記加熱に利用される燃焼熱を発生するために水素を酸化剤により燃焼させるための燃焼器と、
前記改質器および前記燃焼器を取り囲む断熱容器と、
前記断熱容器の外壁の温度が設定値を超えるとスイッチ動作を行う温度スイッチと、
前記温度スイッチのスイッチ動作によりオン／オフされる電流を生成する電流生成部と、
前記電流生成部から電流の供給を受けて動作する第１の電気的駆動部を有し、前記温度が前記設定値以下の期間に前記液体燃料を前記改質器に供給する燃料供給部と、
前記酸化剤を前記燃焼器に供給する酸化剤供給部と、
を具備することを特徴とする燃料改質装置。
【請求項８】
前記温度スイッチの一端は第１電位の点に接続されており、前記電流生成部は、前記温度スイッチの他端に接続された制御端子と、該制御端子に一端が接続され、他端が第２電位の点に接続されたプルアップ抵抗とを含み、前記制御端子の電位変化に従って前記電流を生成することを特徴とする請求項１記載の燃料改質装置。
【請求項９】
前記電流生成部は、前記温度が前記設定値以下の期間に前記電流を生成するように構成され、前記第１の電気的駆動部は、前記電流の供給を受けて前記液体燃料を吐出するように動作する第１のポンプを含むことを特徴とする請求項７記載の燃料改質装置。
【請求項１０】
前記電流生成部は、前記温度が前記設定値を超えると前記電流を生成するように構成され、前記第１の電気的駆動部は、定常時は前記液体燃料を前記改質器に供給するために開き、前記電流の供給を受けると閉じるように動作する第１停止弁を含むことを特徴とする請求項７記載の燃料改質装置。
【請求項１１】
前記酸化剤供給部は、前記電流の供給を受けて動作する第２の電気的駆動部を有し、前記温度が前記設定値以下の期間に前記酸化剤を前記燃焼器に供給することを特徴とする請求項７記載の燃料改質装置。
【請求項１２】
前記電流生成部は、前記温度が前記設定値以下の期間に前記電流を生成するように構成され、前記第２の電気的駆動部は、前記電流の供給を受けて前記酸化剤を吐出するように動作する第２のポンプを含むことを特徴とする請求項１１記載の燃料改質装置。
【請求項１３】
前記温度スイッチは、ＰＴＣサーミスタ、ＮＴＣサーミスタ、温度ヒューズ、バイメタルスイッチ素子および磁性体スイッチ素子のうちから選択されるいずれか１つであることを特徴とする請求項１または７のいずれか１項記載の燃料改質装置。
【請求項１４】
シフト反応によって前記水素含有ガス中の一酸化炭素を二酸化炭素に転化するためのＣＯシフト器と、メタン化反応によって前記水素含有ガスから一酸化炭素を除去するためのＣＯ除去器と、をさらに具備することを特徴とする請求項１または７のいずれか１項記載の燃料改質装置。
【請求項１５】
請求項１または７のいずれか１項記載の燃料改質装置と、
カソード極、前記改質器により生成された前記水素含有ガスを受けるアノード極および電解質膜を有する燃料電池ユニットと、
を具備することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項１６】
前記燃料改質装置の前記燃焼器は、前記アノード極からの排出ガスに含まれる水素を前記酸化剤により燃焼させることを特徴とする請求項１５記載の燃料電池システム。
【請求項１７】
前記カソード極に空気を供給する空気供給部をさらに具備することを特徴とする請求項１５記載の燃料電池システム。
【請求項１８】
前記空気供給部は、前記電流生成部により生成される電流の供給を受けて動作する第３の電気的駆動部を有し、前記電流生成部は、前記温度が前記設定値以下の期間に前記電流を生成し、前記スイッチ動作の時点から所定時間経過後に前記第３の電気的駆動部へ供給される電流の生成を停止させるタイマ回路をさらに有することを特徴とする請求項１７記載の燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に安全性を改良した燃料改質装置と、それを備えた燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近時、携帯電話やビデオカメラ、コンピュータなどの各種電子機器は、半導体技術の発達と共に小型化され、さらにポータブル性が要求されている。このような要求を満足するための電源として、従来は、手軽な一次電池や二次電池が使用されている。しかし、一次電池や二次電池は、機能上使用時間に制限があり、このような電池を用いた電子機器等では使用時間が限定される。
【０００３】
すなわち、一次電池は、その重量に対して実用寿命が短く、頻繁に電池交換する必要があり、ポータブルな電子機器には不向きである。一方、二次電池は、充電のための電源が必要になるため使用場所が制限されるのみならず、充電にかなりの時間を要する。特に、二次電池を組み込んだ電子機器等では、電池の放電が終わった後において電池を交換することが困難なため、その機器の使用時間が制限される。このように、各種小型機器を長時間作動させるには、従来の一次電池や二次電池の延長では対応が難しく、より長時間の作動に適した電池が要求されている。
【０００４】
このような問題の一つの解決策として、最近、燃料電池が注目されている。燃料電池は、燃料と酸化剤を供給するだけで発電することができるという利点を有するだけでなく、燃料のみ交換すれば連続して発電できるという利点を有しているため、これを小型化すれば、携帯用電子機器の駆動に極めて有利なシステムといえる。
【０００５】
一般的な燃料電池の分野において、天然ガス、ナフサ等の軽質炭化水素やメタノール等のアルコール類を原料とし、これらの原料を改質させる触媒を備えた改質器と、燃料電池と、を組み合わせた燃料電池システムが開発されている。このような燃料電池システムは、メタノールのような液体燃料を用いた直接型メタノール燃料電池等に比べ、出力電圧が高く高効率が得られるため、これの小型化と高性能化が期待されている。
【０００６】
改質器を備えた燃料電池システムにおいては、炭化水素やアルコール類、エーテル類といった物質を燃料として用いる。これを改質器で３００℃から７００℃程度に加熱して水蒸気と反応させ、水素と二酸化炭素に変換することができる。例えばメタノールを燃料として用いた場合、改質器本体内の温度は３００℃程度である。
【０００７】
このように改質器は高温に加熱されることから、周囲への放熱を防ぐため、改質器を周囲から断熱する断熱容器を備えたものがある。例えば、内部を真空とした真空断熱容器内に収納された改質器がある。
【０００８】
改質器を備えた燃料電池システムを携帯電子機器の電源として用いる場合には、安全性を確保するために十分な対策が望まれる。例えば、真空断熱容器に何らかの衝撃が加わったりする等によって真空断熱構造が破損するといった異常が生じた場合に、改質器から周囲に熱が伝わって電子機器が過熱されて破損したり、これを使用する人が火傷するおそれがある。このため、真空断熱容器の破損などの異常を速やかに検知して、適切な処置を施すことが必要となる。
【０００９】
特許文献１には、改質器を備えた燃料電池システムの異常（昇温）を検知するための手段が開示されている。特許文献１の燃料電池システムは、制御部であるＣＰＵ(Central Processing Unit)、温度センサ、ＲＡＭ(Random Access Memory)を備え、温度センサにより改質器の温度を検出し、検出温度が設定値に満たない場合に、制御部が真空断熱容器における真空断熱破損等の異常が発生したと判断し、報知部に真空断熱破損発生の可能性がある旨を報知させることが記載されている。さらに特許文献１には、異常が発生したと判断した場合に、制御部は燃料供給制御信号をポンプに出力して燃料の供給を停止させるとともに、温度制御信号を加熱用ヒータに出力して加熱用ヒータの加熱（電流の通電）を停止させることが記載されている。
【００１０】
特許文献２には、家庭用燃料電池に用いる燃料改質装置において、改質部バーナーから排出された排気ガスと水とを熱交換して水蒸気を生成し、熱交換後の排気ガスを排出する蒸発器の出口部付近に配設した温度センサによって出口部付近の温度を検出し、検出温度が設定値を超える場合には、コントローラがシステムを停止させるシステム停止指令を出力するとともに、水ポンプに停止信号を出力することが記載されている。
【００１１】
特許文献３には、改質器で生成された水素含有ガスからＣＯを除去するためのＣＯ除去器が記載されている。このＣＯ除去器は、空気流量を調節するためのバイメタルが取り付けられた空気導入口を備え、高温のときにはバイメタルが空気導入口を狭めてＣＯ除去器内への空気の導入量を減少させ、低温のときにはバイメタルが空気導入口を広げてＣＯ除去器内への空気の導入量を増加させる。これにより、改質ガス中のＣＯの選択的な酸化燃焼をコントロールし、改質ガスからＣＯを除去している。
【特許文献１】特開２００４−１７８９１０号公報
【特許文献２】特開２００３−２２１２０６号公報
【特許文献３】特開平１１−３０２００１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかし、特許文献１および特許文献２の燃料電池システムでは、温度センサによる検出温度を設定値と比較判定し、その判定結果に従って対応する制御を行うためにＣＰＵやＲＡＭを含むマイクロコンピュータを必要とする。従って、燃料電池システム全体が大型化し、またコストが高くなるため、携帯電子機器の電源として好ましくない。さらに、マイクロコンピュータは誤動作を生じる可能性があり、それに起因する異常運転（過熱運転）を有効に回避することができない。一方、特許文献３の燃料電池システムでは、改質ガス中のＣＯの選択酸化燃焼反応を制御するだけであるので、突発的に発生する改質器の断熱構造の損傷に対処できない。
【００１３】
本発明の目的は、小型かつ簡単な構成により、突発的に発生する断熱容器の破損などの事故や異常に迅速に対処することができる安全かつ高信頼性の燃料改質装置及び燃料電池システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の第１の態様による燃料改質装置は、水素含有ガスを生成するために液体燃料を加熱し、改質するための改質器と、前記改質器の前記加熱に利用される燃焼熱を発生するために水素を酸化剤により燃焼させるための燃焼器と、前記改質器および前記燃焼器を取り囲む断熱容器と、前記断熱容器の外壁の温度が設定値を超えるとスイッチ動作を行う温度スイッチと、前記電源から前記温度スイッチを介して電流の供給を受ける第１の電気的駆動部を有し、前記温度が前記設定値以下の期間に前記液体燃料を前記改質器に供給する燃料供給部と、前記酸化剤を前記燃焼器に供給する酸化剤供給部と、を具備することを特徴とする。
【００１５】
本発明の第２の態様による燃料改質装置は、水素含有ガスを生成するために液体燃料を加熱し、改質するための改質器と、前記改質器の前記加熱に利用される燃焼熱を発生するために水素を酸化剤により燃焼させるための燃焼器と、前記改質器および前記燃焼器を取り囲む断熱容器と、前記断熱容器の外壁の温度が設定値を超えるとスイッチ動作を行う温度スイッチと、前記温度スイッチのスイッチ動作によりオン／オフされる電流を生成する電流生成部と、前記電流生成部から電流の供給を受けて動作する第１の電気的駆動部を有し、前記温度が前記設定値以下の期間に前記液体燃料を前記改質器に供給する燃料供給部と、前記酸化剤を前記燃焼器に供給する酸化剤供給部と、を具備することを特徴とする。
【００１６】
さらに、本発明の別の態様によると、第１または第２の態様による燃料改質装置と、カソード極、前記改質器により生成された前記水素含有ガスを受けるアノード極および電解質膜を有する燃料電池ユニットと、を具備する燃料電池システムを提供する。
【発明の効果】
【００１７】
本発明では、小型かつ簡単な構成により、突発的に発生する断熱容器の破損などの事故や異常に迅速に対処することができる安全かつ高信頼性の燃料改質装置及び燃料電池システムを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、添付の図面を参照して本発明を実施するための種々の形態について説明する。
【００１９】
（第１の実施形態）  
本発明の第１の実施形態に係る燃料電池システムを図１〜図６を参照して説明する。
【００２０】
図１に示されるように、燃料電池システム１は、燃料電池ユニット２および燃料改質装置１０を備えている。燃料電池ユニット２は、燃料極（アノード極）３、電解質膜５、酸化剤極（カソード極）４が積層された発電スタックを有するものである。燃料電池ユニット２は、単数または複数のいずれの発電スタックを有していてもよいが、通常は複数の発電スタックを有する。なお、燃料電池ユニット２には、カソード極４に空気を送るための送風ファン７２が設けられている。
【００２１】
燃料改質装置１０は、液体燃料から改質ガスである水素含有ガスを生成し、その改質ガスを燃料電池ユニット２に供給するものである。燃料改質装置１０は、液体燃料を改質して水素含有ガスを生成する改質器１５と、水素ガスを酸化剤により燃焼させ、その燃焼熱を改質器１５の加熱に利用する燃焼器１８を備えている。燃料改質装置１０は、通常、改質器１５に入る前に液体燃料を気化させる気化器１４をさらに備え、また改質器１５から得られる水素含有ガス中に含まれる一酸化炭素（ＣＯ）を二酸化炭素（ＣＯ2）に変換するＣＯシフト器１６、およびＣＯシフト器１６からのガス中に含まれるＣＯを除去するためのＣＯ除去器１７をさらに備えることができる。
【００２２】
改質器１５における改質反応は約３００℃〜７００℃の高温度域で行われるため、燃料改質装置１０の主要部、すなわち気化器１４、改質器１５、ＣＯシフト器１６、ＣＯ除去器１７および燃焼器１８は断熱容器１３のなかに収容されている。断熱容器１３の外部には、液体燃料を改質器１５に供給する燃料供給部３０、および燃焼器１８に酸化剤を供給するための酸化剤供給部２０が設けられている。酸化剤供給部２０は、第２の電気的駆動部としてのエアポンプ２２を有する。
【００２３】
断熱容器１３は、密閉二重壁構造の真空断熱容器であり、その二重壁構造の外壁１３ｃと内壁１３ｄとの間に真空スペースを有するものである。真空スペースを取り囲む壁面はＡｇ膜などの低輻射率の金属膜、または銅箔やアルミニウム箔などの低輻射率の金属箔で覆われている。
【００２４】
図２に示すように、断熱容器１３は、例えば偏平な直方体形状の箱からなり、その長手と直交する一端面（面積が最小の面）は開口している。この開口部１３ａを塞ぐように断熱蓋１３ｂが断熱容器１３に着脱可能に取り付けられている。断熱蓋１３ｂは、断熱材として、例えば、ミネラルウール、セラミックファイバー、ケイ酸カルシウム、硬質の発泡ウレタン、タイル、複合断熱材、連通セル構造材を用いることができる。複合断熱材には、例えば、セラミックファイバーまたはケイ酸カルシウムの層の両面にＡｌ層を積層したラミネートシートを用いることができる。連通セル構造材には、無機質ファイバーで補強され、０．１μｍ以下の径の連通するセル（非閉鎖のセル）を有するセラッミクス粉末焼結体、例えば日本マイクロサーム株式会社製の商品名マイクロサームを用いることができる。これらのなかでも特に、連通セル構造材は、１５０℃の高温においても十分な耐熱性を有する。なお、本実施形態では断熱容器１３を偏平な直方体の形状にしているが、これを立方体、円筒体、楕円筒体の形状としてもよい。
【００２５】
気化器１４は、ラインＬ２を介して燃料供給部３０に接続され、他方、ラインＬ３を介して改質器１５に接続されている。図１においては便宜的に気化器１４を燃焼器１８から離れたところに示しているが、実際には気化器１４は燃焼器１８に近接して配置され、燃焼器１８における燃焼の熱エネルギが図示しない伝熱板（例えば銅板）を介して気化器１４に伝達され、気化器１４の内部を流れる燃料が加熱・気化されるようになっている。気化器１４の内部にはサーペンタイン形状または平行形状の管状流路が設けられている。液体燃料をラインＬ２を介して気化器１４に供給すると、液体燃料は気化器１４の内部流路を流れるうちに燃焼器１８により加熱されて気化する。
【００２６】
改質器１５は、気化器１４により気化され、ラインＬ３を介して導入された液体燃料を改質して水素含有ガス（改質ガス）を生成させる。改質器１５の内部には、気化器１４と同様にサーペンタイン形状または平行形状の管状流路が形成され、これらの流路を気化燃料が通流するようになっている。流路の内壁は陽極酸化処理された多孔質体からなり、この多孔質体に改質触媒が含浸されている。改質触媒は気化燃料から改質ガスへの改質反応を促進させる。
【００２７】
改質器１５は、燃焼器１８からの燃焼熱が改質器１５に効率良く伝わるように、燃焼器１８に接している。燃焼器１８の内部にて発生する燃焼熱を、改質器１５の内部へ効率よく伝達させるために、改質器１５を構成する反応容器の少なくとも一部は、熱伝導率の高い材質にて形成されることが望ましい。反応容器の材料として、アルミニウムや銅、またはアルミニウム合金や銅合金を用いることができる。また、アルミニウムや銅などに比べて熱伝導度は低いが、耐腐食性に優れるステンレス鋼を用いることもできる。
【００２８】
改質器１５の反応容器は、汎用の機械加工方法や成型方法を用いて形成することができる。汎用の機械加工方法としては、例えば放電加工、フライス加工などを用いることができる。また、汎用の成型方法としては、例えば鍛造加工や鋳造加工などを用いることができる。さらに、例えば鋳造加工にて入口配管、出口配管が設けられていない反応容器を成型し、その後にドリル加工などの機械加工方法にて貫通孔を設けた後に管状部材を溶接するなど、機械加工方法と成型方法を組み合わせて用いることもできる。
【００２９】
改質器１５に用いられる改質触媒には、燃料にメタノールを用いる場合、Ｃｕ／ＺｎＯ／γ−アルミナやＰｄ／ＺｎＯ、白金−アルミナ系触媒（Ｐｔ／Ａｌ2Ｏ3）などを用いることができる。このような改質触媒は、下式（１）に示す反応、すなわちメタノールが水素と二酸化炭素に改質される水蒸気改質反応を促進させる。  
ＣＨ3ＯＨ＋Ｈ2Ｏ→３Ｈ2＋ＣＯ2        …（１）
また、燃料がジメチルエーテルを含む場合は、Ｐｄ／ＺｎＯとγ−アルミナとの混合物や白金−アルミナ系触媒（Ｐｔ／Ａｌ2Ｏ3）などを用いることができる。このような改質触媒は、下式（２）に示す反応、すなわちジメチルエーテルの水蒸気改質反応を促進させる。  
ＣＨ3ＯＣＨ3＋３Ｈ2Ｏ→６Ｈ2＋２ＣＯ2  …（２）
白金−アルミナ系触媒において、Ｐｔ担持量は０．２５質量％以上１．０質量％以下が好ましい。なお、流路の内壁に貴金属を担持する改質触媒を含浸させると、改質器１５の耐久性が向上する。また、改質触媒が効率的に作用する温度範囲は２００〜４００℃である。改質触媒の表面の温度が２００〜４００℃となるように、改質器１５を温度制御することが好ましい。
【００３０】
改質ガスには、水素のほかに副生物として二酸化炭素や一酸化炭素が含まれている。一酸化炭素（ＣＯ）は、燃料極３のアノード触媒を劣化させ、燃料電池ユニット２の発電性能を低下させる原因となる。このため、改質器１５から改質ガスをラインＬ４を介してＣＯシフト器１６に送り、一酸化炭素を二酸化炭素と水素へシフト反応させて、ＣＯ濃度を低減すると共に水素生成量の増加を図ることが好ましい。
【００３１】
ＣＯシフト器１６の基本的な構造は改質器１５と同様である。ＣＯシフト器１６の内部には、改質器１５と同様にサーペンタイン形状または平行形状の管状流路が設けられている。流路の多孔質の内壁にはシフト反応触媒が含浸されている。シフト反応触媒は、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｒｕのような貴金属を耐熱性担体に担持させたものである。シフト反応触媒は、下式（３）に示す反応にしたがって一酸化炭素をさらに二酸化炭素へ転化させるシフト反応を促進させ、水素生成量を増加させる。  
ＣＯ＋Ｈ2Ｏ→Ｈ2＋ＣＯ2                …（３）
シフト反応触媒には、ＣｅやＲｅ等で安定化されたアルミナ担体を用いることができる。また、シフト反応触媒としては上記のものの他に公知のＣｕ／ＺｎＯ系触媒を用いることができる。ただし、ＣＯシフト器１６の耐久性を向上させたい場合は、Ｐｔを含む貴金属が担持された触媒を用いることが好ましい。ＣＯシフト反応触媒が効率的に作用する温度範囲は２００〜３００℃である。ＣＯシフト反応触媒表面の温度が２００〜３００℃となるように、燃焼器１８を用いてＣＯシフト器１６を温度制御することが好ましい。
【００３２】
ＣＯシフト器１６にてシフト反応した改質ガスには、未だ１％から２％程度の一酸化炭素が含まれている。一酸化炭素は、前述の通り燃料電池のアノード触媒を劣化させ、発電性能を低下させる原因となる。このため、改質ガスをＣＯシフト器１６からラインＬ５を介してＣＯ除去器１７に送り、さらに改質ガスから一酸化炭素を除去することが好ましい。
【００３３】
ＣＯ除去器１７の基本的な構造は改質器１５と同様である。すなわち、ＣＯ除去器１７の内部には、改質器１５やＣＯシフト器１６と同様にサーペンタイン形状または平行形状の管状流路が設けられている。流路の内壁は陽極酸化処理された多孔質体からなり、この多孔質体にＲｕを含むメタネーション反応触媒が含浸されている。メタネーション反応触媒は、改質ガスに含まれる一酸化炭素のメタン化反応を促進させる。
【００３４】
ＣＯ除去器１７は、下式（４）の反応にしたがって改質ガス中の一酸化炭素をメタン化させ、ＣＯ濃度が１００ｐｐｍ以下になるまで改質ガスから一酸化炭素を除去する。  
ＣＯ＋３Ｈ2→ＣＨ4＋Ｈ2Ｏ              …（４）
メタネーション反応触媒には、Ｒｕ／Ａｌ2Ｏ3、Ｒｕ／ゼオライト、またはＲｕ／Ａｌ2Ｏ3、Ｒｕ／ゼオライトを主成分とし、Ｍｇ、Ｃａ、Ｋ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｒｅから選ばれる少なくとも１種類以上の元素が担持された触媒を用いることができる。
【００３５】
ＣＯ除去器１７の出口はラインＬ６により燃料電池ユニット２のアノード極３に接続されている。ラインＬ６は、断熱蓋１３ｂを貫通して断熱容器１３の外部に引き出され、燃料電池ユニット２のアノード極３に接続されている。一酸化炭素が除去された改質ガスは、ラインＬ６を通ってＣＯ除去器１７からアノード極３に供給され、大気中の酸素と発電反応する。
【００３６】
燃焼器１８には２つの供給ラインＬ７，Ｌ９と１つの排気ラインＬ８が接続されている。供給ラインＬ７は燃料電池ユニット２のアノード極３と燃焼器１８との間に設けられている。供給ラインＬ９はエアポンプ２２と燃焼器１８との間に設けられている。ラインＬ７を通ってアノード極３から未反応の水素含有ガス（発電反応後の改質ガス）が燃焼器１８に供給されるとともに、エアポンプ２２から吐出される空気がラインＬ９を介して供給されると、酸化燃焼反応により燃焼熱が発生する。この燃焼熱が気化器１４、改質器１５、ＣＯシフト器１６、ＣＯ除去器１７の加熱に利用される。さらに、燃焼器１８には、燃焼ガスを断熱容器１３の外部に排出するためのラインＬ８が接続されている。排出ラインＬ８は、断熱蓋１３ｂを貫通して断熱容器１３の外部に引き出され、大気中に開放されている。
【００３７】
燃焼器１８の基本構造は改質器１５と同様である。すなわち、燃焼器１８の内部にはサーペンタイン形状または平行流路形状の管状流路が設けられている。流路の内壁は陽極酸化処理された多孔質体からなり、この多孔質体に例えばＰｔ、Ｐｄまたはこれらの混合物などの貴金属を担持したアルミナなどの燃焼触媒が含浸されている。燃焼触媒にこれらの貴金属を用いる理由は、燃料電池システムを停止させたときに系内に侵入する大気により酸化され難く、劣化し難いからである。貴金属以外の他の触媒を燃焼器に用いると、触媒の酸化防止のために付帯設備を設ける必要がある。なお、燃焼器１８にはヒータ（図示せず）を取り付け、燃焼熱とヒータ加熱とを併用するようにしてもよい。ヒータとしては、例えば、アルミニウム板にセラミックヒータを貼り付けたもの、アルミニウム板にロッドヒータを埋め込んだものなどを用いることができる。
【００３８】
燃料供給部３０は、燃料容器３１、電気的駆動部である燃料ポンプ３２および燃料停止弁３３を備えている。燃料容器３１には、例えば、メタノール、メタノールと水の混合物、ジメチルエーテルと水の混合物、またはジメチルエーテルと水とアルコールの混合物等の炭素と水素を含む有機化合物を包含する液体燃料が貯蔵されている。前記アルコールにはメタノールやエタノール等が好ましい。このうちメタノールは、ジメチルエーテルと水の相互溶解性を向上させるため特に好ましい。燃料容器３１、燃料ポンプ３２及び燃料停止弁３３は、この順に燃料供給ラインＬ１により直列に接続される。ポンプ３２が駆動されると燃料容器３０内の燃料がポンプ３２から吐出され、燃料供給ラインＬ１を介して改質器１５へ供給される。
【００３９】
次に、燃料電池ユニット２の詳細について説明する。アノード極３およびカソード極４は、それぞれ、例えばＰｔが担持されたカーボンブラック粉末をポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）などの撥水性樹脂結着材で保持させた多孔質シートからなる。電解質膜５は、例えばスルホン酸基またはカルボン酸基などの陽イオン交換基を有するフルオロカーボン重合体、またはポリベンズイミダゾール（ＰＢＩ）のような塩基性高分子にリン酸をドープさせたもの、例えばＮａｆｉｏｎ（Ｄｕ  Ｐｏｎｔ社の登録商標）等である。アノード極３およびカソード極４は、スルホン酸型パーフルオロカーボン重合体や、該重合体で被覆された微粒子を含んでいてもよい。
【００４０】
アノード極３に供給された改質ガス中の水素は、アノード極３で下式（５）に示すように反応する。  
Ｈ2→２Ｈ＋＋２ｅ−                    …（５）
一方、カソード極４に供給された酸素は、カソード極４で下式（６）に示すように反応する。  
１／２Ｏ2＋２Ｈ＋＋２ｅ−→Ｈ2Ｏ      …（６）
断熱容器１３の外壁１３ｃ、好ましくは改質器１５の近傍の外壁１３ｃに接触するように、温度スイッチ１９が取り付けられている。温度スイッチ１９は、外壁１３ｃの温度が設定値以内であればＯＮ状態を維持し、例えば断熱容器１３が損傷を受けて外壁１３ｃの温度が設定値を超えると、温度スイッチ１９はＯＦＦ状態となる。
【００４１】
図３に示されるように、燃料ポンプ３２のアーマチュアコイル３２ａは、温度スイッチ１９を介して電源９に接続されている。言い換えれば、温度スイッチ１９は電源９に対してアーマチュアコイル３２ａと直列に接続される。なお、燃料ポンプ３２はアーマチュアコイル３２ａを含む直流モータと、該モータにより駆動される羽根車からなる。
【００４２】
断熱容器１３の外壁の温度が設定値を超えて温度スイッチ１９はＯＦＦ状態となると、電源９から燃料ポンプ３２のアーマチュアコイル３２ａへの給電が停止される。その結果、燃料ポンプ３２が停止され、燃料供給部３０から改質器１５へ燃料が供給されなくなる。これにより燃料改質装置１０の異常昇温が未然に防止され、燃料電池システム１の安全性が向上する。
【００４３】
電源９としては本システムの燃料電池ユニット２を用いてもよいが、外部電源、例えば二次電池または他の燃料電池ユニットを用いてもよい。このような外部電源を用いると、燃料ポンプ３２を迅速に起動させることができる。また、外部電源をスタータ電源として用い、燃料電池システム１の起動後は燃料電池ユニット２を電源９として用いてもよい。
【００４４】
燃料停止弁３３は、ラインＬ２を介して気化器１４の入口に接続された電磁バルブである。停止弁３３は、手動で閉じることができるようにしてもよいし、後述するように温度スイッチ１９（例えばバイメタルスイッチ素子）によって自動で閉じることができるようにしてもよい。停止弁３３を閉じると、燃料供給部３０から気化器１４への燃料の供給が停止し、その後に改質器１５内での改質反応（前述の反応（１）と（２））が停止する。
【００４５】
温度スイッチ１９は、温度検出機能を有するスイッチであり、前述したように検出温度が設定値（作動温度）を超えるとスイッチ動作（ＯＮ／ＯＦＦ動作）を行う。温度スイッチ１９としては、非復帰型と復帰型の何れを用いてもよい。「非復帰型の温度スイッチ」とは、一旦ＯＦＦ状態になった後は元のＯＮ状態に戻すことができないスイッチであり、温度ヒューズや磁性体スイッチ素子がある。非復帰型の温度スイッチは、一旦ＯＦＦ状態になった後は、次回の使用前に必ずスペアに交換しなければならない。「復帰型の温度スイッチ」とは、ＯＦＦ状態になった後に元のＯＮ状態に戻すことができるスイッチをいう。従って、一旦ＯＦＦ状態になっても、スペアに交換する必要はない。復帰型の温度スイッチにはＰＴＣサーミスタ(Positive Temperature Coefficient Thermistor)、ＮＴＣサーミスタ(Negative Temperature Coefficient Thermistor)、バイメタルスイッチがある。安全性を重視すると、非復帰型の温度ヒューズまたは磁性体スイッチを用いることが好ましい。ここで、「バイメタルスイッチ」とは、バイメタルの熱変位を利用してＯＮ／ＯＦＦ動作するスイッチをいう。「磁性体スイッチ」とは、キュリー点（キュリー温度）を超える温度域で強磁性が失われる磁性体の特性を利用してＯＮ／ＯＦＦ動作するスイッチをいう。
【００４６】
図４は、温度スイッチ１９として用いることができる公知の温度ヒューズを示す。この温度ヒューズは、例えば、可溶合金型の温度ヒューズである。このタイプの温度ヒューズでは、図４の（ａ）に示すように、１対のリード線４０，４１が可溶体３９を間に挟んで電気的に接続されている。可溶体３９は、主にロジン（松脂）を含む樹脂３９ａにより低融点合金（可溶合金）３９ｂを被覆してなるものである。樹脂３９ａは、合金３９ｂの融点を超える温度域では流動化し、合金３９ｂの融点以下の温度域では迅速に凝固する性質を有している。
【００４７】
可溶体３９は絶縁ケース４３のなかに収納され、気密性を保つためにケース４３の両端部をエポキシ樹脂４４により封止した状態でリード線４０，４１をケース４３から引き出している。断熱容器の外壁の温度上昇により合金３９ｂの融点を超えると、合金３９ｂが溶融して破断し、図４の（ｂ）に示すように、分離したリード線４０，４１の各端部を樹脂３９ａがそれぞれ覆う状態となり、回路が遮断される。ここでは温度スイッチとして可溶合金型の温度ヒューズの例を示したが、感温ペレット型の温度ヒューズを使用することも可能である。
【００４８】
次に、図５を参照して、温度スイッチ１９として磁性体スイッチ素子を用いる例を説明する。磁性体スイッチ素子において、図５の（ａ）に示すように、感温磁性体５５と永久磁石５６とが接触するときは、磁性体スイッチ素子がＯＮの状態にある。一方、図５の（ｂ）に示すように、感温磁性体５５と永久磁石５６とが離れたときは、磁性体スイッチ素子がＯＦＦの状態にある。
【００４９】
磁性体スイッチ素子の１対のリード線４５，４６は図示しない駆動回路の接地側に接続されている。各リード線４５，４６は、それぞれ可動端子４７，４８および固定端子４９，５０を介して電気的に接続されている。可動端子４７，４８は、図５の（ａ）に示すように、スプリング５１，５２によりそれぞれ付勢され、固定端子４９，５０にそれぞれ接触導通している。リード線４５、可動端子４７，４８およびスプリング５１，５２は一方の絶縁ケース５３に取り付けられている。リード線４６および固定端子４９，５０は他方の絶縁ケース５４に取り付けられている。
【００５０】
一方の絶縁ケース５３には感温磁性体５５が取り付けられ、他方の絶縁ケース５４には永久磁石５６が取り付けられている。感温磁性体５５と永久磁石５６とは対向する位置に配置されている。
【００５１】
感温磁性体５５は所定のキュリー点を有している。感温磁性体５５はキュリー点より低い温度では強磁性を有するので、感温磁性体５５と永久磁石５６との間に大きな吸引力を生じる。この吸引力はスプリング５１，５２の付勢力を上回るため、図５の（ａ）に示すスイッチＯＮの状態が維持される。しかし、断熱容器の外壁の温度が上昇し、感温磁性体５５の温度がキュリー点を超えると、感温磁性体５５は強磁性を失うため、永久磁石５６との吸引力が消失する。その結果、スプリング５１，５２の付勢力により絶縁ケース５３と絶縁ケース５４との間に反発力を生じ、可動端子４７，４８が固定端子４９，５０からそれぞれ引き離され、スイッチＯＦＦの状態になる。
【００５２】
温度スイッチ１９に公知のＰＴＣサーミスタを用いることができる。ＰＴＣサーミスタには、例えば絶縁材料であるポリマーに導電性のカーボンフィラーを添加したポリマーＰＴＣや、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）を主成分とするセラミックＰＴＣなどを用いることができる。また、温度スイッチ１９に公知のＮＴＣサーミスタを用いることができる。ＮＴＣサーミスタには、例えばＭｎ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｆｅなどの酸化物焼結体を用いることができる。
【００５３】
次に、図６を参照して第１の実施形態の変形例について説明する。図６によると、温度スイッチ１９の両端は駆動回路（電流生成部）６０の制御端子６１及びグラウンド端子６２にそれぞれ接続される。グラウンド端子６２は、グラウンドＧＮＤに接続される。電流生成部としての駆動回路６０は、プルアップ抵抗６３、インバータ６４及びトランジスタ６５、例えばＮチャネル型ＭＯＳ電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）を有する。制御端子６１は、抵抗６３を介して電源ＶＣＣに接続されると共に、インバータ６４を介してトランジスタ６５のゲート端子に接続される。トランジスタ６５のドレイン端子は、燃料ポンプ３２のアーマチュアコイル３２ａの一端に接続される。トランジスタ６５のソース端子は、グラウンドＧＮＤに接続される。アーマチュアコイル３２ａの他端は電源ＶＣＣに接続される。電源ＶＣＣとしては、図３に示した電源９と同様に、燃料電池ユニット２を用いてもよいし、外部電源、例えば二次電池または他の燃料電池ユニットを用いてもよい。
【００５４】
温度スイッチ１９は、例えば温度ヒューズが用いられる。温度スイッチ１９がＯＮの状態では、制御端子６１の電位はグラウンド電位、すなわち低（Ｌ）レベルにあるため、インバータ６４の出力、すなわちトランジスタ６５のゲート端子はＨレベルとなるから、トランジスタ６５はＯＮ状態となる。従って、トランジスタ６５を介してアーマチュアコイル３２ａに電流が流れるため、燃料ポンプ３２は燃料を吐出し、燃料供給部３０から改質器１８に燃料が供給される。
【００５５】
一方、例えば断熱容器１３が損傷するなどにより外壁１３ｃの温度が設定値を超え、温度スイッチ１９がＯＦＦ状態になると、制御端子６１がＨレベル、インバータ６４の出力がＬレベルとなる。これによりトランジスタ６５がＯＦＦ状態となり、アーマチュアコイル３２ａへの電流供給が遮断されるため、燃料ポンプ３２が停止し、燃料供給部３０から改質器１５への燃料の供給が停止される。
【００５６】
このように本実施形態によれば、万が一、断熱容器１３が損傷を受けた場合であっても、外壁１３ｃの異常な温度上昇により温度スイッチ１９がＯＦＦとなることによって燃料ポンプ３２が停止し、改質器１５への燃料の供給が停止される。これにより、改質器１５における改質反応が停止し、断熱容器１３の外壁１３ｃやその周辺部が過熱されることが防止される。よって、特に落下のような外的衝撃に対する装置の安全性が向上する。従って、本実施形態に係る燃料電池システムは、ポータブル電源の他、ノート型パソコンのような携帯用や小型の電子機器に用いる電源として安心して使用することができ、信頼性が高い。
【００５７】
図７に示すように、複数個の温度スイッチ１９ａ〜１９ｅを断熱容器１３の外壁１３ｃの複数箇所に設けるようにしてもよい。これらの温度スイッチ１９ａ〜１９ｅのうち、例えば温度スイッチ１９ａ，１９ｃは断熱容器１３の対向する主面にそれぞれ取り付けられ、温度スイッチ１９ｂ，１９ｄは断熱容器１３の対向する側面にそれぞれ取り付けられ、温度スイッチ１９ｅは断熱容器１３の端面に取り付けられている。なお、開口部１３ｄを塞ぐ断熱蓋１３ｂには温度スイッチが取り付けられていない。ラインＬ２，Ｌ６，Ｌ７，Ｌ８，Ｌ９が断熱蓋１３ｂを貫通するため、温度スイッチを取り付けるスペースがないからである。
【００５８】
温度スイッチ１９ａ〜１９ｅは、図８に示すように直列に接続される。すなわち、図３または図6中に示した温度スイッチ１９を直列接続された複数個の温度スイッチ１９ａ〜１９ｅに置き換える。この場合、温度スイッチ１９ａ〜１９ｅのうちの少なくとも１つがＯＦＦ状態になると、燃料ポンプ３２が停止して改質器１５への燃料の供給が停止される。
【００５９】
温度スイッチ１９ａ，１９ｂ，１９ｃ，１９ｄ，１９ｅとして、設定値（作動温度）の異なる温度スイッチを組み合わせてもよい。また、復帰型の温度スイッチと非復帰型の温度スイッチを組み合わせて使用しても良い。例えば、作動温度が７０℃の復帰型の温度スイッチ（例えば、ＰＴＣサーミスタ）と、作動温度が１３０℃の非復帰型の温度スイッチ（例えば、温度ヒューズ）とを組み合わせて使用することもできる。このようにすれば、断熱容器１３の損傷が軽度のときは、復帰型の温度スイッチを復帰させて燃料改質装置１０の動作を再開できる。断熱容器１３の損傷が重度のときは、断熱容器１３ごと温度スイッチを新品に交換してもよい。
【００６０】
（第２の実施の形態）  
次に、図９及び図１０を参照して第２の実施形態に係る燃料電池システムについて説明する。なお、本実施形態が第１の実施形態と重複する部分の説明は省略する。
【００６１】
本実施形態の燃料電池システムでは、例えば図９に示すように燃料ポンプ３２のアーマチュアコイル３２ａと、エアポンプ２２のアーマチュアコイル２２ａが温度スイッチ１９を介して電源９に接続されている。言い換えれば、温度スイッチ１９は電源９に対してアーマチュアコイル３２ａ及び２２ａと直列に接続される。
【００６２】
断熱容器の外壁１３ｃの温度が設定値を超えて温度スイッチ１９はＯＦＦ状態となると、電源９から燃料ポンプ３２のアーマチュアコイル３２ａ及びエアポンプ２２のアーマチュアコイル２２ａへの給電が停止される。その結果、第１の実施形態と同様に燃料ポンプ３２が停止されることにより燃料供給部３０から改質器１５への燃料の供給が停止されることに加えて、エアポンプ２２が停止されることにより、酸化剤供給部２０から燃焼器１８への酸化剤の供給も停止される。
【００６３】
次に、図１０を参照して第２の実施形態の変形例について説明する。図１０に示す駆動回路６０Ａは、図６に示した駆動回路６０に対してもう一つのトランジスタ６６、例えばＮチャネル型ＭＯＳＦＥＴが追加されている。トランジスタ６６のゲート端子は、トランジスタ６５と同様にインバータ６４を介して制御端子６１に接続される。トランジスタ６６のドレイン端子は、エアポンプ２２のアーマチュアコイル２２ａの一端に接続される。トランジスタ６６のソース端子は、グラウンドＧＮＤに接続される。アーマチュアコイル２２ａの他端は電源ＶＣＣに接続される。
【００６４】
断熱容器の外壁１３ｃの温度が設定値以下で、温度スイッチ１９（例えば温度ヒューズが用いられる）がＯＮの状態では、前述したように制御端子６１の電位はＬレベルにある。従って、インバータ６４の出力、すなわちトランジスタ６５及び６６のゲート端子はＨレベルとなるから、トランジスタ６５と共にトランジスタ６６もＯＮ状態となる。このとき、トランジスタ６６を介してアーマチュアコイル２２ａに電流が流れるため、エアポンプ２２は空気を吐出し、酸化剤供給部２０から燃焼器１８に空気、すなわち酸化剤が供給される。
【００６５】
一方、例えば断熱容器１３が損傷するなどにより外壁１３ｃの温度が設定値を超え、温度スイッチ１９がＯＦＦ状態になると、制御端子６１の電位がＨレベル、インバータ６４の出力がＬレベルになる。これによりトランジスタ６５と共にトランジスタ６６がＯＦＦ状態となり、アーマチュアコイル２２ａへの電流供給が遮断されるため、エアポンプ２２が停止し、燃焼器１８への酸化剤の供給が停止される。
【００６６】
第２の実施形態では、断熱容器の外壁１３ｃの温度が設定値を超えた場合、上述のように燃料ポンプ３２に加えてさらにエアポンプ２２も停止されることによって、燃料改質装置１０の異常昇温がより確実に防止され、燃料電池システム１の安全性が一層向上する。すなわち、液体燃料の供給が停止した後においても、ラインＬ２〜Ｌ７や改質器１５の流路あるいは燃料電池ユニット２に残存する可燃性ガスが燃焼器１８において燃焼することにより、断熱容器の外壁１３ｃの温度が上昇し続けるのを防止することができる。このように断熱容器の外壁１３ｃの温度が設定値を超えた場合、改質器１５での改質反応と燃焼器１８での燃焼反応がともに停止し、断熱容器の外壁１３ｃおよびその周辺部の過熱がより確実に防止される。よって、特に落下のような外的衝撃に対する装置の安全性が更に向上する。
【００６７】
なお、エアポンプ２２が停止した場合、燃焼器１８に流入した未反応の可燃性ガスが燃焼せずにそのまま外部に漏洩するのをさらに防止するため、排出ラインＬ８の下流の、断熱容器１３の外部に触媒燃焼器を設けてもよい。
【００６８】
（第３の実施の形態）  
次に、図１１を参照して第３の実施形態に係る燃料電池システムについて説明する。なお、本実施形態が第２の実施形態と重複する部分の説明は省略する。
【００６９】
本実施形態の燃料電池システムによると、図１１に示す駆動回路６０Ｂは、図１０に示した駆動回路６０Ａに対してさらにもう一つのトランジスタ６７、例えばＮチャネル型ＭＯＳＦＥＴとタイマ回路６８が追加されている。トランジスタ６７のゲート端子は、トランジスタ６５及び６６と同様にインバータ６４を介して制御端子６１に接続される。トランジスタ６７のドレイン端子は、送風ファン７２のモータのアーマチュアコイル７２ａの一端に接続される。トランジスタ６７のソース端子は、グラウンドＧＮＤに接続される。アーマチュアコイル７０ａの他端は電源ＶＣＣに接続される。
【００７０】
タイマ回路６８は、直列接続された抵抗ＲとキャパシタＣを含む時定数回路である。抵抗Ｒの一端はインバータ６４を介して制御端子６１に接続され、抵抗Ｒの他端とキャパシタＣの一端との接続点は、トランジスタ６７のゲート端子に接続される。キャパシタＣの他端はグラウンドＧＮＤに接続される。
【００７１】
本実施形態では、図１０で説明したように断熱容器１３の温度が設定値を超えた場合、燃料ポンプ３２及びエアポンプ２２が停止されるが、これに加えて送風ファン７２も停止される。ここで燃料ポンプ３２、エアポンプ２２及び送風ファン７２を全て同時に停止させると、燃料電池ユニット２から多量の未反応水素を含む排出ガスが燃焼器１８に流入するため、好ましくない。そこで、本実施形態では送風ファン７２を燃料ポンプ３２及びエアポンプ２２より所定時間遅らせて停止させる。以下、具体的な動作を説明する。
【００７２】
断熱容器１３の外壁温度が設定値以下で、温度スイッチ１９がＯＮの定常状態では、前述したように制御端子６１の電位はＬレベル、トランジスタ６５及び６６のゲート端子はＨレベルとなるから、トランジスタ６５及び６６は共にＯＮ状態となる。このとき、トランジスタ６５及び６６をそれぞれ介してアーマチュアコイル３２ａ及び２２ａに電流が流れるため、燃料ポンプ３２は液体燃料を吐出し、エアポンプ２２は空気を吐出する。従って、燃料供給部３０から改質器１５に液体燃料が供給され、酸化剤供給部２０から燃焼器１８に酸化剤が供給される。
【００７３】
一方、例えば断熱容器１３が損傷するなどにより外壁の温度が設定値を超え、温度スイッチ１９がＯＦＦ状態になると、制御端子６１の電位はＨレベル、トランジスタ６５及び６６のゲート端子はＬレベルとなるから、トランジスタ６５及び６６は共にＯＦＦ状態となる。これによりアーマチュアコイル３２ａ及び２２ａへの電流供給が遮断されるため、燃料ポンプ３２及びエアポンプ２２は共に停止し、改質器１５への液体燃料の供給と燃焼器１８への酸化剤の供給が停止される。このときトランジスタ６５及び６６のゲート端子はＬレベルとなっても、キャパシタＣの充電電荷が残っているため、トランジスタ６７のゲート端子はＨレベルのままである。従って、燃料ポンプ３２及びエアポンプ２２は停止しても、送風ファン７２は動作を続ける。
【００７４】
次に、断熱容器１３の外壁の温度が設定値を超え、温度スイッチ１９がＯＦＦ状態になった時点から、ＣＲの時定数で定まる一定時間が経過すると、タイマ回路６８の出力すなわちトランジスタ６７のゲート端子がＬとなるから、トランジスタ６７はＯＦＦ状態となる。これによりアーマチュアコイル７２ａへの電流供給が遮断されるため、送風ファン７２は停止する。このようにして燃料ポンプ３２及びエアポンプ２２の停止から一定時間遅れたタイミングで送風ファン７２が停止する。
【００７５】
このように本実施形態によれば、改質器１５への燃料の供給および燃焼器１８への酸化剤の供給をともに停止した後に、所定時間遅れて燃料電池ユニットのカソード極４への空気の供給を停止させるので、燃焼器１８がオーバーヒートするのを防止することができる。すなわち、カソード極４への空気の供給停止を燃料供給停止や酸化剤供給停止と同時に実行すると、流路Ｌ３〜Ｌ７内に残留する余剰の改質ガス（未反応ガス）が燃焼器１８のなかに入って燃焼するからである。特に、燃料改質装置１０においては気化器１４、改質器１５、ＣＯシフト器１６及びＣＯ除去器１７がそれぞれ長い流路を有するので、タイマ回路６８で十分な遅延時間を設定することにより、これらの流路内における改質ガス（未反応の可燃性ガス）の残留量が減少し、燃焼器１８のオーバーヒートが防止される。
【００７６】
（第４の実施の形態）  
次に、図１２〜図１４を参照して第４の実施形態に係る燃料電池システム１Ｃについて説明する。なお、本実施形態が第１〜第３の実施形態と重複する部分の説明は省略する。
【００７７】
本実施形態の燃料電池システム１Ｃでは、温度スイッチ１９のスイッチ動作により燃料供給部３０の第１の停止弁３３及び酸化剤供給部２０のだい２の停止弁２３の開閉動作をＯＮ／ＯＦＦ制御することで、液体燃料及び酸化剤の供給を制御する。
【００７８】
すなわち、図１２に示すように燃料供給部３０には燃料停止弁３３が設けられ、酸化剤供給部２０Ｃには酸化剤停止弁２３が設けられている。これらの停止弁３３及び２３はいずれも電磁弁である。両停止弁３３及び２３は、燃料電池システム１Ｃの定常運転時には開いているが、アーマチュアコイル３３ａ，２３ａに電流が流れると閉じる、いわゆるノーマリーオープンタイプのラッチングバルブである。
【００７９】
図１３に示すように、燃料停止弁３３のアーマチュアコイル３３ａと、酸化剤停止弁２３のアーマチュアコイル２３ａが温度スイッチ１９を介して電源９に接続されている。言い換えれば、温度スイッチ１９は電源９に対してアーマチュアコイル３３ａ及び２３ａと直列に接続される。ここで、温度スイッチ１９にはノーマリオフタイプのスイッチ、例えばバイメタルスイッチを用いる。バイメタルスイッチは、バイメタルの熱変位を利用してＯＮ／ＯＦＦ動作するスイッチであり、一般にバイメタルからなる可動端子と固定接点を有する。可動端子は常時は固定接点に接触しているが、温度が高くなるとバイメタルが熱変位を起こすことにより、可動端子が固定接点から離れてバイメタルスイッチはＯＦＦになる。
【００８０】
このようなバイメタルスイッチを温度スイッチ１９に用いた場合、断熱容器の外壁１３ｃの温度が設定値を超えると温度スイッチ１９がＯＮ状態となる。温度スイッチ１９がＯＮ状態になると、電源９からアーマチュアコイル３３ａ及び２３ａに電流が供給される。その結果、燃料停止弁３３が閉じることにより燃料供給部３０から改質器１５への燃料の供給が停止され、さらに酸化剤停止弁２３が閉じることにより、酸化剤供給部２０から燃焼器１８への酸化剤の供給も停止される。従って、改質器１５の改質反応および燃焼器１８の酸化燃焼反応が進行せず、断熱容器の外壁１３ｃが異常昇温（オーバーヒート）しないようにすることができる。
【００８１】
図１４は、本実施形態の変形例であり、図１０に示した駆動回路６０Ａと同じ駆動回路６０Ｃを用いている。ただし、温度スイッチ１９としては、温度ヒューズのようなノーマリオンタイプのスイッチに代えて、バイメタルスイッチのようなノーマリオフタイプのスイッチを用いる。トランジスタ６５及び６６のドレイン端子は、アーマチュアコイル３３ａ及び２３ａの一端にそれぞれ接続される。トランジスタ６５のソース端子は、グラウンドＧＮＤに接続される。アーマチュアコイル３３ａ及び２３ａの他端は、電源ＶＣＣに接続される。電源ＶＣＣとしては、図３に示した電源９と同様に、燃料電池ユニット２を用いてもよいし、外部電源、例えば二次電池または他の燃料電池ユニットを用いてもよい。
【００８２】
定常時は温度スイッチ１９がＯＦＦ状態であるため、制御端子６１はＨレベル、インバータ６４の出力はＬレベルとなり、トランジスタ６５及び６６はＯＦＦ状態にある。従って、アーマチュアコイル３３ａ及び２３ａへの電流供給は遮断されるため、停止弁３３及び２３は共に開いている。
【００８３】
一方、例えば断熱容器１３が損傷するなどにより外壁の温度が設定値を超え、温度スイッチ１９がＯＮ状態になると、制御端子６１の電位はＬレベル、トランジスタ６５及び６６のゲート端子はＨレベルとなるから、トランジスタ６５及び６６は共にＯＮ状態となる。これによりアーマチュアコイル３３ａ及び２３ａに電流が供給されるため、停止弁３３及び２３は共に閉じる。従って、改質器１５への液体燃料の供給と燃焼器１８への酸化剤の供給が停止される。
【００８４】
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る燃料電池システムを模式的に示す図。
【図２】断熱容器を模式的に示す斜視図。
【図３】第１の実施形態における温度スイッチを有する駆動回路の一例を示す図。
【図４】（ａ）はＯＮ状態にある温度ヒューズの内部透視断面図、（ｂ）はＯＦＦ状態にある温度ヒューズの内部透視断面図。
【図５】（ａ）はＯＮ状態にある磁性体スイッチ素子の内部透視断面図、（ｂ）はＯＦＦ状態にある磁性体スイッチ素子の内部透視断面図。
【図６】第１の実施形態における温度スイッチを有する駆動回路の他の例を示す図。
【図７】第１の実施形態の燃料電池システムの変形例を模式的に示す図。
【図８】図７中の温度スイッチの結線状態を示す図
【図９】第２の実施形態における温度スイッチを有する駆動回路の一例を示す図。
【図１０】第２の実施形態における温度スイッチを有する駆動回路の他の例を示す図。
【図１１】第３の実施形態における温度スイッチを有する駆動回路を示す図。
【図１２】第４の実施形態に係る燃料電池システムを模式的に示す図。
【図１３】第４の実施形態における駆動回路の一例を示す図。
【図１４】第４の実施形態における温度スイッチを有する駆動回路の他の例を示す図。
【符号の説明】
【００８６】
１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ…燃料電池システム、
２…燃料電池ユニット、３…アノード極（燃料極）、４…カソード極（酸化剤極）、５…電解質膜、
９…電源、
１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ…燃料改質装置、
１３…断熱容器、１３ａ…開口部、１３ｂ…断熱蓋、１３ｃ…外壁、１３ｄ…内壁、
１４…気化器、１５…改質器、１６…ＣＯシフト器、１７…ＣＯ除去器、
１８…燃焼器、
１９，１９ａ〜１９ｅ，１９Ｂ，１９Ｃ…温度スイッチ、
２０…酸化剤供給部、２２…エアポンプ（第２の電気的駆動部、第２のポンプ）、
２３…酸化剤停止弁（第２の停止弁）、
２２ａ，２３ａ，３２ａ，３３ａ，７２ａ…アーマチュアコイル、
３０…燃料供給部、３１…燃料容器、３２…燃料ポンプ（第１の電気的駆動部、第１のポンプ）、
３３…燃料停止弁（第１の停止弁）、
３９…可溶体、４０，４１，４５，４６…リード線、４２…可溶性樹脂、
４３…絶縁ケース、４４…エポキシ樹脂、４７〜５０…接続端子、
５１、５２…スプリング、５３、５４…絶縁ケース、
５５…感温磁性体、５６…永久磁石、
６０，６０Ａ，６０Ｂ，６０Ｃ…駆動回路（電流生成部）、
６１…制御端子、６２…グラウンド端子、６３…プルアップ抵抗、
６４…インバータ、６５，６６，６７…トランジスタ、
６８…タイマ回路、
７０…空気供給部、７２…送風ファン（第３の電気的駆動部）、
Ｌ１〜Ｌ９…ライン。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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