(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料と水を水素に改質する改質器と、
前記改質器による生成物を取り込むインレットポートと、このインレットポートに通じた流路と、その流路に設けられた触媒と、前記インレットポートまでの距離の異なる位置で前記流路に通じる複数のアウトレットポートとを有する選択酸化反応器と、
アノード、カソード及びこれらの間に設けられた電解質膜を有する燃料電池と、
前記複数のアウトレットポートの何れかを選択して前記アノードに通じさせる選択器と、
前記選択器を制御するコントローラと、
前記アノードの温度を検出する温度検出器と、
を備え
前記コントローラが前記温度検出器による検出温度に基づき前記選択器を制御することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記コントローラは、前記温度検出器による検出温度が所定の閾値に達するごとに、前記複数のアウトレットポートのうち選択するアウトレットポートを選択中のアウトレットポートの次に前記インレットポートから遠いアウトレットポートに切り替えることを前記選択器に行わせることを特徴とする請求項１に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、燃料電池システムに関し、特に、改質器、選択酸化反応器及び燃料電池を有する燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年では、エネルギー変換効率の高いクリーンな電源として、水素の電気化学反応により電気エネルギーを生成する燃料電池が携帯電子機器などに応用され始めている。このような燃料電池に用いられる水素は、例えば小型の化学反応装置によってメタノール及び水から生成されることがある。小型の化学反応装置は、改質器、選択酸化反応器等を有するものである。気化した燃料と水が改質器によって水素ガスに改質され、改質器で生成された副生成物である一酸化炭素が選択酸化反応器によってほぼ除去された後、一酸化炭素除去後の水素ガスが燃料電池のアノードに送出される。
【０００３】
改質器及び選択酸化反応器は、触媒を用いて反応を起こさせるものである。改質器は、例えば、メタノール燃料と水を反応させて水素と二酸化炭素を得る水蒸気改質反応のために使用される触媒として、Ｃｕ／ＺｎＯなどがある。水蒸気改質反応によって生成された水素と二酸化炭素の一部は、逐次的に進行する水性逆シフト反応によって、一酸化炭素を生じる。一酸化炭素は燃料電池のアノードを被毒してしまうので、選択酸化反応器で一酸化炭素を選択酸化する。選択酸化反応器に用いられる触媒は、Ｐｔを始めとする貴金属触媒が広く用いられている。特にＰｔは、比較的低温で一酸化炭素を吸着してその酸化を促進させるとともに併発する水素の酸化反応が比較的抑制されることから、改質ガス中の一酸化炭素を、燃料電池の触媒を著しく被毒しない程度の低濃度にするための触媒の活性成分として主に用いられている。
【０００４】
選択酸化反応器における反応の成績を決定する要素として、反応温度、入り口の一酸化炭素濃度とそれに対する酸素の量、触媒の活性と反応選択性、および接触時間などがある。選択酸化反応は、これらの反応決定因子に非常に敏感な反応であり、しかも、後段の燃料電池へ導入されるガス中の一酸化炭素濃度の許容量が低濃度であることから、高い転化率が要求される。上記した反応決定因子から少しでも逸脱することによって、例えば一酸化炭素の酸化が進まずに水素の酸化のみを引き起こして結果的に一酸化炭素を除去しきれない結果を引き起こすことがある。
【０００５】
ここで、触媒との接触時間について考える。接触時間が長い反応器の場合、選択酸化反応器内でいったん十分に一酸化炭素が低濃度化されたものの、逐次的に発生する水性逆シフト反応によって二酸化炭素と大過剰の水素から一酸化炭素と水が生成され続けてしまい、選択酸化反応器から導出されたガス中の一酸化炭素を充分に除去できない。逆に、接触時間が短い反応器の場合、一酸化炭素を十分低濃度化するまでの反応時間を確保することができず、一酸化炭素が十分に除去されない。そこで、接触時間を適切に保つ必要があるが、改質器から選択酸化反応器に送出されるガスの単位時間あたりの流量が揺らぐ等の要因によって、接触時間が変化するとともに、選択酸化反応器内のガス流速が変化し、触媒表面の温度が変化してしまうことによって、反応に最適な接触時間が変化してしまう。このような状態に鑑み、選択酸化反応を段階的に起こすように、特許文献１に記載の技術では、酸化剤導入部を分割し、多段で選択酸化反応を発生させている。
【特許文献１】特開２０００−２８５９４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、特許文献１に記載の技術では、酸化剤導入部を分割した数だけ用意しなければならず、さらにその流量を制御する手段も必要となる。そのため、かかる技術を比較的大型の燃料電池システムには用いることができるが、コンパクト化が望まれる電子機器用の燃料電池システムには必ずしも適していない。
そこで、本発明の課題は、比較的シンプルな構造で、選択酸化反応器における一酸化炭素の除去を安定して行えるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
以上の課題を解決するために、請求項１に係る発明によれば、
燃料と水を水素に改質する改質器と、
前記改質器による生成物を取り込むインレットポートと、このインレットポートに通じた流路と、その流路に設けられた触媒と、前記インレットポートまでの距離の異なる位置で前記流路に通じる複数のアウトレットポートとを有する選択酸化反応器と、
アノード、カソード及びこれらの間に設けられた電解質膜を有する燃料電池と、
前記複数のアウトレットポートの何れかを選択して前記アノードに通じさせる選択器と、
前記選択器を制御するコントローラと、
前記アノードの温度を検出する温度検出器と、
を備え
前記コントローラが前記温度検出器による検出温度に基づき前記選択器を制御することを特徴とする燃料電池システムが提供される。
【００１０】
請求項２に係る発明によれば、
前記コントローラは、前記温度検出器による検出温度が所定の閾値に達するごとに、前記複数のアウトレットポートのうち選択するアウトレットポートを選択中のアウトレットポートの次に前記インレットポートから遠いアウトレットポートに切り替えることを前記選択器に行わせることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システムが提供される。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、アウトレットポートが選択器によって切り替わることによって、水素、一酸化炭素等が選択酸化反応器の流路を流れる距離は切り替わる。そのため、反応環境が変化しても、それに合わせたアウトレットポートを選択することができ、一酸化炭素を十分に除去しつつ、水性逆シフト反応による一酸化炭素の生成を抑えることができる。従って、選択酸化反応器における一酸化炭素の除去を安定して行えられる。
また、酸化剤導入部を分割数分用意するのではなく、選択酸化反応器と燃料電池との間に選択器を設けるので、燃料電池システム自体の複雑化・大型化しない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下に、本発明を実施するための好ましい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。
【００１９】
〔第１の実施の形態〕
図１は、本発明の実施形態における燃料電池システム１の構成を示したブロック図である。この燃料電池システム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。
【００２０】
燃料電池システム１は、液体燃料が封入された燃料容器２を収納する収納部と、燃料容器２内の液体燃料を吸引するポンプ３と、液体燃料から反応を引き起こす反応部と、燃料電池２０と、エアポンプ２５、２７と、コントローラ３０等と、を備える。燃料電池システム１のうち燃料電池２０が発電し、燃料電池２０によって生成された電気がＤＣ／ＤＣコンバータを介して電子機器本体の各部に供給されて、電子機器本体が動作する。燃料電池２０は、アノード２２と、カソード２３と、アノード２２とカソード２３の間に挟まれた電解質膜２１とを有する。
【００２１】
燃料電池２０の電解質膜２１は固体高分子電解質膜である。アノード２２及びカソード２３には各種の触媒が担持されている。アノード２２には水素ガス等が送られ、更に外部の空気がカソード２３に送られる。アノード２２に供給された水素が、電解質膜２１を介して、カソード２３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、アノード２２とカソード２３との間で電力が生じる。具体的には、アノード２２では次式（１）のような反応が起き、アノード２２で生成された水素イオンが電解質膜２１を透過し、カソード２３では次式（２）のような反応が起こる。
Ｈ2→２Ｈ+＋２ｅ-  …（１）
２Ｈ+＋１／２Ｏ2＋２ｅ-→Ｈ2Ｏ  …（２）
【００２２】
燃料電池２０には温度センサ２４が設けられ、燃料電池２０の温度（特に、アノード２２の温度）が温度センサ２４により検出されて電気信号に変換される。温度センサ２４により検出された温度はコントローラ３０に出力される。
【００２３】
燃料電池２０のアノード２２に外部の空気を供給するために、この燃料電池システム１はエアポンプ２５を有する。一方、燃料電池２０のアノード２２に供給する水素は、液体燃料から生成されたものである。
【００２４】
燃料容器２には、液体燃料（例えば、メタノール、エタノール、ジメチルエーテルの何れか）と水が混合した状態又は別々に貯留されている。図１に示された構成要素のうち燃料容器２が燃料電池システム１に対して着脱可能とされ、他の構成要素は燃料電池システム１に内蔵され、燃料容器２が燃料電池システム１に装着されると燃料容器２とポンプ３が接続される。
【００２５】
反応部は、大気圧よりも減圧された雰囲気の内部空間を形成した断熱パッケージ２９と、気化器４と、気化器４を加熱するヒータ５と、改質器６と、改質器６を加熱するヒータ７と、選択酸化反応器８と、選択酸化反応器８を加熱するヒータ９と、選択酸化反応器８の流路を切り替える流路切替選択器１０と、気化器４、改質器６、選択酸化反応器８の少なくとも何れかを加熱する触媒燃焼器２６と、水素燃焼器２８と、を備える。気化器４、ヒータ２５、改質器６、ヒータ７、選択酸化反応器８、ヒータ９及び触媒燃焼器２６は、断熱パッケージ２９内に収容されている。水素燃焼器２８は断熱パッケージ２９の外に配置されているが、断熱パッケージ２９内に収容されていてもよい。また、選択器１０は、断熱パッケージ２９内に収容されてもよいが、気密性や耐高温性の観点から断熱パッケージ２９の外に配置されていることがより好ましい。
【００２６】
ポンプ３は、燃料と水の混合液を燃料容器２から気化器４へ送液するものである。ポンプ３は電気駆動式ポンプであり、コントローラ３０によって制御される。なお、ポンプ３と気化器４との間にコントローラ３０に制御されるバルブを介在させてもよい。
【００２７】
気化器４は、燃料と水の混合液を気化させるものである。気化器４に設けられているヒータ５は、その電気抵抗値が温度に依存する電熱材（例えばＡｕ）からなる。そのため、ヒータ５は電気抵抗値から温度を読み取る温度センサとしても機能し、気化器４の温度がヒータ５によって電気信号に変換される。ポンプ３から気化器４に送られた混合液はヒータ５の熱により気化され、気化器４で気化した混合気は改質器６へ送出される。
【００２８】
改質器６は、気化器４で気化した水と燃料から水素ガス等を触媒反応により生成し、更に微量ながら一酸化炭素ガスを生成する。改質器６の内部には流路が形成され、その流路の壁面に改質触媒（例えば、Ｃｕ／ＺｎＯ系触媒又はＰｄ／ＺｎＯ系触媒）が担持されている。気化器４から改質器６に送られた混合気は、改質器６の流路を流れ、改質触媒により反応を起こす。燃料がメタノールの場合には、次式（３）に示す化学反応が改質器６で起こり、引き続き式（４）に示す水性逆シフト反応が改質器６で起こる。
ＣＨ3ＯＨ＋Ｈ2Ｏ→３Ｈ2＋ＣＯ2  …（３）
Ｈ2＋ＣＯ2→Ｈ2Ｏ＋ＣＯ  …（４）
【００２９】
改質器６には、改質器６を加熱するヒータ７が設けられている。また、触媒燃焼器２６は、燃料電池２０のアノード２２より送られてきた水素を燃焼させて、主に改質器６を加熱するものである。ヒータ７は、ヒータ５と同様に温度センサを兼ねた電熱材である。つまり、ヒータ７は電気により改質器６を加熱するとともに、改質器６の温度を検出して電気信号に変換するものである。式（３）の改質器６における改質反応である水蒸気改質反応は吸熱反応であり、触媒燃焼器２６の燃焼熱やヒータ７の熱が改質器６の改質反応に用いられる。
【００３０】
改質器６で生成された水素ガス等は選択酸化反応器８に送出され、更に外部の空気がエアポンプ２７によって選択酸化反応器８に送られる。このエアポンプ２７は、電気駆動式エアポンプであり、コントローラ３０によって制御される。
選択酸化反応器８は、次式（５）のように一酸化炭素を触媒により優先的に酸化させることで、一酸化炭素を選択的に除去する。
２ＣＯ＋Ｏ2→２ＣＯ2  …（５）
【００３１】
選択酸化反応器８にはヒータ９が設けられ、ヒータ９によって選択酸化反応器８が加熱される。ヒータ９は、ヒータ５と同様に温度センサを兼ねたものである。なお、選択酸化反応器８においても、水素と酸素の存在下で式（４）の水性逆シフト反応を引き起こす場合がある。
【００３２】
気化器４、改質器６、触媒燃焼器２６及び選択酸化反応器８は断熱パッケージ２９内に収容されている。断熱パッケージ２９内が真空状態（好ましくは、圧力１０Ｐａ以下、更に好ましくは１Ｐａ以下に減圧された状態）となっており、断熱パッケージ２９内の熱が外部に放散し難くなっている。また、断熱パッケージ２９はガラス製又は金属製であり、断熱パッケージ２９の内面には、赤外線反射膜（例えば、Ａｕ、Ａｇ、Ａｌ）が成膜されている。
【００３３】
また、気化器４、改質器６、選択酸化反応器８の適温はそれぞれ異なるので、気化器４、改質器６、選択酸化反応器８及び触媒燃焼器２６等の設置位置・材質等が設計されることによって、気化器４、改質器６及び選択酸化反応器８が適温に保たれやすくなっている。定常状態では、選択酸化反応器８が約１２０℃に保たれ、改質器６が選択酸化反応器８よりも高温（約３００〜３５０℃）に保たれ、且つ、気化器４が選択酸化反応器８と同程度の温度（約１００〜１３０℃）に保たれる。
【００３４】
図２は、選択酸化反応器８の縦断面及び選択器１０を示した図であり、図３は、選択酸化反応器８の横断面図である。ここで、図２に示された選択酸化反応器８の断面は、図３に示されたII−IIに沿った面の矢視断面図であり、図３は、図２に示されたIII−IIIに沿った面の矢視断面図である。
【００３５】
図２、図３に示すように、二枚の基板４１，４２が接合され、この接合体が選択酸化反応器８の本体となっている。基板４１，４２の接合体には、葛折り状の流路４３と、流路４３に通じた複数のポート４４〜４９が形成されている。具体的には、基板４２の接合面に溝が凹設され、その接合面に基板４１が接合されることでその溝が基板４１によって蓋をされて、その溝が流路４３となっている。
【００３６】
流路４３は一端部から他端部にかけて分岐せずに一本となっている。ポート４４〜４９が基板４１の接合面からその反対面まで貫通している孔である。ポート４４は流路４３の一端部に通じ、ポート４９が流路４３の他端部に通じている。ポート４５〜４８は、流路４３の一端部と他端部の間において流路４３に通じている。ポート４４を基準としてポート４５〜４９までの流路４３に沿った距離は、ポート４９、ポート４８、ポート４７、ポート４６、ポート４５の順に長い。流路４３の壁面には、選択酸化触媒（例えば、白金）５０が担持されている。選択酸化触媒５０の担持方法としては、例えば、基板４２に形成された溝４３に対応する部分が開口したドライフィルムからなるフォトレジストを貼り付けてから選択酸化触媒５０となる触媒粒子を分散媒中に分散させてなる触媒分散液をディスペンサで塗布後にフォトレジストを剥離する、或いは、基板４２に形成された溝４３に直接インクジェットノズルにより触媒分散液を塗布する方法がある。ヒータ９は選択酸化反応器８の本体の外面に設けられている。選択酸化触媒５０は、他の貴金属であってもよい。
【００３７】
ポート４４がインレットポートであり、ポート４５〜４９がアウトレットポートである。つまり、図１に示すように、選択酸化反応器８のポート４４が改質器６及びエアポンプ２７に接続されており、改質器６から選択酸化反応器８に送られた水素ガス及び一酸化炭素ガス等が空気と混合して選択酸化反応器８のポート４４を通って流路４３に流れ込む。水素ガス、一酸化炭素ガス及び空気等が流路４３を流れると、一酸化炭素が選択酸化触媒５０により優先的に酸化される。そして、一酸化炭素が除去された混合気は、流路４３から選択器１０により選択されたポート４５〜４９の何れかを通って流出する。
【００３８】
選択酸化反応器８のアウトレットポート４５〜４９と燃料電池２０のアノード２２との間には選択器１０が設けられている。選択器１０は流路４３の有効長さを切り替える流路切替器である。つまり、選択器１０が選択酸化反応器８のアウトレットポート４５〜４９の中から何れかを選択することによって、流路４３の有効長さがインレットポート４４からその選択したアウトレットポートまでの流路４３に沿った長さに決まる。有効長さとは、反応に寄与している長さであって、反応物が実質的に流動する長さをいう。選択器１０としては、複数の電磁駆動式開閉バルブ又は電磁駆動式方向切替バルブを用いることができる。選択器１０は電磁駆動式のものであり、選択器１０がコントローラ３０によって制御されることによって、選択器１０が切替動作を行う。具体的には、選択器１０はバルブ５１〜５５を有しており、アウトレットポート４５〜４９にはそれぞれ配管６１〜６５の一端が接続されており、配管６１〜６５の他端にはそれぞれバルブ５１〜５５の入力端が設けられ、バルブ５１〜５５の出力端は集合管６６の入力端と接続され、集合管６６の出力端は、燃料電池２０のアノード２２に接続されている。コントローラ３０がバルブ５１〜５５の何れか１つのみを開くことによって、その選択されたバルブに通じたアウトレットポートの選択がなされる。
【００３９】
選択酸化反応器８において一酸化炭素が除去された混合気は、アウトレットポート４５〜４９のうち選択器１０によって選択されたアウトレットポートからアノード２２に送られる。上述したように、電解質膜２１を通じた電気化学反応により発電が起こり、アノード２２において水素が消費され、エアポンプ２３によって送られる空気中の酸素がカソード２３において消費される。アノード２２において反応しなかった水素は他の生成物とともに触媒燃焼器２６に送られ、触媒燃焼器２６において水素が燃焼する。触媒燃焼器２６でも燃焼しなかった水素が他の生成物とともに水素燃焼器２８に送られる。一方、外部の空気がエアポンプ２７によって水素燃料器２８に送られ、水素燃焼器２８において水素が燃焼する。そして、各種の生成物が水素燃焼器２８から外部に排出される。この水素燃焼器２８は断熱パッケージ２９の外に配置されている。
【００４０】
コントローラ３０は、エアポンプ２５，２７を制御して、エアポンプ２５，２７の作動・停止をするものである。また、コントローラ３０は、ポンプ３を制御し、ポンプ３の供給量を増減したり、ポンプ３の作動・停止をしたりする。また、コントローラ３０は、ヒータ５，７，９の加熱温度を調整する。ここで、コントローラ３０は、ヒータ５，７，９やポンプ３の出力を調整するに際して、ヒータ５，７，９による検出温度に基づきヒータ５，７，９やポンプ３の出力を設定する。コントローラ３０がヒータ５，７，９やポンプ３の出力を調整することによって、気化器４、改質器６、選択酸化反応器８が所定の適温に維持される。これにより、気化器４、改質器６及び選択酸化反応器８等が定常状態になり、気化器４、改質器６、選択酸化反応器８で効率よく気化又は反応が起こる。
【００４１】
気化器４、改質器６及び選択酸化反応器８が定常状態で動作していると、通常、燃料電池２０も定常状態で動作する。しかし、何かしらの原因で選択酸化反応器８において化学平衡状態が崩れ、選択酸化反応器８で一酸化炭素が十分に酸化しないことがある。そこで、選択酸化反応器８の酸化能力を調整できるようになっている。具体的には、選択器１０によって切替動作が行われることで、選択酸化反応器８の酸化能力が調整される。つまり、インレットポート４４を基準としてアウトレットポート４５〜４９までの流路４３に沿った距離は、アウトレットポート４９、アウトレットポート４８、アウトレットポート４７、アウトレットポート４６、アウトレットポート４５の順に長いので、選択酸化反応器８の酸化能力は、アウトレットポート４９、アウトレットポート４８、アウトレットポート４７、アウトレットポート４６、アウトレットポート４５の順に高い。
【００４２】
選択酸化反応器８において一酸化炭素が十分に選択酸化反応しているか否かは、燃料電池２０のアノード２２の温度により判断される。即ち、アノード２２に供給される改質ガス中の酸素の濃度が高いと、アノード２２において改質ガス中の水素の燃焼が起こりやすく、水素の燃焼熱によってアノード２２の温度が上昇してしまう。また、選択酸化反応器８から燃料電池２０に送られる改質ガス中の酸素の濃度は、選択酸化反応器８で一酸化炭素が十分に選択酸化反応している場合よりも選択反応器８で十分に選択酸化反応していない場合のほうが高い。それ故、選択酸化反応器８において一酸化炭素が十分に選択酸化反応している場合には、エアポンプ２７によって供給された空気中の多くの酸素は消費される。そのため、アノード２２に供給される酸素の濃度が低いので、水素の燃焼反応の進行が抑制されてアノード２２の温度上昇が起こりにくい。一方、選択酸化反応器８において一酸化炭素が十分に選択酸化反応していない場合には、エアポンプ２７によって供給された空気中の多くの酸素が消費されているわけではない。そのため、アノード２２に供給される酸素の濃度が高いので、水素の燃焼反応の進行が相対的に増大しアノード２２の温度上昇が起こりやすい。選択反応器８において一酸化炭素が十分に選択酸化反応しているか否かを検出するべく、燃料電池２０のアノード２２に温度センサ２４が設けられ、アノード２２の温度が温度センサ２４により検出される。
【００４３】
温度センサ２４によって検出された温度はコントローラ３０に出力される。コントローラ３０は、温度センサ２４による燃料電池２０のアノード２２の検出温度に基づき選択器１０を制御する。具体的には、コントローラ３０は温度センサ２４による検出温度を所定の閾値（この閾値は、燃料電池２０が定常状態で動作しているときのアノード２２の定常温度に相当する。）と比較する。そして、コントローラ３０は、比較の結果、温度センサ２４による検出温度が所定の閾値に達したと判断したら、選択器１０の切替をする。より具体的には、コントローラ３０が選択器１０の切替をすると、選択器１０は、アウトレットポート４５〜４９の中から選択するアウトレットポートを、選択中のアウトレットポートの次にインレットポート４４から遠いアウトレットポートに切り替える。
【００４４】
次に、図４を用いて、燃料電池システム１の動作及びコントローラ３０の制御動作について説明する。
まず、コントローラ３０が選択器１０を制御し、選択器１０によってインレットポート４４に最も近いアウトレットポート４５が選択される（ステップＳ１）。つまり、コントローラ３０がバルブ５１のみ開き、バルブ５２〜５５を閉じる。これにより、インレットポート４４からアウトレットポート４５に至る流路４３では一酸化炭素の選択酸化が行われるが、アウトレットポート４５からアウトレットポート４９に至る流路４３では一酸化炭素の選択酸化が行われないため選択酸化反応器８の酸化能力が最も低い状態になる。
【００４５】
そして、コントローラ３０によってヒータ５，７，９に電力が供給され、気化器４、改質器６及び選択酸化反応器８がそれぞれの適温範囲に加熱される。次に、コントローラ３０がポンプ３及びエアポンプ２５，２７を駆動する。そうすると、燃料器２内の液体燃料及び水が気化器４に送られ、外部の空気が選択酸化反応器８、触媒燃焼器２６、水素燃焼器２８及びカソード２３に送られる。そのため、混合液が気化器４で気化され、気化器４で気化した燃料と水の混合気が改質器６で水素等に改質され、改質器６で生成された微量な一酸化炭素が選択酸化反応器８で酸化され、アノード２２に供給された水素とカソード２３に供給された酸素との電気化学反応により電気が発生し、アノード２２において反応しなかった水素が触媒燃焼器２６で燃焼され、触媒燃焼器２６において反応しなかった水素が水素燃焼器２８で燃焼される。触媒燃焼器２６で水素が燃焼されることで、気化器４、改質器６及び選択酸化反応器８がそれぞれ所望の温度に加熱される。なお、選択酸化反応器８から生成物が排出されるアウトレットポートは、選択器１０によって選択されたアウトレットポートである。
【００４６】
燃料電池２０が発電している間、コントローラ３０はヒータ５，７，９による検出温度に基づきヒータ５，７，９やポンプ３の出力を制御する。これにより気化器４、改質器６、選択酸化反応器８等が定常状態で動作する。
【００４７】
また、コントローラ３０は、気化器４、改質器６及び選択酸化反応器８の定常運転を行っている間に、温度センサ２４による検出温度を監視し、温度センサ２４による検出温度を所定の閾値と比較する（ステップＳ２）。
定常状態（正常状態）における選択酸化反応器８から排出された改質ガスに含まれている一酸化炭素の濃度範囲は、エアポンプ２７で供給された空気中の酸素の量、燃料容器２から供給された燃料と水の混合液の量、改質器６での転化率（温度に依存）に基づく一酸化炭素の生成量等にしたがって予め設定されており、一酸化炭素が長時間接しても燃料電池２０の触媒が被毒されない程度の低濃度になるように設定されている。換言すれば定常状態において、選択酸化による酸素の消費量が多いため、選択酸化反応器８から排出される酸素濃度が低く、水素の燃焼反応が十分に起こらないため、温度センサ２４による検出温度は上記閾値未満となる。
一方、何らかの理由、例えば選択酸化反応器８内での改質ガスの流れの速度が一時的に高くなることによって十分選択酸化が行われないために、長時間接することによって燃料電池２０の触媒が被毒される程度の濃度の一酸化炭素が選択酸化反応器８から排出されれば、予め定常状態で十分消費する程度に設定していた酸素が消費されずに残ったことになり、相対的に高濃度の酸素によって燃料電池２０内で水素を燃焼し、温度センサ２４による検出温度は上記閾値以上となる。
このように、通常は、選択酸化反応器８を含むシステム全体が定常動作すれば、選択酸化反応器８からアノード２２に送られるガス中の酸素の濃度が相対的に低くなる。そのため、温度センサ２４による検出温度が所定の閾値に達することはなく、コントローラ３０が温度センサ２４による検出温度の監視を継続する（ステップＳ２：Ｎｏ）。
【００４８】
一方、何かしらの原因により選択酸化反応器８において一酸化炭素が十分に酸化しないと、選択酸化反応器８からアノード２２に送られるガス中の酸素の濃度が高くなる。そのため、アノード２２の温度が上昇する。そして、温度センサ２４による検出温度が所定の閾値に達したとコントローラ３０が判断したら（ステップＳ２：Ｙｅｓ）、コントローラ３０は選択器１０によって現在選択されているアウトレットポートを確認する（ステップＳ３）。選択器１０によって選択されているアウトレットポートがインレットポート４４から最も遠いアウトレットポート４９でないことをコントローラ３０が確認したら（ステップＳ３：Ｎｏ）、コントローラ３０が選択器１０を制御し、現在選択中のアウトレットポートの次にインレットポート４４から遠いアウトレットポートに切り替える（ステップＳ４）。具体的には、コントローラ３０が、現在選択中のアウトレットポートのバルブを閉じ、次にインレットポート４４から遠いアウトレットポートのバルブを開く。そうすると、選択酸化反応器８の酸化能力が高くなるので、選択酸化反応器８からアノード２２に送出されるガス中の酸素の濃度がより低くなり、これによりアノード２２の温度が低下して所定閾値未満になるかどうか確認する（ステップＳ２に戻る）。このように引き続きコントローラ３０が温度センサ２４による検出温度の監視を継続する。
【００４９】
以上のように、ステップＳ２において温度センサ２４による検出温度が所定の閾値に達するごとに、選択器１０により選択されるアウトレットポートがインレットポート４４から遠いものに切り替わる（ステップＳ２：Ｎｏ、ステップＳ３：Ｎｏ、ステップＳ４）。ステップＳ３において選択器１０により選択されているアウトレットポートが、改質ガスの通過する流路４３の有効長さを最も長くするアウトレットポート４９であるとコントローラ３０が確認する（ステップＳ３：Ｙｅｓ）と、流路４３の有効長さをそれ以上長くして選択酸化反応を促進させることができないためにコントローラ３０がポンプ３及びエアポンプ２６，２７を停止するとともに、ヒータ５，７，９の電力供給を止める（ステップＳ５）。これにより、燃料電池システム１がシャットダウンする。あわせて、コントローラ３０が異常信号を出力する。
【００５０】
本実施形態によれば、アウトレットポート４５〜４９の切替が選択器１０によって行われることによって、選択酸化反応器８における実質的な流路４３の有効長さが変更される。特に、アノード２２の温度が所定閾値に達するごとに、選択酸化反応器８における実質的な流路４３の有効長さが長くなる。そのため、一酸化炭素を十分に除去しつつ、水性逆シフト反応による一酸化炭素の生成を抑えることができる。従って、選択酸化反応器８における一酸化炭素の除去を安定して行えられる。
また、複数のアウトレットポート４５〜４９が選択酸化反応器８に設けられているだけであって、選択酸化能力を多段階にしても選択酸化反応器８を共用しているので大型化しない。また、選択酸化反応器８と燃料電池２０との間に選択器１０を設けるので、燃料電池システム１自体が複雑化・大型化しない。
【００５１】
なお、燃料電池２０のアノード２２の温度が閾値に達しなかったにもかかわらず、燃料電池２０の性能が低下した場合、改質器６から選択酸化反応器８に送られるガス中の一酸化炭素濃度が一時的に上昇したり、選択酸化反応器８における選択酸化反応を阻害する物質（例えば、未反応メタノール）が改質器６から選択酸化反応器８に多量に導入されたりすることによって、アノード２２に送られるガス中の一酸化炭素濃度が一時手に上昇したことが考えられる。このような場合では、一酸化炭素濃度が戻るにしたがって徐々に燃料電池２０の性能は回復していくが、一酸化炭素濃度が高い状態が継続すると、燃料電池２０の性能が著しく低下してしまう。そのため、選択器１０の下流の経路を方向制御弁等によってアノード２２から触媒燃焼器２６に一旦切り替えて、燃料電池２０のアノード２２へのガス導入を回避すると同時に、エアポンプ２５によってカソード２３に加えてアノード２２にも空気を導入するよう切替を行って、燃料電池２０の性能劣化の抑制を図ったほうがよい。その後、一定時間経過したら、選択器１０の下流の経路を方向制御弁等によって触媒燃焼器２６からアノード２２に切り替えるとともに、アノード２２への空気導入を停止する。
【００５２】
〔第２の実施の形態〕
第２の実施形態においては、図５に示すように、アノード２２に温度センサ２４が設けられていないが、選択器１０からアノード２２までの経路の途中に酸素濃度センサ３１が設けられている。この酸素濃度センサ３１は、アノード２２に送られるガス中の酸素の濃度を検出し、それを電気信号に変換してコントローラ３０に出力する。なお、酸素濃度センサ３１の代わりに、酸素を検出する酸素センサを設けてもよい。酸素センサは、アノード２２に送られるガス中に酸素を検出した場合にコントローラ３０に出力する信号をハイにし、アノード２２に送られるガス中に酸素をしない場合にコントローラ３０に出力する信号をローにするものである。
【００５３】
次に、図６を用いて、第２実施形態における燃料電池システム１の動作及びコントローラ３０の制御動作について説明する。
まず、コントローラ３０が選択器１０を制御し、選択器１０によってインレットポート４４に最も近いアウトレットポート４５が選択される（ステップＳ１１）。そして、コントローラ３０によってヒータ５，７，９に電力が供給され、気化器４、改質器６及び選択酸化反応器８がそれぞれの適温範囲に加熱される。次に、コントローラ３０がポンプ３及びエアポンプ２５，２７を駆動すると、気化器４、改質器６、選択酸化反応器８及び燃料電池２０が作動する。燃料電池２０が発電している間、コントローラ３０はヒータ５，７，９による検出温度に基づきヒータ５，７，９やポンプ３の出力を制御する。これにより気化器４、改質器６、選択酸化反応器８等が定常状態で動作する。
【００５４】
また、気化器４、改質器６、選択酸化反応器８が定常状態で動作している際に、コントローラ３０は酸素濃度センサ３１による検出濃度を監視し、酸素濃度センサ３１による検出濃度を所定の閾値と比較する（ステップＳ１２）。
定常状態（正常状態）における選択酸化反応器８から排出された改質ガスに含まれている一酸化炭素の濃度範囲は、エアポンプ２７で供給された空気中の酸素の量、燃料容器２から供給された燃料と水の混合液の量、改質器６での転化率（温度に依存）に基づく一酸化炭素の生成量等にしたがって予め設定されており、酸素濃度センサ３１において検知された酸素の濃度が、一酸化炭素が長時間接しても燃料電池２０の触媒が被毒されない程度の低濃度であれば上記閾値未満となる。
一方、何らかの理由、例えば選択酸化反応器８内での改質ガスの流れの速度が一時的に高くなることによって十分選択酸化が行われないために、長時間接することによって燃料電池２０の触媒が被毒される程度の濃度の一酸化炭素が選択酸化反応器８から排出されれば、予め定常状態で十分消費する程度に設定していた酸素が消費されずに残ったことになり、このとき酸素濃度センサ３１が検知される酸素の高い濃度が上記閾値以上となる。
【００５５】
通常は、選択酸化反応器８が定常動作し、選択酸化反応器８からアノード２２に送られるガス中の酸素の濃度が低いので、酸素濃度センサ３１による検出濃度が所定の閾値に達することはない。酸素濃度センサ３１による検出濃度が所定の閾値に達していなければ、コントローラ３０が酸素濃度センサ３１による検出濃度の監視を継続する（ステップＳ１２：Ｎｏ）。
【００５６】
一方、何かしらの原因により選択酸化反応器８において一酸化炭素が十分に酸化しないと、選択酸化反応器８からアノード２２に送られるガス中の酸素の濃度が相対的に高くなる。そして、酸素濃度センサ３１による検出濃度が所定の閾値に達したとコントローラ３０が判断したら（ステップＳ１２：Ｙｅｓ）、コントローラ３０は選択器１０によって現在選択されているアウトレットポートを確認する（ステップＳ１３）。選択器１０によって選択されているアウトレットポートがインレットポート４４から最も遠いアウトレットポート４９でないことをコントローラ３０が確認したら（ステップＳ１３：Ｎｏ）、コントローラ３０が選択器１０を制御し、現在選択中のアウトレットポートの次にインレットポート４４から遠いアウトレットポートに切り替える（ステップＳ１４）。そうすると、選択酸化反応器８の酸化能力が高くなるので、選択酸化反応器８からアノード２２に送出されるガス中の酸素の濃度がより低くなる。そして、コントローラ３０の処理はステップＳ１２に戻り、コントローラ３０が酸素濃度センサ３１による検出濃度の監視を継続する。
【００５７】
以上のように、酸素濃度センサ３１による検出濃度が所定の閾値に達するごとに（酸素センサにあっては酸素センサにより酸素が検出されるごとに）、選択器１０により選択されるアウトレットポートが次にインレットポート４４から遠いものに切り替わる（ステップＳ１２：Ｙｅｓ、ステップＳ１３：Ｎｏ、ステップＳ１４）。また酸素濃度センサ３１による検出濃度が所定の閾値に達したときに、選択器１０によって選択されているアウトレットポートがインレットポート４４から最も遠くて改質ガスの通過する流路４３の有効長さを最も長くするアウトレットポート４９であることをコントローラ３０が確認する（ステップＳ１３：Ｙｅｓ）と、流路４３の有効長さをそれ以上長くして選択酸化反応を促進させ酸素濃度をより低下できないためにコントローラ３０がポンプ３及びエアポンプ２６，２７を停止するとともに、ヒータ５，７，９の電力供給を止める（ステップＳ１５）。あわせて、コントローラ３０が異常信号を出力する。
【００５８】
本実施形態によれば、アノード２２に送られるガス中の酸素の濃度が所定閾値に達するごとに、選択酸化反応器８における流路４３の有効長さが長くなる。そのため、一酸化炭素を十分に除去しつつ、水性逆シフト反応による一酸化炭素の生成を抑えることができる。従って、選択酸化反応器８における一酸化炭素の除去を安定して行えられる。
【００５９】
〔第３の実施の形態〕
第３の実施形態においては、図７に示すように、アノード２２に温度センサが設けられていないが、選択器１０のアウトレットポート４４〜４９に温度センサ３４〜３９がそれぞれ設けられている。温度センサ３４〜３９はそれぞれアウトレットポート４４〜４９を通る生成物の温度を検出し、それを電気信号に変換してコントローラ３０に出力する。
【００６０】
次に、図８を用いて、燃料電池システム１の動作及びコントローラ３０の制御動作について説明する。
まず、コントローラ３０が選択器１０を制御し、選択器１０によってインレットポート４４に最も近いアウトレットポート４５が選択される（ステップＳ３１）。そして、コントローラ３０によってヒータ５，７，９に電力が供給され、気化器４、改質器６及び選択酸化反応器８がそれぞれの適温範囲に加熱される。次に、コントローラ３０がポンプ３及びエアポンプ２５，２７を駆動すると、気化器４、改質器６、選択酸化反応器８及び燃料電池２０が作動する。燃料電池２０が発電している間、コントローラ３０はヒータ５，７，９による検出温度に基づきヒータ５，７，９やポンプ３の出力を制御する。これにより気化器４、改質器６、選択酸化反応器８等が定常状態で動作する。
【００６１】
また、気化器４、改質器６、選択酸化反応器８が定常状態で動作している際に、コントローラ３０はインレットポート４４に設けられた温度センサ３４による検出温度と、選択中のアウトレットポートに設けられた温度センサによる検出温度を監視し、これらの検出温度の差が正常範囲内にあるか否か判定する（ステップＳ３２、ステップＳ３３）。即ち、コントローラ３０は、これらの検出温度の差を正常範囲を超える上閾値及び下閾値と比較する（ステップＳ３２、Ｓ３３）。
【００６２】
選択酸化反応器８において触媒に反応物が接触する時間が適切であると、一酸化炭素も十分に酸化されるあたりで選択酸化反応器８から改質ガスが排出されるので、選択酸化反応器８では水性逆シフト反応は問題がある程度に起こらない。このとき、発熱反応である選択酸化反応は比較的一酸化炭素が高濃度であるインレットポート４４近傍で反応速度が高くなるため比較的高温となり、一酸化炭素の濃度の低い選択されたアウトレットポート近傍では、反応速度が低くなるため、比較的低温となる。したがって、このように定常状態（正常状態）におけるインレットポート４４近傍の温度から、選択されたアウトレットポート近傍の温度を差し引いた正常範囲の温度範囲Ａは正の値となる。
また選択酸化反応器８内の流路４３において、何らかの理由、例えば選択酸化反応器８内での改質ガスの流れの速度が一時的に低くなることによって一酸化炭素が流路４３内に滞留する時間が長くなると、流路４３内の触媒に接触する確率が高く或いは触媒に接触する時間が長くなって、一酸化炭素が、選択されたアウトレットポート近傍に達するよりも十分手前で選択酸化されてしまう。このため、その後の流路４３では、二酸化炭素の濃度が高くなり、改質ガス中の水素とともに水性逆シフト反応を引き起こしてしまい、改質ガス中の一酸化炭素の比率が再び高くなり、選択されたアウトレットポートから排出された改質ガス中の一酸化炭素の濃度が、長時間接することによって燃料電池２０の触媒が被毒される程度の濃度に達してしまうことがある。このような場合、選択されたアウトレットポート近傍では、選択酸化反応の速度が十分低く且つ吸熱反応である水性逆シフト反応が進行するため冷却され相対的に低温になる。したがって、このときのインレットポート４４近傍の温度から、選択されたアウトレットポート近傍の温度を差し引いた温度範囲Ｂは、上記温度範囲Ａよりも高くなり、温度範囲Ｂの下限は上記上閾値となる。
そして選択酸化反応器８内の流路４３において、何らかの理由、例えば選択酸化反応器８内での改質ガスの流れの速度が一時的に高くなることによって一酸化炭素が十分に酸化されず、このため長時間接することによって燃料電池２０の触媒が被毒される程度の濃度の一酸化炭素が残存してしまうことが考慮される。この場合の選択酸化反応器８では、発熱反応である選択酸化反応が十分起きていないため、選択されたアウトレットポート近傍では、一酸化炭素の濃度が比較的高くなり、換言すれば定常状態よりも反応速度が高くなって相対的に高温となる。このときのインレットポート４４近傍の温度から、選択されたアウトレットポート近傍の温度を差し引いた温度範囲Ｃは、上記温度範囲Ａよりも低くなり、温度範囲Ｃの上限は上記下閾値となる。
つまり、定常状態では、インレットポート４４近傍の温度と選択されたアウトレットポート近傍の温度差は正常温度範囲Ａ内に収まり、温度センサ３４による検出温度と選択されたアウトレットポートの温度センサによる検出温度の差が下閾値より大きく、上閾値未満となるので、コントローラ３０が温度センサ３４による検出温度と選択されたアウトレットポートの温度センサによる検出温度とを検知し、正常温度範囲Ａ内であるかどうか監視を継続する（ステップＳ３２、ステップＳ３３）。
【００６３】
何かしらの原因により選択酸化反応器８において一酸化炭素が十分に反応する程度を越えると、選択酸化反応器８において触媒に反応物が接触する時間が長く、水性逆シフト反応によって、二酸化炭素と水素から、長時間接することによって燃料電池２０の触媒が被毒される程度の濃度の一酸化炭素が生成する。そのため、インレットポート４４近傍の温度と選択されたアウトレットポート近傍の温度の差は正常温度範囲Ａの上限値を超える。そうすると、温度センサ３４による検出温度と選択されたアウトレットポートの温度センサによる検出温度の差が上閾値以上に達する。コントローラ３０がその旨を判断したら（ステップＳ３２：Ｙｅｓ）、コントローラ３０は選択器１０によって現在選択されているアウトレットポートを確認する（ステップＳ３４）。ステップＳ３２でＹｅｓであると、選択器１０によって選択されているアウトレットポートがインレットポート４４に最も近いアウトレットポート４５でないことをコントローラ３０が確認したら（ステップＳ３４：Ｎｏ）、コントローラ３０が選択器１０を制御し、水性逆シフト反応の生成を抑えるとともに十分な選択酸化反応が起こす程度となるような改質ガスが通過する流路４３の有効長さを短くするため、現在選択中のアウトレットポートの次にインレットポート４４に近いアウトレットポートに切り替える（ステップＳ３５）。そうすると、選択酸化反応器８の酸化能力が低くなるので、水性逆シフト反応が起こりにくくなり温度が上がる。そして、コントローラ３０の処理はステップＳ３２に戻り、コントローラ３０が温度センサ３４による検出温度と選択されたアウトレットポートの温度センサによる検出温度との監視を継続する（ステップＳ３２、ステップＳ３３）。なお、ステップＳ３２でＮｏであったら、次のステップＳ３３に移行する。
【００６４】
一方、何かしらの原因により選択酸化反応器８において触媒に改質ガスが接触する時間が短くなり、選択酸化反応器８において一酸化炭素が十分に反応する程度を下回ると、一酸化炭素が十分に選択酸化反応されず、選択されたアウトレットポートから出るガスの一酸化炭素が十分低下できない。そのため、選択されたアウトレットポート近傍では選択酸化反応による発熱量が少ないので、インレットポート４４近傍の温度と選択されたアウトレットポート近傍の温度の差は正常温度範囲Ａの下限値未満、つまり下閾値以下になる。コントローラ３０がその旨を判断したら（ステップＳ３３：Ｙｅｓ）、コントローラ３０は選択器１０によって現在選択されているアウトレットポートを確認する（ステップＳ３６）。選択器１０によって選択されているアウトレットポートがインレットポート４４から最も遠いアウトレットポート４９でないことをコントローラ３０が確認したら（ステップＳ３６：Ｎｏ）、コントローラ３０が選択器１０を制御し、より選択酸化反応を引き起こすように改質ガスが通過する流路４３の有効長さを長くするため、現在選択中のアウトレットポートの次にインレットポート４４から遠いアウトレットポートに切り替える（ステップＳ３７）。そうすると、選択酸化反応器８の酸化能力が高くなるので、一酸化炭素が十分に反応するようになる。そして、コントローラ３０の処理はステップＳ３２に戻り、コントローラ３０が温度センサ３４による検出温度と選択されたアウトレットポートの温度センサによる検出温度との監視を継続する（ステップＳ３２、ステップＳ３３）。
【００６５】
以上のように、温度センサ３４による検出温度と選択されたアウトレットポートの温度センサによる検出温度の差が正常範囲外になるごとに、選択器１０により選択されるアウトレットポートが切り替わる（ステップＳ３２：Ｙｅｓ、ステップＳ３４：Ｎｏ、ステップＳ３５、ステップＳ３３：Ｙｅｓ、ステップＳ３６：Ｎｏ、ステップＳ３７）。温度センサ３４による検出温度と選択されたアウトレットポートの温度センサによる検出温度の差が上閾値以上に達すると、選択器１０によって選択されているアウトレットポートがインレットポート４４に最も近いアウトレットポート４５であることをコントローラ３０が確認し、選択器１０により選択されているアウトレットポートが、改質ガスが通過する流路４３の有効長さを最も短くするアウトレットポート４５である（ステップＳ３４：Ｙｅｓ）と、流路４３の有効長さをそれ以上短くして水性逆シフト反応を抑制することができないためにコントローラ３０がポンプ３及びエアポンプ２６，２７を停止するとともに、ヒータ５，７，９の電力供給を止める（ステップＳ３８）。あわせて、コントローラ３０が異常信号を出力する。
【００６６】
温度センサ３４による検出温度と選択されたアウトレットポートの温度センサによる検出温度の差が下閾値以下に達すると、選択器１０によって選択されているアウトレットポートがインレットポート４４から最も遠いアウトレットポート４９であることをコントローラ３０が確認し、選択器１０により選択されているアウトレットポートが、改質ガスの通過する流路４３の有効長さを最も長くするアウトレットポート４９である（ステップＳ３６：Ｙｅｓ）と、流路４３の有効長さをそれ以上長くして選択酸化反応を促進できないためにコントローラ３０がポンプ３及びエアポンプ２６，２７を停止するとともに、ヒータ５，７，９の電力供給を止める（ステップＳ３８）。あわせて、コントローラ３０が異常信号を出力する。
【００６７】
本実施形態によれば、インレットポート４４の温度と選択中のアウトレットポートの温度の差に応じて、アウトレットポート４５〜９９のうち選択するポートが設定されるから、一酸化炭素を十分に除去しつつ、水性逆シフト反応による一酸化炭素の生成を抑えることができる。従って、選択酸化反応器８における一酸化炭素の除去を安定して行えられる。
【００６８】
〔第４の実施の形態〕
第４の実施形態においては、図９に示すように、アノード２２に温度センサが設けられていないが、選択器１０からアノード２２までの経路の途中に一酸化炭素濃度センサ３２が設けられている。この一酸化炭素濃度センサ３２は、アノード２２に送られるガス中の一酸化炭素濃度を検出し、それを電気信号に変換してコントローラ３０に出力する。一酸化炭素濃度センサ３２には、例えば、選択酸化反応器８と燃料電池２０との間に、被毒しやすい低性能の燃料電池を設けて選択酸化反応器８が発生する改質ガス中の一酸化炭素濃度を検知するセンサとして用いることもできる。
【００６９】
次に、図１０を用いて、燃料電池システム１の動作及びコントローラ３０の制御動作について説明する。
まず、コントローラ３０が選択器１０を制御し、選択器１０によってインレットポート４４に最も近いアウトレットポート４５が選択される（ステップＳ４１）。そして、コントローラ３０によってヒータ５，７，９に電力が供給され、気化器４、改質器６及び選択酸化反応器８がそれぞれの適温範囲に加熱される。次に、コントローラ３０がポンプ３及びエアポンプ２５，２７を駆動すると、気化器４、改質器６、選択酸化反応器８及び燃料電池２０が作動する。燃料電池２０が発電している間、コントローラ３０はヒータ５，７，９による検出温度に基づきヒータ５，７，９やポンプ３の出力を制御する。これにより気化器４、改質器６、選択酸化反応器８等が定常状態で動作する。
【００７０】
また、気化器４、改質器６、選択酸化反応器８が定常状態で動作している際に、コントローラ３０は一酸化炭素濃度センサ３２による検出濃度を監視し、その検出濃度が許容値（所定の閾値）を超えたか否かを判定する（ステップＳ４２）。
【００７１】
選択酸化反応器８において触媒に反応物が接触する時間が適切であると、水性逆シフト反応が起こらず、一酸化炭素も十分に酸化される。そのため、選択酸化反応器８から排出されるガス中の一酸化炭素濃度が非常に低い。従って、一酸化炭素濃度センサ３２による検出濃度が許容値以下となるので、コントローラ３０が一酸化炭素濃度センサ３２による検出濃度を引き続き監視する（ステップＳ４２：Ｎｏ、ステップＳ４２）。
【００７２】
何かしらの原因により選択酸化反応器８に定常状態のバランスが崩れると、選択酸化反応器８からアノード２２に送られるガス中の一酸化炭素濃度が許容値を超える。そうすると、一酸化炭素濃度センサ３２による検出濃度が所定の許容値を超える。コントローラ３０がその旨を判断したら（ステップＳ４２：Ｙｅｓ）、一酸化炭素濃度センサ３２による検出濃度が許容値以下となるまで（ステップＳ４５：Ｎｏ、ステップＳ４８：Ｎｏ）、コントローラ３０は選択器１０により選択されるアウトレットポートを順次切り替える（ステップＳ４４、ステップＳ４６）。
【００７３】
具体的には、一酸化炭素濃度センサ３２による検出濃度が許容値を超えたら（ステップＳ４２：Ｙｅｓ）、コントローラ３０は選択器１０によって現在選択されているアウトレットポートを確認する（ステップＳ４３）。選択器１０によって選択されているアウトレットポートがインレットポート４４から最も遠いアウトレットポート４９であることを確認したら（ステップＳ４３：Ｙｅｓ）、選択酸化反応器８の流路が長すぎて水性逆シフト反応が著しく進み一酸化炭素の濃度が増大したとみなし、コントローラ３０の処理がステップＳ４６に移行し、選択器１０によって選択されているアウトレットポートがインレットポート４４から最も遠いアウトレットポート４９でないことをコントローラ３０が確認したら（ステップＳ４３：Ｎｏ）、選択酸化反応器８の流路が短すぎて選択酸化反応が著しく進行せず一酸化炭素の濃度が減小しないとみなし、コントローラ３０の処理がステップＳ４４に移行する。ステップＳ４４では、コントローラ３０が選択器１０を制御し、現在選択中のアウトレットポートの次にインレットポート４４から遠いアウトレットポートに切り替える（ステップＳ４４）。そして、一酸化炭素濃度センサ３２による検出濃度が許容値を超えたままであったら（ステップＳ４５：Ｙｅｓ）、コントローラ３０の処理がステップＳ４３に戻り、一酸化炭素濃度センサ３２による検出濃度が許容値以下になったら（ステップＳ４５：Ｎｏ）、コントローラ３０の処理がステップＳ４２に戻る。一方、ステップＳ４６では、選択器１０によって選択されているアウトレットポートがインレットポート４４から最も遠いアウトレットポート４９であることを確認したら（ステップＳ４３：Ｙｅｓ）、コントローラ３０が選択器１０を制御し、現在選択中のアウトレットポートの次にインレットポート４４から近いアウトレットポートに切り替える（ステップＳ４６）。そして、一酸化炭素濃度センサ３２による検出濃度が許容値を超えたままであったら（ステップＳ４８：Ｙｅｓ）、コントローラ３０の処理がステップＳ４６に戻り、一酸化炭素濃度センサ３２による検出濃度が許容値以下になったら（ステップＳ４８：Ｎｏ）、コントローラ３０の処理がステップＳ４２に戻る。ステップＳ４６〜Ｓ４８が繰り返されている際に、選択器１０によって選択されているアウトレットポートがインレットポート４４に最も近いアウトレットポート４５であることを確認した場合（ステップＳ４７：Ｙｅｓ）、一酸化炭素濃度センサ３２による検出濃度が許容値を超えていれば（ステップＳ４９：Ｙｅｓ）、コントローラ３０がポンプ３及びエアポンプ２６，２７を停止するとともに、ヒータ５，７，９の電力供給を止める（ステップＳ５０）。あわせて、コントローラ３０が異常信号を出力する。一酸化炭素濃度センサ３２による検出濃度が許容値を超えていなければ（ステップＳ４９：Ｎｏ）、選択酸化反応器８から排出された改質ガスに含まれている一酸化炭素が燃料電池２０を被毒する恐れがなくなったと判断し、定常状態に戻ったとみなす程度の所定時間後にステップＳ４２に戻る。
なお、図１０では、改質ガスの流速が速すぎて最も流路４３の長いルートになるアウトレットポート４９に切り替えて排出してもなお、一酸化炭素の選択酸化が不十分で一酸化炭素の濃度が高すぎた場合（Ｓ４２：Ｙｅｓ、Ｓ４３：Ｙｅｓ）、一旦、現在選択中のアウトレットポート４９の次にインレットポート４４から近いアウトレットポート４８に切り替える（ステップＳ４６）が、順次インレットポート４４から近いアウトレットポートに切替え（ステップＳ４６、Ｓ４７：Ｎｏ、Ｓ４８：Ｎｏ）、最終的に最も流路４３の短いルートになるアウトレットポート４５に切り替えて、一酸化炭素濃度センサ３２による検出濃度が許容値を超えていないことになるので（ステップＳ４９：Ｙｅｓ）、結局、コントローラ３０がポンプ３及びエアポンプ２６，２７を停止するとともに、ヒータ５，７，９の電力供給を止めることになる（ステップＳ５０）ので、一酸化炭素によって燃料電池２０の触媒が著しく被毒されることはない。
【００７４】
本実施形態によれば、アノード２２に送られる一酸化炭素濃度に応じて、アウトレットポート４５〜９９のうち選択するポートが設定されるから、一酸化炭素を十分に除去しつつ、水性逆シフト反応による一酸化炭素の生成を抑えることができる。従って、選択酸化反応器８における一酸化炭素の除去を安定して行えられる。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】本発明の第１実施形態における燃料電池システムの構成を示したブロック図である。
【図２】選択酸化反応器の断面と選択器を示した概略図である。
【図３】選択酸化反応器を示した横断面図である。
【図４】第１実施形態におけるコントローラによる処理の流れを示したフローチャートである。
【図５】本発明の第２実施形態における燃料電池システムの構成を示したブロック図である。
【図６】第２実施形態におけるコントローラによる処理の流れを示したフローチャートである。
【図７】本発明の第３実施形態における燃料電池システムの構成を示したブロック図である。
【図８】第３実施形態におけるコントローラによる処理の流れを示したフローチャートである。
【図９】本発明の第４実施形態における燃料電池システムの構成を示したブロック図である。
【図１０】第４実施形態におけるコントローラによる処理の流れを示したフローチャートである。
【符号の説明】
【００７６】
１  燃料電池システム
６  改質器
８  選択酸化反応器
１０  選択器
２０  燃料電池
２１  電解質膜
２２  アノード
２３  カソード
２４  温度センサ
３０  コントローラ
３１  酸素濃度センサ
３２  一酸化炭素濃度センサ
３４〜３９  温度センサ
４３  流路
４４  インレットポート
４５  アウトレットポート
５０  触媒
【図１】
0005358966.tif 000002
【図２】
0005358966.tif 000003
【図３】
0005358966.tif 000004
【図４】
0005358966.tif 000005
【図５】
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【図６】
0005358966.tif 000007
【図７】
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【図８】
0005358966.tif 000009
【図９】
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【図１０】
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