(57)【要約】【課題】  燃料電池発電装置の燃料供給量を制御することにより、燃料電池の耐久性を向上させることを目的とする。【解決手段】  燃料電池２８と、燃料電池へ燃料を供給する燃料供給手段４４と、燃料の濃度を検出する濃度検出手段１２または燃料電池の温度を検出する温度検出手段１４と、濃度または温度に基いて燃料供給手段４４とを制御する制御手段５０と、を備える燃料電池発電装置１０の運転方法において、制御手段５０は、濃度が所定の濃度以下または温度が所定の温度以下となるときに、燃料電池２８へ供給する燃料の量を増加させることを特徴とする。【選択図】          図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池と、前記燃料電池へ燃料を供給する燃料供給手段と、前記燃料の濃度を検出する濃度検出手段と、前記濃度に基いて前記燃料供給手段とを制御する制御手段と、を備える燃料電池発電装置の運転方法において、
前記制御手段は、前記濃度が所定の濃度以下となるときに、前記燃料電池へ供給する前記燃料の量を増加させることを特徴とする燃料電池発電装置の運転方法。
【請求項２】
燃料電池と、前記燃料電池へ燃料を供給する燃料供給手段と、前記燃料電池の温度を検出する温度検出手段と、前記温度に基いて前記燃料供給手段とを制御する制御手段と、を備える燃料電池発電装置の運転方法において、
前記制御手段は、前記温度が所定の温度以下となるときに、前記燃料電池へ供給する前記燃料の量を増加させることを特徴とする燃料電池発電装置の運転方法。
【請求項３】
燃料電池と、前記燃料電池へ燃料を供給する燃料供給手段と、前記燃料の濃度を検出する濃度検出手段と、前記濃度に基いて前記燃料供給手段とを制御する制御手段と、を備える燃料電池発電装置の運転方法において、
前記制御手段は、前記燃料電池発電装置を起動するときに、所定の濃度に応じて、前記燃料電池へ供給する前記燃料の量を制御することを特徴とする燃料電池発電装置の運転方法。
【請求項４】
燃料電池と、前記燃料電池へ燃料を供給する燃料供給手段と、前記燃料電池の温度を検出する温度検出手段と、前記温度に基いて前記燃料供給手段とを制御する制御手段と、を備える燃料電池発電装置の運転方法において、
前記制御手段は、前記燃料電池発電装置を起動するときに、所定の温度に応じて、前記燃料電池へ供給する前記燃料の量を制御することを特徴とする燃料電池発電装置の運転方法。
【請求項５】
請求項３または４記載の燃料電池発電装置の運転方法において、
前記制御装置は、前記所定の濃度および／または前記所定の温度に応じた前記燃料電池へ供給する前記燃料の量に関するテーブルを保持することを特徴とする燃料電池発電装置の運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池発電装置の運転方法に関し、具体的には、燃料電池発電装置の動作点を制御することにより、燃料電池の耐久性を向上させることができる燃料電池発電装置の運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は水素と酸素とから電気エネルギを発生させる装置であり、高い発電効率を得ることができる。燃料電池の主な特徴としては、従来の発電方式のように熱エネルギや運動エネルギの過程を経ない直接発電であるので、小規模でも高い発電効率が期待できる、窒素化合物等の排出が少なく、騒音や振動も小さいので環境性が良いなどが挙げられる。このように、燃料電池は燃料のもつ化学エネルギを有効に利用でき、環境にやさしい特性をもっているので、２１世紀を担うエネルギ供給システムとして期待され、宇宙用から自動車用、携帯機器用まで、大規模発電から小規模発電まで、種々の用途に使用できる将来有望な新しい発電システムとして注目され、実用化に向けて技術開発が本格化している。
【０００３】
中でも、固体高分子形燃料電池は、他の種類の燃料電池に比べて、作動温度が低く、高い出力密度を持つ特徴が有り、特に近年、固体高分子形燃料電池の一形態として、ダイレクトメタノール燃料電池（Ｄｉｒｅｃｔ  Ｍｅｔｈａｎｏｌ  Ｆｕｅｌ  Ｃｅｌｌ：ＤＭＦＣ）が注目を集めている。ＤＭＦＣは、燃料であるメタノール水溶液を改質することなく直接アノードへ供給し、メタノール水溶液と酸素との電気化学反応により電力を得るものであり、この電気化学反応によりアノードからは二酸化炭素が、カソードからは生成水が、反応生成物として排出される。メタノール水溶液は水素に比べ、単位体積当たりのエネルギが高く、また、貯蔵に適しており、爆発などの危険性も低いため、自動車や携帯機器（携帯電話、ノート型パーソナルコンピュータ、ＰＤＡ、ＭＰ３プレーヤ、デジタルカメラあるいは電子辞書（書籍））などの電源への利用が期待されている。
【特許文献１】特開２００５−１０８８１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
図８は、燃料電池発電装置を定常運転時のメタノール水溶液の濃度（１．０ｍｏｌ／Ｌ）にて運転したときと低い濃度（０．２ｍｏｌ／Ｌ）にて運転したときとのセル電圧の特性を示すグラフである。燃料電池発電装置は、図８に示すように、低い濃度にて運転すると、セル電圧が急速に低下、即ち燃料電池が急速に劣化してしまうことが明らかになった。これは、低い濃度にて運転した場合、燃料電池の触媒層内の三相界面（反応サイト）に供給されるメタノール量が減少しているのに対して過大な電力が要求されると、反応サイトにおいてその過大な電力要求に対応すべく、周りの炭素や固体電解質膜を分解して電子を取り出す反応が発生するためであると考えられる。
【０００５】
また、図９は、燃料電池発電装置を定常運転時の温度（６０℃）にて運転したときと低い温度（４０、２５℃）にて運転したときの燃料利用率に対するセル電圧の特性を示すグラフである。燃料電池発電装置は、図９に示すように、低い温度にて運転すると、セル電圧が急激に低下する燃料利用率の閾値が左にシフトしてしまう。したがって、定常運転時の燃料利用率（６０％）を維持した状態で温度が低下すると、セル電圧が低下してしまうことが明らかになった。これは、温度が低いときにはメタノールに対する反応サイトの活性が低下しており、燃料利用率を維持した状態で温度が低下すると、濃度が低い場合と同様の問題が発生する可能性を示唆している。
【０００６】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであって、燃料電池発電装置の動作点（燃料供給量）を制御することにより、燃料電池の耐久性を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明は、燃料電池と、燃料電池へ燃料を供給する燃料供給手段と、燃料の濃度を検出する濃度検出手段と、濃度に基いて燃料供給手段とを制御する制御手段と、を備える燃料電池発電装置の運転方法において、制御手段は、濃度が所定の濃度以下となるときに、燃料電池へ供給する燃料の量を増加させることを特徴とする。
【０００８】
ここで、燃料の量とは、単位時間あたりにアノードに供給される（アノードの触媒と接触する）量、即ち、流量をさし、燃料の量を増加させることにより、燃料利用率を下げることができる。これにより、燃料の濃度が下がっても、燃料電池から安定した電力を取り出すことができ、延いては、燃料電池の耐久性を向上させることができる。
【０００９】
請求項２記載の発明は、燃料電池と、燃料電池へ燃料を供給する燃料供給手段と、燃料電池の温度を検出する温度検出手段と、温度に基いて燃料供給手段とを制御する制御手段と、を備える燃料電池発電装置の運転方法において、制御手段は、温度が所定の温度以下となるときに、燃料電池へ供給する燃料の量を増加させることを特徴とする。これにより、燃料の温度が下がっても、燃料電池から安定した電力を取り出すことができ、延いては、燃料電池の耐久性を向上させることができる。
【００１０】
請求項３記載の発明は、燃料電池と、燃料電池へ燃料を供給する燃料供給手段と、燃料の濃度を検出する濃度検出手段と、濃度に基いて燃料供給手段とを制御する制御手段と、を備える燃料電池発電装置の運転方法において、制御手段は、燃料電池発電装置を起動するときに、所定の濃度に応じて、燃料電池へ供給する燃料の量を制御することを特徴とし、請求項４記載の発明は、燃料電池と、燃料電池へ燃料を供給する燃料供給手段と、燃料電池の温度を検出する温度検出手段と、温度に基いて燃料供給手段とを制御する制御手段と、を備える燃料電池発電装置の運転方法において、制御手段は、燃料電池発電装置を起動するときに、所定の温度に応じて、燃料電池へ供給する燃料の量を制御することを特徴とする。
【００１１】
起動信号が入力されてから燃料電池発電装置が定常運転に入るまでの間は特に、燃料の濃度や燃料電池の温度が大きく変動するが、所定の濃度または所定の温度に応じて、燃料電池へ供給する燃料の量を制御するので、燃料電池に大きな負担をかけることなく、安定した電力を取り出すことができ、延いては、燃料電池の耐久性を向上させることができる。
【００１２】
請求項５記載の発明は、請求項３または４記載の燃料電池発電装置の運転方法において、制御装置は、所定の濃度および／または所定の温度に応じた燃料電池へ供給する燃料の量に関するテーブルを保持することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、燃料電池の耐久性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
まず、燃料電池システム１００の構成について説明する。図１は燃料電池システム１００の構成を模式的に表した構成図である。
【００１５】
燃料電池システム１００は、第１の電源としての燃料電池発電装置１０と、燃料電池システム１００の起動時に燃料電池発電装置１０の補機類など内部負荷４０へ電力を供給したり、負荷２００から要求される電力が高くなったときに負荷２００へ電力を供給したりする第２の電源としての二次電池６０と、燃料電池発電装置１０と二次電池６０との電力供給のバランスを制御する電力制御装置７０と、を有している。また、燃料電池システム１００の内部には、電力制御装置７０と接続され、負荷２００から要求される電力量や燃料電池発電装置１０から供給可能な電力量あるいは燃料電池発電装置１０の運転状態などを含む情報の授受を行うと共に、燃料電池発電装置１０の各種制御を行う制御装置５０が設けられている。この燃料電池システム１００は２種類の電源の制御を一括して行うため、制御装置５０は、燃料電池システム１００内部であって燃料電池発電装置１０外部に配されているが、燃料電池発電装置１０内部に配しても良いものとする。
【００１６】
図２は本発明に係る燃料電池発電装置１０の負荷への送電量の関係を模式的に示したグラフである。燃料電池発電装置１０は、燃料電池システムの起動時または停止時を除く定常運転を行っているときには、できる限り一定の電力Ｐfccを出力するように運転することが望ましい。燃料電池システム１００の起動時において、起動信号を制御装置５０が受けると、制御装置５０は燃料電池発電装置１０を起動するが、指令を受けてから所定の時間（３０秒〜１分間）は暖機運転を行うため、燃料電池発電装置１０から電力は出力されない。所定の時間が経過した後は、燃料電池発電装置１０からの出力を徐々に増加させる。一方、停止時において、停止信号を制御装置５０が受けると、制御装置５０は燃料電池発電装置１０を停止するが、信号を受けてから燃料電池発電装置１０からの出力を０にするまでには、詳細は後述するが、所定の時間（約１５分間）を要する。
【００１７】
また、定常運転を行っている間は、上述のように、燃料電池発電装置１０からの出力される電力がほぼ一定となるような運転が、発電効率の面からも耐久性の面からも望まれるので、電力制御装置７０は、燃料電池発電装置１０からの電力がＰfcc±所定の範囲となるように制御する。しかしながら、負荷２００から要求される電力は時間によって変動するため、燃料電池発電装置１０から出力される電力Ｐfcを超える電力を要求されるときには、超過分を二次電池６０から供給し、Ｐfcを下回り電力が余剰となるときには、余剰分を二次電池６０へ供給して二次電池６０を充電する。
【００１８】
図３は、本発明に係る燃料電池発電装置１０の構成を詳細に表した燃料電池システム１００の構成図である。燃料電池発電装置１０は、固体電解質膜２２の一方の面にカソード２４、他方の面にアノード２６を設け、カソード２４へは酸化剤として空気が供給され、アノード２６へは燃料としてメタノール水溶液が供給される燃料電池本体２０を備えており、この燃料電池本体２０により発電した電力を、電力制御装置７０のＤＣ／ＤＣコンバータ７２によって昇圧して、負荷２００へ送るように構成されている。この燃料電池発電装置１０の補機類として、燃料電池本体２０のカソード２４へ空気を供給するエアポンプ４２と、アノード２６へメタノール水溶液を供給する液体ポンプ（第１液体ポンプ）４４と、アノード２６へ供給される所定の濃度（１．０±０．５ｍｏｌ／Ｌ）のメタノール水溶液を貯蔵する燃料タンク３０と、を備え、燃料電池本体２０の発電により燃料タンク３０内のメタノールが消費されると、燃料電池発電装置１０と着脱可能に設けられ、高濃度（１５ｍｏｌ／Ｌ以上）あるいは１００％（２５ｍｏｌ／Ｌ）のメタノールを貯蔵する高濃度燃料タンク３２から、液体ポンプ（第２液体ポンプ）４６を介して、燃料タンク３０へメタノールが補充される。
【００１９】
燃料タンク３０は、所定の濃度のメタノール水溶液を貯蔵すると共に、燃料電池本体２０のカソード２４側およびアノード２６側から排出される排出物質（酸素濃度の低い排空気、カソード反応による生成水、メタノール濃度の低い排メタノール水溶液、アノード反応による二酸化炭素）の気体成分と液体成分とを分離する機能も有しており、図示しないラジエータによって常温に近い温度となった排出物質中の排空気や二酸化炭素は、この燃料タンク３０においてメタノール水溶液と分離され、系外へ排出されるように構成されている。このとき、上記排空気や二酸化炭素と共に、メタノール水溶液のメタノールや水（水蒸気）の成分も気体となって、少量では有るが系外へ排出される。
【００２０】
図２に戻り、停止時において、負荷２００から電力要求を停止する信号が発せられると、制御装置５０は燃料電池発電装置１０による発電を停止する。このとき、制御装置５０は、二次電池６０の残量を確認し、次回の起動に必要な電力を二次電池６０に充電する充電処理と、燃料電池発電装置１０を保管するのに適した状態にする保管処理と、を行う。燃料電池本体２０内部は、次回の起動のときまで（燃料電池システム１００の停止中）、固体電解質膜２２を湿潤させた状態で保つことが望ましい。また、アノード２６からカソード２４へクロスオーバーしたメタノールがカソード２４で燃焼反応を起こし、カソード２４がＣＯ被毒することを防ぐため、燃料電池本体２０内部のカソード２４側は酸素濃度の低い（５％以下）空気で満たされることが望ましく、燃料電池システム１００停止中に燃料電池本体２０が凍結するのを防ぐため、燃料電池本体２０内部のアノード２６側は固体電解質膜２２が劣化を引き起こさない範囲で所定の濃度より高い濃度（２．０±０．５ｍｏｌ／Ｌ）のメタノール水溶液で満たされることが望ましい。
【００２１】
保管処理は、上記のような燃料電池発電装置１０の保管に適した状態にするものであり、制御装置５０はまず、燃料電池本体２０の温度が第１の所定の温度（本実施の形態では４５℃）以下になるまで、必要最低限の補機類を動作させ、燃料電池本体２０を冷却しながら発電する（但し、二次電池６０の残量が少なく、次回の起動時に必要な電力量を冷却しながらの発電量では賄うことができないと判断した場合には、必要な時間だけ定常運転を続ける）。この間、内部負荷４０（補機類）の動作に必要な電力は燃料電池発電装置１０から供給し、内部負荷４０へ供給しても余剰となる電力は二次電池６０へ供給する（充電処理）。
【００２２】
燃料電池本体２０が第１の所定の温度となったところで、燃料電池発電装置１０から内部負荷４０を切り離し、燃料電池本体２０の温度が第２の所定の温度（本実施の形態では４０℃）以下になるまで無負荷運転を行う。即ち、内部負荷４０（補機類）の動作に必要な電力は二次電池６０から供給する。燃料電池本体２０が第２の所定の温度となったところで、エアポンプ４２を停止してカソード２４への酸素の供給を遮断する。燃料電池本体２０内部に残留した酸素は反応して徐々に消費され、燃料電池本体２０の電圧もこれに伴って低下する。燃料電池本体２０の電圧が所定の電圧以下となったところで、あるいは、エアポンプ４２を停止して所定の時間経過した後に、第２液体ポンプ４６を駆動して、燃料タンク３０およびメタノール水溶液循環流路３４中のメタノール水溶液が、所定の濃度（１．０ｍｏｌ／Ｌ）より高い濃度（２．０ｍｏｌ／Ｌ）となるようにし、第１液体ポンプ４４を停止する。
【００２３】
そして、メタノール水溶液が系外へ蒸発しないように、外部と連通する流路を、図示しないシャッターなどの遮断手段により外部と遮断することにより、燃料電池本体２０は、酸素濃度の低い空気と所定の濃度より高い濃度のメタノール水溶液によって満たされ、燃焼反応や凍結なども起こりにくく、かつ、固体電解質膜２２を湿潤させた状態で保つことが可能となる。
【実施例１】
【００２４】
以下、本発明の燃料電池発電装置１０の運転方法について説明する。図４は燃料電池発電装置１０を定常運転時の温度（６０℃）にて運転したときの燃料利用率とセル電圧の関係を示すグラフである。図４から明らかなように、メタノール水溶液の濃度が低くなると、セル電圧が急激に低下してしまう燃料利用率の閾値が左にシフトする。そこで、運転中にメタノール水溶液の濃度が低下してもセル電圧が低下しないように、メタノール水溶液の濃度に合わせて燃料利用率を設定する。具体的には、表１に示すような燃料利用率の閾値に安全率を考慮して設定した各濃度における燃料利用率テーブルを制御装置５０に保持させる。
【００２５】
【表１】
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図５は、温度は定常運転時の温度（６０℃）での運転中に、メタノール水溶液の濃度が低下したときの燃料電池発電装置１０の制御フローを示すフローチャートである。図５に示すように、制御装置５０は、濃度センサ１２からメタノール水溶液の濃度が０．５ｍｏｌ／Ｌに低下したことを検知（Ｓ１１）すると、燃料利用率が表１に示す設定値となるように、液体ポンプ４４を制御（Ｓ１２）して、回転数を上昇させる。液体ポンプ４４の回転数を上昇させることにより、アノード２６に供給されるメタノール水溶液の量が増加し、燃料利用率としては低くなる。次に、制御装置５０は、液体ポンプ４６を駆動（Ｓ１３）して、高濃度燃料タンク３２から燃料タンク３０へメタノールを補充する。燃料タンク３０から、メタノール水溶液循環流路３４（往路部３４ａ＋復路部３４ｂ）および燃料電池本体２０内のメタノール水溶液流路を通って、燃料タンク３０まで１周するのに要する時間（１周の管路長とメタノール水溶液の流速から換算）を考慮して、本実施例では液体ポンプ４６を駆動してから２０秒後に液体ポンプ４４の回転数を元の回転数に戻す（Ｓ１４）。液体ポンプ４４の回転数を元に戻した後のメタノール水溶液の濃度が、１．０ｍｏｌ／Ｌに達してしなかった場合は、Ｓ１２から上記のフローを繰り返す。
【００２６】
本実施例では、濃度センサ１２や温度センサ１４により検知した濃度、温度を基に制御する方法について説明したが、例えば、濃度を検知する手段は濃度センサ１２に限らず、特願２００４−２２４２８８にて開示したように、燃料電池スタックを構成するセルの電圧Ｖ１〜Ｖｎから２セル毎のセル電圧Ｖｃ１〜Ｖｃｎを算出し、セル電圧Ｖｃ１〜Ｖｃｎから標準偏差を算出する。そして、算出された標準偏差は、燃料の濃度が許容範囲からはずれる（濃度が低下する）と、大幅に増加するため、これを濃度検知手段として用いても良い。また、濃度センサ１２に加えて、セル電圧の標準偏差を用いる場合、濃度は薄くないにもかかわらず、標準偏差が増加するときには、液体ポンプ４６を駆動せずに（メタノールを補充せずに）、液体ポンプ４４の回転数だけを上昇させると良い。さらに、本実施例では、メタノールが高濃度メタノールタンク３２から燃料タンク３０に補充されてから濃度が均一になるのに、循環経路の１周分を要すると仮定し、液体ポンプ４４を停止するタイミングを液体ポンプ４６の駆動から２０秒後と設定したが、濃度センサ１２を含む燃料電池発電装置１０内の各種補機類の配置、設定などにより、このタイミングは変動する。
【実施例２】
【００２７】
図９は、発明が解決しようとする課題でも説明したが、燃料電池発電装置１０を定常運転時の濃度（１．０ｍｏｌ／Ｌ）にて運転したときの燃料利用率とセル電圧の関係を示すグラフである。図９から明らかなように、燃料電池本体２０の温度が低くなると、セル電圧が急激に低下してしまう燃料利用率の閾値が左にシフトする。そこで、運転中に燃料電池本体２０の温度が低下してもセル電圧が低下しないように、燃料電池本体２０の温度に合わせて燃料利用率を設定する。具体的には、表２に示すような燃料利用率の閾値に安全率を考慮して設定した各温度における燃料利用率テーブルを制御装置５０に保持させる。
【００２８】
【表２】
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図６は、濃度は定常運転時の濃度（１．０ｍｏｌ／Ｌ）での運転中に、燃料電池本体２０の温度が低下したときの燃料電池発電装置１０の制御フローを示すフローチャートである。図６に示すように、制御装置５０は、温度センサ１４から燃料電池本体２０の温度が５０℃以下に低下したことを検知（Ｓ２１）すると、燃料利用率が表２に示す設定値となるように、液体ポンプ４４を制御（Ｓ２２）して、回転数を上昇させる。そして、制御装置５０は、温度センサ１４から燃料電池本体２０の温度が３５℃以下に低下したことを検知（Ｓ２３）すると、燃料利用率が表２に示す設定値となるように、液体ポンプ４４を制御（Ｓ２４）して、回転数をさらに上昇させる。すなわち、制御装置５０は、燃料電池本体２０の温度に応じて、液体ポンプ４４の回転数を変化させ、Ｓ２１〜２４とは逆に、燃料電池本体２０の温度が３５℃以上（あるいは５０℃以上）となったときには、液体ポンプ４４を制御して、回転数をそれぞれの温度に合わせて回転数を減少させる。
【００２９】
また、低い温度域においてメタノール水溶液の濃度が低下した場合は、その温度域での液体ポンプ４４の回転数を基準として、実施例１（図５）で説明した制御フローに入る。
【実施例３】
【００３０】
図７は起動時の燃料電池発電装置１０の制御フローを示すフローチャートである。前述のように、本発明の燃料電池発電装置１０は、停止中に燃料電池本体２０が凍結するのを防ぐため、燃料電池本体２０内部のアノード２６側を所定の濃度より高い濃度（２．０±０．５ｍｏｌ／Ｌ）のメタノール水溶液で満たして停止する。従って起動時には、２．０ｍｏｌ／Ｌのメタノール水溶液で満たされている。表３は、本燃料電池発電装置１０の各濃度各温度における燃料利用率である。定常運転時の濃度（１．０ｍｏｌ／Ｌ）および温度（６０℃）での運転中の液体ポンプ４４のメタノール水溶液の供給量１として、各濃度各温度におけるメタノール水溶液供給量を燃料利用率から逆算すると、表４のようになる。本燃料電池発電装置１０の起動時は、この表４に従って液体ポンプ４４の回転数を制御する。
【００３１】
【表３】
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【００３２】
【表４】
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表３および４において、燃料電池本体２０の温度が３５℃以下であってメタノール水溶液の濃度が０．２ｍｏｌ／Ｌ以下のときの燃料利用率の設定がないのは、上記のような凍結防止そして燃料電池本体２０の劣化防止のため、このような範囲となったときには制御装置５０はエラー信号を発し、燃料電池発電装置１０の運転を停止するためである。
【００３３】
図７に示すように、制御装置５０は、起動信号を受けて暖機運転を行う。起動信号を受けた時点では燃料電池発電装置１０内のメタノール水溶液の濃度は約２ｍｏｌ／Ｌ、燃料電池本体２０の温度は約２５℃となっている。表４より、この濃度温度範囲における液体ポンプ４４のメタノール水溶液供給量は１なので、供給量１に応じた回転数で運転を始める。暖機運転中、燃料電池発電装置１０は電力を出力しないので、メタノール水溶液の濃度は低下しないが、補機類などの熱により燃料電池本体２０の温度は徐々に上昇する。暖機運転後は徐々に出力を上げていくため、メタノール水溶液の濃度もこれに伴って低下し始める。外部環境（温度）によって、燃料電池本体２０の温度上昇の仕方も変動するが、表４に従って、燃料電池本体２０の温度が３５℃より高くなる前にメタノール水溶液の濃度が１．５ｍｏｌ／Ｌ以下となるときには、制御装置５０は液体ポンプ４４の回転数を上げてメタノール水溶液の供給量を４倍にする。また、メタノール水溶液の濃度が１．５ｍｏｌ／Ｌ以下となる前に燃料電池本体２０の温度が３５℃あるいは５０℃より高くなるときには、液体ポンプ４４の回転数はそのままでよい。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本実施の形態では、燃料としてメタノールを用いたが、液体燃料（エタノール、イソプロピルアルコール、エチレングリコール、ジメチルエーテルなど）を用いる燃料電池であればよく、本発明はＤＭＦＣに限定されるものではない。そして本発明は、様々な機器、特に携帯機器への利用を期待される液体燃料を用いる燃料電池システムで利用可能であると考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】燃料電池システムの構成を模式的に表した構成図である。
【図２】本発明に係る燃料電池発電装置の負荷への送電量の関係を模式的に示したグラフである。
【図３】本発明に係る燃料電池発電装置の構成を詳細に表した燃料電池システムの構成図である。
【図４】本発明に係る燃料電池発電装置を定常運転時の温度にて運転したときの燃料利用率とセル電圧の関係を示すグラフである。
【図５】本発明に係る燃料電池発電装置の制御フロー（温度一定）を示すフローチャートである。
【図６】本発明に係る燃料電池発電装置の制御フロー（濃度一定）を示すフローチャートである。
【図７】本発明に係る燃料電池発電装置の起動時の制御フローを示すフローチャートである。
【図８】本発明に係る燃料電池発電装置のセル電圧の特性を示すグラフである。
【図９】本発明に係る燃料電池発電装置を定常運転時の濃度にて運転したときの燃料利用率とセル電圧の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３６】
１０    燃料電池発電装置
１２    濃度センサ
１４    温度センサ
２０    燃料電池本体
２２    固体電解質膜
２４    カソード
２６    アノード
２８    膜−電極接合体（ＭＥＡ）
３０    燃料タンク
３２    高濃度燃料タンク
３４    メタノール水溶液循環流路（３４ａ…往路部、３４ｂ…復路部）
４０    内部負荷
４２    エアポンプ
４４    液体ポンプ（第１液体ポンプ）
４６    液体ポンプ（第２液体ポンプ）
５０    制御装置
６０    二次電池
７０    電力制御装置
７２    ＤＣ／ＤＣコンバータ
１００  燃料電池システム
２００  負荷
【図１】
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【図２】
2007087736.tif 000008
【図３】
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【図４】
2007087736.tif 000010
【図５】
2007087736.tif 000011
【図６】
2007087736.tif 000012
【図７】
2007087736.tif 000013
【図８】
2007087736.tif 000014
【図９】
2007087736.tif 000015