(57)【要約】【課題】メタノール濃度センサを用いずに、燃料電池に供給される燃料の濃度を制御し、システムの安定的かつ持続的な運転を可能にする、燃料電池システムと、その制御装置および制御方法を提供する。【解決手段】燃料および水からなる混合燃料と酸化剤とを電気化学的に反応させて電気エネルギーを発生させる燃料電池１１０と、燃料電池に燃料を供給する燃料供給装置１２０と、燃料電池から出力される第１電流および第１電圧により規定される第１地点が基準電流−電圧曲線の下側に位置する場合、燃料の供給量を所定量増加させた後に、燃料電池から出力される第２電流および第２電圧により規定される第２地点への変化状態に応じて、燃料および水の少なくともいずれかの供給量を増減させる制御装置１７０と、を含む燃料電池システム１００が提供される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料および水からなる混合燃料と酸化剤とを電気化学的に反応させて電気エネルギーを発生させる燃料電池と、
前記燃料電池に前記燃料を供給する燃料供給装置と、
前記燃料電池から出力される第１電流および第１電圧により規定される第１地点が基準電流−電圧曲線の下側に位置する場合、前記燃料の供給量を所定量増加させた後に、前記燃料電池から出力される第２電流および第２電圧により規定される第２地点への変化状態に応じて、燃料および水の少なくともいずれかの供給量を増減させる制御装置と、
を含むことを特徴とする、燃料電池システム。
【請求項２】
前記制御装置は、
前記燃料電池の温度を感知する温度感知部と、
前記燃料電池から出力される電流および電圧を感知する出力感知部と、
前記第１地点が前記感知された温度条件に相応する前記基準電流−電圧曲線の下側に位置するか否かを判断し、前記第２地点が前記第１地点から前記基準電流−電圧曲線に近づいたか、前記基準電流−電圧曲線から遠ざかったかを判断する比較演算部と、
前記比較演算部の判断結果に応じて、前記燃料の供給量を所定量増加させるための第１制御信号と、前記燃料または水の供給量を増減させるための第２制御信号と、を発生させる制御信号発生部と、
を含むことを特徴とする、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記第１および第２制御信号に応じて、前記燃料の供給量を調節する第１流量調節装置と、前記水の供給量を調節する第２流量調節装置と、をさらに含むことを特徴とする、請求項２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記制御装置は、複数の温度条件に相応する複数の前記基準電流−電圧曲線を記憶するメモリと、前記メモリにアクセスして制御を行うプロセッサと、を含むことを特徴とする、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記プロセッサは、前記第２地点が前記基準電流−電圧曲線に近づくと、前記燃料の供給量を一定量増加させ、前記第２地点が前記基準電流−電圧曲線から遠ざかると、前記水の供給量を一定量増加させることを特徴とする、請求項４に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記プロセッサは、前記第２地点が前記基準電流−電圧曲線に近づくと、前記水の供給量を一定量減少させ、前記第２地点が前記基準電流−電圧曲線から遠ざかると、前記燃料の供給量を一定量減少させることを特徴とする、請求項４に記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記プロセッサは、前記第２地点が前記基準電流−電圧曲線に近づくと、前記燃料の供給量を一定量増加させるとともに前記水の供給量を一定量減少させ、前記第２地点が前記基準電流−電圧曲線から遠ざかると、前記燃料の供給量を一定量減少させるとともに前記水の供給量を一定量増加させることを特徴とする、請求項４に記載の燃料電池システム。
【請求項８】
前記燃料供給装置および前記燃料電池に接続され、前記混合燃料を貯蔵する混合装置をさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項９】
前記混合装置は、前記混合燃料のレベルを測定するレベル測定装置を備えることを特徴とする、請求項８に記載の燃料電池システム。
【請求項１０】
前記燃料電池から電気化学的な反応の副生成物として排出される水蒸気および水を前記混合装置に供給するリサイクラをさらに含むことを特徴とする、請求項８または９に記載の燃料電池システム。
【請求項１１】
前記リサイクラは、前記制御装置によって制御され、前記燃料の供給量を調節する第２流量調節装置をさらに含むことを特徴とする、請求項１０に記載の燃料電池システム。
【請求項１２】
前記制御装置によって制御され、水蒸気の凝縮量を調節する第１流量調節装置を備えることを特徴とする、請求項１１に記載の燃料電池システム。
【請求項１３】
前記燃料電池から排出される未反応燃料を前記混合装置に伝達する燃料循環装置をさらに含むことを特徴とする、請求項８に記載の燃料電池システム。
【請求項１４】
前記混合装置に水を供給する水供給装置をさらに含むことを特徴とする、請求項８に記載の燃料電池システム。
【請求項１５】
前記燃料の供給量を調節する第１流量調節装置および前記水の供給量を調節する第２流量調節装置をさらに含むことを特徴とする、請求項１４に記載の燃料電池システム。
【請求項１６】
前記制御装置によって制御され、前記燃料電池に前記混合燃料を供給する燃料供給手段と、前記燃料電池に前記酸化剤を供給する酸化剤供給手段と、をさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項１７】
前記燃料電池の出力を負荷に供給する電力分配装置をさらに含むことを特徴とする、請求項１６に記載の燃料電池システム。
【請求項１８】
前記電力分配装置に接続され、前記制御装置および前記負荷に電力を供給する補助電源供給装置をさらに含むことを特徴とする、請求項１７に記載の燃料電池システム。
【請求項１９】
燃料および水からなる混合燃料と酸化剤とを電気化学的に反応させて電気エネルギーを発生させる燃料電池と、燃料および前記水の供給量を調節する第１および第２流量調節装置と、を備えた燃料電池システムを制御する制御装置であって、
基準電流−電圧曲線を記憶するメモリと、
前記メモリにアクセスするプロセッサと、を含み、
前記プロセッサは、前記燃料電池から出力される第１電流および第１電圧により規定される第１地点が前記基準電流−電圧曲線の下側に位置する場合、前記燃料の供給量を所定量増加させた後に、前記燃料電池から出力される第２電流および第２電圧により規定される第２地点への変化状態に応じて、燃料および水の少なくともいずれかの供給量を増減させることを特徴とする、燃料電池システムの制御装置。
【請求項２０】
前記メモリは、前記燃料電池の複数の温度条件に相応する複数の前記基準電流−電圧曲線を記憶し、
前記プロセッサは、前記燃料電池の温度条件に応じて選択された前記基準電流−電圧曲線を用いることを特徴とする、請求項１９に記載の燃料電池システムの制御装置。
【請求項２１】
燃料および水からなる混合燃料を用いる燃料電池と、前記燃料電池に前記混合燃料を供給する燃料供給部と、に接続された制御装置において、前記燃料電池および前記燃料供給部を含む燃料電池システムを制御する方法であって、
前記燃料電池から出力される第１電流および第１電圧を感知する第１段階と、
前記第１電流および第１電圧により規定される第１地点が前記燃料電池の基準電流−電圧曲線の下側に位置するか否かを判断する第２段階と、
前記第１地点が前記基準電流−電圧曲線の下側に位置する場合、前記燃料の供給量を所定量増加させる第３段階と、
前記第１地点から、前記燃料電池で感知された第２電流および第２電圧により規定される第２地点への変化状態に応じて、前記燃料電池に供給される燃料および水の少なくともいずれかを増減させる第４段階と、
を含むことを特徴とする、燃料電池システムの制御方法。
【請求項２２】
前記第４段階は、
前記第２地点が前記基準電流−電圧曲線に近づくか、前記基準電流−電圧曲線から遠ざかるかを判断する段階と、
前記第２地点が前記基準電流−電圧曲線に近づくと、前記燃料の供給量を一定量増加および／または前記水の供給量を一定量減少させる段階と、
前記第２地点が前記基準電流−電圧曲線から遠ざかると、前記燃料の供給量を一定量減少および／または前記水の供給量を一定量増加させる段階と、
前記燃料電池で感知された第３電流および第３電圧により規定される第３地点が前記基準電流−電圧曲線の許容範囲に位置するか否かを判断する段階と、
前記第３地点が前記許容範囲に位置すると、前記燃料および水の供給率を変更記憶する段階と、
を含むことを特徴とする、請求項２１に記載の燃料電池システムの制御方法。
【請求項２３】
前記燃料電池の温度を感知する段階をさらに含み、
前記基準電流−電圧曲線は、前記温度条件に応じて複数の前記基準電流−電圧曲線から選択されることを特徴とする、請求項２１に記載の燃料電池システムの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、メタノール濃度センサを用いずに、燃料濃度を制御し、システムの安定的かつ持続的な運転を実現する、燃料電池システムと、その制御装置および制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、水素と酸素との電気化学的な反応により電気エネルギーを発生させる発電システムである。燃料電池は、使用される電解質（ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ）の種類によって、リン酸型燃料電池、溶融炭酸塩型燃料電池、固体酸化物燃料電池、高分子電解質型燃料電池、アルカリ燃料電池などに分類される。この種の燃料電池は、基本的に同一の原理によって作動するが、使用される燃料の種類、運転温度、触媒、電解質などの条件が互いに異なる。
【０００３】
特に、高分子電解質型燃料電池（Ｐｏｌｙｍｅｒ  Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ  Ｍｅｍｂｒａｎｅ  Ｆｕｅｌ  Ｃｅｌｌ：ＰＥＭＦＣ）は、他の燃料電池と比べて、極めて高い出力特性、低い作動温度、迅速な始動・応答特性とともに、携帯用電子機器などの移動用（ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｂｌｅ）電源や車両用動力源のような輸送用電源から、住宅、公共ビルに用いられる定置型発電所のような分散用電源まで、広範な応用性などの長所を有する。高分子電解質型燃料電池には、液状のメタノール燃料をスタックに直接供給可能な直接メタノール型燃料電池（Ｄｉｒｅｃｔ  Ｍｅｔｈａｎｏｌ  Ｆｕｅｌ  Ｃｅｌｌ：ＤＭＦＣ）が含まれる。スタックとは、電気を発生させる複数個の単位燃料電池を積層して形成された燃料電池構造を称する。直接メタノール型燃料電池は、高分子電解質型燃料電池とは異なり、改質器を用いないので小型化に適する。
【０００４】
直接メタノール型燃料電池などの燃料電池システムは、長い初期駆動時間、二次電池などと比して大きなシステム容積、重量当たりの低いエネルギー密度などの短所を有する。このため、従来の燃料電池システムは、かかる短所を克服するために、バッテリやスーパーキャパシタのようなエネルギー貯蔵装置を搭載する。この種のシステムは、いわゆるハイブリッド電源供給装置と称される。
【０００５】
一方、直接メタノール型燃料電池は、燃料電池に供給される燃料の濃度変化によって効率に差が生じる。このような現象が生じる理由の一つは、現在使用されている直接メタノール型燃料電池の電解質膜が水素イオン（ｐｒｏｔｏｎ）のみを選択的に伝達できず、燃料のクロスオーバー（ｃｒｏｓｓｏｖｅｒ）を生じることにある。
【０００６】
例えば、図１に示すように、直接メタノール型燃料電池において、スタックのアノード側に高濃度の燃料が供給されると、電解質膜を介してアノード側からカソード側にクロスオーバーされる燃料が増加するので、電解質膜を透過した燃料がカソード側で酸化反応し、スタックで発生可能な電位を減少させる。一方、スタックのアノード側に一定濃度以下の低濃度の燃料が供給されると、アノード側で燃料が不足するので、スタックで発生可能な電位を減少させる。ここで、高濃度の燃料とは、混合燃料に含まれる燃料のモル濃度が、効率を最適化可能なモル濃度より高い場合の燃料、低濃度の燃料とは、効率を最適化可能なモル濃度より低い場合の燃料を意味する。
【０００７】
したがって、従来の直接メタノール型燃料電池では、システムの安定的かつ持続的な運転のために、燃料濃度を一定に維持することが重要となる。
【０００８】
前述した従来の燃料電池システムは、システムの効率を向上させるために、燃料電池の電気化学的な反応から生成される副生成物を再利用可能なように再処理するリサイクラ（ｒｅｃｙｃｌｅｒ）を搭載する。ここで、副生成物とは、未反応燃料や水などを含む。例えば、従来の直接メタノール型燃料電池では、燃料電池から排出される未反応燃料および水を再処理して再利用するために、混合タンクやメタノール濃度センサなどが用いられる。メタノール濃度センサは、スタックに供給される燃料のメタノール濃度を適切に制御するために、通常、混合燃料の供給経路上または燃料や水の循環経路上に設置される。
【０００９】
メタノール濃度センサとしては、修正振動子のような通常の濃度センサが用いられる。しかし、メタノール濃度センサは、センサ自体の誤差のみならず、センサの周辺温度に応じて検出値に誤差を生じる。よって、メタノール濃度センサを用いる従来の燃料電池システムでは、スタックに供給される燃料の濃度を適切に制御するために、濃度の検出値とともに、補正値、温度条件などを考慮する必要が生じる。このため、制御装置の構成が複雑となり、燃料電池の制御に用いられる制御装置の設計自由度が制限されるという短所がある。しかも、従来の直接メタノール型燃料電池では、メタノール濃度センサが故障すると、適切な濃度の燃料をスタックに供給できず、燃料電池の安定的かつ持続的な運転が不可能となる。
【００１０】
【特許文献１】米国特許公開２００４／０２４７９５４号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、メタノール濃度センサを用いずに、燃料電池に供給される燃料の濃度を制御し、システムの安定的かつ持続的な運転を可能にする、新規かつ改良された、燃料電池システムと、その制御装置および制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するために、本発明の第１の観点によれば、燃料および水からなる混合燃料と酸化剤とを電気化学的に反応させて電気エネルギーを発生させる燃料電池と、燃料電池に燃料を供給する燃料供給装置と、燃料電池から出力される第１電流および第１電圧により規定される第１地点が基準電流−電圧曲線の下側に位置する場合、燃料の供給量を所定量増加させた後に、燃料電池から出力される第２電流および第２電圧により規定される第２地点への変化状態に応じて、燃料および水の少なくともいずれかの供給量を増減させる制御装置と、を含む燃料電池システムが提供される。
【００１３】
かかる構成によれば、制御装置は、燃料電池からの第１時点の出力が基準電流−電圧曲線の下側に位置する場合、燃料供給装置を介して燃料の供給量を所定量増加させた後に、第２時点の出力への変化状態に応じて、燃料および水の少なくともいずれかの供給量を増減させる。これにより、燃料電池に供給される燃料の濃度が、メタノール濃度センサを用いることなく制御されるので、システムの安定的かつ持続的な運転が可能となる。
【００１４】
上記制御装置は、燃料電池の温度を感知する温度感知部と、燃料電池から出力される電流および電圧を感知する出力感知部と、第１地点が感知された温度条件に相応する基準電流−電圧曲線の下側に位置するか否かを判断し、第２地点が第１地点から基準電流−電圧曲線に近づくか、基準電流−電圧曲線から遠ざかるかを判断する比較演算部と、比較演算部の判断結果に応じて、燃料の供給量を所定量増加させるための第１制御信号と、燃料または水の供給量を増減させるための第２制御信号と、を発生させる制御信号発生部と、を含むようにしてもよい。
【００１５】
上記第１および第２制御信号に応じて、燃料の供給量を調節する第１流量調節装置と、水の供給量を調節する第２流量調節装置と、をさらに含むようにしてもよい。
【００１６】
上記制御装置は、複数の温度条件に相応する複数の基準電流−電圧曲線を記憶するメモリと、メモリにアクセスして制御を行うプロセッサと、を含むようにしてもよい。
【００１７】
上記プロセッサは、第２地点が基準電流−電圧曲線に近づくと、燃料の供給量を一定量増加させ、第２地点が基準電流−電圧曲線から遠ざかると、水の供給量を一定量増加させるようにしてもよい。
【００１８】
上記プロセッサは、第２地点が基準電流−電圧曲線に近づくと、水の供給量を一定量減少させ、第２地点が基準電流−電圧曲線から遠ざかると、燃料の供給量を一定量減少させるようにしてもよい。
【００１９】
上記プロセッサは、第２地点が基準電流−電圧曲線に近づくと、燃料の供給量を一定量増加させるとともに水の供給量を一定量減少させ、第２地点が基準電流−電圧曲線から遠ざかると、燃料の供給量を一定量減少させるとともに水の供給量を一定量増加させるようにしてもよい。
【００２０】
上記燃料供給装置および燃料電池に接続され、混合燃料を貯蔵する混合装置をさらに含むようにしてもよい。
【００２１】
上記混合装置は、混合燃料のレベルを測定するレベル測定装置を備えるようにしてもよい。
【００２２】
上記燃料電池から電気化学的な反応の副生成物として排出される水蒸気および水を混合装置に供給するリサイクラをさらに含むようにしてもよい。
【００２３】
上記リサイクラは、制御装置によって制御され、燃料の供給量を調節する第２流量調節装置をさらに含むようにしてもよい。
【００２４】
上記制御装置によって制御され、水蒸気の凝縮量を調節する第１流量調節装置を備えるようにしてもよい。
【００２５】
上記燃料電池から排出される未反応燃料を混合装置に伝達する燃料循環装置をさらに含むようにしてもよい。
【００２６】
上記混合装置に水を供給する水供給装置をさらに含むようにしてもよい。
【００２７】
上記燃料の供給量を調節する第１流量調節装置および水の供給量を調節する第２流量調節装置をさらに含むようにしてもよい。
【００２８】
上記制御装置によって制御され、燃料電池に混合燃料を供給する燃料供給手段と、燃料電池に酸化剤を供給する酸化剤供給手段と、をさらに含むようにしてもよい。
【００２９】
上記燃料電池の出力を負荷に供給する電力分配装置をさらに含むようにしてもよい。
【００３０】
電力分配装置に接続され、制御装置および負荷に電力を供給する補助電源供給装置をさらに含むようにしてもよい。
【００３１】
また、本発明の第２の観点によれば、燃料および水からなる混合燃料と酸化剤とを電気化学的に反応させて電気エネルギーを発生させる燃料電池と、燃料および水の供給量を調節する第１および第２流量調節装置と、を備えた燃料電池システムを制御する、燃料電池システムの制御装置が提供される。本制御装置は、基準電流−電圧曲線を記憶するメモリと、メモリにアクセスするプロセッサと、を含む。ここで、本プロセッサは、燃料電池から出力される第１電流および第１電圧により規定される第１地点が基準電流−電圧曲線の下側に位置する場合、燃料の供給量を所定量増加させた後に、燃料電池から出力される第２電流および第２電圧により規定される第２地点への変化状態に応じて、燃料および水の少なくともいずれかの供給量を増減させる。
【００３２】
かかる構成によれば、プロセッサは、直接メタノール型燃料電池からの第１時点の出力がメモリに記憶された基準電流−電圧曲線の下側に位置する場合、第１流量調節装置を介して燃料の供給量を所定量増加させた後に、第２時点の出力への変化状態に応じて、第１または第２流量調節装置を介して燃料および水の少なくともいずれかの供給量を増減させる。これにより、燃料電池に供給される燃料の濃度が、メタノール濃度センサを用いることなく制御されるので、システムの安定的かつ持続的な運転が可能となる。
【００３３】
また、本発明の第３の観点によれば、燃料および水からなる混合燃料を用いる燃料電池と、燃料電池に混合燃料を供給する燃料供給部と、に接続された制御装置において、燃料電池および燃料供給部を含む燃料電池システムを制御する方法が提供される。本方法は、燃料電池から出力される第１電流および第１電圧を感知する第１段階と、第１電流および第１電圧により規定される第１地点が燃料電池の基準電流−電圧曲線の下側に位置するか否かを判断する第２段階と、第１地点が基準電流−電圧曲線の下側に位置する場合、燃料の供給量を所定量増加させる第３段階と、第１地点から、燃料電池で感知された第２電流および第２電圧により規定される第２地点への変化状態に応じて、燃料電池に供給される燃料および水の少なくともいずれかを増減させる第４段階と、を含む。
【００３４】
かかる方法によれば、制御装置は、燃料電池からの第１時点の出力を感知し、第１時点の出力が基準電流−電圧曲線の下側に位置するか否かを判断し、下側に位置する場合には燃料の供給量を所定量増加させ、、第１時点から第２時点の出力への変化状態に応じて、燃料および水の少なくともいずれかの供給量を増減させる。これにより、燃料電池に供給される燃料の濃度が、メタノール濃度センサを用いることなく制御されるので、システムの安定的かつ持続的な運転が可能となる。
【発明の効果】
【００３５】
以上のように、本発明によれば、メタノール濃度センサを用いずに、燃料電池に供給される燃料の濃度を制御し、システムの安定的かつ持続的な運転を可能にする、燃料電池システムと、その制御装置および制御方法が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
以下に、添付した図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００３７】
以下の説明で、ある要素と他の要素とが接続されているとは、両者が直接接続されている場合のみならず、他の要素を介して接続されている場合をも含む概念である。
【００３８】
図２は、本発明の第１実施形態に係る燃料電池システムを示すブロック図である。
【００３９】
図２を参照すれば、本実施形態に係る燃料電池システム１００は、混合燃料内の燃料濃度を検出する濃度センサを用いずに、混合燃料内の燃料濃度を所望の濃度に制御し、燃料電池システム１００の安定的かつ持続的な運転を可能にする。このために、燃料電池システム１００は、燃料電池１１０、燃料供給装置１２０、混合装置１３０、リサイクラ１４０、電力分配装置１５０、補助電源供給装置１６０および制御装置１７０を備える。
【００４０】
より具体的に、燃料電池１１０は、燃料と酸化剤とを電気化学的に反応させて電気エネルギーを発生させる電気発生部または発電システムを含む。燃料電池１１０のアノード側には燃料が供給され、カソード側には酸化剤が供給される。燃料は水素ガス、天然ガス、メタノール、石炭、石油、バイオマスガス、埋立地ガスなどを含み、酸化剤は空気や酸素ガスなどを含む。
【００４１】
燃料電池１１０としては、直接メタノール型燃料電池（ＤＭＦＣ）が用いられることが好ましい。直接メタノール型燃料電池は、膜電極アセンブリ（Ｍｅｍｂｒａｎｅ  Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  Ａｓｓｅｍｂｌｙ：ＭＥＡ）からなる、複数の単位燃料電池がセパレータ（ｓｅｐａｒａｔｏｒ）を介して積層された構造を有する。膜電極アセンブリは、高分子電解質膜の両側にアノード電極（「燃料極」または「酸化電極」と称する。）とカソード電極（「空気極」または「還元電極」と称する。）とが付着された構造を有する。この種の構造は、いわゆるスタック（ｓｔａｃｋ）と称される。
【００４２】
かかる構成において、燃料電池１１０のアノード側触媒層に燃料が供給されると、触媒層では、燃料が電気化学的に反応し、水素イオン（ｐｒｏｔｏｎ）（Ｈ＋）と電子（ｅ−）とにイオン化して酸化される。水素イオンは、アノード側触媒層から高分子電解質膜を介してカソード側触媒層に移動し、電子は、外部導線を介してカソード側触媒層に移動する。カソード側触媒層に移動した水素イオンは、カソード側触媒層に供給される空気中の酸素と電気化学的に還元反応し、反応熱と水とを発生させる。そして、電子の移動によって電気エネルギーが発生する。燃料電池１１０の反応は、次式により示される。
【００４３】
アノード側：ＣＨ３ＯＨ＋Ｈ２Ｏ  →  ＣＯ２＋６Ｈ＋＋６ｅ−
カソード側：６Ｈ＋＋３／２Ｏ２＋６ｅ−  →  ３Ｈ２Ｏ
全体反応：ＣＨ３ＯＨ＋３／２Ｏ２  →  ２Ｈ２Ｏ＋ＣＯ２
【００４４】
直接メタノール型燃料電池１１０のアノード側に供給される燃料は、水および燃料の混合燃料である。例えば、混合燃料は、一定割合で混合されたメタノールおよび水の混合液中に、一定モル濃度の燃料が含まれる燃料である。燃料電池１１０と混合装置１３０との間に設置されたポンプ１１２を用いると、混合燃料の供給量を任意に調節することが可能である。そして、燃料電池１１０のカソード側に設置された空気ポンプ１１４を用いると、空気の供給量を任意に調節することが可能である。
【００４５】
燃料供給装置１２０は、燃料電池１１０に供給する燃料を貯蔵する。燃料供給装置１２０は、燃料タンクのような燃料貯蔵容器や取り替えが容易なカートリッジ方式の燃料貯蔵容器を含む。燃料供給装置１２０に貯蔵される燃料は、水などが混合された混合燃料または水などが混合されていない純燃料を含む。混合燃料の場合、燃料供給装置１２０に貯蔵される燃料は、燃料電池１１０に供給される混合燃料より燃料のモル濃度が高い高濃度の混合燃料である。そして、燃料供給装置１２０と混合装置１３０との間に設置されたポンプ１２２を用いると、燃料供給装置１２０から混合装置１３０に供給される燃料の供給量を任意に調節することが可能である。
【００４６】
混合装置１３０は、燃料供給装置１２０などから供給される燃料と水とを混合して貯蔵する。混合装置１３０に供給される燃料は、燃料電池１１０から排出され、燃料循環装置を介して混合装置１３０に供給される未反応燃料を含む。ここで、燃料循環装置は、燃料電池１１０と混合装置１３０とに接続された配管１１６を備える。そして、混合装置１３０に供給される水は、燃料電池１１０から排出され、リサイクラ１４０を介して混合装置１３０に供給される水蒸気や水を含む。例えば、燃料電池１１０のカソード側に発生した水の約１／３を回収してアノード側に供給すると、燃料に最初から水を混合する必要がない。
【００４７】
さらに、混合装置１３０を用いると、高濃度の燃料を使用することができるため、同一体積の燃料を使用する場合には、希釈燃料（水が混合された燃料）に比べて長時間の発電が可能となる。例えば、約０．１２４３７２ｍｌ／ｍｉｎ程度の純メタノール燃料が要求される１２Ｗの直接メタノール型燃料電池では、１０モル濃度換算で約０．３１０９２９ｍｌ／ｍｉｎ、１モル濃度換算で約３．１０９２９２ｍｌ／ｍｉｎの混合燃料が必要となる。このように、同一体積の燃料を使用する場合には、高濃度の燃料を使用する方が長時間の運転に有利となる。同時に、同一時間発電する場合には、燃料供給装置１２０（燃料タンク）の容量を小さくできる。
【００４８】
リサイクラ１４０は、燃料電池１１０のカソード側に接続された配管１１８を介して排出される水蒸気を一定量だけ強制凝縮させる。例えば、リサイクラ１４０は、水蒸気から熱を奪うことができる金属配管と、金属配管の外部で金属配管を強制空冷させるファンとから構成されうる。もちろん、リサイクラ１４０は、適用可能な多様な熱交換器または凝縮器（ｃｏｎｄｅｎｓｅｒ）から構成されるようにしてもよい。そして、燃料電池１１０と混合装置１３０との間に設置されたリサイクラ１４０を用いると、混合装置１３０に供給される水の供給量を任意に調節することが可能である。
【００４９】
電力分配装置１５０は、燃料電池１１０の出力を負荷に伝達する。電力分配装置１５０は、必要に応じて、燃料電池１１０の出力を負荷から要求される電力に対応するように変換する。例えば、電力分配装置１５０は、ＤＣ−ＤＣ変換器、ＤＣ−ＡＣ変換器などから構成されうる。
【００５０】
さらに、電力分配装置１５０は、補助電源供給装置１６０の出力を負荷に伝達する。電力分配装置１５０は、燃料電池１１０の出力と補助電源供給装置１６０の出力とを組合せて負荷に供給するか、または両出力のいずれか一つを選択的に供給する。また、電力分配装置１５０は、燃料電池１１０の出力を負荷に供給するとともに、余剰電力を補助電源供給装置１６０に供給する。この場合、補助電源供給装置１６０は充電可能な装置となる。
【００５１】
また、電力分配装置１５０では、電力変換などの処理過程を通じて燃料電池１１０の出力が一定量減少する。よって、電力分配装置１３０としては、高効率の装置を用いることが好ましい。
【００５２】
補助電源供給装置１６０は、制御装置１７０や負荷などに必要な電力を供給する。補助電源供給装置１６０は、例えば、燃料電池１１０の初期駆動時などに、電力分配装置１５０を介して制御装置１７０と燃料電池１１０の周辺装置（ポンプなど）とに電力を供給する。補助電源供給装置１６０には、バッテリ、キャパシタ、スーパーキャパシタなどが用いられる。
【００５３】
補助電源供給装置１６０を構成するバッテリは、燃料電池１１０から出力される電気エネルギーなどによって充電され、充電された電気エネルギーを放電させる二次電池を含む。二次電池としては、ニッケル水素（Ｎｉ−ＭＨ）、リチウム系二次電池などが用いられる。リチウム系二次電池には、リチウムイオン二次電池、リチウムイオン高分子二次電池、リチウム高分子二次電池（リチウムポリマー二次電池）が含まれる。
【００５４】
制御装置１７０は、スタック構造の燃料電池１１０に十分な量の混合燃料と酸化剤とが供給されるように、燃料電池１１０のアノード側に接続されたポンプ１１２と燃料電池１１０のカソード側に接続された、例えば、空気ポンプ１１４などの酸化剤供給装置を制御する。制御装置１７０は、必要な制御信号ＣＳ１、ＣＳ２を生成し、制御信号ＣＳ１、ＣＳ２をポンプ１１２および空気ポンプ１１４に各々に印加する。ポンプ１１２や空気ポンプ１１４は、通過流量を調節することができる流量調節装置の一例である。
【００５５】
また、制御装置１７０は、一定容量の記憶部を備える。制御装置１７０の記憶部には、燃料電池１１０の高負荷に相当する運転状態で出力される電流および電圧を検出し、検出された電流および電圧を用いて基準となる燃料濃度を算出し、算出された基準燃料の濃度と、算出された条件時の電流−電圧曲線を基準電流−電圧曲線として設定する情報が記憶される。そして、記憶部に記憶される基準燃料の濃度と基準電流−電圧曲線とは、温度条件に応じて異なる出力特性を示す燃料電池の特性に適合するように、複数の温度条件に相応する複数の情報を含む。
【００５６】
制御装置１７０は、燃料電池１１０の温度を感知する。燃料電池１１０の温度は、初期駆動時に燃料電池１１０の正常駆動状態を確認したり、正常駆動時に最適効率の運転状態を維持するための情報として用いられる。このために、燃料電池１１０には、サーミスタなどの温度検出装置が設置される。制御装置１７０は、温度検出装置から検出された検出信号ＤＳ１を受信する。
【００５７】
さらに、制御装置１７０は、燃料電池１１０から出力される電流および電圧を感知する。燃料電池１１０から出力される電流および電圧を用いると、燃料電池１１０に供給される混合燃料の濃度が最適効率で測定された基準濃度に近づいたか否かが確認される。制御装置１７０は、例えば、電力分配装置１６０を介して燃料電池１１０から出力される電流および電圧を感知する。この場合、制御装置１７０は、燃料電池１１０の出力端子で検出された電流および電圧に対する検出信号ＤＳ２を電力分配装置１５０から受信する。
【００５８】
また、制御装置１７０は、燃料供給装置１２０から混合装置１３０に供給される燃料の供給量を調節するために制御信号ＣＳ３を生成し、制御信号ＣＳ３をポンプ１２２に印加する。そして、制御装置１７０は、燃料電池１１０のカソード側から排出された水蒸気の凝縮率を調節するために制御信号ＣＳ４を生成し、制御信号ＣＳ４をリサイクラ１４０のファンなどに印加する。一方、制御装置１７０は、混合装置１３０に設置された、例えば、レベルセンサなどのレベル測定装置から混合燃料のレベルに相当する検出信号ＤＳ３を受信し、検出信号ＤＳ３に応じて燃料供給量および／または水供給量を調節することができる。
【００５９】
本実施形態において、制御装置１７０は、燃料電池１１０から出力される電流および電圧を感知し、感知された電流および電圧により規定される地点（電力曲線上の地点）が、予め記憶された基準電流−電圧曲線の許容範囲から逸脱するか否かを判断し、逸脱する場合には、燃料を所定量だけ追加供給し、燃料電池１１０の電流および電圧により規定される地点の変化状態（移動方向）に応じて、燃料および／または水の供給量を調節して混合燃料の濃度を最適化する。制御装置１７０の構成および制御方法は、以下の詳細な説明でより具体化される。
【００６０】
前述の構成によれば、メタノール濃度センサを用いずに、燃料電池１１０に適した最適の燃料濃度を制御することが可能となる。すなわち、循環水の量が変化したり、他のモル濃度の燃料が使用されたりする場合のように、燃料電池１１０に供給される混合燃料の濃度が変化する場合でも、メタノール濃度センサを用いずに、燃料電池１１０に供給される混合燃料の濃度が最適化される。よって、メタノール濃度センサを用いずに、燃料電池システム１００の安定的かつ持続的な運転が可能となる。さらに、メタノール濃度センサが搭載された燃料電池システムでは、メタノール濃度センサが故障した場合でも、燃料電池システムの持続的かつ安定的な運転が可能となる。
【００６１】
図３は、第１実施形態に係る燃料電池システムに適用可能な制御装置を示すブロック図である。以下で説明する制御装置２００は、第１実施形態に係る制御装置１７０に対応する。
【００６２】
図３を参照すれば、制御装置２００は、燃料電池の温度、電流、電圧を感知し、感知された電圧および電流により規定される地点が基準電流−電圧曲線に近づくように、燃料および／または水の供給量を調節する。これにより、燃料電池の運転効率が最適化される。
【００６３】
制御装置２００は、燃料電池の温度を感知する温度感知部２１０と、燃料電池の電流および電圧を感知する出力感知部２２０と、燃料電池の基準電流−電圧曲線を記憶する記憶部２３０と、感知された電流および電圧により規定される地点が基準電流−電圧曲線の許容範囲から逸脱するか、または許容範囲に近づくかを判断する比較演算部２４０と、感知された電流および電圧に基づく判断によって燃料濃度を制御するための制御信号を生成する信号発生部２５０と、を備える。
【００６４】
前述の構成によると、制御装置２００は、燃料電池で感知された電流および電圧に応じて、燃料の供給量を調整可能なポンプと、水の供給量を調整可能なファンまたはポンプを制御し、混合燃料のモル濃度を任意に調節することができる。この種の制御装置２００は、マイクロプロセッサとメモリとから構成される。
【００６５】
図４は、本発明の第２実施形態に係る燃料電池システムの制御装置を示すブロック図である。
【００６６】
図４を参照すれば、本実施形態に係る制御装置３００は、信号をリアルタイムで処理可能なマイクロプロセッサ３１０と、プロセッサ３１０に接続され、プログラムが記憶されるメモリシステム３３０とからなる。
【００６７】
プロセッサ３１０は、演算処理用のＡＬＵ（Ａｒｉｔｈｍｅｔｉｃ  Ｌｏｇｉｃ  Ｕｎｉｔ）３１４と、データおよび命令語を一時的に記憶するレジスタ３１６と、燃料電池システムの動作を制御するコントローラ３１８と、を含む。プロセッサ３１０は、デジタル（Ｄｉｇｉｔａｌ）社製のアルファ（Ａｌｐｈａ）、ＭＩＰＳテクノロジー、ＮＥＣ、ＩＤＴおよびシーメンス（Ｓｉｅｍｅｎｓ）などの製品であるＭＩＰＳ、インテル（Ｉｎｔｅｌ）、サイリックス（Ｃｙｒｉｘ）、ＡＭＤおよびネクスジェン（Ｎｅｘｇｅｎ）などの製品であるｘ８６、ＩＢＭおよびモトローラ（Ｍｏｔｏｒｏｌａ）などの製品であるパワーＰＣ（Ｐｏｗｅｒ  ＰＣ）のように多様なアーキテクチャを有するプロセッサのうち少なくとも一つを含む。
【００６８】
メモリシステム３３０は、一般に、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）やＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）のような記憶媒体形態を有する高速のメインメモリと、フロッピー(登録商標)ディスク、ハードディスク、磁気テープ、ＣＤ−ＲＯＭ、フラッシュメモリなどの長期記憶媒体形態を有する補助メモリ、および電気、磁気、光学などの記憶媒体を用いてデータを記憶する装置を含む。ここで、メインメモリは、ディスプレイ装置を介して画像を表示するビデオメモリを含むようにしてもよい。また、メモリシステム３３０は、所定のルーチンを行うように製作された素子、例えば、フリップフロップを含む。
【００６９】
メモリシステム３３０には、基準電流−電圧曲線を記憶するルックアップテーブル３３２、３３４が記憶される。ルックアップテーブル３３２、３３４には、燃料電池スタック３４７の温度条件に相応する複数の基準電流−電圧曲線が記憶されることが好ましい。ここで、基準電流−電圧曲線とは、燃料電池スタック３４７の効率が最適化される温度条件下において、燃料電池スタック３４７の出力電流および電圧に基づいて作成された電流−電圧曲線である。
【００７０】
前述の構成により、プロセッサ３１０は、スタック構造の燃料電池や補助電源供給装置または商用電源などの電源供給装置３４９から電源を供給され、燃料電池スタック３４７の出力電流および電圧を感知し、温度センサ３４１から燃料電池スタック３４７の温度に相当する検出信号を受信する。ここで、検出信号は、増幅器３４３を介してプロセッサ３１０に入力される。そして、プロセッサ３１０は、混合装置に設置されたレベルセンサ３４５から混合燃料のレベルに相当する検出信号を受信する。プロセッサ３１０に入力された信号は、例えば、所定ビットのＡＤ変換器からなる入力端３１２を介してプロセッサ３１０に認識される。
【００７１】
次に、プロセッサ３１０は、プログラムや所定のルーチンを行うように構成されたメモリシステム３３０を介して、燃料電池から出力される第１電流および第１電圧により規定される第１地点が基準電流−電圧曲線の下側に位置する場合、燃料の供給量を所定量増加させた後に、燃料電池から出力される第２電流および第２電圧により規定される第２地点の変化状況（第１地点からの移動方向）に応じて、第１ポンプ３５１および／またはリサイクラ３５３内のファンを制御して、燃料または水の供給量を調節する。
【００７２】
具体的には、図５ａに示すように、混合燃料の濃度が適正濃度よりも低く、第１地点が基準電流−電圧曲線の下側に位置する場合、所定量の燃料が供給されると、第２地点は、基準電流−電圧曲線に近づく方向に移動する。この場合、制御装置３００は、第１地点から第２地点への移動方向を感知して混合燃料が低濃度であることを確認し、燃料電池から出力される電流および電圧を感知するとともに一定量の燃料を追加供給し、燃料電池から出力される電流および電圧により規定される地点が基準電流−電圧曲線と一致するようにシステムを制御する。
【００７３】
一方、図５ｂに示すように、混合燃料の濃度が適正濃度よりも低い状態で所定量の水が追加供給されると、燃料が不足して燃料電池の出力が急激に低下する場合があり、極端な場合には、燃料電池の運転が停止する。
【００７４】
他方で、図５ｃに示すように、混合燃料の濃度が適正濃度よりも高く、第１地点が基準電流−電圧曲線の下側に位置する場合、所定量の燃料が供給されると、第２地点は、基準電流−電圧曲線から遠ざかる。この場合、制御装置３００は、第１地点から第２地点への移動方向を感知して混合燃料が高濃度であることを確認し、燃料電池から出力される電流および電圧を感知するとともに一定量の水を追加供給し、燃料電池から出力される電流および電圧により規定される地点が基準電流−電圧曲線と一致するようにシステムを制御する。
【００７５】
前述の説明によれば、プロセッサ３１０が燃料または水の供給量を調節する第１の方法としては、燃料の供給量を所定量増加させた後に、第２地点が基準電流−電圧曲線側に近づくと、燃料の供給量を一定量増加させ、第２地点が基準電流−電圧曲線から遠ざかると、水の供給量を一定量増加させるという、一連の過程を実施する場合が考えられる。第２の方法としては、燃料の供給量を所定量増加させた後に、第２地点が基準電流−電圧曲線側に近づくと、水の供給量を一定量減少させ、第２地点が基準電流−電圧曲線から遠ざかると、燃料の供給量を一定量減少させるという、一連の過程を実施する場合が考えられる。第３の方法としては、燃料の供給量を所定量増加させた後に、第２地点が基準電流−電圧曲線に近づくと、燃料の供給量を一定量増加させるとともに水の供給量を一定量減少させ、第２地点が基準電流−電圧曲線から遠ざかると、燃料の供給量を一定量減少させるとともに水の供給量を一定量増加させるという、一連の過程を実施する場合が考えられる。
【００７６】
前述の第１ポンプ３５１は、例えば、燃料を混合装置に供給するポンプに対応する。そして、プロセッサ３１０は、燃料電池に混合燃料を供給するポンプおよび空気を供給する空気ポンプに各々に対応する第２および第３ポンプ３５５、３５７を制御する。
【００７７】
前述の構成によると、本実施形態に係る制御装置３００は、メタノール濃度センサなど、燃料の濃度を検出する燃料濃度センサを用いずに、燃料電池スタックから出力される電流および電圧のみを用いて、燃料電池スタック３４７に供給される混合燃料の濃度を、効率が最適化される濃度に調節することができる。
【００７８】
すなわち、従来の直接メタノール型燃料電池では、燃料電池システムの出力が適正値を下回ることにより、混合燃料のモル濃度の変化が想定されていたが、メタノール濃度センサが搭載されていない、またはセンサが故障している場合には、混合燃料のモル濃度の変化が確認されず、燃料電池システムの安定的かつ持続的な運転が不可能であった。しかし、本実施形態によれば、直接メタノール型燃料電池の出力が適正値を下回る場合、所定量の燃料を追加供給し、燃料電池の出力変化に応じて混合燃料の濃度の変化を判断することにより、混合燃料の濃度を適正濃度に調節することができる。よって、本実施形態によれば、燃料濃度センサを用いずに、直接メタノール型燃料電池の安定的かつ持続的な運転が可能となる。
【００７９】
図６は、本発明の第３実施形態に係る燃料電池システムの制御方法を示すフローチャートである。
【００８０】
図６を参照すれば、まず、燃料電池システムの制御装置３００は、直接メタノール型燃料電池から出力される電流（Ｉ）および電圧（Ｖ）を感知する（５１０）。
【００８１】
次に、制御装置３００は、感知された電流および電圧が基準電流−電圧Ｉ−Ｖ曲線の下側に位置するか否かを判断する（５２０）。すなわち、感知された電流および電圧により規定される第１地点（または電力点）が基準電流−電圧曲線の下側に位置するか否かを判断する。ここで、基準電流−電圧曲線は、燃料電池の最大出力に近い条件として設定されるので、以下の説明では、感知された電流および電圧により規定される地点が基準電流−電圧曲線の上側に位置することは考慮しない。
【００８２】
判断５２０の一方法としては、感知された電流および電圧を用いて、感知された電流と実質的に等しい基準電流に相応する基準電圧を基準電流−電圧曲線から算出し、感知された電圧と比較するとともに、感知された電圧と実質的に等しい基準電圧に相応する基準電流を基準電流−電圧曲線から算出し、感知された電流と比較することが考えられる。比較結果より、感知された電流および電圧が比較対象とされる基準電流および基準電圧より小さければ、感知された電流および電圧が基準電流−電圧曲線の下側にあると判断される。
【００８３】
ここで、実質的に同一の基準電流および基準電圧は、基準電流およひ基準電圧が一定の許容範囲を有することを意味する。例えば、感知された電流および電圧が各々に２３２ｍＡ、４．２５Ｖであれば、同一の基準電圧における基準電流が２３５ｍＡとなり、感知された電流が各々に２３５ｍＡ〜２３０ｍＡの範囲であれば、感知された電流が基準電流の許容範囲にあると判断する。感知された電圧についても、感知された電流と同様に判断される。
【００８４】
次に、制御装置３００は、まず所定量の燃料を追加供給する（５３０）。所定量の燃料は、燃料電池の出力を変化可能な最小の燃料量として実験的に設定される。例えば、所定量の燃料とは、出力１２Ｗの直接メタノール型燃料電池にメタノール濃度１モルの混合燃料が供給されている場合、混合タンクに供給される純メタノールの毎分当りの供給量を、例えば、０〜１０％の所定範囲で増加させた燃料量を意味する。所定量の燃料が追加供給されても、燃料電池の出力が変化しない場合、所定量の燃料の追加供給が２、３回繰り返されるようにしてもよい。
【００８５】
次に、制御装置３００は、燃料電池で再び感知された電流および電圧により規定される第２地点が基準電流−電圧曲線に近づくように移動したか否かを判断する（５４０）。すなわち、図７ａに示すように、制御装置３００は、一定の許容範囲Ｚを有する基準電流−電圧曲線Ｄに対して、感知された電流および電圧により規定される地点Ａが地点Ｂのように近づくように移動したか、または地点Ｃのように遠ざかるように移動したかを判断する。段階５４０の判断の一つの方法は、例えば、同一の電圧下で感知された電流と基準電流との差が減少するとともに、同一の電流下で感知された電圧と基準電圧との差が減少したか否かを判断するように行われるようにしてもよい。
【００８６】
段階５４０の判断によって、制御装置３００は、感知された電流および電圧により規定される地点Ａの移動方向に応じて、燃料電池に供給されている混合燃料の濃度が適正濃度よりも高濃度に変化しているか、低濃度に変化しているかを判断する。すなわち、制御装置３００は、燃料電池の出力が減少した後に、所定量の燃料の追加供給に応じて、燃料電池の出力がＡ地点からＢ地点に移動すると、混合燃料の濃度が低濃度であると判断し、燃料電池の出力がＡ地点からＣ地点に移動すると、混合燃料の濃度が高濃度であると判断する。
【００８７】
段階５４０の判断結果より、感知された電流および電圧が基準電流−電圧曲線に近づくと、制御装置３００は、感知された電流および電圧が基準電流−電圧曲線の許容範囲に位置するか否かを判断する（５４５）。
【００８８】
段階５４５の判断結果より、感知された電流および電圧により規定される地点が許容範囲に位置しなければ、制御装置３００は、混合燃料の濃度を適正濃度に上げるために一定量の燃料を追加供給する（５５０）。もちろん、本段階で水の供給量を一定量減少させる、または燃料の供給量を一定量増やすとともに水の供給量を一定量減少させることも可能である。次に、制御装置３００は、燃料電池の電流および電圧を再び感知し、感知された電流および電圧が基準電流−電圧曲線の許容範囲に位置するか否かを判断する（５６０）。制御装置３００は、段階５６０の判断結果より、許容範囲に位置すれば、現時点で燃料電池に供給されている燃料および水の供給率を変更記憶する（５９０）。そして、制御過程を終了する。一方、制御装置３００は、段階５４５の判断結果より、所定量の燃料を供給した後に、燃料電池から感知された電流および電圧が許容範囲に位置すれば、現時点で燃料電池に供給されている燃料および水の供給率を変更記憶する（５９０）。そして、制御過程を終了する。
【００８９】
一方、段階５４０の判断結果より、感知された電流および電圧により規定される地点が基準電流−電圧曲線に近づいていなければ、制御装置３００は、混合燃料の濃度を適正濃度に下げるために一定量の水を追加供給する（５７０）。もちろん、本段階で燃料の供給量を一定量減少させる、または水の供給量を一定量増やすとともに燃料の供給量を一定量減少させることも可能である。次に、制御装置３００は、燃料電池の電流および電圧を再び感知し、感知された電流および電圧が基準電流−電圧曲線の許容範囲に位置するか否かを判断する（５８０）。段階５８０の判断結果より、制御装置３００は、感知された電流および電圧により規定される地点が許容範囲に位置すれば、現時点で燃料電池に供給されている燃料および水の供給率を変更記憶する（５９０）。そして、前記制御過程を終了する。
【００９０】
図７ｂに示すように、段階５７０を実行したにもかかわらず、燃料電池の出力により規定されるＣ地点がＣ１地点に移動せずにＣ２地点に移動する場合、すなわち、正常な制御が行えない状態である場合、制御装置３００は、警報を発し、必要であれば燃料電池の運転を停止させる。
【００９１】
前述の制御方法において、基準電流−電圧曲線は、燃料電池の製作時または使用中に設定することができる。燃料電池の使用中に基準電流−電圧曲線を設定する場合、バッテリとの組合せによる高負荷での運転の直後に、バッテリを分離させた状態で燃料電池から出力される電流および電圧を測定することにより、最適効率時において燃料電池から出力される電流および電圧を測定することができる。このように、本発明は、前述の方法で測定した電流および電圧を基準電流および基準電圧に変更設定することにより、燃料電池の長時間の運転による変化にも容易に適用することができる。
【００９２】
一方、本発明は、前述の実施形態に限定されない。例えば、燃料および水は、直接メタノール型燃料電池に別個に供給された後に混合されるようにしてもよい。この場合、燃料電池は、燃料および水が適切に混合可能となる構造を備え、混合装置を省略できる。また、燃料供給装置は、遠隔地の燃料貯蔵所から複数の燃料電池に燃料を供給する燃料移送管や逆止弁などを含むようにしてもよい。また、水は別の水供給装置および／またはポンプなどを介して混合装置に供給される、または燃料電池に直接供給されるようにしてもよい。また、燃料供給装置が自ら一定圧力で燃料を供給できる場合、前述のポンプは、例えば、弁と弁制御装置、送風機などにより代替される。そして、燃料電池には、全体的な効率を向上するために、熱交換器、加湿器、冷却装置などの周辺装置がさらに設置されるようにしてもよい。
【００９３】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記入された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【図面の簡単な説明】
【００９４】
【図１】従来の一般的な燃料電池システムにおいて、燃料濃度に応じて変化する電流−電圧曲線を示すグラフである。
【図２】本発明の第１実施形態に係る燃料電池システムを示すブロック図である。
【図３】第１実施形態に係る燃料電池システムに適用可能な制御装置を示すブロック図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係る燃料電池システムの制御装置を示すブロック図である。
【図５ａ】図４に示す制御装置による燃料濃度の調節方法を説明するグラフである。
【図５ｂ】図４に示す制御装置による燃料濃度の調節方法を説明するグラフである。
【図５ｃ】図４に示す制御装置による燃料濃度の調節方法を説明するグラフである。
【図６】本発明の第３実施形態に係る燃料電池システムの制御方法を示すフローチャートである。
【図７ａ】図６に示す燃料電池システムの制御方法による燃料濃度の調節方法を説明するグラフである。
【図７ｂ】図６に示す燃料電池システムの制御方法による燃料濃度の調節方法を説明するグラフである。
【符号の説明】
【００９５】
１００  燃料電池システム
１１０  直接メタノール型燃料電池（ＤＭＦＣ）
１２０  燃料供給装置
１３０  混合装置
１４０  リサイクラ
１６０  電力分配装置
１７０  制御装置
１８０  補助電源供給装置
【図１】
2007095679.tif 000003
【図２】
2007095679.tif 000004
【図３】
2007095679.tif 000005
【図４】
2007095679.tif 000006
【図５ａ】
2007095679.tif 000007
【図５ｂ】
2007095679.tif 000008
【図５ｃ】
2007095679.tif 000009
【図６】
2007095679.tif 000010
【図７ａ】
2007095679.tif 000011
【図７ｂ】
2007095679.tif 000012