(57)【要約】【課題】バッファ部で貯蔵している液量を適切に調整することができ、安定した運転を実現可能な燃料電池の運転方法を提供する。【解決手段】スタックの温度に対する温度閾値及びバッファ部に貯蔵されている液量に対する上限液量閾値をそれぞれ設定するステップ（Ｓ１００）と、検出された液量と上限液量閾値とを比較するステップ（Ｓ１０１）と、検出された温度と温度閾値とを比較するステップ（Ｓ１０２）と、検出された液量が上限液量閾値より多く、且つ検出された温度が温度閾値以下の場合には、スタックと電気的負荷との接続を切断した状態で二次電池によりファンを動作させ、且つ二次電池により循環ポンプを駆動しアノード閉経路内に燃料を循環させるステップ（Ｓ１０３）とを含む。【選択図】      図８
2009081058.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質膜と、前記電解質膜を介して互いに対向するアノード極及びカソード極とを有し、前記アノード極に供給された燃料と前記カソード極に供給された空気との反応により発電するセルを含むスタックと、
前記燃料を貯蔵するバッファ部と、
前記バッファ部に貯蔵されている前記燃料の液量を検出する液量センサと、
前記スタック及び前記燃料の少なくともいずれかの温度を検出する温度センサと、
前記バッファ部から前記アノード極を介して前記バッファ部へ戻るアノード閉経路に前記燃料を循環させる循環ポンプと、
前記スタックを冷却するためのファンと、
前記アノード閉経路に前記燃料を供給する燃料供給部と、
前記スタックにより発電した電力を蓄える二次電池
とを備える燃料電池の運転方法であって、
前記検出された温度に対する温度閾値及び前記検出された液量に対する上限液量閾値をそれぞれ設定するステップと、
前記検出された液量と前記上限液量閾値とを比較するステップと、
前記検出された温度と前記温度閾値とを比較するステップと、
前記検出された液量が前記上限液量閾値より多く、且つ前記検出された温度が前記温度閾値以下の場合には、前記スタックと電気的負荷との接続を切断した状態で前記二次電池により前記ファンを動作させ、且つ前記二次電池により前記循環ポンプを駆動し前記アノード閉経路内に前記燃料を循環させるステップ
とを含むことを特徴とする燃料電池の運転方法。
【請求項２】
前記検出された液量が前記上限液量閾値より多く、且つ前記検出された温度が前記温度閾値より高い場合には、前記スタックと前記電気的負荷との接続を切断した状態で前記ファンを停止させ、且つ前記二次電池により前記循環ポンプを駆動し前記アノード閉経路内に前記燃料を循環させるステップを更に含むことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池の運転方法。
【請求項３】
前記バッファ部に貯蔵されている液量に対する下限液量閾値を設定するステップと、
前記検出された液量と前記下限液量閾値とを比較するステップと、
前記検出された液量が前記下限液量閾値より少ない場合には、前記二次電池及び前記スタックのいずれか一により前記ファンを動作させ、且つ前記二次電池及び前記スタックのいずれか一により前記循環ポンプを駆動し前記アノード閉経路内に前記燃料を循環させ且つ前記スタックと前記電気的負荷との間を流れる電流値の上限を制限して駆動するステップ
とを更に含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の燃料電池の運転方法。
【請求項４】
電解質膜と、前記電解質膜を介して互いに対向するアノード極及びカソード極とを有し、前記アノード極に供給された燃料と前記カソード極に供給された空気との反応により発電するセルを含むスタックと、
前記燃料を貯蔵するバッファ部と、
前記バッファ部に貯蔵されている前記燃料の液量を検出する液量センサと、
前記スタック及び前記燃料の少なくともいずれかの温度を検出する温度センサと、
前記バッファ部から前記アノード極を介して前記バッファ部へ戻るアノード閉経路に前記燃料を循環させる循環ポンプと、
前記カソード極に空気を供給するファンと、
前記アノード閉経路に前記燃料を供給する燃料供給部と、
前記スタックにより発電した電力を蓄える二次電池
とを備える燃料電池の運転方法であって、
前記スタックの温度に対する温度閾値及び前記バッファ部に貯蔵されている液量に対する上限液量閾値をそれぞれ設定するステップと、
前記検出された液量と前記上限液量閾値とを比較するステップと、
前記検出された温度と前記温度閾値とを比較するステップと、
前記検出された温度が前記温度閾値より大きく、且つ前記検出された液量が前記上限液量閾値より多い場合には、前記スタックと前記電気的負荷との接続を切断した状態で前記二次電池により前記循環ポンプを駆動し且つ前記ファンを間欠的に又は燃料電池の定格運転時に比べて低速で動作させるステップ
とを含むことを特徴とする燃料電池の運転方法。
【請求項５】
前記検出された温度が前記温度閾値より大きく、且つ前記検出された液量が前記上限液量閾値以下の場合には、前記スタックと前記電気的負荷との接続を切断した状態で前記循環ポンプを停止し、且つ前記二次電池により前記ファンを前記検出された温度が前記温度閾値より大きく、且つ前記検出された液量が前記上限液量閾値より多い場合より高速で動作させるステップを更に含むことを特徴とする請求項４に記載の燃料電池の運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池に関し、特に直接燃料酸化型燃料電池の運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
直接燃料酸化型燃料電池において、アノード側に気液分離構造を設け、アノード反応において生成された気体（ＣＯ２ガス）をアノード側で液体燃料及び水と気液分離する手法が知られている（例えば、特許文献１参照。）。このような気液分離構造を用いると、アノード経路を閉ループに構成することが可能になり、アノード閉経路を小型化することが製品を作る上での目標となる。その際、アノード閉経路の構成要素であるバッファ部を、バッファ可能な量を少なくすることで小型化するのは目標達成に有効である。
【０００３】
バッファ部で貯蔵される液量の調整を温度により行う手法は提案されている（例えば、特許文献２参照。）。しかしながら、特許文献２ではバッファ量が大きい場合を想定しており、定格運転時の調整しか検討されていない。そのため、定格運転の開始前及び終了時に別途調整を行わないと、バッファ部を小型化することにより液量をバッファすることができなくなり、自動運転が破綻する可能性がある。
【特許文献１】特開２００２−１７５８１７号公報
【特許文献２】特開２００５−３６０７００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、バッファ部で貯蔵している液量を適切に調整することができ、安定した運転を実現可能な燃料電池の運転方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本願発明の一態様によれば、（イ）電解質膜と、電解質膜を介して互いに対向するアノード極及びカソード極とを有し、アノード極に供給された燃料とカソード極に供給された空気との反応により発電するセルを含むスタックと、（ロ）燃料を貯蔵するバッファ部と、（ハ）バッファ部に貯蔵されている燃料の液量を検出する液量センサと、（ニ）スタック及び燃料の少なくともいずれかの温度を検出する温度センサと、（ホ）バッファ部からアノード極を介してバッファ部へ戻るアノード閉経路に燃料を循環させる循環ポンプと、（ヘ）スタックを冷却するためのファンと、（ト）アノード閉経路に燃料を供給する燃料供給部と、（チ）スタックにより発電した電力を蓄える二次電池とを備える燃料電池の運転方法であって、（イ）検出された温度に対する温度閾値及び検出された液量に対する上限液量閾値をそれぞれ設定するステップと、（ロ）検出された液量と上限液量閾値とを比較するステップと、（ハ）検出された温度と温度閾値とを比較するステップと、（ニ）検出された液量が上限液量閾値より多く、且つ検出された温度が温度閾値以下の場合には、スタックと電気的負荷との接続を切断した状態で二次電池によりファンを動作させ、且つ二次電池により循環ポンプを駆動しアノード閉経路内に燃料を循環させるステップとを含む燃料電池の運転方法が提供される。
【０００６】
本願発明の他の態様によれば、（イ）電解質膜と、電解質膜を介して互いに対向するアノード極及びカソード極とを有し、アノード極に供給された燃料とカソード極に供給された空気との反応により発電するセルを含むスタックと、（ロ）燃料を貯蔵するバッファ部と、（ハ）バッファ部に貯蔵されている燃料の液量を検出する液量センサと、（ニ）スタック及び燃料の少なくともいずれかの温度を検出する温度センサと、（ホ）バッファ部からアノード極を介してバッファ部へ戻るアノード閉経路に燃料を循環させる循環ポンプと、（ヘ）カソード極に空気を供給するファンと、（ト）アノード閉経路に燃料を供給する燃料供給部と、（チ）スタックにより発電した電力を蓄える二次電池とを備える燃料電池の運転方法であって、（イ）スタックの温度に対する温度閾値及びバッファ部に貯蔵されている液量に対する上限液量閾値をそれぞれ設定するステップと、（ロ）検出された液量と上限液量閾値とを比較するステップと、（ハ）検出された温度と温度閾値とを比較するステップと、（ニ）検出された温度が温度閾値より大きく、且つ検出された液量が上限液量閾値より多い場合には、スタックと電気的負荷との接続を切断した状態で二次電池により循環ポンプを駆動し且つファンを間欠的に又は燃料電池の定格運転時に比べて低速で動作させるステップとを含む燃料電池の運転方法が提供される。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、バッファ部で貯蔵している液量を適切に調整することができ、安定した運転を実現可能な燃料電池の運転方法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】
【０００８】
次に、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。又、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。
【０００９】
又、以下に示す実施の形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。この発明の技術的思想は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。
【００１０】
（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態に係る燃料電池は、図１に示すように、電解質膜と、電解質膜を介して互いに対向するアノード極及びカソード極とを有し、アノード極に供給された燃料とカソード極に供給された空気との反応により発電するセルを含むスタック１００と、燃料を貯蔵するバッファ部１０６と、バッファ部１０６に貯蔵されている燃料の液量を検出する液量センサ１１１と、スタック１００及び燃料の少なくともいずれかの温度を検出する温度センサ１０１と、バッファ部１０６からアノード極を介してバッファ部１０６へ戻るアノード閉経路Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４に燃料を循環させる循環ポンプ１０７と、カソード極に空気を供給するファン１０２と、アノード閉経路Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４に燃料を供給する燃料供給部１１０と、スタック１００により発電した電力を蓄える二次電池４２とを備える。
【００１１】
スタック１００とバッファ部１０６とは、図１において実線で簡略化して表示した燃料配管Ｌ１により接続されている。同様に、バッファ部１０６と循環ポンプ１０７とは燃料配管Ｌ２により接続され、スタック１００と循環ポンプ１０７とは燃料配管（経路）Ｌ３，Ｌ４で接続されている。スタック１００と循環ポンプ１０７との間の経路Ｌ３，Ｌ４には濃度センサ１０８が配置されている。バッファ部１０６とスタック１００との間の経路Ｌ１には燃料供給部１１０が接続されている。
【００１２】
本発明の第１の実施の形態において、スタック１００として、燃料にメタノールを用いた直接メタノール型燃料電池（ＤＭＦＣ）用のスタックを説明する。スタック１００は、図２に示すように、電解質膜１１、及び電解質膜１１を挟んで対向するアノード極及びカソード極を有する膜電極複合体（ＭＥＡ）１と、アノード極における反応により生成した流体を気体と液体に分離する気液分離層２と、アノード極に燃料を供給する燃料流路５、及び気体を排出する気体流路６を有するアノード流路板４とを備えるセルを１単位として複数のセルで構成される。
【００１３】
膜電極複合体１において、アノード触媒層１２、カーボン緻密層１４及びアノードガス拡散層１６によりアノード極が構成されている。又、カソード触媒層１３、カーボン緻密層１５及びカソードガス拡散層１７によりカソード極が構成されている。
【００１４】
電解質膜１１は、例えばナフィオン膜（登録商標）等のプロトン（Ｈ＋）導電性を有する固体高分子膜からなる。アノード触媒層１２は、例えば白金ルテニウム（ＰｔＲｕ）等からなる。カソード触媒層１３は、例えば白金（Ｐｔ）等からなる。アノードガス拡散層１６としては、例えば市販のカーボンペーパーにポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）で撥水処理を施したものを、カソードガス拡散層１７としては、例えば市販のカーボン緻密層付のカーボンクロスをそれぞれ使用可能である。アノードガス拡散層１６は、アノード触媒層１２への燃料供給、アノード反応による生成物の排出、及び集電を円滑に行う。カソードガス拡散層１７は、カソード触媒層１３への空気の供給、カソード反応による生成物の排出、及び集電を円滑に行う。
【００１５】
気液分離層２は、導電性、疎液性（撥水性）及び気体透過性を有する。気液分離層２としては、カーボンペーパー、カーボンクロス及びカーボン不織布等の多孔体層が使用可能である。
【００１６】
アノード流路板４には、燃料流路５及び気体流路６が形成されている。燃料流路５は、燃料又は燃料水溶液を燃料供給口１８からアノード電極へ供給するとともに、アノード極により未反応の燃料水溶液等を燃料排出口１９から排出する。気体流路６は、アノード反応により生成した気体（ＣＯ２ガス）を気体排出口２０から排出する。
【００１７】
カソードガス拡散層１７の外側には、カソード集電体（カソード流路板）７が配置されている。カソード集電体７は、空気を開口部８からカソード極に供給するとともに集電を行う。アノードガスケット９及びカソードガスケット１０は、燃料及び空気の外部へのリークを防止する。
【００１８】
本発明の第１の実施の形態に係る燃料電池において、図３に示すように、メタノール水溶液が燃料流路５を通過して、気液分離層２の開口部２１を介してアノード極に供給される。同時に、カソード集電体７の開口部８から空気が取り込まれ、カソード極に供給される。アノード極及びカソード極での反応は、それぞれ反応式（１），（２）で表される。
【００１９】
ＣＨ３ＯＨ＋Ｈ２Ｏ→６Ｈ＋＋６ｅ−＋ＣＯ２  …（１）
６Ｈ＋＋６ｅ−＋３／２Ｏ２→３Ｈ２Ｏ …（２）
アノード反応で生成したプロトン（Ｈ＋）は電解質膜１１を通してカソード極へ流れる。アノード反応で生成した電子（ｅ−）は、アノード流路板４、図示を省略した外部回路、カソード集電体７を経由してカソード極へ運ばれる。アノード反応で発生したＣＯ２は、燃料流路５内の液中に気泡を形成するより、疎液性の気液分離層２を透過する方が容易なため、疎液性の気液分離層２を透過して、気体流路６から排出される。アノード極で未反応の水の一部は燃料流路５内のメタノール水溶液と混合し、残りは電解質膜１１を透過してカソード側から外部へ排出される。カソード反応で生成した水の一部は、電解質膜１１を通してアノード触媒層１２側へ逆拡散し、残りはカソード集電体７の開口部８から外部へ排出される。
【００２０】
図１において温度センサ１０１はスタック１００に取り付けられている。なお、温度センサ１０１の配置位置は特に限定されず、アノード閉経路Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４に配置され、アノード閉経路Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４を循環する燃料の温度、もしくはスタック１００の温度（例えばアノード流路板４やカソード流路板７の表面温度）を検出できれば良い。ファン１０２は、スタック１００に取り付けられている。ファン１０２は、スタック１００を冷却したり、カソード極へ空気を供給する。循環ポンプ１０７は、アノード閉経路Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４に燃料を循環させてスタック１００へ燃料を供給するとともにバッファ部１０６に燃料を回収する。
【００２１】
燃料供給部１１０は、アノード極における燃料の使用、及び液の増減に起因するアノード閉経路Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４内の燃料の濃度変化を検出し、アノード閉経路Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４内に高濃度燃料を補充することにより燃料の濃度を制御することが可能である。燃料供給部１１０は、高濃度燃料を貯蔵するカートリッジ１０３と、カートリッジ１０３から高濃度燃料を吸い出し、アノード閉経路Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４に供給可能な供給ポンプ１０５と、供給ポンプ１０５とカートリッジ１０３との間の経路に配置され、カートリッジ１０３と供給ポンプ１０５の間を遮断可能なバルブ１０４を備える。
【００２２】
バッファ部１０６は、アノード閉経路Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４の液量が所定範囲で変動しても吸収可能であるとともに、バッファ部１０６に貯蔵されている液量を検出することにより、液量を操作することも可能である。
【００２３】
バッファ部１０６は、図４に示すように、容器３１と、容器３１内に設けられたベローズ３２と、ベローズ３２の変位を検出可能な液量センサ１１１を備える。容器３１には燃料配管Ｌ１，Ｌ２にそれぞれ接続している図示を省略した燃料の入口と出口が設けられていて、容器３１とベローズ３２との間のスペースに燃料を貯蔵する。ベローズ３２のスペース側は反対側とシールされており、反対側は孔３３を介して大気と通じている。液量センサ１１１としては、例えば金属との距離を検出可能なうず電流センサが使用可能であり、ベローズ３２の大気と通じる側に貼り付けられた金属板により、ベローズ３２の変位を検出することで燃料の液量を検出可能である。
【００２４】
バッファ部１０６に貯蔵できる液量には、ベローズ３２の変形限界という物理的制約がある。そこで、変形限界のときの下限値Ｐmin、上限値Ｐmaxのそれぞれとセンター値Ｐ０との間に、少なくとも一つずつ下限液量閾値Ｐ１、上限液量閾値Ｐ２を設定する。図５に示すように液量が下限液量閾値Ｐ１より少ない場合には、液量が増加するように制御し、図６に示すように液量が上限液量閾値Ｐ２より多い場合には、液量が減少するように制御する。
【００２５】
図１に示したスタック１００と二次電池４２とは電力供給部（ハイブリットシステム）１０９に含まれる。電力供給部１０９は、図７に示すように、スタック１００に接続された昇圧部４１と、昇圧部４１に接続され且つ負荷Ｌ０にスイッチＳ１を介して接続されたダイオードＤ１と、負荷Ｌ０に接続されたダイオードＤ２と、ダイオードＤ２にスイッチＳ３を介して接続された二次電池４２と、ダイオードＤ１にスイッチＳ１を介して接続され、二次電池４２にスイッチＳ２，Ｓ３を介して接続され且つ負荷Ｌ０に接続された充電制御部４３を更に備える。スタック１００と二次電池４２とは、ダイオードＤ１，Ｄ２によりＯＲ（ダイオードＯＲ）接続されて負荷Ｌ０に接続されている。スイッチＳ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４は、それぞれオン／オフを切り替え可能である。二次電池４２としては、リチウムイオン二次電池（ＬＩＢ）等が使用可能である。充電制御部４３は、二次電池４２の電池貯蔵量を計測し、スイッチＳ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４の切り替えを制御する。
【００２６】
電力供給部１０９によれば、スタック１００で発電した電力と、二次電池４２に蓄えられた電力を切り替えて負荷Ｌ０を駆動することができる。又、スタック１００で発電した電力が負荷Ｌ０に対して余剰な場合には、二次電池４２に充電可能である。他方、スタック１００で発電した電力が負荷Ｌ０に対して不足する場合には、二次電池４２から電力供給可能である。
【００２７】
本発明の第１の実施の形態に係る燃料電池において、アノード側からカソード側へ透過する水の量はスタック１００の温度により変化する。具体的には、定格運転時の基準とする温度（例えば６０度程度）に対して高温（例えば６５度程度）にするほど透過量は増え、低温（例えば５５度程度）にするほど透過量は減る。これらを勘案すると、スタック１００での反応に必要な空気供給量を上回る回転数でファン１０２の回転数を調整することにより、スタック１００の温度を操作することができ、それによりアノード側からカソード側へ透過する水の量、ひいてはバッファ部１０６に貯蔵されている液量を制御可能である。ファン１０２の回転数を上げるほど冷却効果は高まり冷えやすくなるが、同時に増える空気供給量は、所定量以上になると発電への効果は余り変化しなくなる。
【００２８】
このため、本発明の第１の実施の形態に係る燃料電池の定格運転時には、図４に示すようにバッファ部１０６で貯蔵している液量が下限液量閾値Ｐ１以上且つ上限液量閾値Ｐ２以下の範囲にある場合には、液量が変化しないようファン１０２を回転させて６０度程度の温度で運転する。図５に示すように下限液量閾値Ｐ１よりも液量が少なくなった場合には、水を回収して液量が増加するようにファン２の回転数を上げて冷却効果を高め、５５度程度に温度を下げて運転する。図６に示すように上限液量閾値Ｐ２よりも液量が多くなった場合には、水を飛ばして液量が減少するようにファン１０２の回転数を下げ、６５度程度に温度を昇温して運転する。このように、検出された液量に基づいて、温度を操作することにより液量が制御される。
【００２９】
ここで、定格運転前には、実際には動作を開始してから運転可能な温度に到達するまでの昇温プロセスを経なければならない。この間は、定格運転時よりも低い温度で推移する場合がほとんどであり、単に温度を操作する方法では液量を減少させる方向への制御が不可能である。又、空のカートリッジ１０３へ回収する等の外部へ液を抜き出す動作を許容すれば対応可能であるが、製品仕様としては現実的ではない。
【００３０】
次に、本発明の第１の実施の形態に係る燃料電池の運転方法を、図８のフローチャートを参照しながら説明する。
【００３１】
（イ）ステップＳ１００において、液量センサ１１１で検出されるバッファ部１０６に貯蔵されている燃料の液量に対して、下限値Ｐminとセンター値Ｐ０との間に下限液量閾値Ｐ１、上限値Ｐmaxとセンター値Ｐ０との間に上限液量閾値Ｐ２をそれぞれ設定し、更に温度センタ１０１で検出されるスタック１００又は燃料の温度に対して温度閾値Ｔ１（例えば３０〜４０度程度）を設定しておく。なお、下限液量閾値Ｐ１、上限液量閾値Ｐ２及び温度閾値Ｔ１は、製品や状況に応じて適宜設定可能である。
【００３２】
（ロ）定格運転開始前の昇温プロセス中、ステップＳ１０１において、液量センサ１１１により検出された液量と上限液量閾値Ｐ２とを比較する。図６に示すように液量センサ１１１により検出された液量が上限液量閾値Ｐ２より多い場合には、ステップＳ１０２に進み、図５に示すように液量センサ１１１により検出された液量が上限液量閾値Ｐ２以下の場合には、ステップＳ１０８に進む。
【００３３】
（ハ）ステップＳ１０２において、温度センサ１０１により検出した温度と温度閾値Ｔ１とを比較する。検出された温度が温度閾値Ｔ１より低い場合には、ステップＳ１０３において、開回路電圧（ＯＣＶ）を保持する動作を行う。即ち、スタック１００と電気的負荷Ｌ０との接続を切断した状態とし、二次電池４２からの電力でファン１０２を動作させ、且つ二次電池４２からの電力で循環ポンプ１０７を駆動することによりアノード閉経路Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４を循環させる。アノード閉経路Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４を循環させることで積極的に液量を減少させるとともに、無負荷時に水の透過量が増える特性を利用して液量を減少させることができる。ステップＳ１０４において一定時間が経過するか、或いは液量が上限液量閾値Ｐ２以下まで達したら処理を終了する。その後、温度条件等の準備が整えば定格運転を開始する。
【００３４】
（ニ）ステップＳ１０２において、温度センサ１０１により検出された温度が温度閾値Ｔ１より高い場合には、ステップＳ１０６においてスタック１００と電気的負荷Ｌ０との接続を切断した状態とし、ファン１０２を停止させたまま、循環ポンプ１０７を駆動することによりアノード閉経路Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４を循環させる。アノード閉経路Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４を循環させることで積極的に液量を減少させるとともに、無負荷時に水の透過量が増える特性を利用して液量を減少させることができる。ステップＳ１０７において一定時間が経過するか、或いは液量が上限液量閾値Ｐ２以下まで達したら処理を終了する。
【００３５】
（ホ）ステップＳ１０８において、液量センサ１１１により検出された液量と下限液量閾値Ｐ１とを比較する。液量センサ１１１により検出された液量が下限液量閾値Ｐ１よりも少ない場合には、、ステップＳ１０９において、スタック１００又は二次電池４２からの電力で、ファン１０２を動作させ、且つ循環ポンプ１０７を駆動することによりアノード閉経路Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４を循環させ、スタック１００と電気的負荷Ｌ０との間を流れる電流値の上限を制限（限定）して駆動する。負荷Ｌ０を駆動することにより、水の透過量は減少し、液量を増加させることができる。更に、負荷Ｌ０を制限することにより、定格運転時の温度に達するまでの昇温時間を比較的長くし、液量の増加を促進することができる。ステップＳ１１０において一定時間が経過するか、或いは液量が上限液量閾値Ｐ２以下まで達したら処理を終了する。
【００３６】
（ヘ）ステップＳ１０８において液量センサ１１１により検出された液量が下限液量閾値Ｐ１以上の場合には、バッファ部１０６に貯蔵されている液量は適切と判断される。このため、、ステップＳ１１１においてスタック１００又は二次電池４２からの電力でファン１０２を動作させ、且つ循環ポンプ１０７を駆動することによりアノード閉経路Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４を循環させる。そして、スタック１００又は二次電池４２からの電力で負荷Ｌ０を駆動する。ステップＳ１１０において一定時間が経過したら処理を終了する。
【００３７】
本発明の第１の実施の形態によれば、定格運転開始前等のスタック１００の温度が低い場合において、下限液量閾値Ｐ１、上限液量閾値Ｐ２、温度閾値Ｔ１に応じてバッファ部１０６に貯蔵される液量を適切な範囲で維持することが可能となる。
【００３８】
又、バッファ部１０６に貯蔵されている燃料の下限値Ｐminとセンター値Ｐ０との間に複数の下限液量閾値Ｐ１、上限値Ｐmaxとセンター値Ｐ０との間に複数の上限液量閾値Ｐ２、及び複数の温度閾値Ｔ１をそれぞれ設定して段階的な対応をしても良い。
【００３９】
（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態に係る燃料電池は、図１に示した構成と実質的に同様であるので、重複した説明を省略する。本発明の第２の実施の形態に係る燃料電池の運転方法を、図９のフローチャートを参照しながら説明する。
【００４０】
（イ）ステップＳ２００において、バッファ部１０６に貯蔵されている燃料の液量に対して、上限値Ｐmaxとセンター値Ｐ０との間に上限液量閾値Ｐ２を設定し、スタック１００の温度に対して温度閾値Ｔ１を設定しておく。
【００４１】
（ロ）定格運転終了後、ステップＳ２０１において、温度センサ１０１により検出された温度と温度閾値Ｔ１とを比較する。温度センサ１０１により検出された温度が温度閾値Ｔ１より高い場合には、ステップＳ２０２に進み、温度センサ１０１により検出された温度が温度閾値Ｔ１以下の場合には、ステップＳ２０７に進む。
【００４２】
（ハ）ステップＳ２０２において、液量センサ１１１により検出された液量と上限液量閾値Ｐ２とを比較する。図６に示すように液量センサ１１１により検出された液量が上限液量閾値Ｐ２より多い場合には、ステップＳ２０３に進み、図５に示すように液量センサ１１１により検出された液量が上限液量閾値Ｐ２以下の場合には、ステップＳ２０５に進む。
【００４３】
（ニ）ステップＳ２０３において、定格運転時に駆動する電気的負荷Ｌ０とスタック１００との接続を切断した状態で、二次電池４２から電力を得て、循環ポンプ１０７を駆動することによりアノード閉経路Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４を循環させ、積極的に液量を減少させることができる。又、二次電池４２から電力を得て、ファン１０２を間欠的に又は燃料電池の定格運転時に比べて低速で動作させる。ファン１０２を回転させることにより排気口等で結露が生じることを防ぐことができる。ステップＳ２０４において一定時間が経過するか、或いは液量が上限液量閾値Ｐ２以下まで達したら処理を終了する。
【００４４】
（ホ）ステップＳ２０５において、定格運転時に駆動する電気的負荷Ｌ０とスタック１００との接続を切断した状態で循環ポンプ１０７を停止させる。二次電池４２によりファン１０２をステップＳ２０３の場合より高速で動作させるか、或いはファン１０２を停止する。ファン１０２を回転させた場合には、排気口等で結露が生じることを防ぐことができる。ステップＳ２０６において一定時間が経過したら処理を終了する。
【００４５】
（ヘ）ステップＳ２０７において、定格運転時に駆動する負荷Ｌ０を切断した無負荷状態で循環ポンプ１０７を停止させる。二次電池４２によりファン１０２を定常動作させるか、或いはファン１０２を停止する。ファン１０２を回転させた場合には、排気口等で結露が生じることを防ぐことができる。
【００４６】
本発明の第２の実施の形態によれば、運転終了時において、バッファ部１０６に貯蔵される液量を適切に調整可能となる。これにより、再び定格運転を行うときに容易に運転を開始することができる。
【００４７】
（その他の実施の形態）
上記のように、本発明は第１及び第２の実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
【００４８】
本発明の第１の実施の形態における定格運転前の運転方法と第２の実施の形態における定格運転後の運転方法とを組合せて実施することも可能である。
【００４９】
又、本発明の第１及び第２の実施の形態において定格運転前後の運転方法として説明したが、定格運転中においてそれぞれの処理を行っても良い。
【００５０】
又、本発明の第１及び第２の実施の形態に係る燃料電池で用いる燃料としては、メタノールの他、種々のアルコールやエーテル等を使用しても良い。
【００５１】
このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る燃料電池の一例を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係るスタックに含まれるセルの断面図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係るセルの要部断面図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係るバッファ部の一例を示す概略図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態に係るバッファ部の液量が下限値のときの概略図である。
【図６】本発明の第１の実施の形態に係るバッファ部の液量が上限値のときの概略図である。
【図７】本発明の第１の実施の形態に係る電力供給部の一例を示すブロック図である。
【図８】本発明の第１の実施の形態に係る燃料電池の運転方法の一例を説明するためのフローチャートである。
【図９】本発明の第２の実施の形態に係る燃料電池の運転方法の一例を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
【００５３】
Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４…アノード閉経路（燃料配管）
１…膜電極複合体
２…気液分離層
４…アノード流路板
５…燃料流路
６…気体流路
７…カソード集電体
８…開口部
９…アノードガスケット
１０…カソードガスケット
１１…電解質膜
１２…アノード触媒層
１３…カソード触媒層
１４…カーボン緻密層
１５…カーボン緻密層
１６…アノードガス拡散層
１７…カソードガス拡散層
１８…燃料供給口
１９…燃料排出口
２０…気体排出口
２１…開口部
３１…容器
３２…ベローズ
３３…孔
４１…昇圧部
４２…二次電池
４３…充電制御部
１００…スタック
１０１…温度センサ
１０２…ファン
１０３…カートリッジ
１０４…バルブ
１０５…供給ポンプ
１０６…バッファ部
１０７…循環ポンプ
１０８…濃度センサ
１０９…電力供給部
１１０…燃料供給部
１１１…液量センサ
【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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