(57)【要約】【課題】燃料電池にヒータを設けずとも燃料電池の加熱・温度制御を行えるようにする。【解決手段】燃料電池１１の温度が温度センサ１５によって検知され、その検知温度が制御部３０に入力される。温度センサ１５の検知温度が所定閾値以上であると制御部３０によって認定されると、制御部３０が設定温度を高温に設定して、フィードバック制御により改質器６の温度をその高温の設定温度にする。一方、温度センサ１５の検知温度が所定閾値未満であると制御部３０によって認定されると、制御部３０が設定温度を低温に設定して、フィードバック制御により改質器６の温度をその低温の設定温度にする。改質器６の温度が低温の設定温度になると、未反応の燃料が燃料電池１１に送られ、燃料電池１１が昇温する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料を貯留する燃料貯留部と、
前記燃料貯留部から送られた燃料を水素に改質する改質器と、
前記改質器から送られた水素により発電を行う燃料電池と、を備え、
前記改質器で改質されなかった未反応の燃料を前記燃料電池に送るようにして前記燃料電池を加熱することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記改質器による燃料から水素への転化能力を下げることにより、前記改質器で生成された水素とともに、前記改質器で改質されなかった未反応の燃料を前記燃料電池に送るようにして前記燃料電池を加熱す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。
【請求項３】
前記改質器の温度を下げることにより前記改質器による燃料から水素への転化能力を下げる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】
前記改質器に設けられ、前記改質器を加熱するヒータと、
前記ヒータを制御する制御部と、を更に備え、
前記制御部が前記ヒータの出力を下げることによって前記改質器の温度が下がることを特徴とする請求項３に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記改質器に設けられ、前記燃料電池から送出された水素を燃焼させて前記改質器を加熱する燃焼器と、
前記燃焼器に空気を供給し、その供給流量を調整する空気供給器と、
前記空気供給器を制御する制御部と、を更に備え、
前記制御部が前記空気供給器による供給流量を下げることによって、前記燃焼器における水素燃焼が抑えられて、前記改質器の温度が下がることを特徴とする請求項３に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記燃料貯留部から送られる燃料の流量を上げることにより前記改質器による燃料から水素への転化能力を下げる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７】
前記燃料を気化する熱源を有する気化器と、
前記燃料を気化器へ送る液体ポンプと、
前記気化器と前記液体ポンプを制御する制御部と、を更に備え、
前記制御部が前記熱源の出力を上げるとともに前記液体ポンプの流量を上げることによって、前記燃料貯留部から送られる燃料の流量が上がることを特徴とする請求項６に記載の燃料電池システム。
【請求項８】
燃料を貯留する燃料貯留部と、
前記燃料貯留部から送られた燃料を水素に改質する改質器と、
前記改質器から送られた水素により発電を行う燃料電池と、
前記燃料電池の温度を検知する温度検知部と、
前記温度検知部により検知された温度に基づき、前記改質器による燃料から水素への転化能力を制御する転化能力制御部と、を備えることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項９】
前記転化能力制御部は、前記温度検知部により検知された温度が所定閾値以上である場合に前記改質器の転化能力を高くし、前記温度検知部により検知された温度が前記所定閾値未満である場合に前記改質器の転化能力を低くす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】
燃料を貯留する燃料貯留部と、
前記燃料貯留部から送られた燃料を水素に改質する改質器と、
前記改質器から送られた水素により発電を行う燃料電池と、
前記燃料電池の温度を検知する温度検知部と、
前記温度検知部により検知された温度に基づき、前記改質器の温度を制御する温度制御装置と、を備えることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項１１】
前記温度制御装置は、
前記温度検知部により検知された温度に基づき設定温度を設定する温度設定手段と、
前記改質器の温度を前記温度設定手段により設定された設定温度に制御する設定温度制御部と、を備える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】
前記温度設定手段が、前記温度検知部により検知された温度が所定閾値以上である場合に前記設定温度を高温に設定し、前記温度検知部により検知された温度が前記所定閾値未満である場合に前記設定温度を低温に設定す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】
前記設定温度制御部が、
前記改質器を加熱するヒータと、
前記改質器の温度を検知する改質器温度検知部と、
前記改質器温度検知部の検知温度に基づき前記ヒータの出力を制御し、前記改質器の温度を前記温度設定手段により設定された設定温度に制御するフィードバック制御手段と、を備えることを特徴とする請求項１１又は１２に記載の燃料電池システム。
【請求項１４】
前記設定温度制御部が、
前記改質器に設けられ、前記燃料電池から送出された水素を燃焼させて前記改質器を加熱する燃焼器と、
前記改質器の温度を検知する改質器温度検知部と、
前記燃焼器に空気を供給し、その供給流量を調整する空気供給器と、
前記改質器温度検知部の検知温度に基づき前記空気供給器を制御し、前記改質器の温度を前記温度設定手段により設定された設定温度に制御するフィードバック制御手段と、を備えることを特徴とする請求項１１又は１２に記載の燃料電池システム。
【請求項１５】
燃料を貯留する燃料貯留部と、
前記燃料を搬送する液体ポンプと、
前記液体ポンプから送られた前記燃料を気化する気化器と、
前記気化器で気化した燃料を水素に改質する改質器と、
前記改質器から送られた水素により発電を行う燃料電池と、
前記燃料電池の温度を検知する温度検知部と、
前記温度検知部により検知された温度に基づき、前記燃料の流量を制御する流量制御装置と、を備えることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項１６】
前記流量制御装置は、
前記温度検知部により検知された温度に基づき前記燃料の流量を設定する流量設定手段
を備えることを特徴とする請求項１５に記載の燃料電池システム。
【請求項１７】
前記流量設定手段が、
前記温度検知部により検知された温度が所定閾値未満である場合、
前記燃料の流量を前記所定閾値以上である場合の前記設定流量に対して高流量に設定する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】
燃料貯留部に貯留された燃料を改質器に送って、前記改質器で燃料を水素に改質するとともに一部の燃料を改質せずに、前記改質器で生成された水素を燃料電池に送って前記燃料電池で発電を行うとともに、前記改質器で改質されなかった未反応の燃料を前記燃料電池に送るようにして前記燃料電池を加熱することを特徴とする発電方法。
【請求項１９】
前記改質器による燃料から水素への転化能力を下げることにより、前記改質器で生成された水素とともに、前記改質器で改質されなかった未反応の燃料を前記燃料電池に送るようにして前記燃料電池を加熱することを特徴とする請求項１８に記載の発電方法。
【請求項２０】
前記改質器の温度を下げることにより前記改質器による燃料から水素への転化能力を下げることを特徴とする請求項１９に記載の発電方法。
【請求項２１】
前記改質器に設けられ、前記改質器を加熱するヒータの出力を下げることによって前記改質器の温度を下げることを特徴とする請求項２０に発電方法。
【請求項２２】
前記改質器に設けられた燃焼器に前記燃料電池から水素を送出するとともに、前記燃焼器に空気を供給し、前記燃焼器で水素を燃焼させて前記改質器を加熱している際に、前記燃焼器に供給する空気の供給流量を下げることによって、前記燃焼器における水素燃焼を抑えて、前記改質器の温度を下げることを特徴とする請求項２０に記載の発電方法。
【請求項２３】
前記改質器に送る燃料の流量を上げることにより前記改質器による燃料から水素への転化能力を下げることを特徴とする請求項１９に記載の発電方法。
【請求項２４】
燃料貯留部に貯留された燃料を改質器に送って、前記改質器で生成された水素を燃料電池に送って前記燃料電池で発電を行い、前記燃料電池の温度を検知し、その検知温度に基づき前記改質器による燃料から水素への転化能力を制御することによって前記改質器から前記燃料電池に送る水素と未反応の燃料の量を制御することを特徴とする発電方法。
【請求項２５】
前記燃料電池の検知温度が所定閾値以上である場合に前記改質器の転化能力を高くし、前記燃料電池の検知濃度が前記所定閾値未満である場合に前記改質器の転化能力を低くすることを特徴とする請求項２４に記載の発電方法。
【請求項２６】
燃料貯留部に貯留された燃料を改質器に送って、前記改質器で生成された水素を燃料電池に送って前記燃料電池で発電を行い、前記燃料電池の温度を検知し、その検知温度に基づき前記改質器の温度を制御することを特徴とする発電方法。
【請求項２７】
燃料貯留部に貯留された燃料を改質器に送って、前記改質器で生成された水素を燃料電池に送って前記燃料電池で発電を行い、前記燃料電池の温度を検知し、その検知温度に基づき設定温度を設定し、前記改質器の温度をその設定温度にすることを特徴とする発電方法。
【請求項２８】
前記燃料電池の検知温度が所定閾値以上である場合に前記設定温度を高く設定し、前記燃料電池の検知温度が前記所定閾値未満である場合に前記設定温度を低く設定することを特徴とする請求項２７に記載の発電方法。
【請求項２９】
前記改質器の温度を検知し、前記改質器を加熱するヒータの出力をその検知温度に基づきフィードバック制御することによって、前記改質器の温度を前記設定温度にすることを特徴とする請求項２７又は２８に記載の発電方法。
【請求項３０】
前記改質器に設けられた燃焼器に前記燃料電池から水素を送出するとともに、前記燃焼器に空気を供給し、前記燃焼器で水素を燃焼させて前記改質器を加熱している際に、前記改質器の温度を検知し、前記燃焼器に供給する空気の供給流量をその検知温度に基づきフィードバック制御することによって、前記改質器の温度を前記設定温度にすることを特徴とする請求項２７又は２８に記載の発電方法。
【請求項３１】
燃料貯留部に貯留された燃料を改質器に送って、前記改質器で生成された水素を燃料電池に送って前記燃料電池で発電を行い、前記燃料電池の温度を検知し、その検知温度に基づき前記燃料の流量を制御することを特徴とする発電方法。
【請求項３２】
燃料貯留部に貯留された燃料を改質器に送って、前記改質器で生成された水素を燃料電池に送って前記燃料電池で発電を行い、前記燃料電池の温度を検知し、その検知温度に基づき前記燃料の設定流量を設定し、前記燃料の流量をその設定流量にすることを特徴とする発電方法。
【請求項３３】
前記燃料電池の検知温度が所定閾値未満である場合に前記燃料の流量を前記所定閾値以上である場合の前記設定流量に対して高流量に設定することを特徴とする請求項３２に記載の発電方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池システム及び発電方法に関し、特に、改質器及び燃料電池を用いた燃料電池システム及び発電方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、エネルギー変換効率の高いクリーンな電源として燃料電池が注目されるようになり、燃料電池自動車や電化住宅などへの実用化が進められてきている。また、携帯電話機やノート型パソコンといった携帯型電子機器においても、燃料電池を電源として用いる研究・開発が進められている。
【０００３】
燃料電池は水素と酸素の電気化学反応により発電する装置である。燃料電池に供給する水素はメタノールといった燃料から生成されるので、燃料と水から水素を生成する改質器等が燃料電池に接続されている。
【０００４】
また、燃料電池において効率良く発電が行われる温度は室温よりも高いので、燃料電池を加熱する必要がある。燃料電池において最も効率よく起きる適温があり、燃料電池を温度制御してその適温に維持する必要がある。燃料電池を加熱したり、燃料電池の温度制御をしたりするために、ヒータが用いられ、燃料電池にヒータを設けることが行われている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００７−３５３９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、燃料電池にヒータを設ける必要があり、燃料電池を小型化することができない。更には、そのヒータに付随する配線・流路等も設置する必要があり、燃料電池を用いたシステム全体の構成が複雑になり、システム全体も小型化することができない。
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、燃料電池にヒータを設けずとも燃料電池の加熱・温度制御を行えるようにすることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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、
燃料を貯留する燃料貯留部と、
前記燃料貯留部から送られた燃料を水素に改質する改質器と、
前記改質器から送られた水素により発電を行う燃料電池と、を備え、
前記改質器で改質されなかった未反応の燃料を前記燃料電池に送るようにして前記燃料電池を加熱することを特徴とする燃料電池システムが提供される。
【０００７】
請求項２に係る発明によれば、
前記改質器による燃料から水素への転化能力を下げることにより、前記改質器で生成された水素とともに、前記改質器で改質されなかった未反応の燃料を前記燃料電池に送るようにして前記燃料電池を加熱す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。
【０００８】
請求項３に係る発明によれば、
前記改質器の温度を下げることにより前記改質器による燃料から水素への転化能力を下げることを特徴とする請求項２に記載の燃料電池システムが提供される。
【０００９】
請求項４に係る発明によれば、
前記改質器に設けられ、前記改質器を加熱するヒータと、
前記ヒータを制御する制御部と、を更に備え、
前記制御部が前記ヒータの出力を下げることによって前記改質器の温度が下がることを特徴とする請求項３に記載の燃料電池システムが提供される。
【００１０】
請求項５に係る発明によれば、
前記改質器に設けられ、前記燃料電池から送出された水素を燃焼させて前記改質器を加熱する燃焼器と、
前記燃焼器に空気を供給し、その供給流量を調整する空気供給器と、
前記空気供給器を制御する制御部と、を更に備え、
前記制御部が前記空気供給器による供給流量を下げることによって、前記燃焼器における水素燃焼が抑えられて、前記改質器の温度が下がることを特徴とする請求項３に記載の燃料電池システムが提供される。
【００１１】
請求項６に係る発明によれば、
前記燃料貯留部から送られる燃料の流量を上げることにより前記改質器による燃料から水素への転化能力を下げることを特徴とする請求項２に記載の燃料電池システムが提供される。
【００１２】
請求項７に係る発明によれば、
前記燃料を気化する熱源を有する気化器と、
前記燃料を気化器へ送る液体ポンプと、
前記気化器と前記液体ポンプを制御する制御部と、を更に備え、
前記制御部が前記熱源の出力を上げるとともに前記液体ポンプの流量を上げることによって、前記燃料貯留部から送られる燃料の流量が上がることを特徴とする請求項６に記載の燃料電池システムが提供される。
【００１３】
請求項８に係る発明によれば、
燃料を貯留する燃料貯留部と、
前記燃料貯留部から送られた燃料を水素に改質する改質器と、
前記改質器から送られた水素により発電を行う燃料電池と、
前記燃料電池の温度を検知する温度検知部と、
前記温度検知部により検知された温度に基づき、前記改質器による燃料から水素への転化能力を制御する転化能力制御部と、を備えることを特徴とする燃料電池システムが提供される。
【００１４】
請求項９に係る発明によれば、
前記転化能力制御部は、前記温度検知部により検知された温度が所定閾値以上である場合に前記改質器の転化能力を高くし、前記温度検知部により検知された温度が前記所定閾値未満である場合に前記改質器の転化能力を低くす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が提供される。
【００１５】
請求項１０に係る発明によれば、
燃料を貯留する燃料貯留部と、
前記燃料貯留部から送られた燃料を水素に改質する改質器と、
前記改質器から送られた水素により発電を行う燃料電池と、
前記燃料電池の温度を検知する温度検知部と、
前記温度検知部により検知された温度に基づき、前記改質器の温度を制御する温度制御装置と、を備えることを特徴とする燃料電池システムが提供される。
【００１６】
請求項１１に係る発明によれば、
前記温度制御装置は、
前記温度検知部により検知された温度に基づき設定温度を設定する温度設定手段と、
前記改質器の温度を前記温度設定手段により設定された設定温度に制御する設定温度制御部と、を備えることを特徴とする請求項１０に記載の燃料電池システムが提供される。
【００１７】
請求項１２に係る発明によれば、
前記温度設定手段が、前記温度検知部により検知された温度が所定閾値以上である場合に前記設定温度を高温に設定し、前記温度検知部により検知された温度が前記所定閾値未満である場合に前記設定温度を低温に設定す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が提供される。
【００１８】
請求項１３に係る発明によれば、
前記設定温度制御部が、
前記改質器を加熱するヒータと、
前記改質器の温度を検知する改質器温度検知部と、
前記改質器温度検知部の検知温度に基づき前記ヒータの出力を制御し、前記改質器の温度を前記温度設定手段により設定された設定温度に制御するフィードバック制御手段と、を備えることを特徴とする請求項１１又は１２に記載の燃料電池システムが提供される。
【００１９】
請求項１４に係る発明によれば、
前記設定温度制御部が、
前記改質器に設けられ、前記燃料電池から送出された水素を燃焼させて前記改質器を加熱する燃焼器と、
前記改質器の温度を検知する改質器温度検知部と、
前記燃焼器に空気を供給し、その供給流量を調整する空気供給器と、
前記改質器温度検知部の検知温度に基づき前記空気供給器を制御し、前記改質器の温度を前記温度設定手段により設定された設定温度に制御するフィードバック制御手段と、を備えることを特徴とする請求項１１又は１２に記載の燃料電池システムが提供される。
【００２０】
請求項１５に係る発明によれば、
燃料を貯留する燃料貯留部と、
前記燃料を搬送する液体ポンプと、
前記液体ポンプから送られた前記燃料を気化する気化器と、
前記気化器で気化した燃料を水素に改質する改質器と、
前記改質器から送られた水素により発電を行う燃料電池と、
前記燃料電池の温度を検知する温度検知部と、
前記温度検知部により検知された温度に基づき、前記燃料の流量を制御する流量制御装置と、を備えることを特徴とする燃料電池システムが提供される。
【００２１】
請求項１６に係る発明によれば、
前記流量制御装置は、
前記温度検知部により検知された温度に基づき前記燃料の流量を設定する流量設定手段
を備えることを特徴とする請求項１５に記載の燃料電池システムが提供される。
【００２２】
請求項１７に係る発明によれば、
前記流量設定手段が、
前記温度検知部により検知された温度が所定閾値未満である場合、
前記燃料の流量を前記所定閾値以上である場合の前記設定流量に対して高流量に設定することを特徴とする請求項１６に記載の燃料電池システムが提供される。
【００２３】
請求項１８に係る発明によれば、
燃料貯留部に貯留された燃料を改質器に送って、前記改質器で燃料を水素に改質するとともに一部の燃料を改質せずに、前記改質器で生成された水素を燃料電池に送って前記燃料電池で発電を行うとともに、前記改質器で改質されなかった未反応の燃料を前記燃料電池に送るようにして前記燃料電池を加熱することを特徴とする発電方法が提供される。
【００２４】
請求項１９に係る発明によれば、
前記改質器による燃料から水素への転化能力を下げることにより、前記改質器で生成された水素とともに、前記改質器で改質されなかった未反応の燃料を前記燃料電池に送るようにして前記燃料電池を加熱することを特徴とする請求項１８に記載の発電方法が提供される。
【００２５】
請求項２０に係る発明によれば、
前記改質器の温度を下げることにより前記改質器による燃料から水素への転化能力を下げることを特徴とする請求項１９に記載の発電方法が提供される。
【００２６】
請求項２１に係る発明によれば、
前記改質器に設けられ、前記改質器を加熱するヒータの出力を下げることによって前記改質器の温度を下げることを特徴とする請求項２０に記載の発電方法が提供される。
【００２７】
請求項２２に係る発明によれば、
前記改質器に設けられた燃焼器に前記燃料電池から水素を送出するとともに、前記燃焼器に空気を供給し、前記燃焼器で水素を燃焼させて前記改質器を加熱している際に、前記燃焼器に供給する空気の供給流量を下げることによって、前記燃焼器における水素燃焼を抑えて、前記改質器の温度を下げることを特徴とする請求項２０に記載の発電方法が提供される。
【００２８】
請求項２３に係る発明によれば、
前記改質器に送る燃料の流量を上げることにより前記改質器による燃料から水素への転化能力を下げることを特徴とする請求項１９に記載の発電方法が提供される。
【００２９】
請求項２４に係る発明によれば、
燃料貯留部に貯留された燃料を改質器に送って、前記改質器で生成された水素を燃料電池に送って前記燃料電池で発電を行い、前記燃料電池の温度を検知し、その検知温度に基づき前記改質器による燃料から水素への転化能力を制御することによって前記改質器から前記燃料電池に送る水素と未反応の燃料の量を制御することを特徴とする発電方法が提供される。
【００３０】
請求項２５に係る発明によれば、
前記燃料電池の検知温度が所定閾値以上である場合に前記改質器の転化能力を高くし、前記燃料電池の検知濃度が前記所定閾値未満である場合に前記改質器の転化能力を低くすることを特徴とする請求項２４に記載の発電方法が提供される。
【００３１】
請求項２６に係る発明によれば、
燃料貯留部に貯留された燃料を改質器に送って、前記改質器で生成された水素を燃料電池に送って前記燃料電池で発電を行い、前記燃料電池の温度を検知し、その検知温度に基づき前記改質器の温度を制御することを特徴とする発電方法が提供される。
【００３２】
請求項２７に係る発明によれば、
燃料貯留部に貯留された燃料を改質器に送って、前記改質器で生成された水素を燃料電池に送って前記燃料電池で発電を行い、前記燃料電池の温度を検知し、その検知温度に基づき設定温度を設定し、前記改質器の温度をその設定温度にすることを特徴とする発電方法が提供される。
【００３３】
請求項２８に係る発明によれば、
前記燃料電池の検知温度が所定閾値以上である場合に前記設定温度を高く設定し、前記燃料電池の検知温度が前記所定閾値未満である場合に前記設定温度を低く設定することを特徴とする請求項２７に記載の発電方法が提供される。
【００３４】
請求項２９に係る発明によれば、
前記改質器の温度を検知し、前記改質器を加熱するヒータの出力をその検知温度に基づきフィードバック制御することによって、前記改質器の温度を前記設定温度にすることを特徴とする請求項２７又は２８に記載の発電方法が提供される。
【００３５】
請求項３０に係る発明によれば、
前記改質器に設けられた燃焼器に前記燃料電池から水素を送出するとともに、前記燃焼器に空気を供給し、前記燃焼器で水素を燃焼させて前記改質器を加熱している際に、前記改質器の温度を検知し、前記燃焼器に供給する空気の供給流量をその検知温度に基づきフィードバック制御することによって、前記改質器の温度を前記設定温度にすることを特徴とする請求項２７又は２８に記載の発電方法が提供される。
【００３６】
請求項３１に係る発明によれば、
燃料貯留部に貯留された燃料を改質器に送って、前記改質器で生成された水素を燃料電池に送って前記燃料電池で発電を行い、前記燃料電池の温度を検知し、その検知温度に基づき前記燃料の流量を制御することを特徴とする発電方法が提供される。
【００３７】
請求項３２に係る発明によれば、
燃料貯留部に貯留された燃料を改質器に送って、前記改質器で生成された水素を燃料電池に送って前記燃料電池で発電を行い、前記燃料電池の温度を検知し、その検知温度に基づき前記燃料の設定流量を設定し、前記燃料の流量をその設定流量にすることを特徴とする発電方法が提供される。
【００３８】
請求項３３に係る発明によれば、
前記燃料電池の検知温度が所定閾値未満である場合に前記燃料の流量を前記所定閾値以上である場合の前記設定流量に対して高流量に設定することを特徴とする請求項３２に記載の発電方法が提供される。
【発明の効果】
【００３９】
本発明によれば、改質器で改質されない未反応の燃料が燃料電池に供給されると、燃料電池が加熱される。ゆえに、燃料電池にヒータを設けずとも燃料電池の加熱・温度制御を行うことができる。そのため、システム全体の構成をシンプルにすることができ、システムの小型化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
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。
【００４１】
〔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。図１に示された構成要素のうち燃料貯留部２が電子機器本体に対して着脱可能とされ、他の構成要素は電子機器本体に内蔵され、燃料貯留部２が電子機器本体に装着されると燃料貯留部２と液体ポンプ３が接続される。
【００４２】
燃料貯留部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）と水が混合した状態又は別々に貯留されている。
【００４３】
液体ポンプ３は、燃料貯留部２から燃料と水の混合液を吸い上げ、吸い上げた混合液を流量センサ４を介して気化器５へ送液するものである。液体ポンプ３は、電気駆動式ポンプである。流量センサ４は、液体ポンプ３から気化器５に向かう混合液の流量を検知し、検知した流量を電気信号に変換するものである。
【００４４】
気化器５は、燃料と水の混合液を気化させるものである。気化器５には、電熱材からなる電気ヒータ５１、熱電対からなる温度センサ５２が設けられ、液体ポンプ５から気化器５に送られた混合液は電気ヒータ５１の熱により蒸発される。気化器５で気化した混合気は改質器６へ送出される。
【００４５】
改質器６は、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）が担持されている。気化器５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（１）、（２）のような化学反応が改質器６で起こる。
ＣＨ3ＯＨ＋Ｈ2Ｏ→３Ｈ2＋ＣＯ2  …（１）
Ｈ2＋ＣＯ2→Ｈ2Ｏ＋ＣＯ  …（２）
【００４６】
改質器６における改質反応は吸熱反応である。そのため、改質器６を加熱すべく、改質器６には、改質器６を加熱する温度依存性抵抗ヒータ７及び触媒燃焼器８が設けられている。
【００４７】
触媒燃焼器８は、燃料電池１１のアノード１２より送られてきた水素を燃焼させて、改質器６を加熱するものである。
温度依存性抵抗ヒータ７は、その電気抵抗値が温度に依存する電熱材からなる。そのため、温度依存性抵抗ヒータ７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する。つまり、温度依存性抵抗ヒータ７は、改質器６を加熱するヒータであるとともに、改質器６の温度を検知する改質器温度検知部でもある。なお、温度依存性抵抗ヒータ７のようにヒータと温度センサを兼ねたものを用いずに、ヒータ（例えば、電熱線、セラミックヒータ）と温度センサ（例えば、熱電対、サーミスタ）の両方を改質器６に設けてもよい。
【００４８】
触媒燃焼器８の燃焼熱や温度依存性抵抗ヒータ１０の熱が改質器６の改質反応に用いられる。また、改質器６による燃料から水素への転化能力は改質器６の温度と関係があり、改質器６の転化能力は２９０℃以上で最も高く、改質器６の温度が低くなるにつれて転化能力も低くなる。
【００４９】
改質器６で生成された水素ガス等は一酸化炭素除去器９に送出され、更に外部の空気が一酸化炭素除去器９に送られる。一酸化炭素除去器９は、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。一酸化炭素除去器９には、電気抵抗値が温度に依存する電熱材からなる温度依存性抵抗ヒータ１０が設けられている。一酸化炭素除去器９の内部には流路が形成され、その流路の壁面に選択酸化触媒（例えば、白金）が担持されている。改質器６から一酸化炭素除去器９に送られた水素ガス等が空気と混合して一酸化炭素除去器９の流路を流れ、温度依存性抵抗ヒータ１０により加熱される。そして、一酸化炭素が選択酸化触媒により次式（３）のように優先的に酸化される。これにより二酸化炭素が生成され、一酸化炭素が除去される。なお、改質器６と同様に、改質器６に対する触媒燃焼器８に相当する触媒燃焼器を一酸化炭素除去器９に設けてもよい。
２ＣＯ＋Ｏ2→２ＣＯ2  …（３）
【００５０】
改質器６、触媒燃焼器８及び一酸化炭素除去器９は断熱パッケージ内に収容されている。断熱パッケージ内が真空状態となっており、断熱パッケージ内の熱が外部に放散し難くなっている。
【００５１】
燃料電池１１は、アノード１２と、カソード１４と、アノード１２とカソード１４の間に挟まれた電解質膜１３とを有する。一酸化炭素除去器９から送出された水素ガス等は燃料電池１１のアノード１２に送られ、更に外部の空気がカソード１４に送られる。アノード１２に供給された水素が、電解質膜１３を介して、カソード１４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１２とカソード１４との間で電力が生じる。
【００５２】
電解質膜１３が固体高分子電解質膜である。そのため、アノード１２では次式（４）のような反応が起き、アノード１２で生成された水素イオンが電解質膜１３を透過し、カソード１４では次式（５）のような反応が起こる。
Ｈ2→２Ｈ+＋２ｅ-  …（４）
２Ｈ+＋１／２Ｏ2＋２ｅ-→Ｈ2Ｏ  …（５）
【００５３】
燃料電池１１のアノード１２とカソード１４との間で生じた電力はＤＣ／ＤＣコンバータ２７に供給される。ＤＣ／ＤＣコンバータ２７は燃料電池１１により生成された電気を適切な電圧に変換したのちに図２に示された各構成要素に供給する機能の他に、燃料電池１１により生成された電気を二次電池２８に充電する機能を有する。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ２７は、燃料電池１１で電力が生じていない場合に、二次電池２８に蓄電された電力を図２の各構成要素に供給する機能を有する。
【００５４】
燃料電池１１には温度センサ１５が設けられている。温度センサ１５は燃料電池１１の温度を検知し、その検知温度を電気信号に変換するものである。
【００５５】
カソード１４で生成された水は、反応に寄与しなかった空気とともにカソード１４から水回収器１６に送出される。水回収器１６では水が凝縮されて回収される。水と分離した空気は排気として水回収器１６から排出される。
【００５６】
アノード１２で電気化学反応せずに残った水素ガス等が触媒燃焼器８に送られる。更に、外部の空気が触媒燃焼器８に送られる。触媒燃焼器８の内部には流路が形成され、その流路の壁面に燃焼触媒（例えば、白金）が担持されている。アノード１２から触媒燃焼器８に送出された水素ガス等が空気と混合された状態で触媒燃焼器８の流路を流れ、水素ガス等が温度依存性抵抗ヒータ７により加熱される。触媒燃焼器８の流路を流れている混合気のうち水素が燃焼触媒により燃焼し、これにより燃焼熱が発する。触媒燃焼器８で発生した燃焼熱は改質器６における改質反応に用いられる。触媒燃焼器８の燃焼を経ても僅かながら水素が残留する。その残留水素を除去するために、オフガス燃焼器１７が設けられている。
【００５７】
触媒燃焼器８を経た混合気はオフガス燃焼器１７に送出され、更に外部の空気がオフガス燃焼器１７に供給される。オフガス燃焼器１７の内部にも流路が形成され、その流路の壁面に燃焼触媒（例えば、白金）が担持されている。触媒燃焼器８からオフガス燃焼器１７に送られた混合気が空気と混合してオフガス燃焼器１７の流路を流れる。これにより、触媒燃焼器８から送られてきた混合気中に含まれる微量な水素が除去され、オフガス燃焼器１７の流路を流れた混合気は水回収器１８に送出される。
【００５８】
水回収器１８では水が凝縮されて回収される。水と分離した空気は排気として水回収器１８から排出される。
【００５９】
外部の空気はエアポンプ２０によってカソード１４、一酸化炭素除去器９、触媒燃焼器８及びオフガス燃焼器１７に送られる。エアポンプ２０と一酸化炭素除去器９との間には流量制御バルブ２３及び流量センサ２６が設けられている。流量制御バルブ２３は、エアポンプ２０から一酸化炭素除去器９に送られる空気の流量を制御する。流量センサ２６は、エアポンプ２０から一酸化炭素除去器９に送られる空気の流量を検知し、検知した流量を電気信号に変換するものである。エアポンプ２０と触媒燃焼器８との間には流量制御バルブ２２及び流量センサ２５が設けられている。流量制御バルブ２２は、エアポンプ２０から触媒燃焼器８に送られる空気の流量を制御する。流量センサ２５は、エアポンプ２０から触媒燃焼器８に送られる空気の流量を検知し、検知した流量を電気信号に変換するものである。エアポンプ２０とオフガス燃焼器１７との間には流量制御バルブ２１及び流量センサ２４が設けられている。流量制御バルブ２１は、エアポンプ２０からオフガス燃焼器１７に送られる空気の流量を制御する。流量センサ２４は、エアポンプ２０からオフガス燃焼器１７に送られる空気の流量を検知し、検知した流量を電気信号に変換するものである。
【００６０】
外部の空気はエアフィルタ１９を通過してエアポンプ２０に吸入される。エアフィルタ１９は、空気中の塵埃を捕捉するものである。
【００６１】
図２は、燃料電池システム１の回路構成を示したブロック図である。
温度センサアンプ１５ａは、温度センサ１５にて検知された温度を表す信号を増幅して、制御部３０に出力する。
【００６２】
流量センサアンプ４ａは、流量センサ４にて検知された流量を表す信号を増幅して、制御部３０に出力する。同様に、流量センサアンプ２４ａは流量センサ２４の検知流量信号を、流量センサアンプ２５ａは流量センサ２５の検知流量信号を、流量センサアンプ２６ａは流量センサ２６の検知流量信号を増幅して制御部３０に出力する。
【００６３】
ヒータドライバ・アンプ１０ａは、温度依存性抵抗ヒータ１０により検知された温度を表す信号を増幅して、制御部３０に出力するとともに、制御部３０からの信号に従って温度依存性抵抗ヒータ１０の供給電力を調整する。ヒータドライバ・アンプ７ａと温度依存性抵抗ヒータ７の関係も同様である。
【００６４】
液体ポンプドライバ３ａは、制御部３０からの信号に従って液体ポンプ３を駆動する。
エアポンプドライバ２０ａは、制御部３０からの信号に従ってエアポンプ２０を駆動する。
【００６５】
流量制御バルブドライバ２１ａは、制御部３０からの信号に従って流量制御バルブ２１を駆動する。同様に、流量制御バルブ２２は流量制御バルブドライバ２２ａにより、流量制御バルブ２３は流量制御バルブドライバ２３ａにより駆動される。
【００６６】
気化器ドライバ５ａは、温度センサ５２により検知された温度を表す信号を制御部３０に出力するとともに、制御部３０からの信号に従って気化器５に内蔵された電気ヒータ５１を駆動する。
【００６７】
制御部３０は、マイクロコンピュータである。即ち、制御部３０は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ等を有する。そして、制御部３０は、ＲＯＭに格納されたプログラムに従ってエアポンプ２０、液体ポンプ３、流量制御バルブ２１〜２３、電気ヒータ５１、温度センサ５２及び温度依存性抵抗ヒータ７，１０を制御する。制御部３０は、これらの制御に際して温度センサ１５、流量センサ４、流量センサ２４〜２６、温度依存性抵抗ヒータ７，１０の検知結果を入力し、それらの検知結果に基づきエアポンプ２０、液体ポンプ３、流量制御バルブ２１〜２３、電気ヒータ５１、温度センサ５２及び温度依存性抵抗ヒータ７，１０を制御する。
【００６８】
また、ＲＯＭに格納されたプログラムは、制御部３０をフィードバック制御手段として機能させる。即ち、温度依存性抵抗ヒータ７によって改質器６の温度が検知され、制御部３０は温度依存性抵抗ヒータ７による検知温度をフィードバックして、その検知温度に基づき改質器６の温度を設定温度に維持する。
【００６９】
具体的には、制御部３０が、温度依存性抵抗ヒータ７による検知温度に基づき、温度依存性抵抗ヒータ７に対する出力電力を調整することによって、改質器６の温度を設定温度に維持する。例えば、制御部３０は次のようなことを一定周期毎に行うことによって、改質器６の温度を設定温度に維持する。即ち、温度依存性抵抗ヒータ７の検知温度が所定閾値（所定閾値は設定温度に相当する）未満であれば、制御部３０が温度依存性抵抗ヒータ７に対する出力電力を高電力にし（これにより、改質器６の温度が昇温して、設定温度に近づく。）、温度依存性抵抗ヒータ７の検知温度が所定閾値以上であれば、制御部３０が温度依存性抵抗ヒータ７に対する出力電力を低電力（前記した“高電力”よりも低い電力をいう。）、もしくはゼロにする（これにより、改質器６の温度が降温して、設定温度に近づく。）。この場合、制御部３０及び温度依存性抵抗ヒータ７等を有するものが、設定温度制御部に相当する。なお同様に、一酸化炭素除去器９においても、制御部３０が、温度依存性抵抗ヒータ１０による検知温度に基づき、温度依存性抵抗ヒータ１０に対する出力電力を調整することによって、一酸化炭素除去器９の温度を設定温度に維持する。
【００７０】
一方、制御部３０が、温度依存性抵抗ヒータ７による検知温度に基づき、流量制御バルブ２２による流量を制御することによって、改質器６の温度を設定温度に維持するものとしてもよい。例えば、制御部３０はエアポンプ２０を作動させた状態で、次のようなことを一定周期毎に行うことによって、改質器の温度を設定温度に維持する。即ち、温度依存性抵抗ヒータ７の検知温度が所定閾値（所定閾値は設定温度に相当する）以上であれば、制御部３０が流量制御バルブ２２による流量を高流量にし（これにより、触媒燃焼器８でより多くの水素が燃焼するので、改質器６の温度が昇温して、設定温度に近づく。）、温度依存性抵抗ヒータ７の検知温度が所定閾値未満であれば、制御部３０が流量制御バルブ２２による流量（前記した“高流量”よりも低い流量をいう。）を低流量にする（これにより、触媒燃焼器８での水素の燃焼量が少ないので、改質器６の温度が降温して、設定温度に近づく。）。この場合、制御部３０、温度依存性抵抗ヒータ７、エアポンプ２０及び流量制御バルブ２２等を有するものが、設定温度制御部に相当する。エアポンプ２０及び流量制御部２２が空気供給部に相当する。なお、エアポンプ２０から触媒燃焼器８に空気を供給するのではなく、別途エアポンプを設け、そのエアポンプから触媒燃焼器８に空気を供給し、流量制御バルブ２２を設けずに、そのエアポンプの速度を制御することによって触媒燃焼器８への空気の供給流量を制御するものとしてもよい。
【００７１】
改質器６の設定温度は燃料電池１１の温度によって設定される。つまり、ＲＯＭに格納されたプログラムが制御部３０を温度設定手段として機能させ、制御部３０が温度センサ１５の検知温度に基づき設定温度を設定する。具体的には、制御部３０は温度センサ１５の検知温度を所定閾値（例えば、５５℃）と比較し、その比較の結果、温度センサ１５の検知温度が所定閾値以上であれば、制御部３０が設定温度を低温（例えば、２７０℃）に設定し、温度センサ１５の検知温度が所定閾値未満であれば、制御部３０が設定温度を高温（前記した“低温”よりも高い温度をいう。例えば、２９０℃）に設定する。改質器６の温度が以上のように高温又は低温の設定温度になるよう、制御部３０が上述のフィードバック制御を行う。
【００７２】
上述したように、改質器６の転化能力が改質器６の温度と関係があり、改質器６の温度が高くなるにつれて改質器６の転化能力が高くなる。従って、制御部３０が設定温度を高温又は低温に設定し、設定した設定温度になるよう改質器６の温度を制御することは、改質器６の転化能力を制御することに相当する。そのため、温度センサ１５の検知温度に基づき改質器６の転化能力を制御する転化能力制御部は、制御部３０、温度依存性抵抗ヒータ７、エアポンプ２０及び流量制御バルブ２２等を有するものである。
【００７３】
また、温度センサ１５の検知温度に基づき改質器６の温度を制御する温度制御装置は、以上の構成のうち、エアポンプ２０、流量制御バルブ２２、流量センサ２５、燃焼器８、温度依存性抵抗ヒータ７及び制御部３０等を有するものである。
【００７４】
続いて、図３のフローチャートを用いて、制御部３０による処理の流れについて説明する。
図３に示すように、燃料電池１１の温度が温度センサ１５によって検知され、その検知温度が制御部３０に入力される（ステップＳ１）。制御部３０は、温度センサ１５による検知温度を所定閾値（例えば、５５℃）と比較し、検知温度が所定閾値以上であるか否かを判定する（ステップＳ２）。温度センサ１５の検知温度が所定閾値以上であると制御部３０によって認定されると（ステップＳ２：Ｙｅｓ）、制御部３０の処理がステップＳ３に移行し、温度センサ１５の検知温度が所定閾値未満であると制御部３０によって認定されると（ステップＳ２：Ｎｏ）、制御部３０の処理がステップＳ４に移行する。
【００７５】
ステップＳ３では、制御部３０が改質器６の設定温度を高温（例えば、２９０℃）に設定する。そして、制御部３０が、温度依存性抵抗ヒータ７の検知温度に基づき、温度依存性抵抗ヒータ７又は流量制御バルブ２２のフィードバック制御を行って、改質器６の温度を高温の設定温度に近づく。そのフィードバック制御の結果、改質器６の温度が高温の設定温度に維持される。改質器６の温度が高温の設定温度であると、改質器６に流れる燃料が１００％で水素に改質される。そのため、未反応の燃料は燃料電池１１のアノード１２に流れ込まない。
【００７６】
一方、ステップＳ４では、制御部３０が改質器６の設定温度を低温（２７０℃）に設定する。つまり、制御部３０が、温度依存性抵抗ヒータ７の検知温度に基づき、温度依存性抵抗ヒータ７又は流量制御バルブ２２のフィードバック制御を行って、改質器６の温度を低温の設定温度に近づける。その結果、改質器６の温度が低温の設定温度に維持される。改質器６の温度が低温の設定温度であると、改質器６に流れる燃料の転化率が１００％を下回る。そのため、未反応の燃料も下流の一酸化炭素除去器９やアノード１２に流れ込む。未反応の燃料が燃料電池１１のアノード１２に流れ込むと、電解質膜１３をクロスオーバーし、カソード１４に到達する。カソード１４に到達した未反応の燃料がカソード１４の触媒上で酸素と反応し、燃焼反応によって、燃料電池１１が加熱されて燃料電池１１の温度が上昇する。未反応の燃料が水素とともに燃料電池１１のアノード１２に流れ込んだ場合の燃料電池１１の温度上昇速度は、未反応の燃料が燃料電池１１のアノード１２に流れ込まない場合の燃料電池１１の温度上昇速度よりも速い。
【００７７】
ステップＳ３、ステップＳ４後のステップＳ５では、制御部３０が発電終了するか否かを判定する。そして、制御部３０が発電終了を認定するまで（ステップＳ５：Ｙｅｓ）、制御部３０は上記ステップＳ１〜ステップＳ５の処理を繰り返す（ステップＳ５：Ｎｏ）。
【００７８】
制御部３０は、燃料電池システム１が起動して発電が行われてから燃料電池システム１が停止して発電が終了するまでの間、図３に示された処理を繰り返し行う（ステップＳ５参照）。以下、燃料電池システム１が起動して発電が行われてから燃料電池システム１が停止して発電が終了するまでの間の燃料電池システム１の動作を、図３に示された処理と併せて説明する。
【００７９】
燃料電池システム１が起動していない状態では、改質器６、一酸化炭素除去器９及び燃料電池１１等の温度が室温である。この状態から燃料電池システム１が起動する。即ち、制御部３０が気化器ドライバ５ａを介して気化器５を暖機し、更に制御部３０が温度依存性抵抗ヒータ７，１０に電力を供給し、温度依存性抵抗ヒータ７，１０を発熱させる。これにより、改質器６、触媒燃焼器８及び一酸化炭素除去器９が加熱される。この際、燃料電池１１が暖機されていないので、温度センサ１５による検知温度が所定閾値未満となる。そのため、制御部３０は、改質器６の設定温度を低温に設定する（ステップＳ２：Ｎｏ、ステップＳ４参照）。
【００８０】
そして、気化器５、改質器６及び一酸化炭素除去器９が暖機されると、制御部３０が液体ポンプ３、エアポンプ２０を駆動する。これにより、燃料と水の混合液が燃料貯留部２から気化器５に送られ、外部の空気がカソード１４、一酸化炭素除去器９、触媒燃焼器８及びオフガス燃焼器１７に送られる。そのため、気化器５では燃料と水の混合液が気化され、改質器６では水素が生成され、一酸化炭素除去器９では微量な一酸化炭素が除去され、燃料電池１１では水素と酸素の電気化学反応により電力が発生し、触媒燃焼器８では未反応の水素が燃焼され、更にオフガス燃焼器１７でも未反応の水素が燃焼され、水回収器１６，１８では水が回収される。
【００８１】
ここで、気化器５で気化した燃料と水が改質器６に送られるが、燃料電池１１の温度が所定閾値未満であって改質器６の温度は低温の設定温度であるため（ステップＳ２：Ｎｏ、ステップＳ４参照）、改質器６に流れる燃料の転化率が１００％を下回る。それゆえ、水素とともに未反応の燃料が燃料電池１１のアノード１２に流れ込む。そのため、燃料電池１１の温度が上昇し、燃料電池１１が暖機される。なお、アノード１２から下流へ流れ出た未反応の燃料は触媒燃焼器８やオフガス燃焼器１７で燃焼されるので、外部に排出されない。
【００８２】
継続して、制御部３０が改質器６の温度を低温の設定温度に保つようフィードバック制御による改質器６の温度制御を行うとともに、液体ポンプ３及びエアポンプ２０の作動を継続する。そして、燃料電池１１の温度が所定閾値に達すると、それが温度センサ１５により検知される。そのため、制御部３０は、設定温度を高温に設定する（ステップＳ２：Ｙｅｓ、ステップＳ３参照）。そして、制御部３０が改質器６の温度を高温の設定温度になるようフィードバック制御を行うので、改質器６に流れる燃料が１００％の転化率で水素に転化する。
【００８３】
その後、制御部３０が液体ポンプ３、エアポンプ２０、流量制御バルブ２１〜２３及び温度依存性抵抗ヒータ７，１０を制御し、燃料電池システム１全体が定常状態で動作を続ける。つまり、改質器６、触媒燃焼器８、一酸化炭素除去器９及び燃料電池１１が暖機された状態で運転され、燃料電池１１で発生した電力は二次電池２８に蓄電されたり、燃料電池システム１や電子機器の各部に供給されたりする。
【００８４】
燃料電池システム１全体が定常状態で動作をしている時、何らかの要因により燃料電池１１の温度が低下することがある。例えば、燃料電池システム１が低温環境下に置かれた場合に、燃料電池１１の温度が低下する。
【００８５】
燃料電池１１の温度が低下して所定閾値を下回ると、それが温度センサ１５により検知される。そのため、制御部３０は設定温度を低温に設定し（ステップＳ２：Ｎｏ、ステップＳ４参照）、制御部３０が改質器６の温度をその低温の設定温度にするようフィードバック制御をするので、改質器６の温度がその低温の設定温度に近づく。そのため、改質器６に流れる燃料の転化率が１００％を下回る。それゆえ、水素とともに未反応の燃料が燃料電池１１のアノード１２に流れ込むようになり、燃料電池１１の温度が上昇する。その後、燃料電池１１の温度が所定閾値に達すると、それが温度センサ１５により検知されると、制御部３０が設定温度を高温に設定し（ステップＳ２：Ｙｅｓ、ステップＳ３参照）、制御部３０が改質器６の温度をその高温の設定温度にするようフィードバック制御をするので、改質器６の温度がその高温の設定温度に近づく。
【００８６】
以上のように、燃料電池システム１全体が定常状態で動作をしている時は、燃料電池１１の温度が所定閾値を下回る毎に、制御部３０が改質器６の設定温度を低温にする（ステップＳ２：Ｎｏ、ステップＳ４参照）。そして、改質器６の設定温度が低温にされている時に、燃料電池１１の温度が所定閾値以上に戻ったら、制御部３０が改質器６の設定温度を高温にする（ステップＳ２：Ｙｅｓ、ステップＳ３参照）。
【００８７】
その後、制御部３０が液体ポンプ３及びエアポンプ２０等を停止して、発電が終了すると、制御部３０は図３に示した処理を終了する（ステップＳ５：Ｙｅｓ参照）。
【００８８】
本第１の実施形態によれば、改質器６で改質されない未反応の燃料が燃料電池１１に供給されると、燃料電池１１が加熱される。ゆえに、燃料電池１１にヒータを設けずとも燃料電池１１の加熱・温度制御を行うことができる。そのため、燃料電池システム１全体の構成をシンプルにすることができ、燃料電池システム１の小型化を図ることができる。
【００８９】
〔第２の実施の形態〕
第１の実施の形態では、制御部３０によって改質器６の温度制御が行われることで、燃料電池１１のアノード１２に送られる未反応の燃料の量を調整したが、第２の実施の形態では、改質器６に供給される燃料の流量を制御することで、燃料電池１１のアノード１２に送られる未反応の燃料の量を調整する。
改質器６の転化能力は、所定の反応温度において、反応原料である燃料の流量が高くなると、触媒量に対する単位時間当たりの燃料流量が増大し、転化能力が低くなり、未反応の燃料が多くなる。逆に燃料の流量が低くなると、触媒量に対する単位時間当たりの燃料流量が減少し、転化能力が高くなり、未反応燃料は少なくなる。
例えば、改質器６を設定温度で動作させ、燃料電池１１の温度を検知する温度センサ１５による検知温度を所定閾値（例えば、５５℃）と比較し、検知温度が所定閾値以上であると、液体ポンプ３及び流量センサ４及び気化器５を制御することによって、燃料流量を所定の設定流量（改質器６における、設定された反応温度の条件で、燃料を１００％改質する流量、すなわち基準流量）に維持する。このようにすることで、燃料は全て反応し、未反応の燃料は燃料電池１１のアノード１２に流れ込まない。また、温度センサ１５の検知温度が前記所定閾値未満であると、液体ポンプ３及び流量センサ４及び気化器５を制御することによって、燃料流量を前記所定の設定流量より多く（すなわち改質器６における、設定された反応温度の条件で、燃料を１００％改質できない流量）設定する。このようにすることで、改質器６の転化能力が低減し、未反応の燃料が燃料電池１１のアノード１２に流れ込み、燃料電池１１が昇温する。
【００９０】
制御部３０の制御のひとつとして、液体ポンプドライバ３ａは、制御部３０からの信号に従って液体ポンプ３を駆動し、燃料を設定流量送液する。流量センサアンプ４ａは、流量センサ４にて検知された流量を表す信号を増幅して、制御部３０に出力する。制御部３０は流量センサアンプ４ａからの信号と設定流量を比較し、適切に動作するよう液体ポンプ３へ制御信号を送る。さらに、気化器５の電気ヒータ５１は、流量センサ４にて検知された信号に基づいて、制御部３０から出力電力を供給され、昇温する。気化器５の温度センサ５２の信号に従って、制御部３０から電気ヒータ５１への出力電力は制御され、燃料の供給量によって（すなわち液体ポンプ３、流量センサ４の制御に基づいて）、気化器５は制御され、所定の温度に設定される。
【００９１】
燃料の供給量は燃料電池１１の温度によって設定される。つまり、ＲＯＭに格納されたプログラムが制御部３０を流量設定手段として機能させ、制御部３０が温度センサ１５の検知温度に基づき供給流量を設定する。
また、温度センサ１５の検知温度に基づき燃料流量を制御する流量制御装置は、以上の構成のうち、液体ポンプ３、流量センサ４、気化器５、気化器５の電気ヒータ５１、気化器５の温度センサ５２及び制御部３０等を有するものである。
【００９２】
続いて、図４のフローチャートを用いて、制御部３０による処理の流れについて説明する。
図４に示すように、燃料電池１１の温度が温度センサ１５によって検知され、その検知温度が制御部３０に入力される（ステップＳ１１）。制御部３０は、温度センサ１５による検知温度を所定閾値（例えば、５５℃）と比較し、検知温度が所定閾値以上であるか否かを判定する（ステップＳ１２）。温度センサ１５の検知温度が所定閾値以上であると制御部３０によって認定されると（ステップＳ１２：Ｙｅｓ）、制御部３０の処理がステップＳ１３に移行し、温度センサ１５の検知温度が所定閾値未満であると制御部３０によって認定されると（ステップＳ１２：Ｎｏ）、制御部３０の処理がステップＳ１４に移行する。
【００９３】
ステップＳ１３では、制御部３０が液体ポンプ３の送液流量を改質器６の設定温度における所定の基準流量に設定する。そして、制御部３０が、気化器５の温度センサ５２の検知温度、及び燃料流量に基づき、電気ヒータ５１へ出力電力を供給する。所定の流量とは、改質器６での反応で燃料が１００％水素に改質可能な流量である。供給される燃料の流量に基づいて、気化器５の電気ヒータ５１は制御されるので、気化器５で燃料は安定に気化する。気化した燃料は、改質器６に導入され、改質器６に流れる燃料が１００％で水素に改質される。そのため、未反応の燃料は燃料電池１１のアノード１２に流れ込まない。
【００９４】
一方、ステップＳ１４では、制御部３０が液体ポンプ３の送液流量を高流量（ステップＳ１３における“所定の基準流量”よりも高い流量）に設定する。そして、制御部３０が、気化器５の温度センサ５２の検知温度、及び燃料流量に基づき、電気ヒータ５１へ出力電力を供給する。供給される燃料の流量（この場合“高流量”）に基づいて、気化器５の電気ヒータ５１は制御されるので、気化器５で燃料は安定に気化する。気化した燃料は、改質器６に導入される。改質器６に導入される燃料の流量が“高流量”であると、改質器６に流れる燃料の転化率が１００％を下回る。そのため、未反応の燃料も下流の一酸化炭素除去器９やアノード１２に流れ込む。未反応の燃料が燃料電池１１のアノード１２に流れ込むと、電解質膜１３をクロスオーバーし、カソード１４に到達する。カソード１４に到達した未反応の燃料がカソード１４の触媒上で酸素と反応し、燃焼反応によって、燃料電池１１が加熱されて燃料電池１１の温度が上昇する。未反応の燃料が水素とともに燃料電池１１のアノード１２に流れ込んだ場合の燃料電池１１の温度上昇速度は、未反応の燃料が燃料電池１１のアノード１２に流れ込まない場合の燃料電池１１の温度上昇速度よりも速い。
【００９５】
ステップＳ１３、ステップＳ１４後のステップＳ１５では、制御部３０が発電終了するか否かを判定する。そして、制御部３０が発電終了を認定するまで（ステップＳ１５：Ｙｅｓ）、制御部３０は上記ステップＳ１１〜ステップＳ１５の処理を繰り返す（ステップＳ１５：Ｎｏ）。
【００９６】
制御部３０は、燃料電池システム１が起動して発電が行われてから燃料電池システム１が停止して発電が終了するまでの間、図４に示された処理を繰り返し行う（ステップＳ１５参照）。以下、燃料電池システム１が起動して発電が行われてから燃料電池システム１が停止して発電が終了するまでの間の燃料電池システム１の動作も同様に、第１の実施の形態における、改質器６の設定温度を変更することに対して、第２の実施の形態では、燃料の供給量を変更する構成であり、それら異なる制御以外は、第２の実施の形態と第１の実施の形態と変わらない。
【００９７】
本第２の実施形態によれば、改質器６で改質されない未反応の燃料が燃料電池１１に供給されると、燃料電池１１が加熱される。ゆえに、燃料電池１１にヒータを設けずとも燃料電池１１の加熱・温度制御を行うことができる。そのため、燃料電池システム１全体の構成をシンプルにすることができ、燃料電池システム１の小型化を図ることができる。
【００９８】
＜未反応の燃料による燃料電池の昇温に関する検討＞
以下、改質器６の温度が高温（２９０℃）である場合、燃料電池１１の温度の上昇速度について検討する。改質器６の温度が２９０℃であると、改質器６は、定常状態の運転時と同様に、改質器６では燃料を１００％の転化率で転化させる性能となる。その状態で、液体ポンプ３及びエアポンプ２０が駆動されると、改質器６では１００％のメタノールが転化し、更に、水素がアノード１２に供給されるので、燃料電池１１が起動して発電が起こる。表１は、燃料電池１１が起動してからの経過時間と、燃料電池の温度との関係を示したものである。表１から明らかなように、ゼロ分では、燃料電池１１が室温で４０℃になっており、燃料電池１１が起動してから時間が経過するに従って燃料電池１１の温度も上昇した。燃料電池１１の温度が５５℃に到達するまでに、１５分を要した。燃料電池１１の起動から３０分経過しても、燃料電池１１の温度は５７℃以上にならなかった。
１．４Ｗ一定の電力供給時の内部損失による発熱によって温度上昇した。ここでの内部損失による発熱は、１．４Ｗである。なお、改質器６が２９０℃である場合に転化率が１００％となる条件では、改質器６から７Ｗ−Ｈ2の水素リッチガスを燃料電池１１のアノード１２に供給した。
【００９９】
【表１】
2009087683.tif 000003
【０１００】
改質器６の温度が低温（２７０℃）である場合、燃料電池１１の温度の上昇速度について検討する。改質器６の温度が２７０℃であると、改質器６の性能が下がり、改質器６における転化率は２９０℃の場合の転化率よりも低くなる。その状態で、液体ポンプ３及びエアポンプ２０が駆動されると、改質器６では６０％のメタノールが転化し、更に、水素がアノード１２に供給されるので、燃料電池１１が起動して発電が起こる。また、未反応のメタノールが燃料電池１１のアノード１２に供給される。表２は、燃料電池１１が起動してからの経過時間と、燃料電池１１の温度との関係を示したものである。表２から明らかなように、ゼロ分では、燃料電池１１が室温で４０℃になっており、燃料電池１１が起動してから時間が経過するに従って燃料電池１１の温度も上昇した。燃料電池１１の温度が５５℃に到達するまでに、７分を要した。燃料電池１１の起動から１１分経過すると、燃料電池１１の温度は６０℃を超えた。
１．４Ｗ一定の電力供給時の内部損失による発熱に加えて、未反応メタノールの燃焼熱により燃料電池１１が昇温した。つまり、未反応メタノールが電解質膜１３をクロスオーバーし、カソード１４に到達する。カソード１４に到達したメタノールがカソード１４の触媒上で空気中の酸素と反応し、燃焼した結果燃料電池１１が昇温した。なお、改質器６が２７０℃である場合に転化率が１００％となる条件では、改質器６から４Ｗ−Ｈ2の水素リッチガスを燃料電池１１のアノード１２に供給した。未反応メタノールがすべて燃料電池１１で燃焼した場合、２．５Ｗの発熱が得られる。
【０１０１】
【表２】
2009087683.tif 000004
【０１０２】
以上の検討結果より、燃料電池１１が低温環境に置かれた場合でも、燃料電池１１に設けられた温度センサ１５により温度を監視し、燃料電池１１の温度が所定閾値未満に低下するので、未反応メタノールにより燃料電池１１の発熱量を増大させる運転を行うことができる。
【０１０３】
＜変形例１＞
上記実施形態では、制御部３０によって改質器６の温度制御や燃料の流量制御が行われることで、燃料電池１１のアノード１２に送られる未反応の燃料の量を調整したが、以下のようにして、燃料電池１１のアノード１２に送られる未反応の燃料の量を調整してもよい。
【０１０４】
気化器５と一酸化炭素除去器９との間に１つの改質器６が直列接続されていたが、複数の改質器を並列接続してもよい。これらの改質器は、流路の長さが異なる。気化器５の下流には方向切替弁が設けられ、その方向切替弁によって燃料と水の混合気の送り先が切り替えられる。制御部３０は、温度センサ１５の検知温度に基づき方向切替弁の送り先を制御する。つまり、温度センサ１５の検知温度が高くなるにつれて、方向切替弁の送り先はより流路の長い改質器になる。そして、流路の長い改質器が送り先となった場合には、その改質器では燃料が改質しやすいので、燃料電池１１のアノード１２に送られる未反応の燃料が少なく、燃料電池１１の発熱量が低い。一方、流路の短い改質器が送り先となった場合には、その改質器では燃料が改質しにくいので、燃料電池１１のアノード１２に送られる未反応の燃料が多く、燃料電池１１の発熱量が高いので、燃料電池１１が昇温する。
【０１０５】
＜変形例２＞
上記実施形態では、未反応の燃料をアノード１２に供給することによって燃料電池１１を昇温させたが、以下のようにして燃料電池１１を昇温させるものとしてもよい。
改質器６と一酸化炭素除去器９との間に未反応燃料分離器を設け、その未反応燃料分離器で未反応の燃料を分離する。生成された水素は改質器６から未反応燃料分離器を介して一酸化炭素除去器９に送られる。そして、その未反応燃料分離器には貯留器が接続され、その分離された未反応燃料を貯留器に貯留する。その貯留器とカソード１４との間にはポンプが設けられている。そして、温度センサ１５に検知温度が所定閾値より低い場合には、制御部３０がポンプを駆動し、貯留器に貯留された未反応燃料がカソード１４に送られ、カソード１４において未反応燃料が燃焼する。それ故、燃料電池１１が昇温する。
【図面の簡単な説明】
【０１０６】
【図１】図１は、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】図２は、上記燃料電池システムの回路構成を示したブロック図である。
【図３】図３は、上記燃料電池システムの制御部による処理の流れを示した第１の実施の形態のフローチャートである。
【図４】図４は、上記燃料電池システムの制御部による処理の流れを示した第２の実施の形態のフローチャートである。
【符号の説明】
【０１０７】
１  燃料電池システム
３  液体ポンプ
５  気化器
６  改質器
７  温度依存性抵抗ヒータ
８  触媒燃焼器
１１  燃料電池
１５  温度センサ
２０  エアポンプ
２２  流量制御バルブ
３０  制御部
【図１】
2009087683.tif 000005
【図２】
2009087683.tif 000006
【図３】
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【図４】
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