JP2001135338A - 燃料電池装置および燃料電池の運転方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 燃料電池内ガス流路における排水性を向上さ
せる。 【解決手段】 燃料電池装置１５が備える燃料電池１０
は、燃料ガスとして水素ボンベ４０から水素ガスを供給
され、酸化ガスとしてブロワ４１から圧縮空気を供給さ
れる。これら燃料ガスおよび酸化ガスは、燃料電池１０
に供給されるのに先立って、それぞれ添加部４４および
添加部４５によって、例えば０．２％のエタノールが添
加される。したがって、燃料電池内ガス流路を通過する
これらのガス中の水蒸気が凝縮するときには、生じた凝
縮水は所定量のエタノールを含有するので、凝縮水の該
ガス流路形成部材に対する接触角が小さくなり、凝縮水
の排水性が向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、燃料電池装置およ
び燃料電池の運転方法に関し、詳しくは、ガスの供給を
受けて電気化学反応により起電力を得る燃料電池を備え
る燃料電池および燃料電池の運転方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】燃料電池は、アノード側には水素を含有
する燃料ガスを供給し、カソード側には酸素を含有する
酸化ガスを供給することで、各電極で電気化学反応が進
行して起電力が得られるが、このような電気化学反応が
進行する際に、アノード側またはカソード側において生
成水が生じる。以下に電池反応で生じる生成水の例とし
て、燃料電池の一種である固体高分子型燃料電池の電極
で進行する反応を示す。

【０００３】 Ｈ₂ → ２Ｈ⁺＋２ｅ^- …（１） （１／２）Ｏ₂＋２Ｈ⁺＋２ｅ^- → Ｈ₂Ｏ …（２） Ｈ₂＋（１／２）Ｏ₂ → Ｈ₂Ｏ …（３）

【０００４】（１）式はアノードにおける反応を、
（２）式はカソードにおける反応を示し、電池全体とし
ては（３）式に示す反応が進行する。このように固体高
分子型燃料電池では、電池反応の進行に伴ってカソード
側に生成水が生じる。通常、生じた生成水は、カソード
に供給されている酸化ガス中に気化し、酸化ガスととも
に燃料電池外に排出される。しかしながら、生じる生成
水の量が多くなると、酸化ガス中に気化させるだけでは
生成水を排出しきれなくなってしまう。このように酸化
ガス中に気化されずに残った生成水がカソードの周辺で
凝縮して水滴を成すと、ガス流路が閉塞されてカソード
周辺での酸化ガスの流れが妨げられて電池性能の低下に
つながるおそれがある。

【０００５】このようなガス流路の閉塞は、カソード側
ばかりでなくアノード側でも起こり得る。固体高分子型
燃料電池のアノードでは電池反応によって上記したよう
な生成水が生じることはないが、アノードに供給される
燃料ガス中の水蒸気の凝縮が起きる。既述した電気化学
反応が進行するとき、アノード側では上記（１）式の反
応で生じたプロトンは所定の数の水分子と水和した状態
で電解質膜中をカソード側へ移動する。従って通常は、
電解質膜のアノード側において水分が不足して導電性が
低下してしまうのを防ぐために、アノード側に供給する
燃料ガスを加湿して、電解質膜に対して水を補う構成と
なっている。このように燃料ガス中に加えられた水蒸気
は、燃料電池の始動時や、燃料電池の運転温度が低下し
て飽和蒸気圧が下がったときなどに、ガス流路において
凝縮してしまうことがある。このような場合には、アノ
ード側においてもガスの流路が閉塞されて燃料ガスの流
れが妨げられて、電池性能の低下が引き起こされるおそ
れがある。

【０００６】なお、上記したように（１）式の反応で生
じたプロトンは水和した状態でカソード側に移動するた
め、カソード側では、既述した生成水の他にプロトンの
移動と共に持ち込まれる水分子も加わって、さらに水が
過剰な状態となり、凝縮水がガス流路に生じ易くなる。

【０００７】そこで従来、燃料電池内でガス流路を形成
する部材に対して親水化の処理を施し、これによって生
成水の排水性の向上が図られてきた（例えば、特開平８
−１３８６９２号公報等）。燃料電池内でガス流路を形
成する部材に対して親水化の処理を施すことによって、
生成水は親水性を有する部材表面を伝ってガス流路から
排出され易くなり、水滴として留ってガス流路を塞いで
しまうのを防ぐことができる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ようにガス流路を形成する部材に対して親水化の処理を
施す場合には、ガス流路を形成するための部材を成形し
て、ガス流路を成す凹凸形状を設けた後に、塗布などの
方法によってこの部材の表面に親水性物質を付着させる
などの処理が必要となる。また、用いる親水性物質が充
分な導電性を有しない場合には、ガス流路を形成する部
材において、導電性を確保すべき領域に付着した親水性
物質を取り除くなどの処理がさらに必要となる場合もあ
る。このように、ガス流路を形成する部材に対して親水
化の処理を施す場合には、この部材の製造工程が煩雑化
してしまい、これによって製造コストが上昇してしまう
という問題があった。

【０００９】本発明の燃料電池装置および燃料電池の運
転方法は、こうした問題を解決し、燃料電池の製造の際
に煩雑な加工の工程を要することなく、燃料電池内ガス
流路における排水性を向上させることを目的としてなさ
れ、次の構成を採った。

【００１０】

【課題を解決するための手段およびその作用・効果】本
発明の第１の燃料電池装置は、表面にガスの流路を形成
する流路形成部材を備え、前記ガスの流路に対してガス
の供給を受け、電気化学反応により起電力を得る燃料電
池を備える燃料電池装置であって、前記流路形成部材上
に水滴が存在する場合、該水滴中に混合されることによ
って、該水滴表面と前記流路形成部材表面とが成す接触
角を小さくする働きを有する物質を、前記ガス流路に供
給するガスに対して導入する導入手段をさらに備えるこ
とを要旨とする。

【００１１】以上のように構成された本発明の第１の燃
料電池装置は、流路形成部材上に水滴が存在する場合、
該水滴中に混合されることによって、該水滴表面と前記
流路形成部材表面とが成す接触角を小さくする働きを有
する物質を、流路形成部材の表面が形成する流路に供給
するガスに対して導入する。この流路形成部材を備える
燃料電池は、前記ガスの供給を受け、電気化学反応によ
り起電力を得る。

【００１２】本発明の第１の燃料電池の運転方法は、表
面にガスの流路を形成する流路形成部材を備え、前記ガ
スの流路に対してガスの供給を受け、電気化学反応によ
り起電力を得る燃料電池の運転方法であって、 ａ）前記ガス流路に対して前記ガスを供給する工程と、 ｂ）前記流路形成部材上に水滴が存在する場合、該水滴
中に混合されることによって、該水滴表面と前記流路形
成部材表面とが成す接触角を小さくする働きを有する物
質を、前記ガスに対して導入する工程と を備えることを要旨とする。

【００１３】このような本発明の第１の燃料電池装置、
および、本発明の第１の燃料電池の運転方法によれば、
燃料電池内の流路においてこの流路を通過するガス中の
水蒸気が凝縮して水滴を成しても、水滴表面と流路形成
部材とが成す接触角を小さくする働きを有する物質が、
この水滴中に含有されることになるため、凝縮水からな
る水滴と流路形成部材との濡れ性が向上し、凝縮水は流
路形成部材表面に導かれて容易に排出される。したがっ
て、凝縮水がガス流路に滞留してガスの流れを妨げるの
を防止することができる。ガスの流れが妨げられるのを
防止することにより、凝縮水に起因して燃料電池の性能
が低下してしまうのを抑えることができる。

【００１４】本発明の第１の燃料電池装置において、前
記導入手段が導入する物質は、親水基を有する物質であ
ることとしてもよい。このような構成とすることで、効
果的に、凝縮水がガス流路内に滞留してしまうのを防ぐ
ことができる。

【００１５】このような本発明の第１の燃料電池装置に
おいて、前記親水基は、−ＳＯ₄，−ＣＯ₂，−ＳＯ₃，
−Ｎ，−ＣＯＯ，−ＣＯＯＨ，−ＯＨ，−Ｏ−の中から
選択される親水基であることとしてもよい。

【００１６】本発明の第１の燃料電池装置において、前
記親水基を有する物質は、メタノールであることとして
もよい。あるいは、本発明の第１の燃料電池装置におい
て、前記親水基を有する物質は、エタノールであること
としてもよい。いずれの物質も、上記接触角を小さくす
る効果、および、水への溶解度が充分に高いため、前記
ガス中に導入することで、容易に既述した効果を得るこ
とができる。

【００１７】また、本発明の第１の燃料電池装置におい
て、前記燃料電池の運転状態を検知する運転状態検知手
段と、前記運転状態検知手段の検知結果に基づいて、前
記導入手段によって前記ガスに対して導入する前記物質
の量を制御する制御手段とをさらに備えることとしても
良い。

【００１８】このような構成とすれば、燃料電池の運転
状態が変動しても、凝縮水中に含まれる前記物質の量を
常に所定の量（の範囲）とすることができる。すなわ
ち、燃料電池の運転状態が変動することによって燃料電
池内で生じる凝縮水の量が変動する場合にも、凝縮水の
滞留を防ぐ効果を常に確保することができる。ここで、
燃料電池の運転状態に基づくときには、燃料電池の運転
温度に基づいたり、燃料電池の発電量あるいは燃料電池
に接続される負荷の大きさに基づいたり、負荷の変動量
に基づいたりすることができる。

【００１９】本発明の第２の燃料電池装置は、表面にガ
スの流路を形成する流路形成部材を備え、前記ガスの流
路に対してガスの供給を受け、電気化学反応により起電
力を得る燃料電池を備える燃料電池装置であって、前記
流路形成部材上に水滴が存在する場合、該水滴中に混合
されることによって、該水滴表面と前記流路形成部材表
面とが成す接触角を小さくする働きを有する炭化水素ま
たは炭化水素系化合物を、原燃料として用いて、改質反
応によって前記原燃料から水素リッチガスを生成する改
質器と、前記改質器から排出される水素リッチガスを、
前記ガスとして前記ガスの流路に対して供給するガス供
給手段とをさらに備え、前記改質器は、未反応のまま前
記改質器から排出される前記原燃料の量が、所定の範囲
の量となるように、前記改質反応の進行状態を制御する
未反応量制御手段を備えることを要旨とする。

【００２０】以上のように構成された本発明の第２の燃
料電池装置は、流路形成部材上に水滴が存在する場合、
該水滴中に混合されることによって、該水滴表面と前記
流路形成部材表面とが成す接触角を小さくする働きを有
する物質を、原燃料として用いて、改質反応によって前
記原燃料から水素リッチガスを生成する。このような改
質反応を行なう際には、未反応のまま前記改質器から排
出される前記原燃料の量が、所定の範囲の量となるよう
に、前記改質反応の進行状態を制御する。生成された水
素リッチガスは、流路形成部材の表面が形成する流路に
対して供給される。この流路形成部材を備える燃料電池
は、前記ガスの供給を受け、電気化学反応により起電力
を得る。

【００２１】本発明の第２の燃料電池の運転方法は、表
面にガスの流路を形成する流路形成部材を備え、前記ガ
スの流路に対してガスの供給を受け、電気化学反応によ
り起電力を得る燃料電池の運転方法であって、 ｃ）前記流路形成部材上に水滴が存在する場合、該水滴
中に混合されることによって、該水滴表面と前記流路形
成部材表面とが成す接触角を小さくする働きを有する炭
化水素または炭化水素系化合物を、原燃料として用い
て、改質反応によって前記原燃料から水素リッチガスを
生成する工程と、 ｄ）前記ｃ）工程で生成した水素リッチガスを、前記ガ
スとして前記ガスの流路に対して供給する工程とを備
え、前記（ｃ）工程は、 ｅ）生成される前記水素リッチガス中に未反応のまま残
留する前記原燃料の量が、所定の範囲の量となるよう
に、前記改質反応の進行状態を制御する工程を備えるこ
とを要旨とする。

【００２２】このような本発明の第２の燃料電池装置、
および、本発明の第２の燃料電池の運転方法によれば、
燃料電池内の流路においてこの流路を通過するガス中の
水蒸気が凝縮して水滴を成しても、水滴表面と流路形成
部材とが成す接触角を小さくする働きを有する物質が、
この水滴中に含有されることになるため、凝縮水からな
る水滴と流路形成部材との濡れ性が向上し、凝縮水は流
路形成部材表面に導かれて容易に排出される。したがっ
て、凝縮水がガス流路に滞留してガスの流れを妨げるの
を防止することができる。ガスの流れが妨げられるのを
防止することにより、凝縮水に起因して燃料電池の性能
が低下してしまうのを抑えることができる。

【００２３】ここで、前記水素リッチガス流に未反応の
まま残留する原燃料の量は、燃料電池内のガス流路中に
おいてガス中の水蒸気が凝縮したときに、この凝縮水か
らなる水滴表面と流路形成部材表面とが成す接触角を充
分に小さくできるだけの原燃料が、水滴中に含まれるこ
とになるような量であればよい。残留する原燃料の量を
制御するには、例えば、ガス中に残留する前記原燃料の
濃度が一定の範囲となるように制御すればよい。

【００２４】本発明の第２の燃料電池装置において、前
記原燃料は、エタノールであることとしても良い。ある
いは、本発明の第２の燃料電池装置において、前記原燃
料は、メタノールであることとしても良い。いずれの物
質も、上記接触角を小さくする効果、および、水への溶
解度が充分に高いため、前記ガス中に導入することで、
容易に既述した効果を得ることができる。

【００２５】本発明の第２の燃料電池装置において、前
記未反応量制御手段は、前記改質器の内部温度を制御す
ることによって、前記改質反応の進行状態を制御するこ
ととしてもよい。このような構成とすれば、充分に精度
良く、所望量の原燃料を前記ガス中に残留させることが
可能となる。

【００２６】

【発明の実施の形態】以上説明した本発明の構成・作用
を一層明らかにするために、以下本発明の実施の形態を
実施例に基づき説明する。 （１）燃料電池装置の全体構成：図１は、本発明の好適
な一実施例である燃料電池１０を備える燃料電池装置１
５の構成の概略を表わす説明図である。燃料電池装置１
５は、燃料電池１０の他、水素ボンベ４０，ブロワ４
１，加湿器４２，４３，添加部４４，４５，制御部５０
を主な構成要素として備えている。

【００２７】水素ボンベ４０は、水素ガスを貯蔵する貯
蔵装置であり、燃料ガス供給路４６を介して燃料電池１
０に接続している。燃料ガス供給路４６において、水素
ボンベ４０の近傍にはバルブ９５が設けられており、こ
のバルブ９５によって、水素ボンベ４０から燃料電池１
０に供給される水素ガス量が調節される。燃料ガス供給
路４６は、バルブ９５が設けられた位置よりもさらに燃
料電池１０側で加湿器４２を経由する。燃料ガス供給路
４６内を通過する水素ガスは、この加湿器４２によって
加湿される。加湿器４２による加湿の方法としては、例
えば、バブリングによって水素ガスを加湿することとし
ても良いし、あるいは、液体は透過しないが気体は透過
する通気性膜を介して水素ガスと水とを接触させて、水
素ガスを加湿することとしても良い。

【００２８】燃料ガス供給路４６は、さらに添加部４４
を経由しており、加湿された水素ガスは、この添加部４
４においてさらにエタノールが添加される。この添加部
４４の構成は、後述する添加部４５と共に本発明の要部
に対応するものであり、後で詳しく説明する。添加部４
４でエタノールが添加された水素ガスは、燃料ガスとし
て燃料電池１０のアノード側に供給される。

【００２９】ブロワ４１は、空気を取り込んでこれを圧
縮する装置であり、酸化ガス供給路４７を介して燃料電
池１０に接続している。ブロワ４１の駆動状態によっ
て、燃料電池１０に供給される圧縮空気量が調節され
る。酸化ガス供給路４７は、上記燃料ガス供給路４６と
同様に加湿器４３および添加部４５を経由しており、酸
化ガス供給路４７内を通過する圧縮空気は、加湿器４３
によって加湿され、添加部４５によってエタノールが添
加される。添加部４５でエタノールが添加された圧縮空
気は、酸化ガスとして燃料電池１０のカソード側に供給
される。

【００３０】制御部５０は、マイクロコンピュータを中
心とした論理回路として構成され、詳しくは、予め設定
された制御プログラムに従って所定の演算などを実行す
るＣＰＵ５２と、ＣＰＵ５２で各種演算処理を実行する
のに必要な制御プログラムや制御データ等が予め格納さ
れたＲＯＭ５４と、同じくＣＰＵ５２で各種演算処理を
するのに必要な各種データが一時的に読み書きされるＲ
ＡＭ５６と、上記燃料電池１０の運転状態に関わる信号
を入力すると共にＣＰＵ５２での演算結果に応じて既述
した燃料電池装置１５の各構成要素に種々の駆動信号を
出力する入出力ポート５８等を備える。

【００３１】（２）燃料電池１０の構成：燃料電池１０
は、固体高分子型燃料電池であり、単セルを積層してな
るスタック構造を有しており、上記燃料ガスおよび酸化
ガスの供給を受けて、電気化学反応により起電力を得
る。以下に、燃料電池１０内で進行する電気化学反応を
示す。

【００３２】 Ｈ₂ → ２Ｈ⁺＋２ｅ^- …（１） （１／２）Ｏ₂＋２Ｈ⁺＋２ｅ^- → Ｈ₂Ｏ …（２） Ｈ₂＋（１／２）Ｏ₂ → Ｈ₂Ｏ …（３）

【００３３】（１）式はアノードにおける反応、（２）
式はカソードにおける反応を表わし、燃料電池全体では
（３）式に示す反応が進行する。このように、電気化学
反応が進行する際には、カソード側において水が生じ
る。本発明は、このカソード側で生じる生成水に関わ
る。燃料電池１０には、図示しない負荷が接続されてお
り、燃料電池１０に対して充分量の燃料ガスおよび酸化
ガスを供給することによって、燃料電池１０は負荷に対
して必要量の電力を供給することが可能となる。

【００３４】図２は、燃料電池１０を構成する単セル１
２の構成を表わす断面図であり、図３は、単セル１２の
構成を表わす分解斜視図である。単セル１２は、電解質
膜２１を、アノード２２およびカソード２３で挟持し、
このサンドイッチ構造をさらに両側からセパレータ３０
で挟持することによって構成されている（図２参照）。
このような単セル１２を所定数積層することによって、
スタック構造が構成される。

【００３５】電解質膜２１は、固体高分子材料、例えば
フッ素系樹脂により形成されたプロトン伝導性のイオン
交換膜であり、湿潤状態で良好な電気伝導性を示す。本
実施例では、ナフィオン膜（デュポン社製）を使用し
た。電解質膜２１の表面には、触媒としての白金または
白金と他の金属からなる合金が担持されている。アノー
ド２２およびカソード２３は、ガス拡散電極である。こ
れらは、炭素繊維からなる糸で織成したカーボンクロス
や、カーボンペーパ、あるいはカーボンフエルトなど、
充分なガス拡散性および導電性を有する部材によって構
成される。セパレータ３０は、充分な導電性と強度と耐
食性とを有する材料によって形成される。本実施例で
は、カーボン材料をプレス成形することによってセパレ
ータ３０を形成したが、充分な耐食性を実現可能であれ
ば、金属など他の材料によってセパレータ３０を形成す
ることとしてもよい。

【００３６】セパレータ３０が、電解質膜２１，アノー
ド２２，カソード２３と共に積層されて単セル１２を形
成し、さらにスタック構造を構成するときには、セパレ
ータ３０とガス拡散電極との間には、単セル内ガス流路
が形成される。すなわち、セパレータ３０と、これに隣
接するアノード２２との間には単セル内燃料ガス流路２
４Ｐが形成され、もう一方のセパレータ３０と、これに
隣接するカソード２３との間には単セル内酸化ガス流路
２５Ｐが形成される。

【００３７】図４は、セパレータ３０の構成を表わす平
面図である。セパレータ３０は、板状部材であるが、そ
の外周部周辺に８つの孔部を備えている。すなわち、酸
化ガス供給孔３３，酸化ガス排出孔３４，燃料ガス供給
孔３５，燃料ガス排出孔３６と、４つの冷却水孔３７を
備えている。酸化ガス供給孔３３は、上記スタック構造
を構成する他の各々のセパレータ３０が備える酸化ガス
供給孔３３と重なり合って、スタック構造を積層方向に
貫通する酸化ガス供給マニホールドを形成する。同様
に、酸化ガス排出孔３４は酸化ガス排出マニホールド
を、燃料ガス供給孔３５は燃料ガス供給マニホールド
を、燃料ガス排出孔３６は燃料ガス排出マニホールド
を、冷却水孔３７は冷却水マニホールドを形成する。

【００３８】また、セパレータ３０の一方の面（図４に
示した面）側には、酸化ガス供給孔３３と酸化ガス排出
孔３４とを連通させる凹部３１が形成されている。凹部
３１には、その底面から突出して形成された複数の凸部
３２が設けられている。セパレータ３０の他方の面側に
は、燃料ガス供給孔３５と燃料ガス排出孔３６とを連通
させる同様の凹部が形成されており、この凹部には、そ
の底面から突出して形成された同様の複数の凸部３２が
設けられている（図示せず）。燃料電池内では、これら
の凹部の底面と各凸部の側面とは、このセパレータ３０
に隣接するガスセパレータの表面との間で記述した単セ
ル内ガス流路を形成する。なお、各セパレータの表面に
形成された凸部３２の形状は、ガス流路を形成してガス
拡散電極に対して燃料ガスまたは酸化ガスを供給可能で
あれば良い。図３および図４に示した形状に限るもので
はなく、例えば、平行に形成された複数の溝状に形成す
るなど、他の形状とすることができる。

【００３９】既述したように、燃料電池１０は、燃料ガ
ス供給路４６を介して、加湿されエタノールが添加され
た水素ガスを、燃料ガスとして供給される。燃料電池１
０に供給された燃料ガスは、燃料ガス供給マニホールド
を介して、各単セル内に形成される単セル内燃料ガス流
路２４Ｐに分配され、電気化学反応に供される。各単セ
ル内燃料ガス流路２４Ｐから排出された燃料ガスは、燃
料ガス排出マニホールドに集合して、燃料ガス排出路４
８を介して燃料電池外部に排出される。また、燃料電池
１０は、酸化ガス供給路４７を介して、加湿されエタノ
ールが添加された圧縮空気を、酸化ガスとして供給され
る。燃料電池１０に供給された酸化ガスは、酸化ガス供
給マニホールドを介して、各単セル内に形成される単セ
ル内酸化ガス流路２５Ｐに分配され、電気化学反応に供
される。各単セル内酸化ガス流路２５Ｐから排出された
酸化ガスは、酸化ガス排出マニホールドに集合して、酸
化ガス排出路４９を介して燃料電池外部に排出される
（図１参照）。

【００４０】また、燃料電池１０は、所定の温度範囲
（例えば約８０〜１００℃）で運転されるが、電池反応
は発熱を伴うため、燃料電池１０の内部温度が上昇し過
ぎるのを防ぐために冷却水が用いられている。冷却水
は、燃料電池１０の外部に設けられた所定の冷却水供給
装置から燃料電池１０に供給され、既述した冷却水マニ
ホールドを介して燃料電池内の冷却水路を通過すること
によって燃料電池１０内部を降温させ、その後燃料電池
１０の外部に設けられた所定の冷却水処理装置に排出さ
れる。

【００４１】（３）添加部の構成と凝縮水：添加部４４
は、既述したように、水素ガスにエタノールを添加する
装置である。添加部４４は、インジェクタ９１とエタノ
ールタンク９３とを備えている。インジェクタ９１は、
エタノールを貯蔵するエタノールタンク９３に接続して
おり、加湿器４２を経由して加湿された水素ガスに対し
て、所定量のエタノールを噴霧することによって添加す
る。同様に、圧縮空気にエタノールを添加する装置であ
る添加部４５は、インジェクタ９２とエタノールタンク
９４とを備えている。インジェクタ９２は、エタノール
を貯蔵するエタノールタンク９４に接続しており、加湿
器４３を経由して加湿された圧縮空気に対して、所定量
のエタノールを噴霧することによって添加する。本実施
例では、それぞれの添加部は、水素ガスあるいは圧縮空
気に対して、０．２％の割合でエタノールを添加するこ
ととした。なお、本実施例では、添加部４４，４５はそ
れぞれ別個にエタノールタンク９３，９４を備えている
が、添加部４４，４５は単一のエタノールタンクを共用
することとしても良い。

【００４２】ここで、燃料電池１０内で生じる凝縮水に
ついて説明する。（２）式に示したように、電気化学反
応の進行と共にカソード側では水が生じるが、このカソ
ード側に生じた生成水は、酸化ガス中に気化して、酸化
ガスと共に燃料電池１０内から排出される。しかしなが
ら、燃料電池内で進行する電気化学反応の量が多い場合
や、外気温など周囲の環境の影響によって燃料電池１０
中で部分的に温度が低下する場合や、負荷の変動と共に
電気化学反応の量が変動して、これに伴って燃料電池１
０内部の温度が変動した場合などには、飽和蒸気圧を超
えた量の生成水がガス流路内で凝縮することがある。

【００４３】このような凝縮水の様子を図４に示した。
図４では、単セル内酸化ガス流路で生じる凝縮水の様子
を、セパレータ３０が備える凹部３１上に設けられた複
数の凸部３２間に、水滴Ｄとして表わした。ここで、燃
料電池１０に供給される酸化ガスには、０．２％のエタ
ノールが添加されているため、単セル内酸化ガス流路内
で生じる凝縮水も所定量のエタノールを含有することに
なる。凝縮水にエタノールが溶け込むことで、水滴Ｄの
表面とセパレータ３０の表面とが成す接触角は、エタノ
ールを含有しない場合よりもより小さくなる。すなわ
ち、セパレータ３０と水滴Ｄとの間の濡れ性が向上す
る。このように濡れ性が向上することで、水滴Ｄは、セ
パレータ３０の表面に導かれて、酸化ガスの流れと重力
とに従って容易に単セル内酸化ガス流路から排出され
る。

【００４４】なお、燃料電池１０に供給される酸化ガス
は、既述したように加湿器４３によって加湿されてい
る。カソード側では上記したように生成水が生じるが、
酸化ガスは圧縮空気であるため、このような高圧のガス
が接触することによって電解質膜２１表面が部分的に乾
いてしまうおそれがある。したがって、このような電解
質膜の乾燥を防ぐ目的で、酸化ガスの加湿が行なわれ
る。このように加湿器４３を備える場合には、エタノー
ルと共に凝縮する水滴Ｄは、電気化学反応で生じた生成
水の他に、加湿器４３によって加えられた水を含んでい
る。もとより、電解質膜２１のカソード側における乾燥
が許容範囲であれば、加湿器４３は設けないこととして
も良い。

【００４５】（１）式に示したように、電気化学反応に
よってアノード側ではプロトンが生じるが、生じたプロ
トンは、複数の水分子と共に水和した状態でカソード側
に向かって電解質膜２１内を移動する。このように、電
解質膜２１のアノード側では水が不足した状態となりや
すいため、電解質膜２１の乾燥を防ぐために、加湿器４
２を設けて燃料ガスの加湿を行なっている。加湿器４２
によって燃料ガスに加えられた水蒸気も、部分的あるい
は一時的に燃料電池の温度が低下したときなどに単セル
内ガス流路で凝縮するが、その際にはエタノールを所定
量含有する状態で凝縮する。凝縮水にエタノールが溶け
込むことで、凝縮水からなる水滴の表面とセパレータ３
０の表面とが成す接触角は、エタノールを含有しない場
合よりもより小さくなると共に、セパレータ３０と水滴
との間の濡れ性が向上する。このように濡れ性が向上す
ることで、凝縮水は、セパレータ３０の表面に導かれ
て、燃料ガスの流れに従って容易に単セル内燃料ガス流
路から排出される。

【００４６】以上のように構成された本実施例の燃料電
池装置１５によれば、燃料電池１０に供給する燃料ガス
および酸化ガスに対してエタノールを添加することによ
って、単セル内ガス流路内で凝縮した凝縮水がガス流路
を塞いでしまうのを防止することができる。すなわち、
ガス流路に生じた凝縮水はエタノールを含有するため、
凝縮水とセパレータ表面との間の濡れ性が向上して、凝
縮水はセパレータ表面に導かれて容易にガス流路から排
出され、水滴が単セル内ガス流路に滞留してしまうのを
抑えることができる。水滴が単セル内ガス流路に滞留す
るとガスの流れが阻害され（フラッディング現象が起こ
り）、電気化学反応の進行が抑えられてしまう。このよ
うな場合には、燃料電池から所定量以上の電流を取り出
そうとすると急激な電圧降下が起きる。本実施例の燃料
電池装置１５は、ガスにエタノールを添加することによ
って、フラッディングに起因するこのような不都合を防
ぐことができる。

【００４７】上記した説明では、燃料ガスと酸化ガスと
の両方にエタノールを添加することとしたが、どちらか
一方のガスにエタノールを添加する場合にも、対応する
ガス流路における排水性を向上させ、凝縮水の滞留を防
止する所定の効果を得ることができる。例えば、電解質
膜２１が充分に薄く、カソード側で生じる生成水によっ
てアノード側の乾燥を防ぐことが可能であるならば、燃
料ガス供給路４６には、加湿器４２および添加部４４を
設けないこととしても差し支えなく、この場合には、酸
化ガスにエタノールを添加するだけで充分に凝縮水の影
響を防ぐことができる。また、エタノールは、電解質膜
が含有する水に溶解するため、電解質膜を経由してエタ
ノールの添加を行なっていないガスの流路においても効
果を現わすことが可能である。特に、燃料ガスだけにエ
タノールを添加する場合には、電解質膜が含有する水に
溶解して電解質膜のカソード側に到達したエタノール
は、カソード側で生じる生成水と共に酸化ガス中に気化
するため、燃料ガスだけにエタノールを添加すること
で、両方のガスの流路において凝縮水の滞留を防ぐこと
が可能になる。

【００４８】なお、上記した説明では、単セル内ガス流
路において凝縮水が滞留しない効果について述べたが、
セパレータ表面と凝縮水表面とが成す接触角が小さくな
ることによって、単セル内ガス流路だけでなく、単セル
内ガス流路とガスマニホールドとの接続部位やガスマニ
ホールドなど、燃料電池内に設けられたガス流路の他の
領域でも、ガス流路を形成する部材の表面と凝縮水表面
とが成す接触角が小さくなる効果が得られ、すなわち、
濡れ性を向上させる効果が得られ、凝縮水が滞留してし
まうのを抑えることができる。

【００４９】上記実施例では、ガスに添加するエタノー
ル量は、ガス量の０．２％としたが、添加するエタノー
ル量は異なる割合としてもよい。セパレータ表面と凝縮
水表面とが成す接触角が小さくなる効果は、セパレータ
を構成する材料や、セパレータの表面の状態などによっ
て変わるため、加えたエタノールが燃料電池に及ぼす影
響が許容できる範囲で、凝縮水が成す接触角を充分に小
さくできる量を加えることとすればよい。

【００５０】また、上記実施例では、ガスにエタノール
を添加する際にインジェクタを用い、ガス中にエタノー
ルを噴霧する構成としたが、異なる方法でエタノールを
ガスに添加することとしても良い。例えば、加湿器４
２，４３において、ガスを加湿するために用いる水にエ
タノールを混合しておき、加湿と同時にエタノールの添
加を行なうこととしてもよい。インジェクタを用いる場
合には、添加するエタノール量を正確に制御することが
容易であるため、所望の量のエタノールをガスに添加す
る上で有利である。なお、加湿器で加湿を行なう際に充
分な飽和水蒸気圧を確保するためにガスを加熱したり、
ブロワ４１によって空気を圧縮することによって、添加
部に供給されるガスが充分に昇温している場合には、噴
霧したノールは速やかに気化してガス中に混合される
が、ガスの昇温状態が不十分である場合には、メタノー
ルの噴霧に先立ってガスを加熱することとしても良い。

【００５１】また、ガスに添加するエタノール量を制御
する際には、燃料電池の運転状態に応じてエタノール量
を調節することで、常に所望の濃度のエタノールをガス
中に存在させることができる。燃料電池の運転状態に応
じてエタノールの添加量を制御する際は、燃料電池に接
続される負荷の大きさに基づいても良く、あるいは、負
荷に関する情報を基にして決定される水素供給量や空気
供給量に基づいても良く、燃料電池に供給されるガス中
のエタノール量が所定の値の範囲（上記した説明では
０．２％）となるような制御が行なわれればよい。

【００５２】なお、上記した実施例では、ガスに添加す
る物質としてエタノールを用いたが、セパレータ表面と
凝縮水表面とが成す接触角を小さくする効果を有するも
のであれば、エタノール以外の物質を用いることとして
も良い。親水基を有する物質を添加すれば、効果的にセ
パレータ表面と凝縮水表面とが成す接触角を小さくする
ことができる。ここで、親水基を有する物質とは、例え
ば、−ＳＯ₄，−ＣＯ₂，−ＳＯ₃，−Ｎ，−ＣＯＯ，−
ＣＯＯＨ，−ＯＨ，−Ｏ−の中から選択される親水基を
有する物質である。特に、分子量の小さい（炭素数の少
ない）アルコール類は、水に対する溶解度が高く、ガス
に添加することで効率よく凝縮水に混合することがで
き、ガスに添加する物質として優れている。分子量の小
さいアルコールとしては、例えば、本実施例で用いたエ
タノールの他、メタノールやブタノールやイソプロピル
アルコールなどを挙げることができる。

【００５３】（４）第２実施例の燃料電池装置１１５：
図５は、第２実施例の燃料電池装置１１５の構成の概略
を表わす説明図である。第１実施例の燃料電池装置１５
では、燃料電池１０に供給するガスにエタノールを添加
することによって、ガス流路内において凝縮水が滞留す
るのを防いだが、第２実施例の燃料電池装置１１５は、
燃料ガスとしてメタノールを改質して得られる水素リッ
チな改質ガスを用い、改質ガス中に所定量のメタノール
を残留させることで、ガス流路内で凝縮水が滞留するの
を防ぐ。以下、燃料電池装置１１５における燃料ガスの
供給に関わる構成について説明する。

【００５４】燃料電池装置１１５は、燃料ガスとして、
上記したように改質ガスを用いる。改質ガスの供給に関
わる構成として、燃料電池装置１１５は、メタノールを
貯蔵するメタノールタンク８０，水を貯蔵する水タンク
８１，バーナ８５を併設してメタノールおよび水を気化
させる蒸発器８２，メタノールを用いて改質反応を進行
する改質器８３，改質ガス中の一酸化炭素濃度を低減す
るＣＯ低減部８４を備えている。さらに、燃料電池装置
１５が備える制御部５０と同様の制御部１５０を備えて
いる。

【００５５】メタノールタンク８０から蒸発器８２に原
燃料であるメタノールを送り込むメタノール流路６０に
は第２ポンプ７１が設けられており、蒸発器８２に供給
するメタノール量を調節可能となっている。この第２ポ
ンプ７１は、制御部１５０に接続されており、制御部１
５０から出力される信号によって駆動され、蒸発器８２
に供給するメタノール流量を調節する。

【００５６】水タンク８１から蒸発器８２に水を送り込
む水供給路６２には第３ポンプ７２が設けられており、
蒸発器８２に供給する水の量を調節可能となっている。
この第３ポンプ７２は、第２ポンプ７１と同じく制御部
１５０に接続されており、制御部１５０から出力される
信号によって駆動され、蒸発器８２に供給する水量を調
節する。上記メタノール流路６０と水供給路６２とは合
流して第１燃料供給路６３を形成し、この第１燃料供給
路６３は蒸発器８２に接続する。メタノール流量と水量
とは上記第２ポンプ７１と第３ポンプ７２とによって調
節されるため、所定量ずつ混合されたメタノールと水と
は第１燃料供給路６３を介して蒸発器８２に供給され
る。

【００５７】蒸発器８２は、メタノールおよび水を気化
させるための熱源として、バーナ８５を備えている。バ
ーナ８５は、燃焼のための燃料を、燃料電池１１０のア
ノード側およびメタノールタンク８０から供給される。
燃料電池１１０は、メタノールを改質器８３で改質して
生成した水素リッチガスを燃料として電気化学反応を行
なうが、燃料電池１１０に供給されたすべての水素が電
気化学反応において消費されるわけではなく、消費され
ずに残った水素を含む燃料排ガスは燃料排出路６７に排
出される。バーナ８５は、この燃料排出路６７に接続し
て燃料排ガスの供給を受け、消費されずに残った水素を
完全燃焼させて燃料の利用率の向上を図っている。通常
はこのような排燃料だけではバーナ８５における燃焼反
応のための燃料として不足するため、この不足分に相当
する燃料、および燃料電池装置１１５の起動時のように
燃料電池１１０から排燃料の供給を受けられないとき
の、バーナ８５における燃焼反応のための燃料は、メタ
ノールタンク８０から供給される。バーナ８５へメタノ
ールを供給するためにメタノール分岐路６１が設けられ
ている。このメタノール分岐路６１は、メタノールタン
ク８０から蒸発器８２にメタノールを供給するメタノー
ル流路６０から分岐している。メタノール分岐路６１に
は、第１ポンプ７０が設けられている。この第１ポンプ
７０は、制御部１５０に接続されており、制御部１５０
から出力される信号によって駆動され、バーナ８５に供
給するメタノール流量を調節する。蒸発器８２で気化・
昇温されたメタノールと水とからなる原燃料ガスは、第
２燃料供給路６４に導かれて改質器８３に伝えられる
が、バーナ８５に供給するメタノール量を制御すること
で、原燃料ガスの加熱量を制御することができる。

【００５８】改質器８３は、供給されたメタノールと水
とからなる原燃料ガスを改質して水素リッチな改質ガス
を生成する。改質器８３は、表面にＣｕ−Ｚｎ触媒を担
持したメタルハニカムからなる触媒部を備えており、こ
の触媒上に原燃料ガスを通過させることによって改質反
応を進行させる。改質器８３で生成された改質ガスは、
第３燃料供給路６５に排出されて、ＣＯ低減部８４に導
かれる。改質器８３では、水蒸気改質反応および酸化反
応（部分酸化反応）が進行し、これらの反応によって水
素リッチガスを生成する。以下に、これらの反応を示
す。

【００５９】 ＣＨ₃ＯＨ＋Ｈ₂Ｏ → ＣＯ₂＋３Ｈ₂−４９．５（kJ/mol） …（４） ＣＨ₃ＯＨ＋（１／２）Ｏ₂ → ＣＯ₂＋２Ｈ₂＋１８９．５（kJ/mol） …（５）

【００６０】（４）式は、メタノールの水蒸気改質反
応、（５）式は、メタノールの酸化反応の一例（部分酸
化反応）を表わす。（４）式に示すように、水蒸気改質
反応は吸熱反応であるため、改質反応を進行させるため
には熱エネルギを供給する必要がある。また、（５）式
に示すように、酸化反応は発熱反応である。本実施例で
は、改質器８３で進行する酸化反応の量を調節し、この
酸化反応で生じた熱を水蒸気改質反応で利用している。
改質器８３で進行する酸化反応の量は、改質器８３に供
給する酸素量によって調節することができる。改質器８
３にはブロワ７４が併設されており、酸素を含有する圧
縮空気が、空気供給路７６を介してブロワ７４から供給
される。ブロワ７４は制御部１５０と接続しており、制
御部１５０からの駆動信号によって、改質器８３に供給
する圧縮空気量、すなわち酸素量が制御される。

【００６１】改質器８３に対しては、蒸発器８２から供
給される原燃料ガス自身によっても熱がもたらされる。
したがって、バーナ８５に供給する燃料の量と、改質器
８３に供給する（酸素）量を調節することで、改質器８
３の内部温度を制御することができる。改質器８３には
温度センサ７３が設けられており、温度センサ７３が検
出した改質器８３の内部温度に関する情報は制御部１５
０に入力される。また、制御部１５０には、燃料電池１
１０に接続される負荷の大きさ、あるいは、負荷の変動
に関する情報も入力される（図示せず）。制御部１５０
は、これら負荷に関する情報（発電すべき電力量）に基
づいて改質器８３に供給する原燃料ガス量を調節すると
共に、上記負荷に関する情報と温度センサ７３からの情
報とに基づいて、既述した各ポンプやブロワを駆動し
て、改質器８３の内部温度を制御する。

【００６２】改質器８３内で進行する反応は化学反応で
あるため、このような温度制御によって、内部で進行す
る反応の状態（反応量）を制御することができる。本実
施例では、上記したように改質器８３の内部温度を制御
することによって、改質器から排出される改質ガス中に
残留するメタノール量が所定量（略０．２％）となるよ
うに制御される。

【００６３】なお、改質器８３において、酸化反応を行
なうことなく、水蒸気改質反応だけを行なうこととし、
改質器８３にヒータを設け、ヒータの発熱量によって改
質器の内部温度を制御することとしても良い。また、蒸
発器８２から持ち込まれる熱量だけで改質反応に要する
熱量を賄うこととし、バーナ８５に供給する燃料の量に
よって改質器８３の内部温度を制御することとしても良
い。

【００６４】ＣＯ低減部８４は、第３燃料供給路６５を
介して改質器８３から供給された改質ガス中の一酸化炭
素濃度を低減させる装置である。メタノールの一般的な
改質反応はすでに（４）式に示したが、実際に改質反応
が行なわれるときにはこのような反応が理想的に進行す
るわけではなく、改質器８３で生成された改質ガスは所
定量の一酸化炭素を含んでいる。燃料電池に共有する燃
料ガス中に一酸化炭素が含まれると、燃料電池の触媒に
一酸化炭素が吸着して電気化学反応を妨げるおそれがあ
るため、ＣＯ低減部８４を設けることで、燃料電池１１
０に供給する燃料ガス中の一酸化炭素濃度の低減を図っ
ている。

【００６５】ＣＯ低減部８４においては、改質ガス中の
水素に優先して一酸化炭素の酸化が行なわれる。ＣＯ低
減部８４には、一酸化炭素の選択酸化触媒である白金触
媒、ルテニウム触媒、パラジウム触媒、金触媒、あるい
はこれらを第１元素とした合金触媒を担持した担体が充
填されている。このＣＯ低減部８４で処理された燃料ガ
ス中の一酸化炭素濃度は、ＣＯ低減部８４の運転温度、
供給される改質ガス中の一酸化炭素濃度、ＣＯ低減部８
４への単位触媒体積当たりの燃料ガスの供給流量等によ
って定まる。ＣＯ低減部８４には図示しない一酸化炭素
濃度センサが設けられており、この測定結果に基づいて
ＣＯ低減部８４の運転温度や供給する燃料ガス流量を調
節し、処理後の燃料ガス中の一酸化炭素濃度が所定の値
以下となるように制御している。なお、ＣＯ低減部８４
にはブロワ７５が併設されており、酸素を含有する圧縮
空気が、空気供給路７７を介してブロワ７５から供給さ
れる。ブロワ７５は制御部１５０と接続しており、制御
部１５０からの駆動信号によって、ＣＯ低減部８４に供
給される酸素量が制御される。

【００６６】ＣＯ低減部８４で上記のように一酸化炭素
濃度が下げられた燃料ガスは、第４燃料供給路６６によ
って燃料電池１１０に導かれ、アノード側における電池
反応に供される。燃料電池１１０で電池反応に用いられ
た後の燃料排ガスは、既述したように燃料排出路６７に
排出されてバーナ８５に導かれ、この燃料排ガス中に残
っている水素が燃焼のための燃料として消費される。

【００６７】燃料電池１１０のカソード側に酸化ガスを
供給する装置は第１実施例と同様であるが、本実施例で
は、燃料ガス中にメタノールを残留させるのに合わせ
て、第１実施例の添加部４５に代えて、酸化ガスにメタ
ノールを添加する添加部１４５を備えることとした。も
とより、酸化ガス側には第１実施例と同様にエタノール
を添加することとしても構わない。電池反応に用いられ
た残りの酸化排ガスは、酸化排ガス路６９を介して外部
に排出される。

【００６８】以上のように構成された燃料電池装置１１
５によれば、改質器８３における改質反応の進行状態を
制御することによって、燃料ガス中に所定量のメタノー
ルを残留させるため、燃料電池内の燃料ガス流路で凝縮
水が生じても、凝縮水の水滴表面とセパレータ表面とが
成す接触角がより小さくなって濡れ性が向上する。した
がって、第１実施例と同様に、凝縮水はセパレータ表面
に導かれて容易に排出され、凝縮水が燃料ガス流路に滞
留してガスの流れを妨ることで電池性能が低下するのを
防止することができる。なお、従来は、改質器において
より完全に改質反応を進行させて水素の生成効率を向上
させることで燃料電池の性能を高めようとされてきた
が、本実施例のように、積極的に所定量のメタノールを
燃料ガス中に残存させることで、燃料電池内のガス流路
における排水性を向上させ、これによって燃料電池の性
能をさらに高めることが可能になる。

【００６９】また、上記実施例のように燃料電池に供給
する燃料ガス中に所定量のメタノールを残留させること
により、この残留メタノールは、電解質膜２１を介して
カソード側にも移動して、電気化学反応に伴ってカソー
ド側で生じる生成水と共に酸化ガス中に気化する。した
がって、酸化ガスにメタノールを添加する添加部１４５
を設けないこととしても、燃料電池内の酸化ガス流路中
で凝縮水が滞留するのを防止する所定の効果を得ること
ができる。

【００７０】図６は、第２実施例の燃料電池装置１１５
と、ガスに対してメタノールの添加を行なわない燃料電
池装置との間で、出力特性（出力電流密度と出力電圧の
関係）を比較した結果を表わす説明図である。本実施例
の燃料電池装置１１５が備える燃料電池１１０の出力特
性は、図中、「メタノール添加」と表わした。なお、
「エタノール無添加」と記したものは、第１実施例の燃
料電池装置１５と同様に水素ガスを燃料ガスとして用
い、添加部４４，４５を備えない（ガスにメタノールや
エタノールの添加を行なわない）燃料電池装置が備える
燃料電池における出力特性を表わす。それぞれの燃料電
池に供給する燃料ガスの量は、供給される燃料ガス中の
水素量が同じになるように調節した。また、「メタノー
ル無添加」の燃料電池に供給する燃料ガスの加湿量は、
改質ガスが含有する水蒸気量と同程度となるように制御
した。

【００７１】図６に示すように、燃料電池からの出力電
流密度が小さい間は、両者の間に顕著な差は見られない
（改質ガスは水素の他に所定量の二酸化炭素などを含有
し、水素分子の拡散が二酸化炭素分子などによって妨げ
られるため、「メタノール添加」は、純度の高い水素ガ
スを用いる「メタノール無添加」に比べて、若干出力電
圧値が低くなる）。しかしながら、さらに出力電流密度
を上げると、「メタノール無添加」では急激に出力電圧
値が低下するのに対し、「メタノール添加」では、さら
に高い出力電流密度であっても充分な出力電圧値を維持
することができた。このように、燃料ガス中に所定量の
メタノールを残留させることによって、より高い出力電
流密度に対しても充分な出力電圧値を維持することがで
き、電池性能を向上させることができた。

【００７２】なお、上記実施例では、改質反応に供する
原燃料にメタノールを用いたが、燃料ガス中に残留させ
て凝縮水中に混合することによって、燃料電池内部のガ
ス流路を構成する部材表面と凝縮水表面とが成す接触角
を小さくする作用を有する炭化水素、あるいは炭化水素
系化合物であれば、他種の炭化水素あるいは炭化水素系
化合物を原燃料として用いても、同様に本発明を適用す
ることができる。

【００７３】また、上記実施例では、改質器８３の内部
温度（触媒温度）によって改質反応の進行状態（残留す
るメタノール量）を制御したが、触媒温度以外の要素に
よって、あるいは触媒温度以外の要素をさらに加えて、
残留するメタノール量を制御することとしても良い。例
えば、改質器８３内に設けられた触媒部を複数個に分割
するなどの方法で、実際に改質反応に関与する触媒量を
増減することによっても、改質反応の進行状態を調節す
ることが可能である。また、可能であれば、改質器に供
給する原燃料ガス量を調節することによっても、改質反
応の進行状態を調節することができる。

【００７４】上記実施例では、負荷変動に応じて改質器
の運転状態を制御して、改質ガス中に残留するメタノー
ル量を所定の値（の範囲）となるようにしたが、負荷が
一定であったり、改質器における処理量が一定であり、
改質器の運転状態がほとんど変動しない場合には、改質
器から排出される改質ガス中に残留するメタノール量が
所定量となるように、予め改質器の運転条件（ガス流
量、触媒量、触媒温度に関わる各ポンプやブロワの駆動
状態など）を設定しておけばよい。

【００７５】また、上記第１および第２実施例では、固
体高分子型燃料電池を用いたが、電気化学反応により生
じる生成水が流路内に滞留するおそれのある燃料電池で
あれば、他種の燃料電池に適用することも可能である。
例えば、直接メタノール型燃料電池において、カソード
側に供給する酸化ガスに、所定量のメタノールあるいは
エタノールを添加するしても同様の効果を得ることがで
きる。

【００７６】以上本発明の実施例について説明したが、
本発明はこうした実施例に何等限定されるものではな
く、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々なる
様態で実施し得ることは勿論である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の好適な一実施例である燃料電池１０を
備える燃料電池装置１５の構成の概略を表わす説明図で
ある。

【図２】単セル１２の構成を表わす断面図である。

【図３】単セル１２の構成を表わす分解斜視図である。

【図４】セパレータ３０の構成を表わす平面図である。

【図５】燃料電池装置１１５の構成を表わす説明図であ
る。

【図６】メタノール添加が電池性能に与える影響を示す
説明図である。

【符号の説明】

１０，１１０…燃料電池 １２…単セル １５，１１５…燃料電池装置 ２１…電解質膜 ２２…アノード ２３…カソード ２４Ｐ…単セル内燃料ガス流路 ２５Ｐ…単セル内酸化ガス流路 ３０…セパレータ ３１…凹部 ３２…凸部 ３３…酸化ガス供給孔 ３４…酸化ガス排出孔 ３５…燃料ガス供給孔 ３６…燃料ガス排出孔 ３７…冷却水孔 ４０…水素ボンベ ４１…ブロワ ４２，４３…加湿器 ４４，４５，１４５…添加部 ４６…燃料ガス供給路 ４７…酸化ガス供給路 ４８…燃料ガス排出路 ４９…酸化ガス排出路 ５０，１５０…制御部 ５２…ＣＰＵ ５４…ＲＯＭ ５６…ＲＡＭ ５８…入出力ポート ６０…メタノール流路 ６１…メタノール分岐路 ６２…水供給路 ６３…第１燃料供給路 ６４…第２燃料供給路 ６５…第３燃料供給路 ６６…第４燃料供給路 ６７…燃料排出路 ６９…酸化排ガス路 ７０…第１ポンプ ７１…第２ポンプ ７２…第３ポンプ ７３…温度センサ ７４，７５…ブロワ ８０…メタノールタンク ８１…水タンク ８２…蒸発器 ８３…改質器 ８４…ＣＯ低減部 ８５…バーナ ９１，９２…インジェクタ ９３，９４…エタノールタンク ９５…バルブ

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 表面にガスの流路を形成する流路形成部
   材を備え、前記ガスの流路に対してガスの供給を受け、
   電気化学反応により起電力を得る燃料電池を備える燃料
   電池装置であって、 前記流路形成部材上に水滴が存在する場合、該水滴中に
   混合されることによって、該水滴表面と前記流路形成部
   材表面とが成す接触角を小さくする働きを有する物質
   を、前記ガス流路に供給するガスに対して導入する導入
   手段をさらに備えることを特徴とする燃料電池装置。
2. 【請求項２】 前記導入手段が導入する物質は、親水基
   を有する物質である請求項１記載の燃料電池装置。
3. 【請求項３】 前記親水基は、 −ＳＯ₄，−ＣＯ₂，−ＳＯ₃，−Ｎ，−ＣＯＯ，−ＣＯ
   ＯＨ，−ＯＨ，−Ｏ−の中から選択される親水基である
   ことを特徴とする請求項２記載の燃料電池装置。
4. 【請求項４】 前記親水基を有する物質は、メタノール
   である請求項２記載の燃料電池装置。
5. 【請求項５】 前記親水基を有する物質は、エタノール
   である請求項２記載の燃料電池装置。
6. 【請求項６】 請求項１ないし５いずれか記載の燃料電
   池装置であって、 前記燃料電池の運転状態を検知する運転状態検知手段
   と、 前記運転状態検知手段の検知結果に基づいて、前記導入
   手段によって前記ガスに対して導入する前記物質の量を
   制御する制御手段とをさらに備える燃料電池装置。
7. 【請求項７】 表面にガスの流路を形成する流路形成部
   材を備え、前記ガスの流路に対してガスの供給を受け、
   電気化学反応により起電力を得る燃料電池を備える燃料
   電池装置であって、 前記流路形成部材上に水滴が存在する場合、該水滴中に
   混合されることによって、該水滴表面と前記流路形成部
   材表面とが成す接触角を小さくする働きを有する炭化水
   素または炭化水素系化合物を、原燃料として用いて、改
   質反応によって前記原燃料から水素リッチガスを生成す
   る改質器と、 前記改質器から排出される水素リッチガスを、前記ガス
   として前記ガスの流路に対して供給するガス供給手段と
   をさらに備え、 前記改質器は、未反応のまま前記改質器から排出される
   前記原燃料の量が、所定の範囲の量となるように、前記
   改質反応の進行状態を制御する未反応量制御手段を備え
   ることを特徴とする燃料電池装置
8. 【請求項８】 前記原燃料は、エタノールである請求項
   ７記載の燃料電池装置。
9. 【請求項９】 前記原燃料は、メタノールである請求項
   ７記載の燃料電池装置。
10. 【請求項１０】 前記未反応量制御手段は、前記改質器
    の内部温度を制御することによって、前記改質反応の進
    行状態を制御する請求項７ないし９いずれか記載の燃料
    電池装置。
11. 【請求項１１】 表面にガスの流路を形成する流路形成
    部材を備え、前記ガスの流路に対してガスの供給を受
    け、電気化学反応により起電力を得る燃料電池の運転方
    法であって、 ａ）前記ガス流路に対して前記ガスを供給する工程と、 ｂ）前記流路形成部材上に水滴が存在する場合、該水滴
    中に混合されることによって、該水滴表面と前記流路形
    成部材表面とが成す接触角を小さくする働きを有する物
    質を、前記ガスに対して導入する工程と を備えることを特徴とする燃料電池の運転方法。
12. 【請求項１２】 表面にガスの流路を形成する流路形成
    部材を備え、前記ガスの流路に対してガスの供給を受
    け、電気化学反応により起電力を得る燃料電池の運転方
    法であって、 ｃ）前記流路形成部材上に水滴が存在する場合、該水滴
    中に混合されることによって、該水滴表面と前記流路形
    成部材表面とが成す接触角を小さくする働きを有する炭
    化水素または炭化水素系化合物を、原燃料として用い
    て、改質反応によって前記原燃料から水素リッチガスを
    生成する工程と、 ｄ）前記ｃ）工程で生成した水素リッチガスを、前記ガ
    スとして前記ガスの流路に対して供給する工程とを備
    え、 前記（ｃ）工程は、 ｅ）生成される前記水素リッチガス中に未反応のまま残
    留する前記原燃料の量が、所定の範囲の量となるよう
    に、前記改質反応の進行状態を制御する工程を備える燃
    料電池の運転方法。