JP2002056872A

JP2002056872A - 燃料電池装置及び燃料電池装置の運転方法。

Info

Publication number: JP2002056872A
Application number: JP2000243099A
Authority: JP
Inventors: Setsuo Omoto; 節男大本; Masami Kondo; 正実近藤; Keiji Fujikawa; 圭司藤川
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2000-08-10
Filing date: 2000-08-10
Publication date: 2002-02-22

Abstract

(57)【要約】【課題】コンパクトに構成することができ、かつ、カ
ソードの電極触媒の被毒が十分に防止され長期にわたる
安定した連続運転が可能な燃料電池装置及びその運転方
法を提供する。【解決手段】燃料電池装置１は、アノードＡとカソー
ドＣとによって挟持された電解質膜ＥＭを有する燃料電
池ＦＣと、改質装置３０と、空気を燃料電池のカソード
Ｃに供給するブロアＢと、ブロアＢとカソードとを結ぶ
ガスラインＬ６内に空気の加湿用水蒸気を供給する電磁
弁ＳＶ５と、電磁弁ＳＶ５に向けて水タンク２０から供
給される加湿用水を水蒸気に変換する熱交換器１１０
と、燃料電池ＦＣから排出される排ガス中に含まれる水
分を当該排ガス中から分離して水タンクに供給するデミ
スタＤ２，Ｄ３と、加湿された空気中に含まれるカソー
ドの電極触媒に対する被毒成分を酸化除去する酸化触媒
を有する酸化処理部１００とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、燃料電池装置及び
その運転方法に関し、特に、アノードとカソードとによ
って挟持された高分子電解質を有する燃料電池によって
電力を発生させる燃料電池装置及びその運転方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来から、アノードとカソードとによっ
て挟持された電解質を有する燃料電池が知られている。
この種の燃料電池は、電極活物質としての燃料ガス（ア
ノード反応ガス）と酸化用ガス（カソード反応ガス）と
を利用した電気化学反応によって発生する電気エネルギ
を直接取り出すものあることから、特に、低温の作動領
域において高い発電効率を有する。従って、燃料電池を
備えた発電ユニットとしての燃料電池装置によれば、カ
ルノー効率の制約を受ける熱機関と比較して、高い総合
エネルギ効率を達成することが可能となり、また、電気
化学反応に伴って発生する熱エネルギの回収も容易であ
る。

【０００３】燃料電池の電極活物質及び電解質として
は、水素、酸素、及び、プロトン伝導性電解質を用いる
のが一般的であり、この場合、アノードにおいて次の
（１）式に、カソードにおいて（２）式に、それぞれ示
す電極反応が進行し、全体として（３）式に示す全電池
反応が進行して起電力が発生する。Ｈ₂→２Ｈ⁺＋２ｅ^- …（１）（１／２）Ｏ₂＋２Ｈ⁺＋２ｅ^-→Ｈ₂Ｏ …（２）Ｈ₂＋（１／２）Ｏ₂→Ｈ₂Ｏ …（３）

【０００４】このような電気化学反応によって電力を発
生する燃料電池は、電極活物質、電解質、及び、作動温
度等によって分類されるが、中でも、電解質として高分
子電解質を用いた、いわゆる高分子電解質型燃料電池
（ＰＥＦＣ）等は、小型軽量化が容易であることから、
電気自動車等の移動車両や小型コジェネレーションシス
テムの電源としての実用化が期待されている。高分子電
解質型燃料電池では、電解質としてプロトン導電性を有
する陽イオン交換膜（固体高分子電解質膜）が使用され
る。そして、燃料ガスとして、例えばメタノールや天然
ガスといった炭化水素系原燃料を水蒸気改質して生成さ
れる水素含有ガスが用いられ、酸化用ガスとして、例え
ば空気が用いられる。

【０００５】通常、燃料ガスを得るための水蒸気改質反
応は高分子電解質型燃料電池の作動温度（例えば、６０
〜８０℃程度）よりも高温の温度領域（例えば、２５０
℃程度）でないと進行しないので、原燃料を直接アノー
ドに供給して内部改質することができない。そのため、
燃料電池の外部に改質装置を設置し、当該改質装置にお
いて生成させている。

【０００６】この改質装置における燃料ガスの生成反応
について説明すると、例えば、燃料としてメタノールを
水蒸気改質する場合には、先ず、改質装置にメタノール
と水タンクからの水を供給して水蒸気改質反応を行なわ
せる。水蒸気改質反応は、次の（４）式で示すメタノー
ルの分解反応と（５）式で示した一酸化炭素の変成反応
とが同時に進行すると言われており、全体として（６）
式の反応が起こる。通常、（６）式に示す水素生成反応
を十分に進行させるために過剰量の水が改質装置に供給
されている。また、必要に応じて、メタノールと水との
混合ガスに空気又は純酸素を混入させて、次の（７）式
に示すメタノールの部分酸化反応を進行させる場合もあ
る。ＣＨ₃ＯＨ→ＣＯ＋２Ｈ₂−９０．９ｋＪ／ｍｏｌ …（４）ＣＯ＋Ｈ₂Ｏ→ＣＯ₂＋Ｈ₂＋４１．０ｋＪ／ｍｏｌ …（５）ＣＨ₃ＯＨ＋Ｈ₂Ｏ→ＣＯ₂＋３Ｈ₂−４９．８ｋＪ／ｍｏｌ…（６）ＣＨ₃ＯＨ＋１／２Ｏ₂→ＣＯ＋Ｈ₂Ｏ＋Ｈ₂＋１５１．６ｋＪ／ｍｏｌ…（７）

【０００７】ここで、水蒸気改質反応により生成したガ
ス中には、アノードの電極触媒に対して触媒毒となる一
酸化炭素が含まれているので、改質反応よりもやや低温
の温度領域（例えば、１２０〜２００℃程度）におい
て、次の（８）式に示す一酸化炭素の選択酸化反応を、
水素の酸化反応を抑制しつつ行なわせる。これにより、
水素濃度に比して一酸化炭素濃度が極めて低い燃料ガス
が生成される。ＣＯ＋１／２Ｏ₂→ＣＯ₂ ＋２８４．７
ｋＪ／ｍｏｌ…（８）

【０００８】このようにして改質装置によって生成され
た燃料ガスの温度は、燃料電池の作動温度に比して高温
（例えば、１２０〜２００℃程度）であるので、改質装
置と燃料電池のアノードを結ぶガスライン上に凝縮器等
の所定の熱交換器を設け、これ用いてアノードに供給す
る前に燃料ガスを燃料電池の作動温度近傍に冷却する。
このとき冷却に伴って凝縮する燃料ガス中の余分な水分
は分離除去される。

【０００９】かかる高分子電解質型燃料電池を実用化す
る上で、固体高分子電解質膜のイオン伝導性を良好に維
持することが極めて重要となるが、（１）式に示す電極
反応によってアノードで生成されるプロトンは、水和水
を伴った状態で電解質膜を移動する。これに対して、
（３）式に示す全電池反応は発熱反応であることから、
燃料電池の作動に伴って電解質膜は昇温、乾燥すること
になる。従って、電解質膜が乾燥すれば必然的に電解質
抵抗が増大化することなり、膜内に存在するイオン交換
基のイオン解離度を保持して燃料電池の性能を安定化さ
せる上で、電解質膜を十分に加湿することが必要とな
る。

【００１０】そこで、通常は装置内に水タンクを設け、
高出力条件において装置を連続作動しても高分子電解質
膜の加湿が十分に行われ（３）式に示す全電池反応を速
やかに進行させることができるように燃料ガスと酸化用
ガスとを共に加湿してアノードとカソードにそれぞれ供
給している。燃料ガスの加湿の方法としては、例えば、
前述したように改質装置における反応に使用する水や改
質装置における反応により生成する水を利用する方法な
どがある。すなわち、改質装置によって生成された水分
を含む燃料ガスを燃料電池の作動温度近傍の温度に冷却
してアノードに供給する際に、冷却に伴って燃料ガス中
の余分な水蒸気成分は凝縮除去されるので冷却後の燃料
ガスには燃料電池の作動温度近傍の温度における飽和水
蒸気圧に相当する水蒸気成分が含まれており、アノード
に供給された際にこの水蒸気成分が高分子電解質膜の加
湿に利用されることになる。また、酸化用ガスの加湿の
方法としては、例えば、特開平１１−１９１４２３のよ
うに酸化用ガスの流路と液体の水の流路とを多孔性のプ
レートで仕切り、水を多孔性のプレートに浸透させて徐
々に酸化用ガス中に蒸発させる方法がある。

【００１１】このとき、燃料電池装置の作動中において
水タンク中の水の枯渇を十分に防止できれば、外部から
新たに加湿用水を水タンクに供給することなく当該燃料
電池装置を長期にわたり容易に連続運転させることがで
きるので、電気自動車等の移動車両や小型コジェネレー
ションシステムの電源としての実用化する上で非常に有
効である。そのため燃料電池装置は、改質装置から流出
する燃料ガスを冷却した際に得られる凝縮水、燃料電池
のアノード及びカソードの排ガス中に含まれる加湿水の
残存分や反応生成水等を再び水タンクに供給して再利用
するような構成とされている。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たように構成された燃料電池装置では、再利用のために
水タンクに戻される水分中には、改質装置から流出する
燃料ガスに含有されるメタノール等の未反応の燃料成
分、一酸化炭素等の燃料由来の化合物等からなる可燃成
分が微量に含有されており、このような微量の可燃成分
を含む水分が再び加湿用水として酸化用ガスと共にカソ
ードに供給されると、カソードの電極触媒を被毒してし
まうという問題があった。このように燃料電池の作動中
にカソードの電極触媒の被毒が進行すると、最終的には
燃料電池が発電不能に陥ることになる。

【００１３】そこで、本発明は、コンパクトに構成する
ことができ、かつ、カソードの電極触媒の被毒が十分に
防止され長期にわたる安定した連続運転が可能な燃料電
池装置及びその運転方法を提供することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明による燃料電池装
置は、アノードとカソードとによって挟持された高分子
電解質を有する燃料電池を備え、改質装置で生成された
アノード反応ガスをアノードに供給すると共に、カソー
ド反応ガスをカソードに供給し、アノードとカソードと
でそれぞれ電気化学反応させて電力を発生する燃料電池
装置において、カソード反応ガスを昇温させてカソード
に供給するカソード反応ガス供給手段と、カソード反応
ガス供給手段とカソードとを結ぶガスライン内にカソー
ド反応ガスの加湿用水を水蒸気に変換して供給する水蒸
気供給手段と、水蒸気供給手段に加湿用水を供給する加
湿用水供給手段と、燃料電池の排ガスライン上に設けら
れており、燃料電池から排出される排ガス中に含まれる
水分を当該排ガス中から分離して加湿用水供給手段に供
給する水分離手段と、水蒸気供給手段とカソードとを結
ぶガスライン上に設けられており、加湿されたカソード
反応ガス中に含まれるカソードの電極触媒に対する被毒
成分を酸化除去する酸化触媒を有する酸化処理部と、を
備えることを特徴とする。

【００１５】ここで、本発明におけるカソードの電極触
媒に対する被毒成分とは、アノード反応ガス中に含まれ
る水素を除く可燃成分であり、カソードの電極触媒を劣
化させたり電極触媒に特異的に吸着して（２）のカソー
ドの酸素還元反応を阻害する化合物を示す。具体的に
は、例えば、改質装置から流出する燃料ガスに含有され
るメタノール等の未反応の燃料成分、一酸化炭素等の燃
料由来の化合物である。

【００１６】このような構成の燃料電池装置によれば、
加湿されたカソード反応ガス中にカソードの電極触媒に
対する被毒成分が含まれていても、カソードに導入され
る前に酸化処理部においてその被毒成分を十分に酸化除
去することができるので、燃料電池から排出される排ガ
ス中に含まれる水分を再びアノード反応ガス及びカソー
ド反応ガスの加湿用水として再利用することができる。
特に、カソードの電極触媒に対する被毒成分を多く含む
アノードの排ガス中の水分を個別に分離回収して再利用
したり、全て外部に捨てることなくカソードの排ガス中
の水分と共に再利用することができるため、作動中の加
湿用水供給手段内の水の減少を十分に防止でき、加湿用
水供給手段の構造もシンプルかつコンパクトな構造とす
ることができる。

【００１７】また、加湿用水供給手段は、改質装置内の
反応に使用する水の供給手段としても使用することがで
きるので、水ポンプなどの送水動力の設置台数を低減し
て燃料電池装置のエネルギー変換効率を向上させること
ができ、また、燃料電池装置を軽量化、コンパクト化す
ることが容易にできる。更に、燃料電池のアノードの排
ガスラインとカソードの排ガスライン上にそれぞれ設け
られるデミスタ等の水分離手段も比較的小サイズのもの
を用意すればよく、この点においても燃料電池装置をコ
ンパクトな構成にすることが容易にできる。

【００１８】そして、カソード反応ガスに水蒸気を供給
する水蒸気供給手段は、例えば、燃料電池装置内におい
て高温のガスが流通する改質装置、改質装置の出口付近
のガスライン等の部分を熱源として利用することがで
き、容易にコンパクトな構成にすることができる。ま
た、水蒸気供給手段により加湿用水を完全に水蒸気に変
換してカソード反応ガスに供給することにより、酸化処
理部の酸化触媒の劣化を防止しつつ当該酸化触媒上にお
ける酸化反応を十分に進行させることができる。

【００１９】従って、本発明の燃料電池装置は、コンパ
クトに構成することができ、外部から新たに加湿用水を
加湿用水供給手段に供給することなく長期にわたる安定
した連続運転が容易に可能となる。

【００２０】また、本発明の燃料電池装置においては、
水蒸気供給手段は、加湿用水供給手段から供給される加
湿用水を所定の熱源との間で熱交換させて水蒸気に変換
する熱交換手段と、当該熱交換手段から流出する水蒸気
の流量を調節してカソード反応ガス供給手段と酸化処理
部とを結ぶガスライン内に供給する水蒸気流量調整手段
とから構成されていることが好ましい。

【００２１】水蒸気供給手段をこのような構成とすれ
ば、カソード反応ガスに供給する水蒸気の量を適切に調
節する事ができるので、カソード反応ガスがカソードに
供給された際に、カソードのカソード反応ガスの流路内
に水分が滞留してカソード反応ガスの更なる流入を妨
げ、（２）式の電極反応の進行を阻害てしまういわゆる
フラッディングの発生を防止することができる。すなわ
ち、ガス拡散電極であるカソードのガス拡散性を良好に
維持しつつ電解質を効率よく加湿することができる。こ
の結果、この燃料電池装置では燃料電池の出力を容易か
つ確実に安定化させることができ、長期にわたる安定し
た連続運転がより確実に可能となる。

【００２２】更に、この場合、熱交換手段は、燃料電池
から排出される排ガスを燃焼させて昇温させた後のガス
又は改質装置内のガスを熱源とすることが好ましい。こ
のように熱交換手段を燃料電池装置内の高温のガスが流
通する部分に配置する事により、加湿用水を確実かつ容
易に水蒸気に変換してカソード反応ガスに供給すること
ができる。

【００２３】また、燃料電池から排出される排ガス中に
は水素、微量のその他の可燃成分、酸素等が含まれてい
るが、これらを燃焼させてその燃焼熱を熱交換手段にお
いてカソード反応ガスの加湿用の水蒸気の生成に利用す
ることにより、未反応の可燃性分を水や二酸化炭素等の
不燃成分に変換した安全性の高い低温のガスとして装置
外部に排出することができると共に改質装置で生成させ
た水素を無駄無く使用することができる。すなわち、燃
料電池装置の熱変換効率をより向上させることができ
る。これは燃料電池装置を他の装置と共にケーシング内
に配置して使用する際に非常に有効である。

【００２４】更に、改質装置内のガスを熱交換手段の熱
源とすれば、例えば、燃料としてメタノールを使用する
場合には、カソード反応ガスの加湿水を冷却水とするこ
とにより、前述の（４）〜（７）式で示した水蒸気改質
反応を行なわせた後のガスの温度を（８）式で示した一
酸化炭素の選択反応に適した温度にまで下げ、水素の酸
化反応を抑制しつつ一酸化炭素を選択的に酸化すること
ができる。そして、アノードの電極触媒の被毒を十分に
防止することができる。このように改質装置の冷却媒体
としてカソード反応ガスの加湿水を利用すれば、改質装
置や燃料電池などを高熱源として燃料電池装置内を循環
する冷却媒体を放熱させるためのラジエータなどをコン
パクト化することが可能となる。

【００２５】更に、本発明の燃料電池装置においては、
カソード反応ガス供給手段の出口のガスライン上に設け
られたカソード反応ガス水蒸気流量調整手段と、燃料電
池に対する負荷要求に基づいて、カソード反応ガス水蒸
気流量調整手段と水蒸気流量調整手段とを制御する制御
手段とを備えることが好ましい。

【００２６】このような構成を採用すれば、燃料電池に
対する負荷要求が変化して燃料電池の作動温度等が変化
したとしても、常に適切な湿度をもったカソード反応ガ
スを燃料電池のカソードに供給可能となり、カソードに
水分が滞留してカソード反応ガスの流入を妨げてしまう
ような事態を防止することができる。従って、この燃料
電池装置によれば、急激な負荷要求の変化に対して迅速
に対応することができ、長期にわたる安定した出力を得
ることができる。

【００２７】また、この場合、酸化処理部の出口におけ
るカソード反応ガスの圧力を略一定に保つカソード反応
ガス圧力調整手段とを更に備え、加湿用水供給手段は熱
交換手段に略一定の圧力で加湿用水を供給可能であり、
水蒸気流量調整手段は、当該水蒸気流量調整手段と酸化
処理部とを結ぶカソード反応ガスラインを断続的に開閉
可能であることが好ましい。

【００２８】このような構成のもとでは、水蒸気流量調
整手段の入口と出口との間の差圧が常に略一定となるの
で、当該差圧と水蒸気流量調整手段の開通時間とから水
蒸気流量調整手段と酸化処理部とを結ぶカソード反応ガ
スラインに噴射する加湿用水蒸気の量を精度よく設定可
能となる。従って、この燃料電池装置では、水蒸気流量
調整手段を開閉制御するだけで、カソード反応ガスの湿
度を最適かつ精度よく調節することが可能となる。

【００２９】更に、この場合、水蒸気流量調整手段は、
弁本体に形成された流路を開閉する弁体に取り付けられ
た可動鉄心と、可動鉄心を覆うように配置された電磁コ
イルとを備える電磁弁であると好ましい。

【００３０】このような電磁弁は、きわめて低コストか
つコンパクトに製造可能であり、かつ、単純な制御によ
って確実に作動させることが可能なものである。従っ
て、このような構成を採用すれば、燃料電池装置全体を
コストダウン化、コンパクト化することが可能となり、
また、加湿用の水蒸気の噴射を安定化させることができ
る。

【００３１】また、この場合、電磁コイルに駆動電圧を
断続的に印加するためのパルスを発生するパルス発生手
段を更に備え、制御手段は、燃料電池に対する負荷要求
に応じて流水蒸気流量調整手段の開通時間と閉止時間と
を定め、当該開通時間と閉止時間とに応じたパルスをパ
ルス発生手段に発生させるものであると好ましい。

【００３２】このような構成を採用すれば、水蒸気流量
調整手段としての電磁弁を極めて確実かつ精度よく開閉
制御することができる。これにより、加湿用の水蒸気の
噴射量を極めて精度よく調節することが可能となる。

【００３３】更に、酸化処理部とカソードとを結ぶガス
ライン上に設けられており、酸化処理部から流出するカ
ソード反応ガスを所定の熱源と熱交換させて当該カソー
ド反応ガスの温度を燃料電池の作動温度近傍に調節する
カソード反応ガス温度調整手段を備えることが好まし
い。

【００３４】カソード反応ガスはカソード反応ガス供給
手段によって昇温されているので、酸化処理部とカソー
ドとを結ぶガスライン上にカソード反応ガス温度調整手
段を設け、酸化処理部から流出するカソード反応ガスを
所定の熱源と熱交換させることによりカソード反応ガス
を冷却してその温度を燃料電池の作動温度近傍に調節す
ることができる。

【００３５】このとき、酸化処理部から流出するカソー
ド反応ガスは水蒸気供給手段から供給される水蒸気を同
伴しているので、カソード反応ガスを冷却することによ
り水蒸気成分が凝縮する場合には、その凝縮水を回収し
て加湿用水供給手段に供給するような構成とすることが
好ましい。このようにすれば、カソードに供給するカソ
ード反応ガス中の水蒸気分圧を燃料電池の作動温度にお
ける飽和水蒸気圧以下に容易かつ確実に維持可能となる
ので、カソードに水分が滞留してカソード反応ガスの流
入を妨げてしまうような事態を極めて確実に防止するこ
とが可能となる。また、先に述べた制御手段を備える構
成とする場合においては、カソード反応ガス温度調整手
段から流出する冷却後のカソード反応ガスに混入された
水蒸気の分圧が燃料電池の作動温度における飽和水蒸気
圧以下になるように、加湿用水供給手段から水蒸気供給
手段に供給する加湿用水の量及び／又は水蒸気供給手段
からカソード反応ガス中に供給する水蒸気量を予め設定
してもよい。このようにすれば、カソード反応ガス温度
調整手段においてカソード反応ガスを冷却しても水蒸気
成分が凝縮することがなく、凝縮水を回収して加湿用水
供給手段に供給するための設備を省くことが可能とな
る。然も上記の構成の場合と同様にカソードに供給する
カソード反応ガス中の水蒸気分圧を燃料電池の作動温度
における飽和水蒸気圧以下に容易かつ確実に維持可能と
なるので、カソードに水分が滞留してカソード反応ガス
の流入を妨げてしまうような事態を極めて確実に防止す
ることが可能となる。

【００３６】また、カソード反応ガス温度調整手段とカ
ソードとを結ぶガスライン上に設けられており、カソー
ド反応ガス温度調整手段から流出するカソード反応ガス
中に含まれる液滴を除去する液滴除去手段を備えること
が好ましい。

【００３７】このような構成を採用すれば、カソード反
応ガス温度調整手段で凝縮水が生成した場合に、凝縮水
を完全に回収できずカソード反応ガス温度調整手段から
流出するカソード反応ガスに凝縮水が混入したとして
も、カソードまで凝縮水が達してしまうことを防止する
ことができる。これにより、カソードに水分が滞留して
カソード反応ガスの流入を妨げてしまうような事態を極
めて確実に防止することが可能となる。

【００３８】また、本発明による燃料電池装置の運転方
法は、アノードとカソードとによって挟持された高分子
電解質を有する燃料電池を備え、改質装置で生成したア
ノード反応ガスをアノードに供給すると共にカソード反
応ガス供給手段からカソード反応ガスをカソードに供給
し、アノードとカソードとでそれぞれ電気化学反応させ
て電力を発生させる燃料電池装置の運転方法において、
カソード反応ガスの加湿用水の一部として燃料電池の排
ガス中に含まれる水分を利用し、当該加湿用水を所定の
熱源と熱交換させて水蒸気に変換しカソード反応ガスに
供給する水蒸気供給手段をカソード反応ガス供給手段と
カソードとを結ぶガスライン上に設け、かつ、水蒸気供
給手段とカソードとを結ぶガスライン上に酸化触媒を有
する酸化処理部を設け、加湿されたカソード反応ガス中
に含まれるカソードの電極触媒に対する被毒成分を酸化
除去することを特徴とする。

【００３９】また、この場合、所定の熱源として、燃料
電池から排出される排ガスを燃焼させて昇温させた後の
ガス又は改質装置内のガスを用いることが好ましい。更
に、この場合には、燃料電池に対する負荷要求に基づい
て、カソードに供給するカソード反応ガスの量と、水蒸
気供給手段に供給する加湿用水の量と、カソード反応ガ
スに供給する水蒸気の量とを設定することが好ましい。

【００４０】また、酸化処理部の出口におけるカソード
反応ガスの圧力を略一定に保つと共に、水蒸気供給手段
と酸化処理部とを結ぶカソード反応ガスライン内に略一
定の圧力で断続的に水蒸気を供給することが好ましい。

【００４１】また、燃料電池に対する負荷要求に基づい
て、水蒸気供給手段と酸化処理部とを結ぶカソード反応
ガスライン内に供給する水蒸気の供給継続時間と供給停
止時間との割合を設定すると好ましい。更に加えて、酸
化処理部から流出するカソード反応ガス中に含まれる液
滴を除去すると好ましい。

【００４２】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
による燃料電池装置、及び、燃料電池装置の運転方法の
好適な実施形態について詳細に説明する。

【００４３】図１は、本発明による燃料電池装置を示す
系統図である。同図に示す燃料電池装置１は、移動車両
や小型コジェネレーションシステムの電源として採用す
ると好適なものであり、固体高分子電解質型の燃料電池
ＦＣを備える。この燃料電池ＦＣは、水素を含む燃料ガ
ス（アノード反応ガス）と、酸化用ガスとしての空気
（カソード反応ガス）とを利用した電気化学反応によっ
て電気エネルギを発生する。なお、燃料電池装置１に、
直接メタノール型燃料電池（ＤＭＦＣ）を備えることも
可能である。

【００４４】図１に示すように、燃料電池装置１は、燃
料ガスを生成するための燃料供給部１０、水供給部２
０、及び、改質装置３０を備えている。燃料供給部１０
は、燃料ガスを生成するためのメタノールを貯留する燃
料タンク１１を有する。燃料タンク１１内には、燃料ポ
ンプＰ１が配置されており、燃料ポンプＰ１の吐出口に
は、圧力調整ラインＬＰ１の一端が接続されている。圧
力調整ラインＬＰ１は、中途に圧力調整弁ＰＲＶ１を有
し、その他端側は燃料タンク１１内に導かれている。圧
力調整弁ＰＲＶ１は、燃料ポンプＰ１から吐出されて圧
力調整ラインＬＰ１内を流通する流体圧力を所定値に保
つ。なお、圧力調整弁ＰＲＶ１による圧力調整によって
余剰となったメタノールは、圧力調整ラインＬＰ１を介
して燃料タンク１１内に返送される。

【００４５】また、圧力調整ラインＬＰ１からは、燃料
ポンプＰ１と圧力調整弁ＰＲＶ１との間において燃料ラ
インＬ１とL３０とがそれぞれ分岐されている。燃料ラ
インＬ１は中途に電磁弁ＳＶ１を有し、燃料供給ライン
ＬＳ１に接続されている。ここで、燃料ポンプＰ１と圧
力調整弁ＰＲＶ１との間における圧力調整ラインＬＰ１
内の流体圧力は、燃料供給部１０の圧力調整弁ＰＲＶ１
によって一定に保たれている。従って、電磁弁ＳＶ１の
上流側における燃料ラインＬ１内の流体圧力は常に一定
となる。この電磁弁ＳＶ１は、制御装置９０（図６参
照）と電気的に接続されており、燃料ラインＬ１の開通
時間と閉止時間を制御されている。その結果、燃料供給
部１０から改質装置３０に供給されるメタノールの流量
は、燃料電池装置１の作動状況に応じて調節される。

【００４６】一方、燃料ラインＬ３０は、中途に電磁弁
ＳＶ６を有し、燃料供給ラインＬＳ２に接続されてい
る。そして、燃料ポンプＰ１と圧力調整弁ＰＲＶ１との
間における圧力調整ラインＬＰ１内の流体圧力は、燃料
供給部１０の圧力調整弁ＰＲＶ１によって一定に保たれ
ているので、電磁弁ＳＶ６の上流側における燃料ライン
Ｌ３０内の流体圧力は常に一定となる。この電磁弁ＳＶ
６も、制御装置９０（図６参照）と電気的に接続されて
おり、燃料ラインＬ３０の開通時間と閉止時間を制御さ
れている。その結果、燃料供給部１０から改質装置３０
に供給されるメタノールの流量は、燃料電池装置１の作
動状況に応じて調節される。

【００４７】同様に、水供給部２０は、燃料（メタノー
ル）を改質する際に改質用流体として利用される水を貯
留する水タンク２１を有する。水タンク２１内には、水
ポンプＰ２が配置されており、水ポンプＰ２の吐出口に
は、圧力調整ラインＬＰ２の一端が接続されている。こ
の圧力調整ラインＬＰ２も、中途に圧力調整弁ＰＲＶ２
を有し、その他端側は水タンク２１内に導かれている。
圧力調整弁ＰＲＶ２は、水ポンプＰ２から吐出されて圧
力調整ラインＬＰ２内を流通する流体圧力を所定値に保
つ。なお、圧力調整弁ＰＲＶ２による圧力調整によって
余剰となった水は、圧力調整ラインＬＰ２を介して水タ
ンク２１内に返送される。

【００４８】そして、圧力調整ラインＬＰからは、水ポ
ンプＰ２と圧力調整弁ＰＲＶ２との間において改質用水
ラインＬ２と水ラインL４０とがそれぞれが分岐されて
いる。改質用水ラインＬ２は、中途に電磁弁ＳＶ２を有
し、燃料ラインＬ１と燃料供給ラインＬＳ１との接続部
に合流している。ここで、上述したように、水ポンプＰ
２と圧力調整弁ＰＲＶ２との間における圧力調整ライン
ＬＰ２内の流体圧力は、水供給部２０の圧力調整弁ＰＲ
Ｖ２によって一定に保たれている。従って、電磁弁ＳＶ
２の上流側における改質用水ラインＬ２内の流体圧力は
常に一定となる。

【００４９】また、この電磁弁ＳＶ２は、制御装置９０
（図６参照）と電気的に接続されており、改質用水ライ
ンＬ２の開通時間と閉止時間を制御されている。その結
果、水供給部２０から改質装置３０に供給される改質用
水の流量は、燃料電池装置１の作動状況に応じて調節さ
れる。例えば、改質用水の流量は、改質装置３０内の水
蒸気改質反応及び選択反応を円滑に進行させて生成して
くるＣＯの分圧を所定範囲内に抑制することが可能であ
る範囲内に調節することが可能である。また、例えば、
改質装置３０で生成される燃料ガスの水蒸気分圧を燃料
電池ＦＣの作動温度における飽和蒸気圧以下となる範囲
内に予め調節することも可能である。

【００５０】また、水ラインＬ４０は、中途に電磁弁Ｓ
Ｖ７を有し、燃料ラインＬ１と燃料供給ラインＬＳ１と
の接続部に合流している。そして、水ポンプＰ２と圧力
調整弁ＰＲＶ２との間における圧力調整ラインＬＰ２内
の流体圧力は、水供給部２０の圧力調整弁ＰＲＶ２によ
って一定に保たれているので、電磁弁ＳＶ７の上流側に
おける水ラインＬ４０内の流体圧力は常に一定となる。
この電磁弁ＳＶ７も、制御装置９０（図６参照）と電気
的に接続されており、水ラインＬ４０の開通時間と閉止
時間を制御されている。その結果、水供給部２０から改
質装置３０に供給されるメタノールの流量は、燃料電池
装置１の作動状況に応じて調節される。

【００５１】燃料供給部１０から燃料ラインＬ１を経て
供給されるメタノールと水供給部２０から改質用水ライ
ンＬ２を経て供給される改質用水は、燃料供給ラインＬ
Ｓ１との合流部で混ざり合い、燃料供給ラインＬＳ１を
介して改質装置３０の蒸発部３１内に供給される。一
方、燃料供給部１０から燃料ラインＬ３０を経て供給さ
れるメタノールと水供給部２０から水ラインＬ４０を経
て供給される改質用水は、燃料供給ラインＬＳ２との合
流部で混ざり合い、燃料供給ラインＬＳ２を介して改質
装置３０の蒸発部３１内に供給される。

【００５２】ここで、改質装置３０は、燃料供給部１０
から供給されるメタノールを水供給部２０から供給され
る改質用水を利用した水蒸気改質によって水素を含む燃
料ガスを生成するものである。改質装置３０は、蒸発部
３１、改質部３２、及び、選択酸化部３３から構成され
ている。

【００５３】改質装置３０における燃料ガスの生成工程
について説明すると、燃料供給部１０及び水供給部２０
から燃料供給ラインＬＳ１を経て供給される水メタノー
ル混合液は、まず蒸発部３１に供給される。蒸発部３１
は、図示しないバーナを備えており、このバーナが発生
する熱によって水メタノール混合液は気化・昇温して水
メタノール混合ガスとなる。そして、蒸発部３１で気化
・昇温した水メタノール混合ガスは、改質部３２に流入
する。

【００５４】一方、燃料供給部１０及び水供給部２０か
ら燃料供給ラインＬＳ２を経て供給される水メタノール
混合液は、まず蒸発部３１に供給されて予熱されて気化
・昇温して水メタノール混合ガスとなる。次に、水メタ
ノール混合ガスは燃料供給ラインＬＳ２と燃料電池ＦＣ
の排ガスラインＬ１４にとの合流部に導かれて排ガスラ
インＬ１４内の排ガスと混合される。そして水メタノー
ル混合ガスは燃料電池ＦＣの排ガスとともに蒸発部３１
のバーナに導かれ、バーナの燃料として使用される。蒸
発部３１のバーナには燃焼触媒が備えられており、排ガ
スラインＬ１４から流入する水メタノール混合ガスと燃
料電池ＦＣの排ガスとの混合ガス中の可燃成分と酸素と
が燃焼反応を起す。

【００５５】改質部３２の内部には、改質触媒として、
例えば、ＣＨ₃ＯＨ及びＣＯ吸着能をもった微粒子状の
複合酸化物触媒を坦持させたハニカム状の多孔質体（図
示せず）が配置されている。改質部３２に流入した水メ
タノール混合ガスが当該改質触媒の表面を通過すると、
以下の（４）、（５）、及び、（６）式に示した反応が
進行し、これにより、水素リッチな改質ガスが生成され
る。ＣＨ₃ＯＨ→ＣＯ＋２Ｈ₂−９０．９ｋＪ／ｍｏｌ …（４）ＣＯ＋Ｈ₂Ｏ→ＣＯ₂＋Ｈ₂＋４１．０ｋＪ／ｍｏｌ …（５）ＣＨ₃ＯＨ＋Ｈ₂Ｏ→ＣＯ₂＋３Ｈ₂−４９．８ｋＪ／ｍｏｌ…（６）上記（４）〜（６）式に示す水蒸気改質反応は、全体と
して吸熱反応であることから、反応を進行させるための
熱を改質部３２内に供給する必要がある。このために
は、蒸発部３１から水メタノール混合ガスが熱を同伴し
ながら改質部３２に流れ込むように構成すると好まし
い。また、改質部３２に所定の加熱装置を設け、反応を
進行させるための熱を当該加熱装置から改質部３２内に
与えるように構成してもよい。なお、Ｃｕ−Ｚｎ触媒に
よって水蒸気改質反応を進行させた場合、改質部３２の
内部温度は、２５０〜３００℃の温度範囲が好ましい。

【００５６】更に、この改質部３２には、中途に電磁弁
ＳＶ３を有する空気ラインＬ３が接続されており、改質
部３２内には、空気ラインＬ３を介して改質用の空気が
必要に応じて供給される。改質部３２内に改質用空気が
供給された場合、改質部３２では、蒸発部３１から流入
する水メタノール混合ガス中のメタノールと改質用の空
気に含まれる酸素との間で、次の（７）式に示す反応が
進行する。この電磁弁ＳＶ３も、制御装置９０（図６参
照）と電気的に接続されており、空気ラインＬ３の開通
時間と閉止時間を制御されている。その結果、改質部３
２に供給される改質用の空気の流量は、燃料電池装置１
の作動状況に応じて調節される。ＣＨ₃ＯＨ＋１／２Ｏ₂→ＣＯ＋Ｈ₂Ｏ＋Ｈ₂＋１５１．６ｋＪ／ｍｏｌ…（７）これにより、吸熱反応による熱を更に補うことができ
る。また、この改質部３２には改質部３２内の温度ｔ₃₂
を測定するための温度センサＴＳ３２（図示せず）が備
えられている。この温度センサＴＳ３２は、（４）〜
（７）で示される改質部３２内の水蒸気改質反応が所定
の定常状態で進行しているか否かをモニタするためのも
のである。そして、温度センサＴＳ３２は制御装置９０
（図６参照）と電気的に接続されており、温度センサＴ
Ｓ３２により測定された改質部３２内の温度ｔ₃₂のデー
タは制御装置９０に出力されて処理される。なお、温度
センサＴＳ３２としては、測定温度領域や設置位置など
の使用条件のもとで使用可能な熱電対等が用いられる。

【００５７】このようにして改質部３２で生成された改
質ガスは、次に、選択酸化部３３に流入する。選択酸化
部３３には、メタロシリケート触媒等のＣＯ選択酸化触
媒を坦持させた多孔質体（図示せず）が配置されてい
る。また、選択酸化部３３には、中途に電磁弁ＳＶ４を
有する空気ラインＬ４が接続されており、選択酸化部３
３内には、空気ラインＬ４を介してＣＯ酸化用の空気が
供給される。そして、選択酸化部３３に流入した改質ガ
スが当該ＣＯ選択酸化触媒の表面を通過すると、空気ラ
インＬ４から供給されたＣＯ酸化用の空気が利用され
て、次の（８）式に示す選択酸化反応が進行する。この
電磁弁ＳＶ４も、制御装置９０（図６参照）と電気的に
接続されており、空気ラインＬ４の開通時間と閉止時間
を制御されている。その結果、選択酸化部３３に供給さ
れるＣＯ酸化用の空気の流量は、燃料電池装置１の作動
状況に応じて調節される。ＣＯ＋１／２Ｏ₂→ＣＯ₂ ＋２８４．７ｋＪ／ｍｏｌ…（８）

【００５８】これにより、改質部３２で生成された改質
ガス中の一酸化炭素のみが選択的に酸化され、選択酸化
部３３では、一酸化炭素濃度が十分に低減された燃料ガ
スが生成されることになる。そして、改質装置３０の選
択酸化部３３で生成された燃料ガスは、燃料ガス供給ラ
インＬ５を介して燃料電池ＦＣに供給される。

【００５９】また、この選択酸化部３３には選択酸化部
３３内の温度ｔ₃₃を測定するための温度センサＴＳ３３
（図示せず）が備えられている。この温度センサＴＳ３
３は、（８）式に示される選択酸化部３３内のＣＯ選択
酸化反応が所定の定常状態で進行しているか否かをモニ
タするためのものである。そして、温度センサＴＳ３３
は制御装置９０（図６参照）と電気的に接続されてお
り、温度センサＴＳ３３により測定された選択酸化部３
３内の温度ｔ₃₃のデータは制御装置９０に出力されて処
理される。なお、温度センサＴＳ３３としては、測定温
度領域や設置位置などの使用条件のもとで使用可能な熱
電対等が用いられる。

【００６０】更に、この燃料ガス供給ラインＬ５には、
改質装置３０の近傍に位置するように圧力調整弁ＰＲＶ
３が配置されている。この圧力調整弁ＰＲＶ３は、改質
装置出口における燃料ガス供給ラインＬ５内の燃料ガス
の圧力を常に所定値に維持するものである。これによ
り、改質装置３０（蒸発部３１、改質部３２、及び、選
択酸化部３３）の内部における水メタノール混合ガス、
改質ガスといった流体の圧力を、燃料電池装置１のコス
トアップを抑制しながら常に一定に保つことができる。

【００６１】また、圧力調整弁ＰＲＶ３の下流側には、
凝縮器３５が配置されている。改質装置３０から流出し
て燃料ガス供給ラインＬ５を流通する燃料ガスは、改質
装置３０で進行する水蒸気改質反応の反応温度に応じて
昇温しているが、この凝縮器３５において燃料電池ＦＣ
の作動温度近傍まで冷却される。これに伴い、燃料ガス
中に含まれている水蒸気も冷却されて凝縮し、燃料ガス
中の水蒸気分圧も燃料電池ＦＣの作動温度における飽和
水蒸気圧以下まで低下する。この結果、燃料電池ＦＣ内
で燃料ガス中の水蒸気が凝縮してしまうことを防止可能
となり、凝縮した水によって燃料ガスの流入を妨げてし
まうような事態を防止することができる。なお、凝縮器
３５で回収された水は、水供給部２０の水タンク２１内
に戻されて各種用途に再利用される。

【００６２】また、先に述べたように、例えば、電磁弁
ＳＶ１〜ＳＶ４を制御して改質装置３０で生成される燃
料ガスの水蒸気分圧を燃料電池ＦＣの作動温度における
飽和蒸気圧以下とするように予め調節する場合には、改
質装置３０から流出する燃料ガスは、凝縮器３５におい
て燃料電池ＦＣの作動温度まで冷却されてもその水蒸気
成分が凝縮することはない。この場合には、凝縮器３５
の規模を大幅に縮小することが可能となる。また、燃料
電池ＦＣ内で燃料ガス中の水蒸気が凝縮してしまうこと
を防止可能となり、凝縮した水によって燃料ガスの流入
を妨げてしまうような事態をより効果的に防止すること
ができる。

【００６３】また、この凝縮器３５には凝縮器３５内の
温度ｔ₃₃を測定するための温度センサＴＳ３５（図示せ
ず）が備えられている。この温度センサＴＳ３５は、凝
縮器３５内の温度ｔ₃₃を測定することにより凝縮器３５
から流出する燃料ガスの温度が所定の温度（例えば、燃
料電池ＦＣの作動温度）にまで冷却されているか否かを
モニタするためのものである。そして、温度センサＴＳ
３５は制御装置９０（図６参照）と電気的に接続されて
おり、温度センサＴＳ３５により測定された凝縮器３５
内の温度ｔ₃₅のデータは制御装置９０に出力されて処理
される。なお、温度センサＴＳ３５としては、測定温度
領域や設置位置などの使用条件のもとで使用可能な熱電
対等が用いられる。

【００６４】更に、凝縮器３５の下流側には改質装置３
０で生成させた燃料ガス（アノード反応ガス）をアノー
ドＡを経由することなくアノード排ガスラインＬ７に導
く燃料ガスバイパスラインＬ１９が設けられている。こ
の燃料ガスバイパスラインＬ１９は、一端を凝縮器３５
と燃料電池ＦＣのカソードＣとを結ぶ燃料ガス供給ライ
ンＬ５に接続されると共に他端を圧力調整弁ＰＲＶ４と
改質装置３０の蒸発部３１とを結ぶアノード排ガスライ
ンＬ７に接続されている。そして、燃料ガスバイパスラ
インＬ１９と燃料ガス供給ラインＬ５との接続部には、
切替手段として機能する三方弁ＴＶ１が設けられてい
る。

【００６５】この三方弁ＴＶ１は、改質装置３０で生成
させた燃料ガスの流路を燃料ガスバイパスラインＬ１９
の方向とアノードＡを経由する方向の何れか一方に切替
えるためのものである。また、三方弁ＴＶ１は、制御装
置９０（図６参照）と電気的に接続されており、燃料電
池装置の作動状況に応じて燃料ガス流路の切替えを制御
される。そのため、起動時など改質装置３０内の反応が
所定の定常状態のもとで進行していない場合には、改質
装置３０から流出する燃料ガスを燃料ガスバイパスライ
ンＬ１９に流すことができる。一方、改質装置３０内の
反応が所定の定常状態のもとで進行している場合には、
改質装置３０から流出する燃料ガスをアノードＡに流す
ことができる。従って、改質装置３０内の混合ガス（燃
料ガス）中の一酸化炭素濃度を確実に許容濃度以下とし
た後、燃料電池ＦＣに供給することができるので、アノ
ードＡの触媒被毒を確実に防止することが可能となる。

【００６６】また、起動時には、改質装置３０から流出
する燃料ガスを燃料ガスバイパスラインＬ１９を経由し
て改質装置３０の蒸発部３１の燃料として利用すること
ができるので速やかに改質装置３０内の反応温度を所定
値に昇温することができる。燃料電池装置１を通常起動
する場合は、燃料電池ＦＣを所定の作動温度まで昇温す
るための所用時間に比べて改質装置３０を所望の作動温
度にまで昇温するための所要時間の方が長いので、改質
装置３０を速やかに起動できることは、燃料電池装置１
全体を速やかに起動する上で有効である。

【００６７】一方、図１に示すように燃料電池装置１
は、カソード反応ガスとしての空気を燃料電池ＦＣに供
給するカソード反応ガス供給手段として、ブロアＢを備
える。このブロアＢは、中途に空気流量調整弁ＦＲＶを
有する空気供給ラインＬ６を介して燃料電池ＦＣと接続
されており、大気中の空気を吸込んで所定圧力まで昇圧
させ、燃料電池ＦＣに対して圧送する。これにより、燃
料電池ＦＣに向けて圧縮されて所定温度（例えば、１２
０℃程度）まで昇温した空気が供給されることになる。

【００６８】また、上述した改質用空気を選択酸化部３
３に供給するための空気ラインＬ４は、ブロアＢに接続
された空気供給ラインＬ６から分岐されており、改質用
空気を改質部３２に供給するための空気ラインＬ３は、
この空気ラインＬ４から分岐されている。すなわち、ブ
ロアＢは、改質装置３０の改質部３２及び選択酸化部３
３に改質用空気を供給する流体供給手段としても機能す
る。これにより、改質用空気を供給するための供給源を
別途設ける必要がなくなるので、燃料電池装置１全体の
コンパクト化を図ることができる。

【００６９】このようにして、燃料電池ＦＣは、改質装
置３０から燃料ガスの供給を受け、ブロアＢから空気の
供給を受けることになる。この燃料電池ＦＣについて詳
細に説明すると、燃料電池ＦＣは、図２に示すように、
単セルＵＣ（図３参照）とセパレータＳＰ（図４参照）
とを図示しないシール材を介して交互に多数積層させた
スタック４０を有する。このスタック４０は、各単セル
ＵＣのアノードＡと接続されたアノード集電板４１ａ
と、各単セルＵＣのカソードＣと接続されたカソード集
電板４１ｂとによって挟持されており、アノード集電板
４１ａとカソード集電板４１ｂとの外方には、絶縁板４
２が配置されている。

【００７０】各絶縁板４２の外方には、スタック締付板
４３を介してフランジ４４ａ，４４ｂが配置されてい
る。各フランジ４４ａ，４４ｂは、膜板４５によって連
結されると共に強固に締め付けられている。これによ
り、スタック４０、アノード集電板４１ａ、カソード集
電板４１ｂ、絶縁板４２等が一体化される。なお、各フ
ランジ４４ａ，４４ｂは、リブ構造を有する無垢材から
なり、これにより、燃料電池ＦＣ全体が軽量化される。
また、絶縁板４２とフランジ４４ａ，４４ｂとの間に
は、皿ばね等の弾性体４６を配置すると好ましく、これ
により、燃料電池ＦＣの温度上昇、温度降下によるスタ
ック４０の伸縮を吸収することができる。

【００７１】更に、燃料電池ＦＣは、カソード集電板４
１ｂ側に位置する絶縁板４２の左上コーナー部を貫通す
る燃料ガス入口４７ａを有し、この燃料ガス入口４７ａ
には、改質装置３０と連なる燃料ガス供給ラインＬ５が
接続される。また、燃料電池ＦＣは、カソード集電板４
１ｂ側に位置する絶縁板４２の右上コーナー部を貫通す
る空気入口４７ｂ（カソード反応ガス入口）を有し、こ
の空気入口４７ｂには、ブロアＢと連なる空気供給ライ
ンＬ６が接続される。これにより、燃料ガス入口４７ａ
から各単セルＵＣのアノードＡに燃料ガスが流れ込み、
空気入口４７ｂから各単セルＵＣのカソードＣに酸化用
ガスとしての空気が流れ込むことになる。

【００７２】図３に示すように、各単セルＵＣは、電解
質膜ＥＭをガス拡散電極であるアノードＡとカソードＣ
とによって挟持させたものである。電解質膜ＥＭは、例
えば、含フッ素重合体等の固体高分子材料によって形成
されており、湿潤状態下で良好なイオン伝導性を示すイ
オン交換膜である。高分子電解質膜ＰＥＭを構成する固
体高分子材料としては、スルホン酸基を有するパーフル
オロカーボン重合体、ポリサルホン樹脂、ホスホン酸基
又はカルボン酸基を有するパーフルオロカーボン重合体
等を用いることができる。商品としては例えば、ナフィ
オン（デュポン社製）等が挙げられる。

【００７３】一方、ガス拡散電極であるアノードＡ及び
カソードＣは、何れもガス拡散層と、ガス拡散層上に形
成された反応層（触媒層）とからなる。ここで、ガス拡
散層と反応層とについて簡単に説明すると、ガス拡散層
は、各単セルＵＣ毎に供給された燃料ガス又は空気を反
応層側に円滑かつ均一に供給すると共に、反応層におけ
る電極反応によって生じる電子を単セルＵＣの外部に放
出させる役割を担うものである。ガス拡散層としては、
例えば、電気伝導性を有する多孔質体（本実施形態で
は、炭素繊維からなるカーボンペーパ）にフッ素系樹脂
（例えば、ＰＴＦＥ〔ポリテトラフルオロエチレン〕）
を用いて撥水化処理を施したものが使用される。

【００７４】また、反応層は、アノードでは、上記
（１）式、カソードでは、上記（２）式にそれぞれ示す
電極反応が進行させる役割を担う。この反応層は、いわ
ゆる反応サイトの三次元化、すなわち、触媒とイオン伝
導性の電解質からなる領域（電解質ネットワーク）と燃
料ガス又は空気が供給される領域（ガス拡散ネットワー
ク）との三相界面面積の増大化が図られている。具体的
には、触媒表面積の大きな触媒担持カーボンブラック微
粒子で基礎となる骨格を形成し、当該骨格の一部分にＰ
ＴＦＥ等の撥水剤を分散させて撥水化処理を施すること
により、疎水性のガス拡散ネットワークを構築する。そ
して、上記骨格の他の部分に、高分子電解質を有機溶媒
に溶解させた溶液を浸透塗布等して、触媒担持カーボン
ブラックの表面を高分子電解質で被覆し親水性の電解質
ネットワークを構築する。これにより、燃料ガス又は空
気とイオン（プロトン）と触媒とを効率よく接触させて
各電極反応を速やかに進行させることが可能となる。

【００７５】このようなガス拡散層と反応層とからなる
アノードＡとカソードＣは、以下のような手順に従って
製造される。先ず、界面活性剤を含む有機溶媒中に親水
性のカーボンブラック微粒子と疎水性のカーボンブラッ
ク微粒子とＰＴＦＥとを混入し、ＵＳＨＭ（超音波ホモ
ジナイザー）やビーズミルなどによって分散混合させて
ペースト状のスラリーを調製する。次に、当該スラリー
をガス拡散層となるカーボンぺーパ上に厚さが均一にな
るように塗布した上で乾燥させる。そして、当該カーボ
ンペーパに電気炉又はホットプレス等を用いて熱処理を
施し、スラリー内のＰＴＦＥを焼結させると共に界面活
性剤を除去することにより反応層を形成する。更に、反
応層の表面に電極触媒を構成する金属塩を含む溶液（例
えば、塩化白金酸水溶液等）を塗布し、電気炉等で乾燥
・熱分解させた後、水素還元等の処理を施す。これによ
り、アノードＡとカソードＣとが完成する。

【００７６】この場合、電極触媒を構成する金属塩を含
む溶液は、親水性の電解質ネットワークを経由して反応
層内の細部に浸透して行くことから、水素還元処理等を
施した後の反応層内には、電極触媒が高い分散度で担持
されることになる。なお、必要に応じて、触媒担持量を
低減させたり、疎水性のより優れたガス拡散ネットワー
クの構築したりするために、フッ素系樹脂で予め被覆し
た触媒無担持のカーボンブラック微粒子を触媒担持カー
ボンブラック微粒子に分散させてもよい。

【００７７】また、反応層の電気抵抗を低減させるため
に、触媒無担持のカーボンブラック微粒子からなる骨格
に撥水化処理を施すことなく、高分子電解質のみで被覆
して高分子電解質自体が構造的に有する疎水性領域をガ
ス拡散ネットワークとすることも可能である。更に、ア
ノードＡ及びカソードＣは、カーボンフエルトや、炭素
繊維からなるカーボンクロス等を用いて構成してもよ
い。

【００７８】そして、上述した構成を有するアノードＡ
及びカソードを、固体高分子材料からなる電解質膜ＥＭ
に接合させることにより、単セルＵＣが形成される。具
体的には、アノードＡとカソードＣとの反応層を電解質
膜ＥＭと接触させた上で、電気炉やホットプレス等で熱
処理することにより、単セルＵＣが完成する。この場
合、アノードＡ及びカソードＣの接合面における密着性
を向上させるために、アノードＡ及びカソードＣの反応
層表面に高分子電解質の膜を有機溶媒に溶解させた溶液
を少量塗布した上で熱処理を施すと好ましい。また、ア
ノードＡとカソードＣとを接合する前に、過酸化水素の
希薄溶液にて電解質膜ＥＭ中の不純物を酸化除去し、そ
の後、硫酸水溶液で電解質膜ＥＭ内のイオン交換基をプ
ロトンフォームにする等して電解質膜の活性化処理を施
すと好ましい。

【００７９】上述したように構成された単セルＵＣと共
に、スタック４０を構成するセパレータＳＰは、図３に
示すように、１体の単セルＵＣに対して、アノードＡ側
と、カソードＣ側とにそれぞれ１体ずつ装着される。セ
パレータＳＰは、例えば、カーボンを圧縮してガス不透
過とした緻密質カーボンといったようなガス不透過の導
電性部材により形成され、図４（ａ）及び図４（ｂ）に
示すように、矩形薄板状を呈する。ここで、図４（ａ）
は、セパレータＳＰの表裏面のうち、アノードＡと接す
る側の面（以下「アノード接触面」という）をアノード
Ａ側から視た平面図であり、カソードＣと接する側の面
（以下「カソード接触面」という）をカソードＣ側から
視た平面図である。

【００８０】図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すように、
セパレータＳＰの四隅には、その側縁部に沿って延びる
長穴状の開口部５０ａ，５０ｂ，５１ａ，５１ｂが形成
されている。また、セパレータＳＰのアノード接触面に
は、一端側が図中右上の開口部５０ａと連通し、他端側
が図中左下の開口部５１ａと連通するように、Ｓ字状に
屈曲する複数の溝５２が形成されている。更に、セパレ
ータＳＰのカソード接触面には、一端側が図中右上の開
口部５０ｂと連通し、他端側が図中左下の開口部５１ｂ
と連通するように、Ｓ字状に屈曲する複数の溝５３が形
成されている。

【００８１】このように構成されたセパレータＳＰと単
セルＵＣとを多数積層させてスタック４０を構成する
と、各開口部５０ａ，５０ｂ，５１ａ，５１ｂは、それ
ぞれ１本の流路を形成する。また、各セパレータＳＰの
アノード接触面に形成された各溝５２は、各単セルＵＣ
のアノードＡの表面とにより、燃料ガス流路５４を画成
する（図３参照）。更に、各セパレータＳＰのカソード
接触面に形成された各溝５３は、各単セルＵＣのカソー
ドＣの表面とにより、空気流路５５を画成する（図３参
照）。そして、開口部５０ａが形成する流路は、燃料ガ
ス入口４７ａと連通され、開口部５０ｂが形成する流路
は、空気入口４７ｂと連通される。

【００８２】これにより、改質装置３０で生成された燃
料ガスは、燃料ガス入口４７ａと、各セパレータＳＰの
開口部５０ａとを介して、各セパレータＳＰの各溝５２
とアノードＡの表面とによって画成される燃料ガス流路
５４に流れ込む。そして、燃料ガスが燃料ガス流路５４
を流通すると、各アノードＡで上記（１）式に示す反応
が進行する。また、ブロアＢから供給される酸化用ガス
としての空気は、空気入口４７ｂと、各セパレータＳＰ
の開口部５０ｂが形成する流路とを介して、各セパレー
タＳＰの各溝５３とカソードＣの表面とによって画成さ
れる空気流路５５に流れ込む。そして、空気が空気流路
５５を流通すると、各カソードＣで上記（２）式に示す
反応が進行する。この結果、各単セルＵＣで上記（３）
式に示す全電池反応が進行し、燃料電池ＦＣのアノード
集電板４１ａとカソード集電板４１ｂとから起電力を得
ることができる。

【００８３】また、この燃料電池ＦＣのセパレータＳＰ
では、燃料ガス流路５４を画成する溝５２と、空気流路
５５を画成する溝５３とがＳ字状に屈曲されている。従
って、各単セルＵＣのアノードＡに供給された燃料ガス
は、Ｓ字状の燃料ガス流路５４内を開口部５０ａから開
口部５１ａに向けて規則的に進行し、燃料ガス流路５４
の途中におけるアノード反応サイトで消費されることに
なる。同様に、各単セルＵＣのカソードＣに供給された
空気は、Ｓ字状の空気流路５５を開口部５０ｂから開口
部５１ｂに向けて規則的に進行し、空気流路５５の途中
におけるカソード反応サイトで消費される。

【００８４】これにより、燃料ガスと空気とは互いに逆
方向かつ規則的に進行するので、電極反応の進行に伴う
反応熱によって各アノードＡ及びカソードＣに不均一な
温度分布が生じてしまうことが効果的に抑制できる。こ
の結果、燃料電池ＦＣ内では、上記（１）に示すアノー
ド電極反応と（２）に示すカソード電極反応とが良好に
進行することになる。なお、燃料ガス流路５４及び空気
流路５５はＳ字状のものに限られず、他の形態の流路５
４，５５を画成するようにカソードＣに溝５２，５３を
形成してもよい。

【００８５】燃料ガス流路５４を流通しながらアノード
Ａで反応した燃料ガスは、アノード排ガスとなり、各セ
パレータＳＰの開口部５１ａが形成する流路に流れ込
む。各セパレータＳＰの開口部５１ａが形成する流路
は、空気入口４７ｂの下方に配置されたアノード排ガス
出口４８ａ（図２参照）に接続されている。また、空気
流路５５を流通しながらカソードＣで反応した空気は、
カソード排ガスとなり、各セパレータＳＰの開口部５１
ｂが形成する流路に流れ込む。各セパレータＳＰの開口
部５１ｂが形成する流路は、燃料ガス入口４７ａの下方
に配置されたカソード排ガス出口４８ｂ（図２参照）に
接続されている。

【００８６】燃料電池ＦＣのアノード排ガス出口４８ａ
は、図１に示すように、中途に圧力調整弁ＰＲＶ４とデ
ミスタＤ２を有するアノード排ガスラインＬ７に接続さ
れている。そしてこのアノード排ガスラインＬ７は、改
質装置３０の蒸発部３１のバーナに接続された排ガスラ
インＬ１４に接続されている。同様に、燃料電池ＦＣの
カソード排ガス出口４８ｂも、中途に圧力調整弁ＰＲＶ
５とデミスタＤ３を有するカソード排ガスラインＬ８に
接続されている。そしてこのカソード排ガスラインＬ８
は改質装置３０の蒸発部３１のバーナに接続された排ガ
スラインＬ１４に接続されている。このように燃料電池
ＦＣの各アノードＡで生成されたアノード排ガスは、改
質装置３０の蒸発部３１に設けられているバーナで燃料
として、各カソードＣで生成されたカソード排ガスは、
酸化剤として再利用される。

【００８７】ここで、圧力調整弁ＰＲＶ４は、アノード
排ガスラインＬ７を流通するアノード排ガスの圧力を燃
料電池ＦＣの出口で所定値に保つものであり、圧力調整
弁ＰＲＶ５は、カソード排ガスラインＬ８を流通するカ
ソード排ガスの圧力を燃料電池ＦＣの出口で所定値に保
つものである。これにより、燃料電池ＦＣの内部におけ
る流体圧力、すなわち、各セパレータＳＰの開口部５０
ａ，５０ｂ，５１ａ，５１ｂが形成する流路や、各燃料
ガス流路５４、各空気流路５５の内部における燃料ガ
ス、及び、空気の圧力を一定に保つことが可能となり、
燃料電池ＦＣを所望の電池電圧で作動させることができ
る。

【００８８】また、アノード排ガスラインＬ７の圧力調
整弁ＰＲＶ４の下流側に設けられたデミスタＤ２は、ア
ノード排ガス或いは燃料ガスバイパスラインＬ１９を経
て供給される燃料ガスに同伴されている水滴（液滴）を
除去可能なものである。なお、デミスタＤ２で回収され
た水は、水供給部２０の水タンク２１内に戻されて各種
用途に再利用される。更に、カソード排ガスラインＬ８
の圧力調整弁ＰＲＶ５の下流側に設けられたデミスタＤ
３は、カソード排ガスに同伴されている水滴（液滴）を
除去可能なものである。なお、デミスタＤ３で回収され
た水も、水供給部２０の水タンク２１内に戻されて各種
用途に再利用される。

【００８９】このように、燃料電池ＦＣの排ガス中に含
まれる水分を再利用することにより作動中の燃料電池装
置１において、水タンク２１内の水量をほぼ一定に保持
することが可能となる。例えば、燃料電池ＦＣの排ガス
中には改質装置３０や燃料電池ＦＣにおいて利用されな
かった水タンク２１由来の水に加えて燃料電池ＦＣにお
いて生成する反応生成水が含まれるので、燃料電池ＦＣ
の排ガス中から回収され水タンク２１に供給される水量
と、燃料電池装置１内において消費されたり燃料電池装
置１の外部に排出される水量とをうまくバランスさせる
ことにより、水タンク２１内の水を枯渇させることなく
燃料電池装置１を長期にわたって安定に作動し続けるこ
とができる。

【００９０】また、デミスタＤ３の下流側のカソード排
ガスラインＬ８からは、予熱ラインＬ２０が分岐されて
いる。図１に示すように、その中途には水供給部２０の
水タンク２１内に配置される伝熱管Ｔ２０が設けられて
いる。水タンク２１内に貯留されている水は当該伝熱管
Ｔ２０を介して燃料電池ＦＣから昇温した状態で排出さ
れるカソード排ガスと熱交換することになる。これによ
り、カソード排ガスの熱を利用して、水タンク２１内の
水（改質用水及び加湿用水）を所定温度（例えば、８０
℃程度）まで予熱することが可能となる。予熱ラインＬ
２０は改質装置３０の蒸発部３１の手前で再度カソード
排ガスラインＬ８と合流しており、水供給部２０の水タ
ンク２１を熱源として通過したカソード排ガスは蒸発部
３１に設けられているバーナで酸化剤として再利用され
る。なお、カソード排ガスラインＬ８と予熱ラインＬ２
０との分岐部と伝熱管Ｔ２０との間の予熱ラインＬ２０
上に流量調整弁を設け、更にこの流量調整弁を制御装置
９０（図６参照）に電気的に接続して予熱ラインＬ２０
の開通時間と閉止時間を制御し、伝熱管Ｔ２０に供給さ
れるカソード排ガスの流量を燃料電池装置の作動状況に
応じて調節してもよい。

【００９１】一方、このように構成された燃料電池ＦＣ
は、上記（１）に示すアノード電極反応と（２）に示す
カソード電極反応とが進行するにつれて発熱するが、燃
料電池ＦＣの作動を安定化させるためには、その作動温
度を略一定に維持することが重要である。このため、燃
料電池ＦＣは内部に冷却媒体を流通させることができる
ように構成されており、燃料電池装置１には、冷却系統
６０が備えられている。燃料電池ＦＣの冷却構造につい
て説明すると、図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すよう
に、燃料電池ＦＣのスタック４０を構成する各セパレー
タＳＰには、開口部５０ａと開口部５１ｂとの間に更な
る開口部５６が形成されている。更に、開口部５０ｂと
開口部５１ａとの間には、開口部５６と対向するように
開口部５７が形成されている。

【００９２】このように形成された各セパレータＳＰの
開口部５６，５７は、セパレータＳＰと単セルＵＣとを
多数積層させてスタック４０を構成した際に、それぞ
れ、１本の流路を形成する。そして、各開口部５６が形
成する流路と、各開口部５７が形成する流路とは、アノ
ード集電板４１ａ側に配置されているフランジ４４ａの
内部に形成されている図示しない流路を介して互いに連
通しており、冷却流路５８（図１参照）を形成する。ま
た、図２に示すように、燃料電池ＦＣのフランジ４４ｂ
側には、冷却媒体入口４９ａが設けられており、この冷
却媒体入口４９ａは、上記各開口部５６が形成する流路
に連通されている。更に、燃料電池ＦＣのフランジ４４
ｂ側には、冷却媒体出口４９ｂが設けられており、この
冷却媒体出口４９ｂは、上記各開口部５７が形成する流
路に連通されている。

【００９３】一方、冷却系統６０は、冷却媒体循環ポン
プＰ３、冷却媒体ラインＬ９、冷却媒体戻りラインＬ１
０、熱交換器６２とファン６３等からなるラジエータ６
１等から構成されている。すなわち、燃料電池ＦＣの冷
却媒体入口４９ａには、図１に示すように、冷却媒体ラ
インＬ９を介して、冷却媒体循環ポンプＰ３が接続され
ている。また、燃料電池ＦＣの冷却媒体出口４９ｂに
は、冷却媒体戻りラインＬ１０が接続されており、この
冷却媒体戻りラインＬ１０は、ラジエータ６１を構成す
る熱交換器６２の冷媒入口Ｒｉに接続されている。

【００９４】従って、冷却媒体循環ポンプＰ３を作動さ
せれば、冷却水等が冷却媒体ラインＬ９、冷却媒体入口
４９ａを介して、燃料電池ＦＣの冷却流路５８に導入さ
れ、燃料電池ＦＣのスタック４０等から熱を奪って昇温
した冷却水等は、冷却媒体出口４９ｂ、冷却媒体戻りラ
インＬ１０を介して、ラジエータ６１に戻される。冷却
水等は、ラジエータ６１で冷却され、冷却媒体循環ポン
プＰ３によって再度、燃料電池ＦＣに対して供給され
る。これにより、燃料電池ＦＣの作動温度は、常に好適
範囲（例えば、６０℃〜８０℃程度）に保たれる。

【００９５】更に、この燃料電池ＦＣには、作動中の燃
料電池ＦＣの温度ｔ_FCを測定するための温度センサＴＳ
_FC（図示せず）が各スタック４０の所定の部位、或いは
必要に応じて各スタック４０を構成する各単セルＵＣご
とに備えられている。そして、温度センサＴＳ_FCは制御
装置９０（図６参照）と電気的に接続されており、温度
センサＴＳ_FCにより測定された燃料電池ＦＣ内の温度ｔ
_FCのデータは制御装置９０に出力されて処理される。な
お、温度センサＴＳ_FCとしては、測定温度領域や設置位
置などの使用条件のもとで使用可能な熱電対等が用いら
れる。

【００９６】また、この冷却系統６０を流通する冷却水
等は、凝縮器３５で燃料ガスを冷却させる冷熱源として
も用いられる。すなわち、冷却媒体ラインＬ９からは冷
却媒体ラインＬ１１が分岐されており、この冷却媒体ラ
インＬ１１は凝縮器３５を構成する伝熱管Ｔ３５に接続
されている。これにより、冷却媒体循環ポンプＰ３を作
動させれば、凝縮器３５の伝熱管Ｔ３５にも冷却水等が
供給されることになる。伝熱管Ｔ３５を流通した冷却水
等は、図示しない配管を介して、ラジエータ６１を構成
する熱交換器６２の冷媒入口Ｒｉに戻され、冷却・再循
環させられる。

【００９７】更に、冷却媒体ラインＬ９からは、冷却媒
体ラインＬ１２が分岐されており、この冷却媒体ライン
Ｌ１２は、改質装置３０の改質部３２内に配置された伝
熱管Ｔ３２の流体入口に接続されている。そして、伝熱
管Ｔ３２の流体出口は、選択酸化部３３内に配置された
伝熱管Ｔ３３の流体入口の入口に接続されている。従っ
て、冷却媒体循環ポンプＰ３を作動させれば、改質部３
２の伝熱管Ｔ３２と、選択酸化部３３の伝熱管Ｔ３３に
も冷却水等が供給されることになる。これにより、冷却
系統６０を流通する冷却水等を利用して、改質部３２及
び選択酸化部３３の内部で発生する余分な反応熱を取り
除くことができる。なお、選択酸化部３３の伝熱管Ｔ３
３を流通した冷却水等は、図示しない配管を介して、ラ
ジエータ６１を構成する熱交換器６２の冷媒入口Ｒｉに
戻され、冷却・再循環させる。

【００９８】加えて、冷却媒体ラインＬ１２からは、更
なる冷却媒体ラインＬ１３が分岐されており、この冷却
媒体ラインＬ１３を介して抽出される冷却水等は、改質
装置３０の蒸発部３１のバーナから排出される排ガスを
冷却するために用いられる。

【００９９】蒸発部３１のバーナの出口側の排ガスライ
ンＬ１４上には熱交換器６５が設けられており、更に熱
交換器６５の出口側の排ガスラインＬ１４上には圧力調
整弁ＰＲＶ７が設けられている。そして、冷却媒体ライ
ンＬ１２から分岐された冷却媒体ラインＬ１３は、熱交
換器６５を構成する伝熱管Ｔ６５の流体入口に接続され
ている。これにより、改質装置３０の蒸発部３１のバー
ナから流出する排ガスは、冷却系統６０を流通する冷却
水によって十分に冷却された後系外に排出されることに
なる。熱交換器６５の伝熱管Ｔ６５を流通した冷却水等
も、図示しない配管を介して、ラジエータ６１を構成す
る熱交換器６２の冷媒入口Ｒｉに戻され、冷却・再循環
させられる。

【０１００】ここで、このように構成された燃料電池装
置１では、燃料電池ＦＣの性能を安定化させる上で、各
単セルＵＣの電解質膜ＥＭ（固体高分子電解質膜）を十
分に加湿することが必要となる。この点に鑑みて、この
燃料電池装置１は、カソード反応ガス供給手段としての
ブロアＢから圧送されるカソード反応ガスとしての空気
を加湿した上で、燃料電池ＦＣの各カソードＣに供給で
きるように構成されている。

【０１０１】このため、図１に示すように、カソード反
応ガス供給手段としてのブロアＢと、燃料電池ＦＣの各
カソードＣと接続されている空気入口４７ｂとを結ぶ空
気供給ラインＬ６には水供給部２０から加湿用水ライン
Ｌ５０が接続されており、当該加湿用水ラインＬ５０上
には水蒸気供給手段として機能する熱交換器１１０と電
磁弁ＳＶ５とが設けられている。これにより、ブロアＢ
から圧送される空気は、空気供給ラインＬ６と加湿用水
ラインＬ５０との合流部分において電磁弁ＳＶ５から供
給される水蒸気により加湿された後、燃料電池ＦＣの空
気入口４７ｂに流入することになる。

【０１０２】すなわち、図１に示すように、加湿用水ラ
インＬ５０は先に述べた改質用水ラインＬ２と水ライン
L４０と同様に水供給部２０の水ポンプＰ２と圧力調整
弁ＰＲＶ２との間を結ぶ圧力調整ラインＬＰから分岐さ
れている。そして、水供給部２０から流出し加湿用水ラ
インＬ５０内を進行する加湿用水は、先ず熱交換器１１
０内に導入される。この熱交換器１１０の内部には伝熱
管Ｔ１１０が配置されており、この伝熱管Ｔ１１０は改
質装置３０の蒸発部３１のバーナと熱交換器６５との間
の排ガスラインＬ１４の一部を利用したものである。そ
のため、伝熱管Ｔ１１０には改質装置３０の蒸発部３１
のバーナから排出される高温の排ガスが流通しており、
熱交換器１１０内に流入する加湿用水はこの高温の排ガ
スを熱源として水蒸気に変換される。そして、熱交換器
１１０から流出する水蒸気は電磁弁ＳＶ５によってその
流量を調整されて空気供給ラインＬ６内に供給される。
ここで、熱交換器１１０内において生成する水蒸気の温
度は、ブロアＢから空気供給ラインＬ６に供給される空
気の温度以上であることが好ましい。このようにすれ
ば、電磁弁ＳＶ５から空気供給ラインＬ６内に供給され
る水蒸気が空気と混合した際に凝縮してしまうことを防
止できる。

【０１０３】なお、先に述べたように水ポンプＰ２と圧
力調整弁ＰＲＶ２との間における圧力調整ラインＬＰ２
内の流体圧力は水供給部２０の圧力調整弁ＰＲＶ２によ
って一定に保たれている。そのため、水供給部２０と熱
交換器１１０との間の加湿用水ラインＬ５０内は常時水
タンク２１内の水で満たされると共に熱交換器１１０と
電磁弁ＳＶ５との間の加湿用水ラインＬ５０内は常時水
タンク２１内の水で満たされ、電磁弁ＳＶ５の上流側の
加湿用水ラインＬ５０内の流体（水と水蒸気）の圧力は
常に一定となる。この結果、電磁弁ＳＶ５を断続的に開
閉させれば、水タンク２１から熱交換器１１０を経て当
該電磁弁ＳＶ５に供給される水蒸気は空気供給ラインＬ
６内に断続的に噴射されることになる。また、この電磁
弁ＳＶ５も、制御装置９０（図６参照）と電気的に接続
されており、加湿用水ラインＬ５０の開通時間と閉止時
間を制御されている。その結果、水供給部２０から熱交
換器１１０と電磁弁ＳＶ５とを経て空気供給ラインＬ６
内に供給される水蒸気の流量は、燃料電池装置１の作動
状況に応じて調節される。

【０１０４】また、熱交換器１００において加湿用水を
水蒸気に変換する際に熱源として改質装置３０の蒸発部
３１のバーナから排出される高温の排ガスを利用してい
るので、この排ガスの温度を十分に低下させた上で装置
外部に放出することができる。更に、排ガスラインＬ１
４の下流側に設けられた熱交換器６５の規模を縮小する
こともできる。そのため、熱交換器６５内を流通してい
る冷却水の温度上昇を低減できるのでラジエータ６１の
負担を低減し、その規模も縮小することができる。これ
により、燃料電池装置１の全体をより一層コンパクト化
することができる。

【０１０５】また、この燃料電池装置１では、先に述べ
たように燃料電池ＦＣから排出される排ガス中に含まれ
る水分の一部を回収して加湿用水として再利用するの
で、カソードに供給される加湿用水中に含まれるメタノ
ール等のカソードの電極触媒に対する被毒成分を十分に
除去することが燃料電池ＦＣを長期にわたって安定に作
動させる上で必要となる。この点に鑑みて、空気供給ラ
インＬ６と加湿用水ラインＬ５０との合流部と燃料電池
ＦＣのカソードＣとの間の空気供給ラインＬ６上に酸化
処理部１００が設けられている。

【０１０６】酸化処理部１００の内部には、カソードの
電極触媒に対する被毒成分を酸化除去する酸化触媒を坦
持させたハニカム状の多孔質体（図示せず）が配置され
ている。この酸化触媒の種類は特に限定されるものでは
なく、例えば、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）に白金を１ｗｔ％
以下担持させた微粒子状の酸化物触媒が使用される。加
湿された空気が酸化処理部１００に流入して当該酸化触
媒の表面を通過すると、メタノールなどのカソードの電
極触媒に対する被毒成分の酸化反応が進行する。これに
より、加湿された空気は燃料電池ＦＣのカソードＣに供
給される前にカソードの電極触媒に対する被毒成分を十
分に酸化除去される。

【０１０７】更に、この燃料電池装置１では、酸化処理
部１００と燃料電池ＦＣのカソードＣとの間の空気供給
ラインＬ６上にカソード反応ガス温度調整手段として機
能する熱交換器７０が配置されている。この熱交換器７
０は密閉容器として構成されており、熱交換器７０内に
は伝熱管Ｔ７０が配置されている。ここで、冷却系統６
０の冷却媒体ラインＬ９からは冷却媒体ラインＬ１６が
分岐されており、この冷却媒体ラインＬ１６は、伝熱管
Ｔ７０の流体入口に接続されている。そして熱交換器７
０内に配置された伝熱管Ｔ７０の流体出口には、冷却媒
体戻りラインＬ１７が接続されており、冷却媒体戻りラ
インＬ１７は冷却媒体循環ポンプＰ３の吸込口に接続さ
れている。このような構成とすることにより、酸化処理
部１００を経て熱交換器７０内に流入する空気を燃料電
池ＦＣの作動温度近傍にまで減温することが可能とな
る。

【０１０８】一方、空気供給ラインＬ６には、熱交換器
７０の下流側に圧力調整弁ＰＲＶ６が配置されている。
この圧力調整弁ＰＲＶ６は、熱交換器７０の出口におけ
る空気供給ラインＬ６内の空気圧力を常に所定値に維持
するものである。これにより、熱交換器７０の内部にお
ける流体の圧力は、常に一定に保たれる。更に、空気供
給ラインＬ６には、圧力調整弁ＰＲＶ６の下流側にデミ
スタＤ１が配置されている。このデミスタＤ１は、気体
に同伴されている水滴（液滴）を除去可能なものであ
る。なお、デミスタＤ１で回収された水は、水供給部２
０の水タンク２１内に戻されて各種用途に再利用され
る。

【０１０９】ところで、この燃料電池装置１では、上述
したように、燃料ラインＬ１、Ｌ３０、改質用水ライン
Ｌ２、水ラインＬ４０、空気ラインＬ３，Ｌ４、及び、
加湿用水ラインＬ５０に対して、各ラインを断続的に開
閉可能な電磁弁ＳＶ１〜ＳＶ７が備えられている。そし
て、このような構成を採用することにより、燃料電池装
置１は、大幅な低コスト化、コンパクト化が図られてい
る。

【０１１０】すなわち、メタノールを改質装置３０に供
給する燃料供給部１０には、圧力調整弁ＰＲＶ１が設け
られており、この圧力調整弁ＰＲＶ１によって燃料ポン
プＰ１から吐出されて圧力調整ラインＬＰ内を流通する
流体圧力が一定に保たれている。従って、燃料供給部１
０から電磁弁ＳＶ１と電磁弁ＳＶ６の入口には、燃料と
してのメタノールが常に一定の圧力で供給される。同様
に、改質用水及び加湿用水の供給源となる水供給部２０
には圧力調整弁ＰＲＶ２が設けられており、この圧力調
整弁ＰＲＶ２によって水ポンプＰ２から吐出されて圧力
調整ラインＬＰ内を流通する流体圧力が常に一定に保た
れている。従って、電磁弁ＳＶ２と電磁弁ＳＶ７の入口
には水供給部２０から改質用の水が常に一定の圧力で供
給される。また、電磁弁ＳＶ５の入口には、水供給部２
０から熱交換器１１０を介して供給される加湿用の水蒸
気が常に一定の圧力で供給される。また、改質用空気の
供給源となるブロアＢからは、電磁弁ＳＶ３，ＳＶ４の
入口に改質用の空気が一定の圧力で供給される。従っ
て、各電磁弁ＳＶ１〜ＳＶ７の入口における流体圧力は
常に一定となる。

【０１１１】一方、燃料電池装置１では、改質装置３０
の内部における水メタノール混合ガス、改質ガスといっ
た流体の圧力は、圧力調整弁ＰＲＶ３によって常に一定
に保たれている。また、熱交換器７０の内部における流
体の圧力も圧力調整弁ＰＲＶ６によって常に一定に保た
れている。更に、燃料供給ラインＬＳ２及びこれに接続
されている排ガスラインＬ１４内部の圧力も圧力調整弁
ＰＲＶ７によって常に一定に保たれている。従って、電
磁弁ＳＶ１〜ＳＶ７の出口における流体圧力も常に一定
となる。

【０１１２】この結果、この燃料電池装置１では、各電
磁弁ＳＶ１〜ＳＶ７の入口と出口との間の差圧は、常に
一定に保たれることになる。そして、各電磁弁ＳＶ１〜
ＳＶ７の入口と出口との間の差圧を一定に保つことによ
り、各ラインＬ１〜Ｌ４、Ｌ３０、Ｌ４０、Ｌ５０にお
ける流量特性が極めて単純化され、当該各差圧と各電磁
弁ＳＶ１〜ＳＶ７の開通時間とから改質装置３０と空気
供給ラインＬ６とに対する流体の供給量を極めて容易に
定めることが可能となる。

【０１１３】このように、燃料電池装置１では、各電磁
弁ＳＶ１〜ＳＶ７の入口と出口との間の差圧を一定に保
ちながら、各電磁弁ＳＶ１〜ＳＶ７を開閉制御し、改質
装置３０と空気供給ラインＬ６とに対して断続的に各流
体を供給している。これにより、改質装置３０と空気供
給ラインＬ６とに対する流体の供給量、すなわち、燃料
（メタノール）、改質用水、改質用空気、及び、加湿用
水の供給量を常に最適かつ精度よく調節することが可能
となる。この結果、流路開閉手段として、サイズが大き
く高価なサーマルマスフローメータ等を使用する必要が
なくなり、小型で安価な電磁弁ＳＶ１〜ＳＶ７を採用可
能となる。従って、燃料電池装置１の全体を大幅にコス
トダウン化、コンパクト化することができる。

【０１１４】次に、これら電磁弁ＳＶ１〜ＳＶ７の具体
的構成について、図５を参照しながら説明する。電磁弁
ＳＶ１〜ＳＶ７は、何れも同一の構成を有し、きわめて
低コストかつコンパクト（例えば、全長５〜１０ｃｍ程
度）に製造可能である。電磁弁ＳＶ１〜ＳＶ７は、図５
に示すように、略円筒状に形成された弁本体８０を有す
る。この弁本体８０には、一端側に弁入口８１が、他端
側に弁出口８２がそれぞれ形成されており、弁入口８１
と弁出口８２とは、真っ直ぐに伸びる流路８３により連
通されている。

【０１１５】また、弁本体８０に形成された流路８３内
の弁出口８２の近傍には、弁座８４が形成されており、
流路８３内には、シャフトを介して可動鉄心８６に取り
付けられた弁体８５が摺動自在に配置されている。弁体
８５及び可動鉄心８６とは、図示しないバネ等の付勢手
段によって、弁座８４に対して付勢されており、通常、
流路８３は、弁座８４と弁体８５とによって閉鎖されて
いる。そして、弁本体８０には、流路８３及び可動鉄心
８６の周囲を覆うように電磁コイル８７が配置されてい
る。

【０１１６】これら電磁弁ＳＶ１〜ＳＶ７には、定電圧
電源装置８８から駆動電圧が供給される。この定電圧電
源装置８８は、図示しない直流電源と定電圧回路とを有
し、当該直流電源の発生する非安定直流電圧を定電圧回
路で安定化させて、安定直流電圧を発生するものであ
る。図５及び図６に示すように、定電圧電源装置８８の
プラス出力端子には、各電磁弁ＳＶ１〜ＳＶ７の電磁コ
イル８７の一端が並列に接続されている。一方、定電圧
電源装置８８のマイナス出力端子は、トランジスタＴｒ
１，Ｔｒ２，Ｔｒ３，Ｔｒ４，Ｔｒ５，Ｔｒ６，Ｔｒ７
を介して、各電磁弁ＳＶ１〜ＳＶ７に含まれる電磁コイ
ル８７の他端が並列に接続されている。

【０１１７】また、各電磁弁ＳＶ１〜ＳＶ７と各トラン
ジスタＴｒ１〜Ｔｒ７とを結ぶ電気ラインには、バイパ
ス用の抵抗Ｒ及びコンデンサＣｏが設けられている。そ
して、各トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ７のゲートには、そ
れぞれ、パルス発生装置ＰＧ１，ＰＧ２，ＰＧ３，ＰＧ
４，ＰＧ５，ＰＧ６，ＰＧ７が接続されている。各パル
ス発生装置ＰＧ１〜ＰＧ７は、各トランジスタＴｒ１〜
Ｔｒ７をＯＮ／ＯＦＦさせるためのパルス（パルス電
圧）を発生するものである。これにより、各トランジス
タＴｒ１〜Ｔｒ７は、スイッチング素子として機能する
ことになる。

【０１１８】すなわち、各パルス発生装置ＰＧ１〜ＰＧ
７からのパルスによって各トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ５
がＯＮすると、各電磁弁ＳＶ１〜ＳＶ７の電磁コイル８
７に対して駆動電圧が印加される。これにより、電磁コ
イル８７が励磁され、可動鉄心８６と共に弁体８５が上
昇するので、電磁弁ＳＶ１〜ＳＶ７が開放されることに
なる。一方、各パルス発生装置ＰＧ１〜ＰＧ７からのパ
ルスによって各トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ５がＯＦＦす
ると、各電磁弁ＳＶ１〜ＳＶ７の電磁コイル８７に対す
る駆動電圧の印加が解除され、可動鉄心８６と弁体８５
と付勢手段によって弁座８４に対して付勢されるので、
電磁弁ＳＶ１〜ＳＶ７が閉鎖されることになる。

【０１１９】このように、各パルス発生装置ＰＧ１〜Ｐ
Ｇ７は、電磁コイルに駆動電圧を断続的に印加するため
のパルスを発生するものであるが、当該パルスの幅と周
期、すなわち、各電磁弁ＳＶ１〜ＳＶ７の開通時間と閉
止時間とは、図５及び図６に示す制御装置９０によって
制御される。制御装置９０は、図６に示すように、ＣＰ
Ｕ９１、ＲＯＭ９２、及び、ＲＡＭ９３を有する。ＣＰ
Ｕ９１は、マイクロプロセッサ等からなり、各種演算処
理を行う。また、ＲＯＭ９２には、制御・演算処理のた
めのプログラムが予め記憶されており、ＲＡＭ９３は、
制御・演算処理の際に各種データを読み書きするために
用いられる。

【０１２０】また、制御装置９０は、ＣＰＵ９１と接続
された入出力ポート９４を有する。この入出力ポート９
４には、上記各パルス発生装置ＰＧ１〜ＰＧ７と、改質
装置３０の下流側に設けられた三方弁ＴＶ１と、ブロア
Ｂの下流側に設けられた空気流量調整弁ＦＲＶと、ポン
プＰ１〜Ｐ３と、ラジエータ６１とが接続されている。
従って、各パルス発生装置ＰＧ１〜ＰＧ７、三方弁ＴＶ
１、空気流量調整弁ＦＲＶ、ポンプＰ１〜Ｐ３、ラジエ
ータ６１には、入出力ポート９４を介して、ＣＰＵ９１
の演算処理によって生成された各種信号等が与えられ
る。

【０１２１】更に、制御装置９０の入出力ポート９４に
は、改質装置３０の改質部３２に設けらた温度センサＴ
Ｓ３２と、改質装置３０の選択酸化部３３に設けらた温
度センサＴＳ３３と、燃料電池ＦＣに設けられた温度セ
ンサＴＳ_FCと、凝縮器３５に設けられた温度センサＴＳ
３５と、熱交換器７０に設けられた温度センサＴＳ７０
（図示せず）と、熱交換器１１０に設けられた温度セン
サＴＳ１１０（図示せず）とが接続されている。そし
て、これらの温度センサによって発せられる検出信号が
ＣＰＵ９１に与えられる。また、制御装置９０の入出力
ポート９４には、燃料電池ＦＣに対する負荷を設定する
負荷設定手段（図示せず）が接続されており、当該負荷
要求手段によって発せられる負荷要求信号がＣＰＵ９１
に与えられる。

【０１２２】加えて、制御装置９０は、記憶装置９５を
有し、この記憶装置９５は、入出力ポート９４を介して
ＣＰＵ９１と接続されている。この記憶装置９５には、
改質装置３０の作動温度に対応して三方弁ＴＶ１を制御
するためのデータと、負荷要求に対応して燃料電池装置
全体を定常的に作動させるためのデータが記憶されてい
る。すなわち、記憶装置９５には、改質装置３０の作動
温度に対応して三方弁ＴＶ１の開通方向の切替えを制御
するためのデータと、燃料電池ＦＣに対する負荷要求に
応じた電磁弁ＳＶ１の開通時間と閉止時間とを示すテー
ブルと、燃料電池ＦＣに対する負荷要求に応じた電磁弁
ＳＶ１の開通時間と閉止時間とを示すテーブルと、各電
磁弁ＳＶ２〜ＳＶ７、及び、空気流量調整弁ＦＲＶにつ
いて定められた所定の比例定数を示すデータとが記憶さ
れている。これら各種データは、上記各部の温度検出信
号及び負荷要求信号を受け取ったＣＰＵ９１に読み出さ
れる。そして、ＣＰＵ９１は、負荷要求信号に基づい
て、各パルス発生装置ＰＧ１〜ＰＧ７、三方弁ＴＶ１、
空気流量調整弁ＦＲＶ、ポンプＰ１〜Ｐ３、並びに、ラ
ジエータ６１に送出する制御信号を生成する。

【０１２３】なお、改質装置３０の作動温度に対応して
三方弁ＴＶ１の開通方向の切替えを制御するためのデー
タは、理論計算値、実験値等に基づいて定めることがで
きる。このように、改質装置３０の改質部３２の温度ｔ
₃₂と選択酸化部３３の温度ｔ３３をモニタすることによ
り、改質装置３０内において生成する燃料ガス中の一酸
化炭素濃度及び水蒸気分圧を把握することが可能となる
のは、改質装置３０内の水蒸気改質反応及び選択酸化反
応がいずれも金属触媒上で進行する接触反応であるから
である。

【０１２４】すなわち、改質装置３０に供給されるメタ
ノール、改質用水、空気等の反応物の条件（組成比、流
量、全圧等）と触媒の条件（種類、担持量、分散度等）
とを設定すれば、定常状態における反応物（燃料、Ｈ₂
Ｏ、空気等）と生成物（Ｈ₂，ＣＯ，ＣＯ₂，Ｈ₂Ｏ，Ｎ₂
等）とからなる混合ガスの成分組成は、観測される反応
温度によりほぼ決定できるからである。実際には、改質
装置３０により触媒の条件は決まるので、混合ガス中の
一酸化炭素濃度が許容濃度以下となる所望の定常状態に
到達するときの上記の反応物及び反応温度の条件を理論
計算、及び実験データにより予め把握しておくことによ
り、反応物の条件を設定すれば、改質装置３０内の温度
をモニタすることにより混合ガス中の一酸化炭素濃度が
許容濃度以下に到達したか否か確認することができる。
なお、圧力計を改質部３２に設けて改質部３２内の圧力
をモニタできる構成とし、上記の改質部３２内の混合ガ
スの全圧のデータを用いて更に精密に混合ガス中の一酸
化炭素濃度が許容濃度以下に到達したか否か確認するよ
うにしてもよい。

【０１２５】更に、燃料電池ＦＣに対する負荷要求に応
じた電磁弁ＳＶ１の開通時間と閉止時間、すなわち、負
荷要求に応じたメタノールの供給量を示すテーブルも、
理論計算値、実験値等に基づいて定めることができる。
また、電磁弁ＳＶ２〜ＳＶ７、及び、空気流量調整弁Ｆ
ＲＶに関する比例定数は、電磁弁ＳＶ１の開通時間と閉
止時間とで定まるメタノールの供給量と、改質用水、改
質空気の供給量との比から電磁弁ＳＶ２〜ＳＶ４、及
び、空気流量調整弁ＦＲＶ毎に求められる。なお、この
ような比例定数のデータを記憶装置９５に記憶させる代
わりに、各電磁弁ＳＶ１〜ＳＶ７について、燃料電池Ｆ
Ｃに対する負荷要求に応じた開通時間と閉止時間とを示
すデータを作成すると共に、及び空気流量調整弁ＦＲＶ
について、燃料電池ＦＣに対する負荷要求に応じた開度
を示すデータを作成し、これらのデータを記憶装置９５
に記憶させてもよい。

【０１２６】このように構成された制御装置９０等によ
り、各電磁弁ＳＶ１〜ＳＶ７、三方弁ＴＶ１、空気流量
調整弁ＦＲＶ、ポンプＰ１〜Ｐ３、及び、ラジエータ６
１は、確実かつ精度よく制御される。従って、燃料ライ
ンＬ１、Ｌ３０、改質用水ラインＬ２、水ラインＬ４
０、空気ラインＬ３，Ｌ４、加湿用水ラインＬ５０、及
び、空気供給ラインＬ６から、燃料であるメタノール
（改質部３２の改質反応に使用されるメタノールと蒸発
部３１のバーナにおける燃料として使用されるメタノー
ル）、改質用水、蒸発部３１のバーナに供給される水、
改質用空気、一酸化炭素選択酸化用空気、加湿用水、及
び、カソード反応ガスとしての空気が各対象機器に安定
かつ精度よく供給されることになる。また、改質装置３
０から、一酸化炭素分圧及び水蒸気分圧を所定値に精度
よく調節された燃料ガスがアノードに供給されることに
なる。なお、制御装置９０は、シーケンサとして構成す
ることも可能である。

【０１２７】引き続き、上述した燃料電池装置１の動作
について、図７に示すフローチャート等を参照しながら
説明する。

【０１２８】燃料電池装置１を起動させる場合、制御装
置９０のＣＰＵ９１は、ポンプＰ３に駆動信号を出力し
て冷却水の循環を開始させると共に、三方弁ＴＶ１に駆
動信号を出力して、燃料ガスが燃料ガスバイパスライン
Ｌ１９を通過する状態となるように切替え状態を制御す
る。そして、改質装置３０の蒸発部３１のバーナを点火
した後、ＣＰＵ９１は、ポンプＰ１、ポンプＰ２、ブロ
アＢ、電磁弁ＳＶ１〜ＳＶ７に駆動信号を出力し、改質
部３２の改質反応に使用されるメタノール、蒸発部３１
のバーナにおける燃料として使用されるメタノール、改
質用水、改質用空気、ＣＯ選択酸化用空気、加湿用水等
を改質装置３０に所定の条件で供給して改質装置３０に
おける反応を開始させる（Ｓ１０）。すなわち、燃料ガ
スは、燃料ガス供給ラインＬ５とアノードＡ内流路を経
由せずにアノード排ガスラインに合流し、改質装置３０
の蒸発部３１に燃料として供給される状態となる。な
お、このときラジエータ６１は起動させず、改質装置３
０と燃料電池ＦＣとを速やかに昇温させられる状態とし
ておく。なお、このとき改質装置３０に供給される反応
物の供給条件は、改質装置３０が所定の定常状態に達し
たときに、生成される燃料ガス中のＣＯ分圧が許容濃度
範囲内にあり、かつ、水蒸気分圧が燃料電池ＦＣの作動
温度における飽和蒸気圧以下となるように予め設定し、
制御装置９０内に記憶しておいた値である。

【０１２９】次に、ＣＰＵ９１は、温度センサＴＳ３２
から送信される改質部３２における燃料ガスの温度ｔ₃₂
の検出信号と、温度センサＴＳ３３から送信される選択
酸化部３３における燃料ガスの温度ｔ₃₃の検出信号とを
それぞれ入力する（Ｓ２０）。そして、これらのデータ
と、改質部３２と選択酸化部３３とに予め設定しておい
た所定の基準温度ｔ⁰ ₃₂及びｔ⁰ ₃₃とをそれぞれ比較する
（Ｓ３０）。ここで、所定の基準温度ｔ⁰ ₃₂及びｔ⁰ ₃₃と
は、改質装置３０が所定の定常状態に達したときの燃料
ガスの温度として予め設定し、制御装置９０内に記憶し
ておいた値である。このような基準温度は、改質装置の
作動条件等により適宜設定されるものであり、特に限定
されないが、例えば、基準温度ｔ⁰ ₃₂としては、２５０
〜２８０℃、基準温度ｔ⁰ ₃₃としては、１２０〜１３０
℃としてもよい。

【０１３０】改質部３２における燃料ガスの温度ｔ
₃₂と、選択酸化部３３における燃料ガスの温度ｔ₃₃の少
なくとも一方が上記所定の基準温度値よりも低い場合に
は、改質装置３０の内部温度がまだ充分に昇温していな
いと判断されて、三方弁ＴＶ１の切替え状態がそのまま
維持される（Ｓ４０）。従って、燃料ガスは、アノード
Ａを経由すること無く燃料ガスバイパスラインＬ１９を
通過して改質装置３０の蒸発部３１が備えるバーナに供
給される状態を維持する。

【０１３１】その結果、改質装置３０は、燃料電池装置
１０の起動直後から蒸発部３１が備えるバーナによって
加熱されて次第に昇温する。そして、この改質装置３０
で生成される燃料ガスも、改質装置３０の内部温度に応
じた所定の基準温度に徐々に昇温される。このとき、冷
却媒体ラインＬ１２内を通過して改質装置３０内に流入
する冷却水も、改質装置３０内の伝熱管Ｔ３２及びＴ３
３において上記燃料ガスと熱交換することによって昇温
する。更に、この昇温した冷却水は、引き続き熱交換器
６２及び冷却媒体ラインＬ９を経由して燃料電池ＦＣ内
の冷却流路５８内を通過することによって、燃料電池Ｆ
Ｃを次第に昇温させる。冷却流路５８で燃料電池ＦＣと
熱交換した冷却水は、そのときの燃料電池ＦＣの内部温
度と同程度の温度にまで降温して、再び冷却媒体ライン
Ｌ１２を通過して改質装置３０に導かれて燃料ガスと熱
交換を行なう。

【０１３２】また、上記の改質装置３０内の伝熱管Ｔ３
２及びＴ３３において昇温した冷却水は、冷却媒体ライ
ンＬ９から分岐された冷却媒体ラインＬ１１を経由して
凝縮器３５内の伝熱間Ｔ３５内も通過する。このため、
凝縮器３５も燃料電池ＦＣの内部温度と同程度の温度と
なるように次第に昇温させられる。なお、このとき、燃
料電池ＦＣ及び凝縮器３５の温度が所定の温度よりも高
くなる場合には、ＣＰＵ９１は、燃料電池ＦＣ及び凝縮
器３５にそれぞれ備えた温度センサＴＳ_FC及びＴＳ３５
からの検出信号に基づいてラジエーター６１に駆動信号
を出力するように設定しておいてもよい。そして、ラジ
エーター６１により冷却水の温度を調節することにより
燃料電池ＦＣ及び凝縮器３５の温度が所定の温度に保持
される。

【０１３３】上記ステップＳ４０を実行した後は、再び
ステップＳ２０に戻って温度センサＴＳ３２から送信さ
れる改質部３２における燃料ガスの温度ｔ₃₃の検出信号
と、温度センサＴＳ３３から送信される選択酸化部３３
における燃料ガスの温度ｔ₃₃の検出信号とをそれぞれ読
み込む（Ｓ２０）。そして、読み込んだこれらの温度ｔ
₃₃とｔ₃₃とを所定の基準温度ｔ⁰ ₃₂及びｔ⁰ ₃₃とそれぞれ
比較する（Ｓ３０）操作を繰り返し、これらの温度ｔ₃₃
とｔ₃₃とがともにこれらの所定の基準温度以上となるま
で三方弁ＴＶ１の状態を維持する。このような状態で
は、改質装置３０は蒸発部３１に備えるバーナの燃料と
して供給される燃料ガスによって加熱され続ける。

【０１３４】このように改質装置３０、凝縮器３５、及
び、燃料電池ＦＣが昇温され続けて、改質装置３０内の
燃料ガスの温度、すなわち、温度センサＴＳ３２及びＴ
Ｓ３３が検出する燃料ガスの温度ｔ₃₂及びｔ₃₃がともに
所定の基準温度ｔ⁰ ₃₂及びｔ⁰ ₃₃を越えると、改質装置３
０は定常的な作動状態に達したと判断されて、三方弁Ｔ
Ｖ１に駆動信号を出力する（Ｓ５０）。これによって、
三方弁ＴＶ１は、改質装置３０から流出する燃料ガスが
アノードＡを経由する切替え状態となる。

【０１３５】改質装置３０が定常的な作動状態に達して
燃料ガスがアノードＡに供給されるようになると、ＣＰ
Ｕ９１は、負荷要求に対応して燃料電池装置全体を定常
的に作動させるためのデータに基づき、新たな駆動信号
を電磁弁ＳＶ１〜ＳＶ７、ポンプＰ３、空気流量調整弁
ＦＲＶ、及びラジエーター６１に送信し（Ｓ６０）、燃
料電池装置１全体のバランスのとれた制御を開始する。
このとき、既述のとおり、燃料電池ＦＣ及び凝縮器３５
は所定の作動温度に調節されているので、燃料ガス及び
空気が供給され始めても速やかに所定の出力で定常的に
作動できる状態となる。また、作動中の改質装置３０、
凝縮器３５、燃料電池ＦＣの温度は、これらにそれぞれ
備えられた温度センサの検出結果に基づいて、ラジエー
タ６１及びポンプＰ３等の駆動状態を制御装置９０によ
り制御することによって所望の温度範囲内に保たれる。

【０１３６】このようにして、燃料電池装置１が所定の
作動条件で定常的に作動するようになると、制御装置９
０のＣＰＵ９１に対しては、所定の負荷設定手段から負
荷要求信号が与えられる。ＣＰＵ９１は、負荷要求信号
を受け取ると（Ｓ７０）、負荷要求信号に基づいて、記
憶装置９５に記憶されている電磁弁ＳＶ１の開通時間と
閉止時間とを示すテーブルにアクセスする。そして、Ｃ
ＰＵ９１は、当該テーブルの中から、負荷要求信号に示
されている燃料電池ＦＣに対する負荷要求に対応するデ
ータを読み出し、当該負荷要求に応じた電磁弁ＳＶ１の
開通時間と閉止時間とを示すデータに基づいて、電磁弁
ＳＶ１に接続されたパルス発生装置ＰＧ１に送出する制
御信号を生成する。このように、電磁弁ＳＶ１の開通時
間と閉止時間とを定めることにより、燃料電池ＦＣに対
する負荷要求に応じたメタノールの供給量が決定される
ことになる（Ｓ８０）。

【０１３７】また、Ｓ８０において、燃料電池ＦＣに対
する負荷要求に応じたメタノールの供給量を決定したＣ
ＰＵ９１は、次に、記憶装置９５から、各電磁弁ＳＶ２
〜ＳＶ７、及び、空気流量調整弁ＦＲＶについて定めら
れた所定の比例定数を示すデータを読み出す。そして、
ＣＰＵ９１は、当該データと、Ｓ８０で読み出した負荷
要求に応じた電磁弁ＳＶ１の開通時間と閉止時間とを示
すデータと乗じて各パルス発生装置ＰＧ１〜ＰＧ７、及
び、空気流量調整弁ＦＲＶに送出する制御信号を生成す
る。これにより、空気流量調整弁ＦＲＶを介して供給さ
れる空気、電磁弁ＳＶ２を介して供給される改質用水、
電磁弁ＳＶ３を介して供給される改質用空気、電磁弁Ｓ
Ｖ４を介して供給される一酸化炭素選択酸化用空気、電
磁弁ＳＶ５を介して供給される加湿用水、電磁弁ＳＶ６
を介して供給される蒸発部３１のバーナへ供給されるメ
タノールの供給量、電磁弁ＳＶ７を介して供給される蒸
発部３１のバーナへ供給される水の供給量が、燃料電池
ＦＣに対する負荷要求に応じるように決定されることに
なる（Ｓ９０）。

【０１３８】なお、このとき、ＣＰＵ９１は負荷要求信
号に示されている燃料電池ＦＣに対する負荷要求に対応
するデータに基づいてパルス発生装置ＰＧ６とＰＧ７１
に制御信号を送出して電磁弁ＳＶ６と電磁弁ＳＶ７とを
制御する。すなわち、ＣＰＵ９１は負荷要求に応じて改
質装置３０に供給されるメタノールの供給量が変化して
も蒸発部３１においてメタノールと水の混合液を十分に
蒸発させて改質器３０に供給できるように蒸発部３１の
バーナへ供給されるメタノールの供給量と水の供給量を
設定する。更にこのとき、蒸発部３１のバーナへ供給さ
れるメタノールの供給量と水の供給量は、改質装置３０
に供給されるメタノールの供給量が変化することに伴い
変化する燃料電池ＦＣから排出される排ガス中の可燃成
分量も必要に応じて考慮される。

【０１３９】Ｓ８０とＳ９０における処理を行ったＣＰ
Ｕ９１は、各パルス発生装置ＰＧ１〜ＰＧ７に対して、
負荷要求に応じた各電磁弁ＳＶ１〜ＳＶ７の開通時間と
閉止時間とを示す制御信号を、空気流量調整弁ＦＲＶに
対して、負荷要求に応じた開度を示す制御信号をそれぞ
れ送出する（Ｓ１００）。以上説明したＳ７０〜Ｓ１０
０における処理は、制御装置９０のＣＰＵ９１が負荷要
求信号を受け取る度に繰り返される。

【０１４０】一方、Ｓ１００でＣＰＵ９１によって生成
された制御信号を制御装置９０から受け取ったパルス発
生装置ＰＧ１〜ＰＧ４は、各電磁弁ＳＶ１〜ＳＶ７に対
してパルスを送出する。これにより、各電磁コイル８７
に駆動電圧が断続的に印加され、電磁弁ＳＶ１〜ＳＶ７
によって、各ラインが断続的に開閉される。また、空気
流量調整弁ＦＲＶのアクチュエータ部は、ＣＰＵ９１か
らの制御信号を受け取ると、その開度を負荷要求に応じ
るように変化させる。

【０１４１】この結果、改質装置３０の蒸発部３１に
は、負荷要求に応じた量のメタノールと改質用水とが最
適かつ精度よく供給され、改質部３２と選択酸化部３３
には、負荷要求に応じた量の改質用空気、一酸化炭素選
択酸化用空気が最適かつ精度よく供給される。従って、
燃料電池ＦＣに対する負荷要求が変化し、燃料電池ＦＣ
に供給すべき燃料ガスの量が変化したとしても、常に、
一酸化炭素濃度が極めて低い燃料ガスを改質装置３０で
生成可能となる。また、燃料電池ＦＣに、極めて一酸化
炭素濃度が低い燃料ガスを精度よく供給することによ
り、燃料電池ＦＣを安定的に作動させると共に、アノー
ドＡの寿命を長期化させることができる。また、空気入
口４７ｂには、負荷要求に応じた量の空気が熱交換器７
０を介して精度よく供給されることになる。

【０１４２】また、上述したように、燃料ガス供給ライ
ンＬ５の内部には所定温度（１２０℃程度）の燃料ガス
が改質装置３０から供給されている。ここで、この燃料
電池装置１では、記憶装置９５に記憶されているデータ
のうち、電磁弁ＳＶ１〜ＳＶ４、ＳＶ６、ＳＶ７の比例
定数は、上述したように、燃料電池ＦＣに対する負荷要
求、すなわち、負荷要求に応じたメタノール量に比例す
る比例定数として定められると共に、更に、次の条件を
満たすように定められている。すなわち、この燃料電池
装置１では、電磁弁ＳＶ１〜ＳＶ４、ＳＶ６、ＳＶ７の
比例定数は、蒸発部３１内の流体の温度、改質部３２の
流体の温度、及び、選択酸化部３３の流体の温度の運転
中における変動を踏まえた上で、改質装置３０から流出
する燃料ガス中のＣＯ分圧がアノードＡの触媒毒となら
ない許容範囲内に抑制されるように定められている。な
お、凝縮器３５において改質装置３０から流出する燃料
ガスを燃料電池ＦＣの作動温度近傍に冷却する際に凝縮
水が生成しないように、改質装置３０から流出する燃料
ガス中の水蒸気分圧が燃料電池ＦＣの作動温度における
飽和水蒸気圧以下となるように電磁弁ＳＶ１〜ＳＶ４、
ＳＶ６、ＳＶ７の比例定数を予め設定してもよい。

【０１４３】これにより、燃料電池ＦＣに対する負荷要
求が変化して燃料電池ＦＣの作動温度等が変化したとし
ても、常に適切な湿度をもったＣＯ濃度の極めて低い燃
料ガスを燃料電池ＦＣの各アノードＡに供給可能とな
り、アノードＡの電極触媒の被毒やアノードＡに水分が
滞留して燃料ガスの流入を妨げてしまうような事態を防
止することができる。

【０１４４】更に、ＣＰＵ９１から制御信号を受け取っ
たパルス発生装置ＰＧ５は、電磁弁ＳＶ５に対してパル
スを送出する。これにより、電磁弁ＳＶ５の電磁コイル
８７に駆動電圧が断続的に印加され、電磁弁ＳＶ５によ
って加湿用水ラインＬ５０が断続的に開閉される。そし
て、水タンク２１から供給される加湿用水は加湿用水ラ
インＬ５０の中途にある熱交換器１１０において水蒸気
に変換され電磁弁ＳＶ５に供給される。この結果、空気
供給ラインＬ６内に電磁弁ＳＶ５から加湿用水蒸気が噴
射される。

【０１４５】上述したように、空気供給ラインＬ６内の
内部には、所定温度（１２０℃程度）まで昇温させられ
たカソード反応ガスとしての空気がブロアＢから供給さ
れており、この空気は電磁弁ＳＶ５から噴射される加湿
用水蒸気により加湿される。ここで、燃料電池装置１に
おいては、燃料電池ＦＣの排ガス中に含まれる水分を分
離回収して加湿用水の一部として再利用しているので、
加湿された空気中には、メタノール等の燃料電池ＦＣの
カソードの電極触媒を被毒する被毒成分が混入されてい
る。しかし、このような被毒成分を含む加湿された空気
は空気供給ラインＬ６に設けられた酸化処理部１００を
通過する際に、酸化処理部１００に備えられている酸化
触媒上で十分に酸化除去される。そして、被毒成分を十
分に除去された空気は熱交換器７０に導入され、熱交換
器７０の内部において冷却水等が流通する伝熱管Ｔ７０
を介して燃料電池ＦＣの作動温度近傍まで冷却され、余
分な凝縮水を熱交換器７０及び後段のデミスタＤ１にお
いて除去燃料電池ＦＣの各カソードＣに空気と共に供給
されることになる。

【０１４６】ここで、この燃料電池装置１では、記憶装
置９５に記憶されているデータのうち、電磁弁ＳＶ５に
ついての比例定数は、燃料電池ＦＣに対する負荷要求、
すなわち、負荷要求に応じたメタノール量に比例する空
気の量に対する比例定数として定められると共に、更
に、次の条件を満たすように定められている。すなわ
ち、この燃料電池装置１では、電磁弁ＳＶ５についての
比例定数は、水タンク２１における水の予熱条件（予熱
ラインＬ２０内の流体温度）、熱交換手段としての熱交
換器１１０の伝熱管Ｔ１１０を流通する排ガスの温度、
熱交換器７０の伝熱管Ｔ７０を流通する冷却媒体の温度
等の運転中における変動を踏まえた上で、熱交換器７０
から流出する空気に混入されている水蒸気の分圧が燃料
電池ＦＣの作動温度における飽和水蒸気圧以下になるよ
うに定められている。そのため、図６に示すように熱交
換器７０に温度センサＴＳ７０が設けられ、熱交換器１
１０に温度センサＴＳ１１０が設けられこれらより検出
されるデータが制御装置９０に送出され負荷要求に基づ
いて電磁弁ＳＶ１〜ＳＶ７を制御する際にこれらのデー
タも考慮される構成とされている。

【０１４７】これにより、燃料電池ＦＣに対する負荷要
求が変化して燃料電池ＦＣの作動温度等が変化したとし
ても、常に適切な湿度をもったカソード反応ガスとして
の空気を燃料電池ＦＣの各カソードＣに供給可能とな
り、カソードＣに水分が滞留して空気の流入を妨げてし
まうような事態を防止することができる。

【０１４８】なお、この燃料電池装置１の空気供給ライ
ンＬ６には、熱交換器７０と燃料電池ＦＣ（カソード
Ｃ）との間に位置するように、デミスタＤが設けられて
いる。従って、熱交換器７０内で加湿用水のミストが完
全に蒸発せず、熱交換器７０から流出する空気に加湿用
水のミスト（液滴）が混入したとしても、燃料電池ＦＣ
の各カソードＣまで加湿用水のミストが達してしまうを
防止することができる。これにより、カソードＣに水分
が滞留して空気の流入を妨げてしまうような事態は、極
めて確実に防止される。

【０１４９】以上、本発明の好適な実施形態について詳
細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるも
のではない。

【０１５０】例えば、上記の実施形態においては、改質
装置３０の改質部３２、及び選択酸化部３３におけるガ
ス中の一酸化炭素濃度を所定の許容範囲内に制御する際
に、温度センサＴＳ３２及びＴＳ３３を用いる場合につ
いて説明したが、本発明の燃料電池装置はこれに限定さ
れるものではなく、例えばＣＯセンサを使用してもよ
い。また、電磁弁ＳＶ５から空気供給ラインＬ６に供給
する水蒸気の流量をより精密に制御して空気中の水蒸気
分圧を常に燃料電池ＦＣの作動温度における飽和水蒸気
圧以下としてもよい。このようにすれば熱交換器７０に
おいて加湿された空気を燃料電池ＦＣの作動温度近傍に
冷却しても空気中の水蒸気が凝縮することはないので、
例えばデミスタＤ１を備えない構成とすることが可能と
なり燃料電池装置１をよりコンパクトに構成することが
できる。

【０１５１】更に、上記の実施形態においては、制御手
段９０により燃料電池に対する負荷変動に合わせて図１
に示す電磁弁ＳＶ１から供給する燃料（メタノール）供
給量を決定し、電磁弁ＳＶ６と電磁弁ＳＶ７を比例制御
し、蒸発部１００に供給する加熱用の燃料と水との供給
量を調節する構成について説明したが、本発明の燃料電
池装置において、図１に示す電磁弁ＳＶ６と電磁弁ＳＶ
７の制御手段９０による制御方式はこれに限定されるも
のではない。例えば、電磁弁ＳＶ１と電磁弁ＳＶ２を制
御し、改質反応用の燃料と水との供給量を負荷変動に合
わせて変動させる一方で、蒸発部１１０の出口の水と燃
料との混合ガスの温度をある所定値となるように電磁弁
ＳＶ６と電磁弁ＳＶ７を制御してもよい。この場合に
は、例えば、電磁弁ＳＶ３を制御し、改質部３２に供給
する部分酸化用の空気を調節することにより改質部３２
内の混合ガスの温度を改質反応に適した温度に調節する
ことが可能である。なお、この場合には電磁弁ＳＶ１か
ら供給する燃料の供給量は改質部３２における部分酸化
反応に消費される分量を考慮して決定される。また、こ
の場合には図１に示す圧力調整弁ＰＲＶ７を配置せずと
もよい。

【０１５２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明による燃料
電池装置は、燃料電池の排ガス中の水分を分離回収して
燃料電池の加湿用水として利用する構成を有し、かつ、
燃料電池の排ガス中に含まれるカソードの電極触媒に対
する被毒成分を酸化除去するための酸化触媒を有する酸
化処理部が備えられている。そのため、燃料電池の反応
ガスを加湿する加湿用水を供給するための加湿用水供給
手段の規模を大幅に縮小してコンパクトな構成とするこ
とができるとともにカソードの電極触媒の被毒が十分に
防止され、長期にわたる安定した連続運転が可能な燃料
電池装置を提供することができる。そして、本発明によ
る燃料電池装置の運転方法では、燃料電池の排ガス中に
含まれる水分を分離回収して燃料電池の加湿用水として
利用しても、加湿されたカソード反応ガスをカソードに
供給する前に酸化触媒を備えた酸化処理部に導入するこ
とにより、燃料電池装置をカソードの電極触媒の被毒を
十分に防止しつつ長期にわたり連続運転することが可能
となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による燃料電池装置を示す系統図であ
る。

【図２】図１の燃料電池装置に備えられた燃料電池を示
す斜視図である。

【図３】図２の燃料電池に設けられた単セル及びセパレ
ータを示す断面図である。

【図４】図４（ａ）は、図３に示すセパレータをアノー
ド側からみた平面図であり、図４（ｂ）は、図３に示す
セパレータをカソード側からみた平面図である。

【図５】図５は、図１の燃料電池装置に採用されている
電磁弁を説明するための模式図である。

【図６】図１に示す燃料電池装置の制御ブロック図であ
る。

【図７】図１に示す燃料電池装置の制御手順を説明する
ためのフローチャートである。

【符号の説明】

１…燃料電池装置、１０…燃料供給部、１１…燃料タン
ク、２０…水供給部、２１…水タンク、３０…改質装
置、３１…蒸発部３１…改質部、３３…選択酸化部、３
５…凝縮器、４０…スタック、４１ａ…アノード集電
板、４１ｂ…カソード集電板、４２…絶縁板、４３…ス
タック締付板、４４ａ，４４ｂ…フランジ、４５…膜
板、４７ａ…燃料ガス入口、４７ｂ…空気入口、４８ａ
…アノード排ガス出口、４８ｂ…カソード排ガス出口、
４９ａ…冷却媒体入口、４９ｂ…冷却媒体出口、５０
ａ，５０ｂ，５１ａ，５１ｂ，５６，５７…開口部、５
２，５３…溝、５４…燃料ガス流路、５５…空気流路、
５８…冷却流路、６０…冷却系統、６１…ラジエータ、
６５…熱交換器、７０…熱交換器、８０…弁本体、８１
…弁入口、８２…弁出口、８３…流路、８４…弁座、８
５…弁体、８６…可動鉄心、８７…電磁コイル、８８…
定電圧電源装置、９０…制御装置、９２…ＲＯＭ、９３
…ＲＡＭ、９４…入出力ポート、９５…記憶装置、１０
０…酸化処理部、１１０…熱交換器、Ａ…アノード、Ｂ
…ブロア、Ｃ…カソード、Ｃｏ…コンデンサ、Ｄ１，Ｄ
２，Ｄ３…デミスタ、ＥＭ…電解質膜、ＦＣ…燃料電
池、ＦＲＶ…空気流量調整弁、Ｌ１…燃料ライン、Ｌ２
…改質用水ライン、Ｌ３，Ｌ４…空気ライン、Ｌ５…燃
料ガス供給ライン、Ｌ６…空気供給ライン、Ｌ７…アノ
ード排ガスライン、Ｌ８…カソード排ガスライン、Ｌ
９，Ｌ１１，Ｌ１２，Ｌ１３，Ｌ１６…冷却媒体ライ
ン、Ｌ１０，Ｌ１７…冷却媒体戻りライン、Ｌ１４…排
ガスライン、Ｌ１９…燃料ガスバイパスライン、Ｌ２０
…予熱ライン、Ｌ３０…燃料ライン、Ｌ４０…水ライ
ン、Ｌ５０…加湿用水ライン、ＬＰ１，ＬＰ２…圧力調
整ライン、ＬＳ１，ＬＳ２…燃料供給ライン、Ｐ１…燃
料ポンプ、Ｐ２…水ポンプ、Ｐ３…冷却媒体循環ポン
プ、ＰＧ１，ＰＧ２，ＰＧ３，ＰＧ４，ＰＧ５，ＰＧ
６，ＰＧ７…パルス発生装置、ＰＲＶ１，ＰＲＶ２，Ｐ
ＲＶ３，ＰＲＶ４，ＰＲＶ５，ＰＲＶ６，ＰＲＶ７…圧
力調整弁、Ｒ…抵抗、Ｒｉ…冷媒入口、ＵＣ…単セル、
ＳＰ…セパレータ、ＳＶ１，ＳＶ２，ＳＶ３，ＳＶ４，
ＳＶ５，ＳＶ６，ＳＶ７…電磁弁、Ｔ３２，Ｔ３３，Ｔ
３５，Ｔ７０，Ｔ１１０…伝熱管、Ｔｒ１，Ｔｒ２、Ｔ
ｒ３，Ｔｒ４，Ｔｒ５，Ｔｒ６，Ｔｒ７…トランジス
タ、ＴＶ１…三方弁。

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０１Ｍ 8/10 Ｈ０１Ｍ 8/10 (72)発明者藤川圭司広島県広島市西区観音新町四丁目６番22号三菱重工業株式会社広島研究所内Ｆターム(参考） 5H026 AA06 5H027 AA06 BC06 KK01 KK41 MM03

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】アノードとカソードとによって挟持され
た高分子電解質を有する燃料電池を備え、改質装置で生
成されたアノード反応ガスを前記アノードに供給すると
共に、カソード反応ガスを前記カソードに供給し、前記
アノードと前記カソードとでそれぞれ電気化学反応させ
て電力を発生する燃料電池装置において、前記カソード反応ガスを昇温させて前記カソードに供給
するカソード反応ガス供給手段と、前記カソード反応ガス供給手段と前記カソードとを結ぶ
ガスライン内に前記カソード反応ガスの加湿用水を水蒸
気に変換して供給する水蒸気供給手段と、前記水蒸気供給手段に前記加湿用水を供給する加湿用水
供給手段と前記燃料電池の排ガスライン上に設けられて
おり、前記燃料電池から排出される排ガス中に含まれる
水分を当該排ガス中から分離して前記加湿用水供給手段
に供給する水分離手段と、前記水蒸気供給手段と前記カソードとを結ぶガスライン
上に設けられており、加湿された前記カソード反応ガス
中に含まれる前記カソードの電極触媒に対する被毒成分
を酸化除去する酸化触媒を有する酸化処理部と、を備え
ることを特徴とする燃料電池装置。
【請求項２】前記水蒸気供給手段が、前記加湿用水供
給手段から供給される前記加湿用水を所定の熱源との間
で熱交換させて水蒸気に変換する熱交換手段と、当該熱
交換手段から流出する前記水蒸気の流量を調節して前記
カソード反応ガス供給手段と前記酸化処理部とを結ぶガ
スライン内に供給する水蒸気流量調整手段とから構成さ
れていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池装
置。
【請求項３】前記熱交換手段は、前記燃料電池から排
出される排ガスを燃焼させて昇温させた後のガス又は前
記改質装置内のガスを熱源とすることを特徴とする請求
項２に記載の燃料電池装置。
【請求項４】前記カソード反応ガス供給手段の出口の
ガスライン上に設けられたカソード反応ガス流量調整手
段と、前記燃料電池に対する負荷要求に基づいて、前記
カソード反応ガス流量調整手段と前記水蒸気流量調整手
段とを制御する制御手段とを備えることを特徴とする請
求項２又は３に記載の燃料電池装置。
【請求項５】前記酸化処理部の出口における前記カソ
ード反応ガスの圧力を略一定に保つカソード反応ガス圧
力調整手段とを更に備え、前記加湿用水供給手段は前記熱交換手段に略一定の圧力
で加湿用水を供給可能であり、前記水蒸気流量調整手段
は、当該水蒸気流量調整手段と前記酸化処理部とを結ぶ
前記カソード反応ガスラインを断続的に開閉可能である
ことを特徴とする請求項４に記載の燃料電池装置。
【請求項６】前記水蒸気流量調整手段は、弁本体に形
成された流路を開閉する弁体に取り付けられた可動鉄心
と、前記可動鉄心を覆うように配置された電磁コイルと
を備える電磁弁であることを特徴とする請求項５に記載
の燃料電池装置。
【請求項７】前記電磁コイルに駆動電圧を断続的に印
加するためのパルスを発生するパルス発生手段を更に備
え、前記制御手段は、前記燃料電池に対する負荷要求に応じ
て前記水蒸気流量調整手段の開通時間と閉止時間とを定
め、当該開通時間と閉止時間とに応じたパルスを前記パ
ルス発生手段に発生させることを特徴とする請求項６に
記載の燃料電池装置。
【請求項８】前記酸化処理部と前記カソードとを結ぶ
ガスライン上に設けられており、前記酸化処理部から流
出する前記カソード反応ガスを所定の熱源と熱交換させ
て当該カソード反応ガスの温度を燃料電池の作動温度近
傍に調節するカソード反応ガス温度調整手段を備えるこ
とを特徴とする請求項１〜７の何れかに記載の燃料電池
装置。
【請求項９】前記カソード反応ガス温度調整手段と前
記カソードとを結ぶガスライン上に設けられており、前
記カソード反応ガス温度調整手段から流出するカソード
反応ガス中に含まれる液滴を除去する液滴除去手段を備
えることを特徴とする請求項１〜８の何れかに記載の燃
料電池装置。
【請求項１０】アノードとカソードとによって挟持さ
れた高分子電解質を有する燃料電池を備え、改質装置で
生成したアノード反応ガスを前記アノードに供給すると
共にカソード反応ガス供給手段からカソード反応ガスを
前記カソードに供給し、前記アノードと前記カソードと
でそれぞれ電気化学反応させて電力を発生させる燃料電
池装置の運転方法において、前記カソード反応ガスの加湿用水の一部として前記燃料
電池の排ガス中に含まれる水分を利用し、当該加湿用水
を所定の熱源と熱交換させて水蒸気に変換し前記カソー
ド反応ガスに供給する水蒸気供給手段を前記カソード反
応ガス供給手段と前記カソードとを結ぶガスライン上に
設け、かつ、前記水蒸気供給手段と前記カソードとを結ぶガスライン
上に酸化触媒を有する酸化処理部を設け、加湿された前
記カソード反応ガス中に含まれる前記カソードの電極触
媒に対する被毒成分を酸化除去することを特徴とする燃
料電池装置の運転方法。
【請求項１１】前記所定の熱源として、前記燃料電池
から排出される排ガスを燃焼させて昇温させた後のガス
又は前記改質装置内のガスを用いることを特徴とする請
求項１０に記載の燃料電池装置の運転方法。
【請求項１２】前記燃料電池に対する負荷要求に基づ
いて、前記カソードに供給する前記カソード反応ガスの
量と、前記水蒸気供給手段に供給する加湿用水の量と、
前記カソード反応ガスに供給する前記水蒸気の量とを設
定することを特徴とする請求項１０又は１１に記載の燃
料電池装置の運転方法。
【請求項１３】前記酸化処理部の出口における前記カ
ソード反応ガスの圧力を略一定に保つと共に、前記水蒸
気供給手段と前記酸化処理部とを結ぶ前記カソード反応
ガスライン内に略一定の圧力で断続的に前記水蒸気を供
給することを特徴とする請求項１２に記載の燃料電池装
置の運転方法。
【請求項１４】前記燃料電池に対する負荷要求に基づ
いて、前記水蒸気供給手段と前記酸化処理部とを結ぶ前
記カソード反応ガスライン内に供給する前記水蒸気の供
給継続時間と供給停止時間との割合を設定することを特
徴とする請求項１３に記載の燃料電池装置の運転方法。
【請求項１５】前記酸化処理部から流出するカソード
反応ガス中に含まれる液滴を除去することを特徴とする
請求項１０〜１４の何れかに記載の燃料電池装置の運転
方法。