JP2009018974A

JP2009018974A - 発電装置、電子機器及び発電方法

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Publication number: JP2009018974A
Application number: JP2007184396A
Authority: JP
Inventors: Takashi Hachiman; 尚八幡
Original assignee: Casio Computer Co Ltd
Current assignee: Casio Computer Co Ltd
Priority date: 2007-07-13
Filing date: 2007-07-13
Publication date: 2009-01-29
Anticipated expiration: 2027-07-13
Also published as: JP5211566B2

Abstract

【課題】一酸化炭素除去器に供給する空気の流量を増やして一酸化炭素除去器の酸化能力を強制的に上げることせずに、燃料電池の燃料極に供給される一酸化炭素の量を低い状態で安定させる。
【解決手段】貯留容器２には、燃料と水の混合液が貯留されている。供給器３によって混合液が気化器４に送られ、気化器４で蒸発した燃料と水が改質器７に送られ、そこでの生成ガスが凝集器１０、気液分離器１１を経て、一酸化炭素除去器８に送られる。一酸化炭素除去器８で一酸化炭素が除去された生成ガスは、一酸化炭素濃度センサ１２を経て燃料電池１３の燃料極１４に送られる。一酸化炭素濃度センサ１２による検知濃度が所定閾値を超えた場合、制御部２０によって供給器３の流量が上げられる。
【選択図】図１

Description

本発明は、発電装置、電子機器及び発電方法に関し、特に燃料と水の改質を経て得られた水素の電気化学反応により発電する発電装置及び発電方法に関するとともに、その発電装置を備えた電子機器に関する。

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、小型化、高機能化が進められている携帯電話機やノート型パソコンなどにおいても、電源として燃料電池を用いるための研究、開発が進められている。

燃料電池としては、水素と酸素の電気化学反応により発電するものがある。その燃料電池には周辺機器として気化器、改質器及び一酸化炭素除去器が設けられている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。液体燃料や水が気化器にて気化し、その燃料と水の混合気が改質器に送られて、その改質器で水素等が生成され、その生成ガス中の一酸化炭素が一酸化炭素除去器で優先的に除去され、一酸化炭素が除去された生成ガスが燃料電池の燃料極に送られる。燃料電池の空気極には空気が送られ、燃料電池の電解質膜を通じた水素と酸素の電気化学反応によって発電が起こる。燃料電池の燃料極は一酸化炭素によって被毒してしまうので、生成ガス中の一酸化炭素を除去するのである。そして、このような装置を定常的に動作させて、改質器で生成される一酸化炭素が一酸化炭素除去器の能力を超えないようにしている。
特開平８−３２９９６９号公報特開２００３−８９５０２号公報

ところが、何らかの原因により、改質器で生成される一酸化炭素が増えてしまうことがある。一酸化炭素の生成量が増えてしまっても、燃料電池の燃料極の被毒を抑えるべく、一酸化炭素除去器に供給する空気の流量を増やすことが行われている（特許文献１参照）。一酸化炭素除去器に供給する空気の流量を増やせば、一酸化炭素除去器において一酸化炭素が酸化しやすくなるためである。

しかしながら、一酸化炭素除去器に供給する空気流量を増やすと、一酸化炭素のみならず、水素も酸化してしまう。それゆえ、燃料電池の燃料極に供給される水素が減り、燃料電池の発電効率が低下してしまう。また、一酸化炭素除去器で水素が酸化してしまうと、一酸化炭素除去器が酸化熱により昇温し、一酸化炭素を優先的に酸化し得る温度範囲を超えてしまうこともあり、ますます一酸化炭素除去器における一酸化炭素の酸化効率が低下してしまう。

そこで、本発明が解決しようとする課題は、一酸化炭素除去器に供給する空気の流量を増やして一酸化炭素除去器の酸化能力を強制的に上げることせずに、燃料電池の燃料極に供給される一酸化炭素の量を低い状態で安定させることである。

以上の課題を解決するため、請求項１に係る発明によれば、
燃料極、空気極及び電解質膜を有した燃料電池と、
燃料と水から水素を生成する改質器と、
前記改質器から送られてきた生成ガス中の一酸化炭素を酸化させ、一酸化炭素を除去した生成ガスを前記燃料極に送出する一酸化炭素除去器と、
前記一酸化炭素除去器から前記燃料極に送られる生成ガス中の一酸化炭素濃度を検知する一酸化炭素濃度センサと、を備え、
前記一酸化炭素濃度センサの検知濃度に基づき、前記改質器に送る燃料と水の流量を制御することを特徴とする発電装置が提供される。

請求項２に係る発明によれば、
燃料極、空気極及び電解質膜を有した燃料電池と、
燃料と水から水素を生成する改質器と、
前記改質器から送られてきた生成ガスの中から一酸化炭素を酸化させ、一酸化炭素を除去した生成ガスを前記燃料極に送出する一酸化炭素除去器と、
前記一酸化炭素除去器から前記燃料極に送られる生成ガス中の一酸化炭素濃度を検知する一酸化炭素濃度センサと、を備え、
前記一酸化炭素濃度センサの検知濃度が所定閾値を超えた場合に、前記改質器に送る燃料と水の流量を増加させることを特徴とする発電装置が提供される。

請求項３に係る発明によれば、
燃料極、空気極及び電解質膜を有した燃料電池と、
燃料と水から水素を生成する改質器と、
燃料と水を前記改質器に送るとともに、その流量を調整する供給器と、
前記改質器から送られてきた生成ガスの中から一酸化炭素を酸化させ、一酸化炭素を除去した生成ガスを前記燃料極に送出する一酸化炭素除去器と、
前記一酸化炭素除去器から前記燃料極に送られる生成ガス中の一酸化炭素濃度を検知する一酸化炭素濃度センサと、
前記一酸化炭素濃度センサの検知濃度に基づき前記供給器による流量を制御する制御部と、を備えることを特徴とする発電装置が提供される。

請求項４に係る発明によれば、前記制御部は、前記一酸化炭素濃度センサの検知濃度が所定閾値を超えた場合に、前記供給器による流量を増加させることを特徴とする請求項３に記載の発電装置が提供される。

請求項５に係る発明によれば、
前記改質器から前記一酸化炭素除去器に送られる生成ガスを凝縮する凝集器と、
前記凝集器によって得られたものを生成ガスと液体に分離し、その分離した生成ガスを前記一酸化炭素除去器に送出する気液分離器と、を更に備える請求項１から４の何れかに記載の発電装置が提供される。

請求項６に係る発明によれば、
前記気液分離器で分離した液体が供給され、その供給された液体を燃焼させる燃焼器を更に備えることを特徴とする請求項５に記載の発電装置が提供される。

請求項７に係る発明によれば、前記燃焼器には、前記燃料極に送られた生成ガスのうち未反応のガスが更に供給されることを特徴とする請求項６に記載の発電装置が提供される。

請求項８に係る発明によれば、前記改質器から送られてきた生成ガスを酸化させるための酸化剤を前記一酸化炭素除去器に供給するエアポンプを更に備え、前記酸化剤の流量を、前記制御部により制御することを特徴とする請求項１から４の何れかに記載の発電装置が提供される。

請求項９に係る発明によれば、前記酸化剤の流量を、前記供給器による流量に基づき制御することを特徴とする請求項８に記載の発電装置が提供される。

請求項１０に係る発明によれば、前記酸化剤の流量を、前記一酸化炭素濃度センサの検知濃度に基づき制御する請求項８に記載の発電装置が提供される。

請求項１１に係る発明によれば、請求項１から１０の何れかに記載の発電装置を備えることを特徴とする電子機器が提供される。

請求項１２に係る発明によれば、
燃料と水を改質器に供給して水素を生成し、前記改質器で生成された生成ガスを一酸化炭素除去器に送って生成ガス中の一酸化炭素を除去し、前記一酸化炭素除去器で一酸化炭素を除去した生成ガスを燃料電池の燃料極に送って発電するに際して、
前記一酸化炭素除去器から前記燃料極に送られる生成ガス中の一酸化炭素濃度を検知し、その検知濃度に基づき、前記改質器に送る燃料と水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。

請求項１３に係る発明によれば、
燃料と水を改質器に供給して水素を生成し、前記改質器で生成された生成ガスを一酸化炭素除去器に送って生成ガス中の一酸化炭素を除去し、前記一酸化炭素除去器で一酸化炭素を除去した生成ガスを燃料電池の燃料極に送って発電するに際して、
前記一酸化炭素除去器から前記燃料極に送られる生成ガス中の一酸化炭素濃度を検知し、その検知濃度が所定閾値を超えた場合に、前記改質器に送る燃料と水の流量を増加させることを特徴とする発電方法が提供される。

請求項１４に係る発明によれば、前記改質器で生成された生成ガスを酸化させるために、前記一酸化炭素除去器に供給する酸化剤の流量を、前記供給器による流量または前記一酸化炭素濃度センサの検知濃度に基づき制御することを特徴とする請求項１２または１３に記載の発電方法が提供される。

本発明によれば、一酸化炭素除去器から燃料電池に送られる生成ガス中の一酸化炭素濃度が一酸化炭素濃度センサによって検知され、改質器に送る燃料と水の流量がその検知濃度に基づいて制御されるので、一酸化炭素除去器から燃料電池に送られる生成ガス中の一酸化炭素濃度を低い状態に保つことができる。それゆえ、燃料電池の燃料極の被毒の防止を長期保つことができる。

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。

図１は、発電装置１のブロック図である。この発電装置１は、例えばノート型パーソナルコンピュータ、携帯電話機、ＰＤＡ（Personal Digital Assistant）、電子手帳、腕時計、デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ、ゲーム機器、遊技機、その他の電子機器の本体に備え付けられるものであり、これらの電子機器本体を動作させるための電源として用いられる。

発電装置１は、貯留容器２、供給器３、気化器４、反応装置５、凝集器１０、気液分離器１１、一酸化炭素濃度センサ１２、燃料電池１３及びエアポンプ１７〜１９を備える。

貯留容器２には、燃料（例えば、メタノール、エタノール、ジメチルエーテル、ブタン、ガソリン）と水が混合した状態で貯留されている。貯留容器２は電子機器本体に対して着脱可能とされており、供給器３、気化器４、反応装置５、凝集器１０、気液分離器１１、一酸化炭素濃度センサ１２、燃料電池１３及びエアポンプ１７〜１９は電子機器本体に内蔵されている。そして、貯留容器２が電子機器本体に装着されると、貯留容器２から供給器３への経路が確立される。

供給器３は、貯留容器２に貯留された混合液を気化器４に送出するとともに、その送出する混合液の流量をする制御するものである。例えば、供給器３は、動作速度可変式のポンプと開度可変式のバルブの組み合わせであって、ポンプの動作速度若しくはバルブの開度を又は動作速度と開度の両方を調整することで流量を制御するものである。
気化器４は、貯留容器２から送られてきた混合液を気化させるものである。

反応装置５は、気化器４から送られた燃料と水の混合気を反応させて、水素を生成するものである。ここで、反応装置５は、気化器４から送られてきた燃料と水の混合気を触媒により反応させて水素等を生成する改質器７と、改質器７で生成されたガス中に含まれる一酸化炭素を触媒によって優先的に酸化させて一酸化炭素を除去する一酸化炭素除去器８と、改質器７及び一酸化炭素除去器８を加熱する触媒燃焼器９と、改質器７、一酸化炭素除去器８及び触媒燃焼器９を収容した断熱パッケージ６と、を備える。

図２は、反応装置５を概略的に示した断面図である。
図２に示すように、改質器７、一酸化炭素除去器８及び触媒燃焼器９は反応装置５の本体３１に組み込まれたものであり、この本体３１が断熱パッケージ６内に収容されている。本体３１は複数の基板を積層したものであり、各基板の接合面にチャネルが凹設され、チャネルの壁面に触媒が担持され、これら基板が接合されてチャネルが基板によって蓋をされることで、チャネルが流路となる。図２においては、流路３２が改質器７の流路であり、流路３２の壁面に触媒（例えば、Ｐｄ／ＺｎＯ系触媒、Ｃｕ／ＺｎＯ系触媒）が担持されるとともに、ヒータ・温度計を兼ねた温度依存性電気抵抗体パターン３３が流路３２の壁面に形成されている。流路３４が一酸化炭素除去器８の流路であり、流路３４の壁面に触媒（例えば、Ｐｔ系触媒）が担持されるとともに、ヒータ・温度計を兼ねた温度依存性電気抵抗体パターン３５が流路３４の壁面に形成されている。流路３６が触媒燃焼器９の流路であり、流路３６の壁面に触媒（例えば、Ｐｔ系触媒）が担持されている。温度依存性電気抵抗体パターン３３，３５がリード線３７，３８にそれぞれ接続され、リード線３７，３８が断熱パッケージ６を貫通してその外側まで配索されている。本体３１には多管材３９が連結され、多管材３９内の各流路によって、図１に示すような反応装置５の改質器７、一酸化炭素除去器８及び触媒燃焼器９に対する反応物や生成物の取り込み・排出が行われる。

なお、燃料がメタノールの場合、改質器７の流路３２では、触媒によって次式（１）、（２）のような化学反応が起こる。
ＣＨ₃ＯＨ＋Ｈ₂Ｏ→３Ｈ₂＋ＣＯ₂ …（１）
Ｈ₂＋ＣＯ₂→Ｈ₂Ｏ＋ＣＯ …（２）

図１に示すように、反応装置５の外部であって改質器７から一酸化炭素除去器８までの経路の間には、凝集器１０と気液分離器１１が設けられている。凝集器１０は、改質器７より送出された混合気を熱交換等によって冷却するものであり、混合気中の未反応(未改質)燃料を凝縮させるものである。気液分離器１１は、凝集器１０より送出された気体（水素ガス等）と液体（燃料等）を分離するものである。気液分離器１１は、例えば特開２００５−２３８２１７号公報に記載された気液分離器であるが、その他の気液分離器であってもよい。

気液分離器１１で分離された液体は触媒燃焼器９に送られ、その液体が触媒燃焼器９の流路３６に送られる。触媒燃焼器９には、気液分離器１１で分離された液体のほか、エアポンプ１９によって空気も送られる。触媒燃焼器９では、気液分離器１１で分離された液体が流路３６内で気化して燃焼される。液体を気化させる熱源として別途ヒータ等を設置してもよいが、触媒燃焼器９の熱により気化されるような構成にすれば、簡易なシステムとなる。このエアポンプ１９は空気を触媒燃焼器９に供給するとともに、その空気の流量を調整するものである。

一方、気液分離器１１で分離された気体は一酸化炭素除去器８に送られる。一酸化炭素除去器８には、気液分離器１１で分離された気体のほか、エアポンプ１７によって酸化剤としての空気も送られる。一酸化炭素除去器８では、気液分離器１１で分離された気体が空気と混合して、その混合気が流路３４を流動している際に、混合気中の一酸化炭素が触媒により優先的に酸化される。ここでは空気が、混合気を酸化させる酸化剤になる。酸化剤としては、空気でなく、酸素であってもかまわない。これにより、混合気中の一酸化炭素が除去される。このエアポンプ１７は空気を一酸化炭素除去器８に供給するとともに、その空気の流量を調整するものである。

反応装置５の外部において、一酸化炭素除去器８の下流側には一酸化炭素濃度センサ１２が連結されて、その一酸化炭素濃度センサ１２の下流側には、燃料電池１３の燃料極１４に連結されている。

一酸化炭素除去器８より送出された混合気は、一酸化炭素濃度センサ１２を経由して、燃料電池１３の燃料極１４に送られる。一酸化炭素濃度センサ１２は、一酸化炭素除去器８から燃料電池１３の燃料へ送られる混合気中の一酸化炭素濃度を検知し、その一酸化炭素濃度を電気信号に変換するものである。

一酸化炭素濃度センサ１２は、例えば特開２００６−２２１８２２号公報に記載されたダミー発電セル（ダミー燃料電池）であるが、その他の一酸化炭素濃度センサであってもよい。一酸化炭素濃度センサ１２がダミー発電セルである場合、一酸化炭素濃度センサ１２は一酸化炭素除去器８から送られた混合気中の水素により発電し、その出力電力が混合気中の一酸化炭素濃度に依存する特性（具体的には、一酸化炭素濃度が高くなるにつれて出力電力が低くなる特性）を持つ。これにより、混合気中の一酸化炭素濃度が出力電力として電気信号に変換される。具体的には、一酸化炭素濃度センサ１２は、電解質膜と、電解質膜の一方の面に形成された燃料極と、他方の面に形成された空気極と、を備えるものとなる。一酸化炭素濃度センサ１２の燃料極には、一酸化炭素除去器８から混合気が送られ、一酸化炭素濃度センサ１２の空気極には、エアポンプ等から空気が送られる。一酸化炭素濃度センサ１２の燃料極は、耐ＣＯ被毒性に乏しいＰｔ／Ｃ触媒、Ｐｔ担持量を減らしてＣＯ被毒性を低下させた触媒、その他の一酸化炭素に被毒しやすい触媒であるから、一酸化炭素除去器８から一酸化炭素濃度センサ１２の燃料極に送られる混合気中の濃度変化が小さくとも、一酸化炭素濃度センサ１２の出力電力が大きく変化する。そのため、一酸化炭素濃度センサ１２は一酸化炭素濃度についての検知感度が大きい。

燃料電池１３は、電解質膜１５と、電解質膜１５の一方の面に形成された燃料極１４と、他方の面に形成された空気極１６と、を備える。燃料極１４は、一酸化炭素濃度センサ１２から連結され、空気極１６には、エアポンプ１８が連結されている。一酸化炭素除去器８から送出された混合気は一酸化炭素濃度センサ１２を経由して燃料極１４に供給され、外部の空気がエアポンプ１８によって空気極１６に送られる。燃料極１４に供給された混合気中の水素が、電解質膜１５を介して、空気極１６に供給された空気中の酸素と電気化学反応する。これにより、燃料極１４と空気極１６との間で電力が生じる。なお、電解質膜１５は固体高分子電解質膜であるが、その他の電解質膜であってもよい。

このエアポンプ１８は空気を燃料電池１３の燃料極１４に供給するとともに、その空気の流量を調整するものである。

燃料極１４は触媒燃焼器９に連結され、燃料極１４において未反応の水素等が触媒燃焼器９に送られる。そのため、触媒燃焼器９では、気液分離器１１より送出された燃料のほか、燃料電池１３の燃料極１４より送出された水素も燃焼する。以上のように、貯留容器２から触媒燃焼器９までの経路で生成された各種の反応物が、触媒燃焼器９から排出される。

発電装置１には二次電池やＤＣ／ＤＣコンバータ等が備えられ、燃料電池１３の発電によって得られた電気エネルギーは二次電池に充電されたり、電子機器本体の電源として用いられたりする。ＤＣ／ＤＣコンバータは、燃料電池１３から二次電池への充電過程、燃料電池１３から電子機器本体への電力供給過程、二次電池から電子機器本体への電力供給過程において適切な電圧に変換するものである。

図３に示すように、この発電装置１は制御部２０を更に有する。制御部２０は例えばＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ等を有するマイクロコンピュータである。一酸化炭素濃度センサ１２によって検知された一酸化炭素濃度を表す信号は一酸化炭素濃度センサ１２から出力され、制御部２０に入力される。

制御部２０は、一酸化炭素濃度センサ１２による検知濃度に基づき、供給器３を制御して、供給器３による混合液の流量を制御する。供給器３による混合液の流量が一酸化炭素濃度センサ１２による検知濃度に基づき制御されるので、改質器７で生成される一酸化炭素の濃度を低い状態に保つことができる。（詳細は後述。）

具体的には、制御部２０は、一酸化炭素濃度センサ１２による検知濃度が所定閾値を超えた場合に、供給器３の流量を増加させる。このように何らかの要因により、燃料電池１３の燃料極１４に送られる混合気中の一酸化炭素濃度が突然増えてしまっても、供給器３の流量を増加させると、改質器７で生成される一酸化炭素の濃度が低下する。（詳細は後述。）したがって、改質器７で生成される一酸化炭素の濃度を低い状態に保つことができる。
なお、所定閾値の具体的数値は、改質器７、一酸化炭素除去器８、燃料電池１３等の大きさ、触媒の種類、動作温度その他の各種仕様によって定まるものである。

また、制御部２０は、供給器３の流量に基づいて、エアポンプ１７を制御して、エアポンプ１７による空気の流量を制御する。供給器３の流量は一酸化炭素濃度センサ１２による検知濃度に対応しているので、制御部２０が供給器３の流量に基づいてエアポンプ１７の流量を制御することは、制御部２０が一酸化炭素濃度センサ１２の検知濃度に基づいてエアポンプ１７の流量を制御することに相当する。

ここで、制御部２０のＲＯＭには、混合液流量と空気流量との対応関係を表したデータテーブルが格納されている。そして、制御部２０が供給器３の流量に基づいてエアポンプ１７の流量を制御するに際しては、制御部２０は供給器３の流量に相当する混合液流量をデータテーブルから検索し、その検索した混合液流量に対応する空気流量となるようにエアポンプ１７の流量を制御する。なお、供給器３の流量は流量センサを用いて制御部２０にフィードバックされるものとし、制御部２０がフィードバックされた流量に基づきエアポンプ１７の流量を制御するものとしてもよい。

以上のように、制御部２０によって供給器３の流量が制御されるが、その供給器３の流量は一酸化炭素濃度センサ１２の検知濃度に応じたものである。つまり、一酸化炭素濃度センサ１２による検知濃度が所定閾値を超えた場合に、供給器３の流量が制御部２０によって増加される。このような制御が行われると、一酸化炭素除去器８から燃料電池１３の燃料極１４に送られる混合気中の一酸化炭素濃度が高くならず、燃料極１４の被毒を抑えることができる。（詳細は後述。）

また、一酸化炭素濃度センサ１２による検知濃度が所定閾値を超えた場合に、改質器７に送られる燃料と水の混合気の流量を増やし、また、その際、転化率が減少することもあり、改質器７において反応（改質）されない燃料が増える。（詳細は後述。）その燃料が生成ガス（水素、一酸化炭素等）とともに凝集器１０、気液分離器１１に送られる。未反応(改質)の燃料は一酸化除去器の触媒性能を低下させるので、凝集器１０、気液分離器１１によって燃料が分離されるようにし、未反応(改質)の燃料が一酸化炭素除去器８へと送られないようにすることができる。このようにすれば、燃料による一酸化炭素除去器８の未反応（改質）の燃料による能力低下を抑えることができる。凝集器１０、気液分離器１１は熱をすばやく放出できるように断熱パッケージ６外に設置することが望ましい。

また、凝集器１０及び気液分離器１１によって分離された燃料が触媒燃焼器９に送られるため、燃料を有効利用することができる。改質器７で未反応の燃料と、燃料電池１３で未反応の水素が単一の触媒燃焼器９によって燃焼されるので、他の燃焼器を設けずともすむ。それゆえ、装置の大型化も抑えることができる。

なお、上記の実施形態では、図１のように凝集器１０、気液分離器１１を備える構成で説明したが、図４のように、これらのない構成であってもよい。

＜検証＞
図１における反応装置５について、供給する混合液（燃料と水）の流量と、改質器７から排出される混合気中の一酸化炭素濃度との関係を調べるべく、検証を行った。ここで、Ｓ／Ｃ＝１．２、改質器７の流路３２の長さを７４．２ｍｍとし、流路３２の幅を５．０ｍｍとし、流路３２の深さ（高さ）を１．５ｍｍとした。流路３２の壁面に担持した触媒は、Ｐｄ／ＺｎＯ触媒とし、その担持量を１００．８ｍｇとした。

改質器７の温度を３５０℃とした場合、混合液の流量と、改質器７から排出される混合気中の一酸化炭素濃度との関係を実験によって測定した。更に、混合液の流量と、メタノール転化率との関係を実験によって測定した。その結果を表１及び図５に示す。通常、何らかの原因で、発熱量が多くなりすぎた場合でも、一酸化炭素除去器の正常運転温度範囲を逸脱しないように、グラフの右下がりの領域（２〜３ｍｌ）の範囲の流量にて、３５０℃より低温にて運転される。表１及び図５から明らかなように、混合液の流量が増える程、改質器７から排出される混合気中の一酸化炭素濃度が減ることがわかる。そのため、上記実施形態のように、一酸化炭素濃度センサ１２による検知濃度が所定閾値を超えた場合に、供給器３の流量を制御部２０によって増加させると、生成される一酸化炭素の濃度が低くなり、燃料極１４の被毒を抑えることができる。

また、混合液の流量が増える程、メタノール転化率が減ることがわかる。そのため、上記実施形態のように、一酸化炭素濃度センサ１２による検知濃度が所定閾値を超えた場合に、供給器３の流量が制御部２０によって増加されると、改質器７から送出されるガス中のメタノールが増えるが、メタノールが凝集器１０及び気液分離器１１によって取り除かれるため、一酸化炭素除去器８にはメタノールが送られないようにすることができる。そのため、一酸化炭素除去器８の性能低下を抑えることができる。

また、改質器７の温度を３２０℃とした場合、混合液の流量と、一酸化炭素除去器８から排出される混合気中の一酸化炭素濃度との関係を実験によって測定した。更に、混合液の流量と、メタノール転化率との関係を実験によって測定した。その結果を表２及び図６に示す。表２及び図６から明らかなように、３５０℃の場合と同様の傾向で、混合液の流量が増える程、改質器７から排出される混合気中の一酸化炭素濃度が減ることがわかる。また、混合液の流量が増える程、メタノール転化率が減ることがわかる。

なお、表１、図５（３５０℃）と、表２、図６（３２０℃）とを比較すると、反応温度が上がると、一酸化炭素濃度のグラフが右にシフトすることがわかる。何らの原因で一酸化炭素の濃度が上昇する場合として、例えば、改質器の反応温度が上がったことが考えられる。
このような場合に混合液の流量を増やすと、流量に対する一酸化炭素の濃度が右下がりの特性であることにより、一酸化炭素の濃度を効果的に減らすことができる。

なお、表１、表２においてメタノール転化率が１００％を超えているのは、測定誤差に基づくものである。

本発明に係る発電装置を示したブロック図である。上記発電装置に備わる反応装置を示した概略断面図である。上記発電装置に備わる、一酸化炭素濃度センサからの信号により、供給器、エアポンプを制御する制御部を示したブロック図である。本発明に係る発電装置の変形例を示したブロック図である。３５０℃において、改質器に送られる燃料の流量と、生成される一酸化炭素の濃度との関係を示すとともに、改質器に送られる燃料の流量と、メタノールの転化率との関係を示したグラフである。３２０℃において、改質器に送られる燃料の流量と、生成される一酸化炭素の濃度との関係を示すとともに、改質器に送られる燃料の流量と、メタノールの転化率との関係を示したグラフである。

符号の説明

１発電装置
４供給器
７改質器
８一酸化炭素除去器
９触媒燃焼器
１０凝集器
１１気液分離器
１２一酸化炭素濃度センサ
１３燃料電池
１４燃料極
１５電解質膜
１６空気極

Claims

燃料極、空気極及び電解質膜を有した燃料電池と、
燃料と水から水素を生成する改質器と、
前記改質器から送られてきた生成ガス中の一酸化炭素を酸化させ、一酸化炭素を除去した生成ガスを前記燃料極に送出する一酸化炭素除去器と、
前記一酸化炭素除去器から前記燃料極に送られる生成ガス中の一酸化炭素濃度を検知する一酸化炭素濃度センサと、を備え、
前記一酸化炭素濃度センサの検知濃度に基づき、前記改質器に送る燃料と水の流量を制御することを特徴とする発電装置。
燃料極、空気極及び電解質膜を有した燃料電池と、
燃料と水から水素を生成する改質器と、
前記改質器から送られてきた生成ガスの中から一酸化炭素を酸化させ、一酸化炭素を除去した生成ガスを前記燃料極に送出する一酸化炭素除去器と、
前記一酸化炭素除去器から前記燃料極に送られる生成ガス中の一酸化炭素濃度を検知する一酸化炭素濃度センサと、を備え、
前記一酸化炭素濃度センサの検知濃度が所定閾値を超えた場合に、前記改質器に送る燃料と水の流量を増加させることを特徴とする発電装置。
燃料極、空気極及び電解質膜を有した燃料電池と、
燃料と水から水素を生成する改質器と、
燃料と水を前記改質器に送るとともに、その流量を調整する供給器と、
前記改質器から送られてきた生成ガスの中から一酸化炭素を酸化させ、一酸化炭素を除去した生成ガスを前記燃料極に送出する一酸化炭素除去器と、
前記一酸化炭素除去器から前記燃料極に送られる生成ガス中の一酸化炭素濃度を検知する一酸化炭素濃度センサと、
前記一酸化炭素濃度センサの検知濃度に基づき前記供給器による流量を制御する制御部と、を備えることを特徴とする発電装置。
前記制御部は、前記一酸化炭素濃度センサの検知濃度が所定閾値を超えた場合に、前記供給器による流量を増加させることを特徴とする請求項３に記載の発電装置。
前記改質器から前記一酸化炭素除去器に送られる生成ガスを凝縮する凝集器と、
前記凝集器によって得られたものを生成ガスと液体に分離し、その分離した生成ガスを前記一酸化炭素除去器に送出する気液分離器と、を更に備える請求項１から４の何れかに記載の発電装置。
前記気液分離器で分離した液体が供給され、その供給された液体を燃焼させる燃焼器を更に備えることを特徴とする請求項５に記載の発電装置。
前記燃焼器には、前記燃料極に送られた生成ガスのうち未反応のガスが更に供給されることを特徴とする請求項６に記載の発電装置。
前記改質器から送られてきた生成ガスを酸化させるための酸化剤を前記一酸化炭素除去器に供給するエアポンプを更に備え、
前記酸化剤の流量を、前記制御部により制御することを特徴とする請求項１から４の何れかに記載の発電装置。
前記酸化剤の流量を、前記供給器による流量に基づき制御することを特徴とする請求項８に記載の発電装置。
前記酸化剤の流量を、前記一酸化炭素濃度センサの検知濃度に基づき制御することを特徴とする請求項８に記載の発電装置。
請求項１から１０の何れかに記載の発電装置を備えることを特徴とする電子機器。
燃料と水を改質器に供給して水素を生成し、前記改質器で生成された生成ガスを一酸化炭素除去器に送って生成ガス中の一酸化炭素を除去し、前記一酸化炭素除去器で一酸化炭素を除去した生成ガスを燃料電池の燃料極に送って発電するに際して、
前記一酸化炭素除去器から前記燃料極に送られる生成ガス中の一酸化炭素濃度を検知し、その検知濃度に基づき、前記改質器に送る燃料と水の流量を制御することを特徴とする発電方法。
燃料と水を改質器に供給して水素を生成し、前記改質器で生成された生成ガスを一酸化炭素除去器に送って生成ガス中の一酸化炭素を除去し、前記一酸化炭素除去器で一酸化炭素を除去した生成ガスを燃料電池の燃料極に送って発電するに際して、
前記一酸化炭素除去器から前記燃料極に送られる生成ガス中の一酸化炭素濃度を検知し、その検知濃度が所定閾値を超えた場合に、前記改質器に送る燃料と水の流量を増加させることを特徴とする発電方法。
前記改質器で生成された生成ガスを酸化させるために、前記一酸化炭素除去器に供給する酸化剤の流量を、前記供給器による流量または前記一酸化炭素濃度センサの検知濃度に基づき制御することを特徴とする請求項１２又は１３に記載の発電方法。