JP5238547B2

JP5238547B2 - 燃料電池および燃料電池の運転方法

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Publication number: JP5238547B2
Application number: JP2009046796A
Authority: JP
Inventors: 貴博鈴木; 央雅長崎; 卓也本郷
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2009-02-27
Filing date: 2009-02-27
Publication date: 2013-07-17
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Also published as: JP2010205444A

Description

本発明は、燃料電池および燃料電池の運転方法に関し、特に直接燃料酸化型燃料電池に関する。

直接燃料酸化型燃料電池において、アノード側に気液分離構造を設け、アノード反応において生成される気体（ＣＯ₂ガス）をアノード側で液体燃料及び水から気液分離する手法が知られている（例えば、特許文献１参照）。かような気液分離構造を用いると、アノード経路を閉ループに構成することが可能になる。さらに製品全体を小型化するためには、閉ループ経路を小型化することが必要となる。そのための対策の１つとして閉ループの構成要素であるバッファ部の容量（バッファ量）を小さくすることが有効な対策となる。

特開２００８−２７０１４６号公報

スタック内のアノード流路を含むアノード経路が閉ループをなしている直接燃料酸化型燃料電池において、バッファ部の容量を小さくすると、閉ループ経路に気泡が発生した場合（例えば一時的に気液分離が不成立な状況に陥った場合や温度上昇で気泡が発生した場合等）において、バッファ部においてバッファしなければならない燃料の量がバッファ量の上限をオーバーする事態が発生する。この場合、燃料電池を停止させる等の制御が必要となり、燃料電池を連続して運転できないという問題点があった。

本発明に係る燃料電池は、電解質膜を挟んで互いに対向するアノード極及びカソード極を有する膜電極複合体と、前記アノード極で生成される気体を回収する気体流路と、前記アノード極に燃料を送給する燃料流路を備えるアノード流路板と、前記アノード極と前記アノード流路板との間に介設され、前記燃料流路から送給される燃料をアノード極に供給し、前記アノード極で生成する気体を前記気体流路へ回収させる疎液性多孔体と、を有するスタックと、前記燃料を貯蔵する容量可変なバッファ部と、前記スタックと前記バッファ部との間に介挿されるアノード循環経路と、前記アノード循環路に介挿される循環ポンプと、前記バッファ部に貯蔵される燃料の液量を計測する液量計測部と、前記液量計測部により前記バッファ部の液量を計測する第１の液量計測工程と、前記第１の液量計測工程により計測された液量が所定の閾値を超えた場合に前記スタックに接続された負荷を開放する工程と、前記負荷開放工程後に所定の時間、前記アノード循環経路に燃料を循環させる循環工程を有する制御部と、を有することを特徴とする。

また、本発明に係る燃料電池の制御方法は、電解質膜を挟んで互いに対向するアノード極及びカソード極を有する膜電極複合体と、前記アノード極で生成される気体を回収する気体流路と、前記アノード極に燃料を送給する燃料流路を備えるアノード流路板と、前記アノード極と前記アノード流路板との間に介設され、前記燃料流路から送給される燃料をアノード極に供給し、前記アノード極で生成する気体を前記気体流路へ回収させる疎液性多孔体と、を有するスタックと、前記燃料を貯蔵する容量可変なバッファ部と、前記スタックと前記バッファ部との間に介挿されるアノード循環経路と、前記アノード循環路に介挿された循環ポンプと、前記バッファ部に貯蔵される燃料の液量を計測する液量計測部と、
を有する燃料電池の制御方法であって、前記液量計測部により前記バッファ部の液量を計測する第１の液量計測工程と、前記第１の液量計測工程により計測された液量が所定の閾値を超えた場合に前記スタックに接続された負荷を開放する工程と、前記負荷開放工程後に所定の時間、前記アノード循環経路に燃料を循環させる循環工程を有することを特徴とする。

本発明によれば、スタック内のアノード流路を含むアノード経路が閉ループをなしている直接燃料酸化型燃料電池において、閉ループにおけるバッファ量の上限オーバーを回避し、連続して運転可能である燃料電池およびその制御方法を提供することができる。

本発明の第１の実施の形態に係るスタックの断面図である。本発明の第１の実施の形態に係るスタックの要部断面図である。本発明の第１の実施の形態に係る燃料電池の構成図である。本発明の第１の実施の形態に係るバッファ部の構成図である。本発明の第１の実施の形態に係る制御部の構成図である。本発明の第１の実施の形態に係るハイブリットシステムの構成図である。本発明の第２の実施の形態に係る制御方法の説明図である。

次に、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、以下に示す実施の形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに限定するものでない。この発明の技術的思想は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。

（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態に係る燃料電池として、燃料にメタノールを用いた直接メタノール型燃料電池（ＤＭＦＣ）を採用した燃料電池を説明する。

本発明の第１の実施の形態に係る燃料電池用スタック１００は、図１に示すように、電解質膜１１、及び電解質膜１１を挟んで対向するアノード極７０及びカソード極８０を有する膜電極複合体（ＭＥＡ）１と、アノード極７０における反応により生成した流体を気体と液体に分離する疎液性多孔体からなる気液分離層２と、アノード極７０に燃料を供給する燃料流路５、及びアノード極で生成される気体（ＣＯ_２等）を排出する気体流路６を有するアノード流路板４とを備える。

第１の実施の形態における膜電極複合体１のアノード極７０は、アノード触媒層１２、カーボン緻密層１４及びアノードガス拡散層１６により構成されている。また、カソード極８０は、カソード触媒層１３、カーボン緻密層１５及びカソードガス拡散層１７により構成されている。

電解質膜１１は、例えばナフィオン膜（商標、デュポン社）等のプロトン（Ｈ⁺）導伝性を有する固体高分子膜を用いることができる。アノード触媒層１２は、例えば白金ルテニウム（ＰｔＲｕ）等の貴金属触媒粒子を有する触媒層からなる。カソード触媒層１３は、例えば白金（Ｐｔ）等の貴金属触媒粒子を有する触媒層からなる。アノードガス拡散層１６としては、例えば市販のカーボンペーパーにポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）で撥水処理を施したものを使用可能である。カソードガス拡散層１７としては、例えば市販のカーボン緻密層付のカーボンクロスを使用可能である。アノードガス拡散層１６は、アノード触媒層１２への燃料供給、アノード反応による生成物の排出、及び集電を円滑に行う。カソードガス拡散層１７は、カソード触媒層１３への空気の供給、カソード反応による生成物の排出、及び集電を円滑に行う。

気液分離層２は、導電性、疎液性（撥水性）及び気体透過性を有する多孔質体からなる。気液分離層２としては、疎液性を有するように撥水処理を施したカーボンペーパー、カーボンクロス及びカーボン不織布等の多孔体層が使用可能である。

図１の符号３は密着層である。密着層３はアノード流路板４や気液分離層２よりも柔軟性を有する、疎液性カーボンペーパーを用いることができる。密着層３は本実施の形態における必須の構成要素ではないが、アノード流路板と疎液性多孔体２との界面の密着性を高めることにより、アノード流路板４と気液分離層２の界面において燃料流路５から気体流路６へ燃料が直接ショートカットすることを防止する機能を有する。

アノード流路板４には、燃料流路５及び気体流路６が形成されている。燃料流路５は、燃料又は燃料水溶液を燃料供給口５０からアノード極７０へ供給するとともに、アノード極により未反応の燃料水溶液等を燃料排出口５１から排出する。気体流路６は、アノード反応により生成した気体（ＣＯ₂ガス）を気体排出口６０から排出する。なお、本実施の形態ではアノード流路板４に気体流路６を形成した例を示しているが、アノードガスケット９に外部との貫通孔を設け、この貫通孔をアノード反応により生成した気体（ＣＯ₂ガス）を排出するための気体流路とすることも可能である。

カソードガス拡散層１７の外側には、カソード集電体（カソード流路板）７が配置されている。カソード集電体７は、空気を開口部８からカソード極に供給するとともに集電を行う。アノードガスケット９及びカソードガスケット１０は、燃料及び空気の外部へのリークを防止する。

本発明の第１の実施の形態に係る燃料電池において、図２に示すように、燃料であるメタノール水溶液は燃料流路５から、カーボンペーパー３及び気液分離層２を通してアノード極７０に供給される。同時に、カソード集電体７の開口部８から空気が取り込まれ、カソード極８０に供給される。アノード極７０及びカソード極８０での反応は、それぞれ反応式（１），（２）で表される。

ＣＨ₃ＯＨ＋Ｈ₂Ｏ→６Ｈ⁺＋６ｅ^-＋ＣＯ₂ …（１）
６Ｈ⁺＋６ｅ^-＋３／２Ｏ₂→３Ｈ₂Ｏ …（２）

ここで、気液分離層２、密着層３は疎液性を有するため、液体状態のままではこれらの層を透過することはできない。一方、気化した燃料、すなわちメタノールの蒸気および水の蒸気はこれらの層を透過しアノード極７０に到達することができる。

一方、循環ポンプ４００が燃料流路５を気体流路６よりも圧力が高い状態としているため、アノード反応により生成した気体（ＣＯ2ガス）は撥水処理を施した気液分離層２の微細孔を介して燃料流路５よりも気体流路６に排出される傾向がある。このため、気液分離層２、密着層３により、アノード反応により生成した気体（CO2ガス）を効率的に気体流路６に分離し、排出することが出来る。

アノード反応で生成したプロトン（Ｈ^＋）は電解質膜１１を通してカソード極８０へ流れる。アノード反応で生成した電子（ｅ^-）は、集電体を兼ねるアノード流路板４、外部回路１１００、集電体を兼ねるカソード流路板７を経由してカソード極８０へ運ばれる。アノード反応で発生したＣＯ₂は、燃料流路５内の液中に気泡を形成するより、疎液性の気液分離層２を透過する方が容易なため、疎液性の気液分離層２の多孔体中を透過して、気体流路６から排出される。この理由は先に述べた通りである。アノード極７０で未反応の水の一部は燃料流路５内のメタノール水溶液と混合し、残りは電解質膜１１を透過してカソード側から外部へ排出される。カソード反応で生成した水の一部は、電解質膜１１を通してアノード触媒層１２側へ逆拡散し、残りはカソード集電体７の開口部８から外部へ排出される。

前述したような気液分離可能なスタック１００を組込んだＤＭＦＣ１０００の構成を図３に示す。

スタック１００にはスタックの冷却と、カソード極７０へ空気を供給するＦＡＮ２００（２００ａ、２００ｂ）が取り付けられている。

ＦＡＮの回転数を上げるほどスタック１００に対する冷却効果は高まる（冷えやすくなる）。しかし、空気供給量が所定量以上になると発電効率への寄与はあまり変わらなくなる。

アノード側からカソード側へ透過する水の量（水のクロスオーバー量）はスタックの温度により変化する。具体的には、基準とする温度に対して高温になるほど透過量は増え、低温にするほど透過量は減る。

スタック１００は、アノード循環経路３００を介してバッファ部５００、循環ポンプ４００と接続されている。スタック１００への燃料供給は、アノード循環経路３００を介して循環ポンプ４００により行われる。

更に、循環経路３００には、濃度センサ６００、高濃度燃料および水供給モジュール７００が介挿されている。

バッファ部５００については後述する。

濃度センサ６００はアノード循環経路３００を流れるメタノール水溶液の濃度［ｍｏｌ／Ｌ］を測定可能であり、測定した濃度値により高濃度燃料を加える量を操作する。

高濃度燃料および水供給モジュール７００は、高濃度燃料を供給する系７１０と水を供給する系７２０から構成される。高濃度燃料を供給する系７１０は燃料カートリッジ７０１、経路７０２、ポンプ７０３、バルブ７０４から構成される。燃料カートリッジ７０１は高濃度燃料を貯蔵する。ポンプ７０３は燃料カートリッジ７０１から高濃度燃料を経路７０２を介してアノード循環経路３００に供給する。バルブ７０４は経路７０２に配され、カートリッジ７０１とポンプ７０３との間を遮断可能とする。水を供給する系は水カートリッジ７１１、経路７１２、ポンプ７１３、バルブ７１４から構成される。水カートリッジ７１１は水を貯蔵する。ポンプ７１３は水カートリッジから水を経路７１２を介してアノード循環経路３００に供給する。バルブ７１４は経路７１２に配され、水カートリッジ７１１とポンプ７１３との間を遮断可能とする。

ＤＭＦＣ１０００は制御部８００を有する。制御部８００は図５に示すように信号出力部８０１、信号入力部８０２、データベース部８０３、演算処理部８０４、データ格納部８０５、タイマー部８０６を有し、これらは互いに信号のやり取りが可能となっている。信号出力部８０１、信号入力部８０２はＤＭＦＣ１０００の可制御または可観測である構成要素と信号線を通じて繋がっている。すなわち、制御部８００は、スタック１００、温度計測部１０１、ＦＡＮ２００ａ、ＦＡＮ２００ｂ、循環ポンプ４００、バッファ部５００、濃度センサ６００、ポンプ７０３、ポンプ７１３、バルブ７０４、バルブ７１４、外部負荷１１００、スイッチ１２００と信号線（図３において、それぞれの構成要素の符号の前にＥを付した信号線）を介して電気的に接続されている。

演算処理部８０４は中央演算装置（ＣＰＵ）である。

データベース部８０３はＤＭＦＣ１０００を制御するために必要なデータを予め格納してある。この格納されたデータは演算処理部８０４を通じて呼び出し、適宜参照することができる。

データ格納部８０５はＤＭＦＣ１０００の各計測部や各センサから得られたデータ、演算処理部８０３における演算処理により得られたデータを一時的あるいは半永久的に格納する機能を有する。この機能を実現するために、一般的な半導体メモリーやＤＶＤなどの記録媒体を用いることができる。

タイマー部８０６は所定の時間を計時するタイマー機能を有する。具体的にはタイマー回路を所有している。最も、タイマーのシーケンスをデータ格納部８０５に所有しておき、演算処理部８０４でタイマー処理を行うことも可能である。

燃料の使用、液の増減に起因するアノード側における濃度変化・液量変化は濃度センサ６００による濃度の検出値、温度計測部１０１による温度の検出値及びスタック１００の発電特性（電圧値、電流値、発電効率）と、データベース部８０３、データ格納部８０５に格納されたデータとを演算処理部８０４にて比較参照することにより把握することが出来る。このようにして把握された状態に応じて、制御部８００から信号線を通じて、スタック１００、循環ポンプ４００、高濃度燃料および水供給モジュール７００を制御する信号を出力し、ＤＭＦＣ１０００を制御することができる。

図４に、バッファ部５００の本実施の形態の一例について構成を示す。

バッファ部５００は、容器５０１、その中に設けられたベローズ５０２、ベローズの変位を計測する液量計測部５０３とにより構成されている。

容器５０１には循環経路３００との間に燃料の入口と出口が設けられていて（図示省略）、容器５０１とベローズ５０２との間のスペースＡに燃料である液体を貯蔵する。そのため、ベローズ５０２のスペースＡ側（液体を貯蔵する）と、その反対側（空気側）はシールされていて、かつ、空気側は孔Ｂを介して大気と同じ圧力になっている。液量計測部５０３は、例えば金属との距離を検出可能な渦電流センサなどの変位センサを用いることができる。ベローズ５０２の空気側に貼り付けられた金属板（図示せず）により、ベローズ５０２の変位を測定することができ、このデータに基づき、演算処理部８０４で演算処理を行うことにより最終的にスペースＡ内の液量を求めることができる。

バッファ部５００に貯蔵できる液量はベローズ５０２の変形により可変であるが、ベローズ５０２には変形限界という物理的制約がある。そこで、貯蔵上限値Ｌｍａｘ、貯蔵下限値Ｌｍｉｎと両者のセンター値(Ｌａｖｅ)の変位間に、少なくとも一つずつ閾値を設定し（図では下限側の閾値aと上限側の閾値ｂ、すなわちＬｍｉｎ＜ａ＜Ｌａｖｅ＜ｂ＜Ｌｍａｘ）、下限閾値を検出した場合には水ポンプ７１３の送液量を増加させ、上限を検出した場合は水ポンプ送液量を減らすよう操作する。なお、温度計測部１０１はスタック１００に直接備わっていなくても良いし、後述するように閾値を複数設定してもかまわない。

続いて、スタック１００を含むハイブリットシステム９００について説明する。図７に示すように、スタック１００は、昇圧部９０１を介してダイオード９０２ａに接続され、同様にダイオード９０２ｂに接続された二次電池９０３とＯＲ接続（ダイオードＯＲ接続）され、負荷１１００につながれている。また、ダイオード９０２と負荷１１００の間と、二次電池９０３とダイオード９０２の間には、二次電池充電制御部９０３が備えてある。更に、各経路にはスイッチ１２００ａ〜ｃが備えてあり、電気的な回路を開放可能としている。

かような構成により、スタック１００で発電した電力が、負荷９０５に対して余剰な場合は、二次電池９０３に充電可能であり、また、負荷９０５に対して不足がある場合は二次電池９０３から電力供給可能である。

〔第２の実施の形態〕
以下、本構成に基づいたＤＭＦＣ１０００の制御方法に係る実施の形態を図７を参照しながら示す。

前述したように、バッファ量Ｌが上限の閾値ｂを越えると、水ポンプによる水の供給量を減らして（ゼロにしてもよい）バッファ量Ｌを減らす方向で運転を開始する。しかしながら、運転開始から定格運転に至るまでに液温が上昇する。このプロセスにおいて、スタック１００、循環経路３００、バッファ部５００、循環ポンプ４００を通じて循環している燃料の液中に溶け込んでいた空気が気泡となる場合や、気液分離部２が何らかの理由で一時的に機能せずに燃料の中から気泡が排出されない場合には、水の供給量を減らしてもバッファ量が上限ｂを越えてしまうことが起こりうる。このようにバッファ量Ｌが上限ｂを超えてしまった場合においても、気泡を排出すればＤＭＦＣ１０００を継続して稼動することができる。以下、図６も用いて説明する。

〔Ｓ１：燃料循環工程〕
燃料循環工程では、循環ポンプ４００を作動し、スタック１００、バッファ部５００、循環ポンプ４００、再びスタック１００と燃料を循環させる。燃料の循環はこれを停止させる指示が循環ポンプ４００に出されない限り、継続させる。

〔Ｓ２：バッファ量計測モード〕
バッファ部５００に貯蔵されている燃料の液量を液量計測部５０３により計測する。液量計測部５０３で計測されたバッファ量Ｌは信号線Ｅ７を介して制御部８００の信号入力部８０２に送られる。ここでこのバッファ量Ｌは所定の値Ｌ１と比較される。所定の値Ｌ１はデータベース部８０３またはデータ格納部８０５に格納されている。バッファ量Ｌが所定の値Ｌ１を超えていない場合は終了（Ｅｎｄ）する。所定の値Ｌ１以上になっている場合には、次の工程に移る。ここで所定の値Ｌ１にバッファ量の上限値ｂを用いることができる。

〔Ｓ３：負荷開放工程〕
バッファ量Ｌが所定の値Ｌ１以上である場合、循環している燃料中に気泡が混入しているという前提の処理を開始する。

まず、制御部８００は信号線Ｅ１２００を介してスタック１００と負荷１１００との間に介挿されているスイッチ１２００を開放する。この操作により、スタック１００は発電を中止した状態で燃料だけが循環している状態となる。

負荷を開放することにより、スタック１００による発電が停止するため、式（１）に示す新たなＣＯ_２が生成されなくなること、発電を停止することによりスタック１００の温度が低下し始めるため、生成した気泡が燃料中に溶け込むこと、等の効果が得られるからである。

ここで負荷を開放している時間は燃料が一巡する時間以上であることが好ましい。なぜならば、気泡は循環している燃料のいずれの箇所に発生しているのか分からず、これをスタックの気液分離部２を通じて排出するには、全ての燃料が１回はスタック１００を通過する必要があるからである。

ここで、「燃料が一巡する時間」とは、スタック１００、循環ポンプ４００、バッファ部５００等、循環している燃料が充填されている閉じた空間の容量をポンプの送給速度で除すことにより求めることができる。

なお、負荷が開放されている間にも負荷１１００を継続して稼動するためには、例えば図６のハイブリッドシステム９００に示したように、二次電池９０３から電力を負荷１１００に供給することが可能である。

〔Ｓ４：タイマー稼動工程〕
バッファ量Ｌが所定の値Ｌ１以上である場合、タイマーを稼動してもよい。燃料を循環させて気泡を脱離させるための時間を調整するものである。タイマーはタイマー部８０６が計時することにより計時することができる。このタイマーは上記負荷を開放している時間は燃料が一巡する時間以上となることを計時したり、液量計測部５０３を非計測モードにしている時間を計時するのに用いることができる。

〔Ｓ５：バッファ量非計測モード〕
バッファ量Ｌが所定の値Ｌ１以上である場合、液量計測部５０３による計測を所定の時間行わない、いわゆるバッファ量非計測モードを有してもよい。このモードにおいては、液量計測部５０３がバッファ量Ｌを計測しない状態とすることにより、気泡が排出される前に上限ｂが繰り返し検出され、その度にこの制御シーケンスが何回も起動してしまう事態を回避する。

この間においても、燃料はアノード循環経路の中を循環し続けており、次第に燃料中の気泡は気液分離部２、気体流路６、気体排出口６０を介して系の外部に排出される。

〔Ｓ６：バッファ量計測モード〕
上記で説明したバッファ量非計測モードＳ４を採用した場合には、燃料の循環を継続させたことにより気泡が抜けてバッファ量が減少したかどうか計測するために、バッファ量非計測モードから再度バッファ量計測モードに変更する必要がある。

そして、バッファ量計測モードとした後、再度バッファ量を計測し、Ｓ２で説明した方法と同様にしてバッファ量Ｌの計測を行い、バッファ量Ｌが所定の値Ｌ２と比較される。所定の値Ｌ２はデータベース部８０３またはデータ格納部８０５に格納することができる。ここで所定の値Ｌ２はバッファ量の上限ｂとしてもよい。

〔Ｓ７：エラー判定工程〕
バッファ量Ｌを所定の値Ｌ２と比較した結果、バッファ量Ｌが所定の値Ｌ２以上である場合には気泡が正常に系外に排出されない何らかの不具合がＤＭＦＣ１０００に発生していると判断する。この時、制御部８００は例えばエラー信号を発信し、循環ポンプ４００を停止する等、必要な措置を行う。

これら必要な措置は燃料電池の容量、構成等によって異なるが、必要な措置を行うためのシーケンスは予めデータベース部８０３またはデータ格納部８０５に格納しておくことができる。

エラーの判断をした後、制御部８００は本シーケンスを終了（Ｅｎｄ）する。

〔Ｓ８：負荷接続工程〕
バッファ量Ｌを所定の値Ｌ２と比較した結果、バッファ量Ｌが所定の値Ｌ２より小さい場合には気泡が正常に系外に排出されたと判断し、スイッチ１２００を短絡させることによりスタック１００と負荷１１００を再度接続する。負荷接続の後は、必要に応じてバッファ量計測モードの状態としてもよい（Ｓ９）。

以上の操作により、燃料中に発生した気泡が原因でバッファ量Ｌが上限値ｂを越えた場合においても、一時的に負荷を燃料電池から切り離すだけの操作によりＤＭＦＣ１０００を連続して運転させることが可能となる。

１…膜電極複合体（ＭＥＡ）
２…気液分離層（疎液性多孔体）
３…密着層
４…アノード流路板（アノード集電体）
５…燃料流路
６…気体流路
７…カソード流路板（カソード集電体）
８…開口部
９…アノードガスケット
１０…カソードガスケット
１１…電解質膜
１２…アノード触媒層
１３…カソード触媒層
１６…アノードガス拡散層
１７…カソードガス拡散層
５０…燃料供給口
５１…燃料排出口
６０…気体排出口
７０…アノード極
８０…カソード極
１００…スタック
１０１…温度計測部
２００、２００ａ、２００ｂ…ＦＡＮ
３００…循環経路
４００…循環ポンプ
５００…バッファ部
５０１…容器
５０２…ベローズ
５０３…センサ
６００…濃度センサ
７００…高濃度燃料供給モジュール
７０１…高濃度燃料カートリッジ
７０２…高濃度燃料供給経路
７０３…高濃度燃料ポンプ
７０４…高濃度燃料バルブ
７１０…高濃度燃料を供給する系
７１１…水カートリッジ
７１２…水供給経路
７１３…水ポンプ
７１４…水バルブ
７２０…水を供給する系
８００…制御部
８０１…信号出力部
８０２…信号入力部
８０３…データベース部
８０４…演算処理部
８０５…データ格納部
８０６…タイマー部
９００…ハイブリットシステム
９０１…昇圧部
９０２ａ、ｂ…ダイオード
９０３…二次電池
９０４…二次電池充電制御部
１０００…燃料電池
１１００…負荷
１２００、１２００ａ〜ｃ…スイッチ

Claims

電解質膜を挟んで互いに対向するアノード極及びカソード極を有する膜電極複合体と、
前記アノード極で生成される気体を回収する気体流路と、
前記アノード極に燃料を送給する燃料流路を備えるアノード流路板と、
前記アノード極と前記アノード流路板との間に介設され、前記燃料流路から送給される燃料をアノード極に供給し、前記アノード極で生成する気体を前記気体流路へ回収させる疎液性多孔体と、
を有するスタックと、
前記燃料を貯蔵する容量可変なバッファ部と、
前記スタックと前記バッファ部との間に介挿されるアノード循環経路と、
前記アノード循環路に介挿される循環ポンプと、
前記バッファ部に貯蔵される燃料の液量を計測する液量計測部と、
前記液量計測部により前記バッファ部の液量を計測する第１の液量計測工程と、前記第１の液量計測工程により計測された液量が所定の閾値を超えた場合に前記スタックに接続された負荷を開放する工程と、前記負荷開放工程後に所定の時間、前記アノード循環経路に燃料を循環させる循環工程を有する制御部と、
を有することを特徴とする燃料電池。
前記制御部は、前記第１の液量計測工程の後に、前記液量計測部による計測を一定時間行わない非計測工程を更に有することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池。
前記制御部は、前記循環工程の開始後、所定の時間が経過した後に前記液量計測部による計測を行う第２の液量計測工程と、
前記液量計測部により計測された液量が所定の閾値よりも小さくない場合に前記燃料電池を停止させる停止工程とを更に有することを特徴とする請求項１または２に記載の燃料電池。
前記負荷開放工程において負荷を開放している時間は燃料が前記アノード循環経路を一巡する時間以上であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の燃料電池。
電解質膜を挟んで互いに対向するアノード極及びカソード極を有する膜電極複合体と、
前記アノード極で生成される気体を回収する気体流路と、
前記アノード極に燃料を送給する燃料流路を備えるアノード流路板と、
前記アノード極と前記アノード流路板との間に介設され、前記燃料流路から送給される燃料をアノード極に供給し、前記アノード極で生成する気体を前記気体流路へ回収させる疎液性多孔体と、
を有するスタックと、
前記燃料を貯蔵する容量可変なバッファ部と、
前記スタックと前記バッファ部との間に介挿されるアノード循環経路と、
前記アノード循環路に介挿された循環ポンプと、
前記バッファ部に貯蔵される燃料の液量を計測する液量計測部と、
を有する燃料電池の制御方法であって、
前記液量計測部により前記バッファ部の液量を計測する第１の液量計測工程と、
前記第１の液量計測工程により計測された液量が所定の閾値を超えた場合に前記スタックに接続された負荷を開放する工程と、
前記負荷開放工程後に所定の時間、前記アノード循環経路に燃料を循環させる循環工程
を有することを特徴とする燃料電池の制御方法。
前記第１の液量計測工程の後に、前記液量計測部による計測を一定時間行わない非計測工程を更に有することを特徴とする請求項５に記載の燃料電池の制御方法。
前記循環工程の開始後、所定の時間が経過した後に前記液量計測部による計測を行う第２の液量計測工程と、
前記液量計測部により計測された液量が所定の閾値よりも小さくない場合に前記燃料電池を停止させる停止工程とを更に有することを特徴とする請求項５または６に記載の燃料電池の制御方法。
前記負荷開放工程において負荷を開放している時間は燃料が前記アノード循環経路を一巡する時間以上であることを特徴とする請求項５乃至７のいずれか１項に記載の燃料電池。