JPH07226224A

JPH07226224A - 燃料電池の燃料供給装置

Info

Publication number: JPH07226224A
Application number: JP6036530A
Authority: JP
Inventors: Nariyuki Kawazu; 成之河津
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1994-02-08
Filing date: 1994-02-08
Publication date: 1995-08-22
Anticipated expiration: 2019-08-18
Also published as: JP3555160B2

Abstract

(57)【要約】【目的】水素ガスを燃料ガスとする燃料電池の出力の
安定化を図る。【構成】ＰＥＦＣ１２には、酸素ガス供給管路１４か
らは酸素含有ガスである空気が、水素ガス供給管路１６
からはメタノールを水蒸気改質して得られた水素ガス
が、それぞれ供給される。水素ガス供給管路１６の管路
には、水素ガス中の水蒸気混在量を調節するバッファー
タンク１８と、メタノール改質装置２０とが設けられて
いる。このバッファータンク１８は、タンクの冷却媒体
流路を通過する冷却媒体の流量等によりタンク内部温度
が制御可能に構成されている。そして、バッファータン
ク１８のタンク内部温度を調節することで、水素ガス温
度の調節を通してガス中の水蒸気混在量を調節し、水蒸
気混在量調節済みの水素ガスをＰＥＦＣ１２に供給す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、水素ガスを燃料ガスと
する燃料電池に該水素ガスを供給する燃料供給装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、水素ガスを燃料ガスとする燃料
電池は、水素イオンをＨ⁺（_xＨ₂Ｏ）の水和状態で透過
する電解質と電極とを有し、電極反応を促進させるため
の触媒層を介在させてこの電解質を電極で挟持して備え
る。このような燃料電池は、用いる電解質の種類により
種々のもの（例えば、固体高分子型燃料電池，りん酸型
燃料電池等）があるが、陽陰の電極において進行する電
極反応に差はなく、各極で進行する電極反応は、以下の
通りである。陰極（水素極）：２Ｈ₂→４Ｈ⁺＋４ｅ^- … 陽極（酸素極）：４Ｈ⁺＋４ｅ^-＋Ｏ₂→２Ｈ₂Ｏ …

【０００３】そして、陰極に燃料ガスである水素ガスが
供給されると、陰極ではの反応式が進行して水素イオ
ンが生成する。この生成した水素イオンがＨ⁺（_xＨ
₂Ｏ）の水和状態で電解質（固体高分子型燃料電池であ
れば固体高分子電解質膜）を透過（拡散）して陽極に至
り、この陽極に酸素含有ガス、例えば空気が供給されて
いると、陽極ではの反応式が進行する。この，の
電極反応が各極で進行することで、燃料電池は起電力を
呈することになる。

【０００４】燃料電池の電解質は、水素イオンが上記し
た水和状態で陰極側から陽極側に電解質を透過（拡散）
する都合上、陰極側で水分が不足する状態となる。ま
た、固体高分子型燃料電池に用いられる固体高分子電解
質膜は、適度な湿潤状態にあれば良好な電気伝導性（イ
オン導電性）を発揮するが、含水率が低下するとイオン
導電性が悪化して電解質として機能しなくなり、場合に
よっては電極反応を停止させてしまう。また、含水率が
高すぎてもイオン導電性が悪化する傾向がある。このた
め、陰極には、燃料ガスとしての水素ガスを供給すると
ともに、適当な量の水を常時補給する必要がある。従っ
て、燃料電池には、水蒸気にて加湿した水素ガスが燃料
供給装置から供給されている。

【０００５】燃料供給装置から水蒸気加湿された水素ガ
スを燃料電池に供給するには、種々の方法があり、最も
単純な方法として、次のような技術がよく知られてい
る。つまり、メタノール等の炭化水素化合物を水蒸気改
質して水素ガスを生成するに当たり、メタノールと水と
の改質反応応は等モル反応であるため、メタノールに対
して若干余剰の水を供給して改質反応を起こさせ、余剰
の水に相当する量の水蒸気で水素ガスを加湿する方法で
ある。また、特開平３−２６９９５５では、生成した水
素ガスを熱交換して降温し、降温後の水素ガス中に燃料
電池の手前で水蒸気を添加し、水蒸気添加により加湿し
た水素ガスを燃料電池に供給する技術が提案されてい
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、メタノ
ールに対して若干余剰の水を供給し水分過多の状態で改
質反応を起こさせ加湿する場合には、次のような不具合
がある。例えば、余剰水の量を固定する場合、燃料電池
の加湿不足を回避するためには、燃料電池の発電時に最
大限必要とされる水分を水蒸気で供給する必要がある。
よって、定量の余剰水を供給して改質反応を起こさせる
必要があるが、改質反応の進行程度によっては水素ガス
中の水蒸気量が変動したり、燃料電池の発電状態によっ
ては水分過多となって電解質膜がいわゆる濡れすぎとな
るため、電極反応が低下し電池性能の低下を招くことが
ある。

【０００７】また、改質反応に用いる水の量の増減調節
を通して水素ガス中の水蒸気量、即ち燃料電池の加湿程
度を調節することも可能であるが、次のような理由から
現実的ではない。即ち、供給水量の調節を減少側に行な
う場合には、メタノールに対して水のモル数が少なくな
るため、改質反応の中間生成物である一酸化炭素の発生
頻度が増し、この一酸化炭素が燃料電池の陰極に供給さ
れることになる。このように一酸化炭素が陰極に至る
と、電極反応を促進させるために設けられている触媒層
の触媒が一酸化炭素により被毒され、触媒としての機能
が低下してしまう。このため、電極反応の停止、延いて
は燃料電池の運転停止を招く。

【０００８】一方、特開平３−２６９９５５に提案され
ているように、改質ガスの温度を燃料電池の温度と略同
じ程度に下げ、その下げた改質ガスに別途水を添加する
技術では、温度を下げるための熱交換器と、水を添加す
る加湿器との両方が必要となり、システムのコンパクト
化を図ることが困難であった。また、単純に熱交換器を
省くと、加湿器に供給される改質ガスの温度が高温（約
２５０〜３００℃）であることに起因して、所望の加湿
状態に制御することが困難になるという問題があった。
例えば、一般的な加湿器であるバブラーを用いた場合、
バブラー内の水によって改質ガスが急激に冷却されるた
めに、改質ガスが保有している水分がバブラー内に添加
されバブラーの水管理が難しくなるほか、改質ガスによ
ってバブラー内の水自体の温度が影響を受け、加湿量を
コントロールし難くなるという問題があった。

【０００９】本発明は、上記問題点を解決するためにな
され、水素ガスを燃料ガスとする燃料電池の出力の安定
化を図ることを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
めの請求項１記載の燃料電池の燃料供給装置で採用した
手段は、水素ガスを燃料ガスとする燃料電池に該水素ガ
スを供給する燃料供給装置であって、炭化水素化合物を
水蒸気改質して、水素ガスを水蒸気の混在状態で生成す
る改質手段と、該生成された水素ガスを前記水蒸気とと
もに前記燃料電池に供給する供給手段と、該供給される
水素ガスの経路において前記水蒸気を除去し、前記燃料
電池に供給される水素ガス中の水蒸気混在量を調節する
水蒸気混在量調節手段とを備えることをその要旨とす
る。

【００１１】この場合、請求項２記載の燃料電池の燃料
供給装置では、前記燃料電池の運転状態を検出する運転
状態検出手段と、該検出した運転状態に基づいて前記燃
料電池の湿潤状態を判定する湿潤状態判定手段と、該判
定した湿潤状態に応じて前記水蒸気混在量調節手段を制
御する制御手段とを備える。

【００１２】また、請求項３記載の燃料電池の燃料供給
装置では、前記水蒸気混在量調節手段は、前記水素ガス
の経路に設けられ、水素ガスが水蒸気とともに流入する
緩衝容器と、該緩衝容器の内部温度を制御する温度制御
部とを有する。

【００１３】この場合、請求項４記載の燃料電池の燃料
供給装置では、前記緩衝容器は、前記燃料電池に供給さ
れる酸素含有ガスが通過する流体経路を容器内部との間
で熱交換が行なえるように構成され、前記温度制御部
は、前記流体経路を通過する前記酸素含有ガス量を制御
するものである。

【００１４】

【作用】上記構成を有する請求項１記載の燃料電池の燃
料供給装置では、まず、改質手段により炭化水素化合物
を水蒸気改質し、水蒸気の混在状態で水素ガスを生成す
る。この生成された水素ガスは、供給手段により水蒸気
とともに燃料電池に供給されるが、その経路において水
蒸気混在量調節手段による水蒸気の除去を通して、水素
ガス中の水蒸気混在量が確実に調節される。よって、燃
料電池に供給される水素ガス中の水分は水滴化すること
なく水蒸気として混在するので、燃料電池には水滴とし
て水が水素ガスとともに供給されることはない。

【００１５】請求項２記載の燃料電池の燃料供給装置で
は、運転状態検出手段の検出した燃料電池の運転状態に
基づいて、湿潤状態判定手段により燃料電池の湿潤状態
を判定する。そして、水素ガス中の水蒸気混在量を調節
する水蒸気混在量調節手段を、制御手段により、燃料電
池の湿潤状態に応じて制御するので、燃料電池の湿潤状
態に応じて水素ガス中の水蒸気混在量を調節できる。よ
って、燃料電池の湿潤状態が水分過多であれば水蒸気混
在量を少なく調節することで、水分過多を水蒸気として
の水分で解消することができる。一方、水分不足であれ
ば水蒸気混在量を多く調節することで、水分不足を水蒸
気としての水分で解消することができる。

【００１６】請求項３記載の燃料電池の燃料供給装置で
は、水素ガスの経路に設けられた緩衝容器の内部温度を
温度制御部により制御するので、緩衝容器に水蒸気とと
もに流入する水素ガス中の水蒸気を、この緩衝容器内で
除去し、燃料電池に供給される水素ガス中の水蒸気混在
量を調節する。

【００１７】請求項４記載の燃料電池の燃料供給装置で
は、緩衝容器を、燃料電池に供給される酸素含有ガスが
通過する流体経路を緩衝容器内部との間で熱交換が行な
えるよいに構成したものとし、温度制御部により、流体
経路を通過する酸素含有ガス量を制御する。よって、酸
素含有ガスとの熱交換を通して緩衝容器の内部温度を制
御し、燃料電池に供給される水素ガス中の水蒸気混在量
を調節する。このため、水素ガス中の水蒸気混在量の調
節とともに、酸素含有ガスの温度をも調節できる。

【００１８】

【実施例】次に、本発明に係る燃料電池の燃料供給装置
の好適な実施例について、図面に基づき説明する。図１
は、実施例の燃料供給装置を適用した燃料電池システム
のブロック図である。

【００１９】実施例の燃料電池システム１０は、固体高
分子型燃料電池（以下、ＰＥＦＣと略称する）１２を中
心に備え、ＰＥＦＣ１２には、酸素ガス供給管路１４か
らは酸素含有ガスである空気が、水素ガス供給管路１６
からはメタノールを水蒸気改質して得られた水素ガス
が、それぞれ供給される。水素ガス供給管路１６の管路
には、水素ガス中の水蒸気混在量を調節するバッファー
タンク１８と、メタノール改質装置２０とが設けられて
いる。なお、上記の両管路には適宜な箇所に逆流防止弁
が設けられているが、本発明の要旨とは直接関係しない
ので図示されていない。

【００２０】ＰＥＦＣ１２は、固体高分子電解質膜を陽
陰の電極で挟持して備え、陽極への空気と陰極への水素
ガスとの供給を受けて陽陰の電極において上記の，
の電極反応を進行させる。そして、ＰＥＦＣ１２は、当
該電極反応を経て得られた起電力により、配線２２，２
４を介して外部の駆動機器、例えば電気自動車における
モータを駆動する。

【００２１】メタノール改質装置２０は、メタノールタ
ンク２６から圧送ポンプ２８によりメタノールの供給を
受け、水タンク３０から圧送ポンプ３２により水の供給
を受ける。そして、メタノール改質装置２０は、改質触
媒を介してメタノールと水との改質反応を２５０〜３０
０℃の温度で進行させてメタノールを水蒸気改質し、高
温（約２６０℃前後）の水素ガスを水蒸気の混在状態で
生成する。この生成された水素ガスは、その下流のバッ
ファータンク１８に送り出される。

【００２２】このように水タンク３０からメタノール改
質装置２０に水を供給するに当たっては、以下に説明す
るように、メタノールに対してやや過多の量の水が供給
されている。つまり、メタノール改質装置２０に供給さ
れた水がメタノール改質装置２０で水蒸気改質されて生
成する水素ガス中に水蒸気として残存し、しかも残存量
（水蒸気混在量）がＰＥＦＣ１２の駆動時（発電時）に
必要となり得る最大水蒸気量よりも若干多くなるよう、
メタノール改質装置２０への水の供給量が定められてい
る。換言すれば、水素ガス温度が約２６０℃からＰＥＦ
Ｃ１２の運転温度（８０〜１００℃）に近似した温度、
例えば８０℃に降下しても、その温度における水素ガス
中の水蒸気が飽和状態となり得る程度に、メタノールに
対してやや過多の量の水が供給されている。

【００２３】メタノール改質装置２０から水素ガスが送
り出されるバッファータンク１８は、タンク内部の温度
を調節する温度調節機構を有し、後述する電子制御装置
によるこの温度調節機構の運転制御を通して、タンク内
部温度を制御する。この場合、バッファータンク１８に
は、メタノール改質装置２０から高温（約２６０℃前
後）の水素ガスが送られており、バッファータンク１８
からＰＥＦＣ１２に供給する水素ガス温度は、ＰＥＦＣ
１２の運転温度（８０〜１００℃）に近似した温度であ
ることが望ましい。このため、バッファータンク１８
は、水，空気等の冷却媒体を用いた温度調節機構とし
て、次のような構成を備える。

【００２４】図２に示すように、バッファータンク１８
は、金属製の本体容器部４０の上下端を、上部カバー部
４２，下部カバー部４４で塞ぎ、これらをＯリング４６
を介在させてボルト４８により水密に締め付けて形成さ
れている。上部カバー部４２にはガス導入ポート５０が
設けられており、当該ポートはメタノール改質装置２０
と接続されている。また、上部カバー部４２にはガス排
出ポート５２が設けられており、当該ポートはＰＥＦＣ
１２と接続されている。このため、バッファータンク１
８内部には、ガス導入ポート５０を経てメタノール改質
装置２０から高温の水素ガスが水蒸気の混在状態で流入
し、タンク内に流入した水素ガスはガス排出ポート５２
を経てＰＥＦＣ１２に供給されることになる。更に、上
部カバー部４２には、バッファータンク１８内部の温度
を検出するタンク側温度センサ５３が取付固定されてい
る。なお、このタンク側温度センサ５３は、後述の電子
制御装置７０に接続されている。

【００２５】一方、下部カバー部４４には、バッファー
タンク内部で凝結して液化した水５４を排出するための
水排出ポート５６が設けられおり、この水排出ポート５
６は、図１に示すように循環用ポンプ５８を介在させて
水循環管路６０により水タンク３０と接続されている。
このため、バッファータンク１８内部に滞留した水５４
は、循環用ポンプ５８により、水タンク３０に返送さ
れ、メタノール改質装置２０に供給する水として循環す
る。なお、上記した水の循環は、所定時間毎の循環用ポ
ンプ５８の間歇駆動により、間歇的に行なわれている。

【００２６】本体容器部４０の側壁には、水や空気等の
冷却媒体が通過する冷却媒体流路６２が容器内部を取り
囲むよう形成されている。従って、図示しない流入口か
ら冷却媒体が外部配管６３を経て冷却媒体流路６２に流
入し、当該流路を冷却媒体が通過すれば、当該冷却媒体
とバッファータンク１８内部の水素ガスとの間で熱交換
が起きる。このため、冷却媒体流路６２を通過する冷却
媒体の温度や通過量（単位時間当たり流量）の制御を通
して、タンク内部温度を制御すること、即ち水素ガス温
度を制御することが可能である。なお、この冷却媒体流
路６２は、隣合う流路から独立して個別に形成しても良
く、また、螺旋状に形成しても良い。

【００２７】本体容器部４０の内部には、タンク内部を
上下に区画する多孔の隔壁６４が設けられており、この
隔壁６４で区画された上部空間には、熱伝導率の高い金
属またはセラミックの球状充填物６６が充填されてい
る。このため、ガス導入ポート５０を経て流入した水蒸
気混在状態の高温の水素ガスと冷却媒体流路６２を通過
する冷却媒体との熱交換は、隔壁６４上方の上部空間の
球状充填物６６を介して効率よく行なわれる。また、本
体容器部４０は、その外周において断熱材６８により被
覆されており、本体容器部４０側壁から外部への熱の放
出は遮断されている。

【００２８】従って、上記構造を有するバッファータン
ク１８に高温（約２６０℃前後）の水素ガスが水蒸気の
混在状態で流入すると、この高温の水素ガスは、冷却媒
体との熱交換を経てバッファータンク１８内部において
冷却され、冷却媒体流路６２を通過する冷却媒体の温度
やその通過量で規定される温度とされる。この水素ガス
の冷却により、水素ガス中の水蒸気は、冷却後の水素ガ
ス温度（タンク内部温度）における飽和水蒸気量を越え
る分についてバッファータンク１８内部において凝結し
て水滴となり、水素ガス中には、水蒸気が飽和状態で存
在することになる。冷却媒体流路６２を通過する冷却媒
体の流量は、電子制御装置からの制御信号により定ま
り、バッファータンク１８の冷却媒体流路６２に接続さ
れた外部配管６３に設けられた流量調整バルブ６５を駆
動制御することで流量調整、即ちタンク内温度調節がな
される。なお、凝結した水滴は、隔壁６４の孔を通過し
て隔壁６４下方の下部空間に落下し、水排出ポート５６
から水タンク３０に返送される。

【００２９】燃料電池システム１０は、この他、バッフ
ァータンク１８におけるタンク内部温度を制御するため
の電子制御装置７０と、ＰＥＦＣ１２における固体高分
子電解質膜と電極（陰極）との接合部近傍の温度を検出
する電池側温度センサ７２と、ＰＥＦＣ１２の出力電圧
を検出する電圧計７４と、インピーダンスを検出するイ
ンピーダンス計７６とを備える。この電子制御装置７０
は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭを中心に論理演算回路とし
て構成され、これらとコモンバスを介して相互に接続さ
れた入力ポート及び出力ポートにより外部との入出力を
行う。本実施例の燃料電池システム１０では、電子制御
装置７０は、タンク側温度センサ５３，電池側温度セン
サ７２，電圧計７４およびインピーダンス計７６から、
バッファータンク１８のタンク内部温度ＴTANK，ＰＥＦ
Ｃ１２の電解質膜近傍温度ＴPEFC，ＰＥＦＣ１２の出力
電圧ＶおよびＰＥＦＣ１２のインピーダンスＺの入力を
受け、バッファータンク１８の内部温度を調節すべく、
バッファータンク１８の流量調整バルブ６５を駆動制御
する。

【００３０】次に、上記した構成を備える本実施例の燃
料電池システム１０において行なわれる燃料電池システ
ム運転制御（ルーチン）について、図３のフローチャー
トに基づき説明する。図示するように、この燃料電池シ
ステム運転ルーチンは、まず、燃料電池システム１０の
メインスイッチがＯＮであるかＯＦＦであるかを判断す
る（ステップＳ１００）。なお、このメインスイッチの
ＯＮ／ＯＦＦは、例えばバッテリの蓄電状態等に応じて
制御用コンピュータから出力される指令信号で代用でき
るので、メインスイッチは機械的なスイッチに限定され
るものではない。

【００３１】このステップＳ１００で肯定判断が下され
る場合には、この燃料電池システム１０がメインスイッ
チのＯＮを受けて当初のＯＮ状態に至ったシステムの立
上げの場合と、このＯＮ状態が継続している定常運転継
続中の場合とがある。よって、ステップＳ１００での肯
定判断に続いては、燃料電池システム１０のＯＮ状態は
既に所定期間に亘り継続している旨を示すフラグ（ＯＮ
状態継続フラグＦON）の値が１であるか否かを判断する
（ステップＳ１０５）。なお、このＯＮ状態継続フラグ
ＦONは、最初の本ルーチンの実行に先立つ初期処理にて
初期値０とされ、後述の本ルーチンの処理にて値０或い
は値１とされる。

【００３２】ここで、ＯＮ状態継続フラグＦON≠１であ
れば、燃料電池システム１０がメインスイッチのＯＮを
受けて当初のＯＮ状態に至ったシステム立上げ時なの
で、以下に記す複数の処理からなるシステム立上げ過渡
期処理（ステップＳ１１０）に移行する。そして、当該
処理が終了すれば「リターン」を抜けて上記処理を繰り
返す。

【００３３】このステップＳ１１０のシステム立上げ過
渡期処理では、図４に示すように、タンク側温度センサ
５３と電池側温度センサ７２からバッファータンク１８
のタンク内部温度ＴTANKとＰＥＦＣ１２の電解質膜近傍
温度ＴPEFCを入力し（ステップＳ１１２）、その後、両
温度を比較する（ステップＳ１１４）。即ち、タンク内
部温度ＴTANKが電解質膜近傍温度ＴPEFCより高い温度で
あるか否かを判断する。

【００３４】ここで、肯定判断すれば、バッファータン
ク１８の内部温度の制御目標温度をステップＳ１１２で
入力したＰＥＦＣ１２の電解質膜近傍温度ＴPEFCとし、
電解質膜近傍温度ＴPEFCとタンク内部温度ＴTANKとの差
に応じてバッファータンク１８の冷却媒体の流量調整バ
ルブ６５を流量増大側に駆動制御する（ステップＳ１１
６）。この際、流量調整バルブ６５にはＴPEFCとＴTANK
との温度差に応じた制御信号が出力され、温度差が大き
いほど流量調整バルブ６５は多くの流量となるよう駆動
制御される。このため、バッファータンク１８の冷却媒
体流路６２を通過する冷却媒体の流量が温度差に応じて
増大するので、タンク内部温度ＴTANKは降下することに
なる。なお、ステップＳ１１６に続いては、後述のステ
ップＳ１２２が実行される。

【００３５】一方、ステップＳ１１４で否定判断した場
合には、ＴPEFCとＴTANKとの差が所定値α以下であるか
否かを判断する（ステップＳ１１８）。つまり、ステッ
プＳ１１４で否定判断すればＴTANK≦ＴPEFCであるが、
その温度差が適正であるか、より詳細に説明すればタン
ク内部温度ＴTANKが電解質膜近傍温度ＴPEFCに比べて低
すぎないかを判断する。このステップＳ１１８で肯定判
断すれば、タンク内部温度ＴTANKは電解質膜近傍温度Ｔ
PEFC以下でありその温度差は適正であるためにタンク内
部温度ＴTANKを変更制御する必要がないとして、後述の
ステップＳ１２２に移行する。

【００３６】これに対して、ステップＳ１１８で否定判
断すれば、タンク内部温度ＴTANKは電解質膜近傍温度Ｔ
PEFC以下であるもののＴTANKはＴPEFCに比べて低すぎる
ことになる。よって、タンク内部温度ＴTANKを電解質膜
近傍温度ＴPEFCに近づくよう昇温させるべく、バッファ
ータンク１８の冷却媒体の流量調整バルブ６５を流量減
少側に駆動制御する（ステップＳ１２０）。この際、流
量調整バルブ６５にはＴPEFCとＴTANKとの温度差に応じ
た制御信号が出力され、温度差が大きいほど流量調整バ
ルブ６５は流量減となるよう駆動制御される。このた
め、バッファータンク１８の冷却媒体流路６２を通過す
る冷却媒体の流量が温度差に応じて減少するので、タン
ク内部温度ＴTANKは上昇することになる。

【００３７】そして、ステップＳ１１６，１１８および
ステップＳ１２０に続いては、燃料電池システム１０が
システム立上げ過渡期にあるか或いは定常運転の継続中
にあるか否かをメインスイッチがＯＮとされてからの経
過時間等に基づき判断する（ステップＳ１２２）。ここ
で、否定判断すればいまだシステム立上げ過渡期である
として、新たな処理を行なうことなく「リターン」を抜
け、上記した各処理を繰り返す。

【００３８】一方、ステップＳ１２２で肯定判断すれ
ば、燃料電池システム１０はシステム立上げ過渡期を脱
して定常運転の継続中にあることになるので、ＯＮ状態
継続フラグＦONに値１をセットする（ステップＳ１２
４）。このようにＦON＝１とされると、その後の本ルー
チンのステップＳ１０５で肯定判断されるので（図３参
照）、このステップＳ１２４でＦONに値１がセットされ
るまでの間に亘って、上記したステップＳ１１２〜１２
４までの処理からなるシステム立上げ過渡期処理が繰り
返し実行される。

【００３９】燃料電池システム１０がシステム立上げ過
渡期にある間は、電解質膜近傍温度ＴPEFCはＰＥＦＣ１
２の運転に伴って昇温する。よって、この間にステップ
Ｓ１１２〜１２４からなるシステム立上げ過渡期処理を
繰り返すことにより、バッファータンク１８は、そのタ
ンク内部温度ＴTANKがＰＥＦＣ１２の電解質膜近傍温度
ＴPEFCより所定温度（α）だけ低い温度となるよう、当
初の温度から昇温制御される。このため、燃料電池シス
テム１０がシステム立上げ過渡期にある場合には、バッ
ファータンク１８に流入した水素ガス（約２６０℃前
後）は、冷却媒体との熱交換を経てＰＥＦＣ１２の電解
質膜近傍温度ＴPEFCより所定温度（α）だけ低い温度で
あるタンク内部温度ＴTANKとされるとともに、電解質膜
近傍温度ＴPEFCの上昇に併せて上昇したタンク内部温度
ＴTANKとされる。よって、バッファータンク１８におい
て、水素ガス中の水蒸気は、ＴPEFC以下の温度における
飽和状態とされ、過剰な水蒸気は凝結してバッファータ
ンク１８内で水滴となる。また、ＰＥＦＣ１２に供給さ
れる水素ガス中の水蒸気量は、電解質膜近傍温度ＴPEFC
の上昇に併せて増加することになる。

【００４０】従って、バッファータンク１８のガス排出
ポート５２からは、水蒸気を飽和状態で混在した水素ガ
スがＰＥＦＣ１２の電解質膜近傍温度ＴPEFCより所定温
度（α）だけ低い温度でＰＥＦＣ１２に供給される。こ
のため、燃料電池システム１０のシステム立上げ過渡期
には、水分が水滴としてＰＥＦＣ１２に供給されること
がないとともに、電池内部で水蒸気が凝結して水滴化す
ることもない。しかも、ＰＥＦＣ１２の昇温に併せてバ
ッファータンク１８内のタンク内部温度ＴTANKを高めて
いくことができる。

【００４１】このようにシステム立上げ過渡期処理のス
テップＳ１２４においてＦON＝１とされると、システム
立上げ過渡期処理の終了時にあってもシステムＯＮであ
ることと相俟って、次回の本ルーチンでは、ステップＳ
１００の肯定判断に続くステップＳ１０５で肯定判断さ
れる。そして、この肯定判断を受けて、燃料電池システ
ム１０はＯＮ状態が継続している定常運転継続中の状態
にあるといえる。よって、この場合には、以下に記す複
数の処理からなるシステム定常運転時処理（ステップＳ
１３０）に移行し、当該処理が終了すれば「リターン」
を抜けて上記処理を繰り返す。

【００４２】このステップＳ１３０のシステム定常運転
時処理では、図５に示すように、まず、電圧計７４とイ
ンピーダンス計７６からＰＥＦＣ１２の出力電圧Ｖとイ
ンピーダンスＺを入力する（ステップＳ１３２）。

【００４３】ＰＥＦＣ１２の固体高分子電解質膜は適度
な湿潤状態にあれば良好な電気伝導性（イオン導電性）
を発揮することから、固体高分子電解質膜の含水率が過
多となると、ＰＥＦＣ１２の出力は低下する。また、こ
の電解質膜に接合する電極表面が水滴で閉塞されても、
膜への水素ガスの透過が阻害されるのでやはりＰＥＦＣ
１２の出力は低下する。つまり、この両者の場合は、電
池内部の湿潤状態が水分過多の場合であり、この水分過
多の状態に至るとＰＥＦＣ１２の出力電圧Ｖは低下す
る。しかも、このように水分過多となると、ＰＥＦＣ１
２のインピーダンスＺは低下することが知られている。
その反面、電池内部の湿潤状態が水分不足となって固体
高分子電解質膜の含水率が低下すると、ＰＥＦＣ１２の
出力電圧Ｖは低下するとともに、インピーダンスＺは上
昇することが知られている。

【００４４】従って、ステップＳ１３２で入力したＰＥ
ＦＣ１２の出力電圧ＶとインピーダンスＺとから、ステ
ップＳ１３２に続くステップＳ１３４では、ＰＥＦＣ１
２内部の湿潤状態が適正であるか、水分過多（濡れす
ぎ）或いは水分不足（乾きすぎ）であるか否かを判断す
る。このステップＳ１３４で、電池内部の湿潤状態が適
正であると判断すると、ＰＥＦＣ１２が適正な運転を継
続していくためには、バッファータンク１８内のタンク
内部温度ＴTANKの変更は必要ないとして、バッファータ
ンク１８の冷却媒体の流量調整バルブ６５の流量を固定
維持する（ステップＳ１３６）。よって、タンク内部温
度ＴTANKは、電池内部の湿潤状態が適正状態にあると判
断したときの温度に維持される。このため、バッファー
タンク１８においては、流入する水素ガス中の水蒸気は
一定量が凝結して水滴化し、水素ガス中に混在する水蒸
気量は定量となる。その後は、「リターン」を抜けて上
記処理を繰り返す。

【００４５】一方、ステップＳ１３４で出力電圧Ｖとイ
ンピーダンスＺとからＰＥＦＣ１２内部の湿潤状態が上
記した水分過多であると判断した場合には、バッファー
タンク１８の冷却媒体の流量調整バルブ６５を流量増大
側に駆動制御する（ステップＳ１３８）。この際、流量
調整バルブ６５には、電池内部の湿潤状態が適正状態に
あるときの出力電圧ＶおよびインピーダンスＺと、ステ
ップＳ１３２で入力した出力電圧Ｖおよびインピーダン
スＺとを対比して得られる制御信号が出力され、水分過
多の程度が大きいほど流量調整バルブ６５は多くの流量
となるよう駆動制御される。このため、バッファータン
ク１８の冷却媒体流路６２を通過する冷却媒体の流量が
水分過多の程度に応じて増大するので、タンク内部温度
ＴTANKは降下することになる。この結果、バッファータ
ンク１８においては、流入する水素ガス中の水蒸気は多
くの量が凝結して水滴化し、水素ガス中に混在する水蒸
気量は減少するので水素ガスにおける水蒸気量は以前よ
り少なくなる。そして、ステップＳ１３６の後には、
「リターン」を抜けて上記処理を繰り返す。

【００４６】このようにタンク内部温度ＴTANKを降下さ
せるに当たっては、冷却媒体の流量増に伴うタンク内部
温度ＴTANKの温度変化が電解質膜近傍温度ＴPEFCに対し
て最大−１０℃程度になるよう、冷却媒体流量が増大制
御される。

【００４７】また、ステップＳ１３４で出力電圧Ｖとイ
ンピーダンスＺとからＰＥＦＣ１２内部の湿潤状態が上
記した水分不足であると判断した場合には、バッファー
タンク１８の冷却媒体の流量調整バルブ６５を流量減少
側に駆動制御する（ステップＳ１４０）。この際、流量
調整バルブ６５には、電池内部の湿潤状態が適正状態に
あるときの出力電圧ＶおよびインピーダンスＺと、ステ
ップＳ１５２で入力した出力電圧Ｖおよびインピーダン
スＺとを対比して得られる制御信号が出力され、水分不
足の程度が大きいほど流量調整バルブ６５は流量減少側
に駆動制御される。このため、バッファータンク１８の
冷却媒体流路６２を通過する冷却媒体の流量が水分不足
の程度に応じて減少するので、タンク内部温度ＴTANKは
上昇することになる。この結果、バッファータンク１８
においては、流入する水素ガス中の水蒸気は少量しか凝
結して水滴化せず、水素ガス中に混在する水蒸気量はあ
まり減少しない。つまり、水素ガスにおける水蒸気量は
以前より多くなる。そして、ステップＳ１４０の後に
は、「リターン」を抜けて上記処理を繰り返す。

【００４８】このようにタンク内部温度ＴTANKを上昇さ
せるに当たっては、冷却媒体の流量増に伴うタンク内部
温度ＴTANKの温度変化が電解質膜近傍温度ＴPEFCに対し
て最大＋５℃程度になるよう、冷却媒体流量が減少制御
される。

【００４９】従って、ＰＥＦＣ１２が定常運転にある場
合には、ステップＳ１３２〜１４０からなる定常運転時
処理が繰り返されるので、バッファータンク１８のタン
ク内部温度ＴTANKは、電池内部の湿潤状態に応じて温度
制御される。このため、ＰＥＦＣ１２が定常運転状態に
ある場合には、バッファータンク１８に流入した水素ガ
ス（約２６０℃前後）は、バッファータンク１８におけ
る冷却媒体との熱交換を経て温度制御されるので、水素
ガス中の水蒸気は、バッファータンク１８における凝結
を経てその混在量が電池内部の湿潤状態に応じて調節さ
れる。

【００５０】よって、バッファータンク１８のガス排出
ポート５２からは、電池内部の湿潤状態が水分過多であ
れば、水蒸気混在量が以前より少ない水素ガスがＰＥＦ
Ｃ１２に供給されて水分過多が解消されることになる。
また、水分不足であれば、水蒸気混在量が以前より多い
水素ガスがＰＥＦＣ１２に供給されて水分不足が解消さ
れることになる。そして、水分過多或いは水分不足が解
消されれば、一定量の水蒸気を混在する水素ガスが継続
してＰＥＦＣ１２に供給されることになる。

【００５１】しかも、このような水蒸気混在量の調節
は、バッファータンク１８において水素ガス中の水蒸気
の凝結・水滴化を経た水蒸気の除去を通して行なわれる
ので、ＰＥＦＣ１２に供給される水素ガス中には水分が
水蒸気として混在し、ＰＥＦＣ１２には水分が水滴とし
て水素ガスとともに供給されることはない。

【００５２】燃料電池システム１０がシステムのＯＮ状
態にある時には、当該システムに含まれるＰＥＦＣ１２
やメタノール改質装置２０，バッファータンク１８は上
記したように駆動制御されているが、メインスイッチの
ＯＦＦや非常停止スイッチ等のＯＮ等を受けて、燃料電
池システム１０はシステムのＯＮ状態からＯＦＦ状態に
至る。すると、図３に示すように、本ルーチンのステッ
プＳ１００では否定判断され、次のステップＳ１４５に
移行する。

【００５３】燃料電池システム１０がＯＦＦ状態にある
場合には、燃料電池システム１０が上記したＯＮ状態か
らＯＦＦ状態に推移した場合とシステムのＯＦＦ状態が
継続している場合とがあり、この両者の場合であって
も、ステップＳ１００で否定判断が下される。そこで、
いずれのＯＦＦ状態であるかを判断すべく、ステップＳ
１００の否定判断に続くステップＳ１４５では、ＯＮ状
態継続フラグＦONの値が１であるか否かを、再度判断す
る。なお、システムがＯＦＦ状態にある場合には、シス
テムを構成する総ての機器がＯＦＦとなっている場合の
他、各機器、例えばＰＥＦＣ１２やメタノール改質装置
２０，バッファータンク１８等がＯＦＦ状態にある場合
も該当する。

【００５４】そして、このステップＳ１４５で否定判断
（ＦON＝０）すれば、このＯＮ状態継続フラグＦONはシ
ステムのＯＮの後のシステム立上げ過渡期処理において
しか値１とされないので、当初からＦON＝０のまま、即
ち燃料電池システム１０のＯＦＦ状態は継続している場
合である。よって、ステップＳ１４５で否定判断した場
合には、「リターン」を抜けて上記処理を繰り返す。

【００５５】しかし、ステップＳ１４５で肯定判断した
場合（ＦON＝１）には、燃料電池システム１０の状態が
ＯＮ状態からＯＦＦ状態に推移した場合であるので、以
下に記す複数の処理からなるシステム停止過渡期処理
（ステップＳ１５０）に移行する。そして、当該処理が
終了すれば「リターン」を抜けて上記処理を繰り返す。
このシステム停止過渡期処理は、メインスイッチのＯＦ
Ｆ後に、それまで運転中であった燃料電池システム１０
をその再起動時を考慮して良好な状態で停止させること
を目的とするものであり、このシステム停止過渡期にあ
る間はＰＥＦＣ１２の電解質膜近傍温度ＴPEFCはメイン
スイッチのＯＦＦ後に徐々に降温（降下）することも考
慮されている。

【００５６】より詳しく説明すると、ＰＥＦＣ１２やメ
タノール改質装置２０，バッファータンク１８等の燃料
電池システム１０の各構成機器をメインスイッチのＯＦ
Ｆ後に総て一律にＯＦＦとするのではない。そして、各
構成機器を一律にＯＦＦとしないことで、当該スイッチ
のＯＦＦに連動して停止するメタノール改質装置２０か
ら水蒸気を混在した残ガスがＰＥＦＣ１２に流入してＰ
ＥＦＣ１２内で水蒸気が凝結することを防止するととも
に、その残ガス中の余分な水蒸気の除去を図るために、
メインスイッチのＯＦＦ後もしばらくの間、バッファー
タンク１８のタンク内部温度ＴTANKをＰＥＦＣ１２の電
解質膜近傍温度ＴPEFCの低下に併せて低下させるよう制
御するのである。

【００５７】即ち、このステップＳ１５０のシステム停
止過渡期処理では、図６に示すように、システム立上げ
過渡期処理におけるステップＳ１１２〜１２０までと同
様、タンク内部温度ＴTANKを電解質膜近傍温度ＴPEFCの
降下に追従して制御する。まず、タンク内部温度ＴTANK
と電解質膜近傍温度ＴPEFCを入力し（ステップＳ１５
２）、その後、両温度を比較して（ステップＳ１５
４）、タンク内部温度ＴTANKが電解質膜近傍温度ＴPEFC
より高い温度であるか否かを判断する。

【００５８】ここで、肯定判断すれば、バッファータン
ク１８の内部温度の制御目標温度をステップＳ１５２で
入力したＰＥＦＣ１２の電解質膜近傍温度ＴPEFCとし、
電解質膜近傍温度ＴPEFCとタンク内部温度ＴTANKとの差
に応じてバッファータンク１８の冷却媒体の流量調整バ
ルブ６５を流量増大側に駆動制御する（ステップＳ１５
６）。この際、流量調整バルブ６５にはＴPEFCとＴTANK
との温度差に応じた制御信号が出力され、温度差が大き
いほど流量調整バルブ６５は多くの流量となるよう駆動
制御される。このため、バッファータンク１８の冷却媒
体流路６２を通過する冷却媒体の流量が温度差に応じて
増大するので、タンク内部温度ＴTANKは降下することに
なる。なお、ステップＳ１５６に続いては、後述のステ
ップＳ１６２が実行される。

【００５９】一方、ステップＳ１５４で否定判断した場
合には、ＴPEFCとＴTANKとの差が所定値α以下であるか
否かを判断する（ステップＳ１５８）。つまり、ステッ
プＳ１５４で否定判断すればＴTANK≦ＴPEFCであるが、
その温度差が適正であるか、より詳細に説明すればタン
ク内部温度ＴTANKが電解質膜近傍温度ＴPEFCに比べて低
すぎないかを判断する。このステップＳ１５８で肯定判
断すれば、タンク内部温度ＴTANKは電解質膜近傍温度Ｔ
PEFC以下でありその温度差は適正であるためにタンク内
部温度ＴTANKを変更制御する必要がないとして、後述の
ステップＳ１６２に移行する。

【００６０】これに対して、ステップＳ１５８で否定判
断すれば、タンク内部温度ＴTANKは電解質膜近傍温度Ｔ
PEFC以下であるもののＴTANKはＴPEFCに比べて低すぎる
ことになる。よって、タンク内部温度ＴTANKを電解質膜
近傍温度ＴPEFCに近づくよう昇温させるべく、バッファ
ータンク１８の冷却媒体の流量調整バルブ６５を流量減
少側に駆動制御する（ステップＳ１６０）。この際、流
量調整バルブ６５にはＴPEFCとＴTANKとの温度差に応じ
た制御信号が出力され、温度差が大きいほど流量調整バ
ルブ６５は流量減となるよう駆動制御される。このた
め、バッファータンク１８の冷却媒体流路６２を通過す
る冷却媒体の流量が温度差に応じて減少するので、タン
ク内部温度ＴTANKは上昇することになる。

【００６１】そして、ステップＳ１５６，１５８および
ステップＳ１６０に続いては、燃料電池システム１０が
システム停止過渡期にあるか或いは停止継続中にあるか
否かをメインスイッチがＯＦＦとされてからの経過時間
等に基づき判断する（ステップＳ１６２）。ここで、否
定判断すればいまだシステム停止過渡期であるとして、
新たな処理を行なうことなく「リターン」を抜け、上記
した各処理を繰り返す。

【００６２】一方、ステップＳ１６２で肯定判断すれ
ば、燃料電池システム１０はシステム停止過渡期を脱し
て停止継続中に至ったこと或いは当初から停止継続中で
あることになるので、ＯＮ状態継続フラグＦONに値０を
セットする（ステップＳ１６４）。このようにＦON＝０
とされると、その後の本ルーチンのステップＳ１０５で
は否定判断されるので（図３参照）、このステップＳ１
６４でＦONに値０がセットされるまでの間に亘って、上
記したステップＳ１５２〜１６４までの処理からなるシ
ステム停止過渡期処理が繰り返し実行される。

【００６３】従って、燃料電池システム１０がシステム
停止過渡期にある間には、ステップＳ１５２〜１６４か
らなるシステム停止過渡期処理が繰り返されこの間は電
解質膜近傍温度ＴPEFCは徐々に低下するので、バッファ
ータンク１８は、そのタンク内部温度ＴTANKがＰＥＦＣ
１２の電解質膜近傍温度ＴPEFCより所定温度（α）だけ
低い温度となるよう運転継続中の温度から降温制御され
る。このため、メインスイッチのＯＦＦ等を受けてシス
テムがＯＦＦ状態とされた場合には、バッファータンク
１８に流入した残ガスは、冷却媒体との熱交換を経てＰ
ＥＦＣ１２の電解質膜近傍温度ＴPEFCより低い温度であ
るタンク内部温度ＴTANKとされる。しかも、この場合に
は、電解質膜近傍温度ＴPEFCは徐々に降下する。よっ
て、バッファータンク１８に流入した残ガスは、電解質
膜近傍温度ＴPEFCの降下に併せて降下したタンク内部温
度ＴTANKとされる。この結果、バッファータンク１８に
おいて、残ガス中の水蒸気は、ＴPEFCより低い温度にお
ける飽和状態とされ、過剰な水蒸気は凝結してバッファ
ータンク１８内で水滴となり水素ガス供給管路１６の経
路外に除去される。また、ＰＥＦＣ１２に供給される残
ガス中の水蒸気量は、電解質膜近傍温度ＴPEFCの降下に
併せて減少することになる。

【００６４】よって、バッファータンク１８のガス排出
ポート５２からは、水蒸気を飽和状態で混在した残ガス
がその時のＰＥＦＣ１２の電解質膜近傍温度ＴPEFCより
所定温度（α）だけ低い温度でＰＥＦＣ１２に供給され
る。このため、システム停止の場合には、水分が水滴と
して供給されることがないとともに、ＴPEFC＞ＴTANKで
あることから電池内部で水蒸気が凝結して水滴化するこ
ともない。従って、システム停止の場合には、電池内部
に水分が水滴として残存することがない。

【００６５】以上説明したように本実施例の燃料電池の
燃料供給装置では、ＰＥＦＣ１２に水分を水蒸気として
供給する水素ガス中の水蒸気混在量の調節を、バッファ
ータンク１８のタンク内部温度ＴTANKの調節を経た水蒸
気の除去を通して行なう。この結果、本実施例の燃料電
池の燃料供給装置によれば、水素ガス中の水蒸気混在量
の調節を確実に行なうことができ、燃料電池の出力の安
定化を図ることができる。

【００６６】また、本実施例の燃料電池の燃料供給装置
では、システム停止の場合に、ＰＥＦＣ１２に水分を水
滴として供給せず、しかもＰＥＦＣ１２におけるガス中
の水蒸気の凝結を回避する。このため、本実施例の燃料
電池の燃料供給装置によれば、システム停止の場合に、
電池内部に水分が水滴として残存することがなくＰＥＦ
Ｃ１２の固体高分子電解質膜/電極接合体の界面に塗布
された触媒の劣化や、ＰＥＦＣ１２におけるガス配管の
腐食等を確実に回避することができる。

【００６７】また、システム停止の場合にあっても、水
蒸気として水分を供給する。よって、本実施例の燃料電
池の燃料供給装置によれば、不用意な固体高分子電解質
膜のいわゆるドライアップを回避し、再起動時における
始動特性を向上させることができる。

【００６８】更に、本実施例の燃料電池の燃料供給装置
では、システムの立上げ過渡期に、ＰＥＦＣ１２に水分
を水滴として供給せず、しかもＰＥＦＣ１２における水
素ガス中の水蒸気の凝結を回避する。このため、本実施
例の燃料電池の燃料供給装置によれば、ＰＥＦＣ１２の
固体高分子電解質膜に接合する電極表面を水滴で閉塞す
ることがなく膜への水素ガスの透過を阻害しないので、
始動特性を向上させることができるとともに、起動初期
から早期のうちに適正な出力電圧を得ることができる。

【００６９】また、システムの立上げ過渡期には、水素
ガス中の水蒸気を飽和状態でかつその量を電解質膜近傍
温度ＴPEFCの上昇に併せて増加させる。よって、本実施
例の燃料電池の燃料供給装置によれば、電解質膜近傍温
度ＴPEFCの上昇の間に亘っての電池内部の湿潤状態の適
正化を通して、ＰＥＦＣ１２をより速く定常運転にする
ことができる。

【００７０】加えて、本実施例の燃料電池の燃料供給装
置では、ＰＥＦＣ１２が定常運転にある場合にあって
も、ＰＥＦＣ１２には水分を水滴として供給せず、ＰＥ
ＦＣ１２の固体高分子電解質膜への水分補給を飽和状態
の水蒸気で賄う。このため、本実施例の燃料電池の燃料
供給装置によれば、ＰＥＦＣ１２の固体高分子電解質膜
に接合する電極表面を水滴で閉塞することがなく膜への
水素ガスの透過を阻害しないので、定常運転時における
電極反応の円滑な進行を通して安定した出力を得ること
ができる。

【００７１】また、本実施例の燃料電池の燃料供給装置
では、ＰＥＦＣ１２が定常運転にある場合に、水素ガス
中の水蒸気の混在量を電池内部の湿潤状態に応じて調節
する。このため、本実施例の燃料電池の燃料供給装置に
よれば、電池内部が水分過多や水分不足に至ってＰＥＦ
Ｃ１２の出力が低下しても、水素ガス中の水蒸気混在量
の調整を通してこの水分過多や水分不足を解消し、安定
した出力を得ることができる。

【００７２】ここで、上記した本実施例の燃料供給装置
と水蒸気混在量の調節を行なわず水蒸気混在量が一定
（定常状態に必要な水蒸気混在量）の水素ガスを供給す
る燃料供給装置（従来例）との評価試験について説明す
る。この評価試験は、ＰＥＦＣ１２の定常運転時の出力
（電流値）を１００とした場合、その出力を起動からの
経過時間毎に測定することで行なった。その結果を図７
に示す。

【００７３】この図７から明らかなように、本実施例の
燃料供給装置によれば、起動時からスムースに出力が上
昇し、１５分を経過すれば定常時の約９０％の出力を得
ることができた。しかも、３０分経過後にはほぼ１００
％の出力を継続して得ることができた。しかしながら、
従来例では、起動初期には急激に出力が立ち上がるもの
の１０分経過後からは徐々に出力が低下した。しかも、
１０分経過時点の出力は定常時の約６７％に過ぎなかっ
た。よって、本実施例の燃料供給装置によれば、安定し
た出力を得ることができることが判明した。なお、従来
例の燃料供給装置で観察された出力の様子は、以下のよ
うに説明できる。

【００７４】従来例では、水蒸気混在量が調節されてい
ないので、燃料電池にはその温度が低いものの大量の水
蒸気が供給される。このため、一時的にセル抵抗が低下
して急激に出力が上がる。しかし、その後は、過剰な水
蒸気が燃料電池内部で凝結して水滴化し、電極を閉塞し
たりセル抵抗の上昇を招く。このため、定常時の出力ま
で上昇することなく徐々に出力が低下する。

【００７５】また、本実施例の燃料電池の燃料供給装置
によれば、次のような利点がある。即ち、本実施例の燃
料電池の燃料供給装置では、バッファータンク１８で水
蒸気が水滴化した水を、循環用ポンプ５８により水循環
管路６０を経て水タンク３０に返送し、メタノール改質
装置２０に供給する水として循環させる。このため、本
実施例の燃料電池の燃料供給装置によれば、水の利用効
率を高めることができる。

【００７６】次に、他の実施例について説明する。ま
ず、第２実施例の燃料供給装置について説明する。この
第２実施例の燃料供給装置は、上記した燃料電池システ
ム１０におけるバッファータンク１８の冷却媒体を酸素
ガス供給管路１４を経てＰＥＦＣ１２に供給される酸素
含有ガス（空気）とした点で、その構成が相違する。即
ち、図８に示すように、ＰＥＦＣ１２に空気を供給する
酸素ガス供給管路１４には、その上流側から空気の圧送
ポンプ８０が設けられており、当該ポンプの下流におい
ては、この酸素ガス供給管路１４は、バッファータンク
１８の下流で合流する分岐管路１４ａ，１４ｂとされて
いる。各分岐管路１４ａ，１４ｂには、当該管路を通過
する流量を調整する流量調整バルブ８１，８２が設けら
れている。なお、圧送ポンプ８０としてはコンプレッサ
ーによる大気加圧供給装置を例示することができる。ま
た、圧送ポンプ８０の外には、例えば高圧空気ガスボン
ベや液体空気タンクを用いたガス供給装置を用いること
もできる。

【００７７】流量調整バルブ８２が設けられた側の分岐
管路１４ｂは、バッファータンク１８の外部配管６３
（図２参照）と接続されており、この分岐管路１４ｂを
通過する空気がバッファータンク１８の冷却媒体流路６
２を通する間に水素ガスとの熱交換に供される。また、
この酸素ガス供給管路１４には、管路を通過する空気を
加湿する加湿器８３が各分岐管路の合流点下流に設けら
れている。なお、この加湿器８３は、管路を通過する空
気を加湿することができればいかような構成でも良く、
バブリング法による加湿器の他、水を直接ガス気流中で
霧化する方式の加湿器や、気体状の水（水蒸気）は通す
が液体状の水は通さない多孔質膜を用いて加湿する方式
の加湿器など、いずれの加湿器を採用しても良い。この
ように加湿器８３により加湿することで空気温度が低下
する場合には、加熱手段を加湿器と併用することによ
り、ＰＥＦＣ１２には所定温度まで昇温させた空気を供
給することができる。

【００７８】上記構成の第２実施例の燃料供給装置で
は、電子制御装置７０からの制御信号により各分岐管路
１４ａ，１４ｂの流量調整バルブ８１，８２を駆動制御
することで、例えばその流量比を制御することで、バッ
ファータンク１８の冷却媒体流路６２を通過する空気の
流量を調節できる。このため、第２実施例の燃料供給装
置によれば、バッファータンク１８のタンク内部温度の
調節を通した水素ガス中の水蒸気混在量の調節による燃
料電池出力の安定化に加え、ＰＥＦＣ１２にはバッファ
ータンク１８で昇温させた空気を供給できる。よって、
空気温度の昇温調節を通して、より一層電極反応を円滑
化させて安定した出力を得ることができる。また、ＰＥ
ＦＣ１２に供給する空気を昇温させるための特別な装置
を必要とせず、構成の簡略化を図ることができる。

【００７９】次に、第３実施例の燃料供給装置について
説明する。この第３実施例の燃料供給装置は、上記した
燃料電池システム１０におけるバッファータンク１８の
冷却媒体をＰＥＦＣ１２の冷却水とした点で、その構成
が相違する。即ち、図９に示すように、ＰＥＦＣ１２の
図示しない冷却水流路に冷却水を循環供給する冷却水循
環管路８４には、電池側温度センサ７２（図１参照）の
検出したＰＥＦＣ１２の電解質膜近傍温度ＴPEFCに応じ
て冷却水循環管路８４の冷却水流量を調整する冷却水ポ
ンプ８５と、当該管路の冷却水を放熱を通して所定温度
に冷却（維持）する放熱器８６とが設けられている。ま
た、冷却水循環管路８４には、バッファータンク１８の
外部配管６３（図２参照）に接続されたタンク冷却水循
環管路８７が、冷却水ポンプ８５の下流で冷却水循環管
路８４から分岐し放熱器８６の上流で冷却水循環管路８
４と合流するよう設けられている。そして、このタンク
冷却水循環管路８７には、当該管路を通過する流量を調
整する流量調整バルブ８８が設けられている。

【００８０】従って、タンク冷却水循環管路８７を通過
する燃料電池冷却水がバッファータンク１８の冷却媒体
流路６２を通する間に水素ガスとの熱交換に供される。
このため、第３実施例の燃料供給装置では、電子制御装
置７０からの制御信号によりタンク冷却水循環管路８７
の流量調整バルブ８８を駆動制御することで、バッファ
ータンク１８の冷却媒体流路６２を通過する冷却水の流
量を調節できる。この結果、第３実施例の燃料供給装置
によれば、既述した第１実施例と同様に、バッファータ
ンク１８のタンク内部温度の調節を通して水素ガス中の
水蒸気混在量を調節し、燃料電池出力の安定化を図るこ
とができる。また、バッファータンク１８における熱交
換媒体の供給を行なうためだけの特別な装置を必要とせ
ず、構成の簡略化を図ることができる。

【００８１】次に、第４実施例の燃料供給装置について
説明する。この第４実施例の燃料供給装置は、熱交換に
より水素ガス中の水蒸気を凝結・水滴化して水素ガス中
の水蒸気混在量を調整するバッファータンク１８に代わ
り、吸水性高分子樹脂や多孔質体粒子等を内蔵しこれら
にガス中の水蒸気を吸着して水素ガス中の水蒸気を除去
する除湿装置を用いた点で、その構成が相違する。即
ち、図１０に示すように、ＰＥＦＣ１２に水素ガスを供
給する水素ガス供給管路１６は、メタノール改質装置２
０とＰＥＦＣ１２との間において、メタノール改質装置
２０の下流で分岐しＰＥＦＣ１２手前で合流する分岐管
路１６ａ，１６ｂとされている。各分岐管路１６ａ，１
６ｂには、当該管路を通過する流量を調整する流量調整
バルブ８９，９０が設けられている。そして、分岐管路
１６ｂには、流量調整バルブ９０の下流にガス中の水蒸
気を吸着して水素ガス中の水蒸気を除去する除湿装置９
１が設けられている。この除湿装置９１は、内蔵する吸
水性高分子樹脂等の量や性質により、当該装置を通過す
る水素ガスの単位流量当たり一定の水蒸気を除湿する能
力を有する。このため、除湿装置９１を通過する水素ガ
スの流量を変えることで、水蒸気除去量を調節すること
ができる。

【００８２】上記構成の第４実施例の燃料供給装置で
は、電子制御装置７０からの制御信号により各分岐管路
１６ａ，１６ｂの流量調整バルブ８９，９０を駆動制御
することで、例えばその流量比を制御することで、各分
岐管路が合流してＰＥＦＣ１２に至る水素ガス中の水蒸
気混在量を除湿装置９１による水蒸気除去を通して調節
できる。このため、第４実施例の燃料供給装置によれ
ば、燃料電池出力の安定化を図ることができる。なお、
分岐管路１６ａにも、流量調整バルブ８９の下流に分岐
管路１６ｂの除湿装置９１と異なる除湿能力を有する除
湿装置を設け、電子制御装置７０からの制御信号により
各分岐管路１６ａ，１６ｂの流量調整バルブ８９，９０
を駆動制御するよう構成することもできる。

【００８３】以上本発明の一実施例について説明した
が、本発明はこの様な実施例になんら限定されるもので
はなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々な
る態様で実施し得ることは勿論である。

【００８４】例えば、システム停止過渡期処理におい
て、タンク内部温度ＴTANKを電解質膜近傍温度ＴPEFC以
下でその温度差が適正（α）となるよう降温制御したが
（ステップＳ１５８，１６０）、タンク内部温度ＴTANK
を電解質膜近傍温度ＴPEFC以下の温度となるよう降温制
御するよう構成することもできる。つまり、システム停
止過渡期処理におけるステップＳ１５８を省略し、ステ
ップＳ１５４で否定判断した場合にはステップＳ１６０
に移行すればよい。

【００８５】なお、上記した実施例では、水素ガス中の
水蒸気混在量を水素ガス管路中から除去することで調節
したが、燃料電池の出力の安定化を図るには、水蒸気除
去と水蒸気混入を併用して次のように構成することもで
きる。

【００８６】即ち、水素ガスを燃料ガスとする燃料電池
に該水素ガスを供給する燃料供給装置であって、炭化水
素化合物を水蒸気改質して、水素ガスを水蒸気の混在状
態で生成する改質手段と、該生成された水素ガスを前記
水蒸気とともに前記燃料電池に供給する供給手段と、前
記燃料電池の運転状態を検出する運転状態検出手段と、
該検出した運転状態に基づいて前記燃料電池の湿潤状態
を判定する湿潤状態判定手段と、前記燃料電池に供給さ
れる水素ガス中の水蒸気混在量を、前記判定した湿潤状
態に応じて増減調節する水蒸気混在量増減調節手段とを
備える。

【００８７】この場合、水蒸気混在量を増減調節する水
蒸気混在量増減調節手段は、上記した各実施例における
バッファータンク１８や除湿装置９１等の水蒸気除去装
置と、加湿装置等の水蒸気混入装置を併用することで実
現される。

【００８８】この燃料電池の燃料供給装置では、燃料電
池に供給される水素ガス中の水蒸気混在量を調節するに
当たり、水素ガス中に水蒸気を混入したり除去すること
で水蒸気混在量を増減調節する。そして、この増減調整
を燃料電池の運転状態に基づいて判定した燃料電池の湿
潤状態に応じて行なう。このため、燃料電池の湿潤が過
多であれば、供給される水素ガス中の水蒸気混在量を、
水蒸気の除去により少なめに調節して湿潤過多を回避す
ることができる。一方、燃料電池の湿潤が不足していれ
ば、供給される水素ガス中の水蒸気混在量を、水蒸気の
添加により多めに調節して湿潤不足を回避することがで
きる。この結果、常に燃料電池を好適な湿潤状態におく
ことを通して、安定した出力を得ることができる。

【００８９】

【発明の効果】以上詳述したように請求項１ないし請求
項４記載の燃料電池の燃料供給装置では、燃料電池に水
分を水蒸気として供給する水素ガス中の水蒸気混在量の
調節を水蒸気の除去を通して確実に行なう。この結果、
本発明の燃料電池の燃料供給装置によれば、燃料電池を
常に好適な湿潤状態におくことができ、燃料電池の出力
の安定化を図ることができる。また、加湿器等を別途必
要としないので、その構成の簡略化を図ることもでき
る。

【００９０】しかも、請求項１ないし請求項４記載の燃
料電池の燃料供給装置では、燃料電池には水分を水滴と
して供給せず、燃料電池への水分補給を飽和状態の水蒸
気で賄う。この結果、請求項１ないし請求項４記載の燃
料電池の燃料供給装置によれば、燃料電池における電極
を水滴で閉塞することがなく、電解質膜への水素ガスの
透過を阻害しないので、電極反応の円滑な進行を通して
安定した出力を得ることができる。

【００９１】請求項２記載の燃料電池の燃料供給装置で
は、燃料電池に供給される水素ガス中の水蒸気の混在量
を燃料電池の湿潤状態に応じて調節する。このため、請
求項２記載の燃料電池の燃料供給装置によれば、電池内
部が水分過多や水分不足に至って出力が低下しても、水
素ガス中の水蒸気混在量の調整を通してこの水分過多や
水分不足を解消し、安定した出力を得ることができる。

【００９２】請求項４記載の燃料電池の燃料供給装置で
は、燃料電池に供給される酸素含有ガスとの熱交換を通
して緩衝容器の内部温度を制御し、燃料電池に供給され
る水素ガス中の水蒸気混在量を調節する。このため、請
求項４記載の燃料電池の燃料供給装置によれば、水素ガ
ス中の水蒸気混在量の調節に加え、酸素含有ガスの温度
をも調節することができるので、電極反応のより一層の
円滑化を通して出力の安定化を図ることができる。ま
た、燃料電池に供給する酸素含有ガスを昇温させるため
の特別な装置を必要とせず、構成の簡略化を図ることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例の燃料供給装置を適用した燃料電池
システムのブロック図。

【図２】第１実施例の燃料供給装置におけるバッファー
タンク１８の概略断面図。

【図３】燃料電池システム１０において行なわれる燃料
電池システム運転ルーチンのフローチャート。

【図４】燃料電池運転ルーチンにおけるシステム立上げ
過渡期処理の詳細フローチャート。

【図５】燃料電池運転ルーチンにおける定常運転時処理
の詳細フローチャート。

【図６】燃料電池運転ルーチンにおけるシステム停止過
渡期処理の詳細フローチャート。

【図７】実施例の燃料供給装置と従来例の燃料供給装置
との評価の結果を示すグラフ。

【図８】第２実施例の燃料供給装置を適用した燃料電池
システムの要部ブロック図。

【図９】第３実施例の燃料供給装置を適用した燃料電池
システムの要部ブロック図。

【図１０】第４実施例の燃料供給装置を適用した燃料電
池システムの要部ブロック図。

【符号の説明】

１０…燃料電池システム１２…ＰＥＦＣ１４…酸素ガス供給管路１４ａ，１４ｂ…分岐管路１６…水素ガス供給管路１６ａ，１６ｂ…分岐管路１８…バッファータンク２０…メタノール改質装置２６…メタノールタンク２８…圧送ポンプ３０…水タンク３２…圧送ポンプ５３…タンク側温度センサ５８…循環用ポンプ６０…水循環管路６２…冷却媒体流路６３…外部配管６５…流量調整バルブ６６…球状充填物７０…電子制御装置７２…電池側温度センサ７４…電圧計７６…インピーダンス計８０…圧送ポンプ８１，８２…流量調整バルブ８３…加湿器８４…冷却水循環管路８５…冷却水ポンプ８６…放熱器８７…タンク冷却水循環管路８８…流量調整バルブ８９，９０…流量調整バルブ９１…除湿装置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】水素ガスを燃料ガスとする燃料電池に該
水素ガスを供給する燃料供給装置であって、炭化水素化合物を水蒸気改質して、水素ガスを水蒸気の
混在状態で生成する改質手段と、該生成された水素ガスを前記水蒸気とともに前記燃料電
池に供給する供給手段と、該供給される水素ガスの経路において前記水蒸気を除去
し、前記燃料電池に供給される水素ガス中の水蒸気混在
量を調節する水蒸気混在量調節手段とを備えることを特
徴とする燃料電池の燃料供給装置。
【請求項２】請求項１記載の燃料電池の燃料供給装置
であって、前記燃料電池の運転状態を検出する運転状態検出手段
と、該検出した運転状態に基づいて前記燃料電池の湿潤状態
を判定する湿潤状態判定手段と、該判定した湿潤状態に応じて前記水蒸気混在量調節手段
を制御する制御手段とを備える燃料電池の燃料供給装
置。
【請求項３】請求項１記載の燃料電池の燃料供給装置
であって、前記水蒸気混在量調節手段は、前記水素ガスの経路に設けられ、水素ガスが水蒸気とと
もに流入する緩衝容器と、該緩衝容器の内部温度を制御する温度制御部とを有する
燃料電池の燃料供給装置。
【請求項４】請求項３記載の燃料電池の燃料供給装置
であって、前記緩衝容器は、前記燃料電池に供給される酸素含有ガ
スが通過する流体経路を容器内部との間で熱交換が行な
えるように構成され、前記温度制御部は、前記流体経路を通過する前記酸素含
有ガス量を制御するものである燃料電池の燃料供給装
置。