JPH08273684A - Fuel cell system - Google Patents

Fuel cell system

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JPH08273684A
JPH08273684A JP7100312A JP10031295A JPH08273684A JP H08273684 A JPH08273684 A JP H08273684A JP 7100312 A JP7100312 A JP 7100312A JP 10031295 A JP10031295 A JP 10031295A JP H08273684 A JPH08273684 A JP H08273684A
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gas
fuel
methanol
temperature
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JP7100312A
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Japanese (ja)
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Nariyuki Kawazu
成之 河津
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Toyota Motor Corp
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Abstract

PURPOSE: To completely remove methanol in fuel gas from a fuel cell when operation of the fuel cell is stopped. CONSTITUTION: A flow regulating valve 34 and a bypass circuit 29 which heats purge gas by heat of a reformer 16 and bypasses this flow regulating valve 34, are arranged in a purge gas supply passage 28 to a fuel cell stack 10 from a purge gas tank 20 provided in a fuel cell system 1. When the fuel cell stack 10 is stopped, the purge gas regulated to a boiling point or more of methanol is supplied to the fuel cell stack 10 by the flow regulating valve 34 instead of fuel gas. As a result, since the fuel cell stack 10 is not cooled by supply of the purge gas, methanol in fuel gas in the fuel cell stack 10 is not liquefied, and is expelled still as gas from the fuel cell stack 10.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、燃料電池システムに関
し、詳しくは、メタノールと水とから水素を含有する燃
料ガスを生成する改質器と、該生成された燃料ガスと酸
素を含有する酸化ガスとを燃料として電気化学反応によ
り発電する燃料電池とを備えた燃料電池システムに関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fuel cell system, and more particularly to a reformer for producing a fuel gas containing hydrogen from methanol and water, and an oxidizer containing the produced fuel gas and oxygen. The present invention relates to a fuel cell system including a fuel cell that uses gas and fuel as a fuel to generate electricity by an electrochemical reaction.

【0002】[0002]

【従来の技術】一般に、燃料の有しているエネルギを直
接電気的エネルギに変換する装置として燃料電池が知ら
れている。燃料電池は、通常、電解質を挟んで一対の電
極を配置し、一方の電極(アノード)に水素を含有する
燃料ガスを供給すると共に、他方の電極(カソード)に
酸素を含有する酸化ガスを供給し、一対の電極の電解質
側の表面で起こる次式(1)および(2)に示す電気化
学反応を利用して、電極間から電気エネルギを取り出す
ようにしている。
2. Description of the Related Art Generally, a fuel cell is known as a device for directly converting the energy of fuel into electrical energy. In a fuel cell, usually, a pair of electrodes are arranged with an electrolyte in between, and one electrode (anode) is supplied with a fuel gas containing hydrogen and the other electrode (cathode) is supplied with an oxidizing gas containing oxygen. Then, the electric energy is taken out from between the electrodes by utilizing the electrochemical reactions represented by the following formulas (1) and (2) that occur on the surfaces of the pair of electrodes on the electrolyte side.

【0003】 アノード反応:H2→2H++2e- …(1) カソード反応:2H++2e-+(1/2)O2→H2O …(2)Anode reaction: H 2 → 2H + + 2e (1) Cathode reaction: 2H + + 2e + (1/2) O 2 → H 2 O (2)

【0004】この燃料電池に供給される燃料ガスを生成
する装置として、メタノールを水蒸気改質して水素を多
量に含む燃料ガスとする改質器がある。この種の改質器
としては、一般に、メタノールと水との供給を受けて次
式(3)に示すメタノールの分解反応と次式(4)に示
す一酸化炭素の変性反応とを同時進行して(全体として
は次式(5)の反応)水素と二酸化炭素とを含有する改
質ガスを生成する改質部と、改質部で生成された改質ガ
スが供給されこの改質ガス中の未反応の一酸化炭素と水
とを同じく次式(4)の変性反応により水素と二酸化炭
素とに変性して水素含有量の多い燃料ガスを生成するシ
フト部とを備える。
As a device for producing the fuel gas supplied to the fuel cell, there is a reformer for steam reforming methanol to produce a fuel gas containing a large amount of hydrogen. As a reformer of this type, generally, a methanol decomposition reaction represented by the following formula (3) and a carbon monoxide modification reaction represented by the following formula (4) are simultaneously advanced by supplying methanol and water. (Reaction of the following formula (5) as a whole), a reforming section for producing a reformed gas containing hydrogen and carbon dioxide, and the reformed gas produced in the reforming section are supplied. The unreacted carbon monoxide and water are similarly modified into hydrogen and carbon dioxide by a modification reaction of the following formula (4) to generate a fuel gas having a high hydrogen content.

【0005】 CH3OH→CO+2H2−21.7kcal/mol …(3) CO+H2O→CO2+H2+9.8kcal/mol …(4) CH3OH+H2O→CO2+3H2−11.9kcal/mol …(5)CH 3 OH → CO + 2H 2 −21.7 kcal / mol (3) CO + H 2 O → CO 2 + H 2 +9.8 kcal / mol (4) CH 3 OH + H 2 O → CO 2 + 3H 2 −11.9 kcal / Mol… (5)

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、式
(3)および式(4)の反応を完全に行なうことは実際
上困難であるから、燃料ガスには未反応の一酸化炭素や
メタノールが含まれることとなり、燃料電池の性能を低
下させるという問題があった。燃料ガス中の一酸化炭素
は、電極に担持された白金触媒に吸着して触媒としての
機能を低下させ、式(1)で示す水素の分解反応を阻害
する。この阻害の程度は、燃料ガス中の一酸化炭素の濃
度が高くなるにつれて大きくなる。また、燃料ガス中の
メタノールは、燃料電池が固体高分子型燃料電池である
場合、アノード側から電解質膜を透過してカソードに達
し、カソード側の酸素と反応して、カソード電位を下げ
ると共に、一酸化炭素程ではないが白金触媒に吸着して
触媒としての機能を低下させ、水素の分解反応を阻害す
る。こうしたカソード電位を下げる程度や水素の分解反
応の阻害の程度は、燃料ガス中のメタノールの濃度が高
くなるにつれて大きくなる。
However, since it is practically difficult to completely carry out the reactions of the formulas (3) and (4), the fuel gas contains unreacted carbon monoxide and methanol. Therefore, there is a problem that the performance of the fuel cell is deteriorated. Carbon monoxide in the fuel gas is adsorbed on the platinum catalyst supported on the electrode to reduce the function as a catalyst, and inhibits the hydrogen decomposition reaction represented by the formula (1). The degree of this inhibition increases as the concentration of carbon monoxide in the fuel gas increases. Further, when the fuel cell is a polymer electrolyte fuel cell, methanol in the fuel gas reaches the cathode through the electrolyte membrane from the anode side, reacts with oxygen on the cathode side, and lowers the cathode potential, Although not so much as carbon monoxide, it adsorbs on a platinum catalyst to reduce its catalytic function and inhibits hydrogen decomposition reaction. The extent to which the cathode potential is lowered and the extent to which the hydrogen decomposition reaction is inhibited become greater as the concentration of methanol in the fuel gas increases.

【0007】また、固体高分子型燃料電池においては、
電解質膜と電極は例えばホットプレス法等により接合さ
れているが、メタノールは、この接合を分離する働きが
あり、特に液体のメタノールではその影響が大きい。し
たがって、燃料ガス中にメタノールが含まれると、この
接合体を劣化させる。さらに、燃料電池の運転を停止す
れば、燃料電池の温度の低下に伴って燃料ガス中の水蒸
気と共にメタノールも液化するから、メタノールの濃度
と燃料電池の運転を停止している時間によっては、電解
質膜と電極との接合体が液体のメタノールに長時間浸漬
されることになり、この接合体が分離してしまい、もは
や燃料電池として機能しなくなるという事態も想定され
る。
In the polymer electrolyte fuel cell,
The electrolyte membrane and the electrode are joined by, for example, a hot pressing method, but methanol has a function of separating this joining, and particularly liquid methanol has a great influence. Therefore, when methanol is contained in the fuel gas, this bonded body is deteriorated. Further, when the fuel cell is stopped, methanol is liquefied together with the water vapor in the fuel gas as the temperature of the fuel cell is lowered. Therefore, depending on the concentration of methanol and the time the fuel cell is stopped, the electrolyte may It is conceivable that the membrane-electrode assembly will be immersed in liquid methanol for a long period of time, and the assembly will separate and no longer function as a fuel cell.

【0008】燃料電池システムには、省資源化の観点か
ら、燃料電池から排出される排ガス中に含まれる水、例
えば燃料ガスや酸化ガスを加湿した水や燃料電池の上式
(2)の反応により生じた水を排出ガスから回収する水
回収器が備えられているものがある(例えば、特開平6
−29036号公報,特開平6−45000号公報,特
開平6−140065号公報等)。こうした水回収器を
備える燃料電池システムでは、燃料ガスに含まれるメタ
ノールの多くがそのまま排出ガスに含まれることになる
から、排出ガスから水を回収する際、同時にメタノール
も回収され、燃料電池システムの水系統にメタノールが
混在することになる。このように燃料電池システムの水
系統にメタノールが混在すると、このメタノールは、燃
料ガスおよび酸化ガスを加湿する際に水と共に気化して
これらのガスに混在することになり、また、燃料電池の
冷却水にも混在することになる。メタノールは、多くの
種類の金属製配管を腐食し、多くの種類のプラスチック
製配管の強度を低下させたり溶解するから、メタノール
の混在を想定していないシステムでは、水系統の配管等
を腐食したり配管の強度の低下を招き、メタノールの混
在を想定しているシステムでは、水系統,燃料ガスおよ
び酸化ガスの総ての配管を耐メタノール性を有する材料
で形成しなければならないといった問題が生じる。
From the viewpoint of resource saving, the fuel cell system includes water contained in exhaust gas discharged from the fuel cell, for example, water obtained by humidifying a fuel gas or an oxidizing gas, or a reaction of the above equation (2) of the fuel cell. Some are equipped with a water recovery device for recovering the water generated by the exhaust gas from the exhaust gas (see, for example, Japanese Patent Laid-Open No. Hei 6)
-29036, JP-A-6-45000, JP-A-6-140065, etc.). In a fuel cell system equipped with such a water recovery device, most of the methanol contained in the fuel gas will be contained in the exhaust gas as it is. Therefore, when water is recovered from the exhaust gas, methanol is also recovered at the same time. Methanol will be mixed in the water system. When methanol is mixed in the water system of the fuel cell system as described above, this methanol is vaporized together with water when the fuel gas and the oxidizing gas are humidified, and mixed in these gases. It will also be mixed in water. Methanol corrodes many types of metal pipes and reduces or dissolves the strength of many types of plastic pipes.Therefore, in systems where methanol is not mixed, the water system pipes will corrode. In a system where methanol is mixed, the pipes for the water system, fuel gas, and oxidizing gas must all be made of a material having methanol resistance. .

【0009】こうした問題のうち燃料ガスに含まれる一
酸化炭素に関する問題について、出願人は、燃料ガス中
の一酸化炭素を高精度に検出する一酸化炭素検出装置を
提案すると共に、この一酸化炭素検出装置により検出さ
れる一酸化炭素の濃度に基づいて燃料ガス中の一酸化炭
素濃度を低減させるよう改質器の運転を制御する燃料電
池システム(特願平6−293808号)や、この改質
器の運転の制御に加えて燃料電池からの出力の低下を防
止するよう燃料電池の運転を制御する燃料電池システム
(特願平6−302834号)等を提案している。ま
た、燃料ガスに含まれるメタノールに関する問題につい
て、出願人は、燃料ガス中のメタノールを高精度に検出
するメタノール装置を提案すると共に、このメタノール
検出装置により検出されるメタノールの濃度に基づいて
燃料ガス中のメタノール濃度を低減させるよう改質器の
運転を制御する燃料電池システムや、この改質器の運転
の制御に加えて燃料電池からの出力の低下を防止するよ
う燃料電池の運転を制御する燃料電池システム等を提案
している(本出願と同日出願)。
Regarding the problems relating to carbon monoxide contained in fuel gas among these problems, the applicant has proposed a carbon monoxide detection device for detecting carbon monoxide in fuel gas with high accuracy, and at the same time, has proposed this carbon monoxide. A fuel cell system (Japanese Patent Application No. 6-293808) for controlling the operation of a reformer so as to reduce the concentration of carbon monoxide in fuel gas based on the concentration of carbon monoxide detected by a detector, and this modification. A fuel cell system (Japanese Patent Application No. 6-302834), which controls the operation of the fuel cell so as to prevent the output from the fuel cell from decreasing in addition to the control of the operation of the quality control device, has been proposed. Regarding the problem of methanol contained in the fuel gas, the applicant has proposed a methanol device that detects methanol in the fuel gas with high accuracy, and based on the concentration of methanol detected by the methanol detection device, A fuel cell system that controls the operation of the reformer so as to reduce the concentration of methanol in it, and in addition to controlling the operation of this reformer, also controls the operation of the fuel cell so as to prevent the output from the fuel cell from decreasing. We are proposing a fuel cell system, etc. (filed on the same day as this application).

【0010】しかし、これらの提案している燃料電池シ
ステムは、燃料ガスに含まれる一酸化炭素やメタノール
の濃度に対して燃料電池の出力が低下しない程度の許容
値を定め、一酸化炭素やメタノールの濃度が各々の許容
値以下になるよう制御するものであるから、燃料ガスか
ら完全にメタノールを排除することはできない。したが
って、これらのシステムでは、燃料電池の運転を停止す
る際の燃料ガス中のメタノールが液化して電解質膜と電
極との接合体に悪影響を与える問題やシステムの水系統
にメタノールが混在することによる問題については解決
されない。
However, in these proposed fuel cell systems, the allowable values are set so that the output of the fuel cell does not decrease with respect to the concentrations of carbon monoxide and methanol contained in the fuel gas, and carbon monoxide and methanol are used. Since the concentration is controlled to be less than or equal to each allowable value, methanol cannot be completely removed from the fuel gas. Therefore, in these systems, due to the problem that methanol in the fuel gas when the operation of the fuel cell is stopped is liquefied and adversely affects the assembly of the electrolyte membrane and the electrode, and the mixture of methanol in the water system of the system. The problem is not resolved.

【0011】本発明の燃料電池システムは、こうした問
題を解決し、燃料電池の運転を停止する際の燃料ガス中
のメタノールを排除すると共にシステムの水系統にメタ
ノールの混在を防止することを目的とし、次の構成を採
った。
The fuel cell system of the present invention aims to solve these problems, eliminate methanol in the fuel gas when the fuel cell is stopped, and prevent the mixture of methanol in the water system of the system. , Adopted the following configuration.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】本発明の請求項1記載の
燃料電池システムは、メタノールと水とから生成される
水素を含有する燃料ガスと、酸素を含有する酸化ガスと
を燃料として電気化学反応により発電する燃料電池を備
えた燃料電池システムであって、前記燃料電池の運転を
停止する際、該燃料電池への燃料ガスの供給の停止する
燃料ガス供給停止手段と、該燃料ガスの供給の停止に伴
って、該燃料ガスおよび前記酸化ガスと反応しない非反
応性ガスを前記燃料ガスに代えて該燃料電池に供給する
非反応性ガス供給手段と、前記非反応性ガス供給手段に
より前記燃料電池に供給される前記非反応性ガスを少な
くともメタノールの沸点まで加熱する加熱手段とを備え
たことを要旨とする。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a fuel cell system in which a fuel gas containing hydrogen produced from methanol and water and an oxidizing gas containing oxygen are used as fuels. A fuel cell system including a fuel cell that generates power by reaction, wherein when the operation of the fuel cell is stopped, fuel gas supply stopping means for stopping the supply of fuel gas to the fuel cell, and the supply of the fuel gas The non-reactive gas that does not react with the fuel gas and the oxidizing gas in place of the fuel gas and supplies the fuel cell with the non-reactive gas; and the non-reactive gas supply means. The gist is that the heating means is provided for heating the non-reactive gas supplied to the fuel cell to at least the boiling point of methanol.

【0013】本発明の請求項2記載の燃料電池システム
は、メタノールと水とから生成される水素を含有する燃
料ガスと、酸素を含有する酸化ガスとを燃料として電気
化学反応により発電する燃料電池を備えた燃料電池シス
テムであって、前記燃料電池の運転を停止する際、該燃
料電池への燃料ガスの供給の停止する燃料ガス供給停止
手段と、該燃料ガスの供給の停止に伴って、該燃料ガス
および前記酸化ガスと反応しない非反応性ガスを前記燃
料ガスに代えて該燃料電池に所定量供給する非反応性ガ
ス供給手段と、該非反応性ガス供給手段により前記非反
応性ガスが前記燃料電池へ前記所定量供給された後、該
燃料電池に該非反応性ガスに代えて前記酸化ガスを供給
する酸化ガス供給手段とを備えたことを要旨とする。
A fuel cell system according to a second aspect of the present invention is a fuel cell for generating electricity by an electrochemical reaction using a fuel gas containing hydrogen generated from methanol and water and an oxidizing gas containing oxygen as fuels. A fuel cell system comprising: a fuel gas supply stopping means for stopping the supply of the fuel gas to the fuel cell when stopping the operation of the fuel cell; and with the stop of the supply of the fuel gas, A non-reactive gas supply means for supplying a predetermined amount of non-reactive gas that does not react with the fuel gas and the oxidizing gas to the fuel cell, and the non-reactive gas is supplied by the non-reactive gas supply means. The gist is that the fuel cell is provided with an oxidizing gas supply means for supplying the oxidizing gas instead of the non-reactive gas after the predetermined amount is supplied to the fuel cell.

【0014】本発明の請求項3記載の燃料電池システム
は、メタノールと水とから生成される水素を含有する燃
料ガスと、酸素を含有する酸化ガスとを燃料として電気
化学反応により発電する燃料電池を備えた燃料電池シス
テムであって、前記燃料電池の運転を停止する際、該燃
料電池への燃料ガスの供給の停止する燃料ガス供給停止
手段と、該燃料ガスの供給の停止に伴って、前記燃料電
池内の燃料ガスおよび酸化ガスの圧力を徐々に低下させ
る減圧手段とを備えたことを要旨とする。
A fuel cell system according to a third aspect of the present invention is a fuel cell system in which a fuel gas containing hydrogen generated from methanol and water and an oxidizing gas containing oxygen are used as fuels to generate electricity by an electrochemical reaction. A fuel cell system comprising: a fuel gas supply stopping means for stopping the supply of the fuel gas to the fuel cell when stopping the operation of the fuel cell; and with the stop of the supply of the fuel gas, The gist of the present invention is to provide a pressure reducing means for gradually reducing the pressures of the fuel gas and the oxidizing gas in the fuel cell.

【0015】本発明の請求項4記載の燃料電池システム
は、メタノールと水とから生成される水素を含有する燃
料ガスと、酸素を含有する酸化ガスとを燃料として電気
化学反応により発電する燃料電池を備えた燃料電池シス
テムであって、前記燃料電池を始動する際、該燃料電池
を少なくともメタノールの沸点まで加熱する加熱手段
と、該加熱手段により前記燃料電池が加熱された後、該
燃料電池への燃料ガスの供給を開始する燃料ガス供給開
始手段とを備えことを要旨とする。
A fuel cell system according to a fourth aspect of the present invention is a fuel cell system in which a fuel gas containing hydrogen produced from methanol and water and an oxidizing gas containing oxygen are used as fuels to generate electricity by an electrochemical reaction. A fuel cell system comprising: a heating means for heating the fuel cell to at least the boiling point of methanol when starting the fuel cell; and, after heating the fuel cell by the heating means, to the fuel cell. And a fuel gas supply starting means for starting the supply of the fuel gas.

【0016】本発明の請求項5記載の燃料電池システム
は、メタノールと水とから生成される水素を含有する燃
料ガスと酸素を含有する酸化ガスとを燃料として電気化
学反応により発電する燃料電池と、該燃料電池から排出
される排出ガスから水を回収する水回収手段とを備えた
燃料電池システムにおいて、前記水回収手段は、前記燃
料電池の運転温度より低くメタノールの沸点より高い第
1の所定の温度に設定された第1水回収手段と、該第1
水回収手段より後段に設置され、メタノールの沸点より
低い第2の所定の温度に設定された第2水回収手段とを
備えることを特徴とする。
A fuel cell system according to a fifth aspect of the present invention is a fuel cell system that uses a fuel gas containing hydrogen generated from methanol and water and an oxidizing gas containing oxygen as fuels to generate electricity by an electrochemical reaction. A water recovery means for recovering water from exhaust gas discharged from the fuel cell, wherein the water recovery means is a first predetermined temperature lower than an operating temperature of the fuel cell and higher than a boiling point of methanol. The first water recovery means set to the temperature of the
It is characterized in that it comprises a second water recovery means installed at a stage subsequent to the water recovery means and set to a second predetermined temperature lower than the boiling point of methanol.

【0017】本発明の請求項6記載の燃料電池システム
は、メタノールと水とから水素を含有する燃料ガスを生
成する改質器と、該生成された燃料ガスと酸素を含有す
る酸化ガスとを燃料として電気化学反応により発電する
燃料電池とを備えた燃料電池システムであって、前記燃
料電池から排出される排出ガスのうち前記酸化ガス側の
排出ガスに含まれるメタノールを酸化する酸化手段を備
えたことを要旨とする。
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a fuel cell system including a reformer for producing a fuel gas containing hydrogen from methanol and water, and an oxidizing gas containing the produced fuel gas and oxygen. A fuel cell system including a fuel cell that generates electricity by an electrochemical reaction as a fuel, comprising an oxidizer that oxidizes methanol contained in exhaust gas on the oxidizing gas side of exhaust gas discharged from the fuel cell. The main point is that.

【0018】ここで、請求項6記載の燃料電池システム
において、前記酸化ガス側の排出ガスの温度を検出する
排出ガス温度検出手段と、前記酸化手段の温度を検出す
る酸化温度検出手段と、前記排出ガス温度検出手段によ
り検出された温度と、前記酸化温度検出手段により検出
された温度とに基づいて、前記燃料ガス中のメタノール
の濃度を小さくするよう前記改質器の運転を制御する制
御手段とを備えた構成とすることもできる(請求項
7)。
Here, in the fuel cell system according to claim 6, exhaust gas temperature detecting means for detecting the temperature of the exhaust gas on the oxidizing gas side, oxidation temperature detecting means for detecting the temperature of the oxidizing means, and Control means for controlling the operation of the reformer so as to reduce the concentration of methanol in the fuel gas based on the temperature detected by the exhaust gas temperature detection means and the temperature detected by the oxidation temperature detection means. It is also possible to adopt a configuration provided with (Claim 7).

【0019】こうした請求項7記載の燃料電池システム
において、前記制御手段は、前記排出ガス温度検出手段
により検出された温度と、前記酸化温度検出手段により
検出された温度との偏差が所定値以上となったとき、前
記改質器の運転温度を理想運転温度より高温側の所定温
度に制御する手段である構成とすることもできる(請求
項8)。
In the fuel cell system according to the seventh aspect, the control means sets the deviation between the temperature detected by the exhaust gas temperature detection means and the temperature detected by the oxidation temperature detection means to a predetermined value or more. When the temperature becomes low, the operating temperature of the reformer may be controlled to a predetermined temperature higher than the ideal operating temperature (Claim 8).

【0020】本発明の請求項9記載の燃料電池システム
は、メタノールと水とから生成される水素を含有する燃
料ガスと酸素を含有する酸化ガスとを燃料として電気化
学反応により発電する燃料電池と、該燃料電池から排出
される排出ガスから水を回収する水回収手段とを備えた
燃料電池システムであって、前記水回収手段より後段に
設けられ、該水回収手段により回収された水に含まれる
メタノールを酸化する酸化手段を備えたことを要旨とす
る。
A fuel cell system according to a ninth aspect of the present invention is a fuel cell system that uses a fuel gas containing hydrogen and oxygen-containing oxidizing gas produced from methanol and water as a fuel to generate electricity by an electrochemical reaction. A fuel cell system provided with a water recovery means for recovering water from the exhaust gas discharged from the fuel cell, the water recovery means being provided at a stage subsequent to the water recovery means and being included in the water recovered by the water recovery means. The gist is that an oxidizing means for oxidizing methanol is provided.

【0021】[0021]

【作用】以上のように構成された本発明の請求項1記載
の燃料電池システムは、燃料ガス供給停止手段が、燃料
電池の運転を停止する際、この燃料電池への水素を含有
する燃料ガスの供給の停止し、非反応性ガス供給手段
が、この燃料ガスの供給の停止に伴って、燃料ガスおよ
び酸素を含有する酸化ガスと反応しない非反応性ガスを
燃料ガスに代えて燃料電池に供給する。加熱手段は、非
反応性ガス供給手段により燃料電池に供給される非反応
性ガスを少なくともメタノールの沸点まで加熱する。こ
の結果、燃料電池へはメタノールの沸点以上の温度の非
反応性ガスが供給される。
In the fuel cell system according to claim 1 of the present invention configured as described above, when the fuel gas supply stopping means stops the operation of the fuel cell, the fuel gas containing hydrogen to the fuel cell. And the non-reactive gas supply means replaces the non-reactive gas that does not react with the fuel gas and the oxidizing gas containing oxygen with the fuel gas in the fuel cell. Supply. The heating means heats the non-reactive gas supplied to the fuel cell by the non-reactive gas supply means to at least the boiling point of methanol. As a result, the non-reactive gas having a temperature higher than the boiling point of methanol is supplied to the fuel cell.

【0022】請求項2記載の燃料電池システムは、燃料
ガス供給停止手段が、燃料電池の運転を停止する際、こ
の燃料電池への水素を含有する燃料ガスの供給の停止
し、非反応性ガス供給手段が、この燃料ガスの供給の停
止に伴って、燃料ガスおよび酸素を含有する酸化ガスと
反応しない非反応性ガスを燃料ガスに代えて燃料電池に
所定量供給する。酸化ガス供給手段は、非反応性ガス供
給手段により非反応性ガスが燃料電池へ所定量供給され
た後、燃料電池に非反応性ガスに代えて酸化ガスを供給
する。
In the fuel cell system according to the second aspect, when the fuel gas supply stopping means stops the operation of the fuel cell, the supply of the fuel gas containing hydrogen to the fuel cell is stopped, and the non-reactive gas is supplied. When the supply of the fuel gas is stopped, the supply means replaces the fuel gas with a non-reactive gas that does not react with the oxidizing gas containing the fuel gas and oxygen, and supplies a predetermined amount to the fuel cell. The oxidant gas supply means supplies the oxidant gas to the fuel cell in place of the non-reactive gas after the non-reactive gas supply means supplies a predetermined amount of the non-reactive gas to the fuel cell.

【0023】請求項3記載の燃料電池システムは、燃料
ガス供給停止手段が、燃料電池の運転を停止する際、こ
の燃料電池への水素を含有する燃料ガスの供給の停止
し、減圧手段が、この燃料ガスの供給の停止に伴って、
燃料電池の燃料ガスおよび酸素を含有する酸化ガスの圧
力を徐々に低下させる。
In the fuel cell system according to the third aspect, when the fuel gas supply stopping means stops the operation of the fuel cell, the supply of the fuel gas containing hydrogen to the fuel cell is stopped, and the depressurizing means, With the stop of this fuel gas supply,
The pressure of the fuel gas of the fuel cell and the oxidizing gas containing oxygen are gradually reduced.

【0024】請求項4記載の燃料電池システムは、加熱
手段が、燃料電池を始動する際、この燃料電池を少なく
ともメタノールの沸点まで加熱し、燃料ガス供給開始手
段が、加熱手段により燃料電池が加熱された後、この燃
料電池への水素を含有する燃料ガスの供給を開始する。
In the fuel cell system according to the fourth aspect, the heating means heats the fuel cell to at least the boiling point of methanol when starting the fuel cell, and the fuel gas supply starting means heats the fuel cell by the heating means. Then, the supply of the fuel gas containing hydrogen to the fuel cell is started.

【0025】請求項5記載の燃料電池システムは、燃料
電池の運転温度より低くメタノールの沸点より高い第1
の所定の温度に設定された第1水回収手段が、この第1
の所定の温度で燃料電池から排出される排出ガスから水
を回収し、第1水回収手段より後段に設置されメタノー
ルの沸点より低い第2の所定の温度に設定された第2水
回収手段が、この第2の所定の温度で燃料電池から排出
される排出ガスから水を回収する。
The fuel cell system according to claim 5 has a first temperature lower than the operating temperature of the fuel cell and higher than the boiling point of methanol.
The first water recovery means set to a predetermined temperature of
A second water recovery means, which recovers water from the exhaust gas discharged from the fuel cell at a predetermined temperature, is installed at a stage subsequent to the first water recovery means and is set to a second predetermined temperature lower than the boiling point of methanol. , Water is recovered from the exhaust gas discharged from the fuel cell at the second predetermined temperature.

【0026】請求項6記載の燃料電池システムは、改質
器が、メタノールと水とから水素を含有する燃料ガスを
生成し、燃料電池が、この生成された燃料ガスと酸素を
含有する酸化ガスとを燃料として電気化学反応により発
電する。酸化手段は、燃料電池から排出される排出ガス
のうち酸素を含有する酸化ガス側の排出ガスに含まれる
メタノールを酸化する。この結果、酸化ガス側の排出ガ
スからメタノールが排除される。
In the fuel cell system according to claim 6, the reformer produces a fuel gas containing hydrogen from methanol and water, and the fuel cell produces an oxidizing gas containing the produced fuel gas and oxygen. Power is generated by an electrochemical reaction using and as fuel. The oxidizing means oxidizes methanol contained in the exhaust gas on the side of the oxidizing gas containing oxygen among the exhaust gases discharged from the fuel cell. As a result, methanol is removed from the exhaust gas on the oxidizing gas side.

【0027】請求項7記載の燃料電池システムは、排出
ガス温度検出手段が、酸化ガス側の排出ガスの温度を検
出し、酸化温度検出手段が、酸化手段の温度を検出す
る。制御手段は、排出ガス温度検出手段により検出され
た温度と、酸化温度検出手段により検出された温度とに
基づいて、燃料ガス中のメタノールの濃度を小さくする
よう前記改質器の運転を制御する。
In the fuel cell system according to the seventh aspect, the exhaust gas temperature detecting means detects the temperature of the exhaust gas on the oxidizing gas side, and the oxidizing temperature detecting means detects the temperature of the oxidizing means. The control means controls the operation of the reformer so as to reduce the concentration of methanol in the fuel gas based on the temperature detected by the exhaust gas temperature detection means and the temperature detected by the oxidation temperature detection means. ..

【0028】請求項8記載の燃料電池システムは、制御
手段が、排出ガス温度検出手段により検出された温度
と、酸化温度検出手段により検出された温度との偏差が
所定値以上となったとき、改質器の運転温度を理想運転
温度より高温側の所定温度に制御する。
In the fuel cell system according to claim 8, the control means, when the deviation between the temperature detected by the exhaust gas temperature detecting means and the temperature detected by the oxidation temperature detecting means becomes a predetermined value or more, The operating temperature of the reformer is controlled to a predetermined temperature higher than the ideal operating temperature.

【0029】請求項9記載の燃料電池システムは、燃料
電池が、メタノールと水とから生成される水素を含有す
る燃料ガスと酸素を含有する酸化ガスとを燃料として電
気化学反応により発電し、水回収手段が、この燃料電池
から排出される排出ガスから水を回収する。水回収手段
より後段に設けられた酸化手段は、この水回収手段によ
り回収された水に含まれるメタノールを酸化する。
In a fuel cell system according to a ninth aspect, the fuel cell generates electricity by an electrochemical reaction using a fuel gas containing hydrogen and oxygen-containing oxidizing gas produced from methanol and water as a fuel to generate water. The recovery means recovers water from the exhaust gas discharged from the fuel cell. The oxidizing means provided after the water collecting means oxidizes the methanol contained in the water collected by the water collecting means.

【0030】[0030]

【実施例】以上説明した本発明の構成・作用を一層明ら
かにするために、以下本発明の好適な実施例について説
明する。図1は、本発明の好適な一実施例である燃料電
池システム1の構成の概略を例示するブロック図であ
る。図示するように、この燃料電池システム1は、燃料
の供給を受けて発電する固体高分子型の燃料電池スタッ
ク10と、メタノールタンク12に貯留されたメタノー
ルと水タンク14に貯留された水とから水素リッチガス
(燃料ガス)を製造する改質器16と、燃料電池スタッ
ク10の通常の運転状態では水素および酸素に対して不
活性なガス(パージガス)を貯留するパージガスタンク
20と、各機器の運転を制御する電子制御ユニット50
とを備える。
Preferred embodiments of the present invention will be described below in order to further clarify the structure and operation of the present invention described above. FIG. 1 is a block diagram illustrating a schematic configuration of a fuel cell system 1 which is a preferred embodiment of the present invention. As shown in the figure, the fuel cell system 1 includes a solid polymer fuel cell stack 10 that receives fuel to generate electric power, methanol stored in a methanol tank 12 and water stored in a water tank 14. A reformer 16 that produces a hydrogen-rich gas (fuel gas), a purge gas tank 20 that stores a gas (purge gas) that is inactive to hydrogen and oxygen in the normal operating state of the fuel cell stack 10, and the operation of each device. Control unit 50 for controlling
With.

【0031】燃料電池スタック10は、前述したように
固体高分子型の燃料電池であり、その単一セル構造とし
て図2に示す構造を備える。即ち、図2に示すように、
そのセルは、電解質膜61と、この電解質膜61を両側
から挟んでサンドイッチ構造とするガス拡散電極として
のアノード62およびカソード63と、このサンドイッ
チ構造を両側から挟みつつアノード62およびカソード
63とで燃料ガスおよび酸素を含有する酸化ガスの流路
を形成するセパレータ64,65と、セパレータ64,
65の外側に配置されアノード62およびカソード63
の集電極となる集電板66,67とにより構成されてい
る。
The fuel cell stack 10 is a polymer electrolyte fuel cell as described above, and has the structure shown in FIG. 2 as its single cell structure. That is, as shown in FIG.
The cell is composed of an electrolyte membrane 61, an anode 62 and a cathode 63 as gas diffusion electrodes which sandwich the electrolyte membrane 61 from both sides to form a sandwich structure, and an anode 62 and a cathode 63 which sandwich the sandwich structure from both sides. Separators 64 and 65 that form a flow path of an oxidizing gas containing gas and oxygen;
An anode 62 and a cathode 63 arranged outside 65
And collector plates 66 and 67 serving as collector electrodes.

【0032】電解質膜61は、固体高分子材料、例えば
フッ素系樹脂により形成されたプロトン導電性の膜体で
あり、湿潤状態で良好な電気伝導性を示す。アノード6
2およびカソード63は、共に炭素繊維からなる糸で織
成したカーボンクロスにより形成されており、このカー
ボンクロスには、触媒としての白金または白金と他の金
属からなる合金等を担持したカーボン粉がクロスの電解
質膜61側の表面および隙間に練り込まれている。な
お、実施例では、アノード62およびカソード63をカ
ーボンクロスにより形成したが、炭素繊維からなるカー
ボンペーパーまたはカーボンフェルトにより形成する構
成も好適である。
The electrolyte membrane 61 is a proton conductive membrane formed of a solid polymer material, for example, a fluorine resin, and exhibits good electric conductivity in a wet state. Anode 6
2 and the cathode 63 are both formed of a carbon cloth woven from threads made of carbon fibers, and carbon powder carrying platinum or an alloy of platinum and another metal as a catalyst is crossed on the carbon cloth. Is kneaded into the surface and the gap on the electrolyte membrane 61 side. In the embodiment, the anode 62 and the cathode 63 are formed of carbon cloth, but a configuration in which they are formed of carbon paper or carbon felt made of carbon fiber is also suitable.

【0033】この電解質膜61とアノード62およびカ
ソード63は、アノード62とカソード63とで電解質
膜61を挟持した状態で、例えば次の方法により接合さ
れている。
The electrolyte membrane 61, the anode 62, and the cathode 63 are joined by the following method, for example, with the electrolyte membrane 61 sandwiched between the anode 62 and the cathode 63.

【0034】カーボンクロスまたはカーボンペーパ等
により形成された電極基材(アノード62およびカソー
ド63、以下同じ。)の表面に、予めカーボン粉の表面
に白金を担持して製作した触媒粉を塗布し、電解質膜6
1とこの電極基材をホットプレスで一体化する方法。
On the surface of an electrode base material (anode 62 and cathode 63, the same applies hereinafter) formed of carbon cloth or carbon paper or the like, catalyst powder prepared by previously supporting platinum on the surface of carbon powder is applied, Electrolyte membrane 6
Method of integrating 1 and this electrode base material by hot pressing.

【0035】電極基材の表面に、予めカーボン粉の表
面に白金を担持して製作した触媒粉を塗布し、電解質膜
61とこの電極基材を、プロトン導電性固体高分子溶液
で接着して一体化する方法。
On the surface of the electrode base material, a catalyst powder prepared by previously supporting platinum on the surface of carbon powder was applied, and the electrolyte membrane 61 and this electrode base material were adhered with a proton conductive solid polymer solution. How to integrate.

【0036】予めカーボン粉の表面に白金を担持して
製作した触媒粉を、適当な有機溶剤に分散させてペース
ト化し、電解質膜61の表面にスクリーン印刷法等の手
法で塗布する。その後、電極基材とホットプレスで一体
化する方法。
The catalyst powder prepared by previously supporting platinum on the surface of carbon powder is dispersed in an appropriate organic solvent to form a paste, which is applied to the surface of the electrolyte membrane 61 by a screen printing method or the like. After that, it is integrated with the electrode base material by hot pressing.

【0037】電解質膜61の表面に、スパッタ法、蒸
着法、CVD法、PVD法などの薄膜形成法で、白金を
担持し、その後、電極基材とホットプレスで一体化する
方法。
A method in which platinum is supported on the surface of the electrolyte membrane 61 by a thin film forming method such as a sputtering method, a vapor deposition method, a CVD method or a PVD method, and then integrated with an electrode base material by hot pressing.

【0038】白金触媒を担持したカーボン粉は次のよう
な方法で作成されている。まず、塩化白金酸水溶液とチ
オ硫酸ナトリウムを混合して、亜硫酸白金錯体の水溶液
を得、この水溶液を攪拌しながら、過酸化水素水を摘下
して、水溶液中にコロイド状の白金粒子を析出させる。
次にこの水溶液に担体となるカーボンブラック〔例えば
Vulcan XC−72(米国のCABOT社の商
標)やデンカブラック(電気化学工業株式会社の商
標)〕を添加しながら、攪拌し、カーボンブラックの表
面にコロイド状の白金粒子を付着させる。そして溶液を
吸引ろ過または加圧ろ過して白金粒子が付着したカーボ
ンブラックを分離した後、脱イオン水で繰り返し洗浄
し、室温で完全に乾燥させる。次に凝集したカーボンブ
ラックを粉砕器で粉砕し、水素還元雰囲気中で、250
℃〜350℃で2時間程度加熱して、カーボンブラック
上の白金を還元するとともに、残留していた塩素を完全
に除去して、白金触媒を完成させる。
The carbon powder supporting the platinum catalyst is prepared by the following method. First, an aqueous solution of chloroplatinic acid and sodium thiosulfate are mixed to obtain an aqueous solution of a platinum sulfite complex. While stirring this aqueous solution, hydrogen peroxide solution is removed to deposit colloidal platinum particles in the aqueous solution. Let
Next, while adding carbon black (for example, Vulcan XC-72 (trademark of CABOT Inc. in the US) or Denka Black (trademark of Denki Kagaku Kogyo Co., Ltd.)) as a carrier to this aqueous solution, the mixture is stirred to form a carbon black surface Deposit colloidal platinum particles. Then, the solution is suction-filtered or pressure-filtered to separate the carbon black to which the platinum particles are attached, then repeatedly washed with deionized water and completely dried at room temperature. Next, the agglomerated carbon black is crushed by a crusher, and the carbon black is crushed in a hydrogen reducing atmosphere at 250
The platinum on the carbon black is reduced by heating for about 2 hours at ℃ to 350 ℃, and the residual chlorine is completely removed to complete the platinum catalyst.

【0039】カーボンブラックへの白金の担持密度(カ
ーボンの重量に対するカーボン上の白金の重量の比率)
は、塩化白金酸の量とカーボンブラックの量との比率を
変えることにより調節することができ、任意の担持密度
の白金触媒を得ることができる。なお、白金触媒の製造
方法は、前述の方法に限らず、充分な触媒活性が得られ
る方法であれば、他の方法により製造したものであって
もよい。
Density of platinum supported on carbon black (ratio of platinum weight on carbon to carbon weight)
Can be adjusted by changing the ratio between the amount of chloroplatinic acid and the amount of carbon black, and a platinum catalyst having any supported density can be obtained. The method for producing the platinum catalyst is not limited to the above-mentioned method, and may be produced by another method as long as sufficient catalytic activity can be obtained.

【0040】以上の説明では、その内容を平易にするた
め、白金を使用する場合について述べたが、この他にも
第1成分である白金と、第2成分であるルテニウム,ニ
ッケル,コバルト,バネジウム,バラアジウム,インジ
ウム,鉄,クロム,マンガン等のうちの1種類あるいは
2種類以上の成分との合金からなる合金触媒を使用する
こともできる。
In the above description, in order to simplify the contents, the case where platinum is used has been described. In addition to this, platinum as the first component and ruthenium, nickel, cobalt, and vanadium as the second components are used. It is also possible to use an alloy catalyst composed of an alloy of one or more components selected from the group consisting of palladium, indium, iron, chromium, manganese and the like.

【0041】以下に合金触媒の一例として白金−ルテニ
ウム触媒(白金とルテニウムの合金触媒を担持したカー
ボン粉)の製造方法について説明する。前述の方法で製
造した白金触媒(白金触媒を担持したカーボン粉)を脱
イオン水中で攪拌しながら分散させ、これに塩化ルテニ
ウム水溶液を徐々に添加しながら攪拌する。さらに、炭
酸ナトリウム溶液を徐々に添加しながら攪拌し、ルテニ
ウムを白金触媒を担持したカーボンブラック上に析出さ
せる。次に、溶液を吸引濾過または加圧濾過してルテニ
ウムが析出したカーボンブラックを分離する。この分離
したカーボンブラックを脱イオン水で繰り返し洗浄し、
その後、室温で充分に乾燥させる。こうして乾燥させた
カーボンブラックを粉砕器で粉砕し、水素還元雰囲気中
で250℃ないし350℃で2時間程度加熱することに
より、カーボンブラック上の白金とルテニウムを還元す
ると共に、ルテニウムが析出する際に取り込まれ残留し
ている塩素を完全に除去する。その後、不活性気流中
(窒素またはアルゴン)で、800℃ないし900℃で
1時間程度加熱することにより、カーボンブラック上の
白金とルテニウムを合金化させて、白金−ルテニウム触
媒(白金とルテニウムの合金触媒を担持したカーボン
粉)を完成する。
A method for producing a platinum-ruthenium catalyst (carbon powder carrying an alloy catalyst of platinum and ruthenium) as an example of the alloy catalyst will be described below. The platinum catalyst (carbon powder supporting the platinum catalyst) produced by the above-described method is dispersed in deionized water while stirring, and the ruthenium chloride aqueous solution is gradually added and stirred. Further, the sodium carbonate solution is gradually added and stirred to deposit ruthenium on the carbon black supporting the platinum catalyst. Next, the solution is suction-filtered or pressure-filtered to separate the carbon black on which ruthenium is deposited. The separated carbon black is repeatedly washed with deionized water,
Then, it is sufficiently dried at room temperature. The carbon black thus dried is pulverized by a pulverizer and heated in a hydrogen reducing atmosphere at 250 ° C. to 350 ° C. for about 2 hours to reduce platinum and ruthenium on the carbon black, and when ruthenium is deposited. Completely removes the chlorine that is taken up and remains. Then, by heating in an inert gas stream (nitrogen or argon) at 800 ° C. to 900 ° C. for about 1 hour, the platinum on the carbon black and ruthenium are alloyed to form a platinum-ruthenium catalyst (an alloy of platinum and ruthenium). A carbon powder carrying a catalyst is completed.

【0042】ここで、白金とルテニウムの担持量は、予
め白金を担持したカーボンブラックの量と塩化ルテニウ
ムの量から調節することができる。なお、白金−ルテニ
ウム触媒の製造方法は、前述の方法に限らず、充分な触
媒活性が得られる方法であれば、他の方法により製造し
たものであってもよい。
Here, the loading amounts of platinum and ruthenium can be adjusted from the loadings of carbon black and platinum loading ruthenium chloride. The method for producing the platinum-ruthenium catalyst is not limited to the above-mentioned method, and may be produced by any other method as long as sufficient catalytic activity can be obtained.

【0043】セパレータ64,65は、ガス不透過の導
電性材料、例えば、カーボンを圧縮してガス不透過とし
た緻密質カーボンにより形成されている。図示するよう
に、セパレータ64のアノード62側には、平行に配置
された複数のリブが形成されており、このリブとアノー
ド62の表面とで燃料ガスの通路をなす流路溝64pが
形成されている。セパレータ65のカソード63側に
も、同様に平行に配置された複数のリブが形成されてお
り、このリブとカソード63の表面とで酸素を含有する
酸化ガスの通路をなす流路溝65pが形成されている。
The separators 64 and 65 are formed of a gas impermeable conductive material, for example, dense carbon that is made gas impermeable by compressing carbon. As shown in the drawing, a plurality of ribs arranged in parallel are formed on the anode 62 side of the separator 64, and a flow passage groove 64p that forms a passage for fuel gas is formed between the rib and the surface of the anode 62. ing. Similarly, a plurality of ribs arranged in parallel are formed on the cathode 63 side of the separator 65, and the ribs and the surface of the cathode 63 form a flow channel groove 65p forming a passage for an oxidizing gas containing oxygen. Has been done.

【0044】集電板66,67は、ガス不透過の導電性
材料、例えば、カーボンを圧縮してガス不透過とした緻
密質カーボンにより形成されている。
The collector plates 66, 67 are made of a gas impermeable conductive material, for example, dense carbon that is made gas impermeable by compressing carbon.

【0045】以上説明した構成が燃料電池スタック10
の単一セルの構成であるが、実際には、セパレータ6
4,アノード62,電解質膜61,カソード63,セパ
レータ65をこの順に複数組積層し、その外側に集電板
66,67を配置することにより、燃料電池スタック1
0は構成されている。
The structure described above has the fuel cell stack 10
However, in reality, the separator 6
4, a plurality of anodes 62, electrolyte membranes 61, cathodes 63, and separators 65 are laminated in this order, and current collecting plates 66 and 67 are arranged on the outer sides thereof, whereby the fuel cell stack 1
0 is configured.

【0046】燃料電池スタック10のアノード側ガス入
口10aは、燃料ガス供給通路22により改質器16に
接続されており、改質器16により製造された燃料ガス
がこの燃料ガス供給通路22を介して燃料電池スタック
10に供給される。また、アノード側ガス入口10a
は、燃料電池スタック10が備える図示しない燃料ガス
側の供給マニホールドに接続されており、この供給マニ
ホールドを介して燃料電池スタック10の燃料ガス側の
複数の流路溝64pに分岐接続されている。燃料ガス供
給通路22には、改質器16で製造された燃料ガスの燃
料電池スタック10への供給の開始および停止を司る電
磁弁32が設けられている。この電磁弁32は、導電ラ
インにより電子制御ユニット50に接続されており、電
子制御ユニット50による駆動制御を受ける。
The anode side gas inlet 10a of the fuel cell stack 10 is connected to the reformer 16 by the fuel gas supply passage 22, and the fuel gas produced by the reformer 16 is passed through this fuel gas supply passage 22. Are supplied to the fuel cell stack 10. Also, the anode gas inlet 10a
Is connected to a fuel gas side supply manifold (not shown) included in the fuel cell stack 10, and is branched and connected to a plurality of flow channel grooves 64p on the fuel gas side of the fuel cell stack 10 via the supply manifold. The fuel gas supply passage 22 is provided with an electromagnetic valve 32 that controls the start and stop of the supply of the fuel gas manufactured by the reformer 16 to the fuel cell stack 10. The solenoid valve 32 is connected to the electronic control unit 50 by a conductive line and is controlled by the electronic control unit 50.

【0047】燃料電池スタック10のアノード側ガス出
口10bは、燃料電池スタック10が備える図示しない
燃料ガス側の排出マニホールドに接続されており、この
排出マニホールドを介して燃料電池スタック10の複数
の流路溝64p(燃料ガス供給通路22とは反対側から
接続)に分岐接続されている。このアノード側ガス出口
10bは、燃料ガス排出通路24により改質器16に接
続されており、燃料電池スタック10から排出される燃
料ガス側の排出ガスを改質器16に送る。
The anode side gas outlet 10b of the fuel cell stack 10 is connected to a fuel gas side discharge manifold (not shown) provided in the fuel cell stack 10, and a plurality of flow paths of the fuel cell stack 10 are passed through the discharge manifold. It is branched and connected to the groove 64p (connected from the side opposite to the fuel gas supply passage 22). The anode side gas outlet 10b is connected to the reformer 16 through the fuel gas discharge passage 24, and sends the fuel gas side discharge gas discharged from the fuel cell stack 10 to the reformer 16.

【0048】燃料電池スタック10のカソード側ガス入
口10cは、酸化ガス供給通路42によりブロワ46に
接続されており、このブロワ46により酸化ガス(例え
ば空気)が燃料電池スタック10に供給される。このカ
ソード側ガス入口10cもアノード側ガス入口10aと
同様に、燃料電池スタック10が備える図示しない酸化
ガス側の供給マニホールドに接続されており、この供給
マニホールドを介して燃料電池スタック10の酸化ガス
側の複数の流路溝65p(アノード側ガス入口10aに
接続される流路溝64pと電解質膜61を挟んで対峙す
る流路溝)に分岐接続されている。なお、燃料電池スタ
ック10に供給される酸化ガスは、酸化ガス供給通路4
2に設けられた図示しない加湿器により加湿されてい
る。また、ブロワ46は、導電ラインにより電子制御ユ
ニット50に接続されており、電子制御ユニット50に
よる駆動制御を受ける。
The cathode gas inlet 10c of the fuel cell stack 10 is connected to the blower 46 by the oxidizing gas supply passage 42, and the oxidizing gas (for example, air) is supplied to the fuel cell stack 10 by the blower 46. This cathode side gas inlet 10c is also connected to an oxidizing gas side supply manifold (not shown) included in the fuel cell stack 10 like the anode side gas inlet 10a, and the oxidizing gas side of the fuel cell stack 10 is connected via this supply manifold. Is branched and connected to a plurality of flow channel grooves 65p (a flow channel groove that faces the flow channel groove 64p connected to the anode gas inlet 10a with the electrolyte membrane 61 interposed therebetween). Note that the oxidizing gas supplied to the fuel cell stack 10 is the oxidizing gas supply passage 4
2 is humidified by a humidifier (not shown). Further, the blower 46 is connected to the electronic control unit 50 by a conductive line, and receives drive control by the electronic control unit 50.

【0049】燃料電池スタック10のカソード側ガス出
口10dもアノード側ガス出口10bと同様に、燃料電
池スタック10が備える図示しない酸化ガス側の排出マ
ニホールドに接続されており、この排出マニホールドを
介して燃料電池スタック10の複数の流路溝65p(酸
化ガス供給通路42とは反対側から接続)に分岐接続さ
れている。このカソード側ガス出口10dは、酸化ガス
排出通路44により図示しない水回収器に接続されてお
り、燃料電池スタック10から排出される酸化ガス側の
排出ガスを、この水回収器で排出ガスに含まれる水を回
収した後に大気に解放する。
Similarly to the anode side gas outlet 10b, the cathode side gas outlet 10d of the fuel cell stack 10 is also connected to an oxidant gas side discharge manifold (not shown) of the fuel cell stack 10, and the fuel is passed through this discharge manifold. It is branched and connected to a plurality of flow channel grooves 65p of the battery stack 10 (connected from the side opposite to the oxidizing gas supply passage 42). The cathode side gas outlet 10d is connected to a water recovery device (not shown) through the oxidizing gas discharge passage 44, and the oxidizing gas side exhaust gas discharged from the fuel cell stack 10 is included in the exhaust gas in the water recovery device. The collected water is released to the atmosphere after being collected.

【0050】燃料電池スタック10には、燃料電池スタ
ック10内の燃料ガスの圧力を検出する圧力センサ10
eと、燃料電池スタック10内の温度を検出する温度セ
ンサ10fとが設置されており、この両センサは、導電
ラインにより電子制御ユニット50に接続されている。
The fuel cell stack 10 includes a pressure sensor 10 for detecting the pressure of the fuel gas in the fuel cell stack 10.
e and a temperature sensor 10f that detects the temperature in the fuel cell stack 10 are installed, and both sensors are connected to the electronic control unit 50 by a conductive line.

【0051】改質器16は、メタノールが分解して一酸
化炭素と水素となる分解反応(上式(3))と、この分
解反応により生成した一酸化炭素と水とが反応して二酸
化炭素と水素とを生成する反応(上式(4))とを行な
って水素リッチガスを製造する。これらの反応は、全体
として吸熱反応(上式(5))であるから、この反応に
必要な熱を得るために、改質器16は改質器16を加熱
するバーナー16aを備える。このバーナー16aに
は、改質器16により生成された燃料ガスの一部が燃料
として供給されると共に、燃料電池スタック10の燃料
ガス系の排出ガスが燃料ガス排出通路24により送り込
まれる。したがって、燃料ガス系の排出ガス中の未反応
の水素は、このバーナー16aによって燃焼される。こ
のバーナー16aは、導電ラインにより電子制御ユニッ
ト50に接続されており、この電子制御ユニット50に
よりバーナー16aの燃焼、すなわち、バーナー16a
への燃料ガスの供給量が調整され、改質器16の運転温
度が制御される。こうしたバーナー16aからの排ガス
は、排ガス通路26を介して大気に解放される。
In the reformer 16, the decomposition reaction (the above equation (3)) in which methanol is decomposed into carbon monoxide and hydrogen, and the carbon monoxide generated by this decomposition reaction and water are reacted to generate carbon dioxide. And a reaction for generating hydrogen (the above formula (4)) are performed to produce a hydrogen-rich gas. Since these reactions are endothermic reactions (the above formula (5)) as a whole, the reformer 16 is equipped with a burner 16a for heating the reformer 16 in order to obtain the heat necessary for this reaction. A part of the fuel gas generated by the reformer 16 is supplied to the burner 16a as fuel, and the exhaust gas of the fuel gas system of the fuel cell stack 10 is sent through the fuel gas exhaust passage 24. Therefore, the unreacted hydrogen in the exhaust gas of the fuel gas system is burned by the burner 16a. The burner 16a is connected to the electronic control unit 50 by a conductive line, and the electronic control unit 50 burns the burner 16a, that is, the burner 16a.
The amount of fuel gas supplied to the reformer 16 is adjusted, and the operating temperature of the reformer 16 is controlled. The exhaust gas from the burner 16a is released to the atmosphere via the exhaust gas passage 26.

【0052】なお、実施例では、バーナー16aに、燃
料電池スタック10の燃料ガス系の排出ガスのと共に改
質器16により生成された燃料ガスの一部を燃料として
供給したが、改質器16により生成された燃料ガスに代
えてメタノールタンク12に貯留されているメタノール
を燃料としてポンプで供給する構成も好適である。この
ようにバーナー16aの燃料としてメタノールを用いれ
ば、メタノールを水蒸気改質して水素リッチガスである
燃料ガスとしこの燃料ガスを燃料とするより、エネルギ
効率をよくすることができ、省エネルギに資することが
できる。
In the embodiment, the burner 16a is supplied with the exhaust gas of the fuel gas system of the fuel cell stack 10 and a part of the fuel gas generated by the reformer 16 as the fuel. A configuration is also suitable in which the methanol stored in the methanol tank 12 is supplied as a fuel by a pump instead of the fuel gas generated by. As described above, when methanol is used as the fuel of the burner 16a, it is possible to improve the energy efficiency and contribute to energy saving as compared with the case where the fuel gas that is a hydrogen-rich gas is reformed with methanol and the fuel gas is used as the fuel. You can

【0053】パージガスタンク20は、このシステムに
おける燃料電池スタック10の通常の運転状態では水素
および酸素に対して不活性なパージガス(例えば、窒素
ガスやアルゴン等の不活性ガス等)を蓄える圧力タンク
で、パージガス供給通路28により燃料ガス供給通路2
2の電磁弁32の下流側に接続されている。このパージ
ガス供給通路28には、パージガスの流量を調節する流
量調節弁34とパージガスの供給開始および停止を司る
電磁弁38とが設けられている。また、パージガス供給
通路28には、改質器16にその一部が内蔵され流量調
節弁34を迂回する迂回路29が設けられており、この
迂回路29を通るパージガスを改質器16により加熱す
る構成となっている。したがって、流量調節弁34の開
度を調節することにより、流量調節弁34を通るパージ
ガスの流量と迂回路29を通るパージガスの流量とを調
節することができるから、各通路を通って混合されたパ
ージガスの温度を所望の温度に調節することができる。
このようにパージガスの温度を流量調節弁34の開度に
より所望の温度に調節するために、パージガス供給通路
28の迂回路29の合流点下流に混合されたパージガス
の温度を検出するパージガス温度センサ36が設けられ
ている。こうした流量調節弁34と電磁弁38は、各々
導電ラインにより電子制御ユニット50に接続されてお
り、電子制御ユニット50による駆動制御を受ける。ま
た、パージガス温度センサ36も導電ラインにより電子
制御ユニット50に接続されている。
The purge gas tank 20 is a pressure tank for storing a purge gas (for example, an inert gas such as nitrogen gas or argon) which is inactive to hydrogen and oxygen in the normal operating state of the fuel cell stack 10 in this system. The purge gas supply passage 28 allows the fuel gas supply passage 2
It is connected to the downstream side of the second solenoid valve 32. The purge gas supply passage 28 is provided with a flow rate adjusting valve 34 for adjusting the flow rate of the purge gas and an electromagnetic valve 38 for controlling the start and stop of the supply of the purge gas. In addition, the purge gas supply passage 28 is provided with a bypass 29, a part of which is built in the reformer 16 and bypasses the flow rate control valve 34, and the purge gas passing through this bypass 29 is heated by the reformer 16. It is configured to do. Therefore, the flow rate of the purge gas passing through the flow rate adjusting valve 34 and the flow rate of the purge gas passing through the bypass 29 can be adjusted by adjusting the opening degree of the flow rate adjusting valve 34, so that the mixed gas is passed through each passage. The temperature of the purge gas can be adjusted to the desired temperature.
As described above, in order to adjust the temperature of the purge gas to a desired temperature by the opening degree of the flow rate control valve 34, the purge gas temperature sensor 36 for detecting the temperature of the purge gas mixed downstream of the confluence point of the bypass 29 of the purge gas supply passage 28. Is provided. The flow rate control valve 34 and the solenoid valve 38 are connected to the electronic control unit 50 by conductive lines, and are controlled by the electronic control unit 50. The purge gas temperature sensor 36 is also connected to the electronic control unit 50 by a conductive line.

【0054】電子制御ユニット50は、マイクロコンピ
ュータを中心とした論理回路として構成され、詳しく
は、予め設定された制御プログラムに従って所定の演算
等を実行するCPU52と、CPU52で各種演算処理
を実行するのに必要な制御プログラムや制御データ等が
予め格納されたROM54と、同じくCPU52で各種
演算処理を実行するのに必要な各種データが一時的に読
み書きされるRAM56と、燃料電池スタック10に内
蔵された圧力センサ10eおよび温度センサ10fやパ
ージガス温度センサ36からの検出信号を入力すると共
にCPU52での演算結果に応じてバーナー16aやブ
ロワ46,流量調節弁34および電磁弁32,38等に
駆動信号を出力する入出力ポート58等を備える。この
他、電子制御ユニット50は、計時するタイマ59や各
部に必要な電力を供給する図示しない電源回路等を備え
る。
The electronic control unit 50 is configured as a logic circuit centered on a microcomputer, and more specifically, a CPU 52 that executes a predetermined calculation and the like according to a preset control program, and the CPU 52 executes various calculation processes. A ROM 54 in which control programs and control data necessary for the above are stored in advance, a RAM 56 in which various data necessary for executing various arithmetic processes in the CPU 52 are temporarily read and written, and a fuel cell stack 10 The detection signals from the pressure sensor 10e, the temperature sensor 10f, and the purge gas temperature sensor 36 are input, and the drive signals are output to the burner 16a, the blower 46, the flow rate control valve 34, the solenoid valves 32, 38, etc. according to the calculation result of the CPU 52. The input / output port 58 and the like are provided. In addition, the electronic control unit 50 includes a timer 59 that counts time and a power supply circuit (not shown) that supplies necessary power to each unit.

【0055】こうして構成された燃料電池システム1
は、定常運転状態では電磁弁32が開、電磁弁38が閉
とされており、燃料電池スタック10が効率よく安定し
て発電するよう、電子制御ユニット50により、メタノ
ールタンク12および水タンク14から改質器16への
メタノールおよび水の供給流量の制御、改質器16を加
熱するバーナー16aへの燃料ガスの供給量の制御、燃
料電池スタック10への酸化ガスの供給量の制御、燃料
電池スタック10の温度制御等が行なわれ、燃料電池ス
タック10の図示しない出力端子に電力供給ラインを介
して接続されたモータ等の機器(負荷)に燃料電池スタ
ック10で生じた電力を供給する。
Fuel cell system 1 constructed in this way
In the steady operation state, the solenoid valve 32 is open and the solenoid valve 38 is closed, and the electronic control unit 50 controls the methanol tank 12 and the water tank 14 so that the fuel cell stack 10 can generate electric power efficiently and stably. Control of supply flow rates of methanol and water to the reformer 16, control of supply amount of fuel gas to the burner 16a for heating the reformer 16, control of supply amount of oxidizing gas to the fuel cell stack 10, fuel cell The temperature of the stack 10 is controlled, and the electric power generated in the fuel cell stack 10 is supplied to a device (load) such as a motor connected to an output terminal (not shown) of the fuel cell stack 10 via a power supply line.

【0056】次に、こうした燃料電池システム1におけ
る燃料電池スタック10の運転を停止する動作について
図3の運転停止制御ルーチンに基づき説明する。このル
ーチンは、操作者が燃料電池システム1の運転を停止す
る指示を電子制御ユニット50に与えた場合あるいは燃
料電池システム1に何らかの異常が検出されたとき等に
実行される。
Next, the operation of stopping the operation of the fuel cell stack 10 in the fuel cell system 1 will be described based on the operation stop control routine of FIG. This routine is executed when the operator gives an instruction to stop the operation of the fuel cell system 1 to the electronic control unit 50, or when some abnormality is detected in the fuel cell system 1.

【0057】本ルーチンが実行されると、CPU52
は、まず、入出力ポート58を介して電磁弁32に駆動
信号を出力し、電磁弁32を閉成して燃料電池スタック
10への燃料ガスの供給を停止する(ステップS10
0)。このとき同時に、メタノールタンク12および水
タンク14から改質器16へのメタノールおよび水の供
給も停止される。次いで、燃料電池スタック10内に設
けられた圧力センサ10eおよび温度センサ10fによ
り検出される燃料電池スタック10内の燃料ガスの圧力
Pと燃料電池スタック10内の温度TFとを入出力ポー
ト58を介して読み込む(ステップS102)。そして
読み込んだ圧力Pにおけるメタノールの沸点TMを求め
る(ステップS104)。メタノールの沸点TMは、予
めメタノールの沸点と圧力との関係を調べておき、これ
をマップ(図示せず)としてROM54に記憶したもの
を参照することにより求めることができる。
When this routine is executed, the CPU 52
First, a drive signal is output to the solenoid valve 32 via the input / output port 58 to close the solenoid valve 32 to stop the supply of fuel gas to the fuel cell stack 10 (step S10).
0). At the same time, the supply of methanol and water from the methanol tank 12 and the water tank 14 to the reformer 16 is also stopped. Next, the pressure P of the fuel gas in the fuel cell stack 10 and the temperature TF in the fuel cell stack 10 detected by the pressure sensor 10e and the temperature sensor 10f provided in the fuel cell stack 10 are passed through the input / output port 58. Read in (step S102). Then, the boiling point TM of methanol at the read pressure P is obtained (step S104). The boiling point TM of methanol can be obtained by examining the relationship between the boiling point of methanol and the pressure in advance and referring to the map stored in the ROM 54 as a map (not shown).

【0058】続いて、読み込んだ燃料電池スタック10
内の温度TFと求めたメタノールの沸点TMの平均をパ
ージガスの目標温度TPMとして算出する(ステップS
106)。ここで、目標温度TPMは、パージガスが燃
料電池スタック10に供給されるときのパージガスの目
標温度として設定されるものである。この目標温度TP
Mが設定されると、後述するパージガス温度制御ルーチ
ン(図4)が実行されることにより燃料電池スタック1
0に供給されるパージガスの温度が調節される。なお、
燃料電池スタック10内の燃料ガスの圧力Pが高いと、
燃料電池スタック10内の温度TFがメタノールの沸点
TMより低い場合があるが、この場合には、目標温度T
PMは、燃料電池スタック10内の温度TFに設定され
る。
Next, the read fuel cell stack 10
The average of the internal temperature TF and the obtained boiling point TM of methanol is calculated as the target temperature TPM of the purge gas (step S
106). Here, the target temperature TPM is set as the target temperature of the purge gas when the purge gas is supplied to the fuel cell stack 10. This target temperature TP
When M is set, the purge gas temperature control routine (FIG. 4) described below is executed, whereby the fuel cell stack 1
The temperature of the purge gas supplied to zero is adjusted. In addition,
When the pressure P of the fuel gas in the fuel cell stack 10 is high,
The temperature TF in the fuel cell stack 10 may be lower than the boiling point TM of methanol. In this case, the target temperature T
PM is set to the temperature TF in the fuel cell stack 10.

【0059】次に、CPU52は、入出力ポート58を
介して電磁弁38に駆動信号を出力し、電磁弁38を開
成して、燃料ガスおよび酸化ガスに対して共に不活性で
目標温度TPMの温度に調節されたパージガスを燃料電
池スタック10に供給し(ステップS108)、パージ
ガスの供給を開始してから所定時間経過するのを待つ
(ステップS110)。燃料電池スタック10にパージ
ガスが供給されると、パージガスは、燃料電池スタック
10内に残留している燃料ガスに混合しながら、全体と
して燃料ガスを燃料電池スタック10から追い出す。こ
のとき、パージガスは、圧力Pにおけるメタノールの沸
点TMより高い温度に調節されているから、燃料ガスと
混合しても、その温度をメタノールの沸点TMより低く
なることがない。したがって、燃料ガス中に未反応なメ
タノールが含まれている場合でも、メタノールは、燃料
電池スタック10内で液化することなく、気体のままで
燃料ガスと共に燃料電池スタック10から排出される。
なお、パージガスを供給する時間(前述の所定時間)
は、パージガスの供給により燃料ガスを燃料電池スタッ
ク10からほぼ完全に排出するのに必要な時間として設
定され、燃料電池スタック10の構造や容量等により定
められる。
Next, the CPU 52 outputs a drive signal to the solenoid valve 38 via the input / output port 58 to open the solenoid valve 38, so that both the fuel gas and the oxidizing gas are inactive and the target temperature TPM is reached. The purge gas whose temperature has been adjusted is supplied to the fuel cell stack 10 (step S108), and the process waits for a predetermined time after starting the supply of the purge gas (step S110). When the purge gas is supplied to the fuel cell stack 10, the purge gas mixes with the fuel gas remaining in the fuel cell stack 10 and expels the fuel gas from the fuel cell stack 10 as a whole. At this time, since the purge gas is adjusted to a temperature higher than the boiling point TM of methanol at the pressure P, even if it is mixed with the fuel gas, the temperature does not become lower than the boiling point TM of methanol. Therefore, even when unreacted methanol is contained in the fuel gas, the methanol is discharged from the fuel cell stack 10 together with the fuel gas as a gas without being liquefied in the fuel cell stack 10.
In addition, the time to supply the purge gas (the above-mentioned predetermined time)
Is set as the time required to almost completely discharge the fuel gas from the fuel cell stack 10 by the supply of the purge gas, and is determined by the structure, capacity, etc. of the fuel cell stack 10.

【0060】なお、燃料電池スタック10内の温度TF
がメタノールの沸点TMより低いときには、目標温度T
PMに温度TFがセットされるが、この状態では、燃料
ガスには、温度TFのメタノールの飽和蒸気圧までのメ
タノールが含まれるにすぎない。このため、同じ温度T
Fに調節されたパージガスを供給すれば、メタノールは
液化することはなく、そのまま燃料ガスと共に燃料電池
スタック10から排出される。
The temperature TF in the fuel cell stack 10
Is lower than the boiling point TM of methanol, the target temperature T
The temperature TF is set in PM, but in this state, the fuel gas contains only methanol up to the saturated vapor pressure of methanol at the temperature TF. Therefore, the same temperature T
When the adjusted purge gas is supplied to F, methanol is not liquefied and is discharged from the fuel cell stack 10 together with the fuel gas as it is.

【0061】ステップS110で所定時間経過すると、
CPU52は、電磁弁38に駆動信号を出力して電磁弁
38を閉成し、パージガスの燃料電池スタック10への
供給を停止して(ステップS112)、本ルーチンを終
了する。
When a predetermined time has passed in step S110,
The CPU 52 outputs a drive signal to the solenoid valve 38 to close the solenoid valve 38, stops the supply of the purge gas to the fuel cell stack 10 (step S112), and ends this routine.

【0062】上述したように目標温度TPMの温度に調
節されたパージガスを燃料電池スタック10に供給する
ために、電子制御ユニット50では、ステップS108
でパージガスの燃料電池スタック10への供給が開始さ
れてからステップS112でパージガスの供給が停止さ
れるまでの間、図4に例示するパージガス温度制御ルー
チンが所定時間毎(例えば10msec毎)に繰り返し
実行される。
In order to supply the purge gas adjusted to the target temperature TPM to the fuel cell stack 10 as described above, the electronic control unit 50 in step S108.
The purge gas temperature control routine illustrated in FIG. 4 is repeatedly executed every predetermined time (for example, every 10 msec) from when the supply of the purge gas to the fuel cell stack 10 is started in step S112 until the supply of the purge gas is stopped in step S112. To be done.

【0063】このパージガス温度制御ルーチンが実行さ
れると、CPU52は、まず、パージガス温度センサ3
6により検出されるパージガスの温度TP1を入出力ポ
ート58を介して読み込む(ステップS120)。次い
で、パージガスの目標温度TPMから読み込んだパージ
ガスの温度TP1を減じて偏差△Tを算出し(ステップ
S122)、算出した偏差△Tに比例ゲインKを乗じ
て、この偏差を打ち消す方向に作用する流量調節弁34
の駆動量△Sを求める(ステップS124)。そして、
この流量調節弁34の駆動量△Sを入出力ポート58を
介して流量調節弁34に出力し、流量調節弁34を駆動
量△Sだけ駆動する(ステップS126)。この結果、
パージガスタンク20から流量調節弁34を通るパージ
ガスの流量と迂回路29を通るパージガスの流量とが調
節され、各通路を通って混合されたパージガスの温度が
目標温度TPMに制御される。
When this purge gas temperature control routine is executed, the CPU 52 first causes the purge gas temperature sensor 3 to operate.
The temperature TP1 of the purge gas detected by 6 is read via the input / output port 58 (step S120). Next, the deviation ΔT is calculated by subtracting the temperature TP1 of the purge gas read from the target temperature TPM of the purge gas (step S122), the calculated deviation ΔT is multiplied by the proportional gain K, and the flow rate acting to cancel the deviation is calculated. Control valve 34
Drive amount ΔS is calculated (step S124). And
The drive amount ΔS of the flow rate adjusting valve 34 is output to the flow rate adjusting valve 34 via the input / output port 58, and the flow rate adjusting valve 34 is driven by the drive amount ΔS (step S126). As a result,
The flow rate of the purge gas from the purge gas tank 20 through the flow rate control valve 34 and the flow rate of the purge gas through the bypass 29 are adjusted, and the temperature of the purge gas mixed through each passage is controlled to the target temperature TPM.

【0064】以上説明した実施例の燃料電池システム1
によれば、燃料電池スタック10の運転を停止する際、
燃料電池スタック10に燃料ガスに代えてメタノールの
沸点TMより高い温度に調節されたパージガスを供給す
るから、燃料ガスに未反応のメタノールが含まれる場合
でも、メタノールが燃料電池スタック10ので液化する
ことがなく、メタノールを燃料ガスと共に燃料電池スタ
ック10から排出することができる。この結果、メタノ
ールが燃料電池スタック10内で液化し、この液化した
メタノールが電解質膜61,アノード62およびカソー
ド63の接合体に浸透して、この接合体を分離するとい
った悪影響を防止することができる。
The fuel cell system 1 of the embodiment described above
According to the above, when the operation of the fuel cell stack 10 is stopped,
Since the purge gas adjusted to a temperature higher than the boiling point TM of methanol is supplied to the fuel cell stack 10 instead of the fuel gas, the methanol is liquefied in the fuel cell stack 10 even when the fuel gas contains unreacted methanol. Therefore, methanol can be discharged from the fuel cell stack 10 together with the fuel gas. As a result, methanol is liquefied in the fuel cell stack 10, and this liquefied methanol can be prevented from permeating the joined body of the electrolyte membrane 61, the anode 62, and the cathode 63 to separate the joined body. .

【0065】また、燃料電池スタック10内の燃料ガス
の圧力Pを検出し、その圧力Pに基づいてメタノールの
沸点TMを求め、このメタノールの沸点TMと燃料電池
スタック10内の温度TFとに基づいてパージガスの目
標温度TPMを設定するから、燃料電池スタック10が
定常運転状態でない状態から停止する場合でも、燃料ガ
ス中のメタノールをより確実に燃料電池スタック10か
ら排出することができる。
Further, the pressure P of the fuel gas in the fuel cell stack 10 is detected, the boiling point TM of methanol is determined based on the pressure P, and the boiling point TM of the methanol and the temperature TF in the fuel cell stack 10 are determined. Since the target temperature TPM of the purge gas is set by the above, the methanol in the fuel gas can be more reliably discharged from the fuel cell stack 10 even when the fuel cell stack 10 is stopped from the state where it is not in the steady operation state.

【0066】なお、実施例の燃料電池システム1では、
パージガスの目標温度TPMを燃料電池スタック10内
の温度TFと燃料電池スタック10内の燃料ガスの圧力
Pにおけるメタノールの沸点TMとの平均として算出し
たが、燃料ガス中のメタノールが燃料電池スタック10
内で液化しなければよいから、この圧力Pにおけるメタ
ノールの沸点TM以上であれば何度であってもかまわな
い。したがって、目標温度TPMは、メタノールの沸点
TMに設定してもよいが、通常の制御では、パージガス
の温度を完全にメタノールの沸点TMにするのは困難で
あり、多少の誤差が生じるから、目標温度TPMはメタ
ノールの沸点TMより若干高い温度とするのが望まし
い。また、目標温度TPMは、燃料電池スタック10の
温度TF以上であってもかまわないが、パージガスの温
度によっては燃料電池スタック10内の冷却水を沸騰さ
せる場合もあり、また、パージガスに必要な熱量を小さ
くする観点から、燃料電池スタック10の温度TF以下
であることが望ましい。
In the fuel cell system 1 of the embodiment,
The target temperature TPM of the purge gas was calculated as the average of the temperature TF in the fuel cell stack 10 and the boiling point TM of methanol at the pressure P of the fuel gas in the fuel cell stack 10.
Since it does not have to be liquefied inside, it may be any number of times as long as it is equal to or higher than the boiling point TM of methanol at this pressure P. Therefore, the target temperature TPM may be set to the boiling point TM of methanol, but it is difficult to set the temperature of the purge gas to the boiling point TM of methanol completely with normal control, and some error occurs, so the target temperature TPM is set to the target temperature TPM. The temperature TPM is preferably set to a temperature slightly higher than the boiling point TM of methanol. The target temperature TPM may be equal to or higher than the temperature TF of the fuel cell stack 10, but depending on the temperature of the purge gas, the cooling water in the fuel cell stack 10 may be boiled, and the amount of heat required for the purge gas may be increased. From the viewpoint of reducing the temperature, it is desirable that the temperature is equal to or lower than the temperature TF of the fuel cell stack 10.

【0067】また、実施例の燃料電池システム1では、
燃料電池スタック10内の燃料ガスの圧力Pに基づいて
メタノールの沸点TMを求めると共に、このメタノール
の沸点TMと燃料電池スタック10の温度TFとに基づ
いて目標温度TPMを設定したが、通常の運転状態で燃
料電池スタック10の有り得る圧力Pを想定し、この有
り得る圧力Pの最大値におけるメタノールの沸点TMを
目標温度TPMとして予め設定しておき、燃料電池スタ
ック10内の燃料ガスの圧力Pおよび温度TFを検出し
ない構成としても差し支えない。
Further, in the fuel cell system 1 of the embodiment,
The boiling point TM of the methanol is determined based on the pressure P of the fuel gas in the fuel cell stack 10, and the target temperature TPM is set based on the boiling point TM of the methanol and the temperature TF of the fuel cell stack 10. Assuming a possible pressure P of the fuel cell stack 10 in this state, the boiling point TM of methanol at the maximum value of the possible pressure P is preset as the target temperature TPM, and the pressure P and the temperature of the fuel gas in the fuel cell stack 10 It does not matter even if the TF is not detected.

【0068】さらに、実施例の燃料電池システム1で
は、燃料電池スタック10へのパージガスの供給を所定
時間としたが、燃料ガス供給通路22のパージガス供給
通路28との合流点の下流あるいはパージガス供給通路
28に流量計を設け、燃料電池スタック10内に残留し
ている燃料ガスがほぼ完全に燃料電池スタック10から
排出されるのに必要なパージガスの供給量を予め実験な
どにより求め、これを所定量としてROM54に記憶し
ておき、流量計により検出される流量を積算した供給量
がこの所定量になったときに電磁弁38を閉成する構成
としてもよい。
Further, in the fuel cell system 1 of the embodiment, the supply of the purge gas to the fuel cell stack 10 is set to the predetermined time, but the fuel gas supply passage 22 is downstream of the confluence point of the purge gas supply passage 28 or the purge gas supply passage. 28 is provided with a flow meter, and the supply amount of the purge gas necessary for the fuel gas remaining in the fuel cell stack 10 to be almost completely discharged from the fuel cell stack 10 is obtained in advance by an experiment or the like, and this is set to a predetermined amount. Alternatively, the solenoid valve 38 may be closed when the supply amount obtained by integrating the flow rate detected by the flow meter reaches this predetermined amount.

【0069】次に本発明の第2の実施例である燃料電池
システム1Bについて説明する。図5は、本発明の第2
実施例である燃料電池システム1Bの構成の概略を例示
するブロック図である。図示するように、第2実施例の
燃料電池システム1Bは、燃料の供給を受けて発電する
固体高分子型の燃料電池スタック10と、メタノールタ
ンク12に貯留されたメタノールと水タンク14に貯留
された水とから水素リッチガス(燃料ガス)を製造する
改質器16と、燃料電池スタック10の通常の運転状態
では水素および酸素に対して不活性なガス(パージガ
ス)を貯留するパージガスタンク20と、各機器の運転
を制御する電子制御ユニット50とを備える。第2実施
例の燃料電池システム1Bが備える燃料電池スタック1
0,改質器16,パージガスタンク20,電子制御ユニ
ット50は、改質器16に迂回路29の一部が内蔵され
ていない点を除き、第1実施例の燃料電池システム1と
同一の構成をしている。したがって、これらの機器につ
いては、第1実施例の燃料電池システム1が備える機器
に付した符号と同一の符号を付し、その説明は省略す
る。また、第2実施例の燃料電池システム1Bが備える
他の機器についても、第1実施例の燃料電池システム1
が備える機器と同一の構成のものについては、同一の符
号を付し、その説明は省略する。
Next, a fuel cell system 1B which is a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 5 shows the second aspect of the present invention.
It is a block diagram which illustrates the outline of composition of fuel cell system 1B which is an example. As shown in the figure, the fuel cell system 1B according to the second embodiment includes a polymer electrolyte fuel cell stack 10 that receives fuel to generate electric power, a methanol tank 12, and a methanol and water tank 14. A reformer 16 for producing a hydrogen-rich gas (fuel gas) from the water, a purge gas tank 20 for storing a gas (purge gas) inert to hydrogen and oxygen in a normal operation state of the fuel cell stack 10, An electronic control unit 50 that controls the operation of each device. Fuel cell stack 1 included in the fuel cell system 1B of the second embodiment
0, the reformer 16, the purge gas tank 20, and the electronic control unit 50 have the same configuration as that of the fuel cell system 1 of the first embodiment except that the reformer 16 does not include a part of the bypass 29. Are doing Therefore, these devices are denoted by the same reference symbols as those assigned to the devices included in the fuel cell system 1 of the first embodiment, and the description thereof is omitted. Further, regarding the other devices included in the fuel cell system 1B of the second embodiment, the fuel cell system 1 of the first embodiment is also used.
Components having the same configurations as those of the devices are attached with the same reference numerals, and description thereof will be omitted.

【0070】燃料電池スタック10のアノード側ガス入
口10aは、第1実施例の燃料電池システム1が備える
燃料電池スタック10と同様に、途中に電磁弁32が設
けられた燃料ガス供給通路22により改質器16に接続
されており、アノード側ガス出口10bは、燃料ガス排
出通路24により改質器16に接続されている。燃料電
池スタック10のカソード側ガス入口10cも、第1実
施例の燃料電池システム1が備える燃料電池スタック1
0と同様に、酸化ガス供給通路42によりブロワ46に
接続されている。燃料電池スタック10の酸化ガス側の
排出ガスは、カソード側ガス出口10dから酸化ガス排
出通路44を介して図示しない水回収器により排出ガス
中の水が回収された後に外気に解放される。酸化ガス供
給通路42のブロワ46の下流側には、酸化ガスの燃料
電池スタック10への供給の開始および停止を司る電磁
弁48が設けられている。
The anode side gas inlet 10a of the fuel cell stack 10 is modified by the fuel gas supply passage 22 provided with a solenoid valve 32 in the middle, similar to the fuel cell stack 10 included in the fuel cell system 1 of the first embodiment. The gas outlet 10b on the anode side is connected to the reformer 16 through the fuel gas discharge passage 24. The cathode-side gas inlet 10c of the fuel cell stack 10 is also provided in the fuel cell system 1 of the first embodiment.
Like 0, it is connected to the blower 46 by the oxidizing gas supply passage 42. The exhaust gas on the oxidizing gas side of the fuel cell stack 10 is released to the outside air after water in the exhaust gas is recovered from a cathode side gas outlet 10d via an oxidizing gas exhaust passage 44 by a water recovery device (not shown). A solenoid valve 48 that controls the start and stop of the supply of the oxidizing gas to the fuel cell stack 10 is provided downstream of the blower 46 in the oxidizing gas supply passage 42.

【0071】パージガスタンク20は、パージガス供給
通路28により燃料ガス供給通路22の電磁弁32の下
流側に接続されており、パージガス供給通路28には、
パージガスの供給の開始および停止を司る電磁弁38が
設けられている。このパージガス供給通路28の電磁弁
38の下流側は、酸化ガス連絡通路43により酸化ガス
供給通路42のブロワ46の下流側で電磁弁48の上流
側と連絡しており、この酸化ガス連絡通路43には、開
閉弁である電磁弁49が設けられている。
The purge gas tank 20 is connected to the downstream side of the electromagnetic valve 32 of the fuel gas supply passage 22 by the purge gas supply passage 28.
An electromagnetic valve 38 that controls the start and stop of the supply of purge gas is provided. The downstream side of the solenoid valve 38 of the purge gas supply passage 28 is connected to the upstream side of the solenoid valve 48 on the downstream side of the blower 46 of the oxidizing gas supply passage 42 by the oxidizing gas communication passage 43. An electromagnetic valve 49, which is an opening / closing valve, is provided in the.

【0072】これらの燃料電池システム1Bが備える各
電磁弁32,38,48,49は、導電ラインにより電
子制御ユニット50に接続されており、電子制御ユニッ
ト50による駆動制御を受ける。
The electromagnetic valves 32, 38, 48, 49 provided in the fuel cell system 1B are connected to the electronic control unit 50 by conductive lines and are controlled by the electronic control unit 50.

【0073】こうして構成された第2実施例の燃料電池
システム1Bは、定常運転状態では電磁弁32および電
磁弁48が開、電磁弁38および電磁弁49が閉とされ
ており、燃料電池スタック10が効率よく安定して発電
するよう、第1実施例の燃料電池システム1と同様に、
電子制御ユニット50により、メタノールタンク12お
よび水タンク14から改質器16へのメタノールおよび
水の供給流量の制御、改質器16を加熱するバーナー1
6aへの燃料ガスの供給量の制御、燃料電池スタック1
0への酸化ガスの供給量の制御等が行なわれ、燃料電池
スタック10の図示しない出力端子に電力供給ラインに
より接続されたモータ等の機器(負荷)に燃料電池スタ
ック10で生じた電力を供給する。
In the fuel cell system 1B of the second embodiment thus constructed, the solenoid valve 32 and the solenoid valve 48 are open and the solenoid valve 38 and the solenoid valve 49 are closed in the steady operation state, and the fuel cell stack 10 So as to efficiently and stably generate power, similarly to the fuel cell system 1 of the first embodiment,
The electronic control unit 50 controls the supply flow rates of methanol and water from the methanol tank 12 and the water tank 14 to the reformer 16, and the burner 1 that heats the reformer 16.
Control of fuel gas supply to 6a, fuel cell stack 1
The supply amount of the oxidizing gas to the fuel cell stack 10 is controlled, and the electric power generated in the fuel cell stack 10 is supplied to a device (load) such as a motor connected to an output terminal (not shown) of the fuel cell stack 10 by a power supply line. To do.

【0074】第2実施例の燃料電池システム1Bの電子
制御ユニット50では、燃料電池スタック10の運転を
停止する際、図6に例示する運転停止制御ルーチンが実
行される。このルーチンは、第1実施例の燃料電池シス
テム1における運転停止制御ルーチンと同様に、操作者
が燃料電池システム1Bの電子制御ユニット50に対し
て燃料電池システム1Bの運転停止の指示を与えたと
き、あるいは燃料電池システム1に何らかの異常が検出
されたとき等に実行される。
In the electronic control unit 50 of the fuel cell system 1B of the second embodiment, when stopping the operation of the fuel cell stack 10, the operation stop control routine illustrated in FIG. 6 is executed. This routine is similar to the operation stop control routine in the fuel cell system 1 of the first embodiment, when the operator gives an instruction to stop the operation of the fuel cell system 1B to the electronic control unit 50 of the fuel cell system 1B. Alternatively, it is executed when any abnormality is detected in the fuel cell system 1.

【0075】本ルーチンが実行されると、CPU52
は、まず、入出力ポート58を介して電磁弁32に駆動
信号を出力し、電磁弁32を閉成して燃料ガスの燃料電
池スタック10への供給を停止する(ステップS10
0)。このとき同時に、電磁弁48にも駆動信号が出力
され、電磁弁48を閉成して酸化ガスの燃料電池スタッ
ク10への供給およびメタノールタンク12および水タ
ンク14から改質器16へのメタノールおよび水の供給
も停止される。
When this routine is executed, the CPU 52
First, a drive signal is output to the solenoid valve 32 via the input / output port 58 to close the solenoid valve 32 to stop the supply of fuel gas to the fuel cell stack 10 (step S10).
0). At the same time, a drive signal is also output to the solenoid valve 48, and the solenoid valve 48 is closed to supply the oxidizing gas to the fuel cell stack 10 and to supply methanol to the reformer 16 from the methanol tank 12 and the water tank 14. Water supply is also stopped.

【0076】次いで、CPU52は、入出力ポート58
を介して電磁弁38に駆動信号を出力し、電磁弁38を
開成してパージガスの燃料電池スタック10への供給を
開始し(ステップS202)、パージガスの供給を開始
してから所定時間T1経過しするのを待って(ステップ
S204)、電磁弁38に駆動信号を出力し、電磁弁3
8を閉成してパージガスの供給を停止する(ステップS
206)。ここで、所定時間T1は、燃料電池スタック
10内のパージガスと燃料ガスの混合ガスの水素が、燃
料電池スタック10に酸化ガスを供給しても、酸化ガス
中の酸素と混合ガス中の水素とにより爆発が生じない状
態となる濃度以下の濃度となるよう、所要量のパージガ
スを供給するのに要する時間以上の時間として設定され
る。この所定時間T1は、燃料電池スタック10の構造
や容量,燃料ガス中の水素の濃度等により定められるも
のである。
Next, the CPU 52 uses the input / output port 58.
A driving signal is output to the solenoid valve 38 via the solenoid valve 38 to open the solenoid valve 38 to start the supply of the purge gas to the fuel cell stack 10 (step S202), and a predetermined time T1 has elapsed since the supply of the purge gas was started. (Step S204), a drive signal is output to the solenoid valve 38, and the solenoid valve 3
8 is closed to stop the supply of purge gas (step S
206). Here, for a predetermined time T1, even if hydrogen, which is a mixed gas of the purge gas and the fuel gas in the fuel cell stack 10, supplies the oxidizing gas to the fuel cell stack 10, the oxygen in the oxidizing gas and the hydrogen in the mixed gas remain. Is set as a time longer than the time required to supply the required amount of purge gas so that the concentration is equal to or lower than the concentration at which no explosion occurs. This predetermined time T1 is determined by the structure and capacity of the fuel cell stack 10, the concentration of hydrogen in the fuel gas, and the like.

【0077】続いて、CPU52は、入出力ポート58
を介して電磁弁49に駆動信号を出力し、電磁弁49を
開成して、酸化ガスの燃料電池スタック10の燃料ガス
側への供給を開始し(ステップS208)、所定時間T
2経過するのを待って(ステップS210)、電磁弁4
9に駆動信号を出力し、電磁弁49を閉成して酸化ガス
の供給を停止する(ステップS212)。ここで、所定
時間T2は、酸化ガスの供給により燃料電池スタック1
0内のパージガスや残留している燃料ガスを燃料電池ス
タック10から十分に排出するのに必要な時間より長い
時間であり、かつ、燃料電池スタック10が許容する最
大濃度のメタノールを含む燃料ガスが燃料電池スタック
10に供給されたときに、燃料電池スタック10を停止
した際に燃料電池スタック10の内壁に凝結するメタノ
ールのすべてを気化させて燃料電池スタック10から排
出するのに十分な酸化ガスを供給するのに要する時間と
して設定され、燃料電池スタック10の構造や容量等に
より定められる。
Subsequently, the CPU 52 uses the input / output port 58.
A drive signal is output to the solenoid valve 49 via the solenoid valve 49 to open the solenoid valve 49 to start the supply of the oxidizing gas to the fuel gas side of the fuel cell stack 10 (step S208), and to perform a predetermined time T.
Wait for 2 to elapse (step S210), and then the solenoid valve 4
A drive signal is output to 9, and the electromagnetic valve 49 is closed to stop the supply of oxidizing gas (step S212). Here, for a predetermined time T2, the fuel cell stack 1 is supplied with the oxidizing gas.
0 is longer than the time required to sufficiently discharge the purge gas and the remaining fuel gas from the fuel cell stack 10, and the fuel gas containing the maximum concentration of methanol allowed by the fuel cell stack 10 is When supplied to the fuel cell stack 10, sufficient oxidizing gas to vaporize all the methanol condensed on the inner wall of the fuel cell stack 10 when the fuel cell stack 10 is stopped and to exhaust from the fuel cell stack 10 is generated. It is set as the time required for supply, and is determined by the structure, capacity, etc. of the fuel cell stack 10.

【0078】以上説明した第2実施例の燃料電池システ
ム1Bによれば、燃料電池スタック10に供給するパー
ジガスを、燃料電池スタック10に供給されたパージガ
スと追い出される燃料ガスとの混合ガスの水素濃度を酸
素の供給により爆発しない状態となる濃度以下にするの
に必要な量だけ供給し、その後、多量の酸化ガスを燃料
電池スタック10の燃料ガス側に供給して燃料電池スタ
ック10内の混合ガスを追い出すから、少量のパージガ
スにより燃料電池スタック10の運転を停止することが
できる。特に、酸化ガスに空気を用いることができるの
で、燃料電池システム1の停止に必要なコストを低減す
ることができる。しかも、多量の酸化ガスを供給するか
ら、燃料ガスに含まれたメタノールが燃料電池スタック
10の内壁に凝結しても、このメタノールを気化して燃
料電池スタック10から排出することができる。この結
果、メタノールが燃料電池スタック10内で液化し、液
化したメタノールが、電解質膜61,アノード62およ
びカソード63の接合体に浸透して、この接合体を分離
するといった悪影響を防止することができる。
According to the fuel cell system 1B of the second embodiment described above, the hydrogen concentration of the purge gas supplied to the fuel cell stack 10 is the mixed gas of the purge gas supplied to the fuel cell stack 10 and the fuel gas expelled. Is supplied to the fuel gas side of the fuel cell stack 10 to supply a large amount of oxidizing gas to the fuel gas side of the fuel cell stack 10. Therefore, the operation of the fuel cell stack 10 can be stopped by a small amount of purge gas. In particular, since air can be used as the oxidizing gas, the cost required to stop the fuel cell system 1 can be reduced. Moreover, since a large amount of oxidizing gas is supplied, even if methanol contained in the fuel gas is condensed on the inner wall of the fuel cell stack 10, the methanol can be vaporized and discharged from the fuel cell stack 10. As a result, methanol is liquefied in the fuel cell stack 10, and the liquefied methanol can be prevented from penetrating into the joined body of the electrolyte membrane 61, the anode 62 and the cathode 63 and separating the joined body. .

【0079】こうした第2実施例の燃料電池システム1
Bでは、燃料電池スタック10の燃料ガス側に酸化ガス
が満たされた状態で停止しているから、燃料電池スタッ
ク10の運転を開始する際、直ちに燃料電池スタック1
0に燃料ガスを供給することができない。このため、第
2実施例の燃料電池システム1Bの電子制御ユニット5
0では、燃料電池スタック10の運転を開始する際、図
7に例示する運転開始制御ルーチンを実行する。このル
ーチンを簡単に説明する。本ルーチンが実行されると、
CPU52は、まず、電磁弁38を開成してパージガス
を燃料電池スタック10に供給し(ステップS22
0)、所定時間T1経過した後に(ステップS22
2)、電磁弁38を閉成してパージガスの供給を停止す
る(ステップS224)。そして、電磁弁32を開成し
て燃料ガスの燃料電池スタック10への供給を開始して
(ステップS226)、本ルーチンを終了する。
The fuel cell system 1 according to the second embodiment
In B, since the fuel cell stack 10 is stopped with the fuel gas side filled with the oxidizing gas, when the fuel cell stack 10 is started to operate, the fuel cell stack 1 is immediately stopped.
Fuel gas cannot be supplied to zero. Therefore, the electronic control unit 5 of the fuel cell system 1B of the second embodiment is
At 0, when the operation of the fuel cell stack 10 is started, the operation start control routine illustrated in FIG. 7 is executed. This routine will be briefly described. When this routine is executed,
The CPU 52 first opens the solenoid valve 38 to supply the purge gas to the fuel cell stack 10 (step S22).
0), after a predetermined time T1 has elapsed (step S22
2) The electromagnetic valve 38 is closed to stop the supply of purge gas (step S224). Then, the electromagnetic valve 32 is opened to start the supply of the fuel gas to the fuel cell stack 10 (step S226), and the present routine is ended.

【0080】このようにステップS220ないしS22
4の処理を行なうことにより、燃料電池スタック10の
運転を開始することができる。なお、このルーチンにお
ける所定時間T1は、運転停止制御ルーチンにおける所
定時間T1と同じである。
Thus, steps S220 to S22
By performing the process of 4, the operation of the fuel cell stack 10 can be started. The predetermined time T1 in this routine is the same as the predetermined time T1 in the operation stop control routine.

【0081】なお、こうした運転開始制御ルーチンのス
テップS220ないしS224の処理は、燃料電池スタ
ック10の運転開始時でなく、燃料電池スタック10の
運転停止時に行なってもよい。すなわち、これらの処理
を、図6に示した運転停止制御ルーチンのステップS2
12の後に行なう構成としてもよい。
The processing of steps S220 to S224 of the operation start control routine may be performed not when the fuel cell stack 10 is started but when the fuel cell stack 10 is stopped. That is, these processes are performed in step S2 of the operation stop control routine shown in FIG.
The configuration may be performed after 12.

【0082】第2実施例の燃料電池システム1Bでは、
燃料電池スタック10へのパージガスの供給を所定時間
T1としたが、第1実施例の燃料電池システム1の変形
例で説明したように、燃料ガス供給通路22のパージガ
ス供給通路28との合流点の下流あるいはパージガス供
給通路28に流量計を設け、燃料電池スタック10内の
パージガスと燃料ガスの混合ガスの水素が、燃料電池ス
タック10に酸化ガスを供給しても、酸化ガス中の酸素
と混合ガス中の水素とにより爆発が生じない状態となる
濃度以下の濃度となるのに必要なパージガスの供給量を
予め実験などにより求め、これを所定量としてROM5
4に記憶しておき、流量計により検出される流量を積算
した供給量がこの所定量になったときに電磁弁38を閉
成する構成としてもよい。
In the fuel cell system 1B of the second embodiment,
The supply of the purge gas to the fuel cell stack 10 is set to the predetermined time T1. However, as described in the modification of the fuel cell system 1 of the first embodiment, at the confluence point of the fuel gas supply passage 22 with the purge gas supply passage 28. A flow meter is provided downstream or in the purge gas supply passage 28, and even if hydrogen, which is a mixed gas of the purge gas and the fuel gas in the fuel cell stack 10, supplies the oxidizing gas to the fuel cell stack 10, oxygen in the oxidizing gas and the mixed gas are mixed. The supply amount of the purge gas required to reach a concentration equal to or lower than the concentration at which an explosion does not occur due to hydrogen in the atmosphere is obtained in advance by experiments or the like, and this is set as a predetermined amount in the ROM 5
4, the electromagnetic valve 38 may be closed when the supply amount obtained by integrating the flow rate detected by the flow meter reaches the predetermined amount.

【0083】同様に酸化ガスを供給する所定時間T2に
ついても、酸化ガス連絡通路43に流量計を設け、燃料
電池スタック10内のパージガスや残留している燃料ガ
スを燃料電池スタック10から十分に排出するのに必要
な酸化ガスの供給量以上の量であって、燃料電池スタッ
ク10が許容する最大濃度のメタノールを含む燃料ガス
が燃料電池スタック10に供給されたときに、燃料電池
スタック10を停止した際に燃料電池スタック10の内
壁に凝結するメタノールのすべてを気化させて燃料電池
スタック10から排出するのに十分な酸化ガスの供給量
を予め実験などにより求め、これを所定量としてROM
54に記憶しておき、流量計により検出される流量を積
算した供給量がこの所定量になったときに電磁弁49を
閉成する構成としてもよい。
Similarly, for a predetermined time T2 of supplying the oxidizing gas, a flow meter is provided in the oxidizing gas communication passage 43 to sufficiently discharge the purge gas and the remaining fuel gas in the fuel cell stack 10 from the fuel cell stack 10. The fuel cell stack 10 is stopped when the fuel gas is supplied with a fuel gas containing the maximum concentration of methanol that the fuel cell stack 10 allows, which is equal to or more than the supply amount of the oxidizing gas required for the fuel cell stack 10. At this time, the supply amount of the oxidizing gas sufficient to vaporize all the methanol condensed on the inner wall of the fuel cell stack 10 to be discharged from the fuel cell stack 10 is obtained in advance by experiments or the like, and this is set as a predetermined amount in the ROM.
The solenoid valve 49 may be closed when it is stored in 54 and the supply amount obtained by integrating the flow rate detected by the flow meter reaches the predetermined amount.

【0084】次に本発明の第3の実施例である燃料電池
システム1Cについて説明する。図8は、本発明の第3
実施例である燃料電池システム1Cの構成の概略を例示
するブロック図である。図示するように、第3実施例の
燃料電池システム1Cは、燃料の供給を受けて発電する
固体高分子型の燃料電池スタック10と、メタノールタ
ンク12に貯留されたメタノールと水タンク14に貯留
された水とから水素リッチガス(燃料ガス)を製造する
改質器16と、燃料電池スタック10の出力端子11
a,11bに接続される図示しないモータ等の機器(負
荷)に電力を供給可能な2次電池75と、燃料電池スタ
ック10と2次電池と機器(負荷)の各々の接続を切り
換える切換器76と、各機器の運転を制御する電子制御
ユニット50とを備える。第3実施例の燃料電池システ
ム1Cが備える燃料電池スタック10,改質器16,電
子制御ユニット50は、改質器16に迂回路29の一部
が内蔵されていない点を除き、第1実施例の燃料電池シ
ステム1と同一の構成をしている。したがって、これら
の機器については、第1実施例の燃料電池システム1が
備える機器に付した符号と同一の符号を付し、その説明
は省略する。また、第3実施例の燃料電池システム1C
が備える他の機器についても、第1実施例の燃料電池シ
ステム1が備える機器と同一の構成のものについては、
同一の符号を付し、その説明は省略する。
Next, a fuel cell system 1C according to a third embodiment of the present invention will be described. FIG. 8 shows a third embodiment of the present invention.
It is a block diagram which illustrates the outline of composition of fuel cell system 1C which is an example. As shown in the figure, the fuel cell system 1C according to the third embodiment has a solid polymer type fuel cell stack 10 that receives fuel to generate electricity, a methanol tank 12, a methanol tank, and a water tank 14. A reformer 16 for producing hydrogen-rich gas (fuel gas) from water and an output terminal 11 of the fuel cell stack 10.
A secondary battery 75 capable of supplying electric power to a device (load) such as a motor (not shown) connected to a and 11b, and a switch 76 for switching connection between the fuel cell stack 10, the secondary battery and the device (load). And an electronic control unit 50 that controls the operation of each device. The fuel cell stack 10, the reformer 16, and the electronic control unit 50 included in the fuel cell system 1C of the third embodiment are the same as the first embodiment except that a part of the bypass 29 is not built in the reformer 16. It has the same configuration as the example fuel cell system 1. Therefore, these devices are denoted by the same reference symbols as those assigned to the devices included in the fuel cell system 1 of the first embodiment, and the description thereof is omitted. In addition, the fuel cell system 1C of the third embodiment
As for other devices included in the above, those having the same configuration as the devices included in the fuel cell system 1 of the first embodiment are
The same reference numerals are given and the description thereof is omitted.

【0085】燃料電池スタック10のアノード側ガス入
口10aは、燃料ガス供給通路22により改質器16に
接続されており、アノード側ガス出口10bは、燃料ガ
ス排出通路24により改質器16に接続されている。こ
の燃料ガス供給通路22および燃料ガス排出通路24に
は、電磁背圧弁72,74が設けられている。この電磁
背圧弁72,74は、燃料電池スタック10内の燃料ガ
スの圧力Pを電磁背圧弁72および電磁背圧弁74に設
定した設定圧力PSに調整する弁である。電磁背圧弁7
2,74は、この圧力の調整用に各々が備える背圧室が
連絡されており、連動して制御される。なお、電磁背圧
弁72,74は、導電ラインにより電子制御ユニット5
0に接続されており、電子制御ユニット50による駆動
制御を受ける。
The anode gas inlet 10a of the fuel cell stack 10 is connected to the reformer 16 by the fuel gas supply passage 22, and the anode gas outlet 10b is connected to the reformer 16 by the fuel gas discharge passage 24. Has been done. Electromagnetic back pressure valves 72 and 74 are provided in the fuel gas supply passage 22 and the fuel gas discharge passage 24. The electromagnetic back pressure valves 72, 74 are valves that adjust the pressure P of the fuel gas in the fuel cell stack 10 to the set pressure PS set in the electromagnetic back pressure valve 72 and the electromagnetic back pressure valve 74. Electromagnetic back pressure valve 7
2 and 74 are connected to back pressure chambers provided for adjusting the pressure, and are controlled in conjunction with each other. The electromagnetic back pressure valves 72 and 74 are connected to the electronic control unit 5 by a conductive line.
It is connected to 0 and is controlled by the electronic control unit 50.

【0086】燃料電池スタック10のカソード側ガス入
口10cは、酸化ガス供給通路42によりブロワ46に
接続されている。燃料電池スタック10の酸化ガス側の
排出ガスは、カソード側ガス出口10dから酸化ガス排
出通路44を介して図示しない水回収器により排出ガス
中の水が回収された後に外気に解放される。
The cathode side gas inlet 10c of the fuel cell stack 10 is connected to the blower 46 by the oxidizing gas supply passage 42. The exhaust gas on the oxidizing gas side of the fuel cell stack 10 is released to the outside air after water in the exhaust gas is recovered from a cathode side gas outlet 10d via an oxidizing gas exhaust passage 44 by a water recovery device (not shown).

【0087】燃料電池スタック10には、燃料電池スタ
ック10内の燃料ガスの圧力Pを検出する圧力センサ1
0eが設けられている。また、燃料電池スタック10の
出力端子11a,11bは、切換器76が介挿された電
力供給ライン78により図示しないモータ等の機器(負
荷)に接続されている。
The fuel cell stack 10 has a pressure sensor 1 for detecting the pressure P of the fuel gas in the fuel cell stack 10.
0e is provided. The output terminals 11a and 11b of the fuel cell stack 10 are connected to a device (load) such as a motor (not shown) by a power supply line 78 in which a switch 76 is inserted.

【0088】2次電池75は、切換器76に接続されて
おり、この切換器76により燃料電池スタック10の出
力端子11a,11bに接続されることにより、燃料電
池スタック10により出力される電力を充電する。
The secondary battery 75 is connected to the switch 76, and by connecting the switch 76 to the output terminals 11a and 11b of the fuel cell stack 10, the power output from the fuel cell stack 10 is changed. To charge.

【0089】切換器76は、燃料電池スタック10の出
力端子11a,11bと図示しないモータ等の機器(負
荷)との接続および遮断、2次電池75と機器(負荷)
との接続および遮断、燃料電池スタック10の出力端子
11a,11bと2次電池75との接続および遮断を、
各々独立に切り換える切換器である。この切換器76
は、導電ラインにより電子制御ユニット50に接続され
ており、電子制御ユニット50による駆動制御を受け
る。
The switch 76 connects and disconnects the output terminals 11a and 11b of the fuel cell stack 10 and a device (load) such as a motor (not shown), and the secondary battery 75 and the device (load).
Connection and disconnection between the output terminals 11a and 11b of the fuel cell stack 10 and the secondary battery 75,
It is a switching device that switches each independently. This switch 76
Are connected to the electronic control unit 50 by a conductive line and are controlled by the electronic control unit 50.

【0090】こうして構成された第3実施例の燃料電池
システム1Cは、定常運転状態では電磁背圧弁72およ
び電磁背圧弁74により燃料電池スタック10の燃料ガ
スの圧力Pが所定の圧力に調整されており、切換器76
により燃料電池スタック10の出力端子11a,11b
が電力供給ライン78によりモータ等の機器(負荷)に
接続されている。こうした状態で、燃料電池スタック1
0が効率よく安定して発電するよう、第1実施例の燃料
電池システム1と同様に、電子制御ユニット50によ
り、メタノールタンク12および水タンク14から改質
器16へのメタノールおよび水の供給流量の制御、改質
器16を加熱するバーナー16aへの燃料ガスの供給量
の制御、燃料電池スタック10への酸化ガスの供給量の
制御等が行なわれ、燃料電池スタック10の出力端子1
1a,11bに電力供給ライン78を介して接続された
モータ等の機器(負荷)に燃料電池スタック10で生じ
た電力を供給する。
In the fuel cell system 1C of the third embodiment thus constructed, the pressure P of the fuel gas in the fuel cell stack 10 is adjusted to a predetermined pressure by the electromagnetic back pressure valve 72 and the electromagnetic back pressure valve 74 in the steady operation state. Cage, switch 76
Output terminals 11a and 11b of the fuel cell stack 10
Is connected to a device (load) such as a motor by a power supply line 78. In such a state, the fuel cell stack 1
As in the fuel cell system 1 of the first embodiment, the flow rate of methanol and water supplied from the methanol tank 12 and the water tank 14 to the reformer 16 is controlled by the electronic control unit 50 so that 0 can efficiently and stably generate power. Control of the fuel gas to the burner 16a for heating the reformer 16, control of the supply amount of the oxidizing gas to the fuel cell stack 10, etc. are performed.
Electric power generated in the fuel cell stack 10 is supplied to a device (load) such as a motor connected to the power supply line 78 to the power supply lines 1a and 11b.

【0091】第3実施例の燃料電池システム1Cの電子
制御ユニット50では、燃料電池スタック10の運転を
停止する際、図9に例示する運転停止制御ルーチンが実
行される。このルーチンは、第1実施例の燃料電池シス
テム1における運転停止制御ルーチンと同様に、操作者
が燃料電池システム1Cの電子制御ユニット50に対し
て燃料電池システム1Cの運転停止の指示を与えたと
き、あるいは燃料電池システム1に何らかの異常が検出
されたとき等に実行される。
In the electronic control unit 50 of the fuel cell system 1C of the third embodiment, when stopping the operation of the fuel cell stack 10, the operation stop control routine illustrated in FIG. 9 is executed. This routine is similar to the operation stop control routine in the fuel cell system 1 of the first embodiment, when the operator gives an instruction to stop the operation of the fuel cell system 1C to the electronic control unit 50 of the fuel cell system 1C. Alternatively, it is executed when any abnormality is detected in the fuel cell system 1.

【0092】本ルーチンが実行されると、CPU52
は、まず、入出力ポート58を介して切換器76に駆動
信号を出力し、この切換器76の切り換えにより燃料電
池スタック10の出力端子11a,11bと機器(負
荷)との接続を遮断すると共に、この出力端子11a,
11bと2次電池75とを接続する(ステップS30
0)。この切り換えにより、その後、燃料電池スタック
10が完全に停止するまでに発電される電力は、2次電
池75に充電される。
When this routine is executed, the CPU 52
First, a drive signal is output to the switching unit 76 via the input / output port 58, and switching of the switching unit 76 cuts off the connection between the output terminals 11a and 11b of the fuel cell stack 10 and the device (load). , This output terminal 11a,
11b and the secondary battery 75 are connected (step S30).
0). By this switching, electric power generated thereafter until the fuel cell stack 10 is completely stopped charges the secondary battery 75.

【0093】次いで、圧力センサ10eにより検出され
る燃料電池スタック10内の燃料ガスの圧力Pを入出力
ポート58を介して読み込み(ステップS302)、こ
の読み込んだ圧力Pが大気圧であるかを判定する(ステ
ップS304)。圧力Pが大気圧のときには、本ルーチ
ンを終了するが、燃料電池スタック10の運転停止の指
示の直後では、圧力Pは大気圧以上であるから、通常
は、次のステップS306に進む。
Next, the pressure P of the fuel gas in the fuel cell stack 10 detected by the pressure sensor 10e is read through the input / output port 58 (step S302), and it is determined whether the read pressure P is atmospheric pressure. (Step S304). When the pressure P is the atmospheric pressure, this routine is ended, but immediately after the instruction to stop the operation of the fuel cell stack 10 is made, the pressure P is equal to or higher than the atmospheric pressure, and therefore the routine normally proceeds to the next step S306.

【0094】ステップS304で、圧力Pが大気圧でな
いと判断されると、この圧力Pから所定値△Pを減じて
燃料電池スタック10内の燃料ガスの設定圧力PSを算
出し(ステップS306)、所定時間経過するのを待っ
て(ステップS308)、ステップS302の処理に戻
る。ここで、所定値△Pは、所定時間毎に燃料電池スタ
ック10内の圧力Pを減圧する際の減圧量であり、燃料
電池スタック10の構造や容量等により定められる。設
定圧力PSがセットされると、燃料電池スタック10内
の燃料ガスの圧力Pがこの設定圧力PSとなるよう電磁
背圧弁72および電磁背圧弁74が駆動制御される。ま
た、設定圧力PSが設定されてからステップS302に
戻るまでに設定される所定時間(ステップS308)
は、燃料電池スタック10内の燃料ガスの圧力Pが所定
値△Pだけ減圧された設定圧力PSに調整されるまでに
要する時間以上の時間として設定されるものであり、燃
料電池スタック10の構造や容量,電磁背圧弁72,電
磁背圧弁74の応答性等によって定められる。
When it is determined in step S304 that the pressure P is not the atmospheric pressure, the predetermined value ΔP is subtracted from this pressure P to calculate the set pressure PS of the fuel gas in the fuel cell stack 10 (step S306). After waiting for a predetermined time (step S308), the process returns to step S302. Here, the predetermined value ΔP is a pressure reduction amount when the pressure P in the fuel cell stack 10 is reduced at predetermined time intervals, and is determined by the structure and capacity of the fuel cell stack 10. When the set pressure PS is set, the electromagnetic back pressure valve 72 and the electromagnetic back pressure valve 74 are drive-controlled so that the pressure P of the fuel gas in the fuel cell stack 10 becomes the set pressure PS. In addition, a predetermined time set after the set pressure PS is set and before returning to step S302 (step S308)
Is set as a time equal to or longer than the time required until the pressure P of the fuel gas in the fuel cell stack 10 is adjusted to the set pressure PS reduced by a predetermined value ΔP. And the capacity, the response of the electromagnetic back pressure valve 72, the electromagnetic back pressure valve 74, and the like.

【0095】このステップS302ないしS308の処
理は、燃料電池スタック10内の燃料ガスの圧力Pが大
気圧になるまで繰り返し実行される。なお、燃料電池ス
タック10の電解質膜61の両側の圧力の均衡を図る観
点から、こうした燃料ガスの減圧処理に伴って酸化ガス
の圧力も徐々に低下させる構成、すなわち、酸化ガス供
給通路42および酸化ガス排出通路44にも電磁背圧弁
72および電磁背圧弁74と同様な電磁背圧弁を設け、
図9の運転停止制御ルーチンのステップS302ないし
308と同様な処理を行なう構成とするのが好ましい。
The processing of steps S302 to S308 is repeatedly executed until the pressure P of the fuel gas in the fuel cell stack 10 becomes atmospheric pressure. From the viewpoint of balancing the pressures on both sides of the electrolyte membrane 61 of the fuel cell stack 10, the pressure of the oxidizing gas is gradually reduced with the depressurization process of the fuel gas, that is, the oxidizing gas supply passage 42 and the oxidizing gas. The gas exhaust passage 44 is also provided with an electromagnetic back pressure valve similar to the electromagnetic back pressure valve 72 and the electromagnetic back pressure valve 74,
It is preferable to perform the same processing as steps S302 to 308 of the operation stop control routine of FIG.

【0096】以上説明した第3実施例の燃料電池システ
ム1Cによれば、燃料電池スタック10内の燃料ガスの
圧力Pを徐々に大気圧まで減圧することにより、燃料電
池スタック10内の燃料ガスの多くを燃料電池スタック
10から排出することができる。また、燃料電池スタッ
ク10内に残留するメタノールは極めて少なくなるか
ら、燃料電池スタック10が冷えても、その内壁にメタ
ノールが凝結することはない。この結果、メタノールが
燃料電池スタック10内で凝結し、液化したメタノール
が、電解質膜61,アノード62およびカソード63の
接合体に浸透して、この接合体を分離するといった悪影
響を防止することができる。
According to the fuel cell system 1C of the third embodiment described above, the pressure P of the fuel gas in the fuel cell stack 10 is gradually reduced to the atmospheric pressure, so that the fuel gas in the fuel cell stack 10 is Most can be discharged from the fuel cell stack 10. Further, since the amount of methanol remaining in the fuel cell stack 10 is extremely small, even if the fuel cell stack 10 cools, the methanol does not condense on its inner wall. As a result, the methanol is condensed in the fuel cell stack 10, and the liquefied methanol permeates the joined body of the electrolyte membrane 61, the anode 62, and the cathode 63, so that the joined body can be prevented from being separated. .

【0097】なお、第3実施例の燃料電池システム1C
では、燃料電池スタック10内の燃料ガスの圧力Pを大
気圧まで減じたが、燃料ガス中のメタノールが燃料電池
スタック10の内壁に凝結しなければよいので、減じる
圧力は大気圧までに限られるものではない。また、第3
実施例の燃料電池システム1Cでは、圧力Pを徐々に減
圧したが、燃料電池スタック10の容量が小さいとき等
では、直ちに圧力Pを大気圧にする構成、すなわちステ
ップS308の所定時間経過するのを待たない構成とし
てもよい。
The fuel cell system 1C of the third embodiment
Then, the pressure P of the fuel gas in the fuel cell stack 10 is reduced to the atmospheric pressure. However, since the methanol in the fuel gas does not need to condense on the inner wall of the fuel cell stack 10, the reduced pressure is limited to the atmospheric pressure. Not a thing. Also, the third
In the fuel cell system 1C of the embodiment, the pressure P is gradually reduced, but when the capacity of the fuel cell stack 10 is small, the pressure P is immediately set to the atmospheric pressure, that is, the predetermined time of step S308 elapses. The configuration may not be waited.

【0098】次に、本発明の第4の実施例である燃料電
池システム1Dについて説明する。図10は、本発明の
第4実施例である燃料電池システム1Dの構成の概略を
例示するブロック図である。図示するように、第4実施
例の燃料電池システム1Dは、燃料の供給を受けて発電
する固体高分子型の燃料電池スタック10と、メタノー
ルタンク12に貯留されたメタノールと水タンク14に
貯留された水とから水素リッチガス(燃料ガス)を製造
する改質器16と、燃料電池スタック10の温度を調節
する温度調節機構80と、各機器の運転を制御する電子
制御ユニット50とを備える。第4実施例の燃料電池シ
ステム1Dが備える燃料電池スタック10,改質器1
6,電子制御ユニット50は、第1実施例の燃料電池シ
ステム1とほぼ同一の構成をしている。したがって、こ
れらの機器については、第1実施例の燃料電池システム
1が備える機器に付した符号と同一の符号を付し、その
詳細な説明は省略する。また、第4実施例の燃料電池シ
ステム1Dが備える他の機器についても、第1実施例の
燃料電池システム1が備える機器と同一の構成のものに
ついては、同一の符号を付し、その説明は省略する。
Next explained is a fuel cell system 1D according to the fourth embodiment of the invention. FIG. 10 is a block diagram illustrating the schematic configuration of the fuel cell system 1D according to the fourth embodiment of the present invention. As shown in the figure, the fuel cell system 1D of the fourth embodiment has a polymer electrolyte fuel cell stack 10 that receives fuel to generate electric power, a methanol tank 12 that stores methanol and a water tank 14 that stores electricity. The reformer 16 that produces hydrogen-rich gas (fuel gas) from water, the temperature adjustment mechanism 80 that adjusts the temperature of the fuel cell stack 10, and the electronic control unit 50 that controls the operation of each device are provided. Fuel cell stack 10 and reformer 1 included in the fuel cell system 1D of the fourth embodiment
6. The electronic control unit 50 has substantially the same configuration as the fuel cell system 1 of the first embodiment. Therefore, these devices are given the same reference numerals as the devices provided in the fuel cell system 1 of the first embodiment, and detailed description thereof is omitted. Also, regarding the other devices included in the fuel cell system 1D of the fourth embodiment, the same components as those included in the fuel cell system 1 of the first embodiment are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted. Omit it.

【0099】燃料電池スタック10のアノード側ガス入
口10aは、燃料ガス供給通路22により改質器16に
接続されており、アノード側ガス出口10bは、燃料ガ
ス排出通路24により改質器16に接続されている。こ
の燃料ガス供給通路22および燃料ガス排出通路24に
は、開閉弁である電磁弁32,33が設けられている。
また、この燃料ガス供給通路22の電磁弁32の上流側
は、連絡通路23Aにより燃料ガス排出通路24の電磁
弁33の下流側と連絡している。この連絡通路23Aに
は、開閉弁である電磁弁23Bが設けられている。これ
らの電磁弁32,33,23Bは、導電ラインにより電
子制御ユニット50に接続されており、電子制御ユニッ
ト50による駆動制御を受ける。
The anode side gas inlet 10a of the fuel cell stack 10 is connected to the reformer 16 by the fuel gas supply passage 22, and the anode side gas outlet 10b is connected to the reformer 16 by the fuel gas discharge passage 24. Has been done. The fuel gas supply passage 22 and the fuel gas discharge passage 24 are provided with solenoid valves 32 and 33 which are opening / closing valves.
The upstream side of the electromagnetic valve 32 of the fuel gas supply passage 22 is connected to the downstream side of the electromagnetic valve 33 of the fuel gas discharge passage 24 by a communication passage 23A. An electromagnetic valve 23B, which is an opening / closing valve, is provided in the communication passage 23A. These solenoid valves 32, 33, 23B are connected to the electronic control unit 50 by a conductive line, and receive drive control by the electronic control unit 50.

【0100】燃料電池スタック10には、燃料電池スタ
ック10内の温度TFを検出する温度センサ10fが設
けられている。この温度センサ10fは、電子制御ユニ
ット50に接続されている。
The fuel cell stack 10 is provided with a temperature sensor 10f for detecting the temperature TF in the fuel cell stack 10. The temperature sensor 10f is connected to the electronic control unit 50.

【0101】燃料電池スタック10のカソード側ガス入
口10cは、酸化ガス供給通路42によりブロワ46に
接続されている。燃料電池スタック10の酸化ガス側の
排出ガスは、カソード側ガス出口10dから酸化ガス排
出通路44を介して図示しない水回収器により排出ガス
中の水が回収された後に外気に解放される。
The cathode side gas inlet 10c of the fuel cell stack 10 is connected to the blower 46 by the oxidizing gas supply passage 42. The exhaust gas on the oxidizing gas side of the fuel cell stack 10 is released to the outside air after water in the exhaust gas is recovered from a cathode side gas outlet 10d via an oxidizing gas exhaust passage 44 by a water recovery device (not shown).

【0102】温度調節機構80は、改質器16に内蔵さ
れた改質器側熱交換器82と、燃料電池スタック10に
内蔵された燃料電池側熱交換器86と、外気と熱交換す
るラジエータ92とを備える。改質器側熱交換器82と
燃料電池側熱交換器86は、改質器側熱交換器82と燃
料電池側熱交換器86とに冷却水を循環させる循環流路
84により接続されており、この循環流路84の各流路
には開閉弁である電磁弁94,95が設けられている。
また、この循環流路84の燃料電池側熱交換器86と電
磁弁95との間には、循環流路84内の冷却水を循環さ
せるポンプ88が設けられている。ラジエータ92は、
ラジエータ流路90により、循環流路84のポンプ88
と電磁弁95との間および燃料電池側熱交換器86と電
磁弁94との間に接続されている。ラジエータ流路90
のラジエータ92の両側には、開閉弁である電磁弁9
6,97が設けられている。
The temperature adjusting mechanism 80 includes a reformer-side heat exchanger 82 incorporated in the reformer 16, a fuel cell-side heat exchanger 86 incorporated in the fuel cell stack 10, and a radiator for exchanging heat with the outside air. And 92. The reformer-side heat exchanger 82 and the fuel cell-side heat exchanger 86 are connected to the reformer-side heat exchanger 82 and the fuel cell-side heat exchanger 86 by a circulation flow path 84 that circulates cooling water. Electromagnetic valves 94 and 95, which are open / close valves, are provided in the respective channels of the circulation channel 84.
Further, a pump 88 for circulating the cooling water in the circulation flow passage 84 is provided between the fuel cell side heat exchanger 86 and the electromagnetic valve 95 in the circulation flow passage 84. The radiator 92 is
The radiator flow passage 90 allows the pump 88 of the circulation flow passage 84.
And the solenoid valve 95, and between the fuel cell side heat exchanger 86 and the solenoid valve 94. Radiator flow passage 90
On both sides of the radiator 92 of the
6,97 are provided.

【0103】次に、こうして構成された第4実施例の燃
料電池システム1Dの燃料電池スタック10の運転開始
の際の動作について、図11の運転開始制御ルーチンに
基づき説明する。このルーチンが実行される前の燃料電
池システム1Dでは、燃料電池スタック10の運転が停
止された状態、すなわち、燃料ガス供給通路22の電磁
弁32および連絡通路23Aの電磁弁23Bが閉、燃料
ガス排出通路24の電磁弁33が開、温度調節機構80
の循環流路84の電磁弁94,95が閉、ラジエータ流
路90の電磁弁96,97が開の状態である。
Next, the operation at the time of starting the operation of the fuel cell stack 10 of the fuel cell system 1D of the fourth embodiment thus constructed will be described based on the operation start control routine of FIG. In the fuel cell system 1D before this routine is executed, the operation of the fuel cell stack 10 is stopped, that is, the solenoid valve 32 of the fuel gas supply passage 22 and the solenoid valve 23B of the communication passage 23A are closed, and the fuel gas is closed. The electromagnetic valve 33 of the discharge passage 24 is opened, and the temperature control mechanism 80
The electromagnetic valves 94 and 95 of the circulation flow path 84 are closed, and the electromagnetic valves 96 and 97 of the radiator flow path 90 are open.

【0104】本ルーチンが実行されると、CPU52
は、まず、温度センサ10fにより検出される燃料電池
スタック10内の温度TFを入出力ポート58を介して
読み込み(ステップS400)、読み込んだ温度TFを
所定温度TFSと比較する(ステップS402)。ここ
で、所定温度TFSは、燃料電池スタック10の定常運
転状態での燃料ガスの圧力Pにおけるメタノールの沸点
TM以上の温度として設定されるものであり、以下に説
明するステップS402ないしS408で燃料電池スタ
ック10を加熱する際の加熱終了時の温度(ステップS
408の所定温度TFS)である。本ルーチンが実行さ
れたときに、まず、このように燃料電池スタック10の
温度TFを検出し、加熱終了時の所定温度TFSと比較
するのは、燃料電池スタック10の運転停止後、燃料電
池スタック10が所定温度TFSより低い温度まで冷め
ないうちに、燃料電池スタック10の運転を開始された
場合には、直ちに、燃料電池スタック10へ燃料ガスを
供給するためである。
When this routine is executed, the CPU 52
First, the temperature TF in the fuel cell stack 10 detected by the temperature sensor 10f is read through the input / output port 58 (step S400), and the read temperature TF is compared with the predetermined temperature TFS (step S402). Here, the predetermined temperature TFS is set as a temperature equal to or higher than the boiling point TM of methanol at the pressure P of the fuel gas in the steady operation state of the fuel cell stack 10, and in steps S402 to S408 described below, the fuel cell Temperature at the end of heating when heating the stack 10 (step S
408 predetermined temperature TFS). When this routine is executed, first, the temperature TF of the fuel cell stack 10 is thus detected and compared with the predetermined temperature TFS at the end of heating after the operation of the fuel cell stack 10 is stopped. This is because when the operation of the fuel cell stack 10 is started before the fuel cell stack 10 is cooled to a temperature lower than the predetermined temperature TFS, the fuel gas is immediately supplied to the fuel cell stack 10.

【0105】通常は、燃料電池スタック10は冷えてい
るから、ステップS402では、温度TFは所定温度T
FSより低いと判断され、燃料電池スタック10を加熱
するための流路が形成される(ステップS404)。す
なわち、燃料ガス排出通路24の電磁弁33を閉とし、
連絡通路23Aの電磁弁23Bを開として、改質器16
により製造される燃料ガスのすべてが改質器16のバー
ナー16aに供給されるよう燃料ガスの流路を形成し
(図10中のポイントL,M,N,O,Pの経路にて供
給)、これと同時に、循環流路84の電磁弁94,95
を開とし、ラジエータ流路90の電磁弁96,97を閉
として、冷却水が改質器側熱交換器82と燃料電池側熱
交換器86とを循環するよう冷却水の流路を形成する
(図10中のポイントA,B,C,D,E,F,Gの経
路で循環)。
Since the fuel cell stack 10 is normally cold, the temperature TF is set to the predetermined temperature T in step S402.
It is determined that the temperature is lower than FS, and a flow path for heating the fuel cell stack 10 is formed (step S404). That is, the electromagnetic valve 33 of the fuel gas discharge passage 24 is closed,
The solenoid valve 23B in the communication passage 23A is opened to open the reformer 16
A fuel gas flow path is formed so that all of the fuel gas produced by the method of FIG. At the same time, the solenoid valves 94, 95 of the circulation flow path 84
Is opened and the electromagnetic valves 96 and 97 of the radiator passage 90 are closed to form a passage of cooling water so that the cooling water circulates between the reformer side heat exchanger 82 and the fuel cell side heat exchanger 86. (Circulation along the route of points A, B, C, D, E, F, G in FIG. 10).

【0106】このように燃料ガスの流路を形成すること
により、改質器16により製造される総ての燃料ガスが
バーナー16aに供給され、改質器16を加熱する。一
方、上記のように冷却水の流路が形成されることによ
り、冷却水が改質器側熱交換器82と燃料電池側熱交換
器86とを循環するから、改質器16に加えられる熱
は、改質器側熱交換器82と燃料電池側熱交換器86と
を循環する冷却水を介して燃料電池スタック10に伝え
られ、燃料電池スタック10が暖められる。
By forming the fuel gas flow path in this manner, all the fuel gas produced by the reformer 16 is supplied to the burner 16a to heat the reformer 16. On the other hand, since the cooling water flow path is formed as described above, the cooling water circulates through the reformer-side heat exchanger 82 and the fuel cell-side heat exchanger 86, and thus is added to the reformer 16. The heat is transferred to the fuel cell stack 10 via the cooling water circulating through the reformer side heat exchanger 82 and the fuel cell side heat exchanger 86, and the fuel cell stack 10 is warmed up.

【0107】こうして燃料電池スタック10を加熱する
ための流路が形成され、燃料電池スタック10の加熱が
始まると、CPU52は、温度センサ10fにより検出
される燃料電池スタック10の温度TFを読み込み(ス
テップS406)、読み込んだ温度TFと所定温度TF
Sとを比較する(ステップS408)。燃料電池スタッ
ク10の温度TFが所定温度TFS未満のときには、燃
料電池スタック10が運転を開始する温度に至っていな
いと判断して、再び燃料電池スタック10の温度TFを
読み込む処理(ステップS406)を実行する。
In this way, the flow path for heating the fuel cell stack 10 is formed, and when the heating of the fuel cell stack 10 starts, the CPU 52 reads the temperature TF of the fuel cell stack 10 detected by the temperature sensor 10f (step S406), read temperature TF and predetermined temperature TF
It is compared with S (step S408). When the temperature TF of the fuel cell stack 10 is lower than the predetermined temperature TFS, it is determined that the temperature at which the fuel cell stack 10 starts to operate is not reached, and the process of reading the temperature TF of the fuel cell stack 10 again (step S406) is executed. To do.

【0108】こうして、燃料電池スタック10の温度T
Fが所定温度TFS以上となるまで、繰り返しステップ
S406とS408の処理を行ない、燃料電池スタック
10の温度TFが所定温度TFS以上になると、燃料電
池スタック10を加熱するための流路に代えて燃料電池
スタック10を冷却するための流路を形成すると共に
(ステップS410)、燃料電池スタック10への燃料
ガスの供給を開始して(ステップS412)、燃料電池
スタック10の運転を開始する。すなわち、燃料ガス供
給通路22の電磁弁32および燃料ガス排出通路24の
電磁弁33を開とし、連絡通路23Aの電磁弁23Bを
閉として、改質器16により製造される燃料ガスが燃料
電池スタック10に供給されるよう燃料ガスの流路を形
成し、これと同時に、循環流路84の電磁弁94,95
を閉とし、ラジエータ流路90の電磁弁96,97を開
として、冷却水が燃料電池側熱交換器86とラジエータ
92とを循環するよう冷却水の流路を形成する。通常運
転状態にある燃料電池スタック10は発熱するから、こ
のように冷却水の流路を形成し、温度センサ10fによ
り検出される燃料電池スタック10の温度TFに基づい
てポンプ88の回転数を駆動制御して、燃料電池スタッ
ク10の温度TFを燃料電池スタック10が効率よく発
電するための理想的な温度に制御される。
Thus, the temperature T of the fuel cell stack 10 is
The processes of steps S406 and S408 are repeatedly performed until F becomes equal to or higher than the predetermined temperature TFS. A flow path for cooling the cell stack 10 is formed (step S410), supply of fuel gas to the fuel cell stack 10 is started (step S412), and the operation of the fuel cell stack 10 is started. That is, the electromagnetic valve 32 of the fuel gas supply passage 22 and the electromagnetic valve 33 of the fuel gas discharge passage 24 are opened, and the electromagnetic valve 23B of the communication passage 23A is closed, so that the fuel gas produced by the reformer 16 is fed into the fuel cell stack. A fuel gas flow path is formed so that the fuel gas is supplied to the solenoid valve 10.
Is closed and the electromagnetic valves 96 and 97 of the radiator flow path 90 are opened to form a flow path of cooling water so that the cooling water circulates between the fuel cell side heat exchanger 86 and the radiator 92. Since the fuel cell stack 10 in the normal operation state generates heat, the flow path of the cooling water is formed in this way, and the rotation speed of the pump 88 is driven based on the temperature TF of the fuel cell stack 10 detected by the temperature sensor 10f. The temperature TF of the fuel cell stack 10 is controlled to an ideal temperature for the fuel cell stack 10 to efficiently generate power.

【0109】以上説明した第4実施例の燃料電池システ
ム1Dによれば、燃料電池スタック10に燃料ガスを供
給する前に燃料電池スタック10の温度をメタノールの
沸点TM以上の所定温度TFSに加熱するから、燃料電
池スタック10に供給される燃料ガスが冷えるのを防止
することができる。この結果、燃料ガスに未反応のメタ
ノールが含まれる場合でも、メタノールが燃料電池スタ
ック10内で液化することはない。また、運転開始前に
燃料電池スタック10内に液化したメタノールが存在し
ても、このメタノールは燃料電池スタック10の加熱に
より気化するから、燃料ガスの燃料電池スタック10へ
の供給の開始に伴い、直ちに燃料電池スタック10から
排出することができる。しかも、燃料電池スタック10
は、定常運転状態に近い温度まで暖められるから、運転
開始直後から安定した電力を機器(負荷)に供給するこ
とができる。
According to the fuel cell system 1D of the fourth embodiment described above, the temperature of the fuel cell stack 10 is heated to the predetermined temperature TFS equal to or higher than the boiling point TM of methanol before the fuel gas is supplied to the fuel cell stack 10. Therefore, the fuel gas supplied to the fuel cell stack 10 can be prevented from cooling. As a result, even if the fuel gas contains unreacted methanol, the methanol is not liquefied in the fuel cell stack 10. Further, even if liquefied methanol is present in the fuel cell stack 10 before the start of operation, this methanol is vaporized by heating the fuel cell stack 10. Therefore, with the start of the supply of fuel gas to the fuel cell stack 10, It can be immediately discharged from the fuel cell stack 10. Moreover, the fuel cell stack 10
Can be heated to a temperature close to a steady operation state, and thus stable power can be supplied to the device (load) immediately after the start of operation.

【0110】なお、第4実施例の燃料電池システム1D
では、所定温度TFSを燃料電池スタック10の定常運
転状態での燃料ガスの圧力Pにおけるメタノールの沸点
TM以上の温度として設定したが、この所定温度TFS
は、燃料電池スタック10の温度TFを高くしすぎない
よう燃料電池スタック10が定常運転状態で効率よく発
電するための理想的な温度より低いことが好ましい。
The fuel cell system 1D of the fourth embodiment
Then, the predetermined temperature TFS is set as a temperature equal to or higher than the boiling point TM of methanol at the pressure P of the fuel gas in the steady operation state of the fuel cell stack 10, but the predetermined temperature TFS is set.
Is preferably lower than an ideal temperature for the fuel cell stack 10 to efficiently generate power in a steady operation state so as not to raise the temperature TF of the fuel cell stack 10 too much.

【0111】次に、本発明の第5の実施例である燃料電
池システム1Eについて説明する。図12は、本発明の
第5実施例である燃料電池システム1Eの構成の概略を
例示するブロック図である。図示するように、第5実施
例の燃料電池システム1Eは、燃料の供給を受けて発電
する固体高分子型の燃料電池スタック10と、メタノー
ルタンク12に貯留されたメタノールと水タンク14に
貯留された水とから水素リッチガス(燃料ガス)を製造
する改質器16と、燃料電池スタック10から排出され
る燃料ガス側の排出ガスから水を回収する第1回収器1
00と、第1回収器100の後段に設置され燃料ガス側
の排出ガスからメタノールを回収する第2回収器110
と、各機器の運転を制御する電子制御ユニット50とを
備える。第5実施例の燃料電池システム1Eが備える燃
料電池スタック10,改質器16,電子制御ユニット5
0は、第1実施例の燃料電池システム1と同一の構成を
している。したがって、これらの機器については、第1
実施例の燃料電池システム1が備える機器に付した符号
と同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。ま
た、第5実施例の燃料電池システム1Eが備える他の機
器についても、第1実施例の燃料電池システム1が備え
る機器と同一の構成のものについては、同一の符号を付
し、その説明は省略する。
Next explained is a fuel cell system 1E according to the fifth embodiment of the invention. FIG. 12 is a block diagram illustrating the outline of the configuration of a fuel cell system 1E that is the fifth embodiment of the present invention. As shown in the figure, the fuel cell system 1E of the fifth embodiment includes a polymer electrolyte fuel cell stack 10 that receives fuel to generate electricity, a methanol tank 12, and a methanol and water tank 14. A reformer 16 that produces hydrogen-rich gas (fuel gas) from water and a first collector 1 that collects water from the fuel gas-side exhaust gas discharged from the fuel cell stack 10.
00 and a second collector 110 installed in the latter stage of the first collector 100 for collecting methanol from the exhaust gas on the fuel gas side.
And an electronic control unit 50 that controls the operation of each device. The fuel cell stack 10, the reformer 16, and the electronic control unit 5 included in the fuel cell system 1E of the fifth embodiment.
0 has the same configuration as the fuel cell system 1 of the first embodiment. Therefore, for these devices,
The same reference numerals are given to the devices included in the fuel cell system 1 of the embodiment, and the detailed description thereof will be omitted. Also, regarding the other devices included in the fuel cell system 1E of the fifth embodiment, the same components as those of the fuel cell system 1 of the first embodiment are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted. Omit it.

【0112】燃料電池スタック10のアノード側ガス入
口10aは、燃料ガス供給通路22により改質器16に
接続されており、アノード側ガス出口10bは、燃料ガ
ス排出通路24により改質器16に接続されている。こ
の燃料ガス排出通路24には、改質器16との間に第1
回収器100および第2回収器110がシリーズに介挿
されている。
The anode gas inlet 10a of the fuel cell stack 10 is connected to the reformer 16 by the fuel gas supply passage 22, and the anode gas outlet 10b is connected to the reformer 16 by the fuel gas discharge passage 24. Has been done. The fuel gas discharge passage 24 has a first space between the reformer 16 and
The collection device 100 and the second collection device 110 are inserted in the series.

【0113】燃料電池スタック10には、燃料電池スタ
ック10内の燃料ガスの圧力Pを検出する圧力センサ1
0eと、燃料電池スタック10内の温度TFを検出する
温度センサ10fが設けられている。この圧力センサ1
0eと温度センサ10fは、導電ラインにより電子制御
ユニット50に接続されている。
The fuel cell stack 10 includes a pressure sensor 1 for detecting the pressure P of the fuel gas in the fuel cell stack 10.
0e and a temperature sensor 10f for detecting the temperature TF in the fuel cell stack 10 are provided. This pressure sensor 1
0e and the temperature sensor 10f are connected to the electronic control unit 50 by a conductive line.

【0114】燃料電池スタック10のカソード側ガス入
口10cは、酸化ガス供給通路42によりブロワ46に
接続されている。燃料電池スタック10の酸化ガス側の
排出ガスは、カソード側ガス出口10dから酸化ガス排
出通路44を介して図示しない水回収器により排出ガス
中の水が回収された後に外気に解放される。
The cathode side gas inlet 10c of the fuel cell stack 10 is connected to the blower 46 by the oxidizing gas supply passage 42. The exhaust gas on the oxidizing gas side of the fuel cell stack 10 is released to the outside air after water in the exhaust gas is recovered from a cathode side gas outlet 10d via an oxidizing gas exhaust passage 44 by a water recovery device (not shown).

【0115】第1回収器100は、定常運転状態にある
燃料電池スタック10内の燃料ガスの圧力Pにおけるメ
タノールの沸点TM以上の温度で、かつ、この圧力Pに
おける水の沸点未満の温度である所定温度TWSに調整
された恒温タンクであり、この温度で燃料ガス側の排出
ガス中の水を凝縮することにより回収する。なお、図示
しないが、第1回収器100は、第1回収器100内の
温度を検出する温度センサと、第1回収器100内の温
度を調節する温度調節装置とを備えており、この温度セ
ンサにより検出された温度に基づいて電子制御ユニット
50が温度調節装置を駆動制御することにより、第1回
収器100内が常に所定温度TWSとなるよう調節され
ている。また、第1回収器100は、開閉弁である電磁
弁104が設けられた第1回収流路102により水タン
ク14に接続されており、電磁弁104を開閉すること
により第1回収器100で回収した水を水タンク14に
戻す。
The first collector 100 has a temperature equal to or higher than the boiling point TM of methanol at the pressure P of the fuel gas in the fuel cell stack 10 in the steady operation state and lower than the boiling point of water at the pressure P. It is a constant temperature tank adjusted to a predetermined temperature TWS, and collects water by condensing water in the exhaust gas on the fuel gas side at this temperature. Although not shown, the first recovery device 100 includes a temperature sensor that detects the temperature inside the first recovery device 100 and a temperature adjustment device that adjusts the temperature inside the first recovery device 100. The electronic control unit 50 drives and controls the temperature adjusting device based on the temperature detected by the sensor, so that the inside of the first recovery unit 100 is constantly adjusted to the predetermined temperature TWS. Further, the first recovery device 100 is connected to the water tank 14 by a first recovery flow path 102 provided with an electromagnetic valve 104 which is an opening / closing valve, and by opening / closing the electromagnetic valve 104, the first recovery device 100 is operated. The recovered water is returned to the water tank 14.

【0116】こうした第1回収器100では、第1回収
器100の調整温度である所定温度TWSをメタノール
の沸点TM以上とすることにより排出ガス中のメタノー
ルを凝縮させず、水の沸点未満とすることにより排出ガ
ス中の水のみを凝縮させることができる。
In the first recovery unit 100, the predetermined temperature TWS, which is the adjusted temperature of the first recovery unit 100, is set to be equal to or higher than the boiling point TM of methanol so that the methanol in the exhaust gas is not condensed and is lower than the boiling point of water. As a result, only the water in the exhaust gas can be condensed.

【0117】第2回収器110は、定常運転状態にある
燃料電池スタック10内の燃料ガスの圧力Pにおけるメ
タノールの沸点TM未満の所定温度TMSに調整された
恒温タンクであり、この温度で第1回収器100から排
出される排出ガス中のメタノールを凝縮することにより
回収する。なお、図示しないが、第2回収器110も第
1回収器100と同様に、第2回収器110内の温度を
検出する温度センサと、第2回収器110内の温度を調
節する温度調節装置とを備えており、この温度センサに
より検出された温度に基づいて電子制御ユニット50が
温度調節装置を駆動制御することにより、第2回収器1
10内が常に所定温度TMSとなるよう調節されてい
る。また、第2回収器110は、開閉弁である電磁弁1
14が設けられた第2回収流路112によりメタノール
タンク12に接続されており、電磁弁114を開閉する
ことにより第2回収器110で回収したメタノールをメ
タノールタンク12に戻す。
The second collector 110 is a constant temperature tank adjusted to a predetermined temperature TMS which is lower than the boiling point TM of methanol at the pressure P of the fuel gas in the fuel cell stack 10 in the steady operation state. It collects by condensing the methanol in the exhaust gas discharged from the collector 100. Although not shown, the second recovery unit 110, like the first recovery unit 100, has a temperature sensor for detecting the temperature inside the second recovery unit 110 and a temperature adjusting device for adjusting the temperature inside the second recovery unit 110. And the electronic control unit 50 drives and controls the temperature adjusting device based on the temperature detected by the temperature sensor.
The inside of 10 is always adjusted to a predetermined temperature TMS. In addition, the second recovery device 110 is a solenoid valve 1 that is an opening / closing valve.
The second recovery flow path 112 provided with 14 is connected to the methanol tank 12, and the solenoid valve 114 is opened and closed to return the methanol recovered by the second recovery device 110 to the methanol tank 12.

【0118】こうした第2回収器110では、第2回収
器110の調整温度である所定温度TMSをメタノール
の沸点TM未満とすることにより、第1回収器100で
凝縮しなかった排出ガス中のメタノールを凝縮させるこ
とができる。第2回収器110の調整温度である所定温
度TMSは、第1回収器100の調整温度である所定温
度TWSより低いから、第1回収器100から排出され
る排出ガスは所定温度TWSでの飽和水蒸気を含み、第
2回収器110では、この飽和水蒸気の一部も凝結し、
第2回収器110で回収されるメタノールには、この凝
結した水が混在することになる。このように第2回収器
110で回収されるメタノールに多少の水が混在して
も、回収されたメタノールがメタノールタンク12に戻
され、メタノールタンク12から改質器16に供給され
る際に水タンク14からの水と混合され気化されるか
ら、改質器16の運転には何等影響を与えるものではな
い。
In such a second recovery device 110, the predetermined temperature TMS, which is the adjusted temperature of the second recovery device 110, is set below the boiling point TM of methanol, so that the methanol in the exhaust gas that has not condensed in the first recovery device 100 is Can be condensed. Since the predetermined temperature TMS that is the adjustment temperature of the second recovery device 110 is lower than the predetermined temperature TWS that is the adjustment temperature of the first recovery device 100, the exhaust gas discharged from the first recovery device 100 is saturated at the predetermined temperature TWS. In the second recovery device 110, which contains water vapor, a part of the saturated water vapor is condensed,
The condensed water is mixed with the methanol recovered in the second recovery device 110. As described above, even if some amount of water is mixed in the methanol recovered by the second recovery unit 110, the recovered methanol is returned to the methanol tank 12 and is supplied to the reformer 16 from the methanol tank 12 with water. Since it is mixed with water from the tank 14 and vaporized, it does not affect the operation of the reformer 16.

【0119】第2回収器110から排出される排ガス
は、改質器16のバーナー16aに送られ、排ガス中の
水素が燃焼される。
The exhaust gas discharged from the second recovery unit 110 is sent to the burner 16a of the reformer 16 and the hydrogen in the exhaust gas is burned.

【0120】以上説明した第5実施例の燃料電池システ
ム1Eによれば、燃料電池スタック10から排出される
燃料ガス側の排出ガスから、第1回収器100で水を回
収し、第2回収器110でメタノールを回収して、それ
ぞれ水タンク14およびメタノールタンク12に戻すこ
とができ、システムの水系統にメタノールが混在するの
を防止することができる。この結果、システムの水系統
にメタノールが混在することによる水系統の配管等の腐
食や強度の低下といった不都合を回避することができ
る。したがって、システムの水系統の配管等の材質を耐
メタノール性の材料とする必要がない。
According to the fuel cell system 1E of the fifth embodiment described above, water is recovered from the exhaust gas on the fuel gas side discharged from the fuel cell stack 10 by the first recovery device 100 and the second recovery device is recovered. The methanol can be recovered at 110 and returned to the water tank 14 and the methanol tank 12, respectively, and it is possible to prevent methanol from being mixed in the water system of the system. As a result, it is possible to avoid inconveniences such as corrosion of pipes of the water system and deterioration of strength due to the mixture of methanol in the water system of the system. Therefore, it is not necessary to use materials such as pipes of the water system of the system that are resistant to methanol.

【0121】なお、第5実施例の燃料電池システム1E
では、第1回収器100および第2回収器110を燃料
電池スタック10の燃料ガス排出通路24に介挿し、燃
料電池スタック10から排出される燃料ガス側の排出ガ
スから水とメタノールとを分離して回収したが、第1回
収器100および第2回収器110を酸化ガス排出通路
44に介挿し、燃料電池スタック10から排出される酸
化ガス側の排出ガスから水とメタノールとを分離して回
収する構成としてもよい。
Incidentally, the fuel cell system 1E of the fifth embodiment.
Then, the first collector 100 and the second collector 110 are inserted in the fuel gas discharge passage 24 of the fuel cell stack 10 to separate water and methanol from the fuel gas side exhaust gas discharged from the fuel cell stack 10. However, the first and second collectors 100 and 110 are inserted into the oxidizing gas discharge passage 44 to separate water and methanol from the oxidizing gas side exhaust gas discharged from the fuel cell stack 10 and collect them. It may be configured to.

【0122】次に、本発明の第6の実施例である燃料電
池システム1Fについて説明する。図13は、本発明の
第6実施例である燃料電池システム1Fの構成の一部の
例示するブロック図である。図示するように、第5実施
例の燃料電池システム1Eは、第5実施例の燃料電池シ
ステム1Eと同一の構成に加えて、燃料電池スタック1
0から排出される酸化ガス側の排出ガスに混在するメタ
ノールを酸化する酸化反応器120と、酸化ガス側の排
出ガスに含まれる水を回収する第3回収器130とを備
える。したがって、第6実施例の燃料電池システム1E
の構成のうち第5実施例の燃料電池システム1Eと同一
の構成については、同一の符号を付し、その説明は省略
する。
Next, a fuel cell system 1F which is a sixth embodiment of the present invention will be described. FIG. 13 is a block diagram illustrating a part of the configuration of the fuel cell system 1F according to the sixth embodiment of the present invention. As shown in the figure, the fuel cell system 1E according to the fifth embodiment has the same configuration as the fuel cell system 1E according to the fifth embodiment, as well as the fuel cell stack 1
The oxidation reactor 120 that oxidizes methanol mixed in the exhaust gas on the oxidizing gas side discharged from 0 and the third recovery unit 130 that recovers water contained in the exhaust gas on the oxidizing gas side. Therefore, the fuel cell system 1E of the sixth embodiment
The same configurations as those of the fuel cell system 1E of the fifth embodiment among the above configurations are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.

【0123】燃料電池スタック10のカソード側ガス出
口10dに接続された酸化ガス排出通路44には、酸化
反応器120と第3回収器130とがシリーズに介挿さ
れている。
In the oxidizing gas discharge passage 44 connected to the cathode side gas outlet 10d of the fuel cell stack 10, an oxidation reactor 120 and a third collector 130 are inserted in series.

【0124】図14は、酸化反応器120の構成の概略
を例示する説明図である。酸化反応器120は、円筒形
状の本体121と、本体121の内部の入口側と出口側
に若干の空間を設けて配置されその表面に白金触媒が担
持された蜂の巣状のハニカムチューブ122とを備え
る。酸化反応器120の内部の入口側の空間には、酸化
反応器120に導入された排出ガスの温度TGを検出す
る排出ガス温度センサ124が設けられており、ハニカ
ムチューブ122には、白金触媒の温度TSを検出する
触媒温度センサ126が設けられている。こうした排出
ガス温度センサ124と触媒温度センサ126は、導電
ラインにより電子制御ユニット50に接続されている。
FIG. 14 is an explanatory view illustrating the outline of the structure of the oxidation reactor 120. The oxidation reactor 120 includes a cylindrical main body 121, and a honeycomb-shaped honeycomb tube 122 having a space on the inlet side and the outlet side inside the main body 121 and having a platinum catalyst supported on the surface thereof. . An exhaust gas temperature sensor 124 for detecting the temperature TG of the exhaust gas introduced into the oxidation reactor 120 is provided in the space inside the oxidation reactor 120 on the inlet side. A catalyst temperature sensor 126 that detects the temperature TS is provided. The exhaust gas temperature sensor 124 and the catalyst temperature sensor 126 are connected to the electronic control unit 50 by a conductive line.

【0125】第3回収器130は、定常運転状態にある
燃料電池スタック10内の排出ガスの圧力Pにおける水
の沸点未満の所定温度TW3に調整された恒温タンクで
あり、この温度で燃料電池スタック10から排出される
酸化ガス側の排出ガス中の水を凝縮することにより回収
する。図示しないが、第3回収器130も第5実施例の
燃料電池システム1Eが備える第1回収器100と同様
に、第3回収器130内の温度を検出する温度センサ
と、第3回収器130内の温度を調節する温度調節装置
とを備えており、この温度センサにより検出された温度
に基づいて電子制御ユニット50が温度調節装置を駆動
制御することにより、第3回収器130内が常に所定温
度TW3となるよう調節されている。また、第3回収器
130は、開閉弁である電磁弁134が設けられた第3
回収流路132により水タンク14に接続されており、
電磁弁134を開閉することにより第3回収器130で
回収した水を水タンク14に戻す。なお、酸化反応器1
20から排出される排出ガスには、酸化反応器120で
メタノールが完全に酸化されているから、メタノールは
含まれないものとなり、第3回収器130で回収される
水には、メタノールは混在しない。
The third collector 130 is a constant temperature tank adjusted to a predetermined temperature TW3 lower than the boiling point of water at the pressure P of the exhaust gas in the fuel cell stack 10 in the steady operation state, and the fuel cell stack at this temperature. The water in the exhaust gas on the side of the oxidizing gas discharged from 10 is collected by condensing. Although not shown, the third collector 130 also has a temperature sensor for detecting the temperature in the third collector 130 and the third collector 130, as in the first collector 100 included in the fuel cell system 1E of the fifth embodiment. A temperature control device for controlling the temperature inside the electronic device, and the electronic control unit 50 drives and controls the temperature control device based on the temperature detected by the temperature sensor, so that the inside of the third recovery unit 130 is always kept at a predetermined level. The temperature is adjusted to TW3. In addition, the third recovery unit 130 has a third valve provided with an electromagnetic valve 134 that is an opening / closing valve.
Connected to the water tank 14 by a recovery channel 132,
The water recovered by the third recovery device 130 is returned to the water tank 14 by opening and closing the electromagnetic valve 134. The oxidation reactor 1
The exhaust gas discharged from 20 does not contain methanol because methanol is completely oxidized in the oxidation reactor 120, and the water recovered in the third recovery device 130 does not contain methanol. .

【0126】次に、こうして構成された第6実施例の燃
料電池システム1Fについて説明する。の定常運転状態
での動作について図15のメタノール濃度制御ルーチン
に基づき説明する。燃料電池システム1Fは、燃料電池
スタック10が効率よく発電するよう電子制御ユニット
50により、メタノールタンク12および水タンク14
から改質器16へのメタノールおよび水の供給流量の制
御、改質器16を加熱するバーナー16aへの燃料ガス
の供給量の制御、燃料電池スタック10の温度制御、第
1回収器100,第2回収器110および第3回収器1
30のそれぞれの温度制御等が行なわれる。これらの制
御のうち、燃料ガス中に含まれるメタノールの濃度によ
る制御について、図15に示すメタノール濃度制御ルー
チンに基づき説明する。本ルーチンは、例えば、燃料電
池システム1Fの運転を開始した後の定常運転状態時に
所定時間毎(例えば、10msec毎)に実行される。
Next, the fuel cell system 1F of the sixth embodiment thus constructed will be described. The operation in the steady operation state will be described based on the methanol concentration control routine of FIG. In the fuel cell system 1F, the methanol tank 12 and the water tank 14 are controlled by the electronic control unit 50 so that the fuel cell stack 10 efficiently generates electric power.
Control of the supply flow rate of methanol and water from the reformer 16 to the reformer 16, control of the supply amount of fuel gas to the burner 16a that heats the reformer 16, temperature control of the fuel cell stack 10, first recovery unit 100, 2 collector 110 and 3rd collector 1
Temperature control of each of the 30 is performed. Among these controls, the control based on the concentration of methanol contained in the fuel gas will be described based on the methanol concentration control routine shown in FIG. This routine is executed, for example, at every predetermined time (for example, every 10 msec) in the steady operation state after the operation of the fuel cell system 1F is started.

【0127】メタノール濃度制御ルーチンが実行される
と、CPU52は、排出ガス温度センサ124により検
出される酸化ガス側の排出ガスの温度TGと、触媒温度
センサ126により検出されるハニカムチューブ122
の表面に担持された白金触媒の温度TSとを入出力ポー
ト58を介して読み込む(ステップS500)。続い
て、白金触媒の温度TSから排出ガスの温度TGを減じ
て偏差△Tを算出し(ステップS502)、算出した偏
差△Tと閾値TRとを比較する(ステップS504)。
When the methanol concentration control routine is executed, the CPU 52 causes the temperature TG of the exhaust gas on the oxidizing gas side detected by the exhaust gas temperature sensor 124 and the honeycomb tube 122 detected by the catalyst temperature sensor 126.
The temperature TS of the platinum catalyst carried on the surface of the is read via the input / output port 58 (step S500). Subsequently, the deviation ΔT is calculated by subtracting the exhaust gas temperature TG from the platinum catalyst temperature TS (step S502), and the calculated deviation ΔT is compared with the threshold value TR (step S504).

【0128】燃料電池スタック10が定常運転状態にあ
るときに、燃料電池スタック10へ供給される燃料ガス
中に改質器16で未反応なメタノールが混在する場合、
このメタノールは、燃料ガス側から酸化ガス側に電解質
膜61を透過する。この透過量は、燃料ガス中のメタノ
ール濃度が高くなると大きくなる。第6実施例の燃料電
池システム1Fでは、燃料電池スタック10から排出さ
れる酸化ガス側の排出ガスは酸化反応器120に導か
れ、酸化反応器120のハニカムチューブ122の表面
には白金触媒が担持されているから、酸化ガス側の排出
ガス中にメタノールが含まれると、この白金触媒上でメ
タノールが酸化されて発熱する。したがって、酸化ガス
側の排出ガス中にメタノールが含まれると、排出ガス温
度センサ124により検出される排出ガスの温度TGと
触媒温度センサ126により検出される白金触媒の温度
TSとに偏差△Tが生じることとなる。この偏差△T
は、酸化反応器120の白金触媒上でのメタノールの反
応量、すなわち酸化ガス側の排出ガス中のメタノール濃
度を反映し、この酸化ガス側の排出ガス中のメタノール
濃度が燃料ガス中のメタノール濃度を反映することか
ら、偏差△Tは、燃料ガス中のメタノール濃度を反映す
る。
When the unreacted methanol in the reformer 16 is mixed in the fuel gas supplied to the fuel cell stack 10 when the fuel cell stack 10 is in the steady operation state,
This methanol permeates the electrolyte membrane 61 from the fuel gas side to the oxidizing gas side. This permeation amount increases as the concentration of methanol in the fuel gas increases. In the fuel cell system 1F of the sixth embodiment, the oxidizing gas side exhaust gas discharged from the fuel cell stack 10 is guided to the oxidation reactor 120, and the platinum catalyst is carried on the surface of the honeycomb tube 122 of the oxidation reactor 120. Therefore, when the exhaust gas on the oxidizing gas side contains methanol, the methanol is oxidized on the platinum catalyst to generate heat. Therefore, when methanol is contained in the exhaust gas on the oxidizing gas side, a deviation ΔT is present between the exhaust gas temperature TG detected by the exhaust gas temperature sensor 124 and the platinum catalyst temperature TS detected by the catalyst temperature sensor 126. Will occur. This deviation ΔT
Reflects the reaction amount of methanol on the platinum catalyst of the oxidation reactor 120, that is, the concentration of methanol in the exhaust gas on the oxidizing gas side, and the concentration of methanol in the exhaust gas on the oxidizing gas side is the concentration of methanol in the fuel gas. Therefore, the deviation ΔT reflects the methanol concentration in the fuel gas.

【0129】ここで、閾値TRを、燃料電池スタック1
0が許容し得るメタノール濃度(例えば1mol%)の
燃料ガスが定常運転状態にある燃料電池スタック10に
供給されたときに検出される排出ガスの温度TGと白金
触媒の温度TSとの偏差△Tとして設定すれば、ステッ
プS504での偏差△Tと閾値TRとを比較すること
は、燃料ガス中のメタノール濃度が許容濃度以下である
か否かを判定することになる。
Here, the threshold value TR is set to the fuel cell stack 1
The deviation ΔT between the exhaust gas temperature TG and the platinum catalyst temperature TS detected when the fuel gas having an allowable methanol concentration of 0 (for example, 1 mol%) is supplied to the fuel cell stack 10 in the steady operation state. Then, comparing the deviation ΔT in step S504 with the threshold value TR determines whether or not the methanol concentration in the fuel gas is equal to or lower than the allowable concentration.

【0130】したがって、偏差△Tが閾値TRより小さ
いときには、燃料ガス中のメタノール濃度が許容濃度以
下であると判断し、電子制御ユニット50により温度制
御される改質器16の目標運転温度である目標温度TK
Mに所定温度TK1を設定して(ステップS506)、
本ルーチンを終了し、偏差△Tが閾値TR以上のときに
は、燃料ガス中のメタノール濃度が許容濃度を越えてい
る判断し、目標温度TKMに所定温度TK1より高温側
の所定温度TK2を設定して(ステップS106)、本
ルーチンを終了する。
Therefore, when the deviation ΔT is smaller than the threshold value TR, it is determined that the methanol concentration in the fuel gas is below the allowable concentration, and the target operating temperature of the reformer 16 is temperature controlled by the electronic control unit 50. Target temperature TK
Set a predetermined temperature TK1 to M (step S506),
When this routine is finished and the deviation ΔT is equal to or larger than the threshold value TR, it is determined that the methanol concentration in the fuel gas exceeds the allowable concentration, and the target temperature TKM is set to a predetermined temperature TK2 higher than the predetermined temperature TK1. (Step S106), this routine is ended.

【0131】ここで、電子制御ユニット50による改質
器16の温度制御は、具体的には、改質器16に設けら
れた図示しない温度センサにより検出される温度と目標
温度TKMとの偏差が小さくなるようバーナー16aへ
の燃料ガスの供給量を調整することにより行なわれる。
所定温度TK1は、燃料電池システム1Fにおける定常
運転状態での改質器16の運転温度であり、燃料電池ス
タック10のメタノールの許容濃度や改質器16の性能
等により定められるものである。第6実施例では、この
所定温度TK1は250℃ないし300℃の温度に設定
されている。また、所定温度TK2は、所定温度TK1
より5℃ないし40℃程度高い温度に設定されている。
Here, in the temperature control of the reformer 16 by the electronic control unit 50, specifically, the deviation between the temperature detected by the temperature sensor (not shown) provided in the reformer 16 and the target temperature TKM is This is performed by adjusting the amount of fuel gas supplied to the burner 16a so as to be small.
The predetermined temperature TK1 is the operating temperature of the reformer 16 in the steady operation state of the fuel cell system 1F, and is determined by the allowable concentration of methanol in the fuel cell stack 10 and the performance of the reformer 16. In the sixth embodiment, this predetermined temperature TK1 is set to a temperature of 250 ° C to 300 ° C. The predetermined temperature TK2 is equal to the predetermined temperature TK1.
The temperature is set higher by 5 to 40 ° C.

【0132】以上説明した第6実施例の燃料電池システ
ム1Fによれば、燃料電池スタック10から排出される
酸化ガス側の排出ガスに含まれるメタノールを酸化反応
器120で酸化することにより生じる熱に基づいて、改
質器16の運転温度を調整することにより燃料ガス中の
メタノール濃度を許容濃度以下に制御することができ
る。この結果、燃料ガス中のメタノール濃度が高くなる
ことに基づく燃料電池スタック10からの出力の低下を
防止することができ、システム全体の運転効率をより高
くすることができる。
According to the fuel cell system 1F of the sixth embodiment described above, heat generated by oxidizing methanol contained in the exhaust gas on the oxidizing gas side discharged from the fuel cell stack 10 in the oxidation reactor 120 is used. Based on this, by adjusting the operating temperature of the reformer 16, the concentration of methanol in the fuel gas can be controlled to be equal to or lower than the allowable concentration. As a result, it is possible to prevent a decrease in the output from the fuel cell stack 10 due to an increase in the concentration of methanol in the fuel gas, and it is possible to further increase the operating efficiency of the entire system.

【0133】また、燃料電池スタック10から排出され
る酸化ガス側の排出ガスに含まれるメタノールを酸化反
応器120で完全に酸化するから、第3回収器130で
回収される水にメタノールが混在するのを防止すること
ができる。この結果、システムの水系統にメタノールが
混在することによる水系統の配管等の腐食や強度の低下
といった不都合を回避することができる。したがって、
システムの水系統の配管等の材質を耐メタノール性の材
料とする必要がない。
Further, since the methanol contained in the oxidizing gas side exhaust gas discharged from the fuel cell stack 10 is completely oxidized in the oxidation reactor 120, the water recovered in the third recovery device 130 contains methanol. Can be prevented. As a result, it is possible to avoid inconveniences such as corrosion of pipes of the water system and deterioration of strength due to the mixture of methanol in the water system of the system. Therefore,
It is not necessary to use methanol-resistant materials for the piping of the water system of the system.

【0134】次に、本発明の第7の実施例である燃料電
池システム1Gについて説明する。図16は、本発明の
第7実施例である燃料電池システム1Gの水系統を中心
とした構成の概略を例示するブロック図である。図示す
るように、第7実施例の燃料電池システム1Gは、燃料
の供給を受けて発電する固体高分子型の燃料電池スタッ
ク10と、メタノールタンク12に貯留されたメタノー
ルと水タンク14に貯留された水とから水素リッチガス
(燃料ガス)を製造する改質器16と、燃料電池スタッ
ク10から排出される燃料ガス側の排出ガスから水を回
収するアノード側水回収器210と、燃料電池スタック
10に供給される酸化ガスを加湿する加湿器230と、
燃料電池スタック10から排出される酸化ガス側の排出
ガスから水を回収するカソード側水回収器240と、燃
料電池スタック10の温度を調節する温度調節機構22
0と、アノード側水回収器210およびカソード側水回
収器240によりそれぞれ回収された水に含まれるメタ
ノールを酸化する酸化反応器250とを備える。第7実
施例の燃料電池システム1Gが備える燃料電池スタック
10および改質器16は、第1実施例の燃料電池システ
ム1と同一の構成をしている。したがって、これらの機
器については、第1実施例の燃料電池システム1が備え
る機器に付した符号と同一の符号を付し、その詳細な説
明は省略する。また、第7実施例の燃料電池システム1
Gが備える他の機器についても、第1実施例の燃料電池
システム1が備える機器と同一の構成のものについて
は、同一の符号を付し、その説明は省略する。
Next, a fuel cell system 1G according to a seventh embodiment of the present invention will be described. FIG. 16 is a block diagram illustrating the outline of the configuration centering on the water system of the fuel cell system 1G according to the seventh embodiment of the present invention. As shown in the figure, the fuel cell system 1G of the seventh embodiment has a polymer electrolyte fuel cell stack 10 that receives fuel to generate power, a methanol tank 12, and a methanol and water tank 14. A reformer 16 that produces hydrogen-rich gas (fuel gas) from the water, an anode-side water collector 210 that collects water from the fuel gas-side exhaust gas discharged from the fuel cell stack 10, and a fuel cell stack 10 A humidifier 230 for humidifying the oxidizing gas supplied to
A cathode side water collector 240 that collects water from the oxidizing gas side exhaust gas discharged from the fuel cell stack 10, and a temperature adjusting mechanism 22 that adjusts the temperature of the fuel cell stack 10.
0, and an oxidation reactor 250 that oxidizes the methanol contained in the water collected by the anode-side water collector 210 and the cathode-side water collector 240, respectively. The fuel cell stack 10 and the reformer 16 included in the fuel cell system 1G of the seventh embodiment have the same configuration as the fuel cell system 1 of the first embodiment. Therefore, these devices are given the same reference numerals as the devices provided in the fuel cell system 1 of the first embodiment, and detailed description thereof is omitted. In addition, the fuel cell system 1 of the seventh embodiment
Regarding other devices included in G, the same components as those included in the fuel cell system 1 of the first embodiment are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.

【0135】燃料電池スタック10のアノード側ガス入
口10aは、燃料ガス供給通路22により改質器16に
接続されており、アノード側ガス出口10bは、燃料ガ
ス排出通路24により改質器16に接続されている。こ
の燃料ガス排出通路24には、改質器16との間にアノ
ード側水回収器210が介挿されている。
The anode gas inlet 10a of the fuel cell stack 10 is connected to the reformer 16 by the fuel gas supply passage 22, and the anode gas outlet 10b is connected to the reformer 16 by the fuel gas discharge passage 24. Has been done. In the fuel gas discharge passage 24, an anode side water recovery device 210 is inserted between the fuel gas discharge passage 24 and the reformer 16.

【0136】燃料電池スタック10のカソード側ガス入
口10cは、酸化ガス供給通路42によりブロワ46に
接続されており、この酸化ガス供給通路42の燃料電池
スタック10とブロワ46との間には、加湿器230が
設けられている。カソード側ガス出口10dは、燃料ガ
ス排出通路24によりカソード側水回収器240に接続
されている。
The cathode side gas inlet 10c of the fuel cell stack 10 is connected to the blower 46 by the oxidizing gas supply passage 42, and the humidification is provided between the fuel cell stack 10 and the blower 46 in the oxidizing gas supply passage 42. A device 230 is provided. The cathode side gas outlet 10d is connected to the cathode side water recovery device 240 through the fuel gas discharge passage 24.

【0137】温度調節機構220は、燃料電池スタック
10に内蔵された熱交換器222と、外気と熱交換する
ラジエータ226とを備える。熱交換器222とラジエ
ータ226は、熱交換器222とラジエータ226とに
冷却水を循環させる循環流路224により接続されてい
る。この循環流路224には、循環流路224内の冷却
水を循環させるポンプ228が設けられている。温度調
節機構220は、燃料電池スタック10の温度を検出す
る図示しない温度センサにより検出された温度に基づい
て、ポンプ228により循環流路224を循環する冷却
水の流量を調節することにより、熱交換器222および
ラジエータ226で熱交換される熱量を調節して燃料電
池スタック10を予め設定された温度に制御する。な
お、温度調節機構220の循環流路224は、補給流路
229により水タンク14に接続されており、この補給
流路229を介して水タンク14から不足する水が補給
される。
The temperature adjusting mechanism 220 comprises a heat exchanger 222 built in the fuel cell stack 10 and a radiator 226 for exchanging heat with the outside air. The heat exchanger 222 and the radiator 226 are connected to the heat exchanger 222 and the radiator 226 by a circulation flow path 224 that circulates cooling water. The circulation channel 224 is provided with a pump 228 that circulates the cooling water in the circulation channel 224. The temperature adjustment mechanism 220 adjusts the flow rate of the cooling water circulating through the circulation passage 224 by the pump 228 based on the temperature detected by a temperature sensor (not shown) that detects the temperature of the fuel cell stack 10, thereby performing heat exchange. The fuel cell stack 10 is controlled to a preset temperature by adjusting the amount of heat exchanged by the container 222 and the radiator 226. The circulation flow path 224 of the temperature control mechanism 220 is connected to the water tank 14 by a replenishment flow path 229, and the water shortage is replenished from the water tank 14 via the replenishment flow path 229.

【0138】加湿器230は、バブリングあるいは水を
噴霧することにより酸化ガスを加湿するものである。加
湿器230は、補給流路232により水タンク14に接
続されており、補給流路232を介して水タンク14か
ら水の補給を受ける。
The humidifier 230 humidifies the oxidizing gas by bubbling or spraying water. The humidifier 230 is connected to the water tank 14 via a replenishment flow path 232, and receives replenishment of water from the water tank 14 via the replenishment flow path 232.

【0139】アノード側水回収器210は、定常運転状
態にある燃料電池スタック10内の燃料ガスの圧力Pに
おける水の沸点未満の所定温度TAに調整された恒温タ
ンクであり、この温度でアノード側水回収器210から
排出される排出ガス中のメタノールを凝縮することによ
り回収する。なお、図示しないが、アノード側水回収器
210は、第5実施例の燃料電池システム1Eが備える
第1回収器100と同様に、アノード側水回収器210
の温度を検出する温度センサと、アノード側水回収器2
10の温度を調節する温度調節装置とを備えており、こ
の温度センサにより検出された温度に基づいて温度調節
装置により、アノード側水回収器210内が常に所定温
度TAとなるよう調節されている。また、アノード側水
回収器210は、開閉弁である電磁弁214が設けられ
たアノード側回収流路212により酸化反応器250に
接続されており、電磁弁214を開閉することによりア
ノード側水回収器210で回収した水を酸化反応器25
0に送る。
The anode side water recovery unit 210 is a constant temperature tank adjusted to a predetermined temperature TA which is lower than the boiling point of water at the pressure P of the fuel gas in the fuel cell stack 10 in the steady operation state. The methanol in the exhaust gas discharged from the water recovery unit 210 is recovered by being condensed. Although not shown, the anode-side water collector 210 is similar to the first collector 100 included in the fuel cell system 1E of the fifth embodiment.
Sensor for detecting the temperature of the anode and the water recovery device 2 on the anode side
And a temperature adjusting device for adjusting the temperature of 10 and the temperature adjusting device adjusts the inside of the anode-side water recovery unit 210 to a predetermined temperature TA at all times based on the temperature detected by the temperature sensor. . Further, the anode side water recovery unit 210 is connected to the oxidation reactor 250 by an anode side recovery flow passage 212 provided with an electromagnetic valve 214 which is an opening / closing valve, and the anode side water recovery is performed by opening / closing the electromagnetic valve 214. The water recovered in the vessel 210 is used in the oxidation reactor 25
Send to 0.

【0140】カソード側水回収器240は、アノード側
水回収器210と同一の構成をしている。また、カソー
ド側水回収器240は、開閉弁である電磁弁244が設
けられたカソード側回収流路242により酸化反応器2
50に接続されており、電磁弁244を開閉することに
よりカソード側水回収器240で回収した水を酸化反応
器250に送る。
The cathode side water recovery device 240 has the same structure as the anode side water recovery device 210. Further, the cathode-side water recovery device 240 uses the cathode-side recovery flow path 242 provided with the solenoid valve 244, which is an opening / closing valve, to oxidize the reactor
50 is connected to the oxidation reactor 250 by opening and closing the solenoid valve 244.

【0141】酸化反応器250は、その内部に、供給さ
れた水がその表面に広がって大気に十分に接触するよう
表面積が大きな、例えば蜂の巣状のハニカムチューブ等
の部材252を備える。この部材252の表面には、白
金触媒が担持されている。また、酸化反応器250は、
大気導入通路254によりブロワ256に接続されてお
り、この大気導入通路254を介して十分な量の大気が
導入される。酸化反応器250に送られた水は、部材2
52の表面を伝って大気と接触しながら下流に流れ、水
タンク14に送られる。酸化反応器250に送られた水
にメタノールが含まれれば、水が大気と接触しながら部
材252の表面を伝っている際に、部材252の表面に
担持された白金触媒上で酸化される。この結果、水タン
ク14へ送られる水のメタノールは完全に酸化され、水
タンク14内の水にメタノールが混在することがない。
The inside of the oxidation reactor 250 is provided with a member 252 such as a honeycomb tube having a large surface area so that the supplied water spreads on its surface and comes into sufficient contact with the atmosphere. A platinum catalyst is carried on the surface of the member 252. Further, the oxidation reactor 250 is
The air introduction passage 254 is connected to the blower 256, and a sufficient amount of atmosphere is introduced through the air introduction passage 254. The water sent to the oxidation reactor 250 is
The water flows along the surface of 52 while coming into contact with the atmosphere, and is sent to the water tank 14. If the water sent to the oxidation reactor 250 contains methanol, it is oxidized on the platinum catalyst carried on the surface of the member 252 while the water is traveling on the surface of the member 252 while being in contact with the atmosphere. As a result, the methanol of the water sent to the water tank 14 is completely oxidized, and the water in the water tank 14 does not contain methanol.

【0142】こうして構成された第7実施例の燃料電池
システム1Gでは、燃料電池スタック10が効率よく発
電するよう、メタノールタンク12および水タンク14
から改質器16へのメタノールおよび水の供給流量の制
御、改質器16を加熱するバーナー16aへの燃料ガス
の供給量の制御、温度調節機構220による燃料電池ス
タック10の温度制御、加湿器230による加湿量の制
御、アノード側水回収器210およびカソード側水回収
器240のそれぞれの温度制御、酸化反応器250への
大気の導入量の制御等が行なわれる。
In the fuel cell system 1G of the seventh embodiment thus constructed, the methanol tank 12 and the water tank 14 are arranged so that the fuel cell stack 10 can efficiently generate electricity.
Control of the supply flow rate of methanol and water from the reformer 16 to the reformer 16, control of the supply amount of fuel gas to the burner 16a for heating the reformer 16, temperature control of the fuel cell stack 10 by the temperature adjustment mechanism 220, humidifier The humidification amount is controlled by 230, the temperature of each of the anode side water recovery unit 210 and the cathode side water recovery unit 240 is controlled, and the amount of air introduced into the oxidation reactor 250 is controlled.

【0143】以上説明した第7実施例の燃料電池システ
ム1Gによれば、アノード側水回収器210およびカソ
ード側水回収器240により回収した水に含まれるメタ
ノールを酸化反応器250により酸化することによって
除去することができる。この結果、システムの水系統に
メタノールが混在することによる水系統の配管等の腐食
や強度の低下といった不都合を回避することができる。
したがって、システムの水系統の配管等の材質を耐メタ
ノール性の材料とする必要がない。
According to the fuel cell system 1G of the seventh embodiment described above, the methanol contained in the water collected by the anode side water recovery unit 210 and the cathode side water recovery unit 240 is oxidized by the oxidation reactor 250. Can be removed. As a result, it is possible to avoid inconveniences such as corrosion of pipes of the water system and deterioration of strength due to the mixture of methanol in the water system of the system.
Therefore, it is not necessary to use materials such as pipes of the water system of the system that are resistant to methanol.

【0144】なお、第7実施例の燃料電池システム1G
が備える酸化反応器250は、上記説明した第5実施例
の燃料電池システム1Eおよび第6実施例の燃料電池シ
ステム1Fが備えることもできる。このように第5実施
例の燃料電池システム1Eや第6実施例の燃料電池シス
テム1Fが酸化反応器250を備えれば、より確実にシ
ステムの水系統へのメタノールの混在を防止することが
できる。
The fuel cell system 1G of the seventh embodiment
The oxidation reactor 250 included in can be included in the fuel cell system 1E of the fifth embodiment and the fuel cell system 1F of the sixth embodiment described above. As described above, if the fuel cell system 1E of the fifth embodiment and the fuel cell system 1F of the sixth embodiment include the oxidation reactor 250, it is possible to more reliably prevent the mixture of methanol in the water system of the system. .

【0145】以上本発明の実施例について説明したが、
本発明はこうした実施例に何等限定されるものではな
く、例えば、第1実施例ないし第7実施例の各燃料電池
システムが備える構成を複数組み合わせた構成など、本
発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる態様
で実施し得ることは勿論である。
The embodiments of the present invention have been described above.
The present invention is not limited to these examples, and for example, a configuration in which a plurality of configurations included in each of the fuel cell systems of the first to seventh examples is combined, and the like without departing from the gist of the present invention. It is needless to say that the above can be implemented in various modes.

【0146】[0146]

【発明の効果】以上説明したように本発明の請求項1記
載の燃料電池システムによれば、燃料電池の運転を停止
する際、非反応性ガスを燃料ガスに代えて燃料電池に供
給するから、燃料ガスと共に燃料ガスに含まれるメタノ
ールを燃料電池の外部に排出することができる。しか
も、燃料電池に供給される非反応性ガスはメタノールの
沸点以上に加熱されているから、燃料ガスに含まれるメ
タノールが燃料電池内で凝結、即ち液化することがな
い。この結果、メタノールが液化して残留することによ
る電解質膜と電極との接合体を分離するといった不都合
を防止することができる。
As described above, according to the fuel cell system of the first aspect of the present invention, when the operation of the fuel cell is stopped, the non-reactive gas is supplied to the fuel cell instead of the fuel gas. The methanol contained in the fuel gas together with the fuel gas can be discharged to the outside of the fuel cell. Moreover, since the non-reactive gas supplied to the fuel cell is heated above the boiling point of methanol, methanol contained in the fuel gas does not condense, that is, liquefy. As a result, it is possible to prevent the inconvenience of separating the joined body of the electrolyte membrane and the electrode due to liquefaction and residual of methanol.

【0147】請求項2記載の燃料電池システムによれ
ば、燃料電池の運転を停止する際、非反応性ガスを燃料
ガスに代えて燃料電池に所定量供給するから、燃料ガス
と共に燃料ガスに含まれるメタノールを燃料電池の外部
に排出することができる。しかも、非反応性ガスを所定
量供給した後に、非反応性ガスに代えて酸化ガスを供給
するから、供給される酸化ガスと燃料電池に残留してい
る燃料ガスとが反応することなく、より確実にメタノー
ルを燃料電池から排出することができ、非反応性ガスの
供給量(所定量)を少なくすることができる。
According to the fuel cell system of the second aspect, when the operation of the fuel cell is stopped, a predetermined amount of non-reactive gas is supplied to the fuel cell instead of the fuel gas, so that it is included in the fuel gas together with the fuel gas. The generated methanol can be discharged to the outside of the fuel cell. Moreover, since the oxidizing gas is supplied in place of the non-reactive gas after supplying the predetermined amount of the non-reactive gas, the supplied oxidizing gas does not react with the fuel gas remaining in the fuel cell, and Methanol can be reliably discharged from the fuel cell, and the supply amount (predetermined amount) of the non-reactive gas can be reduced.

【0148】請求項3記載の燃料電池システムによれ
ば、燃料電池の運転を停止する際、この燃料電池への燃
料ガスの供給の停止に伴って、燃料電池の燃料ガスおよ
び酸化ガスの圧力を徐々に低下させることにより、燃料
ガスが膨張すると共にメタノールの液化温度が低下する
から、燃料ガスと共に燃料ガスに含まれるメタノールを
燃料電池の外部に排出することができると共に燃料電池
内でメタノールが液化するのを防止することができる。
According to the fuel cell system of the third aspect, when the operation of the fuel cell is stopped, the pressures of the fuel gas and the oxidizing gas in the fuel cell are changed in accordance with the stop of the supply of the fuel gas to the fuel cell. By gradually decreasing the temperature, the fuel gas expands and the liquefaction temperature of methanol decreases, so that the methanol contained in the fuel gas together with the fuel gas can be discharged to the outside of the fuel cell and the methanol liquefies in the fuel cell. Can be prevented.

【0149】請求項4記載の燃料電池システムによれ
ば、燃料電池を始動する際、燃料電池をメタノールの沸
点以上の温度に加熱した後に、燃料電池への燃料ガスの
供給を開始するから、始動直後の冷えた燃料電池により
燃料ガスが冷やされ、燃料ガス中のメタノールが燃料電
池内で液化するといった不都合を防止することができ
る。また、燃料電池内に液化したメタノールが存在する
場合でも、このメタノールを気化して、燃料ガスの供給
に伴って燃料電池から排出することができる。
According to the fuel cell system of the fourth aspect, when the fuel cell is started, the fuel cell is heated to a temperature equal to or higher than the boiling point of methanol, and then the supply of the fuel gas to the fuel cell is started. It is possible to prevent the disadvantage that the fuel gas is cooled by the cooled fuel cell immediately after and the methanol in the fuel gas is liquefied in the fuel cell. Further, even when liquefied methanol exists in the fuel cell, this methanol can be vaporized and discharged from the fuel cell along with the supply of the fuel gas.

【0150】請求項5記載の燃料電池システムによれ
ば、燃料電池の運転温度より低くメタノールの沸点より
高い第1の所定の温度に設定した第1水回収手段により
メタノールを含まない水を回収することができ、第1水
回収手段より後段に設置されメタノールの沸点より低い
第2の所定の温度に設定した第2水回収手段によりメタ
ノールを含む水を回収することができる。この結果、第
1水回収手段により回収された水はシステムの水系統に
戻し、第2水回収手段により回収された水はシステムの
水系統に戻さないようにすれば、システムの水系統にメ
タノールが混在するのを防止することができる。
According to the fuel cell system of the fifth aspect, methanol-free water is recovered by the first water recovery means set to the first predetermined temperature lower than the operating temperature of the fuel cell and higher than the boiling point of methanol. Thus, the water containing methanol can be recovered by the second water recovery means that is installed in the latter stage of the first water recovery means and is set at the second predetermined temperature lower than the boiling point of methanol. As a result, the water recovered by the first water recovery means is returned to the system water system, and the water recovered by the second water recovery means is not returned to the system water system. Can be prevented from being mixed.

【0151】請求項6記載の燃料電池システムによれ
ば、燃料電池から排出される排出ガスのうち酸化ガス側
の排出ガスに含まれるメタノールを酸化するから、酸化
ガス側の排出ガスからメタノールを排除することができ
る。この結果、酸化ガス側の排出ガスから水を回収しシ
ステムの水系統に戻しても、システムの水系統にメタノ
ールが混在することはない。
According to the fuel cell system of the sixth aspect, of the exhaust gas discharged from the fuel cell, the methanol contained in the exhaust gas on the oxidizing gas side is oxidized, so that the methanol is excluded from the exhaust gas on the oxidizing gas side. can do. As a result, even if water is recovered from the exhaust gas on the oxidizing gas side and returned to the system water system, methanol is not mixed in the system water system.

【0152】請求項7記載の燃料電池システムによれ
ば、燃料ガス中のメタノール濃度が高くなると、酸化ガ
ス側に透過するメタノールも多くなること及び酸化手段
により排出ガス中のメタノールが酸化されるときに発熱
することに基づき、酸化ガス側の排出ガスの温度と酸化
手段の温度とを求めることにより燃料ガス中のメタノー
ル濃度を推定することができる。この結果、これらの温
度に基づいて、燃料ガス中のメタノールの濃度を制御す
ることができる。
According to the fuel cell system of the seventh aspect, when the concentration of methanol in the fuel gas increases, more of the methanol permeates to the oxidizing gas side, and when the methanol in the exhaust gas is oxidized by the oxidizing means. The concentration of methanol in the fuel gas can be estimated by obtaining the temperature of the exhaust gas on the oxidizing gas side and the temperature of the oxidizing means based on the heat generation. As a result, the concentration of methanol in the fuel gas can be controlled based on these temperatures.

【0153】請求項8記載の燃料電池システムによれ
ば、酸化ガス側の排出ガスの温度と酸化手段の温度との
偏差が所定値以上となったときに、改質器の運転温度を
理想運転温度より高温側の所定温度するから、改質器の
運転温度を高めることにより水素の分解反応が促進さ
れ、結果として、燃料ガス中のメタノールの濃度を低く
することができる。
According to the fuel cell system of the eighth aspect, when the deviation between the temperature of the exhaust gas on the oxidizing gas side and the temperature of the oxidizing means becomes a predetermined value or more, the operating temperature of the reformer is ideally operated. Since the temperature is higher than the predetermined temperature, the decomposition reaction of hydrogen is promoted by raising the operating temperature of the reformer, and as a result, the concentration of methanol in the fuel gas can be lowered.

【0154】請求項9記載の燃料電池システムによれ
ば、水回収手段により回収された水に含まれるメタノー
ルを酸化するから、回収水からメタノールを排除するこ
とができる。この結果、回収水をシステムの水系統に戻
しても、システムの水系統にメタノールが混在すること
がない。
According to the ninth aspect of the fuel cell system, since the methanol contained in the water recovered by the water recovery means is oxidized, the methanol can be removed from the recovered water. As a result, even if the recovered water is returned to the system water system, methanol will not be mixed in the system water system.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の好適な一実施例である燃料電池システ
ム1の構成の概略を例示するブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram illustrating a schematic configuration of a fuel cell system 1 that is a preferred embodiment of the present invention.

【図2】燃料電池スタック10を構成する各セルの構成
の概略を例示する説明図である。
FIG. 2 is an explanatory diagram illustrating the outline of the configuration of each cell that constitutes the fuel cell stack 10.

【図3】電子制御ユニット50のCPU52により実行
される運転停止制御ルーチンの一例を示すフローチャー
トである。
FIG. 3 is a flowchart showing an example of an operation stop control routine executed by a CPU 52 of an electronic control unit 50.

【図4】電子制御ユニット50のCPU52により実行
されるパージガス温度制御ルーチンの一例を示すフロー
チャートである。
FIG. 4 is a flowchart showing an example of a purge gas temperature control routine executed by a CPU 52 of the electronic control unit 50.

【図5】本発明の第2実施例である燃料電池システム1
Bの構成の概略を例示するブロック図である。
FIG. 5 is a fuel cell system 1 according to a second embodiment of the present invention.
It is a block diagram which illustrates the outline of a structure of B.

【図6】第2実施例の燃料電池システム1Bの電子制御
ユニット50で実行される運転停止制御ルーチンの一例
を示すフローチャートである。
FIG. 6 is a flowchart showing an example of an operation stop control routine executed by the electronic control unit 50 of the fuel cell system 1B of the second embodiment.

【図7】第2実施例の燃料電池システム1Bの電子制御
ユニット50で実行される運転開始制御ルーチンの一例
を示すフローチャートである。
FIG. 7 is a flowchart showing an example of an operation start control routine executed by the electronic control unit 50 of the fuel cell system 1B of the second embodiment.

【図8】本発明の第3実施例である燃料電池システム1
Cの構成の概略を例示するブロック図である。
FIG. 8 is a fuel cell system 1 according to a third embodiment of the present invention.
It is a block diagram which illustrates the outline of a structure of C.

【図9】第3実施例の燃料電池システム1Cの電子制御
ユニット50で実行される運転停止制御ルーチンの一例
を示すフローチャートである。
FIG. 9 is a flowchart showing an example of an operation stop control routine executed by the electronic control unit 50 of the fuel cell system 1C of the third embodiment.

【図10】本発明の第4実施例である燃料電池システム
1Dの構成の概略を例示するブロック図である。
FIG. 10 is a block diagram illustrating a schematic configuration of a fuel cell system 1D according to a fourth embodiment of the present invention.

【図11】第4実施例の燃料電池システム1Dの電子制
御ユニット50で実行される運転開始制御ルーチンの一
例を示すフローチャートである。
FIG. 11 is a flowchart showing an example of an operation start control routine executed by the electronic control unit 50 of the fuel cell system 1D of the fourth embodiment.

【図12】本発明の第5実施例である燃料電池システム
1Eの構成の概略を例示するブロック図である。
FIG. 12 is a block diagram illustrating a schematic configuration of a fuel cell system 1E that is a fifth embodiment of the present invention.

【図13】本発明の第6実施例である燃料電池システム
1Fの構成の一部の例示するブロック図である。
FIG. 13 is a block diagram illustrating a part of the configuration of a fuel cell system 1F that is a sixth embodiment of the present invention.

【図14】第6実施例の燃料電池システム1Fが備える
酸化反応器120の構成の概略を例示する説明図であ
る。
FIG. 14 is an explanatory diagram illustrating the schematic configuration of an oxidation reactor 120 included in a fuel cell system 1F according to a sixth embodiment.

【図15】第6実施例の燃料電池システム1Fの電子制
御ユニット50で実行されるメタノール濃度制御ルーチ
ンの一例を示すフローチャートである。
FIG. 15 is a flowchart showing an example of a methanol concentration control routine executed by the electronic control unit 50 of the fuel cell system 1F of the sixth embodiment.

【図16】本発明の第7実施例である燃料電池システム
1Gの構成の概略を例示するブロック図である。
FIG. 16 is a block diagram illustrating a schematic configuration of a fuel cell system 1G that is a seventh embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…燃料電池システム 1B〜1G…燃料電池システム 10…燃料電池スタック 10a…アノード側ガス入口 10b…アノード側ガス出口 10c…カソード側ガス入口 10d…カソード側ガス出口 10e…圧力センサ 10f…温度センサ 11a,11b…出力端子 12…メタノールタンク 14…水タンク 16…改質器 16a…バーナー 20…パージガスタンク 22…燃料ガス供給通路 23A…連絡通路 23B…電磁弁 24…燃料ガス排出通路 26…排ガス通路 28…パージガス供給通路 29…迂回路 32,33,38,48,49…電磁弁 34…流量調節弁 36…パージガス温度センサ 42…酸化ガス供給通路 43…酸化ガス連絡通路 44…酸化ガス排出通路 46…ブロワ 50…電子制御ユニット 52…CPU 54…ROM 56…RAM 58…入出力ポート 59…タイマ 61…電解質膜 62…アノード 63…カソード 64,65…セパレータ 64p…流路溝 65p…流路溝 66,67…集電板 72,74…電磁背圧弁 76…切換器 78…電力供給ライン 80…温度調節機構 82…改質器側熱交換器 84…循環流路 86…燃料電池側熱交換器 88…ポンプ 90…ラジエータ流路 92…ラジエータ 94,95,96,97…電磁弁 100…第1回収器 102…第1回収流路 104,114…電磁弁 110…第2回収器 112…第2回収流路 120…酸化反応器 121…本体 122…ハニカムチューブ 124…排出ガス温度センサ 126…触媒温度センサ 130…第3回収器 132…第3回収流路 134…電磁弁 210…アノード側水回収器 212…アノード側回収流路 214,244…電磁弁 220…温度調節機構 222…熱交換器 224…循環流路 226…ラジエータ 228…ポンプ 229…補給流路 230…加湿器 232…補給流路 240…カソード側水回収器 242…カソード側回収流路 250…酸化反応器 252…部材 254…大気導入通路 256…ブロワ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Fuel cell system 1B-1G ... Fuel cell system 10 ... Fuel cell stack 10a ... Anode side gas inlet 10b ... Anode side gas outlet 10c ... Cathode side gas inlet 10d ... Cathode side gas outlet 10e ... Pressure sensor 10f ... Temperature sensor 11a , 11b ... Output terminal 12 ... Methanol tank 14 ... Water tank 16 ... Reformer 16a ... Burner 20 ... Purge gas tank 22 ... Fuel gas supply passage 23A ... Communication passage 23B ... Solenoid valve 24 ... Fuel gas discharge passage 26 ... Exhaust passage 28 ... Purge gas supply passage 29 ... Detour 32, 33, 38, 48, 49 ... Electromagnetic valve 34 ... Flow control valve 36 ... Purge gas temperature sensor 42 ... Oxidation gas supply passage 43 ... Oxidation gas communication passage 44 ... Oxidation gas discharge passage 46 ... Blower 50 ... Electronic control unit 52 ... CPU 54 ... RO M 56 ... RAM 58 ... Input / output port 59 ... Timer 61 ... Electrolyte membrane 62 ... Anode 63 ... Cathode 64, 65 ... Separator 64p ... Flow channel groove 65p ... Flow channel groove 66, 67 ... Current collecting plate 72, 74 ... Electromagnetic back Pressure valve 76 ... Switcher 78 ... Power supply line 80 ... Temperature control mechanism 82 ... Reformer side heat exchanger 84 ... Circulating flow path 86 ... Fuel cell side heat exchanger 88 ... Pump 90 ... Radiator flow path 92 ... Radiator 94, 95, 96, 97 ... Electromagnetic valve 100 ... First recovery device 102 ... First recovery flow path 104, 114 ... Electromagnetic valve 110 ... Second recovery device 112 ... Second recovery flow path 120 ... Oxidation reactor 121 ... Main body 122 ... Honeycomb tube 124 ... Exhaust gas temperature sensor 126 ... Catalyst temperature sensor 130 ... Third recovery device 132 ... Third recovery flow path 134 ... Electromagnetic valve 210 ... Anode side water recovery device 12 ... Anode side recovery flow paths 214, 244 ... Electromagnetic valve 220 ... Temperature control mechanism 222 ... Heat exchanger 224 ... Circulation flow path 226 ... Radiator 228 ... Pump 229 ... Replenishment flow path 230 ... Humidifier 232 ... Replenishment flow path 240 ... Cathode-side water recovery device 242 ... Cathode-side recovery flow channel 250 ... Oxidation reactor 252 ... Member 254 ... Atmosphere introduction passage 256 ... Blower

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 メタノールと水とから生成される水素を
含有する燃料ガスと、酸素を含有する酸化ガスとを燃料
として電気化学反応により発電する燃料電池を備えた燃
料電池システムであって、 前記燃料電池の運転を停止する際、該燃料電池への燃料
ガスの供給の停止する燃料ガス供給停止手段と、 該燃料ガスの供給の停止に伴って、該燃料ガスおよび前
記酸化ガスと反応しない非反応性ガスを前記燃料ガスに
代えて該燃料電池に供給する非反応性ガス供給手段と、 前記非反応性ガス供給手段により前記燃料電池に供給さ
れる前記非反応性ガスを少なくともメタノールの沸点ま
で加熱する加熱手段とを備えた燃料電池システム。
1. A fuel cell system comprising a fuel cell, which uses hydrogen as a fuel gas produced from methanol and water and an oxidizing gas as oxygen as a fuel, to generate electricity by an electrochemical reaction. When stopping the operation of the fuel cell, the fuel gas supply stopping means for stopping the supply of the fuel gas to the fuel cell, and the non-reaction with the fuel gas and the oxidizing gas accompanying the stop of the supply of the fuel gas. Non-reactive gas supply means for supplying reactive gas to the fuel cell in place of the fuel gas, and the non-reactive gas supplied to the fuel cell by the non-reactive gas supply means to at least the boiling point of methanol. A fuel cell system comprising: heating means for heating.
【請求項2】 メタノールと水とから生成される水素を
含有する燃料ガスと、酸素を含有する酸化ガスとを燃料
として電気化学反応により発電する燃料電池を備えた燃
料電池システムであって、 前記燃料電池の運転を停止する際、該燃料電池への燃料
ガスの供給の停止する燃料ガス供給停止手段と、 該燃料ガスの供給の停止に伴って、該燃料ガスおよび前
記酸化ガスと反応しない非反応性ガスを前記燃料ガスに
代えて該燃料電池に所定量供給する非反応性ガス供給手
段と、 該非反応性ガス供給手段により前記非反応性ガスが前記
燃料電池へ前記所定量供給された後、該燃料電池に該非
反応性ガスに代えて前記酸化ガスを供給する酸化ガス供
給手段とを備えた燃料電池システム。
2. A fuel cell system comprising a fuel cell for generating electricity by an electrochemical reaction using a fuel gas containing hydrogen generated from methanol and water and an oxidizing gas containing oxygen as fuels, When stopping the operation of the fuel cell, the fuel gas supply stopping means for stopping the supply of the fuel gas to the fuel cell, and the non-reaction with the fuel gas and the oxidizing gas accompanying the stop of the supply of the fuel gas. A non-reactive gas supply means for supplying a predetermined amount of the reactive gas to the fuel cell instead of the fuel gas, and a predetermined amount of the non-reactive gas supplied to the fuel cell by the non-reactive gas supply means A fuel cell system comprising: an oxidizing gas supply unit that supplies the oxidizing gas to the fuel cell instead of the non-reactive gas.
【請求項3】 メタノールと水とから生成される水素を
含有する燃料ガスと、酸素を含有する酸化ガスとを燃料
として電気化学反応により発電する燃料電池を備えた燃
料電池システムであって、 前記燃料電池の運転を停止する際、該燃料電池への燃料
ガスの供給の停止する燃料ガス供給停止手段と、 該燃料ガスの供給の停止に伴って、前記燃料電池内の燃
料ガスおよび酸化ガスの圧力を徐々に低下させる減圧手
段とを備えた燃料電池システム。
3. A fuel cell system comprising a fuel cell for generating electric power by an electrochemical reaction using a fuel gas containing hydrogen generated from methanol and water and an oxidizing gas containing oxygen as fuel. When stopping the operation of the fuel cell, a fuel gas supply stopping means for stopping the supply of the fuel gas to the fuel cell, and the stop of the supply of the fuel gas, the fuel gas and the oxidizing gas in the fuel cell A fuel cell system comprising a pressure reducing means for gradually lowering the pressure.
【請求項4】 メタノールと水とから生成される水素を
含有する燃料ガスと、酸素を含有する酸化ガスとを燃料
として電気化学反応により発電する燃料電池を備えた燃
料電池システムであって、 前記燃料電池を始動する際、該燃料電池を少なくともメ
タノールの沸点まで加熱する加熱手段と、 該加熱手段により前記燃料電池が加熱された後、該燃料
電池への燃料ガスの供給を開始する燃料ガス供給開始手
段とを備えた燃料電池システム。
4. A fuel cell system comprising a fuel cell, which uses a fuel gas containing hydrogen generated from methanol and water and an oxidizing gas containing oxygen as fuels to generate electricity by an electrochemical reaction, Heating means for heating the fuel cell to at least the boiling point of methanol when starting the fuel cell; and fuel gas supply for starting the supply of the fuel gas to the fuel cell after the fuel cell is heated by the heating means. A fuel cell system including a starting means.
【請求項5】 メタノールと水とから生成される水素を
含有する燃料ガスと酸素を含有する酸化ガスとを燃料と
して電気化学反応により発電する燃料電池と、該燃料電
池から排出される排出ガスから水を回収する水回収手段
とを備えた燃料電池システムにおいて、 前記水回収手段は、 前記燃料電池の運転温度より低くメタノールの沸点より
高い第1の所定の温度に設定された第1水回収手段と、 該第1水回収手段より後段に設置され、メタノールの沸
点より低い第2の所定の温度に設定された第2水回収手
段とを備えることを特徴とする燃料電池システム。
5. A fuel cell for generating electric power by an electrochemical reaction using a fuel gas containing hydrogen produced from methanol and water and an oxidizing gas containing oxygen as fuels, and an exhaust gas discharged from the fuel cell. In a fuel cell system including a water recovery means for recovering water, the water recovery means is a first water recovery means set to a first predetermined temperature lower than an operating temperature of the fuel cell and higher than a boiling point of methanol. And a second water recovery means installed at a stage subsequent to the first water recovery means and set to a second predetermined temperature lower than the boiling point of methanol.
【請求項6】 メタノールと水とから水素を含有する燃
料ガスを生成する改質器と、該生成された燃料ガスと酸
素を含有する酸化ガスとを燃料として電気化学反応によ
り発電する燃料電池とを備えた燃料電池システムであっ
て、 前記燃料電池から排出される排出ガスのうち前記酸化ガ
ス側の排出ガスに含まれるメタノールを酸化する酸化手
段を備えた燃料電池システム。
6. A reformer for producing a fuel gas containing hydrogen from methanol and water, and a fuel cell for producing electricity by an electrochemical reaction using the produced fuel gas and an oxidizing gas containing oxygen as fuel. A fuel cell system comprising: an oxidizing unit that oxidizes methanol contained in the exhaust gas on the oxidizing gas side of the exhaust gas discharged from the fuel cell.
【請求項7】 請求項6記載の燃料電池システムであっ
て、 前記酸化ガス側の排出ガスの温度を検出する排出ガス温
度検出手段と、 前記酸化手段の温度を検出する酸化温度検出手段と、 前記排出ガス温度検出手段により検出された温度と、前
記酸化温度検出手段により検出された温度とに基づい
て、前記燃料ガス中のメタノールの濃度を小さくするよ
う前記改質器の運転を制御する制御手段とを備えた燃料
電池システム。
7. The fuel cell system according to claim 6, wherein an exhaust gas temperature detecting means for detecting a temperature of the exhaust gas on the oxidizing gas side, an oxidizing temperature detecting means for detecting a temperature of the oxidizing means, Control for controlling the operation of the reformer so as to reduce the concentration of methanol in the fuel gas based on the temperature detected by the exhaust gas temperature detection means and the temperature detected by the oxidation temperature detection means. A fuel cell system comprising:
【請求項8】 前記制御手段は、前記排出ガス温度検出
手段により検出された温度と、前記酸化温度検出手段に
より検出された温度との偏差が所定値以上となったと
き、前記改質器の運転温度を理想運転温度より高温側の
所定温度に制御する手段である請求項7記載の燃料電池
システム。
8. The reformer of the reformer when the deviation between the temperature detected by the exhaust gas temperature detecting means and the temperature detected by the oxidation temperature detecting means is equal to or more than a predetermined value. The fuel cell system according to claim 7, which is a means for controlling the operating temperature to a predetermined temperature higher than the ideal operating temperature.
【請求項9】 メタノールと水とから生成される水素を
含有する燃料ガスと酸素を含有する酸化ガスとを燃料と
して電気化学反応により発電する燃料電池と、該燃料電
池から排出される排出ガスから水を回収する水回収手段
とを備えた燃料電池システムであって、 前記水回収手段より後段に設けられ、該水回収手段によ
り回収された水に含まれるメタノールを酸化する酸化手
段を備えた燃料電池システム。
9. A fuel cell that generates electricity by an electrochemical reaction using a fuel gas containing hydrogen generated from methanol and water and an oxidizing gas containing oxygen as fuel, and an exhaust gas discharged from the fuel cell. A fuel cell system comprising a water recovery means for recovering water, the fuel comprising an oxidation means which is provided after the water recovery means and which oxidizes methanol contained in the water recovered by the water recovery means. Battery system.
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Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002083622A (en) * 2000-09-06 2002-03-22 Denso Corp Fuel cell system
JP2002110207A (en) * 2000-10-03 2002-04-12 Nippon Mitsubishi Oil Corp Fuel cell system and operation method therefor
JP2005108561A (en) * 2003-09-29 2005-04-21 Toyota Motor Corp Fuel cell system
JP2009295600A (en) * 2009-09-24 2009-12-17 Panasonic Corp Fuel cell system
JP2010118354A (en) * 2010-01-26 2010-05-27 Panasonic Corp Fuel cell system
JP2012114060A (en) * 2010-11-29 2012-06-14 Daihatsu Motor Co Ltd Fuel supply method and fuel cell vehicle
WO2013069534A1 (en) * 2011-11-10 2013-05-16 日産自動車株式会社 Fuel cell system
JP2013105534A (en) * 2011-11-10 2013-05-30 Nissan Motor Co Ltd Fuel cell system
JP2013105533A (en) * 2011-11-10 2013-05-30 Nissan Motor Co Ltd Fuel cell system
GB2534254A (en) * 2014-08-28 2016-07-20 Afc Energy Plc Operation of a fuel cell system
CN114335617A (en) * 2020-09-30 2022-04-12 北京亿华通科技股份有限公司 Self-adaptive control method for shutdown purging of fuel cell system

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002083622A (en) * 2000-09-06 2002-03-22 Denso Corp Fuel cell system
JP2002110207A (en) * 2000-10-03 2002-04-12 Nippon Mitsubishi Oil Corp Fuel cell system and operation method therefor
JP2005108561A (en) * 2003-09-29 2005-04-21 Toyota Motor Corp Fuel cell system
JP2009295600A (en) * 2009-09-24 2009-12-17 Panasonic Corp Fuel cell system
JP2010118354A (en) * 2010-01-26 2010-05-27 Panasonic Corp Fuel cell system
JP2012114060A (en) * 2010-11-29 2012-06-14 Daihatsu Motor Co Ltd Fuel supply method and fuel cell vehicle
WO2013069534A1 (en) * 2011-11-10 2013-05-16 日産自動車株式会社 Fuel cell system
JP2013105534A (en) * 2011-11-10 2013-05-30 Nissan Motor Co Ltd Fuel cell system
JP2013105533A (en) * 2011-11-10 2013-05-30 Nissan Motor Co Ltd Fuel cell system
US9543603B2 (en) 2011-11-10 2017-01-10 Nissan Motor Co., Ltd. Fuel cell system and control method for fuel cell system
GB2534254A (en) * 2014-08-28 2016-07-20 Afc Energy Plc Operation of a fuel cell system
CN114335617A (en) * 2020-09-30 2022-04-12 北京亿华通科技股份有限公司 Self-adaptive control method for shutdown purging of fuel cell system
CN114335617B (en) * 2020-09-30 2023-10-24 北京亿华通科技股份有限公司 Self-adaptive control method for shutdown purging of fuel cell system

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