JPH0831442A - 燃料電池発電装置 - Google Patents

燃料電池発電装置

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JPH0831442A
JPH0831442A JP6185358A JP18535894A JPH0831442A JP H0831442 A JPH0831442 A JP H0831442A JP 6185358 A JP6185358 A JP 6185358A JP 18535894 A JP18535894 A JP 18535894A JP H0831442 A JPH0831442 A JP H0831442A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 燃料電池の触媒の被毒を、遅れが生じること
なしに、しかも確実に検出し解消する。 【構成】 燃料電池本体10の燃料ガス側の流路溝にお
ける流入側と流出側とに第1および第2の温度センサ6
1,63を設け、この検出信号から電子制御ユニット7
0によりアノード電極の触媒の被毒状態を推定する。さ
らに、電子制御ユニット70は、触媒が被毒状態にある
と判定すると、第1ないし第4の電磁バルブ51〜54
を開閉制御して、前記流路溝を流れる燃料ガスの流れ方
向を逆方向に切り換える。こうして、被毒していた部分
を一酸化炭素濃度が相対的に低い燃料ガスにさらす。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、燃料電池を発電する
装置に関し、特に、燃料電池本体の触媒の一酸化炭素被
毒を防止する燃料電池発電装置に関する。
【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
極を配置するとともに、一方の電極の表面に水素の反応
ガス(燃料ガス)を接触させ、また他方の電極の表面に
酸素を含有する酸化ガスを接触させ、このとき起こる電
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。
【0003】この燃料電池に供給する燃料ガスは、一般
に改質器により生成される。改質器により行なわれるメ
タノールの水蒸気改質は、次のような化学反応により成
り立っている。
【0004】 CH3OH→CO+2H2−21.7kcal/mol (吸熱反応)…(1) CO+H2O→CO2+H2+9.8kcal/mol (発熱反応)…(2) CH3OH+H2O→CO2+3H2−11.9kcal/mol(吸熱反応)…(3)
【0005】式(1)の反応で生ずる一酸化炭素(C
O)は、燃料極側の電極触媒である白金または白金を含
む合金に吸着して、白金の触媒としての機能を停止させ
る、いわゆる触媒の被毒状態を発生させる。このため、
この種の燃料電池の発電装置では、改質器からのガス中
の一酸化炭素を許容できる構成とする必要があり、これ
が大きな課題となっている。
【0006】この課題を解決する燃料電池発電装置とし
て、燃料電池の燃料ガス供給通路の入口付近に一酸化炭
素の濃度を検出するセンサを設けて、そのセンサにより
検出した一酸化炭素濃度が高いときに、燃料電池本体の
温度を上げるように構成したものが提案されている(特
開昭63−232272号公報)。温度が高い程、燃料
電池の許容し得る一酸化炭素濃度が高くなることから、
センサにより一酸化炭素濃度が高いと検出されたときに
は、燃料電池本体の温度を上げて、燃料電池の許容し得
る一酸化炭素濃度を高めて被毒対策を図る。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この従
来の装置では、前記センサの検出値の増大と触媒の被毒
状態の発生時期とが必ずしも同じタイミングで立ち上が
る訳ではないことから、充分な被毒対策を図ることがで
きなかった。
【0008】前記センサの検出値の増大と被毒状態の発
生時期とがタイミング的にずれるのは次のような理由で
ある。一般に、電極に対向して設けられたガス溝中の燃
料ガスは、電極での反応に伴い、燃料ガス中の水素が消
費されるために、ガス溝の出口付近ほど相対的に一酸化
炭素濃度(水素ガスに対する一酸化炭素の比率と捕らえ
る)が上昇する。このため、ガス溝の入口付近の一酸化
炭素濃度を検出しても、実際に被毒の影響を与える電極
表面全般にわたる一酸化炭素濃度の増大を検出できるも
のではないことから、触媒が被毒状態になるか否かを前
記センサの検出値から高精度で判断することができな
い。例えば、前記センサで一酸化炭素濃度が高いと検出
されたときには、センサが設けられた入口部分から離れ
た出口側では既に以前から一酸化炭素濃度が高くなって
いる恐れがあり、その検出時には既に触媒が被毒状態に
陥り、被毒対策に遅れが生じることもあった。
【0009】また、前記センサ自身の性能が低いことも
問題である。一酸化炭素濃度センサは一般的に定電位電
解式のものが用いられるが、これは、その測定原理の都
合上、水素の影響を受けるために、燃料ガスのように水
素に対する一酸化炭素の比率が少ない場合、その一酸化
炭素の濃度を高精度に測定することが難しい。このた
め、センサの検出値そのものに誤差を含み、このセンサ
の検出値からでは触媒の被毒状態の発生を正確に把握す
ることができなかった。特に、低濃度の一酸化炭素でも
触媒被毒を受け易い固体高分子型の燃料電池だとその影
響は大であった。この結果、触媒の被毒状態の検出が遅
れ、被毒対策に遅れが生じることがあった。
【0010】この発明の燃料電池発電装置は、こうした
問題に鑑みてなされたもので、燃料電池の触媒の被毒
を、遅れが生じることなしに、しかも確実に解消可能と
することを目的としている。
【0011】
【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
べく、前記課題を解決するための手段として、以下に示
す構成をとった。
【0012】即ち、本発明の請求項1の燃料電池発電装
置は、触媒を担持した電極の面方向に反応ガスを供給し
て、その反応ガスの化学反応から起電力を得る燃料電池
発電装置であって、前記電極の反応ガスの流入側と流出
側とにおける前記化学反応の反応状態の差を検出する反
応状態差検出手段と、該検出された反応状態の差に基づ
いて前記触媒の被毒状態を推定する推定手段と、該推定
された触媒の被毒状態に応じて被毒対策を実行する被毒
対策手段とを備えたことを、要旨としている。
【0013】前記構成の燃料電池発電装置において、さ
らに、前記電極での前記反応ガスの利用の程度を算出す
るガス利用度算出手段を備えるとともに、前記推定手段
は、前記ガス利用度算出手段により算出された反応ガス
の利用の程度が反応ガスの不足を示すものであるとき、
前記被毒状態の推定を禁止する禁止手段を備えた構成と
してもよい(請求項2)。
【0014】前記反応状態差検出手段は、前記電極の反
応ガスの流入側と流出側との温度差を検出する温度差検
出手段を備えた構成としてもよいし(請求項3)、ある
いは、前記電極の反応ガスの流入側と流出側との電気的
な出力の差を検出する電気出力差検出手段を備えた構成
としてもよい(請求項4)。
【0015】また、前記被毒対策手段は、前記電極の面
方向における反応ガス流れ方向を被毒状態の小から大の
方向となるように制御するガス流れ制御手段を備えた構
成としてもよい(請求項5)。この構成において、前記
被毒対策手段は、さらに、前記電極と対になる他方の電
極に供給する酸化ガスの流れ方向を、前記反応ガスの流
れ方向と一致させる酸化ガス流れ方向制御手段を備えた
構成としてもよい(請求項6)。
【0016】さらに、こうした構成の燃料電池発電装置
において、前記電極の面方向に沿って設けられ、前記反
応ガスの流れ方向と平行または対向する方向に切り換え
可能に冷却媒体を流す冷却通路を備えるとともに、前記
被毒対策手段は、前記冷却通路中の冷却媒体の流れ方向
を被毒状態が小から大の方向となるように制御する冷却
媒体流れ方向制御手段を備えた構成としてもよい(請求
項7)。
【0017】この構成の燃料電池発電装置において、前
記冷却通路に供給する冷却媒体の温度を可変する温度制
御手段と、前記冷却通路への冷却媒体の流量を可変する
流量制御手段とを備えるとともに、前記被毒対策手段
は、さらに、前記温度制御手段および流量制御手段を動
作させ、前記冷却媒体の温度を低下しつつ流量を低下す
ることにより、前記冷却媒体の吸収可能な熱量を一定に
保つように制御する冷却熱量制御手段を備えた構成とし
てもよい(請求項8)。
【0018】請求項1ないし4のいずれか記載の構成に
おいて、さらに、原燃料を改質して前記反応ガスを生成
する改質手段を備えるとともに、前記被毒対策手段は、
前記推定手段により推定された前記触媒の被毒状態に応
じて強制的に前記反応ガス中の一酸化炭素濃度を低下さ
せる改質抑制手段を備えた構成としてもよい(請求項
9)。
【0019】この構成において、前記被毒対策手段は、
さらに、前記電極の面方向での反応ガスの流れ方向を反
転するガス流れ方向反転手段と、前記推定手段により推
定される触媒の被毒状態の程度に応じて、前記ガス流れ
方向反転手段と前記改質抑制手段とを選択的に実行させ
る選択実行手段とを備えた構成としてもよい(請求項1
0)。
【0020】
【作用】請求項1記載の燃料電池発電装置によれば、電
極の反応ガスの流入側と流出側とにおける化学反応の反
応状態の差を、反応状態差検出手段により検出し、その
検出された反応状態の差に基づいて、推定手段により触
媒の被毒状態が推定される。前記反応状態の差は、触媒
の被毒状態の発生と充分な対応があることから、推定手
段による推定は高精度に行なうことが可能である。そし
て、推定手段により推定された触媒の被毒状態に応じ
て、被毒対策手段により被毒対策が実行される。従っ
て、被毒対策を遅れなしに正確に行なうことが可能であ
る。
【0021】請求項2記載の燃料電池発電装置によれ
ば、ガス利用度算出手段により算出された反応ガスの利
用の程度が反応ガスの不足を示すものであるとき、禁止
手段により、推定手段による被毒状態の推定を禁止す
る。一般に、電極における化学反応の反応状態の差は触
媒の被毒状態に応じて変化するが、これは、電極の面方
向に充分に反応ガスが供給されている場合であり、急負
荷が掛かり反応ガスに不足が生じるような場合には、触
媒が被毒状態になくても前記反応状態が悪化する。この
ため、反応ガスに不足が生じるような場合には、触媒の
被毒状態を誤って推定してしまう。この燃料電池発電装
置のように反応ガスの不足がみられたときに、被毒状態
の推定を禁止することにより、反応ガスの不足時におけ
る誤った推定をとり止めることが可能となる。
【0022】請求項3記載の燃料電池発電装置におい
て、温度差検出手段により検出される、電極の反応ガス
の流入側と流出側との温度差は、電極の反応ガスの流入
側と流出側とにおける前記化学反応の反応状態の差によ
るものであることから、前記温度差を検出することで前
記推定手段による前記触媒の被毒状態の推定が可能とな
る。
【0023】請求項4記載の燃料電池発電装置におい
て、電気出力差検出手段により検出される、電極の反応
ガスの流入側と流出側との電気的な出力の差は、電極の
反応ガスの流入側と流出側とにおける前記化学反応の反
応状態の差によるものであることから、前記電気的な出
力の差を検出することで前記推定手段による前記触媒の
被毒状態の推定が可能となる。
【0024】請求項5記載の燃料電池発電装置によれ
ば、推定手段により推定された触媒の被毒状態に応じ
て、電極の面方向における反応ガス流れ方向が、ガス流
れ制御手段により被毒状態の小から大の方向となるよう
に制御される。このため、反応ガスの流出側が流入側と
比べてより被毒している場合に、その部位を反応ガスの
流れにおいて流入側となるように切り換えて、被毒状態
を小とすることができる。、従って、それ以上の被毒を
防止することが可能となり、それとともに、その被毒が
解消され易くなる。
【0025】請求項6記載の燃料電池発電装置について
説明する。他方の電極に供給する酸化ガスは、そのガス
入口ほど酸素濃度が高く、ガス出口に近づくほど酸素濃
度が低くなる。このことは、酸化ガスのガス入口ほど電
気化学反応を進行させるのに有利であることを意味す
る。請求項6記載の燃料電池発電装置によれば、反応ガ
スの流れ方向の反転に同期して、酸化ガスの流れ方向も
同一方向に切り替えられることから、被毒の始まった部
分を酸素濃度が高い酸化ガスにさらすことができる。こ
のため、触媒被毒の始まった方から速やかに触媒被毒が
解消される。
【0026】請求項7記載の燃料電池発電装置について
説明する。冷却通路を流れる冷却媒体は、冷却通路の入
口付近ほど低い温度で、燃料電池の電極反応の発熱を奪
う形で温度は上昇し、冷却通路の出口付近で最も高い温
度となる。請求項7記載の燃料電池発電装置によれば、
冷却通路中の冷却媒体の流れ方向が被毒状態が小から大
の方向となるように制御されることから、被毒状態が大
きい部分に高い温度の冷却媒体を近づけることができ
る。このため、温度が高い程、燃料電池の許容し得る一
酸化炭素濃度が高くなることから、被毒対策を図ること
が可能となる。
【0027】請求項8記載の燃料電池発電装置によれ
ば、冷却熱量制御手段により、温度制御手段および流量
制御手段を動作させ、前記冷却媒体の温度を低下しつつ
流量を低下することにより、冷却媒体の吸収可能な熱量
を一定に保つように制御する。このため、冷却通路の入
口側の冷却媒体の温度と出口側の冷却媒体の温度との温
度差が大きくなる。従って、燃料電池本体の電極の温度
の上昇した領域に、より低い温度の冷却媒体が、また電
極の温度の低下した領域に、より高い温度の冷却媒体が
流れることになる。これにより、燃料電池本体の電極面
内の温度差をより積極的に解消することができ、触媒で
被毒した電極をより短時間で正常な状態に戻すことが可
能になる。また、冷却通路による冷却熱量を一定に保っ
ていることから、負荷に対する出力変動を最小限に食い
止め、安定的な電気エネルギの供給が可能になる。
【0028】請求項9記載の燃料電池発電装置によれ
ば、推定手段により推定された触媒の被毒状態に応じて
改質抑制手段により、例えばCO酸化反応器に供給する
空気量を増加させる等して、強制的に反応ガス中の一酸
化炭素濃度を低下させる。このため、反応ガス中の一酸
化炭素濃度を低下させることができ、被毒の程度の小さ
いわずかな被毒であれば、その被毒の解消または進行を
抑制することが可能となる。
【0029】請求項10記載の燃料電池発電装置によれ
ば、ガス流れ方向反転手段による反応ガスの流れの反転
と、改質抑制手段による反応ガスの改質の効率の低下と
が、選択実行手段により選択的に実行される。このた
め、被毒の程度が小さい場合には、改質抑制手段による
被毒対策ができ、被毒の程度が大きい場合には、ガス流
れ方向反転手段による被毒対策が可能となる。
【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。
【0031】図1は、本発明の第1実施例としての燃料
電池発電システム1の概略構成図である。図1に示すよ
うに、この燃料電池発電システム1は、電気を発生する
固体高分子型の燃料電池本体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を製造する改質器16と、改
質器16で製造された水素リッチガスを燃料ガスとして
燃料電池本体10に送る燃料ガス供給通路18と、燃料
電池本体10から排出されたガスを外部に送るガス排出
通路20を備える。さらに、この燃料電池発電システム
1は、マイクロコンピュータを有する電気的な制御系2
2を備える。
【0032】燃料電池本体10の構成について次に説明
する。燃料電池本体10は、前述したように固体高分子
型の燃料電池であり、そのセル構造として、図2の構造
図および図3の分解斜視図に示す構造を備える。即ち、
図2および図3に示すように、燃料電池本体10は、電
解質膜31と、この電解質膜31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32
およびカソード33と、このサンドイッチ構造を両側か
ら挟みつつアノード32およびカソード33とで燃料ガ
スおよび酸化ガスの流路を形成するセパレータ34,3
5と、セパレータ34,35の外側に配置されアノード
32およびカソード33の集電極となる集電板36,3
7とにより構成されている。
【0033】電解質膜31は、高分子材料、例えばフッ
素系樹脂により形成されたイオン交換膜であり、湿潤状
態で良好な電気電導性を示す。アノード32およびカソ
ード33は、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、
触媒としての白金を担持したカーボン粉がクロスの隙間
に練り込まれている。
【0034】セパレータ34,35は、ち密質のカーボ
ンプレートにより形成されている。また、アノード32
側のセパレータ34には、複数のリブが形成されてお
り、このリブとアノード32の表面とで燃料ガスの流路
溝34pを形成する。一方、カソード33側のセパレー
タ35にも、複数のリブが形成されており、このリブと
カソード33の表面とで酸化ガスの流路溝35pを形成
する。集電板36は、銅(Cu)により形成されてい
る。
【0035】以上説明したのが燃料電池本体10の単一
セルの構成であるが、実際には、セパレータ34,アノ
ード32,電解質膜31,カソード33,セパレータ3
5をこの順に複数組積層して、その外側に集電板36,
37を配置することにより、燃料電池本体10は構成さ
れている。
【0036】図1に戻り、燃料ガス供給通路18および
ガス排出通路20について次に説明する。両通路18,
20はまとめて次のような管路から構成される。即ち、
両通路18,20は、改質器16に連結された一本の管
路40と、その管路40を2本に分岐する第1および第
2の分岐路41,42と、両分岐路41,42を一つに
集める集合路43と、第1の分岐路41の途中から分岐
して、燃料電池本体10の一方側の燃料ガス給排口(第
1の燃料ガス給排口)10aに接続される第1の接続路
44と、第2の分岐路42の途中から分岐して、燃料電
池本体10の他方側の燃料ガス給排口(第2の燃料ガス
給排口)10bに接続される第2の接続路45とから構
成される。なお、第1の燃料ガス給排口10aは、図示
しないマニホールドに接続されており、このマニホール
ドを介して燃料電池本体10の燃料ガス側の複数の流路
溝34pに分岐接続されている。また、同様に、第2の
燃料ガス給排口10bは、図示しない他のマニホールド
に接続されており、このマニホールドを介して燃料電池
本体10の複数の流路溝34pに分岐接続されている。
【0037】第1分岐路41における分岐点44aより
上流側(改質器16側)には、第1の電磁式の開閉バル
ブ(以下、電磁バルブと呼ぶ)51が設けられ、その分
岐点44aより下流側には、第2の電磁バルブ52が設
けられている。一方、第2分岐路42上における分岐点
45aより上流側(改質器16側)には、第3の電磁バ
ルブ53が設けられ、その分岐点45aより下流側に
は、第4の電磁バルブ54が設けられている。
【0038】こうした構成の燃料ガス供給通路18およ
びガス排出通路20によれば、図4の(a)に示すよう
に、第1電磁バルブ51と第4電磁バルブ54とをそれ
ぞれ開状態とし、第2電磁バルブ52と第3電磁バルブ
53とをそれぞれ閉状態とすることで、改質器16から
供給された燃料ガスは、図中、1点鎖線に示すように、
管路40から第1分岐路41の第1電磁バルブ51を通
り、分岐点44aを経て第1の燃料ガス給排口10aに
導かれる。燃料電池本体10へ導入された燃料ガスは、
図中、上から下へ進みつつ、アノード32での電気化学
反応により消費される。一般には、計算上求められる必
要水素量より多くの水素を流すので、反応で消費されな
かった水素と、水素リッチガスに含まれながら電気化学
反応には関係しない二酸化炭素とがあわせて残ガスとし
て、燃料電池本体10の第2の燃料ガス給排口10bか
ら排出される。残ガスは分岐点45aをへて第4の電磁
バルブ54を通り、集合路43から外部に排出される。
このときの燃料ガスの流れ方向を順方向と呼ぶことに
し、燃料電池本体10の初期運転時には、この状態に保
たれる。
【0039】一方、図4の(b)に示すように、第2電
磁バルブ52と第3電磁バルブ53とをそれぞれ開状態
とし、第1電磁バルブ51と第4電磁バルブ54とをそ
れぞれ閉状態とすることで、改質器16から供給された
燃料ガスは、図中、1点鎖線に示すように、管路40か
ら第2分岐路42の第3電磁バルブ53を通り、分岐点
45aを経て第2の燃料ガス給排口10bに導かれる。
燃料電池本体10へ導入された燃料ガスは、図1中、下
から上へ進みつつ、電極での電気化学反応により消費さ
れ、その残ガスは燃料電池本体10の第1の燃料ガス給
排口10aから排出される。残ガスは分岐点44aをへ
て第2の電磁バルブ52を通り、集合路43から外部に
排出される。このときの燃料ガスの流れ方向を逆方向と
呼ぶことにする。
【0040】図1に戻り、制御系22について次に説明
する。制御系22は、燃料電池本体10の状態を検出す
るセンサとして、流路溝34pに設けられ、アノード3
2の電極面の温度を検出する第1および第2の温度セン
サ61,63と、両温度センサ61,63に接続される
電子制御ユニット70とを備える。第1および第2の温
度センサ61,63は、熱電対式のもので、複数ある流
路溝34pの内の所定の1本の両端にそれぞれ配設され
ている。なお、第1の温度センサ61が設けられるのが
図1中、上部側にあたり、第2の温度センサ63が設け
られるのが図1中、下部側にあたる。
【0041】電子制御ユニット70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CPU72、CPU72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ROM74、同じくCPU72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RAM76、温度センサ61,63からの出力
信号を入力する入力処理回路78、CPU72での演算
結果に応じて第1ないし第4の電磁バルブ51〜54に
開閉信号を出力する出力処理回路79等を備える。
【0042】こうした構成の電子制御ユニット70のC
PU72によって、第1および第2の温度センサ61,
63からの出力信号から、第1および第2の温度センサ
61,63が設けられている流路溝34pの両端付近の
温度差が求められ、この温度差に応じて第1ないし第4
の電磁バルブ51〜54が開閉制御され、燃料電池本体
10の燃料ガス側の流路溝34pへ供給される燃料ガス
の流れ方向が切り換えられる。
【0043】この燃料ガスの流れ方向を切り換える燃料
ガス制御処理ルーチンについて、図5のフローチャート
に沿って詳しく次に説明する。この燃料ガス制御処理ル
ーチンは、所定時間毎に繰り返し実行されるものであ
る。CPU72は、処理が開始されると、まず、第1の
温度センサ61で検出された第1の電極温度T1と第2
の温度センサ63で検出された第2の電極温度T2とを
それぞれ読み込む処理を行なう(ステップS110)。
次いで、第1の電極温度T1から第2の電極温度T2を
差し引いた温度差TSを求め(ステップS120)、こ
の温度差TSが予め定められた所定の温度差TA(>
0)より大きいか否かを判別する処理を行なう(ステッ
プS130)。
【0044】ステップS130で肯定判別、即ち、温度
差TSが所定温度差TAより大きいと判別されると、C
PU72は次の処理を行なう。第1の電磁バルブ51と
第4の電磁バルブ54とにバルブを閉状態に制御する制
御信号を送り、第2の電磁バルブ52と第3の電磁バル
ブ53とにバルブを開状態に制御する制御信号を送るこ
とにより、前者の一群の電磁バルブ51,54を閉状態
に、後者の一群の電磁バルブ52,53を開状態に制御
する(ステップS140)。この結果、図4の(b)に
示すように、燃料ガスは、燃料電池本体10中を逆方向
に進む。
【0045】ステップS130で肯定判別される状態と
は、第1の温度センサ61で検出された第1の電極温度
T1が、第2の温度センサ63で検出された第2の電極
温度T2より所定温度TA以上大きい状態であり、この
温度差が生じるのは次のような理由による。これは、ア
ノード32の電極表面が受ける被毒の程度が、電極表面
の位置により異なることに起因する。被毒の程度の高い
部分ほど電気出力が低下して、被毒の程度が低い部分に
電流が集中することから、被毒の程度の高い部分ほど温
度が低下し、被毒の程度が高い部分ほど温度が上昇す
る。
【0046】燃料ガスの流路溝34pにおいては、発明
が解決しようとする課題の欄で説明したように、出口側
に進むにつれて一酸化炭素濃度が高くなることから、出
口側ほど電極表面の被毒の程度は高くなり、出口側ほど
温度が低下する。即ち、図4の(a)に示すように、燃
料ガスが順方向に流れているときには、第1の燃料ガス
給排口10a側に設けられた第1の温度センサ61で検
出される第1の電極温度T1が高くなり、第2の燃料ガ
ス給排口10b側に設けられた第2の温度センサ63で
検出される第2の電極温度T2が低くなり、ステップS
130で肯定判別されることになる。
【0047】こうした状況下で、ステップS140の処
理が実行されると、図4の(b)に示すように、燃料ガ
スは第2の燃料ガス給排口10b側から第1の燃料ガス
給排口10a側に向かう逆方向に進むことになる。この
ようにガスの流れが逆転するので、これまで、一酸化炭
素により被毒を受けていた第2の燃料ガス給排口10b
の付近には、相対的に一酸化炭素濃度の低い燃料ガスが
供給されることになる。白金触媒の一酸化炭素による被
毒は、一酸化炭素の濃度に強く依存するので、一酸化炭
素の濃度が低くなれば、被毒が解消される方向になり、
第2の燃料ガス給排口10b付近の電気化学反応が活発
になり、第2の燃料ガス給排口10b付近の温度が上昇
し、正常な温度に戻ることになる。また、第1の燃料ガ
ス給排口10a付近での電流集中も解消されるので、第
1の燃料ガス給排口10a付近の温度が低下し、正常な
温度に戻ることになる。即ち、第2の燃料ガス給排口1
0b付近に設置された第2の温度センサ63により検知
される第2の電極温度T2と、第1の燃料ガス給排口1
0a付近に設置された第1の温度センサ61により検知
される第1の電極温度T1との温度差TSはしだいに解
消される。
【0048】なお、温度差TSが何℃で触媒被毒が発生
したと判断するか、即ち、ステップS130で用いる所
定温度差TAが何℃になるかは、個々の燃料電池本体1
0により異なる。たとえ触媒被毒が発生しない、まった
く正常な運転状態でも、次のような条件下では温度差T
Sが発生しやすい。燃料電池本体10の電極面積が大き
い場合、燃料電池本体10の冷却水の入口温度と、燃料
電池本体10の運転温度との間の温度差が大きい場合等
である。一般には、燃料電池本体10に一酸化炭素をま
ったく含まないガスを流し、そのときの第1および第2
の電極温度T1,T2を検知し、次に、濃度のわかって
いる一酸化炭素を含んだ燃料ガスを流し、その時のT
1,T2を検知し、各々の場合におけるT1,T2の温
度差のデータをとり、正常時に対して温度差が何℃増え
たら触媒被毒したと決めればよい。本実施例では、正常
時のT1とT2の温度差TSに対して3〜5[℃]程度
温度差が大きくなれば、触媒被毒が発生したとする。
【0049】図5のフローチャートに説明を戻す。ステ
ップS130で否定判別、即ち、温度差TSが所定温度
差TAより大きいと判別されると、ステップS150に
進み、その温度差TSが前記所定温度差TAの正負を反
転した−TAより小さいか否かを判別する。この判別
は、第1の電極温度T1から第2の電極温度T2を引い
た温度差TSの正負反転値である第2の電極温度T2か
ら第1の電極温度T1を引いた温度差−TSが、所定温
度差TAより大きいか否かを判別するものと同じであ
る。
【0050】ステップS150で肯定判別、即ち、第2
の電極温度T2から第1の電極温度T1を差し引いた値
が所定温度差TAより大きいと判別されると、次の処理
を行なう。第1の電磁バルブ51と第4の電磁バルブ5
4とにバルブを開状態に制御する制御信号を送り、第2
の電磁バルブ52と第3の電磁バルブ53とにバルブを
閉状態に制御する制御信号を送ることにより、前者の一
群の電磁バルブ51,54を開状態に、後者の一群の電
磁バルブ52,53を閉状態に制御する(ステップS1
60)。この結果、図4の(a)に示すように、燃料ガ
スは燃料電池本体10を順方向に進む。
【0051】ステップS150で肯定判別される状態と
は、第2の温度センサ63で検出された第2の電極温度
T2が、第1の温度センサ61で検出された第1の電極
温度T1より所定温度TA以上大きい状態であり、これ
は、次のような状況下で起こりうる。即ち、ステップS
130およびS140で、第1の電極温度T1が第2の
電極温度T2より所定温度差TA以上大きい状態で、燃
料ガスの流れ方向が切り換えられた後、触媒被毒が解消
し、燃料電池本体10が正常な運転を続け、この状態
で、再び触媒被毒が発生した場合に起こる。図4の
(b)に示すように燃料ガスが逆方向に流れているとき
には、第1の燃料ガス給排口10a側に近いほど一酸化
炭素濃度が高くなり触媒被毒が発生し易いことから、第
1の燃料ガス給排口10a側に設けられた第1の温度セ
ンサ61で検出される第1の電極温度T1が、第2の燃
料ガス給排口10b側に設けられた第2の温度センサ6
3で検出される第2の電極温度T2より低くなる。この
結果、ステップS150で肯定判別されることになる。
【0052】こうした状況下で、ステップS160の処
理が実行されると、図4の(a)に示すように、燃料ガ
スは第1の燃料ガス給排口10a側から第2の燃料ガス
給排口10b側に向かう方向に流れが切り換えられる。
このようにガスの流れが逆方向から順方向に逆転するの
で、これまで、一酸化炭素により被毒を受けていた第1
の燃料ガス給排口10aの付近には、相対的に一酸化炭
素濃度の低い燃料ガスが供給されることになる。この結
果、被毒が解消される方向になり、第1の燃料ガス給排
口10a付近の電気化学反応が活発になり、第1の燃料
ガス給排口10a付近の温度が上昇し、正常な温度に戻
ることになる。また、第2の燃料ガス給排口10b付近
での電流集中も解消されるので、第2の燃料ガス給排口
10b付近の温度が低下し、正常な温度に戻ることにな
る。即ち、第1の電極温度T1と第2の電極温度T2と
の温度差TSはしだいに解消される。
【0053】ステップS140またはS160の処理に
より、温度差TSの解消がなされると、続いて、所定の
時間だけ遅延する処理を行なう(ステップS170)。
ここで、所定の時間とは、ステップS140またはS1
60の実行により温度差TSが完全に解消するに充分な
時間である。なお、この遅延時間は、個々の燃料電池本
体10の構造、例えば、対象となる燃料電池本体の配管
の長さ、配管径、開閉バルブの取付け位置、ガス流速、
ガス圧力等により異なる。そのため、予め対象となる燃
料電池毎の被毒解消に必要な時間を測定しておくことが
必要となり、その上で遅延時間はその被毒解消時間の
1.2〜1.5倍程度に設定することが望ましい。ステ
ップS170の実行後、「リターン」に抜けて、この処
理を一旦終了する。一方、ステップS150で否定判定
されたときにも、そのまま「リターン」に抜けて、この
処理を一旦終了する。
【0054】以上詳述したこの第1実施例の燃料電池発
電システム1では、第1および第2の温度センサ61,
63により燃料ガスの流路溝34pの両端の温度が検出
され、アノード32の触媒に被毒状態に陥った部分があ
るか否かが両者の温度差TSから判定される。アノード
32の電極表面上の温度差は、触媒の被毒状態の発生と
密接な対応関係があることから、触媒の被毒状態を高精
度に判定することができるといった効果を奏する。
【0055】また、この燃料電池発電システム1では、
触媒の被毒状態があることが判定されると、第1ないし
第4の電磁バルブ51〜54を開閉制御することによ
り、アノード32に沿って設けられた燃料ガスの流路溝
34pにおける燃料ガスの流れ方向が反転される。この
ため、流路溝34における電極表面上においてより被毒
している反応ガスの流出側が、反応ガスの流入側に切り
換えられ、この結果、被毒していた部分を一酸化炭素濃
度が相対的に低い反応ガスにさらすことができる。従っ
て、それ以上の被毒を防止することができ、それととも
に、その被毒が解消され易くなると言った効果を奏す
る。両効果から、燃料電池本体10の触媒の被毒を、遅
れが生じることなしに、しかも確実に解消することがで
きるといった効果を招来する。
【0056】前記第1実施例において、第1ないし第4
の電磁バルブ51〜54の配設位置は、実際は次のよう
になっている。第1電磁バルブ51および第2電磁バル
ブ52は、分岐点44aに出来る限り近い位置に、第3
電磁バルブ53および第4電磁バルブ54は、分岐点4
5aに出来る限り近い位置にそれぞれ配設されている。
これは、分岐点44a,45aと各電磁バルブ51〜5
4との間に残留するガスが出来る限り少ない方が、ガス
の流れを反転させる際に、燃料電池本体10に流れ込む
残留ガスが少なくて済むためであり、こうして、残留ガ
スの影響を出来る限り少なくすることができる。
【0057】なお、前記第1実施例においては、前述し
たように4つの電磁バルブ51〜54を設けていたが、
さらに第5ないし第8の4つの電磁バルブを設けるよう
に構成してもよい。即ち、図6に示すように、第1分岐
路41上の管路40に近い側と集合路43に近い側とに
第5電磁バルブ55および第6電磁バルブ56を設け、
第2分岐路42上の管路40に近い側と集合路43に近
い側とに、第7電磁バルブ57および第8電磁バルブ5
6を設ける。そして、第1電磁バルブ51と第5電磁バ
ルブ55、第2電磁バルブ52と第6電磁バルブ56、
第3電磁バルブ53と第7電磁バルブ57、第4電磁バ
ルブ54と第8電磁バルブ58をそれぞれ一組として同
時に開閉制御する。こうした構成により、第1分岐路4
1の経路と第2分岐路42の経路における残留ガスをほ
ぼなくすことができ、より確実に残留ガスによる悪影響
をなくすことができる。
【0058】また、第1実施例のように4つの電磁バル
ブ51〜54を設けるのではなく、これに換えて、第1
分岐路41の分岐点44aと第2分岐路42の分岐点4
5aの2カ所に電磁式の3方向切換バルブ(3ポート切
換バルブ)を設け、これを操作することにより、ガス流
路を切り換えるように構成してもよい。
【0059】さらに、前記第1実施例を次のように変形
してもよい。第1実施例では、第1および第2の温度セ
ンサ61,63により検出された電極温度T1,T2か
ら触媒の反応状態を知るように構成されていたが、これ
に換えて、アノード32の電極面の電位を検出する電位
計により触媒の反応状態を知る構成としてもよい。詳し
くは、第1実施例における第1の温度センサ61の配設
位置に第1の電位計を設け、第2の温度センサ63の配
設位置に第2の電位計を設ける。そして、両電位計で検
出した電位E1,E2の差を求めて、この電位差に応じ
て触媒の被毒状態の判別を行なう。アノード32の電極
面の電位差は、電極の燃料ガスの流入側と流出側とにお
ける前記化学反応の反応状態の差によるものであること
から、前記構成により、第1実施例と同様に触媒の被毒
状態を高精度に判定することができる。
【0060】次に、本発明の第2実施例について説明す
る。図7は、本発明の第2実施例としての燃料電池発電
システム200の概略構成図である。図7に示すよう
に、この燃料電池発電システム200は、第1実施例の
それと比較して、次の構成が相違する。この燃料電池発
電システム200は、第1の接続路44および第2の接
続路45にそれぞれ設けられ、燃料電池本体10への燃
料ガスの吸入量を検出する第1および第2の流量センサ
201,203と、燃料電池本体10に接続され、その
出力電流値を検出する電流計205とを備えている。こ
れら第1および第2の流量センサ201,203と電流
計205は、電子制御ユニット70と電気的に接続され
ており、電子制御ユニット70のCPU72により、ア
ノード32での燃料ガスの利用の程度が求められ、その
程度に応じて第1実施例の燃料ガス制御処理を実行する
か禁止するかが定められる。
【0061】こうした電子制御ユニット70により実行
される燃料ガス制御処理について、図8のフローチャー
トに沿って詳しく説明する。この燃料ガス制御処理ルー
チンは、電子制御ユニット70のCPU72により所定
時間毎に繰り返し実行されるものである。CPU72
は、処理が開始されると、まず、電流計205から燃料
電池本体10の出力電流Iを読み込み(ステップS21
0)、その出力電流Iから理論上必要とされる燃料電池
本体10の燃料ガス流量MAを算出する(ステップS2
20)。次いで、燃料電池本体10の燃料ガスの流れ方
向は、図4の(a)で説明した順方向か、それとも、図
4の(b)で説明した逆方向であるかを判別する処理を
行なう(ステップS230)。
【0062】ステップS230で燃料ガスの流れ方向が
順方向にあると判別されたときには、第1の燃料ガス給
排口10aから燃料電池本体10に実際に流入する燃料
ガス流入量MBを第1の流量センサ201から読み込む
処理を行なう(ステップS240)。一方、ステップS
230で燃料ガスの流れ方向が逆方向にあると判別され
たときには、第2の燃料ガス給排口10bから燃料電池
本体10に実際に流入する燃料ガス流入量MBを第2の
流量センサ203から読み込む処理を行なう(ステップ
S250)。ステップS240またはS250の実行
後、次いで、ステップS240またはS250で読み込
んだ燃料ガスの実際の流入量MBが、ステップS220
で算出された燃料ガスの必要量MAを下回っているか否
かを判別する(ステップS260)。
【0063】ステップS260で実際の流入量MBが必
要量MAを下回っていると判別された場合には、燃料ガ
スが不足したと言うことであることから、燃料電池本体
10の燃料ガス流入量を増加する処理を行なう(ステッ
プS270)。この燃料ガス流入量増加処理は、改質器
16やメタノールタンク12および水タンク14を制御
することにより実行される周知のもので、詳しい説明に
ついては省略するものとする。ステップS270の実行
後、「リターン」に抜けてこの処理を一旦終了する。
【0064】一方、ステップS260で実際の流入量M
Bが必要量MA以上であると判別された場合には、燃料
ガスが充分であることから作用の欄で説明したように触
媒の被毒状態を誤判定することがないため、第1実施例
と同じステップS110からステップS170までの処
理を実行する。その後、この処理を一旦終了する。
【0065】以上詳述したこの第2実施例の燃料電池発
電システム200では、燃料電池本体10への燃料ガス
の実際の流入量MBが必要量MAを下回り不足している
場合に、温度センサ61,63からの被毒状態の推定を
行なわず、しかも、被毒対策も行なわない。一般に、ア
ノード32における化学反応の反応状態の差は触媒の被
毒状態に応じて変化するが、これは、アノード32の面
方向に充分に燃料ガスが供給されている場合であり、急
負荷が掛かり燃料ガスに不足が生じるような場合には、
触媒が被毒状態になくても反応状態が悪化する。このた
め、燃料ガスに不足が生じるような場合には、触媒の被
毒状態を誤って推定してしまう。この実施例のように、
燃料ガスが不足するときは被毒状態の推定等を行なわな
いことにより、燃料ガスの不足時における誤った推定を
とり止めることができる。従って、被毒状態の推定の精
度を高めることができ、触媒の被毒対策を高精度に行な
うことができるといった効果を奏する。
【0066】この第2実施例では、燃料ガスの流路溝3
4pの両端の接続路44,45に設けられた2つの流量
センサ201,203を選択的に用いて、燃料電池本体
10に実際に流入する燃料ガス流入量MBを検出してい
たが、これに換えて、改質器16のすぐ下流の管路40
にひとつの流量センサを設けて、この流量センサの検出
結果から燃料電池本体10に流入する燃料ガス流入量M
Bを算出する構成としてもよい。また、管路40に流量
を制御するマスフローコントローラを備えている場合に
は、このマスフローコントローラへの制御信号から前記
燃料ガス流入量MBを求めるようにしてもよい。さらに
は、改質器16へ供給されるメタノールと水との供給量
と改質器内部に充填された改質触媒の温度から水素発生
量、実際の燃料ガス流入量MBを求める構成としてもよ
い。
【0067】また、第2実施例では、燃料電池本体10
に流入する燃料ガス流入量MBが必要量MAを下回って
いる場合、被毒状態の推定を禁止する構成であったが、
これに換えて、前記必要量MAと燃料ガス流入量MBと
の偏差△Mを求めて、被毒状態の判断基準、具体的に
は、ステップS130,S150で用いる判断値TAを
偏差△Mに応じて変える構成としてもよい。この構成に
より、被毒状態の推定をより高精度に行なうことができ
る。
【0068】次に、本発明の第3実施例について説明す
る。図9は、本発明の第3実施例としての燃料電池発電
システム300の概略構成図である。図9に示すよう
に、この燃料電池発電システム300は、第1実施例と
ほぼ同じハードウェアの構成を備える。相違する点は、
改質器16を構成する改質部301、シフト反応部30
2および部分酸化反応部303と電子制御ユニット70
とを接続することにより、電子制御ユニット70のCP
U72により、改質部301、シフト反応部302およ
び部分酸化反応部303を制御して、燃料ガスである水
素リッチガスの質を変更可能とした点にある。
【0069】以下、電子制御ユニット70のCPU72
により実行される燃料ガス制御処理について、図10の
フローチャートに沿って詳しく説明する。この燃料ガス
制御処理は、所定時間毎に繰り返し実行されるものであ
る。CPU72は、処理が開始されると、まず、第1実
施例の燃料ガス制御処理のステップS110およびS1
20と同様に、第1および第2の温度センサ61,63
から第1の電極温度T1と第2の温度センサ63を読み
込み、それらの温度差TSを求める(ステップS31
0,S320)。
【0070】続いて、ステップS320で算出された温
度差TSの絶対値が予め定められた第2の所定値TB
(>0)より大きく、且つ第1の所定値TAより小さい
か否かを判別する処理を行なう(ステップS322)。
ここで、第1の所定値TAは、第1実施例のステップS
130で用いた所定値TAと同じ値であり、触媒被毒が
発生した状態を判別するための値である。第2の所定値
TBは、第1の所定値TAよりも小さい値で、触媒被毒
が起こり始めている状態、即ち、触媒被毒の前段階また
は軽い触媒被毒の状態を判別するための値である。具体
的には、第1の所定値TAは、第1実施例で説明したよ
うに3〜5[℃]であり、第2の所定値TBは、2〜3
[℃]である。
【0071】ステップS322で肯定判別されると、C
PU72の処理はステップS324に進む。ここでは、
CPU72は、改質器16の部分酸化反応部303に制
御信号を送って、部分酸化反応部303へ吹き込む空気
の流量を増量する処理を行なう。部分酸化反応部303
は、100℃〜200℃の温度で運転されており、改質
ガスに吹き込む空気の量を増量すれば、改質ガス中の一
酸化炭素を酸化して二酸化炭素にする反応が促進され
る。
【0072】即ち、温度差TSの絶対値がTBより大き
く、TAより小さいと判別され、燃料電池本体10のア
ノード側電極で触媒被毒が起こり始めている状態である
と判断されたならば、改質器16の部分酸化反応部30
3へ吹き込む空気の流量を増大させることにより、改質
ガス中の一酸化炭素を酸化して二酸化炭素にする反応を
促進させることになる。これにより、部分酸化反応部3
03から生成される改質ガス中の一酸化炭素濃度は低下
する。このため、一酸化炭素濃度の低い改質ガスが、燃
料ガスとして燃料電池本体10に流れ込むので、触媒被
毒が起こり始めていた状態が改善される。
【0073】一方、ステップS322で否定判別、即
ち、温度差TSの絶対値が、TB以下またはTA以上で
あると判別されると、ステップS330に進む。このス
テップS330からステップS370までの処理は、第
1実施例のステップS140〜S170と同じ処理であ
る。即ち、温度差TSが第1の所定値TAより大きいと
判別された場合には、図4の(b)に示すように、燃料
電池本体10の燃料ガスの流れを逆方向に切り換え(ス
テップS330,S340)、一方、温度差TSが所定
値TAの負の値より小さいと判別された場合には、図4
の(a)に示すように、燃料電池本体10の燃料ガスの
流れを順方向に切り換える(ステップS350,36
0)とともに、その後、遅延処理を行なう(ステップS
370)。なお、ステップS322,S330,S35
0の各ステップの全てで否定判別されたとき、即ち、温
度差TSが−TBからTBまでの間に該当するときに
は、触媒の被毒はないものとして、何の処理も行なわ
ず、「リターン」に抜けてこの処理を一旦終了する。
【0074】なお、ステップS324で触媒被毒の起こ
り始めの状態の改善がなされた後には、ステップS37
0に進み、その改善の完全を期するために遅延処理が実
行される。その後、「リターン」に抜けてこの処理を一
旦終了する。
【0075】以上詳述したこの第3実施例の燃料電池発
電システム1では、アノード32の触媒被毒の程度が僅
かなものであれば、改質器16の部分酸化反応部303
へ吹き込む空気の流量が増大される。これによれば、改
質器16の改質の効率を一時的に落とすことになるが、
一酸化炭素濃度の低い燃料ガスを燃料電池本体10に送
り込むことができ、僅かな触媒被毒ならその状態を改善
させることができるといった効果を奏する。なお、この
実施例では、被毒の程度が大きい場合には、第1実施例
と同様にガスの流れ方向を反転することにより、被毒の
解消が図られることから、被毒の程度に応じて段階的な
被毒の解消を図ることができるといった効果も奏する。
【0076】なお、部分酸化反応部303において改質
ガス中に吹き込む空気の量を増やすと、次式で示す酸化
反応が促進される。 2CO+O2→2CO2 2H2 +O2→2H2O こうした酸化反応の結果、改質ガス中に含まれる水素の
分圧が相対的に低下することになるが、これは、燃料電
池本体10の出力電圧をたとえ僅かながらではあるが、
低下させる方向へ作用する。このため、第3実施例で
は、特に詳しく説明しなかったが、第1の電極温度T1
と第2の電極温度T2の温度差がTB以下に復帰したな
らば、空気の吹き込み量を定常状態の吹き込み量に戻す
ように構成することが望ましい。
【0077】また、第3実施例では、部分酸化反応部3
03での空気吹き込み量の制御により、改質ガス中の一
酸化炭素濃度を低下させていたが、これに換えて、改質
部301の反応温度を制御したり、シフト反応部302
の反応温度を制御する構成によっても、同様に、改質反
応効率の若干の低下は伴うが改質ガス中の一酸化炭素濃
度を低下させることができる。
【0078】なお、前述したように改質器16の改質の
効率を落とすのに換えて、次のような構成によって触媒
被毒状態の改善を図るようにしてもよい。即ち、燃料電
池本体10に供給する燃料ガスの供給圧を一時的に増加
させるようする。この構成により、一時的にガス圧を理
想状態より増加させることができ、燃料電池としての効
率は一時的に低下するが、触媒の耐CO被毒特性を高め
ることができる。この結果、僅かな触媒被毒ならその状
態を改善し、あるいは進行を抑制できる。
【0079】次に、本発明の第4実施例について説明す
る。図11は、この第4実施例としての燃料電池発電シ
ステムの燃料電池本体10周辺の概略構成図である。図
11に示すように、この燃料電池発電システム400
は、第1実施例とほぼ同じハードウェアの構成を備え
る。相違する点は、第1の分岐路41の分岐点44aに
さらに接続される管路401と、第2の分岐路42の分
岐点45aに接続される管路403とを備え、各管路4
01,403に電磁バルブ455,456を設けた点に
ある。
【0080】管路401はパージガスの注入路であり、
管路403はパージガスの排出路である。パージガス
は、窒素またはアルゴンなどの不活性ガスである。図示
しない第1実施例と同じ電子制御ユニット70は、第1
の分岐路41上の電磁バルブ51,52と第2の分岐路
42上の電磁バルブ53、54とを全て閉状態とした上
で、両電磁バルブ455,456を開状態に制御するこ
とにより、燃料電池本体10内に燃料ガスに換えてパー
ジガスを充填させる。この結果、燃料電池本体10は停
止するとともに、内部の水素ガスが排気されて安全状態
に保たれる。
【0081】次に、前述したパージガスを充填させるパ
ージ処理を含めた燃料ガス制御処理について、図12の
フローチャートに沿って詳しく説明する。この燃料ガス
制御処理は、電子制御ユニット70のCPU72により
所定時間毎に繰り返し実行されるものである。CPU7
2は、処理が開始されると、まず、第1実施例の燃料ガ
ス制御処理のステップS110およびS120と同様
に、第1および第2の温度センサ61,63から第1の
電極温度T1と第2の温度センサ63を読み込み、それ
らの温度差TSを求める(ステップS410,S42
0)。
【0082】続いて、ステップS410で算出された温
度差TSの絶対値が予め定められた第3の所定値TC
(>0)より大きいか否かを判別する処理を行なう(ス
テップS422)。ここで、第3の所定値TCは、触媒
被毒の程度が高く、燃料電池本体10が発電を継続させ
るのが困難である状態を判別するための値である。具体
的には、第3の所定値TCは、5〜10[℃]といった
大きな値である。
【0083】ステップS422で肯定判別されると、C
PU72はステップS424に進む。ここでは、CPU
72は、図示しない負荷への電気供給を、燃料電池本体
10と並列に接続された図示しない2次電池(例えば鉛
蓄電池)に切り替えるとともに、当該負荷を安全に停止
させる処理を行なう。続いて、パージ処理を行なって、
燃料電池本体10を安全に停止させる(ステップS42
6)。このパージ処理は、前述したように、第1の分岐
路41上の電磁バルブ51,52と第2の分岐路42上
の電磁バルブ53、54とを全て閉状態とし、その後、
パージ用の管路401に設けられた電磁バルブ455と
管路403に設けられた電磁バルブ456とを開状態に
制御するもので、こうした制御により、燃料電池本体1
0内に燃料ガスに換えてパージガスが充填される。この
結果、燃料電池本体10は停止するとともに、燃料電池
本体内部の水素ガスが不活性ガスに置換されて、燃料電
池本体は安全状態に保たれる。その後、「ストップ」に
抜けてこの処理を終了する。
【0084】一方、ステップS422で否定判別、即
ち、温度差TSの絶対値が、TC以下であると判別され
ると、ステップS430に進む。このステップS430
からステップS470までの処理は、第1実施例のステ
ップS140〜S170と同じ処理である。即ち、温度
差TSが第1の所定値TAより大きいと判別された場合
には、燃料電池本体10の燃料ガスの流れを逆方向に切
り換え(ステップS430,S440)、一方、温度差
TSが所定値TAの負の値より小さいと判別された場合
には、燃料電池本体10の燃料ガスの流れを順方向に切
り換え(ステップS450,460)、その後、遅延処
理を行なう(ステップS370)。その後、「リター
ン」に抜けてこの処理を一旦終了する。
【0085】以上詳述したこの第4実施例の燃料電池発
電システム400では、燃料電池本体10の燃料ガスの
流れ方向を逆転させた後もなお、アノード32の電極面
内の温度差TSが拡大し続け、温度差TSが予め決めら
れた第3の所定値TCを越えた時には、触媒が完全に被
毒され、もはやこれ以上、燃料電池本体10の発電を継
続させるのが困難であると判断して、燃料電池本体10
内に燃料ガスに換えてパージガスを充填させることによ
り、燃料電池本体10を安全に停止させる。これによ
り、触媒被毒により、燃料電池本体10が緊急停止し
て、燃料電池本体10および周辺機器あるいは燃料電池
本体10に接続された負荷にダメージが加わるのを防止
することができる。
【0086】次に、本発明の第5実施例について説明す
る。図13は、本発明の第5実施例としての燃料電池発
電システム500の概略構成図である。図13に示すよ
うに、この燃料電池発電システム500は、第1実施例
と同じ構成の燃料ガス系統Aを備え、さらに、その燃料
ガス系統Aと似かよった構成の酸化ガス系統Bを備え
る。燃料電池発電システム500は、燃料ガス系統Aと
して、第1実施例と同じ燃料電池本体10,改質器1
6,燃料ガス供給通路18およびガス排出通路20を備
えるとともに、酸化ガス系統Bとして、酸化ガス(実際
は空気)を貯えたタンク516と、タンク516からの
酸化ガスを燃料電池本体10のカソード側の流路溝35
pに供給する酸化ガス供給通路518と、その流路溝3
5pに供給された酸化ガスの残余分を排出するガス排出
通路520とを備える。
【0087】酸化ガス供給通路518およびガス排出通
路520は、燃料ガス供給通路18およびガス排出通路
20と同様に、2本の分岐路541,542に分岐され
ており、分岐路510,542には第5ないし第8の電
磁バルブ551〜554が設けられている。これら第5
ないし第8の電磁バルブ551〜554は、制御系52
2の電子制御ユニット570により開閉制御されること
により、カソード33側の流路溝35p(図2および図
3)に流される酸化ガスの流れ方向を反転する。なお、
この酸化ガスの流れは、第1実施例の図2および図3に
示したように燃料ガス側の流路溝34pと酸化ガス側の
流路溝35pとが平行に配設されていることから、燃料
ガスの流れ方向と当然平行なものとなる。
【0088】制御系522の電子制御ユニット570
は、燃料ガス系統Aの第1ないし第4の電磁バルブ51
〜54の開閉に同期させて、酸化ガス系統Bの第5ない
し第8の電磁バルブ551〜554も開閉制御してお
り、こうして、燃料ガスの流れ方向の切り換えに同期さ
せて、酸化ガスの流れ方向も燃料ガスの流れ方向と同一
方向に切り換える。詳しくは、第1実施例で説明した図
5に示す燃料ガス制御処理ルーチンにおいて、ステップ
S140で、第1および第4電磁バルブ51,54の閉
制御、第2および第3電磁バルブ52,53の開制御と
ともに、第5および第8電磁バルブ551,554を閉
状態に、第6および第7電磁バルブ552,553の開
状態に制御し、また、ステップS160で、第1および
第4電磁バルブ51,54の開制御、第2および第3電
磁バルブ52,53の閉制御とともに、第5および第8
電磁バルブ551,554を開状態に、第6および第7
電磁バルブ552,553の閉状態に制御する。
【0089】こうした構成により、この燃料電池発電シ
ステム500では、アノード32の触媒に被毒状態があ
ると判定されると、アノード32側の流路溝34pにお
ける燃料ガスの流れ方向を反転させることにより、被毒
している部分を一酸化炭素濃度の低い燃料ガスにさらす
ことができる。さらに、燃料ガスの流れ方向の反転に同
期して、酸化ガスの流れ方向も同一方向に切り替えられ
ることから、被毒の始まった部分を酸素濃度の高い酸化
ガスにもさらすことができる。このため、触媒被毒の始
まった部分をより一層速やかに解消することができ、従
って、燃料電池本体10の触媒の被毒を遅れが生じるこ
となしにより一層素早く解消することができるといった
効果を奏する。
【0090】次に、本発明の第6実施例について説明す
る。図14は、本発明の第6実施例としての燃料電池発
電システム600の概略構成図である。図14に示すよ
うに、この燃料電池発電システム600は、第1実施例
と同じ構成の燃料ガス系統Aを備え、さらに冷却水系統
Cを備える。冷却水系統Cは、燃料電池本体10に配設
される冷却水の通路溝601と、その通路溝601に冷
却水を循環させる循環通路603とを備える。通路溝6
01は、燃料電池本体10に設けられた複数のセル毎に
配設された冷却板610に形成されるもので、燃料ガス
の流路溝34pと平行に位置する。なお、燃料ガス側の
流路溝34pを形成するセパレータ34と前記冷却板6
10とは、上下に重ねられ同一垂線上に位置するが、こ
の関係を図中2点鎖線で示した。
【0091】循環通路603は、その経路中に、冷却水
ポンプ646,ラジエタ647,絞りバルブ649を備
え、冷却ポンプ646の吐出量や、ラジエタ647に対
向するラジエタファン648の回転速度を制御すること
により、循環量およびその冷却水温が制御される。循環
通路603は、冷却板610付近で2本の分岐路64
1,642に分岐し、各分岐路641,642から接続
路644,645を介して冷却板610の通路溝601
の両端に接続される。分岐路641および642には、
第5ないし第8の電磁バルブ651〜654が設けられ
ており、これら第5ないし第8の電磁バルブ651〜6
54は、制御系622の電子制御ユニット670により
開閉制御されることにより、通路溝601に流される冷
却水の流れ方向を反転する。なお、この冷却水の流れ
は、燃料ガスの流路溝34pと平行に配設されているこ
とから、燃料ガスの流れ方向と平行なものとなる。
【0092】制御系622の電子制御ユニット670
は、燃料ガス系統Aの第1ないし第4の電磁バルブ51
〜54の開閉に同期させて、冷却水系統Cの第5ないし
第8の電磁バルブ651〜654も開閉制御しており、
こうして、燃料ガスの流れ方向の切り換えに同期させ
て、冷却水の流れ方向を燃料ガスの流れ方向と反転する
方向に制御する。詳しくは、第1実施例で説明した図5
に示す燃料ガス制御処理ルーチンにおいて、ステップS
140で、第1および第4電磁バルブ51,54の閉制
御、第2および第3電磁バルブ52,53の開制御とと
もに、第5および第8電磁バルブ651,654を開状
態に、第6および第7電磁バルブ652,653を閉状
態に制御する。また、ステップS160で、第1および
第4電磁バルブ51,54の開制御、第2および第3電
磁バルブ52,53の閉制御とともに、第5および第8
電磁バルブ651,654を閉状態に、第6および第7
電磁バルブ652,653を開状態に制御する。
【0093】こうした構成により、この燃料電池発電シ
ステム500では、アノード32の触媒に被毒状態があ
ると判定されると、アノード32側の流路溝34pにお
ける燃料ガスの流れ方向を反転させることにより、被毒
している部分を一酸化炭素濃度の低い燃料ガスにさらす
ことができる。さらに、燃料ガスの流れ方向の反転に同
期して、冷却水の流れ方向をその燃料ガスの流れ方向に
反転する方向、即ち、触媒の被毒状態が小から大となる
方向に切り替えられることから、被毒の大きい部分を相
対的に温度の高い流出側の冷却水により温めることがで
きる。従って、温度が高い程、燃料電池の許容し得る一
酸化炭素濃度が高くなることから、被毒をより速やかに
解消することができるといった効果を奏する。
【0094】次に、本発明の第7実施例について説明す
る。図15は、本発明の第7実施例としての燃料電池発
電システム700の概略構成図である。図15に示すよ
うに、この燃料電池発電システム700は、第6実施例
とほぼ同じハードウェアの構成を備え、相違する点は、
2つの温度センサ701,703を加えた点にある。2
つの温度センサ701,703は、冷却板610へ接続
される接続路644,645に設けられ、通路溝601
へ流れ込む冷却水の温度と流れ出る冷却水の温度とをそ
れぞれ算出するもので、制御系722の電子制御ユニッ
ト770と電気的に接続されている。電子制御ユニット
770は、前述した第1および第2の温度センサ61,
63の検出信号に加えて両温度センサ(第3および第4
の温度センサ)701,703の検出信号を取り込ん
で、これらに基づいて、第6実施例のように冷却水の流
れ方向を切り換えるとともにその冷却水の温度および流
量を制御する。
【0095】電子制御ユニット770で実行されるこう
した制御処理について、図16および図17のフローチ
ャートに沿って詳しく説明する。この制御処理は、電子
制御ユニット770のCPU772により所定時間毎に
繰り返し実行されるものである。CPU772は、処理
が開始されると、図16に示すように、第1実施例の燃
料ガス制御処理のステップS110ないしS160と同
じステップS710ないしS760を実行する。なお、
ステップS740の実行後には、第5および第8電磁バ
ルブ651,654を開状態に、第6および第7電磁バ
ルブ652,653を閉状態に制御する処理を行ない
(ステップS745)、また、ステップS760の実行
後には、第5および第8電磁バルブ651,654を閉
状態に、第6および第7電磁バルブ652,653を開
状態に制御する処理を行なう(ステップS765)。な
お、こうしたステップS710からS765までの処理
は、前述した第6実施例に相当する。
【0096】その後、処理は、図17に示すように、ス
テップS770に進み、第3および第4の温度センサ7
01,703から、通路溝601へ流れ込む冷却水の温
度T3と流れ出る冷却水の温度T4とをそれぞれ読み込
む処理を行なう。続いて、冷却水温度T3から冷却水温
度T4を差し引いた値の絶対値を温度差TSWとして算
出し(ステップS780)、この温度差TSWが予め定
められた所定の温度差TE(>0)より大きいか否かを
判別する(ステップS790)。
【0097】ステップS790で否定判別、即ち、温度
差TSWが所定温度差TE以下であると判別されると、
CPU72は次の処理を行なう。まず、ラジエタファン
648の回転速度を大きくして、ラジエタ647での熱
放散量を大きくすることにより、循環通路603を流れ
る冷却水の温度を所定温度だけ低下する処理を行なう
(ステップS792)。次いで、冷却ポンプ646の吐
出量を小さくして循環量を所定量だけ低下する処理を行
なう(ステップS794)。ステップS792における
冷却水の低下温度とステップS794における循環量の
低下量とは、冷却される熱量が可変しないように一定の
関係を有している。単に冷却媒体の温度だけを下げると
燃料電池本体が過冷却状態となる恐れがあるため、冷却
媒体の流量を抑制する必要がある。即ち、冷却水の温度
の低下に合わせて、冷却水の流量を小さくすることによ
り、冷却される熱量が変化しないようになされている。
こうした処理により、冷却される熱量は一定に保った状
態で、冷却水の流入側と流出側との間の温度差が所定温
度差TEとなるように増大される。
【0098】一方、ステップS790で肯定判別、即
ち、温度差TSWが所定温度差TEより大きいと判別さ
れた場合には、所定の時間だけ遅延する処理を行なう
(ステップS796)。ステップS794またはS79
6の実行後、「リターン」に抜けて、この処理を一旦終
了する。
【0099】こうした構成により、この燃料電池発電シ
ステム700では、アノード32の触媒に被毒状態があ
ると判定された場合に、燃料ガスの流れ方向を反転させ
ることにより、被毒している部分を一酸化炭素濃度の低
い燃料ガスにさらすことができるとともに、冷却水の流
れ方向をその燃料ガスの流れ方向に反転する方向、即
ち、触媒の被毒状態が小から大となる方向に切り替えら
ことにより、被毒の大きい部分を相対的に温度の高い流
出側の冷却水により温めることができる。
【0100】さらに、この燃料電池発電システム700
では、ステップS770ないしS796の処理により、
冷却される熱量を一定に保った状態で、冷却水の流入側
と流出側との間の温度差を所定温度差TEとなるように
増大することができる。このため、触媒の被毒状態の大
きい部分により温度の高い冷却水が、また、触媒の被毒
状態の小さい部分により温度の低い冷却水が流されるこ
とになり、これにより、電極面内の温度バランスをより
積極的に解消して、触媒で被毒した電極をより短時間で
正常な状態に戻すことができるといった効果を奏する。
また、冷却板610により冷却される熱量を一定に保っ
ていることから、付加に対する出力変動を最小限に食い
止めて、燃料電池本体10を一定の運転温度で安定して
運転させることができるといった効果も奏する。
【0101】なお、前述した第6および第7実施例で
は、触媒が被毒状態にあると判別されたときに、燃料ガ
スの流れ方向を逆転させるとともに、冷却水の流れ方向
を触媒の被毒状態が小から大となる方向に切り換えてい
たが、これに換えて、燃料ガスの流れ方向だけを前述し
たように切り換える構成としてもよい。この構成によれ
ば、触媒の被毒を完全に解消とまではいかないものの、
燃料電池の許容し得る一酸化炭素濃度を高くすること
で、これ以上の被毒を防止することができる。
【0102】また、前述した第6および第7実施例で
は、燃料電池本体10の冷却媒体として、水、つまり冷
却水を用いていたが、これに換えて、エチレングリコー
ルやシリコーンオイルのような有機系の液体を用いる構
成としてもよく、また、空気や不活性ガスのような気体
を用いる構成としてもよい。
【0103】次に、本発明の第8実施例について説明す
る。前述してきた各実施例では、触媒が被毒状態にある
と判別されたときに、燃料ガスの流れ方向を逆転してい
たが、この第8実施例では、この燃料ガスの切り換えと
ともに、負荷への電気供給源を固体高分子型燃料電池か
ら、燃料電池本体10と電気的に並列に接続された2次
電池に切り替える構成とした。
【0104】負荷への電気供給源の切り換えの具体的な
手順としては、先ず2次電池を燃料電池本体10と並列
に接続して、2次電池と燃料電池本体10の両方から負
荷に電気が供給できるようにした上で、燃料電池本体1
0と負荷の間を切り放し、燃料電池本体10に負荷電流
が流れない状態にする。次に、第1ないし第4の電磁バ
ルブ51〜54を開閉して、燃料電池本体10への燃料
ガスの流れ方向を切り替える。電磁バルブ51〜54を
切り替えてから、実際に流れ方向が逆転し、かつ安定し
たガスの流れが生じるまで一定に時間がかかる。この時
間は各々の燃料電池本体10の配管長さ、配管径、開閉
バルブの取り付け位置、ガスの流速やガス圧力により異
なってくるので、予め、各々の燃料電池本体10ごとに
最適な時間を測定して決めておくことが望ましい。その
時間が経過したら、燃料ガスの流れも安定しているか
ら、再び、燃料電池本体10と負荷の間を接続して、2
次電池と燃料電池本体10の両方から負荷に電気が供給
できるようにした上で、改めて、2次電池と負荷の間を
切り放し、負荷に対しては燃料電池本体10からのみ電
気が供給されるようにする。
【0105】こうした構成により、燃料電池本体10の
負荷電流を軽減させて、燃料ガスの流れ方向の切り替え
時の一時的な出力電圧の低下を抑えることができるとい
った効果を奏する。
【0106】次に、本発明の第9実施例について説明す
る。この第9実施例は、前述した第3実施例を変形した
ものである。第3実施例では、触媒被毒の程度が僅かな
ものであれば、改質器16の部分酸化反応部303へ吹
き込む空気の流量を増大していた(図10のステップ3
24)が、これに換えて、この第9実施例では、触媒被
毒の程度が僅かなときに、燃料ガス系統のガス圧力を上
昇させるように構成した。具体的には、燃料電池本体1
0の燃料ガス排出口以降に一般的に設置された圧力調整
弁を制御することにより、そのガス圧力を上昇させてい
る。
【0107】従って、燃料電池本体10のアノード側電
極の白金触媒は、そのガス圧力が高いほど電極反応で発
生する電位、即ち、当該燃料電池本体10の出力電圧が
高くなることから、燃料ガスのガス圧力を高めることに
より、触媒の一酸化炭素による被毒をそれ以上進行しな
いようにすることができる。こうした構成により第3実
施例と同様な効果を奏することができる。
【0108】前述してきた実施例と別の態様について、
以下説明する。前述した実施例では、アノード32の触
媒として白金を使用していたが、これに換えて、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、バナジウム、パラジウム、インジウム等
の中の1種類または2種類以上の成分との合金から成る
合金触媒が使用した構成としてもよい。この構成によっ
ても、前述した実施例と同様の効果を奏する。
【0109】また、前述した実施例では、反応状態差検
出手段として、電極面内に設置された2個の温度センサ
61,63で測定された温度の温度差を取り込む構成と
していたが、これに換えて、3個以上の個数の温度セン
サを用いて両温度と特定の部位の温度とを併せて検出す
る構成としてもよい。燃料ガスの流路溝34pの形状に
よっては、特定の部位で触媒被毒が発生しやすく(たと
えば、ガスのよどみが発生しやすい部位)なる傾向があ
るが、このような燃料電池本体10においては、こうし
た部位の温度も併せて測定することにより、より正確
に、一酸化炭素による触媒被毒の発生の有無を検知する
ことができる。
【0110】さらに、前述した実施例では、燃料ガスや
酸化ガスや冷却水は、マニホールドとよばれる分配器を
介して、各燃料電池セルに分配されている。各燃料電池
セルの性能にバラツキがなく、マニホールドがガスや冷
却水を均一に分配する機能を有していれば、一酸化炭素
による白金触媒の被毒は、全ての燃料電池セルにおいて
同時に発生し、同時に解消されるはずであるが、現実に
は、マニホールド内でのガスの流れ方の不均一さ等が原
因となって、特定の燃料電池セルで触媒被毒が発生しや
すい傾向がある。従って、前述した実施例に示した2個
の温度センサ61,63は、こうした触媒被毒の発生し
やすい燃料電池セルに設置することが望ましい。またそ
のようにすることにより、たとえ多数枚の燃料電池セル
から成る燃料電池スタックにおいても、熱電対の設置個
数を最小限(2個)にすることができ、当該燃料電池発
電システムの制御を容易に実現することができ、また燃
料電池本体発電システムの製造コストを低減することが
可能になる。
【0111】前述した実施例では、反応状態差検出手段
として、電極面内に設置された2個の温度センサ61,
63で測定された温度の温度差を取り込む構成としてい
たが、これは、燃料電池本体10の運転条件しだいで
は、燃料電池セルの電解質膜/電極接合体が部分的に濡
れすぎや乾きすぎの状態になり、電極のアノード側ガス
出口付近またはカソード側ガス出口付近で、電気化学的
な反応が出来なくなり、当該部分の温度が低下して、誤
まった温度を検出してしまうことがある。一般には、燃
料電池発電システムがこうした状態になるのを防ぐため
に、当該燃料電池本体10の燃料電池セル抵抗(インピ
ーダンス)を常に計測しながら、電解質膜/電極接合体
が最適の濡れ状態に保たれるように、常に燃料ガスおよ
び酸化ガス中の水蒸気量、即ち加湿量を調節している。
前述した実施例では、燃料電池本体10がこうしたイン
ピーダンスの調節をしていることを前提にしている。
【0112】このため、インピーダンスの調節をしてい
ない燃料電池本体10に対して、前述した実施例を適用
するためには、インピーダンスを計測する為のインピー
ダンス計を設置し、この値から、その時点におけるイン
ピーダンスを算出し、電極面内に設置された2個の温度
センサ61,63で測定された温度の温度差が、インピ
ーダンスの変化、即ち、電解質膜/電極接合体の濡れす
ぎや乾きすぎのために発生したのか、燃料ガス中の一酸
化炭素によって白金触媒が被毒したために発生したの
か、いずれであるかを判断しなければならない。
【0113】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、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。
【0114】
【発明の効果】請求項1記載の燃料電池発電装置によれ
ば、反応状態差検出手段および推定手段により触媒の被
毒状態を高精度に推定することができることから、燃料
電池本体の触媒の被毒を、遅れが生じることなしに、し
かも確実に解消することができるといった効果がある。
【0115】請求項2記載の燃料電池発電装置によれ
ば、電極で反応ガスが不足した場合にも触媒の被毒状態
を誤って推定してしまうことがないことから、より触媒
の被毒状態を高精度に推定することができ、この結果、
触媒の被毒の解消をより確実なものとすることができ
る。
【0116】請求項3および4記載の燃料電池発電装置
によれば、検出が容易な温度差や電気的な出力の差から
触媒の被毒状態を推定することができることから、構成
を容易なものとすることができるといった効果がある。
【0117】請求項5記載の燃料電池発電装置によれ
ば、電極の面方向での反応ガスの流れ方向を反転するこ
とにより、被毒している部分を反応ガスの流れの流入側
に位置させることができ、この結果、その被毒している
部分を一酸化炭素濃度の低い反応ガスにさらすことがで
きることから、触媒の被毒を確実に防止することができ
るといった効果がある。
【0118】請求項6記載の燃料電池発電装置によれ
ば、反応ガスの流れ方向の反転に同期して、酸化ガスの
流れ方向も切り換えることにより、触媒の始まった部分
を酸素濃度の高い酸化ガスにさらすことができることか
ら、より速やかに触媒の被毒を解消することができると
いった効果がある。
【0119】請求項7記載の燃料電池発電装置によれ
ば、高い温度側の冷却媒体を被毒状態が大きい部分に近
づけることができることから、被毒を解消することがで
きるといった効果がある。
【0120】請求項8記載の燃料電池発電装置によれ
ば、被毒状態が大きい部分により温度の高い冷却媒体を
流すことができることから、被毒をより積極的に解消す
ることができるといった効果がある。また、この冷却媒
体の温度上昇に際して、冷却通路全体の冷却熱量を一定
に保っていることから、負荷に対する出力変動を最小限
に食い止め、安定的な電気エネルギの供給がなされると
いった効果もある。
【0121】請求項9記載の燃料電池発電装置によれ
ば、改質手段による改質の効率を落とすことにより、被
毒の程度の小さいわずかな被毒であれば、その被毒の解
消または進行を抑制することができるといった効果があ
る。
【0122】請求項10記載の燃料電池発電装置によれ
ば、被毒の程度が小さい場合には、改質抑制手段による
被毒対策ができ、被毒の程度が大きい場合には、ガス流
れ方向反転手段による被毒対策が可能となることから、
被毒の程度に応じて段階的な被毒の解消を図ることがで
きるといった効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例としての燃料電池発電シス
テム1の概略構成図である。
【図2】燃料電池本体10のセル構造を示す構造図であ
る。
【図3】そのセル構造の分解斜視図である。
【図4】第1ないし第4電磁バルブ51〜54を開閉制
御することにより、どのように燃料ガスの流れ方向が反
転されるかを示す説明図である。
【図5】電子制御ユニットのCPUにより実行される燃
料ガス制御処理ルーチンを示すフローチャートである。
【図6】第1実施例の別態様を示す概略構成図である。
【図7】本発明の第2実施例としての燃料電池発電シス
テム200の概略構成図である。
【図8】電子制御ユニットのCPUにより実行される燃
料ガス制御処理ルーチンを示すフローチャートである。
【図9】本発明の第3実施例としての燃料電池発電シス
テム300の概略構成図である。
【図10】電子制御ユニットのCPUにより実行される
燃料ガス制御処理ルーチンを示すフローチャートであ
る。
【図11】本発明の第4実施例としての燃料電池発電シ
ステムの燃料電池本体10周辺の概略構成図である。
【図12】電子制御ユニットのCPUにより実行される
燃料ガス制御処理ルーチンを示すフローチャートであ
る。
【図13】本発明の第5実施例としての燃料電池発電シ
ステム500の概略構成図である。
【図14】本発明の第6実施例としての燃料電池発電シ
ステム600の概略構成図である。
【図15】本発明の第7実施例としての燃料電池発電シ
ステム700の概略構成図である。
【図16】電子制御ユニットのCPUにより実行される
制御処理ルーチンの前半部分を示すフローチャートであ
る。
【図17】その制御処理ルーチンの後半部分を示すフロ
ーチャートである。
【符号の説明】
1…燃料電池発電システム 10…燃料電池本体 10a…第1の燃料ガス給排口 10b…第2の燃料ガス給排口 12…メタノールタンク 14…水タンク 16…改質器 18…燃料ガス供給通路 20…ガス排出通路 22…制御系 31…電解質膜 32…アノード 33…カソード 34…セパレータ 34p…流路溝 35…セパレータ 35p…流路溝 36,37…集電板 40…管路 41…第1分岐路 42…第2分岐路 43…集合路 44…第1接続路 44a…分岐点 45…第2接続路 45a…分岐点 51…第1電磁バルブ 52…第2電磁バルブ 53…第3電磁バルブ 54…第4電磁バルブ 61…第1温度センサ 63…第2温度センサ 70…電子制御ユニット 72…CPU 74…ROM 76…RAM 78…入力処理回路 79…出力処理回路 200…燃料電池発電システム 201…第1流量センサ 203…第2流量センサ 205…電流計 300…燃料電池発電システム 301…改質部 302…シフト反応部 303…部分酸化反応部 400…燃料電池発電システム 401…管路 403…管路 455…電磁バルブ 456…電磁バルブ 500…燃料電池発電システム 510,542…分岐路 516…タンク 518…酸化ガス供給通路 520…ガス排出通路 522…制御系 541,542…分岐路 551〜554…電磁バルブ 570…電子制御ユニット 600…燃料電池発電システム 601…通路溝 603…循環通路 610…冷却板 622…制御系 641,642…分岐路 644,645…接続路 646…冷却ポンプ 647…ラジエタ 648…ラジエタファン 651〜654…電磁バルブ 670…電子制御ユニット 700…燃料電池発電システム 701,703…温度センサ 722…制御系 770…電子制御ユニット 772…CPU

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 触媒を担持した電極の面方向に反応ガス
    を供給して、その反応ガスの化学反応から起電力を得る
    燃料電池発電装置であって、 前記電極の反応ガスの流入側と流出側とにおける前記化
    学反応の反応状態の差を検出する反応状態差検出手段
    と、 該検出された反応状態の差に基づいて前記触媒の被毒状
    態を推定する推定手段と、 該推定された触媒の被毒状態に応じて被毒対策を実行す
    る被毒対策手段とを備えた燃料電池発電装置。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の燃料電池発電装置であっ
    て、 さらに、 前記電極での前記反応ガスの利用の程度を算出するガス
    利用度算出手段を備えるとともに、 前記推定手段は、 前記ガス利用度算出手段により算出された反応ガスの利
    用の程度が反応ガスの不足を示すものであるとき、前記
    被毒状態の推定を禁止する禁止手段を備えた燃料電池発
    電装置。
  3. 【請求項3】 請求項1または2記載の燃料電池発電装
    置であって、 前記反応状態差検出手段は、 前記電極の反応ガスの流入側と流出側との温度差を検出
    する温度差検出手段を備えた燃料電池発電装置。
  4. 【請求項4】 請求項1または2記載の燃料電池発電装
    置であって、 前記反応状態差検出手段は、 前記電極の反応ガスの流入側と流出側との電気的な出力
    の差を検出する電気出力差検出手段を備えた燃料電池発
    電装置。
  5. 【請求項5】 請求項1ないし4のいずれか記載の燃料
    電池発電装置であって、 前記被毒対策手段は、 前記電極の面方向における反応ガス流れ方向を被毒状態
    の小から大の方向となるように制御するガス流れ制御手
    段を備えた燃料電池発電装置。
  6. 【請求項6】 請求項5記載の燃料電池発電装置であっ
    て、 前記被毒対策手段は、さらに、 前記電極と対になる他方の電極に供給する酸化ガスの流
    れ方向を、前記反応ガスの流れ方向と一致させる酸化ガ
    ス流れ方向制御手段を備えた燃料電池発電装置。
  7. 【請求項7】 請求項1ないし5のいずれか記載の燃料
    電池発電装置であって、 前記電極の面方向に沿って設けられ、前記反応ガスの流
    れ方向と平行または対向する方向に切り換え可能に冷却
    媒体を流す冷却通路を備えるとともに、 前記被毒対策手段は、 前記冷却通路中の冷却媒体の流れ方向を被毒状態が小か
    ら大の方向となるように制御する冷却媒体流れ方向制御
    手段を備えた燃料電池発電装置。
  8. 【請求項8】 請求項7記載の燃料電池発電装置であっ
    て、 前記冷却通路に供給する冷却媒体の温度を可変する温度
    制御手段と、 前記冷却通路への冷却媒体の流量を可変する流量制御手
    段とを備えるとともに、 前記被毒対策手段は、さらに、 前記温度制御手段および流量制御手段を動作させ、前記
    冷却媒体の温度を低下しつつ流量を低下することによ
    り、前記冷却媒体の吸収可能な熱量を一定に保つように
    制御する冷却熱量制御手段を備えた燃料電池発電装置。
  9. 【請求項9】 請求項1ないし4のいずれか記載の燃料
    電池発電装置であって、 さらに、 原燃料を改質して前記反応ガスを生成する改質手段を備
    えるとともに、 前記被毒対策手段は、 前記推定手段により推定された前記触媒の被毒状態に応
    じて強制的に前記反応ガス中の一酸化炭素濃度を低下さ
    せる改質抑制手段を備えた燃料発電装置。
  10. 【請求項10】 請求項9記載の燃料電池発電装置であ
    って、 前記被毒対策手段は、さらに、 前記電極の面方向での反応ガスの流れ方向を反転するガ
    ス流れ方向反転手段と、 前記推定手段により推定される触媒の被毒状態の程度に
    応じて、前記ガス流れ方向反転手段と前記改質抑制手段
    とを選択的に実行させる選択実行手段とを備えた燃料電
    池発電装置。
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