JPH10223249A - Fuel cell system and flow path freezing prevention method for fuel cell system - Google Patents

Fuel cell system and flow path freezing prevention method for fuel cell system

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Publication number
JPH10223249A
JPH10223249A JP9035516A JP3551697A JPH10223249A JP H10223249 A JPH10223249 A JP H10223249A JP 9035516 A JP9035516 A JP 9035516A JP 3551697 A JP3551697 A JP 3551697A JP H10223249 A JPH10223249 A JP H10223249A
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JP
Japan
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fuel cell
water
generated
fuel
cell device
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Application number
JP9035516A
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Japanese (ja)
Inventor
Masayoshi Taki
正佳 滝
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Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
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Publication date
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent the plugging of a flow path caused by the freeze of condensed water by the drop of outside temperature, in the flow path of an exhaust gas from a fuel cell. SOLUTION: A fuel cell system 10 has a methanol adding path 66. The methanol adding path 66 is a flow path connecting a methanol tank 13 for storing methanol, which is a raw material for producing a fuel gas supplying to a fuel cell 20 and an oxidizing exhaust gas path 61, into which an oxidizing exhaust gas from the fuel cell 20 is introduced. By supplying methanol to the oxidizing exhaust gas path 61 through the methanol adding path 66, methanol is mixed to produced water which is condensed in the oxidizing exhaust gas path 61. Since the condensed water mixed with methanol drops in its melting point, even if the outside temperature drops during the operation of the fuel cell system 10, the condensed water does not freeze.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、燃料電池装置およ
び燃料電池装置の流路凍結防止方法に関し、詳しくは、
燃料ガスと酸化ガスとの供給を受けて電気化学反応を進
行し、この電気化学反応によって起電力を得ると共に生
成水を生じる燃料電池装置およびこのような燃料電池装
置の流路凍結防止方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fuel cell device and a method for preventing freezing of a flow channel of a fuel cell device.
The present invention relates to a fuel cell device which receives an supply of a fuel gas and an oxidizing gas to advance an electrochemical reaction, obtains an electromotive force by this electrochemical reaction and generates water, and a method for preventing a freezing of a flow path of such a fuel cell device.

【0002】[0002]

【従来の技術】燃料電池装置において進行する電気化学
反応によって生成水が生じる場合には、燃料電池から排
出されるガスの流路中を水蒸気が通過したり、流路中で
凝縮水が生成したりする。以下に、生成水が生じる電気
化学反応の例として、固体高分子電解質型燃料電池で進
行する電気化学反応を示す。
2. Description of the Related Art When generated water is generated by an electrochemical reaction that proceeds in a fuel cell device, water vapor passes through a flow path of gas discharged from the fuel cell, or condensed water is generated in the flow path. Or Hereinafter, an electrochemical reaction that proceeds in a solid polymer electrolyte fuel cell will be described as an example of an electrochemical reaction that generates product water.

【0003】 H2 → 2H++2e- …(1) (1/2)O2+2H++2e- → H2O …(2) H2+(1/2)O2 → H2O …(3)H 2 → 2H + + 2e (1) (1/2) O 2 + 2H + + 2e → H 2 O (2) H 2 + (1/2) O 2 → H 2 O (3) )

【0004】(1)式はアノード側における反応、
(2)式はカソード側における反応を表わし、燃料電池
全体では(3)式に示す反応が進行する。このように、
電気化学反応の進行に伴ってカソード側では生成水が生
じるため、燃料電池から排出される酸化排ガスにはこの
ような生成水からなる水蒸気が含まれることになる。ま
た、固体高分子電解質型燃料電池においてカソード側に
圧縮空気を供給する場合には、電解質膜の乾燥を防ぐ目
的で、圧縮空気に予め水蒸気を付与することがある。こ
のような構成とすれば、燃料電池から排出される酸化排
ガス中には、上記電気化学反応による生成水に加えて、
予め圧縮空気に付与された水蒸気も含まれることにな
る。以下の説明では、これらの水蒸気を区別することな
く、燃料電池から排出される排ガスに含まれる水(水蒸
気)を生成水と呼ぶことにする。
Equation (1) shows the reaction on the anode side,
Equation (2) represents the reaction on the cathode side, and the reaction shown in equation (3) proceeds in the entire fuel cell. in this way,
Since water is generated on the cathode side with the progress of the electrochemical reaction, the oxidized exhaust gas discharged from the fuel cell contains water vapor composed of such generated water. In the case where compressed air is supplied to the cathode side in a solid polymer electrolyte fuel cell, water vapor may be previously applied to the compressed air in order to prevent the electrolyte membrane from drying. With such a configuration, in addition to the water generated by the electrochemical reaction, the oxidized exhaust gas discharged from the fuel cell includes:
Water vapor previously applied to the compressed air will also be included. In the following description, water (steam) contained in exhaust gas discharged from the fuel cell will be referred to as generated water without distinguishing these steams.

【0005】上記した生成水は、燃料電池の運転を停止
した時には、排ガス流路の温度が低下して流路内の飽和
蒸気圧が低下するにつれて流路内で凝縮する。このよう
に、凝縮した生成水が排ガス流路内に残留する状態で燃
料電池を放置すると、外気温が氷点下となって流路が冷
却された場合にはガス流路内に残留する水滴は凍結を始
める。ガス流路内で生成水が凍結するとガス流路が狭め
られることになり、凍結した生成水によってガス流路が
塞がれてしまう場合も考えられる。上記したように凍結
した生成水によってガス流路が狭められたり塞がれた状
態になると、次回に燃料電池を運転するときにガスの流
れが妨げられることになってしまう。したがって従来
は、外気温が下降して燃料電池内の流路で凝縮水が凍結
してしまった場合には、燃料電池の運転を再開する際
に、凍結したガス流路を積極的に加熱して凍結した生成
水を融かし、ガス流路を確保する必要があった。
[0005] When the operation of the fuel cell is stopped, the generated water condenses in the exhaust gas channel as the temperature of the channel decreases and the saturated vapor pressure in the channel decreases. As described above, when the fuel cell is left in a state where the condensed product water remains in the exhaust gas flow path, when the outside temperature falls below the freezing point and the flow path is cooled, water droplets remaining in the gas flow path are frozen. Start. When the generated water freezes in the gas flow path, the gas flow path is narrowed, and the gas flow path may be blocked by the frozen generated water. If the gas flow path is narrowed or blocked by the frozen product water as described above, the gas flow will be hindered the next time the fuel cell is operated. Therefore, conventionally, when condensed water is frozen in the flow path in the fuel cell due to a decrease in outside air temperature, the frozen gas flow path is actively heated when the operation of the fuel cell is restarted. It was necessary to melt the frozen product water and secure a gas flow path.

【0006】また、燃料電池装置の所定の流路内に残留
する水が凍結してしまうのを防ぐための構成として、流
路内から残留水を取り除いてしまう構成も考えられる。
例えば、通常は燃料電池装置には、燃料電池の運転温度
を一定範囲に保つための冷却水を燃料電池周囲に循環さ
せる機構が設けられているが、この冷却水が燃料電池の
運転終了後に凍結してしまうのを防止するために、運転
停止時に冷却水を冷却水路から抜き取る構成が提案され
ている(例えば、特開平6−223855号公報等)。
このような燃料電池装置では、燃料電池の運転の停止時
に、冷却水路に気体(酸化ガス)を圧送して冷却水路か
ら冷却水を抜き取り、抜き取った冷却水を所定の冷却水
貯留装置に貯留する構成となっている。したがって、燃
料電池の運転停止後に外気温が低下した場合にも、冷却
水が冷却水路内で凍結してしまうことがない。
Further, as a configuration for preventing water remaining in a predetermined flow path of the fuel cell device from freezing, a configuration in which residual water is removed from the flow path may be considered.
For example, normally, a fuel cell device is provided with a mechanism for circulating cooling water around the fuel cell to keep the operating temperature of the fuel cell within a certain range, but this cooling water freezes after the operation of the fuel cell ends. In order to prevent such a situation, a configuration has been proposed in which the cooling water is withdrawn from the cooling water passage when the operation is stopped (for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-223855).
In such a fuel cell device, when the operation of the fuel cell is stopped, a gas (oxidizing gas) is pumped into the cooling water passage to extract the cooling water from the cooling water passage, and the extracted cooling water is stored in a predetermined cooling water storage device. It has a configuration. Therefore, even when the outside air temperature decreases after the operation of the fuel cell is stopped, the cooling water does not freeze in the cooling water passage.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、流路内
に気体を圧送して流路内から水を抜き取り、抜き取った
水を貯留する上記構成を酸化排ガス流路に適用する場合
には、圧送された気体を用いても酸化排ガス流路中の生
成水を充分に除くことは困難であるという問題がある。
すなわち、燃料電池装置を所定のスペース内に納める必
要上、酸化排ガスの流路は所定の折れ曲がり部を有する
形状に形成されることになるが、このような所定の折れ
曲がり部位や配管の底部において残留する生成水は圧送
された気体によっても吹き飛ばし難い。このように生成
水の残留が部分的なものであっても、凍結時には流路を
狭めてしまうことになり、流路を塞いでしまうおそれが
ある。さらに、抜き取った水を貯留する場合には、貯留
装置を断熱性に優れたものとしても、外気温の低下が著
しい場合には貯留装置内で水が凍結してしまうことも考
えられた。
However, in the case where the above-described configuration for pumping gas into the flow path to extract water from the flow path and storing the extracted water is applied to the oxidizing exhaust gas flow path, the above-described structure is adopted. However, there is a problem that it is difficult to sufficiently remove the generated water in the oxidizing exhaust gas flow path even if the gas is used.
That is, since the fuel cell device needs to be accommodated in a predetermined space, the flow path of the oxidizing exhaust gas is formed in a shape having a predetermined bent portion. The generated water is not easily blown off even by the pumped gas. As described above, even when the generated water remains partially, the flow path is narrowed at the time of freezing, and the flow path may be blocked. Furthermore, when storing the extracted water, it was considered that even if the storage device had excellent heat insulation properties, the water would freeze inside the storage device when the outside temperature dropped significantly.

【0008】あるいは、燃料電池の運転再開時にガス流
路を加熱することによって、凍結した生成水を融かす場
合には、生成水の融解のためにエネルギを要するためシ
ステム全体のエネルギ効率が低下してしまう。また、流
路を加熱するための構成を設けることにより装置が大型
化してしまう。さらに、運転再開時にガス流路の加熱の
動作を行なうため、燃料電池の立ち上げ時に長い時間を
要してしまう。以上説明したように、燃料電池から排出
される排ガス流路において、凝縮した生成水が凍結して
流路を狭め、あるいは塞いでしまうことに対する対策と
して、生成水が流路を塞いでしまった後に実行され、エ
ネルギ効率の低下などを伴うものしか知られていなかっ
た。
Alternatively, when the frozen product water is melted by heating the gas flow path when the operation of the fuel cell is restarted, energy is required for melting the product water, so that the energy efficiency of the entire system is reduced. Would. In addition, the provision of a configuration for heating the flow channel increases the size of the device. Furthermore, since the operation of heating the gas flow path is performed when the operation is restarted, a long time is required when the fuel cell is started. As described above, in the exhaust gas channel discharged from the fuel cell, as a countermeasure against condensed generated water freezing and narrowing or closing the channel, after the generated water has blocked the channel. Only those that have been implemented and are accompanied by a decrease in energy efficiency have been known.

【0009】本発明の燃料電池装置および燃料電池装置
の流路凍結防止方法は、こうした問題を解決し、燃料電
池から排出される排ガスの流路内において、外気温の低
下時に、流路内で凝縮水が凍結して流路を塞いでしまう
のを防止することを目的としてなされ、次の構成を採っ
た。
The fuel cell device and the method for preventing freezing of the flow channel of the fuel cell device according to the present invention solve such a problem, and when the outside air temperature decreases in the flow channel of the exhaust gas discharged from the fuel cell, the flow channel is prevented. The purpose of the invention is to prevent the condensed water from freezing and blocking the flow path, and has the following configuration.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段およびその作用・効果】本
発明の燃料電池装置は、陽極側には燃料の供給を受け、
陰極側には酸素を含有する酸化ガスの供給を受けて、電
気化学反応により起電力を得る燃料電池装置であって、
前記電気化学反応により生成水が生じる電極側に接続す
るガス流路において、前記燃料電池装置の運転停止中
に、該ガス流路に存在する前記生成水の凍結による前記
ガス流路の閉塞を防止する閉塞防止手段を備えることを
要旨とする。
The fuel cell device according to the present invention receives fuel supply on the anode side,
A fuel cell device that receives an oxidizing gas containing oxygen on the cathode side and obtains an electromotive force by an electrochemical reaction,
In the gas flow path connected to the electrode side on which the generated water is generated by the electrochemical reaction, while the operation of the fuel cell device is stopped, the gas flow path is prevented from being blocked due to the freezing of the generated water present in the gas flow path. The gist of the present invention is to provide a blockage preventing means.

【0011】以上のように構成された本発明の燃料電池
装置は、陽極側には燃料の供給を受け、陰極側には酸素
を含有する酸化ガスの供給を受けて、電気化学反応によ
り起電力を得る。この電気化学反応によって生成水が生
じる電極側に接続するガス流路では、前記燃料電池装置
の運転停止中に、ガス流路に存在する前記生成水の凍結
による前記ガス流路の閉塞が、閉塞防止手段によって防
止される。
In the fuel cell device of the present invention having the above-described structure, the fuel is supplied to the anode side, the oxidizing gas containing oxygen is supplied to the cathode side, and the electromotive force is generated by an electrochemical reaction. Get. In the gas flow path connected to the electrode side on which the generated water is generated by the electrochemical reaction, while the operation of the fuel cell device is stopped, the gas flow path due to the freezing of the generated water present in the gas flow path is blocked. Prevented by prevention means.

【0012】このような燃料電池装置によれば、燃料電
池装置の運転停止中に外気温が低下しても、生成水が生
じる電極側に接続する流路内で生成水が凍結して流路を
閉塞してしまうことがない。したがって、次回に燃料電
池装置を始動するときにガス流路を確保するために時間
を要することがなく、指導時間を短縮できる。さらに、
ガス流路を確保するためにガス流路を加熱して凍結した
生成水を融かす必要がないため、流路を加熱するための
エネルギが不要となり、装置全体のエネルギ効率が低下
しない。
[0012] According to such a fuel cell device, even if the outside air temperature decreases during the stoppage of the operation of the fuel cell device, the generated water freezes in the flow path connected to the electrode side where the generated water is generated. Will not be blocked. Therefore, the next time the fuel cell device is started, no time is required to secure the gas flow path, and the guidance time can be reduced. further,
Since it is not necessary to heat the gas flow path to melt the frozen product water in order to secure the gas flow path, energy for heating the flow path becomes unnecessary, and the energy efficiency of the entire apparatus does not decrease.

【0013】本発明の燃料電池装置において、前記閉塞
防止手段は、前記生成水が生じる電極側に接続するガス
流路内における前記生成水の凍結を防止する凍結防止手
段であることとしてもよい。
In the fuel cell device according to the present invention, the blocking prevention means may be a freezing prevention means for preventing freezing of the generated water in a gas flow path connected to an electrode side on which the generated water is generated.

【0014】このような燃料電池装置では、前記生成水
が生じる電極側に接続するガス流路内における前記生成
水の凍結を防止することによって、前記ガス流路が閉塞
してしまうのを防止する。このように、生成水が流路内
で凍結しないため、流路内でガスの流路を常に確保する
ことができる。
In such a fuel cell device, by preventing freezing of the generated water in the gas flow path connected to the electrode side on which the generated water is generated, the gas flow path is prevented from being blocked. . As described above, since the generated water does not freeze in the flow path, a gas flow path can always be secured in the flow path.

【0015】このような燃料電池装置において、前記陽
極側に供給される燃料は、アルコール系炭化水素を原燃
料として生成した燃料であり、前記凍結防止手段は、前
記生成水が生じる電極側に接続するガス流路に対して、
前記原燃料を供給する原燃料混合手段からなる構成も好
適である。
[0015] In such a fuel cell device, the fuel supplied to the anode side is a fuel generated from alcohol-based hydrocarbon as a raw fuel, and the anti-freezing means is connected to an electrode side where the generated water is generated. The gas flow path
A configuration including a raw fuel mixing means for supplying the raw fuel is also preferable.

【0016】以上のように構成された燃料電池装置は、
アルコール系炭化水素を原燃料として生成した燃料を前
記陽極側に供給されて、電気化学反応によって起電力を
得る。また、この電気化学反応によって生成水が生じる
電極側に接続するガス流路には、前記原燃料が供給され
る。
The fuel cell device configured as described above
A fuel produced by using alcohol-based hydrocarbon as a raw fuel is supplied to the anode side to obtain an electromotive force by an electrochemical reaction. The raw fuel is supplied to a gas flow path connected to an electrode side on which water produced by the electrochemical reaction is generated.

【0017】このような燃料電池装置によれば、アルコ
ール系炭化水素は水と容易に混合されるため、前記生成
水は前記ガス流路においてアルコール系炭化水素を含有
した状態となる。アルコール系炭化水素は水に比べて融
点が低く、そのため前記ガス流路中の生成水は融点が低
下し、燃料電池装置の運転停止時に外気温が低下した場
合にも凍結してしまうことがない。また、生成水の凍結
防止剤として原燃料を利用しているため、生成水に添加
するための凍結防止剤を特別に用意する必要がなく、構
成を簡素化できる。
According to such a fuel cell device, since the alcohol-based hydrocarbon is easily mixed with water, the produced water contains the alcohol-based hydrocarbon in the gas flow path. The melting point of alcoholic hydrocarbons is lower than that of water, and thus the generated water in the gas flow path has a lower melting point, and does not freeze even when the outside air temperature decreases when the operation of the fuel cell device is stopped. . Further, since raw fuel is used as an antifreezing agent for generated water, there is no need to specially prepare an antifreezing agent to be added to the generated water, and the configuration can be simplified.

【0018】上記構成を備えた燃料電池装置において、
前記アルコール系炭化水素からなる原燃料の少なくとも
一部と、該原燃料から前記燃料を生成するのに要する水
とを混合した状態で保持して前記燃料の生成に備える水
・原燃料貯留部と、前記生成水が生じる電極側に接続す
るガス流路において前記生成水を凝縮させ、該凝縮させ
た生成水を前記水・原燃料貯留部に回収する生成水回収
手段とを備える構成も好適である。
In the fuel cell device having the above configuration,
At least a part of the raw fuel composed of the alcohol-based hydrocarbon, and a water / raw fuel storage unit for preparing the fuel by maintaining a mixed state of water required to generate the fuel from the raw fuel, It is also preferable that the apparatus further comprises a product water collecting means for condensing the product water in a gas flow path connected to an electrode side on which the product water is generated, and collecting the condensed product water in the water / raw fuel storage unit. is there.

【0019】このような構成の燃料電池装置では、前記
アルコール系炭化水素からなる原燃料の少なくとも一部
は、該原燃料から前記燃料を生成するのに要する水と混
合した状態で水・原燃料貯留部に保持されて、前記燃料
の生成に備えられる。また、前記生成水が生じる電極側
に接続するガス流路では、生成水は前記原燃料と混合さ
れ、この原燃料を含有する生成水は、凝縮されて前記水
・原燃料貯留部に回収される。
In the fuel cell device having such a configuration, at least a part of the raw fuel composed of the alcohol-based hydrocarbon is mixed with the water required to produce the fuel from the raw fuel. It is held in the storage unit and is prepared for the generation of the fuel. Further, in a gas flow path connected to the electrode side where the generated water is generated, the generated water is mixed with the raw fuel, and the generated water containing the raw fuel is condensed and collected in the water / raw fuel storage unit. You.

【0020】このように、生成水の凍結を防止するため
に用いた前記原燃料は、前記水・原燃料貯留部に回収さ
れるため、生成水の凍結防止に用いた前記原燃料は排出
されることなく前記燃料の生成に用いられ、生成水の凍
結防止を図るために原燃料が無駄に消費されることがな
い。さらに、前記燃料の生成に要する水は、前記原燃料
の少なくとも一部と混合されて貯留されるために融点が
低下するため、前記燃料の生成に要する水もまた、燃料
電池装置の運転停止時に外気温が低下した場合にも凍結
してしまうことがない。
As described above, since the raw fuel used for preventing the generated water from freezing is recovered in the water / raw fuel storage section, the raw fuel used for preventing the generated water from freezing is discharged. It is used for the production of the fuel without the above, and the raw fuel is not wastefully consumed to prevent freezing of the produced water. Further, since the water required for the generation of the fuel is mixed and stored with at least a part of the raw fuel to lower the melting point, the water required for the generation of the fuel is also generated when the operation of the fuel cell device is stopped. It does not freeze even when the outside temperature drops.

【0021】また、ここで、前記アルコール系炭化水素
がメタノールであることとしてもよい。このような構成
にすれば、燃料電池に供給する燃料を生成する原燃料と
して安価なメタノールを用いることができる。燃料電池
に供給する燃料を原燃料から生成する方法として、メタ
ノールを改質して水素リッチな燃料ガスを生成する方法
は広く知られており、原燃料としてメタノールを用いる
ことによって、容易に本発明を実施することができる。
Here, the alcohol-based hydrocarbon may be methanol. With such a configuration, inexpensive methanol can be used as a raw fuel for generating fuel to be supplied to the fuel cell. As a method for generating fuel to be supplied to a fuel cell from a raw fuel, a method of reforming methanol to generate a hydrogen-rich fuel gas is widely known, and by using methanol as a raw fuel, the present invention can be easily performed. Can be implemented.

【0022】また、本発明の燃料電池装置において、前
記凍結防止手段は、前記生成水が生じる電極側に接続す
るガス流路から前記生成水を除去する水除去手段である
こととしてもよい。
Further, in the fuel cell device according to the present invention, the freeze prevention means may be a water removing means for removing the generated water from a gas flow path connected to an electrode side where the generated water is generated.

【0023】このような燃料電池装置では、前記生成水
が生じる電極側に接続するガス流路内において、前記生
成水を除去することによって前記ガス流路内で前記生成
水が凍結してしまうのを防止する。このように、生成水
が流路内から除去されるため、流路内でガスの流路を常
に確保することができる。
In such a fuel cell device, the generated water is frozen in the gas flow path by removing the generated water in the gas flow path connected to the electrode side where the generated water is generated. To prevent As described above, since the generated water is removed from the inside of the flow path, a gas flow path can always be secured in the flow path.

【0024】ここで、前記水除去手段は、前記生成水が
生じる電極側に接続するガス流路に形成され、水を貯留
可能であり、該貯留された水を排出する排水機構を有す
る貯水部である構成とすることができる。
Here, the water removing means is formed in a gas flow path connected to the electrode side where the generated water is generated, is capable of storing water, and has a drainage mechanism having a drainage mechanism for discharging the stored water. May be adopted.

【0025】このような燃料電池では、前記電気化学反
応によって生じた生成水は、この生成水が生じる電極側
に接続するガス流路内に設けられた貯水部に貯留されて
排水される。したがって、前記ガス流路内から前記生成
水を除去することができる。
In such a fuel cell, the water generated by the electrochemical reaction is stored and drained in a water storage portion provided in a gas flow path connected to an electrode side on which the generated water is generated. Therefore, the generated water can be removed from the gas flow path.

【0026】また、前記水除去手段は、前記生成水が生
じる電極側に接続するガス流路内において、前記燃料電
池を備える装置に設けられた所定の高温部から排出され
る高温ガスを通過させるガス導入手段である構成として
もよい。
Further, the water removing means passes a high-temperature gas discharged from a predetermined high-temperature portion provided in the apparatus including the fuel cell in a gas flow path connected to the electrode side on which the generated water is generated. It may be configured as a gas introduction means.

【0027】このような燃料電池装置では、前記生成水
が生じる電極側に接続するガス流路内において、前記燃
料電池装置を備える装置に設けられた所定の高温部から
排出される高温ガスが通過するため、前記ガス流路内の
生成水は、導入される高温ガスが有する熱量によって気
化され、導入された高温ガスと共に前記ガス流路から排
出される。したがって、前記ガス流路内から前記生成水
を除去することができる。ここで、前記ガス流路内を通
過させる高温ガスは、前記燃料電池装置を備える装置に
設けられた所定の高温部から排出される高温ガスである
ため、高温ガスを得るために特別な装置を設ける必要が
ない。
In such a fuel cell device, a high-temperature gas discharged from a predetermined high-temperature portion provided in the device including the fuel cell device passes through a gas flow path connected to the electrode side on which the generated water is generated. Therefore, the generated water in the gas flow path is vaporized by the amount of heat of the introduced high-temperature gas, and is discharged from the gas flow path together with the introduced high-temperature gas. Therefore, the generated water can be removed from the gas flow path. Here, since the high-temperature gas that passes through the gas flow path is a high-temperature gas discharged from a predetermined high-temperature portion provided in the device including the fuel cell device, a special device is required to obtain the high-temperature gas. There is no need to provide.

【0028】このような燃料電池装置であって、炭化水
素からなる原燃料を改質して前記燃料を生成する改質器
を備え、前記ガス導入手段によって前記ガス流路内を通
過する前記高温ガスは、前記改質器内部を改質反応に適
した温度範囲に昇温させるために設けた加熱装置から排
出される排ガスである構成も好適である。
[0028] Such a fuel cell device is provided with a reformer for reforming a raw fuel made of hydrocarbon to produce the fuel, and the high-temperature high-temperature gas passing through the gas flow path by the gas introducing means. It is also preferable that the gas is an exhaust gas discharged from a heating device provided to raise the temperature of the inside of the reformer to a temperature range suitable for the reforming reaction.

【0029】このような燃料電池装置では、炭化水素か
らなる原燃料を改質して前記燃料を生成する改質器の内
部を改質反応に適した温度範囲に昇温させるために、加
熱装置を設け、この加熱装置から排出される排ガスを前
記高温ガスとして、前記ガス流路内を通過させる。炭化
水素の改質反応に適した温度は一般的に非常に高く、前
記加熱装置から排出される排ガスを用いることによっ
て、前記ガス流路内を充分に乾燥させることができる。
In such a fuel cell device, a heating device is used to raise the temperature of the inside of a reformer for reforming a raw fuel made of hydrocarbon to produce the fuel to a temperature range suitable for a reforming reaction. And the exhaust gas discharged from the heating device is passed through the gas flow path as the high-temperature gas. The temperature suitable for the hydrocarbon reforming reaction is generally very high, and by using the exhaust gas discharged from the heating device, the inside of the gas passage can be sufficiently dried.

【0030】また、本発明の燃料電池装置において、前
記閉塞防止手段は、前記生成水が生じる電極側に接続す
るガス流路内において、生成水が凝縮して滞留するのを
防止する滞留防止手段であることとしてもよい。
Further, in the fuel cell device of the present invention, the blocking prevention means includes a retention prevention means for preventing the generated water from condensing and remaining in a gas flow path connected to the electrode side on which the generated water is generated. It is good also as being.

【0031】このような燃料電池装置では、前記生成水
が生じる電極側に接続するガス流路内において、前記生
成水が滞留してしまうのを防止することによって前記ガ
ス流路が閉塞してしまうのを防止する。このように、生
成水が流路内で滞留しないため、流路内で生成水が凍結
してしまった場合にもガスの流路を常に確保することが
できる。
In such a fuel cell device, the gas flow path is closed by preventing the generated water from remaining in the gas flow path connected to the electrode side on which the generated water is generated. To prevent As described above, since the generated water does not stay in the flow path, even when the generated water is frozen in the flow path, the flow path of the gas can be always secured.

【0032】ここで、前記滞留防止手段は、前記生成水
が生じる電極側に接続するガス流路に備えられ、ガスが
通過する空間を確保しつつ水を捕捉可能な水捕捉手段で
ある構成とすることができる。このような構成とするこ
とによって、前記ガス流路内で前記生成水が凍結した場
合にも、ガスが通過する空間を確保し続けることができ
る。
Here, the stagnation preventing means is provided in a gas flow path connected to the electrode side on which the generated water is generated, and is a water capturing means capable of capturing water while securing a space through which the gas passes. can do. With such a configuration, even when the generated water is frozen in the gas flow path, it is possible to continue to secure a space through which the gas passes.

【0033】ここで、前記水捕捉手段は、前記生成水が
生じる電極側に接続するガス流路の内壁面に設けられた
メッシュ構造である構成とすることができる。このよう
な燃料電池装置では、前記ガス流路内で凝縮した生成水
は、ガス流路の内表面に設けられたメッシュ構造内に捕
捉され、毛細管現象によってメッシュ構造内に広がって
保持される。したがって、燃料電池装置の運転停止中に
外気温が低下した場合にも、生成水はメッシュ構造内で
凍結するだけであり、ガスが通過する空間は確保され、
生成水が滞留してガス流路を塞いでしまうことがない。
Here, the water trapping means may have a mesh structure provided on the inner wall surface of a gas flow path connected to the electrode side where the generated water is generated. In such a fuel cell device, the generated water condensed in the gas flow path is captured in a mesh structure provided on the inner surface of the gas flow path, and is spread and held in the mesh structure by capillary action. Therefore, even when the outside air temperature decreases during the shutdown of the fuel cell device, the generated water only freezes in the mesh structure, and the space through which the gas passes is secured,
The generated water does not stay and block the gas flow path.

【0034】また、本発明の燃料電池装置において、前
記生成水が生じる電極側は陰極側であることとしてもよ
い。
Further, in the fuel cell device of the present invention, the electrode side on which the generated water is generated may be the cathode side.

【0035】本発明の第1の燃料電池装置の流路凍結防
止方法は、アルコール系炭化水素を原燃料として生成し
た燃料と、酸素を含有する酸化ガスの供給を受けて、電
気化学反応により起電力を得る燃料電池装置の流路凍結
防止方法であって、前記電気化学反応により生成水が生
じる電極側に接続するガス流路に対して、前記原燃料を
供給することを要旨とする。
In the first method for preventing freezing of the flow channel of the fuel cell device according to the present invention, a fuel produced by using an alcohol-based hydrocarbon as a raw fuel and an oxidizing gas containing oxygen are supplied to generate a fuel by an electrochemical reaction. A method for preventing freezing of a flow path of a fuel cell device for obtaining electric power, wherein the raw fuel is supplied to a gas flow path connected to an electrode side on which water generated by the electrochemical reaction is connected.

【0036】このような燃料電池装置の流路凍結防止方
法によれば、前記生成水が生じる電極側に接続するガス
流路において、前記生成水は、原燃料である前記アルコ
ール系炭化水素が混合されるため融点が低下する。した
がって、燃料電池装置の運転停止中に外気温が低下した
場合にも、前記ガス流路内で前記生成水が凍結してガス
流路を閉塞させ、不都合を生じてしまうことがない。
According to the method for preventing freezing of the flow path of the fuel cell device, in the gas flow path connected to the electrode side where the generated water is generated, the generated water is mixed with the alcohol-based hydrocarbon as the raw fuel. The melting point is reduced. Therefore, even when the outside air temperature decreases during the stoppage of the operation of the fuel cell device, the generated water does not freeze in the gas flow path to block the gas flow path, thereby causing no inconvenience.

【0037】また、本発明の第2の燃料電池装置の流路
凍結防止方法は、陽極側には燃料の供給を受け、陰極側
には酸素を含有する酸化ガスの供給を受けて、電気化学
反応により起電力を得る燃料電池装置の流路凍結防止方
法であって、前記電気化学反応により生成水が生じる電
極側に接続するガス流路において生成した凝縮水を貯留
し、前記燃料電池装置の運転の停止時には、前記貯留し
た凝縮水を排出することを要旨とする。
In the second method for preventing freezing of a flow channel of a fuel cell device according to the present invention, the anode is supplied with fuel and the cathode is supplied with oxygen-containing oxidizing gas. A method of preventing freezing of a flow path of a fuel cell device that obtains an electromotive force by a reaction, comprising storing condensed water generated in a gas flow path connected to an electrode side on which water generated by the electrochemical reaction is generated, The gist of the present invention is to discharge the stored condensed water when the operation is stopped.

【0038】このような燃料電池装置の流路凍結防止方
法によれば、前記生成水が生じる電極側に接続するガス
流路では、生成水は、凝縮して貯留された後に排出され
る。したがって、前記流路内から生成水は除去されてし
まい、燃料電池装置の運転停止中に外気温が低下した場
合にも、前記ガス流路内で前記生成水が凍結してガス流
路を閉塞させ、不都合を生じてしまうことがない。
According to such a method for preventing freezing of the flow path of the fuel cell device, the generated water is discharged after being condensed and stored in the gas flow path connected to the electrode side where the generated water is generated. Therefore, the generated water is removed from the inside of the flow passage, and even when the outside air temperature is reduced while the operation of the fuel cell device is stopped, the generated water freezes in the gas flow passage and blocks the gas flow passage. This does not cause any inconvenience.

【0039】また、本発明の第3の燃料電池装置の流路
凍結防止方法は、陽極側には燃料の供給を受け、陰極側
には酸素を含有する酸化ガスの供給を受けて、電気化学
反応により起電力を得る燃料電池装置の流路凍結防止方
法であって、前記電気化学反応により生成水が生じる電
極側に接続するガス流路内において、前記燃料電池を備
える装置に設けられた所定の高温部から排出される高温
ガスを通過させることを要旨とする。
Further, in the third method for preventing freezing of the flow channel of the fuel cell device according to the present invention, the fuel is supplied to the anode side and the oxidizing gas containing oxygen is supplied to the cathode side. A method for preventing freezing of a flow channel of a fuel cell device that obtains an electromotive force by a reaction, comprising: The high-temperature gas discharged from the high-temperature portion is passed through.

【0040】このような燃料電池装置の流路凍結防止方
法によれば、前記生成水が生じる電極側に接続するガス
流路内において、前記燃料電池を備える装置に設けられ
た所定の高温部から排出される高温ガスを通過させるた
め、前記ガス流路内の生成水は、前記高温ガスによって
気化され、前記高温ガスと共に前記燃料電池装置外に排
出される。したがって、前記流路内から生成水は除去さ
れてしまい、燃料電池装置の運転停止中に外気温が低下
した場合にも、前記ガス流路内で前記生成水が凍結して
ガス流路を閉塞させ、不都合を生じてしまうことがな
い。
According to such a flow cell freezing prevention method for a fuel cell device, a predetermined high temperature portion provided in the device including the fuel cell is provided in a gas flow channel connected to an electrode side on which the generated water is generated. In order to allow the discharged high-temperature gas to pass, the generated water in the gas flow path is vaporized by the high-temperature gas and discharged together with the high-temperature gas to the outside of the fuel cell device. Therefore, the generated water is removed from the inside of the flow passage, and even when the outside air temperature is reduced while the operation of the fuel cell device is stopped, the generated water freezes in the gas flow passage and blocks the gas flow passage. This does not cause any inconvenience.

【0041】[0041]

【発明の実施の形態】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、以下本発明の実施の形態を
実施例に基づき説明する。図1は、第1実施例の燃料電
池装置10の構成の概要を表わす説明図である。本実施
例の燃料電池装置10は、燃料電池の運転の停止時に
は、生成水を含有する酸化排ガスの流路に対して原燃料
であるメタノールを供給し、流路中の生成水にメタノー
ルを混合することによって生成水の凝固温度を低下させ
る構成となっている。このような構成とすることによっ
て、燃料電池の運転停止中に外気温が低下した場合に、
流路中に残留する生成水が凍結してしまうのを防止して
いる。まず最初に、燃料電池装置10の全体の構成につ
いて図1に基づいて説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS In order to further clarify the structure and operation of the present invention described above, embodiments of the present invention will be described below based on examples. FIG. 1 is an explanatory diagram illustrating an outline of the configuration of the fuel cell device 10 according to the first embodiment. When the operation of the fuel cell is stopped, the fuel cell device 10 of the present embodiment supplies the raw fuel methanol to the flow path of the oxidized exhaust gas containing the generated water, and mixes the methanol with the generated water in the flow path. By doing so, the coagulation temperature of the produced water is reduced. With such a configuration, when the outside air temperature decreases while the operation of the fuel cell is stopped,
The generated water remaining in the flow path is prevented from freezing. First, the overall configuration of the fuel cell device 10 will be described with reference to FIG.

【0042】燃料電池装置10は、原燃料貯留装置1
2,改質装置16,燃料電池20、制御部30をおもな
構成要素として備えている。原燃料貯留装置12内に蓄
えられた原燃料であるメタノールは、改質装置16で改
質されて水素リッチな改質ガスとなり、燃料電池20に
おける電気化学反応に供される。以下、燃料電池装置1
0を構成する各構成要素について説明する。
The fuel cell device 10 includes the raw fuel storage device 1
2, a reformer 16, a fuel cell 20, and a controller 30 are provided as main components. Methanol, which is a raw fuel stored in the raw fuel storage device 12, is reformed by the reformer 16 to become a hydrogen-rich reformed gas, and is supplied to an electrochemical reaction in the fuel cell 20. Hereinafter, the fuel cell device 1
Each component constituting 0 will be described.

【0043】原燃料貯留装置12は、メタノールタンク
13と、水・メタノールタンク14とを備えている。メ
タノールタンク13は、燃料電池の原燃料となるメタノ
ールを貯留するタンクである。水・メタノールタンク1
4は、水とメタノールとを約2:1(体積比)の割合で
混合した水メタノール混合液を貯留するタンクである。
メタノールタンク13と水・メタノールタンク14とは
流路40で接続されており、流路40には、電磁弁であ
るバルブ41が設けられている。このバルブ41を開放
すると、メタノールタンク13から水・メタノールタン
ク14にメタノールが供給される。水・メタノールタン
ク14には、水・メタノールタンク14内に貯留された
水メタノール混合液の比重を検知する比重センサ42が
設けられている。これらの比重センサ42およびバルブ
41は制御部30に接続されている。制御部30は、比
重センサ42から入力される比重に関する情報に基づい
てバルブ41の開放状態を調節し、水・メタノールタン
ク14内に貯留される水メタノール混合液中の水とメタ
ノールとの比率を、上記した値に保つ。
The raw fuel storage device 12 includes a methanol tank 13 and a water / methanol tank 14. The methanol tank 13 is a tank that stores methanol that is a raw fuel for a fuel cell. Water / methanol tank 1
Reference numeral 4 denotes a tank for storing a water-methanol mixture obtained by mixing water and methanol at a ratio of about 2: 1 (volume ratio).
The methanol tank 13 and the water / methanol tank 14 are connected by a flow path 40, and the flow path 40 is provided with a valve 41 which is an electromagnetic valve. When the valve 41 is opened, methanol is supplied from the methanol tank 13 to the water / methanol tank 14. The water / methanol tank 14 is provided with a specific gravity sensor 42 for detecting the specific gravity of the water / methanol mixed liquid stored in the water / methanol tank 14. The specific gravity sensor 42 and the valve 41 are connected to the control unit 30. The control unit 30 adjusts the open state of the valve 41 based on the information on the specific gravity input from the specific gravity sensor 42, and determines the ratio of water to methanol in the water / methanol mixture stored in the water / methanol tank 14. , And keep the above values.

【0044】水・メタノールタンク14には原燃料供給
路50が接続しており、この原燃料供給路50を介し
て、水・メタノールタンク14から改質装置16に、水
メタノール混合液が供給される。ここで、原燃料供給路
50にはポンプ68が配設されており、このポンプ68
の駆動状態によって、改質装置16に供給する水メタノ
ール混合液の量を調節可能となっている。ポンプ68
は、制御部30に接続しており、制御部30によってそ
の駆動状態が制御される。
A raw fuel supply path 50 is connected to the water / methanol tank 14. A water / methanol mixed liquid is supplied from the water / methanol tank 14 to the reformer 16 via the raw fuel supply path 50. You. Here, a pump 68 is provided in the raw fuel supply path 50.
The amount of the water-methanol mixture to be supplied to the reformer 16 can be adjusted by the driving state of. Pump 68
Are connected to the control unit 30, and the driving state is controlled by the control unit 30.

【0045】改質装置16には、バーナ15が併設され
ている。バーナ15は、改質装置16における改質反応
に要する熱量を供給するための装置である。バーナ15
には、メタノールタンク13からメタノール流路43を
介してメタノールが供給される。また、バーナ15には
空気供給路46が接続しており、この空気供給路46を
介してブロワ45から空気が供給される。さらに、バー
ナ15には、燃料電池20から排出される後述する燃料
排ガスが、燃料排ガス路60を介して供給される。バー
ナ15は、上記メタノールおよび燃料排ガスを燃料とし
て燃焼により熱エネルギを発生させて改質装置16に供
給する。バーナ15で発生した燃焼ガスは、まず、燃焼
ガス供給路54を介して、改質装置16が備える後述す
る蒸発部17に供給される。
The reformer 16 is provided with a burner 15. The burner 15 is a device for supplying heat required for a reforming reaction in the reforming device 16. Burner 15
Is supplied from the methanol tank 13 through the methanol channel 43. Further, an air supply path 46 is connected to the burner 15, and air is supplied from the blower 45 via the air supply path 46. Further, the burner 15 is supplied with a fuel exhaust gas, which will be described later, discharged from the fuel cell 20 via a fuel exhaust gas passage 60. The burner 15 uses the methanol and the fuel exhaust gas as fuel to generate thermal energy by combustion and supplies the thermal energy to the reformer 16. First, the combustion gas generated by the burner 15 is supplied to a later-described evaporating unit 17 provided in the reformer 16 via a combustion gas supply path 54.

【0046】バーナ15では、燃料電池装置10の始動
時には上記メタノール流路43を介して供給されるメタ
ノールを用いて燃焼反応が行なわれるが、燃料電池20
において電気化学反応が進行するようになり燃料電池2
0から燃料排ガスが供給されるようになると、燃焼反応
のための燃料はメタノールから燃料排ガスに切り替えら
れる。ここで、メタノール流路43には、制御部30に
接続されたバルブ44が設けられており、制御部30に
よってバルブ44の開放状態が制御される。制御部30
は、燃料電池20で進行する電気化学反応の状況に応じ
てバルブ44の開放状態を制御することによって、燃焼
のための燃料をメタノールから燃料排ガスに切り替える
とともに、燃料排ガスが不足する場合にはバーナ15に
おける燃焼のための燃料としてメタノールを補う。ま
た、上記ブロワ45も制御部30に接続されており、こ
のブロワ45は、制御部30からの駆動信号にしたがっ
て、バーナ15における燃焼反応に要する空気をバーナ
15に供給する。
In the burner 15, when the fuel cell device 10 is started, a combustion reaction is performed using methanol supplied through the methanol flow path 43.
Reaction progresses in the fuel cell 2
When the fuel exhaust gas is supplied from 0, the fuel for the combustion reaction is switched from methanol to the fuel exhaust gas. Here, a valve 44 connected to the control unit 30 is provided in the methanol flow path 43, and the open state of the valve 44 is controlled by the control unit 30. Control unit 30
Switches the fuel for combustion from methanol to fuel exhaust gas by controlling the open state of the valve 44 in accordance with the state of the electrochemical reaction progressing in the fuel cell 20, and burns the fuel if the fuel exhaust gas is insufficient. Methanol is supplemented as fuel for combustion at 15. The blower 45 is also connected to the control unit 30, and supplies air required for a combustion reaction in the burner 15 to the burner 15 according to a drive signal from the control unit 30.

【0047】改質装置16は、蒸発部17,改質部18
およびCO選択酸化部19を備えている。蒸発部17
は、改質反応に先立って水メタノール混合液を気化・昇
温させる。改質部18は、蒸発部17で気化・昇温され
た水メタノール混合ガスを改質して、水素リッチな改質
ガスを生成する。CO選択酸化部19は、改質ガス中の
一酸化炭素濃度を低減して、改質ガスを一酸化炭素濃度
の低い燃料ガスにする。原燃料供給路50を介して水・
メタノールタンク14から供給される水メタノール混合
液は、まず蒸発部17に導入される。上記蒸発部17,
改質部18およびCO選択酸化部19の間は、それぞれ
ガス流路51,52によって接続されている。以下、改
質装置16を構成する各部について詳しく説明する。
The reformer 16 includes an evaporator 17 and a reformer 18.
And a CO selective oxidation unit 19. Evaporation unit 17
Vaporizes and raises the temperature of the water-methanol mixture prior to the reforming reaction. The reforming section 18 reforms the water-methanol mixed gas vaporized and heated in the evaporating section 17 to generate a hydrogen-rich reformed gas. The CO selective oxidizing unit 19 reduces the concentration of carbon monoxide in the reformed gas to convert the reformed gas into a fuel gas having a low concentration of carbon monoxide. Through the raw fuel supply channel 50
The water-methanol mixture supplied from the methanol tank 14 is first introduced into the evaporating section 17. The evaporating section 17,
The reforming section 18 and the CO selective oxidizing section 19 are connected by gas flow paths 51 and 52, respectively. Hereinafter, each component of the reformer 16 will be described in detail.

【0048】蒸発部17は、既述したように、水メタノ
ール混合液を気化・昇温させるための装置であり、その
ためのエネルギをバーナ15から供給されている。すな
わち、バーナ15における燃焼反応で生じた高温の燃焼
ガスは、燃焼ガス供給路54を介して蒸発部17に供給
される。燃焼ガス供給路54は蒸発部17内部で図示し
ない熱交換部を形成しており、この熱交換部において上
記燃焼ガスと水メタノール混合液とを熱交換させること
によって、水メタノール混合液を気化・昇温させる。気
化・昇温した水メタノール混合ガスは、ガス流路51を
介して改質部18内に導入される。また、蒸発部17で
熱交換した燃焼ガスは、燃焼ガス路55から分岐する燃
焼ガス分岐路58を介して燃料電池装置10外部に排出
される。
As described above, the evaporator 17 is a device for evaporating and raising the temperature of the water-methanol mixture, and energy for this purpose is supplied from the burner 15. That is, the high-temperature combustion gas generated by the combustion reaction in the burner 15 is supplied to the evaporator 17 via the combustion gas supply passage 54. The combustion gas supply passage 54 forms a heat exchange section (not shown) inside the evaporating section 17. The heat exchange section heat-exchanges the combustion gas with the water / methanol mixture to vaporize the water / methanol mixture. Raise the temperature. The water-methanol mixed gas that has been vaporized and heated is introduced into the reforming section 18 through the gas flow path 51. The combustion gas that has undergone heat exchange in the evaporator 17 is discharged to the outside of the fuel cell device 10 through a combustion gas branch 58 branched from the combustion gas passage 55.

【0049】なお、蒸発部17で熱交換した燃焼ガスが
排出される燃焼ガス路55は、分岐して上記燃焼ガス分
岐路58を形成する他に、改質部18にも接続してお
り、改質部18内部で図示しない熱交換部を形成してい
る。さらに、この燃焼ガス路55は、燃焼ガス路56と
してCO選択酸化部19にも接続して、同じく内部で図
示しない熱交換部を形成している。CO選択酸化部19
にはさらに燃焼ガス路57が接続しており、上記した熱
交換部を通過した燃焼ガスを燃料電池装置10外に排出
可能となっている。
The combustion gas passage 55 from which the combustion gas exchanged in the evaporator 17 is discharged is connected to the reformer 18 in addition to branching to form the combustion gas branch 58. A heat exchange unit (not shown) is formed inside the reforming unit 18. Further, the combustion gas path 55 is also connected to the CO selective oxidizing section 19 as a combustion gas path 56, and similarly forms a heat exchange section (not shown) inside. CO selective oxidation unit 19
Is connected to a combustion gas passage 57, so that the combustion gas that has passed through the heat exchange section can be discharged to the outside of the fuel cell device 10.

【0050】ここで、燃焼ガス分岐路58および燃焼ガ
ス路55には、電磁弁として構成されたバルブ58A,
55Aがそれぞれ設けられている。これらのバルブ58
A,55Aは制御部30に接続されており、制御部30
は、これらのバルブの開閉状態を制御することによっ
て、バーナ15から排出される燃焼ガスの流路を切り替
える。このようなバルブの開閉制御によって上記燃焼ガ
スは、燃料電池装置10の始動時には、改質部18およ
びCO選択酸化部19内にも導入されて改質部18およ
びCO選択酸化部19を昇温させ、定常状態で運転可能
となるまでに要する時間を短縮させる。改質部18およ
びCO選択酸化部19内の温度が充分に昇温すると、上
記バルブの切り替えによって燃焼ガスは、蒸発部17か
ら排出された後は燃料電池装置10外に放出されるよう
になる。
Here, the combustion gas branch passage 58 and the combustion gas passage 55 are provided with valves 58A, 58A,
55A are provided. These valves 58
A and 55A are connected to the control unit 30.
Switches the flow path of the combustion gas discharged from the burner 15 by controlling the open / close state of these valves. By such opening and closing control of the valve, the combustion gas is also introduced into the reforming section 18 and the CO selective oxidizing section 19 when the fuel cell device 10 is started, and the temperature of the reforming section 18 and the CO selective oxidizing section 19 is raised. In this way, the time required for operation in a steady state is reduced. When the temperatures in the reforming section 18 and the CO selective oxidizing section 19 are sufficiently raised, the switching of the valve causes the combustion gas to be discharged from the evaporating section 17 and then discharged outside the fuel cell device 10. .

【0051】改質部18は、改質触媒であるCu−Zn
触媒を内部に備えており、この改質触媒の表面に上記水
メタノール混合ガスを通過させることによって、水メタ
ノール混合ガスを改質して水素リッチな改質ガスを生成
する。以下に、改質部18で進行する水蒸気改質反応を
示す。
The reforming section 18 includes a reforming catalyst Cu—Zn
A catalyst is provided inside, and the water-methanol mixed gas is passed through the surface of the reforming catalyst to reform the water-methanol mixed gas to generate a hydrogen-rich reformed gas. The steam reforming reaction that proceeds in the reforming section 18 will be described below.

【0052】 CH3OH → CO+2H2−90.0(kJ/mol) …(4) CO+H2O → CO2+H2+40.5 (kJ/mol) …(5) CH3OH+H2O → CO2+3H2−49.5(kJ/mol) …(6)CH 3 OH → CO + 2H 2 -90.0 (kJ / mol) (4) CO + H 2 O → CO 2 + H 2 +40.5 (kJ / mol) (5) CH 3 OH + H 2 O → CO 2 + 3H 2 -49.5 (kJ / mol) (6)

【0053】メタノールを水蒸気改質するときの反応で
は、(4)式で示したメタノールの分解反応と(5)式
で示した一酸化炭素の変成反応とが同時に進行し、全体
として(6)式の反応が起こる。このように改質反応は
吸熱反応であり、反応を進行させるためには熱エネルギ
を要する。本実施例の改質装置16では、蒸発部17に
おいて、バーナ15から供給される燃焼ガスによって充
分に水メタノールガスを昇温させることで、必要な熱量
を水メタノールガスが改質部18に持ち込む構成となっ
ている。したがって、燃料電池装置10の始動時以外に
は、上述したように、バーナ15から供給される燃焼ガ
スは改質部18内に導入されることなく排出される。
In the steam reforming reaction of methanol, the decomposition reaction of methanol represented by the formula (4) and the conversion reaction of carbon monoxide represented by the formula (5) proceed simultaneously, and as a whole (6) The reaction of the equation takes place. As described above, the reforming reaction is an endothermic reaction, and heat energy is required to advance the reaction. In the reformer 16 of the present embodiment, in the evaporator 17, the temperature of the water methanol gas is sufficiently increased by the combustion gas supplied from the burner 15, so that the water methanol gas brings a necessary amount of heat to the reformer 18. It has a configuration. Therefore, except when the fuel cell device 10 is started, the combustion gas supplied from the burner 15 is discharged without being introduced into the reforming section 18 as described above.

【0054】CO選択酸化部19は、改質部18で生成
した改質ガス中の一酸化炭素を選択的に酸化して、一酸
化炭素濃度が充分に低い燃料ガスとする装置である。既
述したように、改質部18で進行する改質反応は(4)
式ないし(6)式に従って進行し、これらの反応が完全
におこなわれるならば最終的に一酸化炭素が生じること
はないが、実際の燃料改質装置においては、上記(5)
式の反応を完全に行なわせることは困難であるため、燃
料改質装置で改質された燃料ガス中には副生成物として
の一酸化炭素が微量に含まれる。しかしながら、このよ
うに一酸化炭素を含有する改質ガスを燃料ガスとして燃
料電池に供給すると、一酸化炭素は燃料電池が備える白
金触媒に吸着されて触媒を劣化させてしまう。そのた
め、改質装置16では、CO選択酸化部19を設けて改
質ガス中の一酸化炭素濃度を低減した上で、一酸化炭素
濃度を充分に低減した改質ガスを燃料ガスとして燃料電
池20に供給し、改質触媒の劣化を防止している。な
お、燃料電池に供給される燃料ガス中に許容される一酸
化炭素濃度は、りん酸型燃料電池の場合は数%程度以下
であり、固体高分子型燃料電池の場合には数ppm程度
以下である。以下に、CO選択酸化部19で進行する一
酸化炭素の選択酸化反応を示す。
The CO selective oxidizing section 19 is a device for selectively oxidizing carbon monoxide in the reformed gas generated in the reforming section 18 to obtain a fuel gas having a sufficiently low carbon monoxide concentration. As described above, the reforming reaction that proceeds in the reforming section 18 is (4)
The reaction proceeds according to the formulas (6) and (6), and if these reactions are completely carried out, carbon monoxide will not be finally generated. However, in an actual fuel reformer, the above (5)
Since it is difficult to completely carry out the reaction of the formula, the fuel gas reformed by the fuel reformer contains a trace amount of carbon monoxide as a by-product. However, when the reformed gas containing carbon monoxide is supplied to the fuel cell as the fuel gas, the carbon monoxide is adsorbed on the platinum catalyst provided in the fuel cell and deteriorates the catalyst. Therefore, in the reforming apparatus 16, the CO selective oxidizing section 19 is provided to reduce the concentration of carbon monoxide in the reformed gas, and then the reformed gas having a sufficiently reduced carbon monoxide concentration is used as the fuel gas and the fuel cell 20 To prevent deterioration of the reforming catalyst. The allowable concentration of carbon monoxide in the fuel gas supplied to the fuel cell is about several percent or less for a phosphoric acid fuel cell and about several ppm or less for a polymer electrolyte fuel cell. It is. Hereinafter, a selective oxidation reaction of carbon monoxide that proceeds in the CO selective oxidation section 19 will be described.

【0055】 CO+(1/2)O2 → CO2 …(7)CO + (1 /) O 2 → CO 2 (7)

【0056】CO選択酸化部19は、一酸化炭素選択酸
化触媒である白金触媒を備えている。また、CO選択酸
化部19には、空気供給路52を介してブロワ47から
空気が供給されており、供給された空気を利用して上記
(7)式の選択酸化反応を進行させる。CO選択酸化部
19で一酸化炭素濃度が低減された改質ガスは、燃料ガ
スとして、燃料供給路53を介して燃料電池20に供給
される。ここで、CO選択酸化部19に改質ガスを通過
させて得られる燃料ガス中の一酸化炭素濃度は、CO選
択酸化部19の運転温度、供給される改質ガス中の一酸
化炭素濃度、CO選択酸化部19へ供給される改質ガス
の単位触媒体積当たりの流量(空間速度)などによって
定まる。本実施例では、燃料供給路53に、制御部30
と接続する一酸化炭素センサ49を設けて、燃料ガス中
の一酸化炭素濃度を監視している。制御部30は、既述
したポンプ68の駆動量などから推定される改質装置1
6での処理量や、一酸化炭素センサ49が検出する燃料
ガス中の一酸化炭素濃度に基づいてブロワ47の駆動量
を制御する。これによってCO選択酸化部19に供給す
る酸素量を調節し、燃料ガス中の一酸化炭素濃度を充分
に低くすると共に、CO選択酸化部19に過剰な酸素が
供給されてしまうのを防止する。
The CO selective oxidation section 19 has a platinum catalyst which is a carbon monoxide selective oxidation catalyst. Air is supplied from the blower 47 to the CO selective oxidizing unit 19 via the air supply path 52, and the supplied air is used to cause the selective oxidizing reaction of the above formula (7) to proceed. The reformed gas whose carbon monoxide concentration has been reduced in the CO selective oxidizing section 19 is supplied to the fuel cell 20 via the fuel supply path 53 as a fuel gas. Here, the concentration of carbon monoxide in the fuel gas obtained by passing the reformed gas through the CO selective oxidizing unit 19 is determined by the operating temperature of the CO selective oxidizing unit 19, the concentration of carbon monoxide in the supplied reformed gas, It is determined by the flow rate (space velocity) per unit catalyst volume of the reformed gas supplied to the CO selective oxidizing section 19 and the like. In this embodiment, the control unit 30 is connected to the fuel supply path 53.
A carbon monoxide sensor 49 connected to the fuel cell is provided to monitor the concentration of carbon monoxide in the fuel gas. The control unit 30 controls the reforming apparatus 1 estimated from the driving amount of the pump 68 described above.
The driving amount of the blower 47 is controlled based on the processing amount at 6 and the concentration of carbon monoxide in the fuel gas detected by the carbon monoxide sensor 49. Thus, the amount of oxygen supplied to the CO selective oxidizing section 19 is adjusted, the carbon monoxide concentration in the fuel gas is sufficiently reduced, and the supply of excessive oxygen to the CO selective oxidizing section 19 is prevented.

【0057】燃料電池20は、改質装置16が生成する
燃料ガスと、酸素を含有する酸化ガスとの供給を受けて
電気化学反応を行ない、起電力を得る。この燃料電池2
0で進行する電気化学反応は、既述した(1)式ないし
(3)式に示した反応と同様である。本実施例の燃料電
池20は固体高分子型燃料電池であり、単セル28を複
数積層したスタック構造を備えている。図2は、単セル
28の構成を模式的に表わす断面図である。単セル28
は、電解質膜21と、アノード22と、カソード23
と、セパレータ24,25とから構成されている。
The fuel cell 20 receives the supply of the fuel gas generated by the reformer 16 and the oxidizing gas containing oxygen to perform an electrochemical reaction to obtain an electromotive force. This fuel cell 2
The electrochemical reaction that proceeds at 0 is the same as the reactions shown in the above-described equations (1) to (3). The fuel cell 20 of this embodiment is a polymer electrolyte fuel cell, and has a stack structure in which a plurality of unit cells 28 are stacked. FIG. 2 is a cross-sectional view schematically illustrating the configuration of the single cell 28. Single cell 28
Are the electrolyte membrane 21, the anode 22, and the cathode 23
And separators 24 and 25.

【0058】アノード22およびカソード23は、電解
質膜21を両側から挟んでサンドイッチ構造を成すガス
拡散電極である。セパレータ24,25は、このサンド
イッチ構造をさらに両側から挟みつつ、アノード22お
よびカソード23との間に、燃料ガス及び酸化ガスの流
路を形成する。アノード22とセパレータ24との間に
は燃料ガス流路24Pが形成されており、カソード23
とセパレータ25との間には酸化ガス流路25Pが形成
されている。
The anode 22 and the cathode 23 are gas diffusion electrodes having a sandwich structure sandwiching the electrolyte membrane 21 from both sides. The separators 24 and 25 form a flow path for the fuel gas and the oxidizing gas between the anode 22 and the cathode 23 while further sandwiching the sandwich structure from both sides. A fuel gas flow path 24P is formed between the anode 22 and the separator 24,
An oxidizing gas flow path 25P is formed between the oxidizing gas passage 25P and the separator 25.

【0059】ここで、電解質膜21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
性のイオン交換膜であり、湿潤状態で良好な電気伝導性
を示す。本実施例では、ナフィオン膜(デュポン社製)
を使用した。電解質膜21の表面には、触媒としての白
金または白金と他の金属からなる合金が塗布されてい
る。触媒を塗布する方法としては、白金または白金と他
の金属からなる合金を担持したカーボン粉を作製し、こ
の触媒を担持したカーボン粉を適当な有機溶剤に分散さ
せ、電解質溶液(例えば、Aldrich Chemi
cal社、Nafion Solution)を適量添
加してペースト化し、電解質膜21上にスクリーン印刷
するという方法をとった。あるいは、上記触媒を担持し
たカーボン粉を含有するペーストを膜形成してシートを
作製し、このシートを電解質膜21上にプレスする構成
も好適である。
Here, the electrolyte membrane 21 is a proton-conductive ion exchange membrane formed of a solid polymer material, for example, a fluorine-based resin, and shows good electric conductivity in a wet state. In this embodiment, a Nafion membrane (manufactured by DuPont) is used.
It was used. The surface of the electrolyte membrane 21 is coated with platinum as a catalyst or an alloy of platinum and another metal. As a method of applying the catalyst, a carbon powder supporting platinum or an alloy composed of platinum and another metal is prepared, and the carbon powder supporting the catalyst is dispersed in an appropriate organic solvent, and an electrolytic solution (eg, Aldrich Chemi) is used.
Cal Co., Nafion Solution) was added in an appropriate amount to form a paste, and screen printing was performed on the electrolyte membrane 21. Alternatively, a configuration is also preferable in which a sheet containing carbon powder supporting the above-described catalyst is formed into a film to form a sheet, and the sheet is pressed on the electrolyte membrane 21.

【0060】アノード22およびカソード23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
成されている。なお、本実施例では、アノード22およ
びカソード23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またはカーボンフエルト
により形成する構成も好適である。
The anode 22 and the cathode 23 are both formed of carbon cloth woven with carbon fiber yarns. In the present embodiment, the anode 22 and the cathode 23 are formed of carbon cloth, but a configuration formed of carbon paper or carbon felt made of carbon fiber is also suitable.

【0061】セパレータ24,25は、ガス不透過の導
電性部材、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。セパレータ2
4,25はその表面に、所定の形状のリブ部を形成して
おり、既述したように、セパレータ24はアノード22
の表面とで燃料ガス流路24Pを形成し、セパレータ2
5はカソード23の表面とで酸化ガス流路25Pを形成
する。ここで、各セパレータの表面に形成されたリブ部
の形状は、ガス流路を形成してガス拡散電極に対して燃
料ガスまたは酸化ガスを供給可能であればよい。本実施
例では、平行に形成された複数の溝状にリブ部を形成し
た。なお、ここではセパレータ24とセパレータ25と
を分けて記述したが、実際の燃料電池20では両面にリ
ブ部を形成したセパレータを用い、隣合う単セル28が
セパレータを共有する構成とした。
The separators 24 and 25 are formed of a gas-impermeable conductive member, for example, dense carbon which is made of carbon by compressing carbon. Separator 2
The ribs 4 and 25 have ribs of a predetermined shape formed on the surface thereof.
And a surface of the fuel gas flow path 24P to form the separator 2
5 and the surface of the cathode 23 form an oxidizing gas flow path 25P. Here, the shape of the rib portion formed on the surface of each separator may be any shape as long as a gas flow path is formed and a fuel gas or an oxidizing gas can be supplied to the gas diffusion electrode. In this embodiment, the rib portions are formed in a plurality of grooves formed in parallel. Although the separator 24 and the separator 25 are described separately here, the actual fuel cell 20 has a configuration in which ribs are formed on both surfaces, and adjacent unit cells 28 share the separator.

【0062】以上、燃料電池20の基本構造である単セ
ル28の構成について説明した。実際に燃料電池20と
して組み立てるときには、アノード22、電解質膜2
1、カソード23からなる構成の間にセパレータを配置
して単セル28を複数組積層し(本実施例では100
組)、その両端に緻密質カーボンや銅板などにより構成
される集電板を配置することによってスタック構造を構
成する。
The configuration of the single cell 28 which is the basic structure of the fuel cell 20 has been described above. When the fuel cell 20 is actually assembled, the anode 22, the electrolyte membrane 2
1, a plurality of single cells 28 are stacked with a separator disposed between the configurations of the cathode 23 (100 in this embodiment).
Pair), and a current collector plate composed of a dense carbon or copper plate is arranged at both ends to form a stack structure.

【0063】以上説明した燃料電池20には、既述した
燃料供給路53を介して燃料ガスが供給され、この燃料
ガスはアノード側の燃料ガス流路24Pに導入されて上
記電気化学反応に供される。燃料ガス流路24Pから排
出された燃料排ガスは、燃料排ガス路60を経由してバ
ーナ15に供給される。このバーナ15において、電気
化学反応で消費されずに残った水素は、燃焼のための燃
料として利用される。
The fuel cell 20 described above is supplied with fuel gas via the fuel supply path 53 described above, and this fuel gas is introduced into the fuel gas flow path 24P on the anode side and is supplied to the above-mentioned electrochemical reaction. Is done. The fuel exhaust gas discharged from the fuel gas passage 24 </ b> P is supplied to the burner 15 via the fuel exhaust gas passage 60. In the burner 15, hydrogen remaining without being consumed by the electrochemical reaction is used as fuel for combustion.

【0064】また、燃料電池20には、酸化ガス供給路
59を介して、コンプレッサ48から圧縮空気が供給さ
れる。この圧縮空気は、酸化ガスとしてカソード側の酸
化ガス流路25Pに導入されて上記電気化学反応に供さ
れる。なお、コンプレッサ48は制御部30に接続され
ており、制御部30は、燃料電池20に接続されている
負荷の大きさや改質装置16における処理量などに応じ
てコンプレッサ48の駆動状態を制御し、燃料電池20
に供給する酸化ガス量を調節している。酸化ガス流路2
5Pから排出された酸化排ガスは、酸化排ガス路61に
導入される。酸化排ガス路61に導入された酸化排ガス
は燃料電池装置10外に排出されるが、この酸化排ガス
路61には凝縮器62が設けられており、凝縮器62に
おいて酸化排ガス中の水蒸気を凝縮して取り除いた後に
酸化排ガスを排出している。凝縮器62では、内部に形
成した熱交換部によって酸化排ガスを降温させて飽和蒸
気圧を低下させ、酸化排ガス中の水蒸気を凝縮させてい
る。凝縮器62で凝縮して回収された水は、水回収路6
4を介して水・メタノールタンク14に戻される。
Further, compressed air is supplied from the compressor 48 to the fuel cell 20 via the oxidizing gas supply path 59. The compressed air is introduced as an oxidizing gas into the oxidizing gas flow path 25P on the cathode side, and is subjected to the electrochemical reaction. The compressor 48 is connected to the control unit 30, and the control unit 30 controls the driving state of the compressor 48 according to the magnitude of the load connected to the fuel cell 20, the throughput of the reformer 16, and the like. , Fuel cell 20
The amount of oxidizing gas supplied to is adjusted. Oxidizing gas channel 2
The oxidized exhaust gas discharged from the 5P is introduced into the oxidized exhaust gas passage 61. The oxidizing exhaust gas introduced into the oxidizing exhaust gas passage 61 is discharged out of the fuel cell device 10. The oxidizing exhaust gas passage 61 is provided with a condenser 62, which condenses water vapor in the oxidizing exhaust gas. Oxidized exhaust gas is discharged after removal. In the condenser 62, the temperature of the oxidizing exhaust gas is lowered by a heat exchange section formed therein to lower the saturated vapor pressure, thereby condensing the water vapor in the oxidizing exhaust gas. The water condensed and recovered by the condenser 62 is supplied to the water recovery path 6.
4 and is returned to the water / methanol tank 14.

【0065】ここで、酸化排ガス中の水蒸気とは、既述
した生成水のことである。上述した電気化学反応の
(2)式に示したように、燃料電池20では電気化学反
応の進行に伴ってそのカソード側に生成水が生じる。ま
た、図1の燃料電池装置10ではコンプレッサ48によ
って圧縮された空気はそのまま燃料電池20に供給され
る構成となっているが、圧縮空気にさらされることで燃
料電池20における電解質膜21の表面が乾燥してしま
うのを防ぐために、加湿した圧縮空気を燃料電池20に
供給することとしてもよい。このような場合には、酸化
排ガス路61に排出される酸化排ガス中には、予め酸化
ガス中に加えられた水蒸気も含有されることになり、こ
の予め加えられた水蒸気も凝縮器62で回収されて水・
メタノールタンク14に送られる。
Here, the water vapor in the oxidizing exhaust gas is the above-mentioned generated water. As shown in the above-mentioned equation (2) of the electrochemical reaction, in the fuel cell 20, water is generated on the cathode side as the electrochemical reaction proceeds. In the fuel cell device 10 shown in FIG. 1, the air compressed by the compressor 48 is supplied to the fuel cell 20 as it is. Humidified compressed air may be supplied to the fuel cell 20 to prevent drying. In such a case, the oxidizing exhaust gas discharged to the oxidizing exhaust gas path 61 also contains water vapor previously added to the oxidizing gas. Been water
It is sent to the methanol tank 14.

【0066】また、上記酸化排ガス路61には、メタノ
ール添加路66が接続しており、メタノールタンク13
に貯留されたメタノールを酸化排ガス中に添加可能とな
っている。メタノール添加路66には、制御部30に接
続されたポンプ67が設けられている。制御部30から
の駆動信号によりこのポンプ67が駆動されると、酸化
排ガス路61中の酸化排ガスに対して、所定量のメタノ
ールがメタノールタンク13から添加される。この構成
は本発明の要部に対応するものであり、後で詳しく説明
する。
A methanol addition path 66 is connected to the oxidation exhaust gas path 61, and the methanol tank 13
Can be added to the oxidation exhaust gas. A pump 67 connected to the control unit 30 is provided in the methanol addition path 66. When the pump 67 is driven by a drive signal from the control unit 30, a predetermined amount of methanol is added from the methanol tank 13 to the oxidized exhaust gas in the oxidized exhaust gas passage 61. This configuration corresponds to a main part of the present invention, and will be described later in detail.

【0067】なお、図1においては図示しなかったが、
燃料電池20は、その周囲に所定の冷却水路を形成して
いる。この冷却水路は内部に不凍液が充填された流路で
あり、流路内を流れる不凍液は、燃料電池20と所定の
熱交換部との間を循環する。燃料電池20では既述した
電気化学反応が進行するが、このような電気化学反応が
進行する際に、燃料電池20に供給される燃料が有する
化学エネルギの一部は、電気エネルギに変換されずに熱
エネルギとして放出されてしまう。そのため燃料電池2
0はその運転中に次第に昇温してしまうが、本実施例で
は、上記不凍液からなる冷却水を循環させることによっ
て、燃料電池20を所定の温度範囲に保っている。
Although not shown in FIG. 1,
The fuel cell 20 has a predetermined cooling water channel formed around it. The cooling water channel is a flow path filled with antifreeze, and the antifreeze flowing in the flow path circulates between the fuel cell 20 and a predetermined heat exchange unit. Although the above-described electrochemical reaction proceeds in the fuel cell 20, when such an electrochemical reaction proceeds, part of the chemical energy of the fuel supplied to the fuel cell 20 is not converted into electric energy. Is released as heat energy. Therefore, the fuel cell 2
The temperature 0 gradually increases during the operation, but in the present embodiment, the fuel cell 20 is kept in a predetermined temperature range by circulating the cooling water composed of the antifreeze.

【0068】制御部30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などを実行す
るCPU34と、CPU34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ROM36と、同じくCPU34で各種演算処理を
するのに必要な各種データが一時的に読み書きされるR
AM38と、既述した各種温度センサや圧力センサから
の検出信号を入力すると共にCPU34での演算結果に
応じて既述した各種ポンプや流量調整器などに駆動信号
を出力する入出力ポート32等を備える。
The control unit 30 is configured as a logic circuit centered on a microcomputer. More specifically, the control unit 30 executes a predetermined operation or the like according to a preset control program. A ROM 36 in which necessary control programs, control data, and the like are stored in advance, and an R in which various data necessary for performing various arithmetic processing by the CPU 34 are temporarily read and written.
The AM 38 and the input / output port 32 for inputting detection signals from the various temperature sensors and pressure sensors described above and outputting drive signals to the various pumps and flow regulators described above in accordance with the calculation results of the CPU 34. Prepare.

【0069】次に、本実施例の要部に対応する制御であ
って、燃料電池装置10の運転を停止する時に行なわれ
る制御について説明する。本実施例の燃料電池装置10
は、その運転停止時において、外気温が低い場合あるい
は運転停止中に外気温が低下することが予測される場合
には、酸化排ガス路61中の酸化排ガスに対してメタノ
ールを添加した後に運転を停止するという制御を行な
う。ここで、燃料電池装置10の停止時における酸化排
ガス路61内の様子について説明する。
Next, a description will be given of the control corresponding to the main part of the present embodiment, which is performed when the operation of the fuel cell device 10 is stopped. Fuel cell device 10 of the present embodiment
When the outside air temperature is low or the outside air temperature is predicted to decrease during the stoppage of the operation, the operation is started after adding methanol to the oxidized exhaust gas in the oxidized exhaust gas passage 61. Control to stop. Here, a state inside the oxidation exhaust gas passage 61 when the fuel cell device 10 is stopped will be described.

【0070】燃料電池装置10が定常状態にて稼働して
いる間は、酸化排ガス路61に排出される酸化排ガス
は、燃料電池20の運転温度に対応した所定の温度範囲
に保たれるため、酸化排ガス中の水蒸気が流路内で大量
に凝縮してしまうことはない。しかしながら、酸化排ガ
スは酸化排ガス路61を通過するにしたがって次第に降
温するため、酸化排ガス中の飽和蒸気圧が次第に低下し
て、低下した蒸気圧に対応する凝縮水が酸化排ガス路6
1中に生じる。このように酸化排ガス路61中に生成し
た凝縮水からなる水滴は、燃料電池装置10Aの稼働中
には、排出され続ける酸化排ガスによって吹き飛ばさ
れ、やがて凝縮器62において回収される。また、酸化
排ガス路61中で凝縮することなく水蒸気として酸化排
ガス中に保持された生成水も、凝縮器62において回収
される。
While the fuel cell device 10 is operating in a steady state, the oxidizing exhaust gas discharged to the oxidizing exhaust gas passage 61 is maintained in a predetermined temperature range corresponding to the operating temperature of the fuel cell 20. The water vapor in the oxidizing exhaust gas does not condense in a large amount in the flow path. However, since the temperature of the oxidizing exhaust gas gradually decreases as it passes through the oxidizing exhaust gas passage 61, the saturated vapor pressure in the oxidizing exhaust gas gradually decreases, and condensed water corresponding to the reduced vapor pressure becomes oxidized exhaust gas passage 6
Occurs during 1. The water droplets formed of the condensed water generated in the oxidizing exhaust gas passage 61 as described above are blown off by the oxidizing exhaust gas that is continuously discharged while the fuel cell device 10A is operating, and is eventually recovered in the condenser 62. Further, generated water retained in the oxidizing exhaust gas as water vapor without being condensed in the oxidizing exhaust gas passage 61 is also collected in the condenser 62.

【0071】このような燃料電池装置10において、運
転の停止時に改質装置16への原燃料の供給をストップ
し、燃料電池20に供給される燃料ガスが減少を始める
と、燃料電池20で発生する熱量が減少し、排出される
酸化排ガスの温度が低下し始める。このように酸化排ガ
スの温度が低下し始めると、酸化排ガス路61において
生じる凝縮水の量が増加する。本実施例の燃料電池装置
10は、燃料電池装置10の停止時に流路内の温度が低
下した際に、生じた凝縮水に対してメタノールを添加す
ることによって凝縮水の凍結を防止している。図3に示
すように、水はその凝固温度が0℃であるのに対し、メ
タノールは−97.8℃という低い凝固点を示す。した
がって、水に対して所定量のメタノールを添加すること
によって凝固温度を低下させ、流路内の凝縮水の凍結を
防止することが可能となる。
In such a fuel cell device 10, when the supply of the raw fuel to the reformer 16 is stopped when the operation is stopped, and the fuel gas supplied to the fuel cell 20 starts decreasing, the fuel cell 20 The amount of heat generated decreases, and the temperature of the discharged oxidizing exhaust gas starts to decrease. When the temperature of the oxidizing exhaust gas starts to decrease in this way, the amount of condensed water generated in the oxidizing exhaust gas passage 61 increases. The fuel cell device 10 of the present embodiment prevents freezing of condensed water by adding methanol to the generated condensed water when the temperature in the flow channel decreases when the fuel cell device 10 is stopped. . As shown in FIG. 3, water has a freezing point of 0 ° C., whereas methanol has a low freezing point of −97.8 ° C. Therefore, by adding a predetermined amount of methanol to water, the coagulation temperature can be lowered, and freezing of condensed water in the flow path can be prevented.

【0072】図4は、燃料電池装置10の運転の停止時
に実行される停止時処理ルーチンを表わすフローチャー
トである。所定の操作スイッチに対する操作者による指
示入力などの方法によって燃料電池装置10の運転の停
止が指示されると、制御部30においてこの停止時処理
ルーチンが実行される。
FIG. 4 is a flowchart showing a stop processing routine executed when the operation of the fuel cell device 10 is stopped. When a stop of the operation of the fuel cell device 10 is instructed by a method such as an operator's input of an instruction to a predetermined operation switch, the control unit 30 executes the stop processing routine.

【0073】本ルーチンが実行されると、CPU34
は、まず、酸化排ガス路61中の酸化排ガスに対してメ
タノールの添加を行なうかどうかを判断する(ステップ
S200)。このメタノールを添加するかどうかの判断
は、外気温が所定の温度以下であって、燃料電池装置1
0の運転停止中に燃料電池装置10内に生じた凝縮水が
凍結してしまうおそれがあるかどうかについての判断で
ある。このような判断は、燃料電池装置10に併設した
外気温センサ65を介して、外気温に関する情報を制御
部30に入力することによって行なう(図1参照)。ス
テップS200において、メタノールの添加を行なわな
いと判断した場合には、そのまま本ルーチンを終了して
通常の運転停止の動作のみを行なう。このように、本実
施例ではステップS200においてメタノールの添加を
行なうかどうかの判断をする構成としたが、このステッ
プS200を省いて、燃料電池装置10の運転停止時に
は以下に示すメタノール添加の処理を毎回行なうことと
してもよい。
When this routine is executed, the CPU 34
First, it is determined whether or not to add methanol to the oxidizing exhaust gas in the oxidizing exhaust gas passage 61 (step S200). The determination as to whether or not to add methanol is made when the outside air temperature is equal to or lower than a predetermined temperature and the fuel cell device 1
This is a determination as to whether or not there is a possibility that condensed water generated in the fuel cell device 10 during the zero operation stop may freeze. Such a determination is made by inputting information about the outside air temperature to the control unit 30 via the outside air temperature sensor 65 provided in the fuel cell device 10 (see FIG. 1). If it is determined in step S200 that the addition of methanol is not to be performed, this routine is terminated as it is, and only the normal operation of stopping the operation is performed. As described above, in the present embodiment, it is configured to determine whether or not to add methanol in step S200. However, this step S200 is omitted, and when the operation of the fuel cell device 10 is stopped, the following processing for adding methanol is performed. It may be performed every time.

【0074】ステップS200において、凝縮水の凍結
のおそれがあるため酸化排ガス路61にメタノールの添
加を行なうと判断された場合には、次に、ポンプ67お
よびコンプレッサ48の駆動量および駆動時間を読み込
む。(ステップS210)。このポンプ67およびコン
プレッサ48の駆動量および駆動時間は、酸化排ガス路
61に添加するメタノール量に基づいて設定され、予め
制御部30内に記憶された値である。この駆動量および
駆動時間に基づいてポンプ67およびコンプレッサ48
を駆動することによって、所定量のメタノールを酸化排
ガス路61に導入すると共に、流路内に生じた凝縮水中
のメタノール濃度を所定範囲にすることができる。
If it is determined in step S200 that methanol is to be added to the oxidizing exhaust gas path 61 due to the possibility of condensed water being frozen, the driving amount and driving time of the pump 67 and the compressor 48 are read. . (Step S210). The drive amount and drive time of the pump 67 and the compressor 48 are set based on the amount of methanol added to the oxidizing exhaust gas passage 61 and are values stored in the control unit 30 in advance. Based on the drive amount and the drive time, the pump 67 and the compressor 48
, A predetermined amount of methanol can be introduced into the oxidizing exhaust gas passage 61, and the concentration of methanol in the condensed water generated in the flow passage can be controlled to a predetermined range.

【0075】ここで、酸化排ガス路61に添加するメタ
ノール量は、燃料電池装置10の運転停止後に流路内に
生じる凝縮水の凝固点を充分に下げることができる量と
して設定された値である。燃料電池装置10の運転停止
後に流路内に生じる凝縮水の量の範囲は、定常状態で運
転している燃料電池20の陰極側で生じる生成水の量
や、酸化ガスを加湿する量、あるいは定常状態で運転し
ている燃料電池20から排出される酸化排ガスの温度で
の飽和蒸気圧や酸化排ガスの流路の容積などを基に予測
することができる。添加メタノール量は、これらの値に
基づいて、凝縮水の約30%となるように設定されてい
る。
Here, the amount of methanol added to the oxidizing exhaust gas passage 61 is a value set as an amount that can sufficiently lower the freezing point of condensed water generated in the flow passage after the operation of the fuel cell device 10 is stopped. The range of the amount of condensed water generated in the flow path after the operation of the fuel cell device 10 is stopped depends on the amount of water generated on the cathode side of the fuel cell 20 operating in a steady state, the amount of humidifying oxidizing gas, or The prediction can be made based on the saturated vapor pressure at the temperature of the oxidizing exhaust gas discharged from the fuel cell 20 operating in the steady state, the volume of the flow path of the oxidizing exhaust gas, and the like. Based on these values, the amount of added methanol is set to be about 30% of condensed water.

【0076】ステップS210においてポンプ67およ
びコンプレッサ48の駆動量および駆動時間を読み込む
と、次にCPU34は、燃料電池20が運転を停止した
かどうかを判断する(ステップS220)。所定の操作
スイッチに対する操作者による指示入力などの方法によ
って燃料電池装置10の運転の停止が指示されると、制
御部30は、本ルーチンを実行すると共にポンプ68に
駆動信号を出力して、改質装置16に対する原燃料の供
給を停止する。原燃料の供給が停止されると、改質装置
16における処理量が減少すると共に燃料電池20に供
給される燃料ガス量が減少し、やがて燃料ガスの供給が
停止される。このように燃料ガスの供給が停止されるこ
とによって燃料電池20はその運転を停止する。ステッ
プS220における燃料電池20の停止状態の判断は、
燃料電池20内に図示しない温度センサを設けて検出し
た燃料電池20内の温度や、ポンプ68を停止してから
の経過時間などを入力することによって判断することが
できる。
After reading the drive amount and drive time of the pump 67 and the compressor 48 in step S210, the CPU 34 determines whether the fuel cell 20 has stopped operating (step S220). When the stop of operation of the fuel cell device 10 is instructed by a method such as an instruction input by an operator to a predetermined operation switch, the control unit 30 executes this routine and outputs a drive signal to the pump 68, thereby The supply of the raw fuel to the quality device 16 is stopped. When the supply of the raw fuel is stopped, the amount of processing in the reformer 16 is reduced, the amount of fuel gas supplied to the fuel cell 20 is reduced, and the supply of fuel gas is eventually stopped. When the supply of the fuel gas is stopped, the operation of the fuel cell 20 is stopped. The determination of the stop state of the fuel cell 20 in step S220 includes:
The determination can be made by inputting a temperature in the fuel cell 20 detected by providing a temperature sensor (not shown) in the fuel cell 20, an elapsed time after the pump 68 is stopped, and the like.

【0077】ステップS220において燃料電池20が
運転を停止したと判断されると、次に、ステップS21
0で読み込んだ値に従ってポンプ67およびコンプレッ
サ48を駆動する(ステップS230)。これによって
酸化排ガス路61へのメタノールの供給が開始される。
このとき、コンプレッサ48が駆動されていることによ
って酸化排ガス路61へは酸化ガスの供給が引き続き行
なわれ、この酸化ガスの流れによって、酸化排ガス路6
1内に供給されたメタノールは、酸化排ガス路61内の
凝縮水と混合しながら流路の下流方向に移動する。酸化
排ガス路61は凝縮器62に接続するため、凝縮器62
内の凝縮水もまたメタノールを混合するようになる。凝
縮器62内の凝縮水は水回収路64を介して水・メタノ
ールタンク14に回収されるため、上記したようにポン
プ67およびコンプレッサ48を駆動することによっ
て、酸化排ガス路61,凝縮器62および水回収路64
内の凝縮水はいずれもメタノールを含有するようにな
る。
If it is determined in step S220 that the fuel cell 20 has stopped operating, then in step S21
The pump 67 and the compressor 48 are driven according to the value read at 0 (step S230). Thus, the supply of methanol to the oxidation exhaust gas passage 61 is started.
At this time, the oxidizing gas is continuously supplied to the oxidizing exhaust gas channel 61 by driving the compressor 48, and the oxidizing exhaust gas channel 6 is supplied by the flow of the oxidizing gas.
The methanol supplied into 1 moves in the downstream direction of the flow path while mixing with the condensed water in the oxidation exhaust gas path 61. Since the oxidation exhaust gas path 61 is connected to the condenser 62,
The condensed water inside also becomes mixed with methanol. Since the condensed water in the condenser 62 is recovered in the water / methanol tank 14 through the water recovery path 64, the oxidizing exhaust gas path 61, the condenser 62 and the condenser 62 are driven by driving the pump 67 and the compressor 48 as described above. Water recovery path 64
The condensed water in each of them contains methanol.

【0078】また、ステップS230においてポンプ6
7およびコンプレッサ48が駆動され始めると、引き続
き経過時間の測定を開始する。すなわち、CPU34
は、タイマをリセットして経過時間を表わす変数tに0
を代入する(ステップS240)。この後は、このtの
値を読み込んで(ステップS250)、予め記憶してお
いた所定の基準時間t0 との比較を行なう動作(ステッ
プS260)を、上記基準時間t0 が経過するまで繰り
返す。ここで、所定の基準時間t0 とは、ステップS2
10で読み込んだ駆動時間に相当する。
In step S230, the pump 6
When the compressor 7 and the compressor 48 start to be driven, the measurement of the elapsed time is started. That is, the CPU 34
Resets the timer and sets the variable t representing the elapsed time to 0.
Is substituted (step S240). Thereafter, the operation of reading the value of t (step S250) and comparing it with a predetermined reference time t0 stored in advance (step S260) is repeated until the reference time t0 elapses. Here, the predetermined reference time t0 corresponds to step S2.
10 corresponds to the read driving time.

【0079】ステップS260において経過時間tが基
準時間t0 を上回ったと判断されると、酸化排ガス路6
1内には充分量のメタノールが供給されて流路内の凝縮
水と充分に混合したものとして、ポンプ67およびコン
プレッサ48の運転を停止し(ステップS270)、本
ルーチンを終了する。
If it is determined in step S260 that the elapsed time t has exceeded the reference time t0, the oxidation exhaust gas passage 6
The operation of the pump 67 and the compressor 48 is stopped (step S270), assuming that a sufficient amount of methanol has been supplied into 1 and has been sufficiently mixed with the condensed water in the flow path (step S270), and this routine ends.

【0080】このようにして運転を停止した燃料電池装
置10の運転停止中には、酸化排ガス路61,凝縮器6
2および水回収路64において、上記所定量のメタノー
ルを含有する凝縮水が残留する。次回に燃料電池装置1
0の運転を再開すると、このメタノールを含有する凝縮
水は水・メタノールタンク14に送られてここで貯留さ
れ、再び原燃料として改質装置16に供給される。
While the operation of the fuel cell device 10 is stopped, the oxidizing exhaust gas passage 61 and the condenser 6 are stopped.
2 and the water recovery passage 64, the condensed water containing the predetermined amount of methanol remains. Next time fuel cell device 1
When the operation at 0 is restarted, the condensed water containing methanol is sent to the water / methanol tank 14 where it is stored and supplied again to the reformer 16 as raw fuel.

【0081】以上のように構成された第1実施例の燃料
電池装置10によれば、燃料電池装置10の運転の停止
時に酸化排ガスに対してメタノールを添加するため、運
転停止中には、メタノールを含有する凝縮水が酸化排ガ
ス路61,凝縮器62および水回収路64内に残留す
る。したがって、燃料電池装置10の運転停止中に外気
温が低下しても、酸化排ガス路61内,凝縮器62内お
よび水回収路64内で凝縮水が凍結してしまうことがな
い。そのため、凍結した凝縮水が、上記した酸化排ガス
および凝縮水の流路を狭めたり部分的に塞いでしまった
りするおそれがない。凝縮水が凍結するおそれがないた
め、次回に燃料電池装置10の運転を再開するときに、
凍結した凝縮水を溶解させるために酸化排ガス路61な
どの流路を加熱する必要がなく、運転再開時に長時間を
要したり、加熱のためのエネルギを無駄に消費してしま
ったりすることがない。
According to the fuel cell device 10 of the first embodiment configured as described above, methanol is added to the oxidizing exhaust gas when the operation of the fuel cell device 10 is stopped. Is left in the oxidation exhaust gas passage 61, the condenser 62 and the water recovery passage 64. Therefore, even if the outside air temperature decreases while the operation of the fuel cell device 10 is stopped, the condensed water does not freeze in the oxidation exhaust gas passage 61, the condenser 62, and the water recovery passage 64. Therefore, there is no possibility that the frozen condensed water narrows or partially blocks the flow paths of the oxidation exhaust gas and the condensed water. When the operation of the fuel cell device 10 is restarted next time,
There is no need to heat the flow path such as the oxidizing exhaust gas path 61 to dissolve the frozen condensed water, which may require a long time when the operation is restarted or wastefully consumes energy for heating. Absent.

【0082】図5は、従来知られる燃料電池装置の始動
時に要する時間(立ち上げ時間)であって、流路内で凍
結した凝縮水を加熱によって融解する場合に要する時間
と、本実施例の燃料電池装置10の始動時に要する時間
とを比較した様子を表わす説明図である。図5に示すよ
うに、従来知られる燃料電池装置では、その始動時にお
いて流路内の凝縮水を融解するために所定の時間を要す
る。凝縮水の融解は、例えば、凝縮水が残留することが
予測される流路において加熱用のヒータを配設してお
き、始動時にはこのヒータに通電して発熱させるなどの
方法によって行なうことができる。このときの立ち上げ
時間は、主に、流路内で凍結した凝縮水をヒータの発熱
により融解するための時間となる。あるいは、改質装置
に併設したバーナで生じる燃焼排ガスを利用して凍結し
た凝縮水を融解することとしてもよい。この場合には、
メタノールタンクからバーナにメタノールを供給して燃
焼反応を起こさせ、ここで生じる熱量を上記流路に伝え
ることによって凝縮水を融解する。こうした処理には、
相当の時間を要してしまう。これに対し上記第1実施例
の燃料電池装置10では、その始動時においては、ガス
流路が塞がれているおそれがないため、改質装置16に
おける動作が始まると直ちに燃料電池20に対してガス
の供給を開始することができ、凝縮水を融解するために
時間を要してしまうことがない。
FIG. 5 shows the time (start-up time) required for starting the conventionally known fuel cell device, the time required for melting the condensed water frozen in the flow path by heating, and the time required for this embodiment. FIG. 4 is an explanatory diagram showing a state in which a time required for starting the fuel cell device 10 is compared with the time required. As shown in FIG. 5, in a conventionally known fuel cell device, a predetermined time is required to melt condensed water in a flow path at the time of startup. Melting of the condensed water can be performed, for example, by disposing a heater for heating in a flow path in which the condensed water is expected to remain, and energizing the heater to generate heat at startup. . The start-up time at this time is mainly a time for melting the condensed water frozen in the flow path by the heat generated by the heater. Alternatively, frozen condensed water may be thawed by using combustion exhaust gas generated by a burner provided in the reformer. In this case,
Methanol is supplied from the methanol tank to the burner to cause a combustion reaction, and the amount of heat generated here is transmitted to the flow path to melt the condensed water. These processes include:
It takes considerable time. On the other hand, in the fuel cell device 10 according to the first embodiment, at the time of startup, there is no possibility that the gas flow path is blocked. The supply of gas can be started in this manner, and no time is required for melting the condensed water.

【0083】なお、本実施例の燃料電池装置10の酸化
排ガス路61において、メタノール添加路66の接続位
置は、できるだけ酸化排ガス路61の上流側であること
が望ましい。燃料電池装置10の運転停止時には、燃料
電池20から排出される酸化排ガスが次第に降温するた
め酸化排ガス路61内の圧力はやや陰圧となり、メタノ
ール添加路66から酸化排ガス路61内に吹き込まれた
メタノールは、酸化排ガス路61内で容易に拡散する。
しかしながら、酸化排ガス路61内において燃料電池2
0との接続部付近まで充分に凍結防止効果を実現するた
めには、メタノール添加路66の接続位置は、酸化排ガ
ス路61においてより上流側であることが望ましい。さ
らに、酸化排ガス路61において、凝縮器62が配設さ
れた下流側にわたって上記凍結防止効果を確保するため
には、メタノール添加路66を途中で分岐させて、添加
するメタノールの一部をより下流側から添加することと
してもよい。
In the oxidizing exhaust gas passage 61 of the fuel cell device 10 according to the present embodiment, it is desirable that the connection position of the methanol addition passage 66 be as upstream of the oxidizing exhaust gas passage 61 as possible. When the operation of the fuel cell device 10 is stopped, the temperature of the oxidizing exhaust gas discharged from the fuel cell 20 gradually decreases, so that the pressure in the oxidizing exhaust gas passage 61 becomes slightly negative and is blown into the oxidizing exhaust gas passage 61 from the methanol addition passage 66. Methanol easily diffuses in the oxidation exhaust gas passage 61.
However, in the oxidation exhaust gas passage 61, the fuel cell 2
In order to sufficiently achieve the freezing prevention effect up to the vicinity of the connection portion with zero, it is desirable that the connection position of the methanol addition passage 66 is further upstream in the oxidation exhaust gas passage 61. Further, in the oxidizing exhaust gas passage 61, in order to secure the above-mentioned anti-freezing effect over the downstream side where the condenser 62 is disposed, the methanol addition passage 66 is branched on the way, and a part of the methanol to be added is further downstream. It may be added from the side.

【0084】また、第1実施例の停止時処理ルーチンの
ステップS200では、酸化排ガスに対してメタノール
の添加を行なうかどうかは、運転停止時における燃料電
池装置10の外気温を基に判断することとしたが、燃料
電池装置10の運転停止中に外気温が低下して氷点下に
まで降温すると予想されるかどうかに基づいて判断する
こととしても良い。このような判断は、凍結が予想され
る期間を予め制御部30内に設定しておき(例えば、1
2月1日〜2月31日などのように)、制御部30は、
図示しないタイマから日時を読み込んで予め設定した上
記期間に対応するかどうかを判断するといった方法によ
って実行可能である。あるいは、既述した外気温センサ
から外気温に関するデータを入力して、外気温に関する
条件が所定の条件(例えば、平均気温が所定期間一定値
を下回るなど)になると凝縮水が凍結するおそれがある
と判断することとしてもよい。また、本実施例の燃料電
池装置10を、電気自動車の駆動用電源のような移動用
電源として用いる場合には、所定のスイッチを設けるこ
とによって、酸化排ガスに対するメタノールの添加を使
用者によって直接指示入力可能な構成として、寒冷地に
移動して使用する場合に備えることも好適である。
In step S200 of the stop processing routine of the first embodiment, whether or not to add methanol to the oxidized exhaust gas is determined based on the outside air temperature of the fuel cell device 10 when the operation is stopped. However, the determination may be made based on whether or not the outside air temperature is expected to decrease to a temperature below freezing while the operation of the fuel cell device 10 is stopped. In such a determination, a period in which freezing is expected is set in the control unit 30 in advance (for example, 1
As in February 1 to February 31, etc.), the control unit 30
It can be executed by a method of reading the date and time from a timer (not shown) and judging whether or not it corresponds to the above-mentioned preset period. Alternatively, condensed water may freeze when data on the outside air temperature is input from the above-described outside air temperature sensor and the condition on the outside air temperature becomes a predetermined condition (for example, the average air temperature falls below a certain value for a predetermined period). May be determined. When the fuel cell device 10 of this embodiment is used as a mobile power source such as a power source for driving an electric vehicle, a predetermined switch is provided to directly instruct the user to add methanol to the oxidized exhaust gas. It is also preferable to provide an input-capable configuration in a case where the device is used by moving to a cold region.

【0085】上記第1実施例の燃料電池装置10では、
バーナ15,CO選択酸化部19および燃料電池20に
空気を供給するために、ブロワ45,47およびコンプ
レッサ48をそれぞれ設けることとしたが、これらバー
ナ15,CO選択酸化部19および燃料電池20の内、
少なくとも2つ以上に対して同一のブロワまたはコンプ
レッサを用いて空気を供給することとしても良い。この
場合には、ブロワまたはコンプレッサから供給される空
気の流路にバルブを設け、このバルブの開放状態を制御
することとすれば、それぞれに対して必要量の空気を供
給することが可能となる。
In the fuel cell device 10 of the first embodiment,
In order to supply air to the burner 15, the CO selective oxidizing section 19 and the fuel cell 20, the blowers 45 and 47 and the compressor 48 are provided, respectively. ,
The same blower or compressor may be used to supply air to at least two or more. In this case, if a valve is provided in the flow path of the air supplied from the blower or the compressor and the open state of the valve is controlled, a required amount of air can be supplied to each of the valves. .

【0086】上記した第1実施例では、燃料電池装置1
0の運転停止時において酸化排ガス路61にメタノール
を供給する構成としたが、燃料電池装置の運転中には常
に酸化排ガス路61にメタノールを供給する構成として
も良い。このような構成を第2実施例として以下に示
す。第2実施例において行なわれる制御は、図1に示し
た第1実施例の燃料電池装置10と同様の構成を有する
燃料電池装置によって実行される。図6は、第2実施例
の燃料電池装置10において行なわれるメタノール添加
処理ルーチンである。このメタノール添加処理ルーチン
は、燃料電池装置10の運転が開始されて、燃料電池2
0の運転温度などから燃料電池装置10が定常状態に達
したと判断されると、CPU34によって所定の時間毎
に実行される。
In the first embodiment, the fuel cell device 1
Although the configuration is such that methanol is supplied to the oxidizing exhaust gas channel 61 when the operation is stopped, the configuration may be such that methanol is always supplied to the oxidizing exhaust gas channel 61 during operation of the fuel cell device. Such a configuration is described below as a second embodiment. The control performed in the second embodiment is executed by a fuel cell device having the same configuration as the fuel cell device 10 of the first embodiment shown in FIG. FIG. 6 is a methanol addition processing routine performed in the fuel cell device 10 of the second embodiment. In this methanol addition processing routine, the operation of the fuel cell device 10 is started, and the fuel cell 2
When it is determined from the operating temperature of 0 or the like that the fuel cell device 10 has reached the steady state, the process is executed by the CPU 34 every predetermined time.

【0087】メタノール添加処理ルーチンが実行される
とまず、CPU34は、燃料電池20から排出される酸
化排ガス中の生成水の量を算出する(ステップS30
0)。この酸化排ガス中の生成水の量は、燃料電池20
に接続された負荷量、すなわち燃料電池20での発電量
と、燃料電池20に供給される酸化ガスに添加される水
蒸気量とを基に、燃料電池20から排出される流量とし
て算出される。
When the methanol addition processing routine is executed, first, the CPU 34 calculates the amount of water generated in the oxidizing exhaust gas discharged from the fuel cell 20 (step S30).
0). The amount of water generated in the oxidized exhaust gas depends on the fuel cell 20
Is calculated as the flow rate discharged from the fuel cell 20 based on the load connected to the fuel cell 20, that is, the amount of power generated by the fuel cell 20 and the amount of water vapor added to the oxidizing gas supplied to the fuel cell 20.

【0088】ステップS300において酸化排ガス中の
生成水の量を算出すると、次にCPU34は、酸化排ガ
ス路61に供給するメタノール量を、算出した生成水の
量に基づいて決定する(ステップS310)。本実施例
では、この添加メタノール量は、生成水量の30%とな
るように、ステップS300で算出した生成水の流量に
対する添加メタノール流量として決定した。
After calculating the amount of generated water in the oxidizing exhaust gas in step S300, the CPU 34 determines the amount of methanol to be supplied to the oxidizing exhaust gas passage 61 based on the calculated amount of generated water (step S310). In the present example, the amount of added methanol was determined as the flow rate of added methanol with respect to the flow rate of the generated water calculated in step S300 such that the amount of added methanol was 30% of the amount of generated water.

【0089】添加メタノール流量が決定すると、次にC
PU34は、ポンプ67に対して駆動信号を出力する
(ステップS320)。この駆動信号を受けて駆動する
ポンプ67の駆動量は、酸化排ガス路61に対して、ス
テップS310で決定した添加メタノール流量に従って
メタノールを添加可能な駆動量となる。ここで、ポンプ
67に対する駆動信号の出力は、燃料電池装置10の運
転の開始時にはポンプ67の駆動を開始させることにな
るが、燃料電池装置10の運転の継続時にはポンプ67
の駆動量の変更あるいは維持を指示することとなる。ス
テップS320においてポンプ67に駆動信号を出力す
ると、本ルーチンを終了する。
When the flow rate of added methanol is determined,
The PU 34 outputs a drive signal to the pump 67 (Step S320). The drive amount of the pump 67 driven in response to the drive signal is a drive amount capable of adding methanol to the oxidation exhaust gas passage 61 in accordance with the flow rate of added methanol determined in step S310. Here, the output of the drive signal to the pump 67 causes the drive of the pump 67 to start when the operation of the fuel cell device 10 is started, but the pump 67 is output when the operation of the fuel cell device 10 is continued.
Is instructed to change or maintain the drive amount. When the drive signal is output to the pump 67 in step S320, the present routine ends.

【0090】以上のように構成された第2実施例の燃料
電池装置によれば、燃料電池装置10の運転中には常
に、酸化排ガスに対して所定量のメタノールを添加する
ため、酸化排ガス路61,凝縮器62および水回収路6
4内に存在する凝縮水は、常に所定の割合のメタノール
を含有することになる。したがって、第1実施例と同様
に、燃料電池装置10の運転停止中に外気温が低下した
場合にも、酸化排ガス路61内,凝縮器62内および水
回収路64内で凝縮水が凍結してしまうことがない。そ
のため、凍結した凝縮水が、上記した酸化排ガスおよび
凝縮水の流路を狭めたり部分的に塞いでしまったりする
おそれがない。凝縮水が凍結するおそれがないため、次
回に燃料電池装置10の運転を再開するときに、凍結し
た凝縮水を溶解させるために酸化排ガス路61などの流
路を加熱する必要がなく、運転再開時に長時間を要した
り、加熱のためのエネルギを無駄に消費してしまったり
することがない。
According to the fuel cell system of the second embodiment constructed as described above, a predetermined amount of methanol is always added to the oxidizing exhaust gas during the operation of the fuel cell device 10, so that the oxidizing exhaust gas passage 61, condenser 62 and water recovery path 6
The condensed water present in 4 will always contain a predetermined proportion of methanol. Therefore, similarly to the first embodiment, even when the outside air temperature is reduced while the operation of the fuel cell device 10 is stopped, the condensed water freezes in the oxidation exhaust gas passage 61, the condenser 62, and the water recovery passage 64. I won't. Therefore, there is no possibility that the frozen condensed water narrows or partially blocks the flow paths of the oxidation exhaust gas and the condensed water. Since the condensed water does not freeze, there is no need to heat the flow path such as the oxidizing exhaust gas path 61 to dissolve the frozen condensed water when the operation of the fuel cell device 10 is restarted next time. Sometimes, it does not take a long time or waste energy for heating.

【0091】さらに、上記第1および第2実施例の燃料
電池装置10では、凝縮水の融点を低下させるためにメ
タノールを凝縮水に添加しており、燃料ガスを生成する
ための原燃料であるメタノールをそのまま利用すること
ができるため、凝縮水の融点を低下させるために特別な
構成を備える必要がない。また、本実施例の原燃料貯留
装置12では、メタノールと共に水蒸気改質反応に供す
るための水は、メタノールと混合した状態で水・メタノ
ールタンク14内に貯留している。そのため、酸化排ガ
ス中に添加したメタノールは、凝縮器62および水回収
路64を介して回収され、生成水と共にそのまま水・メ
タノールタンク14にて貯蔵されることになる。したが
って、燃料電池装置の構成を簡単にすることができ、凍
結防止剤であるメタノールを凝縮水から分離して回収す
る必要がない。
Further, in the fuel cell devices 10 of the first and second embodiments, methanol is added to the condensed water in order to lower the melting point of the condensed water, which is the raw fuel for generating the fuel gas. Since methanol can be used as it is, there is no need to provide a special configuration for lowering the melting point of condensed water. Further, in the raw fuel storage device 12 of the present embodiment, the water to be subjected to the steam reforming reaction together with the methanol is stored in the water / methanol tank 14 in a state of being mixed with the methanol. Therefore, the methanol added to the oxidized exhaust gas is recovered through the condenser 62 and the water recovery path 64, and stored as it is in the water / methanol tank 14 together with the generated water. Therefore, the configuration of the fuel cell device can be simplified, and there is no need to separate and collect methanol, which is an antifreezing agent, from condensed water.

【0092】上記第1および第2実施例では、酸化排ガ
スに添加するメタノール量は、酸化排ガス量の約30%
としたが、異なる割合のメタノールを酸化排ガスに添加
することとしてもよい。添加するメタノールの割合を高
くするほど凝縮水の凝固点は低下するため、外気温がよ
り低温になっても凍結を防ぐことが可能となる。もとよ
り、外気温の低下が所定範囲内であると予想される場合
には、上記添加メタノールの割合は実施例に示した値よ
りも小さくしてもよい。
In the first and second embodiments, the amount of methanol added to the oxidizing exhaust gas is about 30% of the oxidizing exhaust gas amount.
However, a different ratio of methanol may be added to the oxidation exhaust gas. Since the freezing point of the condensed water decreases as the proportion of methanol added increases, freezing can be prevented even when the outside air temperature is lower. Of course, if the decrease in the outside air temperature is expected to be within a predetermined range, the ratio of the added methanol may be smaller than the value shown in the embodiment.

【0093】また、上記第1および第2実施例の燃料電
池装置は、水素リッチな燃料ガスを生成するための原燃
料としてメタノールを用い、このメタノールを酸化排ガ
ス路61に供給することによって酸化排ガス路61内で
凝縮水が凍結してしまうのを防止する構成としたが、メ
タノール以外の原燃料を上記した構成に適用することと
しても良い。使用可能な原燃料としては、改質反応によ
って水素リッチガスを生成可能であって水と容易に混合
可能であればよく、アルコール系炭化水素、例えば、エ
タノールやイソプロパノールなどを用いることができ
る。
The fuel cell devices of the first and second embodiments use methanol as a raw fuel for producing a hydrogen-rich fuel gas, and supply this methanol to the oxidizing exhaust gas passage 61 to thereby oxidize the oxidizing exhaust gas. Although the configuration is such that condensed water is prevented from freezing in the passage 61, a raw fuel other than methanol may be applied to the above configuration. As a usable raw fuel, it is sufficient that a hydrogen-rich gas can be generated by a reforming reaction and can be easily mixed with water, and an alcohol-based hydrocarbon such as ethanol or isopropanol can be used.

【0094】以上説明した第1および第2実施例では、
酸化排ガスに対してメタノールを添加することによっ
て、酸化排ガス路61,凝縮器62および水回収路64
中の凝縮水の凝固点を降下させて、上記流路に残留する
凝縮水の凍結を防止したが、燃料電池の運転停止時に上
記流路から凝縮水を排出する排出手段を設けることによ
って凝縮水の凍結を防ぐこともできる。このような構成
を第3実施例として以下に説明する。第3実施例の燃料
電池装置10Aは、第1および第2実施例の燃料電池装
置10とほぼ同様の構成を備えているため、共通する構
成については同一の部材番号を付して詳しい説明は省略
する。
In the first and second embodiments described above,
By adding methanol to the oxidizing exhaust gas, the oxidizing exhaust gas passage 61, the condenser 62, and the water recovery passage 64 are formed.
Although the freezing point of the condensed water inside was lowered to prevent freezing of the condensed water remaining in the flow passage, the condensed water was discharged by discharging the condensed water from the flow passage when the operation of the fuel cell was stopped. Freezing can also be prevented. Such a configuration will be described below as a third embodiment. Since the fuel cell device 10A of the third embodiment has substantially the same configuration as the fuel cell devices 10 of the first and second embodiments, common components are denoted by the same reference numerals and detailed description thereof will be omitted. Omitted.

【0095】第3実施例の燃料電池装置10Aは、流路
から凝縮水を排出するための構成として、酸化排ガス路
61,凝縮器62および水回収路64において、ドレイ
ン70を備えている。ドレイン70は、上記酸化排ガス
路61,凝縮器62および水回収路64の所定の位置に
設けられており、燃料電池装置10Aの運転停止時に、
これらの流路で生じた凝縮水の貯留と排出とを行なう装
置である。このように、ドレイン70は上記した各流路
に設けられているが、以下に、酸化排ガス路61に設け
たドレイン70について説明する。
The fuel cell device 10A according to the third embodiment has a drain 70 in the oxidized exhaust gas passage 61, the condenser 62 and the water recovery passage 64 as a structure for discharging condensed water from the flow passage. The drain 70 is provided at a predetermined position in the oxidizing exhaust gas passage 61, the condenser 62, and the water recovery passage 64, and when the operation of the fuel cell device 10A is stopped,
This is a device for storing and discharging condensed water generated in these flow paths. As described above, the drain 70 is provided in each of the above-described flow paths. Hereinafter, the drain 70 provided in the oxidation exhaust gas path 61 will be described.

【0096】図7に、第3実施例の燃料電池装置10A
が備える酸化排ガス路61におけるドレイン70の構成
の概略を示す。酸化排ガス路61には、流路の形状に応
じて、流路が折れ曲がり低い位置となる場所にドレイン
70が設けられている。ドレイン70は、貯水部72,
排出口74およびバルブ76を備えている。貯水部72
は、上記各流路の所定の位置における管路の底部が窪ん
だ構造として形成されており、上記貯水部72の形状に
応じた量の凝縮水を貯留可能となっている。排出口74
は、貯水部72の底部に設けられた開口部であり、バル
ブ76を備えている。バルブ76は電磁弁として構成さ
れ、制御部30に接続しており、制御部30からの駆動
信号を受けて排出口74を開閉する。本実施例の燃料電
池装置10Aは、燃料電池装置10Aの停止時に流路内
の温度が低下した際に、生じた凝縮水をドレイン70に
おける貯水部72に貯留し、その後バルブ76を開放す
ることによってドレイン70から凝縮水を除去する。以
下に、燃料電池装置10Aの運転停止時におけるこのよ
うな動作について説明する。
FIG. 7 shows a fuel cell device 10A according to the third embodiment.
The outline of the configuration of the drain 70 in the oxidation exhaust gas path 61 provided in the apparatus is shown. The drain 70 is provided in the oxidizing exhaust gas passage 61 at a position where the flow passage is bent and lower in accordance with the shape of the flow passage. The drain 70 includes a water reservoir 72,
An outlet 74 and a valve 76 are provided. Water storage 72
Is formed as a structure in which the bottom of the pipe at a predetermined position of each of the flow paths is depressed, so that an amount of condensed water according to the shape of the water storage section 72 can be stored. Outlet 74
Is an opening provided at the bottom of the water storage 72, and is provided with a valve 76. The valve 76 is configured as an electromagnetic valve, is connected to the control unit 30, and opens and closes the discharge port 74 in response to a drive signal from the control unit 30. The fuel cell device 10A of the present embodiment stores the condensed water generated in the water storage portion 72 in the drain 70 when the temperature in the flow path decreases when the fuel cell device 10A is stopped, and then opens the valve 76. To remove condensed water from the drain 70. Hereinafter, such an operation when the operation of the fuel cell device 10A is stopped will be described.

【0097】図8は、第3実施例の燃料電池装置10A
の運転の停止時に実行される停止時処理ルーチンを表わ
すフローチャートである。所定の操作スイッチに対する
操作者による指示入力などの方法によって燃料電池装置
10Aの運転の停止が指示されると、制御部30におい
てこの停止時処理ルーチンが実行される。
FIG. 8 shows a fuel cell device 10A according to the third embodiment.
9 is a flowchart illustrating a stop-time processing routine executed when the operation of FIG. When a stop of the operation of the fuel cell device 10A is instructed by a method such as an operator's input of an input to a predetermined operation switch, the control unit 30 executes the stop processing routine.

【0098】本ルーチンが実行されると、CPU34
は、まず、原燃料供給路50に配設されたポンプ68に
信号を出力してポンプ68の運転を停止させ、水・メタ
ノールタンク14から改質装置16への原燃料の供給を
ストップさせる(ステップS400)。改質装置16へ
の原燃料の供給が停止されると、既述したように改質装
置16を構成する各部での処理量が低下し始める。次
に、CPU34は、制御部30の内部に備える所定のタ
イマをリセットする(ステップS410)。すなわち、
時間を表わす変数tに0を代入することによって、燃料
電池装置10の運転の停止が指示されてからの時間の測
定を開始する。
When this routine is executed, the CPU 34
First, the operation of the pump 68 is stopped by outputting a signal to the pump 68 provided in the raw fuel supply path 50, and the supply of the raw fuel from the water / methanol tank 14 to the reformer 16 is stopped ( Step S400). When the supply of the raw fuel to the reforming device 16 is stopped, the throughput of each part configuring the reforming device 16 starts to decrease as described above. Next, the CPU 34 resets a predetermined timer provided inside the control unit 30 (step S410). That is,
By substituting 0 into a variable t representing time, measurement of time after the stop of operation of the fuel cell device 10 is instructed is started.

【0099】次に、CPU34は、燃料電池装置10A
の運転の停止が指示されてからの経過時間tを上記タイ
マから読み込み(ステップS420)、予め設定してお
いた所定の値t1 と比較する(ステップS430)。こ
こで、t1 の値は、燃料電池装置10Aの運転の停止が
指示された後に酸化排ガスの流路内の温度が充分に降温
し、酸化排ガス中の生成水が凝縮してドレイン70内に
貯留された状態となるのに要する時間として設定されて
いる。本実施例では、このT1 の値を30分に設定し
た。
Next, the CPU 34 controls the fuel cell device 10A.
The elapsed time t from when the stop of the operation is instructed is read from the timer (step S420) and compared with a predetermined value t1 set in advance (step S430). Here, the value of t1 is determined as follows: after the operation of the fuel cell device 10A is instructed to stop, the temperature in the flow path of the oxidized exhaust gas is sufficiently lowered, and the water generated in the oxidized exhaust gas is condensed and stored in the drain 70. It is set as the time required for the state to be performed. In this embodiment, the value of T1 is set to 30 minutes.

【0100】ステップS430において経過時間tが上
記t1 を越えたと判断された場合には、CPU34はバ
ルブ76に駆動信号を出力してバルブ76を所定時間開
放させる(ステップS440)。これによって、ドレイ
ン70の貯水部72に貯留された凝縮水は燃料電池装置
10A外に排出される。ステップS440においてバル
ブ76を開放して凝縮水を排出すると本ルーチンを終了
する。
If it is determined in step S430 that the elapsed time t has exceeded the time t1, the CPU 34 outputs a drive signal to the valve 76 to open the valve 76 for a predetermined time (step S440). As a result, the condensed water stored in the water storage section 72 of the drain 70 is discharged out of the fuel cell device 10A. In step S440, when the valve 76 is opened to discharge the condensed water, this routine ends.

【0101】以上のように構成された第3実施例の燃料
電池装置10Aによれば、燃料電池装置10Aの停止時
に温度の低下と共に配管内に生じた凝縮水はドレイン7
0における貯水部72内に貯留される。ここで、燃料電
池装置10Aが運転を停止した後に所定の時間が経過し
た後には、バルブ76を開放することによってドレイン
70内から凝縮水が排出されるため、燃料電池装置10
Aの運転停止後に、酸化排ガスの流路内に凝縮水が残留
してしまうことがない。したがって、燃料電池装置10
Aの運転停止後に外気温が低下した場合にも、流路内で
凝縮水が凍結することに起因する既述した不都合が生じ
てしまうことがない。また、流路内で凝縮水が凍結する
おそれがないため、次回に燃料電池装置10Aの運転を
再開するときに、凍結した凝縮水を溶解させるために酸
化排ガス路61を加熱する必要がなく、運転再開時に長
時間を要したり、加熱のためのエネルギを無駄に消費し
てしまったりすることがない。
According to the fuel cell device 10A of the third embodiment configured as described above, when the fuel cell device 10A is stopped, the condensed water generated in the pipe together with the temperature drop is discharged to the drain 7
0 is stored in the water storage section 72. Here, after a predetermined time has elapsed after the operation of the fuel cell device 10A has stopped, the condensed water is discharged from the drain 70 by opening the valve 76.
After the operation of A is stopped, condensed water does not remain in the flow path of the oxidation exhaust gas. Therefore, the fuel cell device 10
Even when the outside air temperature decreases after the operation of A is stopped, the above-described inconvenience caused by the freezing of the condensed water in the flow path does not occur. Further, since there is no possibility that the condensed water is frozen in the flow path, when the operation of the fuel cell device 10A is restarted next time, it is not necessary to heat the oxidized exhaust gas path 61 to dissolve the frozen condensed water, There is no need to take a long time when restarting the operation, nor waste energy for heating.

【0102】また、本実施例の燃料電池装置10Aにお
ける酸化排ガス路61では、流路の形状に応じて、流路
が折れ曲がり低い位置となる場所にドレイン70を設け
ることとしたため、酸化排ガス路61内で生じた凝縮水
は、流路の形状に従って容易に貯水部72内に導かれ
る。ここで、酸化排ガス路61内に設けるドレイン70
の数は、酸化排ガス路61の形状や流路長に応じて決定
すればよく、酸化排ガス路61の長さが充分に短い場合
には、ドレイン70を1カ所だけ設けることとしても良
い。また、上記したように酸化排ガス路61の形状によ
るだけではドレイン70内に凝縮水を導きにくい場合に
は、燃料電池20での発電が停止した後にもコンプレッ
サ48の駆動を継続し、バルブ76を開放するまでの
間、酸化排ガス路61内に酸化ガスを供給して凝縮水を
貯水部72内に導くこととしても良い。
In the oxidizing exhaust gas channel 61 of the fuel cell device 10A of this embodiment, the drain 70 is provided at a position where the flow channel is bent and low depending on the shape of the flow channel. The condensed water generated inside is easily guided into the water storage 72 according to the shape of the flow path. Here, the drain 70 provided in the oxidation exhaust gas passage 61
May be determined according to the shape of the oxidizing exhaust gas passage 61 and the length of the flow passage. If the length of the oxidizing exhaust gas passage 61 is sufficiently short, only one drain 70 may be provided. Further, as described above, when it is difficult to guide the condensed water into the drain 70 only by the shape of the oxidation exhaust gas passage 61, the driving of the compressor 48 is continued even after the power generation in the fuel cell 20 is stopped, and the valve 76 is turned off. Until the opening, the oxidizing gas may be supplied into the oxidizing exhaust gas passage 61 to guide the condensed water into the water storage 72.

【0103】上記した実施例では酸化排ガス路61に設
けたドレイン70について説明したが、本実施例の燃料
電池装置10Aでは、凝縮器62内の流路および水回収
路64においても同様に所定の位置にドレイン70が設
けられている。すなわち、凝縮器62および水回収路6
4においても、酸化排ガス路61と同様に、流路が折れ
曲がり低い位置となる場所にドレイン70が設けられて
おり、燃料電池装置10Aの運転停止時には流路内から
凝縮水を排出して凝縮水が凍結することによる不都合を
防止する構成となっている。
In the above-described embodiment, the drain 70 provided in the oxidizing exhaust gas passage 61 has been described. However, in the fuel cell device 10A of the present embodiment, the predetermined flow passage in the condenser 62 and the water recovery passage 64 are similarly provided. A drain 70 is provided at the position. That is, the condenser 62 and the water recovery path 6
4, the drain 70 is provided at a position where the flow path is bent and low as in the case of the oxidation exhaust gas path 61. When the operation of the fuel cell device 10A is stopped, the condensed water is discharged from the flow path and the condensed water is discharged. Is configured to prevent inconvenience caused by freezing.

【0104】あるいは、上記第3実施例の構成におい
て、水回収路64には上記ドレイン70を設けず、水回
収路64内での凝縮水の凍結については放置する構成と
することもできる。酸化排ガス路61および凝縮器62
は、燃料電池20から排出される酸化排ガスが通過する
流路であるため、凍結した凝縮水によってこれらの流路
が塞がれていると燃料電池20に対する酸化ガスの供給
が支障をきたしてしまう。したがって、燃料電池装置1
0の始動時においては、これらのガス流路が閉塞されて
いない状態とすることが必須である。これに対し、水回
収路64は、酸化排ガスが通過する流路ではないため、
凍結した凝縮水によって流路を塞がれてしまった場合に
も、燃料電池装置10の運転を開始した後に、水回収路
64内で凍結した凝縮水を融かす構成とすることが可能
である。
Alternatively, in the configuration of the third embodiment, the drain 70 may not be provided in the water recovery path 64, and freezing of condensed water in the water recovery path 64 may be allowed. Oxidation exhaust gas path 61 and condenser 62
Are flow paths through which the oxidized exhaust gas discharged from the fuel cell 20 passes, and if these flow paths are blocked by frozen condensed water, supply of the oxidizing gas to the fuel cell 20 will be hindered. . Therefore, the fuel cell device 1
At the time of starting at 0, it is essential that these gas flow paths are not closed. On the other hand, since the water recovery path 64 is not a flow path through which the oxidizing exhaust gas passes,
Even when the flow path is blocked by the frozen condensed water, the configuration may be such that the condensed water frozen in the water recovery path 64 is melted after the operation of the fuel cell device 10 is started. .

【0105】上記第3実施例では、凝縮水をドレイン7
0に貯留した後にドレイン70の排出口74から排出す
ることによって流路内から凝縮水を除去する構成とした
が、燃料電池装置の運転停止時に酸化排ガス路61内に
高温ガスを導入し、酸化排ガス路61内を乾燥させるこ
とによって流路内から凝縮水を除去する構成としても良
い。すなわち、導入した高温ガスによって流路内の凝縮
水を気化させ、高温ガスとともに燃料電池装置外に排出
して、流路内で凝縮水が凍結してしまうのを防止するこ
ととしても良い。以下に第4実施例として、上記高温ガ
スとして改質装置に併設された加熱装置から排出される
排ガスを利用する構成を示す。
In the third embodiment, the condensed water is discharged from the drain 7
Although the condensed water is removed from the inside of the flow channel by discharging from the discharge port 74 of the drain 70 after being stored at 0, a high-temperature gas is introduced into the oxidation exhaust gas passage 61 when the operation of the fuel cell device is stopped, and A configuration may be adopted in which condensed water is removed from the inside of the flow path by drying the inside of the exhaust gas path 61. In other words, the condensed water in the flow path may be vaporized by the introduced high-temperature gas and discharged out of the fuel cell device together with the high-temperature gas to prevent the condensed water from freezing in the flow path. Hereinafter, as a fourth embodiment, a configuration will be described in which exhaust gas discharged from a heating device provided in a reformer is used as the high-temperature gas.

【0106】図9は、第4実施例の燃料電池装置10B
の構成を表わす説明図である。燃料電池装置10Bは、
第1実施例の燃料電池装置10とほぼ同様の構成を備え
ているため、共通する構成には同じ番号を付して詳しい
説明は省略し、第1実施例の燃料電池装置10と異なる
構成についてのみ以下に説明する。
FIG. 9 shows a fuel cell device 10B according to the fourth embodiment.
FIG. 3 is an explanatory diagram showing the configuration of FIG. The fuel cell device 10B includes:
Since the fuel cell apparatus 10 has almost the same configuration as the fuel cell apparatus 10 of the first embodiment, the same reference numerals are given to the common elements, and detailed description is omitted. Only the following will be described.

【0107】第4実施例の燃料電池装置10Bは、第1
実施例の燃料電池装置10が備えるメタノール添加路6
6を備えず、代わりに、蒸発部17から排出される燃焼
排ガスを酸化排ガス路61内に導入する燃焼ガス導入路
69を備えている。燃焼ガス導入路69は、燃焼ガス分
岐路58から分岐して酸化排ガス路61の上流部に接続
している。燃焼ガス導入路69にはバルブ69Bが設け
られており、このバルブ69Bが開状態となると、酸化
排ガス路61に対して燃焼排ガスが供給可能となる。こ
こでバルブ69Bは制御部30に接続されており、制御
部30から出力される駆動信号によって開閉される。
The fuel cell device 10B according to the fourth embodiment has the first
The methanol addition path 6 provided in the fuel cell device 10 of the embodiment
6 is provided, instead, a combustion gas introduction passage 69 for introducing the combustion exhaust gas discharged from the evaporating section 17 into the oxidation exhaust gas passage 61 is provided. The combustion gas introduction passage 69 branches from the combustion gas branch passage 58 and is connected to an upstream portion of the oxidation exhaust gas passage 61. The combustion gas introduction passage 69 is provided with a valve 69B. When the valve 69B is opened, combustion exhaust gas can be supplied to the oxidation exhaust gas passage 61. Here, the valve 69B is connected to the control unit 30, and is opened and closed by a drive signal output from the control unit 30.

【0108】図10は、第4実施例の燃料電池装置10
Bで運転の停止時に実行される停止時処理ルーチンを表
わすフローチャートである。所定の操作スイッチに対す
る操作者による指示入力などの方法によって燃料電池装
置10Bの運転の停止が指示されると、制御部30にお
いてこの停止時処理ルーチンが実行される。
FIG. 10 shows a fuel cell device 10 according to the fourth embodiment.
6 is a flowchart illustrating a stop processing routine executed when the operation is stopped in B. When the stop of the operation of the fuel cell device 10B is instructed by a method such as an instruction input by an operator to a predetermined operation switch, the control unit 30 executes the stop time processing routine.

【0109】本ルーチンが実行されると、CPU34
は、まず、原燃料供給路50に配設されたポンプ68に
信号を出力してポンプ68の運転を停止させ、水・メタ
ノールタンク14から改質装置16への原燃料の供給を
ストップさせる(ステップS500)。改質装置16へ
の原燃料の供給が停止されると、既述したように改質装
置16を構成する各部での処理量が低下し始める。次
に、バルブ55Aおよびバルブ69Bに対して駆動信号
を出力し、バルブ55Aを閉状態に、バルブ69Bを開
状態にして、バーナ15から排出される燃焼排ガスの流
路を変更する(ステップS510)。ステップS510
の実行によって、バーナ15から排出される高温の燃焼
排ガスが蒸発部17を経由して酸化排ガス路61内に導
入されるようになる。
When this routine is executed, the CPU 34
First, the operation of the pump 68 is stopped by outputting a signal to the pump 68 provided in the raw fuel supply path 50, and the supply of the raw fuel from the water / methanol tank 14 to the reformer 16 is stopped ( Step S500). When the supply of the raw fuel to the reforming device 16 is stopped, the throughput of each part configuring the reforming device 16 starts to decrease as described above. Next, a drive signal is output to the valve 55A and the valve 69B, the valve 55A is closed, the valve 69B is opened, and the flow path of the combustion exhaust gas discharged from the burner 15 is changed (Step S510). . Step S510
, The high-temperature combustion exhaust gas discharged from the burner 15 is introduced into the oxidizing exhaust gas passage 61 via the evaporator 17.

【0110】次にCPU34は、制御部30の内部に備
える所定のタイマをリセットする(ステップS52
0)。すなわち、時間を表わす変数tに0を代入するこ
とによって、燃料電池装置10の運転の停止が指示され
てからの時間の測定を開始する。さらに、バルブ44に
対して駆動信号を出力してこのバルブ44を開状態とす
る(ステップS530)。バルブ44を開状態とするこ
とによって、メタノールタンク13からバーナ15に対
してメタノールの供給が開始される。既述したステップ
S500において改質装置16への原燃料の供給が停止
されると、燃料電池20に供給される燃料ガス量も減少
し始め、それに伴って燃料電池20での発電量が低下す
ると共に燃料電池20からバーナ15に供給される燃焼
排ガスも減少し始める。ステップS530においてバル
ブ44を開状態として、バーナ15に対してメタノール
の供給を開始することによって、バーナ15における燃
焼のための燃料が確保され、バーナ15からは充分量の
高温の燃焼排ガスが排出され続ける。
Next, the CPU 34 resets a predetermined timer provided inside the control section 30 (step S52).
0). That is, by substituting 0 into a variable t representing time, measurement of time after the stop of operation of the fuel cell device 10 is instructed is started. Further, a drive signal is output to the valve 44 to open the valve 44 (step S530). By opening the valve 44, the supply of methanol from the methanol tank 13 to the burner 15 is started. When the supply of the raw fuel to the reformer 16 is stopped in step S500 described above, the amount of fuel gas supplied to the fuel cell 20 also starts to decrease, and accordingly, the amount of power generated by the fuel cell 20 decreases. At the same time, the combustion exhaust gas supplied from the fuel cell 20 to the burner 15 also starts to decrease. In step S530, the valve 44 is opened and the supply of methanol to the burner 15 is started to secure fuel for combustion in the burner 15, and a sufficient amount of high-temperature combustion exhaust gas is discharged from the burner 15. to continue.

【0111】このように高温の燃焼排ガスが導入される
ことによって、酸化排ガス路61では、管路内に生成し
ていた凝縮水が昇温して気化する。気化した凝縮水は、
燃焼排ガスによって凝縮器62に導かれ、この凝縮器6
2から燃焼排ガスと共に燃料電池装置10B外に排出さ
れる。このとき、凝縮器62内に残留していた凝縮水も
また、燃焼排ガスによって気化されて燃料電池装置10
B外に排出される。
By introducing the high-temperature combustion exhaust gas in this way, the condensed water generated in the pipe in the oxidation exhaust gas passage 61 is heated and vaporized. The vaporized condensed water is
The combustion exhaust gas guides the condenser 62 to the condenser 62.
2 is discharged to the outside of the fuel cell device 10B together with the combustion exhaust gas. At this time, the condensed water remaining in the condenser 62 is also vaporized by the combustion exhaust gas and the fuel cell device 10
It is discharged outside B.

【0112】なお、燃焼ガス導入路69が酸化排ガス路
61に接続する位置は、より上流側(燃料電池20との
接続部側)に設けることが望ましい。これによって、酸
化排ガス路61全体の乾燥状態をより充分なものとする
ことができる。
It is desirable that the position where the combustion gas introduction passage 69 is connected to the oxidizing exhaust gas passage 61 is located on the more upstream side (on the side of the connection with the fuel cell 20). Thereby, the dry state of the whole oxidation exhaust gas passage 61 can be made more satisfactory.

【0113】次にCPU34は、燃料電池装置10Bの
運転の停止が指示されてからの経過時間tを上記タイマ
から読み込み(ステップS540)、予め設定しておい
た所定の値t2 と比較する(ステップS550)。ここ
で、t2 の値は、燃焼排ガスを酸化排ガス路61内に導
入し始めてから、酸化排ガス路61および凝縮器62内
の凝縮水が気化されてこれらの流路内が充分に乾燥され
るのに要する時間として設定されている。この値は、流
路の形状や長さなどによって適宜設定することとすれば
よい。
Next, the CPU 34 reads the elapsed time t from the stop of the operation of the fuel cell device 10B from the timer (step S540) and compares it with a predetermined value t2 (step S540). S550). Here, the value of t2 is such that after the introduction of the combustion exhaust gas into the oxidizing exhaust gas passage 61, the condensed water in the oxidizing exhaust gas passage 61 and the condenser 62 is vaporized and these passages are sufficiently dried. Is set as the time required. This value may be appropriately set depending on the shape and length of the flow channel.

【0114】ステップS550において経過時間tが上
記t2 を越えたと判断された場合には、CPU34はバ
ルブ44に駆動信号を出力してバルブ44を閉状態とす
る(ステップS560)。これによって、バーナ15に
対するメタノールの供給が停止され、バーナ15での燃
焼反応が終了する。ステップS560の実行後、CPU
34は本ルーチンを終了する。
If it is determined in step S550 that the elapsed time t has exceeded the time t2, the CPU 34 outputs a drive signal to the valve 44 to close the valve 44 (step S560). Thus, the supply of methanol to the burner 15 is stopped, and the combustion reaction in the burner 15 ends. After execution of step S560, the CPU
34 ends this routine.

【0115】以上のように構成された第4実施例の燃料
電池装置10Bによれば、燃料電池装置10Bの停止時
には、酸化排ガス路61および凝縮器62内に生成した
凝縮水は、高温の燃焼排ガスによって気化された後に燃
料電池装置10B外に排出される。したがって、燃料電
池装置10Bの運転停止後に外気温が低下した場合に
も、流路内で凝縮水が凍結することに起因する既述した
不都合が生じてしまうことがない。また、流路内で凝縮
水が凍結するおそれがないため、次回に燃料電池装置1
0Bの運転を再開するときに、凍結した凝縮水を溶解さ
せるために酸化排ガス路61などの流路を加熱する必要
がなく、運転再開時に長時間を要したり、加熱のための
エネルギを無駄に消費してしまったりすることがない。
According to the fuel cell device 10B of the fourth embodiment configured as described above, when the fuel cell device 10B is stopped, the condensed water generated in the oxidizing exhaust gas passage 61 and the condenser 62 is subjected to high-temperature combustion. After being vaporized by the exhaust gas, it is discharged outside the fuel cell device 10B. Therefore, even when the outside air temperature decreases after the operation of the fuel cell device 10B is stopped, the above-described inconvenience caused by the freezing of the condensed water in the flow path does not occur. Further, since there is no possibility that the condensed water freezes in the flow path, the fuel cell device 1
When the operation of OB is restarted, it is not necessary to heat the flow path such as the oxidizing exhaust gas path 61 to dissolve the frozen condensed water, and it takes a long time to restart the operation or wastes energy for heating. No consumption.

【0116】上記した第4実施例の燃料電池装置10B
では、酸化排ガス路61内を乾燥させるためにバーナ1
5から排出される燃焼排ガスを利用したが、酸化排ガス
路61内を充分に昇温可能な高温ガスであれば、バーナ
15から排出される燃焼排ガス以外のガスを用いること
としても良い。燃料電池装置10Bを備える装置に備え
られた高温部から排出されるガスであって、凝縮水を充
分に気化させることができる熱量を有するガスであれ
ば、上記した実施例と同様の効果を得ることができる。
The fuel cell device 10B of the fourth embodiment described above.
Then, in order to dry the inside of the oxidation exhaust gas passage 61, the burner 1
Although the combustion exhaust gas discharged from the burner 15 is used, a gas other than the combustion exhaust gas discharged from the burner 15 may be used as long as it is a high-temperature gas capable of sufficiently raising the temperature in the oxidation exhaust gas passage 61. As long as the gas is discharged from the high-temperature portion provided in the device including the fuel cell device 10B and has a calorific value enough to vaporize condensed water, the same effects as those of the above-described embodiment can be obtained. be able to.

【0117】上記した第4実施例では、バーナ15から
排出される燃焼排ガスを酸化排ガス路61に導入するこ
ととしたため、酸化排ガス路61および凝縮器62内の
生成水を除去することが可能となったが、上記燃焼排ガ
スを水回収路64内に導入することによって、水回収路
64内の生成水を除去することも可能となる。このよう
な構成を備えた燃料電池装置10Cを図11に示す。
In the fourth embodiment, since the combustion exhaust gas discharged from the burner 15 is introduced into the oxidizing exhaust gas passage 61, it is possible to remove the water generated in the oxidizing exhaust gas passage 61 and the condenser 62. However, by introducing the combustion exhaust gas into the water recovery passage 64, it is also possible to remove generated water in the water recovery passage 64. FIG. 11 shows a fuel cell device 10C having such a configuration.

【0118】図11に示した燃料電池装置10Cは、燃
料電池装置10Bの構成に加えて、燃焼ガス導入路69
から分岐する燃焼ガス分岐路80を備えている。この燃
焼ガス分岐路80は水回収路64に接続しており、燃焼
ガス分岐路80によって、バーナ15から供給される燃
焼排ガスを水回収路64内に導入可能となっている。こ
のような構成の燃料電池装置10Cの運転停止時におい
て、図10に示した停止時処理ルーチンと同様のルーチ
ンが実行されると、ステップS510に対応する処理に
よってバルブ55Aが閉状態となりバルブ69Bが開状
態となって、バーナ15から放出される燃焼排ガスは酸
化排ガス路61と共に水回収路64内に導入される。こ
のように流路内に燃焼排ガスが導入されることによっ
て、酸化排ガス路61,凝縮器62および水回収路64
内の凝縮水はその大部分が気化して燃料電池装置10C
外に放出され、上記した流路内を充分に乾燥させること
ができる。
The fuel cell device 10C shown in FIG. 11 has a combustion gas introduction passage 69 in addition to the structure of the fuel cell device 10B.
And a combustion gas branch 80 branching from the fuel gas. The combustion gas branch 80 is connected to the water recovery passage 64, and the combustion exhaust gas supplied from the burner 15 can be introduced into the water recovery passage 64 by the combustion gas branch 80. When the operation of the fuel cell device 10C having such a configuration is stopped, if a routine similar to the stop processing routine shown in FIG. 10 is executed, the valve 55A is closed by the processing corresponding to step S510, and the valve 69B is opened. When opened, the combustion exhaust gas discharged from the burner 15 is introduced into the water recovery passage 64 together with the oxidized exhaust gas passage 61. By introducing the combustion exhaust gas into the flow path in this way, the oxidation exhaust gas path 61, the condenser 62, and the water recovery path 64
Most of the condensed water inside is vaporized and the fuel cell device 10C
It is released to the outside and the inside of the above-mentioned flow path can be sufficiently dried.

【0119】なお、既述した第3および第4実施例の停
止時処理ルーチン(図8および図10参照)では記載を
省略したが、これらの停止時処理ルーチンを実行する際
には、図4に示した第1実施例の燃料電池装置10にお
ける停止時処理ルーチンと同様に、まず最初に、流路の
凍結を防止する動作を行なうかどうかの判断をすること
が望ましい。すなわち、図4のステップS200と同様
に、燃料電池装置の停止時における外気温、外気温に関
するデータ(平均気温など)、予め記憶しておいた凍結
のおそれのある期間に関する情報、あるいは使用者によ
る直接の指示入力の有無などを判断して、ドレインから
の水抜きや流路への燃焼排ガスの導入を行なうかどうか
を判断する。このような構成とすれば、凍結のおそれの
ない時期には、既述した凍結防止のための動作に要する
エネルギの消費を抑えることができる。
Although not described in the stop-time processing routines (see FIGS. 8 and 10) of the third and fourth embodiments described above, when executing these stop-time processing routines, FIG. It is desirable to first determine whether or not to perform an operation for preventing freezing of the flow path, similarly to the stop processing routine in the fuel cell device 10 of the first embodiment shown in FIG. That is, similarly to step S200 in FIG. 4, the outside air temperature when the fuel cell device is stopped, data on the outside air temperature (e.g., average air temperature), information on a previously stored freezing period, By judging the presence or absence of a direct instruction input, it is judged whether or not to drain water from the drain or introduce combustion exhaust gas into the flow path. With such a configuration, at a time when there is no possibility of freezing, consumption of energy required for the above-described operation for preventing freezing can be suppressed.

【0120】既述した第1および第2実施例では酸化排
ガスの流路内に残留する凝縮水の凝固点を下げることに
よって凝縮水の凍結を防止し、第3および第4実施例で
は酸化排ガスの流路内から凝縮水を除去することによっ
て凍結を防止した。このような構成とすることで、凝縮
した生成水が流路内で凍結して流路を塞いでしまうとい
う不都合が生じるのを防止している。以下に、第5実施
例として、流路を形成する管路の内面に凝縮水を補足す
る水補足手段を設けることによって、流路内で凝縮水が
凍結した場合にもガス流路を確保可能にする構成を示
す。
In the first and second embodiments described above, the freezing point of the condensed water remaining in the flow path of the oxidized exhaust gas is reduced to prevent freezing of the condensed water, and in the third and fourth embodiments, the oxidized exhaust gas is prevented from freezing. Freezing was prevented by removing condensed water from the inside of the flow path. With such a configuration, it is possible to prevent the inconvenience that the condensed generated water freezes in the flow channel and blocks the flow channel. In the following, as a fifth embodiment, a gas flow path can be secured even when condensed water is frozen in the flow path by providing a water capturing means for capturing the condensed water on the inner surface of the conduit forming the flow path. The following shows the configuration.

【0121】第5実施例の燃料電池装置10Dは、第1
実施例の燃料電池装置10とほぼ同様の構成を有してい
るため、共通する構成には同じ番号を付し、詳しい説明
は省略する。燃料電池装置10Dは、燃料電池装置10
と異なり、メタノールタンク13から酸化排ガス路61
にメタノールを供給するメタノール添加路66は有しな
い。また、燃料電池装置10Dにおける酸化排ガス路6
1,凝縮器62および水回収路64は、その内壁面に、
水補足手段としてのメッシュ構造を備えている。
The fuel cell device 10D according to the fifth embodiment includes the first
Since the fuel cell device 10 has substantially the same configuration as the fuel cell device 10 of the embodiment, the same components are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted. The fuel cell device 10D includes the fuel cell device 10
Unlike the methanol tank 13, the oxidation exhaust gas passage 61
There is no methanol addition path 66 for supplying methanol to the filter. The oxidizing exhaust gas path 6 in the fuel cell device 10D
1, the condenser 62 and the water recovery path 64
It has a mesh structure as water supplement means.

【0122】図12は、酸化排ガス路61の構成を模式
的に表わす断面図である。図12に示すように、酸化排
ガス路61は、その内壁面にわたってメッシュ部82を
備えている。このメッシュ部82は、酸化排ガス路61
内に生じる凝縮水を酸化排ガス路61の管壁表面部で保
持するためのメッシュ構造である。本実施例ではこのメ
ッシュ部82は、メッシュの粗さが0.5mm程度とな
るように形成した発泡ニッケルによって構成した。この
ようなメッシュ部82を備える酸化排ガス路61では、
内部に凝縮水が生じると、生じた凝縮水は、毛細管現象
によってメッシュ部82内を伝わって広がるようにな
る。図12では酸化排ガス路61の構成を示したが、凝
縮器62および水回収路64を構成する流路において
も、その内壁面に、酸化排ガス路61と同様のメッシュ
部82を形成している。
FIG. 12 is a sectional view schematically showing the structure of the oxidizing exhaust gas passage 61. As shown in FIG. As shown in FIG. 12, the oxidizing exhaust gas channel 61 includes a mesh portion 82 over the inner wall surface. The mesh portion 82 is provided in the oxidation exhaust gas passage 61.
This is a mesh structure for retaining condensed water generated inside the pipe wall surface of the oxidation exhaust gas passage 61. In this embodiment, the mesh portion 82 is made of foamed nickel formed so that the roughness of the mesh is about 0.5 mm. In the oxidizing exhaust gas path 61 having such a mesh portion 82,
When the condensed water is generated inside, the generated condensed water spreads along the inside of the mesh portion 82 by capillary action. Although the configuration of the oxidizing exhaust gas passage 61 is shown in FIG. 12, the mesh portion 82 similar to the oxidizing exhaust gas passage 61 is formed on the inner wall surface of the flow channel configuring the condenser 62 and the water recovery channel 64. .

【0123】以上のように構成された第5実施例の燃料
電池装置10Dによれば、燃料電池装置10Dの運転停
止後に外気温が低下して流路内に残留する凝縮水が凍結
する場合にも、凝縮水はメッシュ部82内に保持された
状態で凍結するだけであり、凍結した凝縮水が酸化排ガ
ス路61,凝縮器62および水回収路64を形成する管
路を塞いでしまうことはない。したがって、次回に燃料
電池装置10Dの運転を再開するときに、凍結した凝縮
水を溶解させるために酸化排ガス路61などの流路を加
熱する必要がなく、運転再開時に長時間を要したり、加
熱のためにエネルギを無駄に消費してしまったりするこ
とがない。
According to the fuel cell device 10D of the fifth embodiment configured as described above, when the outside air temperature drops after the operation of the fuel cell device 10D is stopped and condensed water remaining in the flow path freezes. However, the condensed water only freezes while being held in the mesh portion 82, and the frozen condensed water does not block the pipes forming the oxidizing exhaust gas path 61, the condenser 62, and the water recovery path 64. Absent. Therefore, when the operation of the fuel cell device 10D is restarted next time, it is not necessary to heat the flow path such as the oxidation exhaust gas path 61 to dissolve the frozen condensed water, and it takes a long time to restart the operation, Energy is not wasted for heating.

【0124】上記第5実施例では、メッシュ部82は発
砲ニッケルによって構成することとしたが、凝縮水を管
路表面で保持可能な粗さのメッシュ構造に成形可能であ
って、燃料電池20の運転時の酸化排ガスの温度や、酸
化排ガスに対して安定な材質であれば他の材質によって
メッシュ部82を形成してもかまわない。例えば、発砲
ウレタンをニッケルめっきしたものでメッシュ部82を
構成することも好ましい。ここで、酸化排ガス路61を
形成する管路は、燃料電池20の運転時の酸化排ガスの
温度や、酸化排ガスに対して安定な材質であればよく、
本実施例ではステンレスによって酸化排ガス路61を形
成した。
In the fifth embodiment, the mesh portion 82 is made of foamed nickel. However, the mesh portion 82 can be formed into a mesh structure having a roughness capable of retaining condensed water on the pipe surface. The mesh portion 82 may be formed of another material as long as the material is stable against the temperature of the oxidizing exhaust gas during operation or the oxidizing exhaust gas. For example, it is also preferable that the mesh portion 82 be formed of a foamed urethane plated with nickel. Here, the pipe forming the oxidizing exhaust gas path 61 may be any material that is stable to the temperature of the oxidizing exhaust gas during operation of the fuel cell 20 and the oxidizing exhaust gas.
In this embodiment, the oxidation exhaust gas passage 61 is formed of stainless steel.

【0125】以上説明した第1ないし第5実施例の燃料
電池装置では、燃料電池として固体高分子電解質型燃料
電池を備えることとしたが、電気化学反応の進行に伴っ
てカソード側に生成水を生じ、酸化排ガス路に凝縮水が
残留する構成の燃料電池であれば、他種の燃料電池であ
っても同様の効果を得ることができる。あるいは、酸化
物イオン導電性を有する固体電解質を用いる固体電解質
型燃料電池のように、電化学反応の進行に伴ってアノー
ド側に生成水を生じる燃料電池では、既述した構成を燃
料排ガス路に適用することによって、凝縮水が流路内で
凍結することに起因する不都合を防止することが可能と
なる。
In the fuel cell devices of the first to fifth embodiments described above, the solid polymer electrolyte type fuel cell is provided as the fuel cell. However, as the electrochemical reaction proceeds, generated water is supplied to the cathode side. The same effect can be obtained with other types of fuel cells as long as condensed water remains in the oxidation exhaust gas passage. Alternatively, in a fuel cell that generates water on the anode side as the electrochemical reaction proceeds, such as a solid oxide fuel cell using a solid electrolyte having oxide ion conductivity, the above-described configuration is used in the fuel exhaust gas passage. By applying, it is possible to prevent inconvenience caused by freezing of condensed water in the flow path.

【0126】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
様態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 such embodiments at all, and it goes without saying that the present invention can be implemented in various modes without departing from the gist of the present invention.

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

【図1】本発明の好適な一実施例である燃料電池装置1
0の構成の概略を表わすブロック図である。
FIG. 1 shows a fuel cell device 1 according to a preferred embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram schematically illustrating a configuration of a zero.

【図2】燃料電池20が備える単セル28の構成を示す
断面模式図である。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing a configuration of a single cell 28 included in the fuel cell 20.

【図3】水とメタノールとの凝固温度を示す説明図であ
る。
FIG. 3 is an explanatory diagram showing a coagulation temperature of water and methanol.

【図4】第1実施例の燃料電池装置10において実行さ
れる停止時処理ルーチンを表わすフローチャートであ
る。
FIG. 4 is a flowchart illustrating a stop processing routine executed in the fuel cell device 10 according to the first embodiment.

【図5】第1実施例の燃料電池装置10と従来の燃料電
池装置とについて、始動時に要する立ち上げ時間を比較
した様子を表わす説明図である。
FIG. 5 is an explanatory diagram showing a state in which the startup time required at the time of starting is compared between the fuel cell device 10 of the first embodiment and the conventional fuel cell device.

【図6】第2実施例の燃料電池装置10において実行さ
れるメタノール添加処理ルーチンを表わすフローチャー
トである。
FIG. 6 is a flowchart illustrating a methanol addition processing routine executed in the fuel cell device 10 according to the second embodiment.

【図7】ドレイン70の構成を示す説明図である。FIG. 7 is an explanatory diagram showing a configuration of a drain 70.

【図8】第3実施例の燃料電池装置10Aにおいて実行
される停止時処理ルーチンを表わすフローチャートであ
る。
FIG. 8 is a flowchart illustrating a stop processing routine executed in a fuel cell device 10A according to a third embodiment.

【図9】第4実施例の燃料電池装置10Bの構成の概略
を表わす説明図である。
FIG. 9 is an explanatory diagram schematically showing a configuration of a fuel cell device 10B according to a fourth embodiment.

【図10】第4実施例の燃料電池装置10Bにおいて実
行される停止時処理ルーチンを表わすフローチャートで
ある。
FIG. 10 is a flowchart illustrating a stop processing routine executed in a fuel cell device 10B according to a fourth embodiment.

【図11】燃料電池装置10Cの構成の概略を表わす説
明図である。
FIG. 11 is an explanatory diagram schematically showing a configuration of a fuel cell device 10C.

【図12】第5実施例の燃料電池装置10Dにおける酸
化排ガス路61の構成を表わす断面模式図である。
FIG. 12 is a schematic sectional view illustrating a configuration of an oxidation exhaust gas passage 61 in a fuel cell device 10D according to a fifth embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10,10A〜10D…燃料電池装置 12…原燃料貯留装置 13…メタノールタンク 14…水・メタノールタンク 15…バーナ 16…改質装置 17…蒸発部 18…改質部 19…CO選択酸化部 20…燃料電池 21…電解質膜 22…アノード 23…カソード 24,25…セパレータ 24P…燃料ガス流路 25P…酸化ガス流路 28…単セル 30…制御部 32…入出力ポート 34…CPU 36…ROM 38…RAM 40…流路 41…バルブ 42…比重センサ 43…メタノール流路 44…バルブ 45,47…ブロワ 46…空気供給路 48…コンプレッサ 49…一酸化炭素センサ 50…原燃料供給路 51,52…ガス流路 52…空気供給路 53…燃料供給路 54…燃焼ガス供給路 55…燃焼ガス路 56…燃焼ガス路 57…燃焼ガス路 58…燃焼ガス分岐路 55A,58A…バルブ 59…酸化ガス供給路 60…燃料排ガス路 61…酸化排ガス路 62…凝縮器 64…水回収路 66…メタノール添加路 67,68…ポンプ 69…燃焼ガス導入路 69B…バルブ 70…ドレイン 72…貯水部 74…排出口 76…バルブ 80…燃焼ガス分岐路 82…メッシュ部 10, 10A to 10D: fuel cell device 12: raw fuel storage device 13: methanol tank 14: water / methanol tank 15: burner 16: reformer 17: evaporator 18: reformer 19: CO selective oxidizer 20 Fuel cell 21 ... Electrolyte membrane 22 ... Anode 23 ... Cathode 24, 25 ... Separator 24P ... Fuel gas flow path 25P ... Oxidizing gas flow path 28 ... Single cell 30 ... Control unit 32 ... Input / output port 34 ... CPU 36 ... ROM 38 ... RAM 40 ... Flow path 41 ... Valve 42 ... Specific gravity sensor 43 ... Methanol flow path 44 ... Valves 45, 47 ... Blower 46 ... Air supply path 48 ... Compressor 49 ... Carbon monoxide sensor 50 ... Raw fuel supply path 51, 52 ... Gas Flow path 52 Air supply path 53 Fuel supply path 54 Combustion gas supply path 55 Combustion gas path 56 Combustion gas path 57 Burning gas path 58 ... Combustion gas branch path 55A, 58A ... Valve 59 ... Oxidizing gas supply path 60 ... Fuel exhaust gas path 61 ... Oxidizing exhaust gas path 62 ... Condenser 64 ... Water recovery path 66 ... Methanol addition path 67, 68 ... Pump 69 ... combustion gas introduction path 69B ... valve 70 ... drain 72 ... water storage section 74 ... discharge port 76 ... valve 80 ... combustion gas branch path 82 ... mesh part

Claims (16)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 陽極側には燃料の供給を受け、陰極側に
は酸素を含有する酸化ガスの供給を受けて、電気化学反
応により起電力を得る燃料電池装置であって、 前記電気化学反応により生成水が生じる電極側に接続す
るガス流路において、前記燃料電池装置の運転停止中
に、該ガス流路に存在する前記生成水の凍結による前記
ガス流路の閉塞を防止する閉塞防止手段を備える燃料電
池装置。
1. A fuel cell device which receives a supply of fuel on an anode side and a supply of an oxidizing gas containing oxygen on a cathode side to obtain an electromotive force by an electrochemical reaction. Blockage preventing means for preventing blockage of the gas flow path due to freezing of the generated water present in the gas flow path during operation stop of the fuel cell device, in the gas flow path connected to the electrode on which the generated water is generated A fuel cell device comprising:
【請求項2】 前記閉塞防止手段は、前記生成水が生じ
る電極側に接続するガス流路内における前記生成水の凍
結を防止する凍結防止手段である請求項1記載の燃料電
池装置。
2. The fuel cell device according to claim 1, wherein the blockage prevention means is a freeze prevention means for preventing freezing of the generated water in a gas flow path connected to an electrode side on which the generated water is generated.
【請求項3】 請求項2記載の燃料電池装置であって、 前記陽極側に供給される燃料は、アルコール系炭化水素
を原燃料として生成した燃料であり、 前記凍結防止手段は、前記生成水が生じる電極側に接続
するガス流路に対して、前記原燃料を供給する原燃料混
合手段からなる燃料電池装置。
3. The fuel cell device according to claim 2, wherein the fuel supplied to the anode side is a fuel generated from an alcohol-based hydrocarbon as a raw fuel, and the anti-freezing means includes A fuel cell device comprising raw fuel mixing means for supplying the raw fuel to a gas flow path connected to the electrode side where the generation of the raw fuel occurs.
【請求項4】 請求項3記載の燃料電池装置であって、 前記アルコール系炭化水素からなる原燃料の少なくとも
一部と、該原燃料から前記燃料を生成するのに要する水
とを混合した状態で保持して前記燃料の生成に備える水
・原燃料貯留部と、 前記生成水が生じる電極側に接続するガス流路において
前記生成水を凝縮させ、該凝縮させた生成水を前記水・
原燃料貯留部に回収する生成水回収手段とを備える燃料
電池装置。
4. The fuel cell device according to claim 3, wherein at least a part of the raw fuel composed of the alcohol-based hydrocarbon is mixed with water required for producing the fuel from the raw fuel. And a water / raw fuel storage unit for preparing the fuel, and condensing the generated water in a gas flow path connected to an electrode side on which the generated water is generated.
A fuel cell apparatus comprising: a generated water recovery unit that recovers the raw fuel in a raw fuel storage unit.
【請求項5】 前記アルコール系炭化水素がメタノール
である請求項3および4記載の燃料電池装置。
5. The fuel cell device according to claim 3, wherein the alcohol-based hydrocarbon is methanol.
【請求項6】 前記凍結防止手段は、前記生成水が生じ
る電極側に接続するガス流路から前記生成水を除去する
水除去手段である請求項2記載の燃料電池装置。
6. The fuel cell device according to claim 2, wherein the freeze prevention means is a water removing means for removing the generated water from a gas flow path connected to an electrode side on which the generated water is generated.
【請求項7】 前記水除去手段は、前記生成水が生じる
電極側に接続するガス流路に形成され、水を貯留可能で
あり、該貯留された水を排出する排水機構を有する貯水
部である請求項6記載の燃料電池装置。
7. The water removal means is a water storage part formed in a gas flow path connected to an electrode side where the generated water is generated, capable of storing water, and having a drainage mechanism for discharging the stored water. The fuel cell device according to claim 6.
【請求項8】 前記水除去手段は、前記生成水が生じる
電極側に接続するガス流路内において、前記燃料電池を
備える装置に設けられた所定の高温部から排出される高
温ガスを通過させるガス導入手段である請求項6記載の
燃料電池装置。
8. The water removing means passes a high-temperature gas discharged from a predetermined high-temperature portion provided in a device including the fuel cell in a gas flow path connected to an electrode side on which the generated water is generated. 7. The fuel cell device according to claim 6, which is a gas introduction unit.
【請求項9】 請求項8記載の燃料電池装置であって、 炭化水素からなる原燃料を改質して前記燃料を生成する
改質器を備え、 前記ガス導入手段によって前記ガス流路内を通過する前
記高温ガスは、前記改質器内部を改質反応に適した温度
範囲に昇温させるために設けた加熱装置から排出される
排ガスである燃料電池装置。
9. The fuel cell device according to claim 8, further comprising: a reformer for reforming a raw fuel made of hydrocarbon to generate the fuel, wherein the gas introducing means controls the inside of the gas flow path. The fuel cell device, wherein the high-temperature gas that passes is exhaust gas discharged from a heating device provided to raise the temperature of the inside of the reformer to a temperature range suitable for a reforming reaction.
【請求項10】 前記閉塞防止手段は、前記生成水が生
じる電極側に接続するガス流路内において、生成水が凝
縮して滞留するのを防止する滞留防止手段である請求項
1記載の燃料電池装置。
10. The fuel according to claim 1, wherein the blocking prevention means is a retention prevention means for preventing generated water from condensing and remaining in a gas flow path connected to an electrode side on which the generated water is generated. Battery device.
【請求項11】 前記滞留防止手段は、前記生成水が生
じる電極側に接続するガス流路に備えられ、ガスが通過
する空間を確保しつつ水を捕捉可能な水捕捉手段である
請求項10記載の燃料電池装置。
11. The water retention means is provided in a gas flow path connected to an electrode side on which the generated water is generated, and is a water trapping means capable of trapping water while securing a space through which gas passes. The fuel cell device according to claim 1.
【請求項12】 前記水捕捉手段は、前記生成水が生じ
る電極側に接続するガス流路の内壁面に設けられたメッ
シュ構造である請求項11記載の燃料電池。
12. The fuel cell according to claim 11, wherein the water trapping means has a mesh structure provided on an inner wall surface of a gas flow path connected to an electrode on which the generated water is generated.
【請求項13】 前記生成水が生じる電極側は陰極側で
ある請求項1ないし12記載の燃料電池装置。
13. The fuel cell device according to claim 1, wherein the electrode side on which the generated water is generated is a cathode side.
【請求項14】 アルコール系炭化水素を原燃料として
生成した燃料と、酸素を含有する酸化ガスの供給を受け
て、電気化学反応により起電力を得る燃料電池装置の流
路凍結防止方法であって、 前記電気化学反応により生成水が生じる電極側に接続す
るガス流路に対して、前記原燃料を供給する燃料電池装
置の流路凍結防止方法。
14. A flow channel freezing prevention method for a fuel cell device, wherein a fuel generated by using an alcohol-based hydrocarbon as a raw fuel and an oxidizing gas containing oxygen are supplied to obtain an electromotive force by an electrochemical reaction. A method for preventing freezing of a flow channel of a fuel cell device that supplies the raw fuel to a gas flow channel connected to an electrode side on which water generated by the electrochemical reaction is generated.
【請求項15】 陽極側には燃料の供給を受け、陰極側
には酸素を含有する酸化ガスの供給を受けて、電気化学
反応により起電力を得る燃料電池装置の流路凍結防止方
法であって、 前記電気化学反応により生成水が生じる電極側に接続す
るガス流路において生成した凝縮水を貯留し、 前記燃料電池装置の運転の停止時には、前記貯留した凝
縮水を排出する燃料電池装置の流路凍結防止方法。
15. A method for preventing freezing of a flow channel of a fuel cell device, wherein a fuel is supplied to an anode side and an oxidizing gas containing oxygen is supplied to a cathode side to obtain an electromotive force by an electrochemical reaction. A fuel cell device that stores condensed water generated in a gas flow path connected to an electrode side on which water generated by the electrochemical reaction is generated, and discharges the stored condensed water when the operation of the fuel cell device is stopped. Channel freezing prevention method.
【請求項16】 陽極側には燃料の供給を受け、陰極側
には酸素を含有する酸化ガスの供給を受けて、電気化学
反応により起電力を得る燃料電池装置の流路凍結防止方
法であって、 前記電気化学反応により生成水が生じる電極側に接続す
るガス流路内において、前記燃料電池を備える装置に設
けられた所定の高温部から排出される高温ガスを通過さ
せる燃料電池装置の流路凍結防止方法。
16. A method for preventing freezing of a flow channel of a fuel cell device, wherein a fuel is supplied to an anode side and an oxidizing gas containing oxygen is supplied to a cathode side to obtain an electromotive force by an electrochemical reaction. In a gas flow path connected to an electrode side on which water generated by the electrochemical reaction is generated, a flow of a fuel cell device through which a high-temperature gas discharged from a predetermined high-temperature portion provided in the device including the fuel cell passes. Road freezing prevention method.
JP9035516A 1997-02-03 1997-02-03 Fuel cell system and flow path freezing prevention method for fuel cell system Pending JPH10223249A (en)

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