WO2007010834A1

WO2007010834A1 - 燃料電池及び燃料電池運転方法

Info

Publication number: WO2007010834A1
Application number: PCT/JP2006/313991
Authority: WO
Inventors: Takeshi Obata; Hideaki Sasaki; Yoshinori Watanabe; Shin Nakamura; Takashi Manako
Original assignee: Nec Corporation
Priority date: 2005-07-21
Filing date: 2006-07-13
Publication date: 2007-01-25
Also published as: CN101228657A; US20090117418A1; JP4973949B2; CN101228657B; JPWO2007010834A1; EP1906480A1; EP1906480A4

Abstract

　本発明は、燃料を含有する液体燃料と酸化剤とを用いて電力を生成する燃料電池本体５の燃料電池運転方法である。休止保管後の出力特性の低下を抑制するために、燃料電池本体５が負荷に接続されていない休止状態の後で開始される起動運転Ｓ１と、起動運転Ｓ１が実行された後に燃料電池本体５が備えている電極が還元するように液体燃料を燃料電池本体５に供給する回復運転Ｓ３と、電力を外部負荷２０に供給する通常運転Ｓ４とを備える。

Description

明細書

燃料電池及び燃料電池運転方法

技術分野

[0001] 本発明は、燃料電池及び燃料電池運転方法に関し、特に、燃料と酸化剤と化学反応させて電力を生成する燃料電池及び燃料電池運転方法に関する。

背景技術

[0002] 水素ガスやアルコールを燃料として電気化学反応により発電する燃料電池が知られている。その燃料電池は、アノードと力ソードと、これらの間に設けられた電解質膜カゝら構成されている。アノードと力ソードとは、白金 Pt、ルテニウム Ruに例示される金属からなる触媒と、炭素などよりなる触媒担持材料とを備えている。その燃料電池は、アノードに燃料が供給され、力ソードに酸素が供給されることにより、電力を生成する

[0003] その燃料電池は、アノードに水素ガスが供給されるときに、次反応式：

H²→2H⁺ + 2e"

により示される電極反応（1)がアノード上の触媒によって進行してプロトン (H+)が発生し、このプロトンが電解質膜を経由して力ソードに至り、次反応式 (2)：

l/20²+ 2H⁺ + 2e"→H O

2

により示される電極反応（2)が力ソードでおこる。

[0004] その燃料電池は、アノードにメタノールが供給されるときに、次反応式：

CH OH + H 0→6H+ + CO + 6e"

3 2 2

により表現される電極反応（3)が進行してアノード上の触媒によりプロトンが発生し、このプロトンが電解質膜を経由して力ソードに至り、次反応式：

3/20 + 6H⁺ + 6e"→3H O

2 2

により表現される電極反応 (4)が進行する。

[0005] アノードにメタノールを直接供給するタイプの燃料電池、いわゆるダイレクトメタノール型燃料電池は、アルコール水溶液カゝら水素イオンを得ることができるので、改質器等が不要になり、小型化および軽量ィ匕を図ることができる。また、液体のアルコール水溶液を燃料とするため、エネルギー密度が非常に高いという特徴がある。

[0006] このようなダイレクトメタノール型燃料電池は、休止保管、あるいは連続運転を行うことでその出力が低下することが知られている。燃料として水素ガスを供給する燃料電池は、電解質膜及び電極が乾燥することによって円滑な電気化学反応が阻害され、出力特性の低下がおこると考えられている。

[0007] 特開 2004— 47427号公報には、運転時や起動時の出力低下の問題を未然に防止できる燃料電池装置及び燃料電池の制御方法が開示されて!、る。その燃料電池装置は、酸素電極と、燃料電極と、前記酸素電極と前記燃料電極に挟持される電解質とからなる発電体を有する燃料電池において、燃料電池の出力電圧が第一の所定値以下になったときに、前記酸素電極と前記燃料電極を電気的に接続して電流を流すバイパス回路を有することを特徴としている。すなわち、特開 2004— 47427号公報には、出力特性が低下 (又は内部抵抗値が増カロ）した場合に負荷電流を増加させることによって生成水の発生量を一時的に増加させる力、あるいは空気供給を抑制することによって酸化剤電極の乾燥化を抑制するとともに電解質膜を適正な湿潤状態に保つことができるとことを示して、る。

[0008] 特表 2003— 536232号公報には、電池の性能水準を長期間、高い水準に維持できる方法が開示されている。その方法は、電解質として PEMと、 PEMの一方の側面上のアノードと、 PEMのもう一方の側面上の力ソードと、アノードおよび力ソードに接続された外部電気回路と、この外部回路内の主要な電気を使用する装置と、を備える燃料電池の作動方法であって、 A.第 1の所定時間の進行中に力ソード電位が 0. 66ボルトを超えて維持されかつ電池性能が低下するように選択された電池の作動条件で、主要な電気を使用する装置を作動させるために第 1の所定時間、外部回路内に電流を発生させるように、水素含有燃料をアノードに、酸素含有酸化剤を力ソードに、供給し、 B.力ソード電位を 0. 66ボルトより下に低下させるように選択された処理を用いて電池を作動させながら水素含有燃料をアノードに供給し、かつ、ステップ A の進行中に生じた電池性能の低下の少なくとも主要部分を回復させるのに十分な第 2の所定時間、力ソード電位を 0. 66ボルトより下に維持する、ことにより、ステップ Aの後、電池を再生し、 C.徐々に電池性能の低下を緩和するようにステップ Aとステップ Bを連続的に繰り返す、ことを含むことを特徴としている。力ソード電位を下げる具体的な方法としては、燃料電池力も通常の外部電気負荷 (実際には燃料電池を電源とする電子'電気機器を指す。）との接続を解除し、酸化剤ガスの力ソードへの供給を停止すること、力ソードに窒素等の不活性ガスを流すこと、補助外部抵抗に接続することを組合せて行うことが開示されている。特表 2003— 536232号公報では、さらに、白金触媒が酸ィ匕白金に変化したことが出力低下の原因であると考察されている。

[0009] 特開 2003— 77512号公報には、ダイレクトメタノール型燃料電池においても、発電開始の際にアノードへのメタノール供給を先に開始し、し力る後に力ソードへの酸ィ匕剤供給を開始すると、手順を逆にした場合の 2倍程度の出力密度が得られることが開示されている。そのメタノール直接型燃料電池の運転方法は、電解質にパーフルォロカーボンスルホン酸系イオン交換膜を用い、該交換膜の両側に負極と正極が配されたセルを備え、燃料のメタノール水溶液を負極に供給し、酸化ガスを正極に供給することによって発電を行う燃料電池において、発電開始の際に、負極へのメタノール水溶液の供給を先に開始し、その後、正極への酸化ガス供給を開始することを特徴としている。特開 2003— 77512号公報には、さらに、燃料電池休止中にアノード流路を燃料または水で満たしておくことで、再び発電を行った際の出力密度の低下が防止できることも開示されている。

[0010] 特開 2004— 127618号公報には、燃料電池が燃料補給のために用いる補助機構による燃料補給量を多段階に制御する電子機器システムが開示されている。その電子機器システムは、化学反応により電力を発生する反応部と、前記反応部に前記化学反応の燃料を供給する補助機構と、前記補助機構による燃料補給量を多段階に制御する制御手段と、前記反応部により発生された電力を出力する出力部とを具備する電池ユニットと、前記出力部と電気的に接続される入力部を有し、前記入力部を介して入力された電力に基づ！ヽて動作可能な電子機器とを具備することを特徴としている。

[0011] 特開 2005— 38791号公報には、排出がクリーンな電源装置が開示されている。その電源装置は、メタノールを燃料とする燃料電池と、負荷に電力を供給する二次電池と、前記燃料電池に供給する燃料及び Z又は反応空気の量を制御する燃料電池制御部と、前記燃料電池が出力する電力を所定の電圧又は電流に変換して、負荷及び Z又は前記二次電池に電力を供給する電力コンバータと、前記二次電池の残存容量を検出する二次電池残存容量検出器と、を有し、前記燃料電池制御部は、少なくとも前記二次電池の残存容量に基づいて、切り換える複数の発電モードを有し、それぞれの発電モードにおいて異なる値である単位時間当たり一定量の燃料を前記燃料電池に供給することを特徴としている。

[0012] 特表 2004— 530259号公報には、可能な限り迅速に所望の電力を発生することができるように、 DMFCを最適作動温度まで急速に上昇させるのを可能にするシステムが開示されている。その直接酸化燃料電池システムは、直接酸化燃料電池システムであって、該システムが、燃料極、空気極、及び該燃料極と空気極の間に配置されている電解質膜と、前記空気極に接続されている空気又は酸素源と、炭素系燃料源と、前記燃料源及び前記燃料極に接続されている温度調節システムであって、前記直接酸化燃料電池システムの温度に応答し、それによつて、前記温度が所定の温度あるいは温度範囲より低いときには、前記膜を介する燃料のクロスオーバーを促進させるために、前記直接酸化燃料電池システムが前記燃料極における燃料濃度を上昇させ、それにより前記空気極にぉ、て前記クロスオーバーした燃料の、くらかの酸ィ匕を生じさせるか又は増大させて、前記直接酸化燃料電池システムの温度を上昇させることができる前記温度調節システムとからなる。

発明の開示

[0013] 本発明の目的は、休止保管後の出力特性の低下を抑制する燃料電池及び燃料電池運転方法を提供することにある。

[0014] 本発明による燃料電池は、燃料と酸化剤とを用いて電力を生成する燃料電池本体と、燃料供給装置とを備えている。このとき、燃料供給装置は、電力を外部負荷に供給する通常運転のときに燃料を含有する液体燃料を燃料電池本体に供給し、燃料電池本体が負荷に接続されていない休止状態の後に実行される回復運転のときに燃料電池本体が備えてヽる電極が還元するように液体燃料を燃料電池本体に供給することが好ましい。

[0015] 燃料供給装置は、通常運転のときに液体燃料を通常圧力で燃料電池本体に供給し、回復運転のときに回復液体燃料を通常圧力より大きい回復圧力で燃料電池本体に供給することが好ましい。

[0016] 本発明による燃料電池は、通常運転のときに液体燃料を燃料電池本体力排出し、回復運転のときに液体燃料が燃料電池本体力排出されないように力を作用する流路抵抗をさらに備えて、ることが好ま U、。

[0017] 液体燃料は、通常液体燃料と、燃料の濃度が通常液体燃料より大きい回復液体燃料とを含んでいる。燃料供給装置は、通常運転のときに通常液体燃料を燃料電池本体に供給し、回復運転のときに回復液体燃料を燃料電池本体に供給することが好ましい。

[0018] 燃料供給装置は、通常液体燃料を貯留する通常タンクと、回復液体燃料を貯留する回復タンクと、通常タンクまたは回復タンクの一方を燃料電池本体に接続するバルブとを備えて、ることが好まし、。

[0019] 燃料供給装置は、低濃度液体燃料を貯留する低濃度液体燃料タンクと、燃料の濃度が低濃度液体燃料より大きい高濃度液体燃料を貯留する高濃度液体燃料タンクと

、通常液体燃料または回復液体燃料の一方を低濃度液体燃料と高濃度液体燃料とを混合して生成するバルブを備えて、ることが好ま U、。

[0020] 本発明による燃料電池は、通常運転のときに酸化剤を含有する酸化剤ガスを燃料電池本体に供給し、回復運転のときに酸化剤ガスの供給を通常運転のときょり低減する酸化剤供給装置をさらに備えていることが好ましい。

[0021] 本発明による燃料電池は、燃料電池本体が備えて!/ヽる電解質膜の温度を測定する温度計をさらに備えていることが好ましい。このとき、回復運転は、温度が所定の温度より大きいときに実行される。

[0022] 本発明による燃料電池は、温度が所定の温度より大きいときに電解質膜を加熱するヒータをさらに備えて、ることが好まし!/、。

[0023] 本発明による燃料電池は、回復運転のときに電力を消費する内部負荷をさらに備えていることが好ましい。

[0024] 本発明による燃料電池は、回復運転のときに外部負荷に電力を供給する補助電源をさらに備えて、ることが好まし、。 [0025] 本発明による燃料電池は、休止状態の後に回復運転が実行された回数を計数するカウンタをさらに備えていることが好ましい。このとき、燃料供給装置は、回復運転のときに回数が大きいほど燃料の濃度が大きくなるように回復液体燃料を燃料電池本体に供給する。

[0026] 本発明による燃料電池は、休止状態の後に回復運転が実行された回数を計数するカウンタをさらに備えていることが好ましい。このとき、燃料供給装置は、回復運転のときに回数が大きいほど圧力が大きくなるように回復液体燃料を燃料電池本体に供給する。

[0027] 本発明による電子機器は、本発明による燃料電池と、外部負荷とを備えてヽることが好ましい。

[0028] 本発明による燃料電池運転方法は、燃料を含有する液体燃料と酸化剤とを用いて電力を

生成する燃料電池本体を用いて実行される方法である。本発明による燃料電池運転方法は、燃料電池本体が負荷に接続されてヽなヽ休止状態の後で開始される起動運転と、起動運転が実行された後に燃料電池本体が備えている電極が還元するように液体燃料を燃料電池本体に供給する回復運転と、電力を外部負荷に供給する通常運転とを備えて、ることが好ま、。

[0029] 液体燃料のうちの回復運転のときに燃料電池本体に供給される回復液体燃料の圧力は、液体燃料のうちの通常運転のときに燃料電池本体に供給される通常液体燃料の圧力より大きい。

[0030] 液体燃料のうちの回復運転のときに燃料電池本体に供給される回復液体燃料の燃料の濃度は、液体燃料のうちの通常運転のときに燃料電池本体に供給される通常液体燃料の燃料の濃度より大き、。

[0031] 液体燃料のうちの回復運転のときに燃料電池本体に供給される回復液体燃料の燃料の濃度は、液体燃料のうちの通常運転のときに燃料電池本体に供給される通常液体燃料の燃料の濃度より大きぐかつ、回復液体燃料の圧力は、通常液体燃料の圧力より大きい。

[0032] 液体燃料のうちの起動運転のときに燃料電池本体に供給される起動液体燃料の燃料の濃度は、液体燃料のうちの通常運転のときに燃料電池本体に供給される通常液体燃料の燃料の濃度と概ね等し、ことが好ま U、。

[0033] 液体燃料のうちの起動運転のときに燃料電池本体に供給される起動液体燃料の圧力は、液体燃料のうちの通常運転のときに燃料電池本体に供給される通常液体燃料の圧力と概ね等、ことが好ま、。

[0034] 回復運転は、起動運転で燃料電池本体の出力電圧が閾値電圧より小さいときに実行されることが好ましい。

[0035] 本発明による燃料電池運転方法は、回復運転で燃料電池本体の出力電圧が所定の電圧より小さくなるときに実行される他の起動運転をさらに備えていることが好ましい。このとき、回復運転は、他の起動運転で出力電圧が閾値電圧より小さいときにさらに実行される。通常運転は、他の起動運転で出力電圧が閾値電圧より大きいときに実行される。

[0036] 回復液体燃料の燃料の濃度は、休止状態の後に回復運転が実行された回数が大きい程大きいことが好ましい。

[0037] 回復液体燃料の圧力は、休止状態の後に回復運転が実行された回数が大きい程大きいことが好ましい。

[0038] 本発明による燃料電池運転方法は、起動運転で燃料電池本体が備えて！/ヽる電解質膜の温度が所定温度より低いときに実行される昇温運転をさらに備えていることが好ましい。このとき、回復運転は、温度が所定温度より高いときに実行される。

[0039] 昇温運転は、記燃料の濃度が起動液体燃料の燃料の濃度より大き！ヽ液体燃料を燃料電池本体に供給することにより電解質膜を加熱することが好ましい。

[0040] 燃料電池は、ヒータを備えて!/ヽる。昇温運転は、ヒータを用いて電解質膜を加熱する。

[0041] 通常運転は、温度が所定温度より高いときに実行されることが好ましい。

[0042] 通常運転は、外部負荷に電力を供給しないで内部負荷に電力を供給することが好ましい。

[0043] 通常運転は、休止状態の後に回復運転が所定の回数以上に実行されたときに実行されないことが好ましい。 [0044] 本発明による燃料電池運転方法は、休止状態の後に回復運転が所定の回数以上に実行されたときにユーザに認識可能に警告することが好ましい。

[0045] 通常運転は、回復運転が所定の回数以上に実行されたときに実行されないことが好ましい。

[0046] 本発明による燃料電池運転方法は、回復運転が所定の回数以上に実行されたときにユーザに認識可能に警告することが好まし、。

[0047] 本発明による燃料電池及び燃料電池運転方法によれば、休止保管後の出力特性の低下を

抑帘 Uすることができる。

図面の簡単な説明

[0048] [図 1]図 1は、本発明による燃料電池の実施の形態を示すブロック図である。

[図 2]図 2は、酸化剤供給装置と燃料供給装置と流路抵抗とを示すブロック図である。

[図 3]図 3は、燃料電池本体を示す断面図である。

[図 4]図 4は、制御装置を示すブロック図である。

[図 5]図 5は、本発明による燃料電池運転方法の実施の形態を示すフローチャートである。

[図 6]図 6は、燃料電池本体の出力電圧を示すグラフである。

[図 7]図 7は、本発明による燃料電池の実施の他の形態を示すブロック図である。

[図 8]図 8は、本発明による燃料電池の実施のさらに他の形態を示すブロック図である

[図 9]図 9は、本発明による燃料電池運転方法の実施のさらに他の形態を示すフローチャートである。

[図 10]図 10は、燃料電池本体の温度変化を示すグラフである。

[図 11]図 11は、燃料電池本体の出力電圧を示すグラフである。

[図 12]図 12は、燃料電池本体の出力電圧を示すグラフである。

[図 13]図 13は、燃料電池本体の出力電圧を示すグラフである。

発明を実施するための最良の形態

[0049] 図面を参照して、本発明による燃料電池の実施の形態を記載する。その燃料電池 1は、図 1に示されているように、制御装置 2と燃料供給装置 3と酸化剤供給装置 4と燃料電池本体 5と流路抵抗 6と電圧計 7と内部負荷 8と補助電源 9と環境モニタ 10とを備えている。制御装置 2は、コンピュータであり、燃料供給装置 3と酸化剤供給装置 4と流路抵抗 6と電圧計 7と内部負荷 8と補助電源 9と環境モニタ 10とに情報伝達可能に接続されている。制御装置 2は、燃料供給装置 3と酸化剤供給装置 4と流路抵抗 6と電圧計 7と内部負荷 8と補助電源 9と環境モニタ 10とを制御する。

[0050] 燃料供給装置 3は、制御装置 2により制御されて燃料電池本体 5に液体燃料を供給する。その液体燃料は、燃料成分として有機溶剤を含む液体である。その有機溶剤としては、アルコール類、エーテル類、液体炭化水素類が例示される。そのアルコール類としては、メタノール、エタノールが例示される。そのエーテル類としては、ジメチルエーテルが例示される。その液体炭化水素類としては、シクロパラフィンが例示される。その液体燃料は、有機溶剤を水に溶解した水溶液とすることができる。その液体燃料は、さらに、酸またはアルカリが添加されることができる。このとき、その液体燃料は、水素イオンのイオン伝導性が高まり好まし、。

[0051] 酸化剤供給装置 4は、制御装置 2により制御されて燃料電池本体 5に酸化剤を供給する。その酸化剤としては、空気、酸素が例示される。燃料電池本体 5は、プラス出力端子 11とマイナス出力端子 12とを備えている。燃料電池本体 5は、燃料供給装置 3から供給される燃料と酸化剤供給装置 4から供給される酸化剤とからプラス出力端子 11とマイナス出力端子 12との間に起電力を生成する。流路抵抗 6は、制御装置 2 により制御されて、燃料電池本体 5から排出される排気に対して、その排気が排気されないように力を作用する。

[0052] 電圧計 7は、プラス出力端子 11とマイナス出力端子 12とに電気的に接続され、ブラス出力端子 11とマイナス出力端子 12との電圧を測定する。電圧計 7は、その電圧を制御装置 2に出力する。

[0053] 燃料電池 1は、さらに、燃料電池プラス出力端子 18と燃料電池マイナス出力端子 1 9とを備えている。燃料電池 1は、電子機器に搭載されて使用される。その電子機器としては、パーソナルコンピュータ、 PDA,携帯電話機が例示される。燃料電池 1は、燃料電池プラス出力端子 18と燃料電池マイナス出力端子 19とを介して、その電子機器の外部負荷 20に電力を供給する。なお、燃料電池 1は、情報処理機能を有する電子機器の電源として適用されるときに、制御装置 2の機能の一部またはすベてをその電子機器に組込むことができる。

[0054] 内部負荷 8は、負荷切換スィッチ 14と内部電気負荷 15とを備えている。負荷切換スィッチ 14は、制御装置 2に情報伝達可能に接続され、プラス出力端子 11と内部電気負荷 15と燃料電池プラス出力端子 18との間に介設されている。負荷切換スィッチ 14は、制御装置 2により制御されて、内部電気負荷 15または燃料電池プラス出力端子 18の一方だけにプラス出力端子 11を電気的に導通させる。内部電気負荷 15は、制御装置 2に情報伝達可能に接続され、制御装置 2により制御されて抵抗を更新する可変抵抗器であり、負荷切換スィッチ 14とマイナス出力端子 12との間に介設されている。すなわち、内部負荷 8は、制御装置 2により制御されて、燃料電池本体 5にかかる電気的負荷を調整する。

[0055] 補助電源 9は、電源切換スィッチ 16と補助電源本体 17とを備えている。電源切換スィッチ 16は、制御装置 2に情報伝達可能に接続され、プラス出力端子 11と補助電源本体 17と燃料電池プラス出力端子 18との間に介設されている。負荷切換スィッチ 14は、制御装置 2により制御されて、プラス出力端子 11または補助電源本体 17の一方だけを燃料電池プラス出力端子 18に電気的に導通させる。補助電源本体 17は、電源切換スィッチ 16とマイナス出力端子 12との間に介設され、電源切換スィッチ 16 とマイナス出力端子 12との間に電圧を印加する電源である。すなわち、補助電源 9 は、制御装置 2により制御されて、プラス出力端子 11とマイナス出力端子 12との間に電圧を印加する。その電源としては、二次電池、各種一次電池、キャパシター、各種発電機が例示される。その二次電池としては、リチウムイオン二次電池が例示される。その電源としては、二次電池が燃料電池本体 5により生成される余剰電力を蓄電することができる点で好適である。

[0056] 環境モニタ 10は、燃料電池本体 5の内部、燃料電池 1の内部、燃料電池 1を搭載する電子機器の内部またはその電子機器が設置される環境の状況を測定するセンサであり、その測定結果を制御装置 2に出力する。その状況としては、温度、湿度、気圧が例示される。 [0057] 図 2は、酸化剤供給装置 4を示してヽる。酸化剤供給装置 4は、ポンプ 21とバルブ 2 2とタンク 23とを備えている。タンク 23は、酸素に例示される酸化剤を貯留している。ポンプ 21は、制御装置 2に情報伝達可能に接続され、制御装置 2に制御されてタンク 23に貯留されてヽる酸化剤を加圧して燃料電池本体 5に供給する。バルブ 22は、制御装置 2に情報伝達可能に接続され、制御装置 2に制御されてポンプ 21と燃料電池本体 5とを接続する流路を開閉する。なお、ポンプ 21は、その空気を燃料電池本体 5に供給しないようにすることができるポンプが適用されることができる。このとき、燃料供給装置 3は、バルブ 21を備える必要がない。なお、酸化剤供給装置 4は、燃料電池本体 5が酸化剤として環境の空気を利用するときに、ポンプ 21をファンに置換することができ、タンク 23を備える必要がない。

[0058] 図 2は、さらに、燃料供給装置 3を示している。燃料供給装置 3は、燃料タンク 24とバルブ 25とポンプ 26とを備えている。燃料タンク 24は、メタノール水溶液を貯留している。バルブ 25は、制御装置 2に情報伝達可能に接続され、制御装置 2に制御されて燃料タンク 24とポンプ 26とを接続する流路を開閉する。ポンプ 26は、制御装置 2 に情報伝達可能に接続され、制御装置 2に制御されて燃料タンク 24に貯留されているメタノール水溶液を加圧して燃料電池本体 5に供給する。なお、ポンプ 26は、そのメタノール水溶液を燃料電池本体 5に供給しな、ようにすることができるポンプが適用されることができる。このとき、燃料供給装置 3は、バルブ 25を備える必要がない。

[0059] 図 2は、さらに、流路抵抗 6を示している。流路抵抗 6は、流路切換バルブ 29と流路抵抗体 27とを備えている。流路切換バルブ 29は、制御装置 2に情報伝達可能に接続され、制御装置 2に制御されて燃料電池本体 5から排気流路を流路抵抗体 27または燃料電池 1が設置される環境の一方に接続する。流路抵抗体 27は、流体が通過する流路であり、その流体が通過されないように力を作用する抵抗体である。なお、流路抵抗 6は、流路切換バルブ 29と流路抵抗体 27とを備えない圧力調整器に置換することができる。その圧力調整器は、制御装置 2に制御されて通過する流体が通過されないように力を作用する。その圧力調整器としては、レギユレータが例示される。

[0060] 図 3は、燃料電池本体 5を示している。燃料電池本体 5は、少なくとも 1つの単セルを備えている。その単セル 31は、セパレータ 32とセパレータ 33と電極—電解質接合体 34とを備えている。電極—電解質接合体 34は、 MEAとも呼ばれる。 MEAは、「M embrane and Electrode Assemblyの略称である。その単セル 31には、セノレータ 32と電極一電解質接合体 34との間に燃料流路 35が形成されている。燃料流路 35は、燃料供給装置 3に接続され、流路抵抗 6に接続されている。その単セル 31 には、セパレータ 33と電極一電解質接合体 34との間に燃料流路 36が形成されている。燃料流路 36は、酸化剤供給装置 4に接続されている。

[0061] 電極—電解質接合体 34は、固体電解質膜 37とアノード 38と力ソード 39とを備えている。固体電解質膜 37は、アノード 38と力ソード 39との間に密着して挟まれて配置されている。固体電解質膜 37は、アノード 38と力ソード 39との間で水素イオンを移動させる役割を有しているので、水素イオンの伝導性が高い膜であることが好ましい。固体電解質膜 37は、さらに、化学的に安定であって機械的強度が高いことが好ましい。固体電解質膜 37を構成する材料としては、極性基を有する有機高分子材料が好ましく用いられる。その極性基としては、強酸基、弱酸基が例示される。その強酸基としては、スルホン基、リン酸基が例示される。その弱酸基としては、カルボキシル基が例示される。

[0062] その有機高分子としては、芳香族縮合系高分子、スルホン基含有パーフルォロカ一ボン、カルボキシル基含有パーフルォロカーボンが例示される。その芳香族縮合系高分子としては、スルホン化ポリ（4 フエノキシベンゾィル 1, 4 フエ-レン）、アルキルスルフォン化ポリべンゾイミダゾールが例示される。そのスルホン基含有パ一フルォロカーボンとしては、デュポン社製「ナフイオン」（登録商標）、旭化成社製「ァシプレックス」が例示される。そのカルボキシル基含有パーフルォロカーボンとしては、旭硝子社製けレミオン S膜」（登録商標）が例示される。

[0063] アノード 38は、アノード集電体 41とアノード触媒層 42との 2層が積層されて形成されている。アノード集電体 41は、アノード 38の燃料流路 36の側に配置されている。アノード触媒層 42は、アノード集電体 41と固体電解質膜 37との間に配置され、ァノ一ド集電体 41に接触し、固体電解質膜 37に接触している。アノード集電体 41は、導電性の多孔性材料から形成され、板状に形成されている。その多孔性材料としては、カーボンペーパー、カーボンの成形体、カーボンの焼結体、焼結金属、発泡金属が例示される。

[0064] アノード触媒層 42は、触媒を含有する材料から形成されて!、る。その触媒としては、単体金属、合金が例示される。その単体金属としては、白金、金、銀、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、イリジウム、コバルト、ニッケル、レニウム、リチウム、ランタン、ストロンチウム、イットリウムが例示される。その合金としては、白金、金、銀、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、イリジウム、コバルト、ニッケル、レ-ゥム、リチウム、ランタン、ストロンチウム、イットリウム力も選択される複数の金属の合金が例示される。

[0065] 力ソード 39は、力ソード集電体 43と力ソード触媒層 44との 2層が積層されて形成されている。力ソード集電体 43は、力ソード 39の酸化剤流路 37の側に配置されている。力ソード触媒層 44は、力ソード集電体 43と固体電解質膜 37との間に配置され、力ソード集電体 43に接触し、固体電解質膜 37に接触している。導電性の多孔性材料から形成され、板状に形成されている。その多孔性材料としては、カーボンペーパー、カーボンの成形体、カーボンの焼結体、焼結金属、発泡金属が例示される。

[0066] 力ソード触媒層 44は、触媒を含有する材料から形成されて!、る。その触媒としては、単体金属、合金が例示される。その単体金属としては、白金、金、銀、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、イリジウム、コバルト、ニッケル、レニウム、リチウム、ランタン、ストロンチウム、イットリウムが例示される。その合金としては、白金、金、銀、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、イリジウム、コバルト、ニッケル、レ-ゥム、リチウム、ランタン、ストロンチウム、イットリウム力も選択される複数の金属の合金が例示される。このとき、力ソード触媒層 44に含有される触媒は、アノード触媒層 42 に含有される虫媒と同じものでも異なるちのでもよい。

[0067] なお、単セル 31は、燃料電池本体 5が空気を利用して電力を生成するときに、カソ一ド集電体 43を環境に露出させて形成されることができる。このとき、燃料電池 1は、酸化剤供給装置 4を備える必要がなヽ。

[0068] 燃料電池本体 5は、単セル 31を複数備えているときに、その複数の単セル 31が平行に重ねられたスタック積層型に形成され、その複数の単セル 31が同一平面上に配列された平面スタック型に形成され、または、その平面スタック型に形成されたものをさらに複数重ねられた形状に形成される。このとき、アノード集電体 41と力ソード集電体 43とは、単セル 31が直列つなぎになるように接続され、または、単セル 31が並列つなぎになるように接続される。

[0069] 図 4は、制御装置 2を示している。制御装置 2は、コンピュータであり、図示されていない CPUと記憶装置と入出力装置とを備えている。その CPUは、制御装置 2にインストールされるコンピュータプログラムを実行して、その記憶装置と入出力装置とを制御する。その記憶装置は、そのコンピュータプログラムを記録し、その CPUにより生成された情報を記録する。その入出力装置は、ユーザの操作により生成された情報をその CPUに出力し、その CPUにより生成された情報をユーザに認識可能に出力する。その入出力装置は、さらに、電圧計 7と環境モニタ 10とから情報を収集し、燃料供給装置 3と酸化剤供給装置 4と流路抵抗 6と内部負荷 8と補助電源 9とに情報を出力する。

[0070] 制御装置 2は、コンピュータプログラムとして、動作シーケンスデータベース 71と状態収集部 72と燃料供給制御部 73と酸化剤供給制御部 74と負荷制御部 75と補助電源制御部 76と安全機構部 77とがインストールされている。

[0071] 動作シーケンスデータベース 71は、燃料電池 1の状況をシーケンスに対応付けるテーブルを記憶装置に記録して、る。

[0072] 状態収集部 72は、環境モニタ 10により測定された燃料電池 1の状況を環境モニタ

10から収集する。

[0073] 燃料供給制御部 73は、動作シーケンスデータベース 71により記録されるテーブルを参照して、状態収集部 72により収集される状況に対応するシーケンスに示されるように、燃料供給装置 3と流路抵抗 6とを制御する。たとえば、燃料供給制御部 73は、燃料電池 1が起動運転または通常運転を実行しているときに、燃料流路 35が環境に接続するように流路抵抗 6の流路切換バルブ 29を切り換え、燃料供給装置 3のバルブ 25を開き、燃料供給装置 3のポンプ 26を動作させて、液体燃料を燃料流路 35〖こ流通させる。燃料供給制御部 73は、燃料電池 1が回復運転を実行しているときに、燃料流路 35が流路抵抗体 27に接続するように流路抵抗 6の流路切換バルブ 29を切り換え、燃料供給装置 3のバルブ 25を開き、燃料供給装置 3のポンプ 26を動作させて、燃料流路 35を流通する液体燃料の圧力を加圧する。

[0074] 酸化剤供給制御部 74は、動作シーケンスデータベース 71により記録されるテープルを参照して、状態収集部 72により収集される状況に対応するシーケンスに示されるように、酸化剤供給装置 4を制御する。たとえば、酸化剤供給制御部 74は、燃料電池 1が起動運転または通常運転を実行しているときに、酸化剤供給装置 4のバルブ 2 2を開き、ポンプ 54を動作させて、酸化剤流路 36に酸化剤を流通させる。たとえば、酸化剤供給制御部 74は、燃料電池 1が回復運転を実行しているときに、酸化剤供給装置 4のバルブ 22を閉じ、酸化剤流路 36に酸化剤を供給しない。

[0075] 負荷制御部 75は、動作シーケンスデータベース 71により記録されるテーブルを参照して、状態収集部 72により収集される状況に対応するシーケンスに示されるよう〖こ、内部負荷 8を制御する。たとえば、負荷制御部 75は、燃料電池 1が起動運転または回復運転を実行しているときに、燃料電池本体 5が低抵抗の内部電気負荷 15のみに接続するように負荷切換スィッチ 14を切り換える。負荷制御部 75は、燃料電池 1が通常運転を実行しているときに、燃料電池本体 5が外部負荷 20のみに接続するように負荷切換スィッチ 14を切り換える。

[0076] 補助電源制御部 76は、動作シーケンスデータベース 71により記録されるテーブルを参照して、状態収集部 72により収集される状況に対応するシーケンスに示されるように、補助電源 9を制御する。たとえば、補助電源制御部 76は、燃料電池 1が起動運転または回復運転を実行しているときに、負荷切換スィッチ 14を制御して、補助電源本体 17を燃料電池プラス出力端子 18に電気的に導通させる。補助電源制御部 76 は、燃料電池 1が通常運転を実行しているときに、負荷切換スィッチ 14を制御して、プラス出力端子 11を燃料電池プラス出力端子 18に電気的に導通させる。

[0077] 安全機構部 77は、実行されるすべての回復運転の累積実施回数を計数して記憶装置に記録する累積カウンターと休止中から通常運転までに実行される回復運転の実施回数を計数して記憶装置に記録する運転時カウンターとを備えている。安全機構部 77は、さらに、上限累積実施回数と上限実施回数とを記録装置に記録している。安全機構部 77は、その累積実施回数がその上限累積実施回数に達したときに、強制的に燃料電池 1の動作を停止し、または、入出力装置を用いて燃料電池 1が通常運転を実行することができなヽことを示すアラームを発生する。安全機構部 77は、その実施回数がその上限実施回数に達したときに、強制的に燃料電池 1の動作を停止し、または、入出力装置を用いて燃料電池 1が通常運転を実行することができないことを示すアラームを発生する。そのアラームの発生は、燃料電池 1を搭載する電子機器が音源または表示装置を備えているときに、その音源または表示装置を用いて、燃料電池 1が通常運転を実行することができないことをユーザに認識可能に出力することが好ましい。

[0078] このような制御装置 2によれば、ユーザは、動作シーケンスデータベース 71を用いて予め手順を記憶装置に記録することにより、燃料電池 1の動作をその手順どおりに実行させることができる。

[0079] 図 5は、本発明による燃料電池運転方法の実施の形態を示している。燃料電池 1は、休止状態力も起動して電力を生成するときに、まず、起動運転を実行する (ステップ Sl)。すなわち、燃料電池 1は、燃料電池本体 5が低抵抗の内部電気負荷 15のみに接続するように負荷切換スィッチ 14を切り換えて、通常運転と同様の条件で液体燃料と酸化剤とを燃料電池本体 5に供給する。このとき、燃料電池 1は、酸化剤供給装置 4のバルブ 22を開き、ポンプ 54を動作させて、酸化剤流路 36に酸化剤を流通させる。燃料電池 1は、さらに、燃料流路 35が環境に接続するように流路抵抗 6の流路切換バルブ 29を切り換え、燃料供給装置 3のバルブ 25を開き、燃料供給装置 3のポンプ 26を動作させて、液体燃料を燃料流路 35に流通させる。燃料電池 1は、電圧計 7を用いて燃料電池本体 5の出力電圧を測定する。このとき、燃料電池本体 5が開回路状態のときにアノード 38で進む還元反応により生じた電子は、力ソード 39に移動し、力ソード 39の電位は、下がる。

[0080] なお、燃料電池 1は、起動運転で、燃料電池本体 5を内部電気負荷 15に代えて外部電気負荷 20に接続することもできる。し力しながら、起動運転では、燃料電池本体 5の出力電圧の安定性に問題があり、特に外部電気負荷 20が安定な供給電力を求める電子機器であるときに、燃料電池本体 5に外部電気負荷 20を接続するよりも内部電気負荷 15を接続する方が好ましい。

[0081] 燃料電池 1は、燃料電池本体 5の出力電圧 Vがほぼ一定値を示すようになったら、そのときの出力電圧 Vと閾値電圧 Vthとを比較する (ステップ S2)。燃料電池 1は、出力電圧 Vが閾値電圧 Vth以下のときに (ステップ S2、 NO)、回復運転を実行する。すなわち、燃料電池 1は、燃料電池本体 5に内部電気負荷 15のみを接続するように負荷切換スィッチ 14を切り換える。燃料電池 1は、さらに、酸化剤供給装置 4のポンプ 2 1を停止し、バルブ 22を閉じて、酸化剤を燃料電池本体 5に供給することを停止する。燃料電池 1は、さらに、燃料流路 35が流路抵抗体 27に接続するように流路抵抗 6 の流路切換バルブ 29を切り換え、燃料供給装置 3のノレブ 25を開き、燃料供給装置 3のポンプ 26を動作させて、燃料流路 35を流通する液体燃料の圧力を加圧する。

[0082] 力ソード触媒層 44に含まれる金属触媒は、休止中に、表面に酸ィヒ物もしくは水酸化物が形成され、または、表面に酸素が吸着される。回復運転では、その金属触媒の表面が還元され、金属触媒が再活性化される。

[0083] 燃料電池 1は、出力電圧 Vが所定の電圧 Vr (たとえば、 0. 3V)より小さくなると、起動運転を再度実行する。なお、燃料電池 1は、出力電圧 Vが OVになったときに、または、出力電圧 Vが OV状態を所定時間維持した後に、起動運転を再度実行することもできる。燃料電池 1は、出力電圧 Vが 0. 3V以下で所定の時間、すなわち時刻 t2から時刻 t3までに回復運転を実行すると、出力電圧の回復が顕著であり、それ以上続けても回復運転 1回当たりの出力電圧の回復効果が低下する。すなわち、 1回の回復運転を長くするよりも、時刻 t3で起動運転に戻し、再度回復運転を行う方が出力電圧の回復に要する時間は短く好まし、。

[0084] 燃料電池 1は、出力電圧 Vが閾値電圧 Vthより大きいときに (ステップ S2、 YES)、通常運転を実行する (ステップ S4)。通常運転は、燃料電池本体 5に外部電気負荷 2 0を接続する常用状態であり、たとえば、外部電気負荷 20が電子機器の場合にはその電子機器を使用している状態を示している。すなわち、燃料電池 1は、内部電気負荷 15に代えて外部電気負荷 20を燃料電池本体 5に接続するように負荷切換スイツチ 14を切り換え、所定の条件で液体燃料と酸化剤とを燃料電池本体 5に供給する。このとき、燃料電池 1は、酸化剤供給装置 4のバルブ 22を開き、ポンプ 54を動作させて、酸化剤流路 36に酸化剤を流通させる。燃料電池 1は、さらに、燃料流路 35が環境に接続するように流路抵抗 6の流路切換バルブ 29を切り換え、燃料供給装置 3のバルブ 25を開き、燃料供給装置 3のポンプ 26を動作させて、液体燃料を燃料流路 3 5に流通させる。

[0085] その回復運転は、アノード 38から固体電解質膜 37を透過し力ソード 39に浸透するクロスオーバーを積極的に発生させる。このために、回復運転は、燃料電池本体 5 ( 特に MEA37)に負担をかける。このような動作によれば、燃料電池 1は、燃料電池本体 5、 MEA37に過剰な負担力かかることを防止することができ、好ましい。起動運転を行わないで回復運転を行っても、力ソード触媒層 44の再活性化が図れず、燃料電池本体 5の出力電圧も回復しない。このような動作によれば、力ソード触媒層 44がより確実に再活性ィ匕される。

[0086] 本発明による燃料電池運転方法では、さらに、燃料電池 1が、実行されるすべての回復運転の累積実施回数を計数し、休止中から通常運転までに実行される回復運転の実施回数を計数する。燃料電池 1は、その累積実施回数が記憶装置に記録される上限累積実施回数に達したときに、強制的に燃料電池 1の動作を停止し、または、入出力装置を用いて燃料電池 1が通常運転を実行することができないことを示すアラームを発生する。燃料電池 1は、その実施回数が記憶装置に記録される上限実施回数に達したときに、強制的に燃料電池 1の動作を停止し、または、入出力装置を用いて燃料電池 1が通常運転を実行することができないことを示すアラームを発生する。そのアラームの発生は、燃料電池 1を搭載する電子機器が音源または表示装置を備えているときに、その音源または表示装置を用いて、燃料電池 1が通常運転を実行することができないことをユーザに認識可能に出力することが好ましい。

[0087] 図 6は、本発明による燃料電池運転方法が実行されている途中に、電圧計 7で測定される燃料電池本体 5の出力電圧を示している。その出力電圧 Vは、休止中から起動運転が開始される時刻 tOまで、 0Vを示している。出力電圧 Vは、起動運転が開始されると上昇して、その後に下降し、時間とともに不安定に変化する。出力電圧 Vは、その後に、その変化が一時的に止まり横ばいになる。燃料電池 1は、その横ばいになつたときの出力電圧 Vが閾値電圧 Vthより小さいときに、起動運転から回復運転に切り換える。

[0088] 燃料電池本体 5は、回復運転が開始されると酸化剤の供給が停止されて発電が停止し、出力電圧 Vは、回復運転が開始される時刻 tl以降に所定の電圧 Vrまで下降する。燃料電池 1は、回復運転で出力電圧 Vが所定の電圧 Vrより小さくなる時刻 t3 に、再度起動運転を開始する。出力電圧 Vは、起動運転が開始されると再度上昇して、その後に下降し、時間とともに不安定に変化する。出力電圧 Vは、その変化が一時的に止まり横ばいになる。燃料電池 1は、その横ばいになったときの出力電圧 Vが閾値電圧 Vthより小さいときに、起動運転から回復運転に切り換える。燃料電池 1は、その横ばいになったときの出力電圧 Vが閾値電圧 Vthより大きいときに、起動運転から通常運転に切り換える。

[0089] 本発明による燃料電池運転方法では、アノードに供給する燃料を加圧することにより積極的にクロスオーバーを発生させている。このため、燃料電池 1は、最後の起動運転で出力電圧 Vが閾値電圧 Vth以上に到達しても、その起動運転力直ちに通常発電に切り換えると出力電圧が不安定になる場合がある。このとき、燃料電池 1は、起動運転で出力電圧 Vが閾値電圧 Vth以上になった後に、さらに所定時間だけ起動運転をもう 1回だけ実行することにより、出力電圧が不安定になることを回避することができる。このような起動運転は、出力電圧の安定性を要求する電子機器が外部電気負荷の場合には望まし、。

[0090] 本発明による燃料電池運転方法における出力電圧回復メカニズムは、以下のように考察される。燃料電池本体 5を停止している間は、外部電気負荷 2も内部電気負荷 15も接続していないので、アノード 38と力ソード 39との間は開回路状態になる。電極反応（3)によりアノード 38で生成した電子は力ソード 39に移動せず、一方酸化剤流路 36には停止直後の酸化剤が残留しているので、力ソードの電位は上昇し、カソード触媒層 44を構成する触媒が酸化物等に変質する酸化電位を超える。この状態が維持されると、力ソード触媒層 44を構成する触媒は表面から順次変質する。燃料電池 1の運転開始直後に実行する起動運転により、アノード 38から力ソード 39に電子が移動するので、力ソードの電位が下がり、酸素原子または分子と水素イオンと電子とから水を生成する反応場が力ソード触媒層 44の表面に形成される。反応場が形成されても酸素を供給していると、電極反応 (4)の反応が進むので、力ソード触媒層 44の表面の低活性領域の回復はほとんど進行しない。負荷を内部電気負荷 15に切り換え過電流が流れる状態にして酸素の供給を断つことで、その低活性領域を構成する酸素が反応し得る電位まで下がり（時刻 t2でこの状態に達してヽると推察される。；)、低活性領域の酸素の消費が進む。さらに、液体燃料中の有機溶剤成分のクロスオーバーさせることで、力ソードにおいてもアノードと同じ反応、すなわち電極反応（3

)が起きるようになり、生成した水素イオンおよび電子とその低活性領域との反応が加速される。また、以上の結果、力ソード触媒層 44の表面の低活性領域の回復を迅速かつ確実に行うことができる。したがって、起動運転と回復運転とを逐次実施することがその低活性領域の回復には重要である。

[0091] 本発明による燃料電池の実施の他の形態は、既述の実施の形態における燃料供給装置 3が他の燃料供給装置に置換され、流路抵抗 6が削除されている。その燃料供給装置 51は、図 7に示されているように、燃料供給装置 51は、第 1燃料タンク 52と第 2燃料タンク 53とバルブ 54とポンプ 55とを備えている。第 1燃料タンク 52は、メタノール水溶液を貯留している。そのメタノール水溶液の濃度は、通常運転で燃料電池本体 5に供給されることに適した濃度である。第 2燃料タンク 53は、メタノール水溶液を貯留している。そのメタノール水溶液の濃度は、第 1燃料タンク 52に貯留されるメタノール水溶液の濃度をより大き、。

[0092] バルブ 54は、制御装置 2に情報伝達可能に接続され、制御装置 2に制御されて第 1燃料タンク 52または第 2燃料タンク 53の一方をポンプ 55に接続する。ポンプ 55は、制御装置 2に情報伝達可能に接続され、制御装置 2に制御されてバルブ 54を通過するメタノール水溶液を加圧して燃料電池本体 5に供給する。

[0093] 本発明による燃料電池運転方法の実施の他の形態は、このような燃料供給装置 51 が適用される燃料電池 1により実行され、既述の実施の形態における燃料電池運転方法で液体燃料を燃料電池本体 5に供給する動作が他の動作に置換されている。すなわち、燃料電池 1は、休止状態力起動して電力を生成するときに、まず、起動運転を実行する。このとき、燃料電池 1は、燃料電池本体 5が低抵抗の内部電気負荷 15のみに接続するように負荷切換スィッチ 14を切り換えて、通常運転と同様の条件で液体燃料と酸化剤とを燃料電池本体 5に供給する。このとき、燃料電池 1は、酸ィ匕剤供給装置 4のバルブ 22を開き、ポンプ 54を動作させて、酸化剤流路 36に酸化剤を流通させる。燃料電池 1は、さらに、第 1燃料タンク 52がポンプ 55に接続するように燃料供給装置 51のバルブ 54を切り換え、燃料供給装置 51のポンプ 55を動作させて、液体燃料を燃料流路 35に流通させる。燃料電池 1は、電圧計 7を用いて燃料電池本体 5の出力電圧を測定する。このとき、燃料電池本体 5が開回路状態のときにァノード 38で進む還元反応により生じた電子は力ソード 39に移動し、力ソード 39の電位は下がる。

[0094] 燃料電池 1は、燃料電池本体 5の出力電圧 Vがほぼ一定値を示すようになったら、そのときの出力電圧 Vと閾値電圧 Vthとを比較する。燃料電池 1は、出力電圧 Vが閾値電圧 Vth以下のときに、回復運転を実行する。すなわち、燃料電池 1は、燃料電池本体 5に内部電気負荷 15のみを接続するように負荷切換スィッチ 14を切り換える。燃料電池 1は、さらに、酸化剤供給装置 4のポンプ 21を停止し、バルブ 22を閉じて、酸化剤を燃料電池本体 5に供給することを停止する。燃料電池 1は、さらに、第 2燃料タンク 53がポンプ 55に接続するように燃料供給装置 51のノレブ 54を切り換え、燃料供給装置 51のポンプ 55を動作させて、高濃度のメタノール水溶液を燃料流路 3 5に流通する。このように高濃度の液体燃料が燃料流路 35を流通すると、力ソード 39 にクロスオーバーする有機燃料成分量が増大し、既述の実施の形態における燃料供給装置 3を備える燃料電池 1と同様の効果が得られる。

[0095] 力ソード触媒層 44に含まれる金属触媒は、休止中に、表面に酸ィヒ物もしくは水酸化物が形成され、または、表面に酸素が吸着される。回復運転では、その金属触媒の表面が還元され、金属触媒が再活性化される。

[0096] 燃料電池 1は、出力電圧 Vが所定の電圧 Vr (たとえば、 0. 3V)より小さくなると、起動運転を再度実行する。なお、燃料電池 1は、出力電圧 Vが OVになったときに、または、出力電圧 Vが OV状態を所定時間維持した後に、起動運転を再度実行することもできる。

[0097] 燃料電池 1は、出力電圧 Vが閾値電圧 Vthより大きいときに、通常運転を実行する。通常運転は、燃料電池本体 5に外部電気負荷 20を接続する常用状態であり、たとえば、外部電気負荷 20が電子機器の場合にはその電子機器を使用している状態を示している。すなわち、燃料電池 1は、内部電気負荷 15に代えて外部電気負荷 20を燃料電池本体 5に接続するように負荷切換スィッチ 14を切り換え、所定の条件で液体燃料と酸化剤とを燃料電池本体 5に供給する。このとき、燃料電池 1は、酸化剤供給装置 4のバルブ 22を開き、ポンプ 54を動作させて、酸化剤流路 36に酸化剤を流通させる。燃料電池 1は、さらに、第 1燃料タンク 52がポンプ 55に接続するように燃料供給装置 51のバルブ 54を切り換え、燃料供給装置 51のポンプ 55を動作させて、液体燃料を燃料流路 35に流通させる。

[0098] なお、燃料供給装置 51は、バルブ 54を用いて第 1燃料タンク 52と第 2燃料タンク 5 3とにそれぞれ貯留される複数の液体燃料の混合比を変えて燃料電池本体 5に供給することもできる。このとき、第 1燃料タンク 52は、低濃度の液体燃料 (たとえば、水）を貯留し、第 2燃料タンク 53は、高濃度の液体燃料 (たとえば、メタノール)を貯留する。燃料供給装置 51は、複数の燃料タンクに貯留された液体燃料をさらに混合する混合タンクを備えることが濃度の均一化を図る点で好ましい。さらに、燃料電池 1は、既述の実施の形態における流路抵抗 6を備え、回復運転で有機燃料成分濃度の高!ヽ液体燃料を加圧して供給する方法を適宜併用することもできる。

[0099] 本実施の形態における燃料電池は、有機燃料成分濃度の高ヽ液体燃料を供給することにより、有機燃料成分のクロスオーバーを積極的に発生させる。電極一電解質接合体 34を構成する固体高分子電解質の液体燃料に対する透過性は、液体燃料中の有機燃料成分濃度の増大と共に増大する。本実施の形態ではこの透過特性を利用している。

[0100] その透過特性は、どの固体高分子電解質でも少な力もず見られるが、固体高分子電解質の種類に依存する。通常発電時よりもいくらか高い濃度 (例えば 5〜10%高い濃度)の液体燃料を供給すると有機燃料成分の透過量が急激に増大する固体高分子電解質を、電極電解質接合体 34が含んでいると、回復運転時にはクロスォーバーを高め、通常発電時にはクロスオーバーを抑えるという制御が容易になるので好適である。その電解質膜は、エーテル結合を有する芳香族系ポリマーを含む材料から形成されることがクロスオーバーを制御する上で優れている。また、固体高分子電解質以外の物質を電極電解質接合体 34に含有させることで、クロスオーバーの制御性を高めてもよい。これを実現する物質としては、スルホン酸基含有スチレンージビュルベンゼン系ポリマーが例示される。また、アノード 38と固体電解質膜 37とカソード 39とで異なる固体高分子電解質を含有させることで、クロスオーバーの制御性を高めてもよい。

[0101] 本発明による燃料電池の実施のさらに他の形態は、既述の実施の形態における燃料供給装置 3が他の燃料供給装置に置換され、流路抵抗 6が削除され、ヒータと温度計とを備えている。その燃料供給装置 51は、図 8に示されているように、燃料供給装置 51は、第 1燃料タンク 52と第 2燃料タンク 53とバルブ 54とポンプ 55とを備えている。第 1燃料タンク 52は、メタノール水溶液を貯留している。そのメタノール水溶液の濃度は、通常運転で燃料電池本体 5に供給されることに適した濃度である。第 2燃料タンク 53は、メタノール水溶液を貯留している。そのメタノール水溶液の濃度は、第 1 燃料タンク 52に貯留されるメタノール水溶液の濃度をより大きい。

[0102] バルブ 54は、制御装置 2に情報伝達可能に接続され、制御装置 2に制御されて第 1燃料タンク 52または第 2燃料タンク 53の一方をポンプ 55に接続する。ポンプ 55は、制御装置 2に情報伝達可能に接続され、制御装置 2に制御されてバルブ 54を通過するメタノール水溶液を加圧して燃料電池本体 5に供給する。

[0103] そのヒータ 60は、燃料電池本体 5の固体電解質膜 37の近傍に配置され、情報伝達可能に制御装置 2に接続されている。ヒータ 60は、制御装置 2により制御されて固体電解質膜 37を加熱する。なお、ヒータ 60は、燃料電池本体 5に液体燃料を供給する配管に配置されることもできる。このとき、ヒータ 60は、燃料電池本体 5に供給される直前の液体燃料を加熱することにより、固体電解質膜 37を加熱する。

[0104] その温度計 61は、燃料電池本体 5の燃料流路 35内のアノード 38表面に配置され、または、酸化剤流路 36内の力ソード表面に配置されている。温度計 61は、さらに、電線 62を介して情報伝達可能に制御装置 2に接続されている。温度計 61は、固体電解質膜 37の温度を測定し、その温度を制御装置 2に出力する。なお、温度計 61 は、固体電解質膜 37の近傍以外の固体電解質膜 37の温度と相関性の高い温度が測定可能な位置に配置されることもでき、たとえば、燃料流路 35に配置されることもできる。制御装置 2は、温度計 61が何らかの事情で取り付けられないときに、高周波センサを用いて高周波の応答を測定するなどの手法で固体電解質膜 37のプロトン伝導性をモニターし、その測定結果力も温度を推定することもできる。

[0105] 図 9は、本発明による燃料電池運転方法の実施のさらに他の形態を示している。その燃料電池運転方法は、ヒータ 60が適用される本実施の形態における燃料電池 1により実行される。燃料電池 1は、休止状態力起動して電力を生成するときに、まず、起動運転を実行する (ステップ S 11)。このとき、燃料電池 1は、燃料電池本体 5が低抵抗の内部電気負荷 15のみに接続するように負荷切換スィッチ 14を切り換えて、通常運転と同様の条件で液体燃料と酸化剤とを燃料電池本体 5に供給する。このとき、燃料電池 1は、酸化剤供給装置 4のノレブ 22を開き、ポンプ 54を動作させて、酸ィ匕剤流路 36に酸化剤を流通させる。燃料電池 1は、さらに、第 1燃料タンク 52がポンプ 55に接続するように燃料供給装置 51のバルブ 54を切り換え、燃料供給装置 51のポンプ 55を動作させて、液体燃料を燃料流路 35に流通させる。燃料電池 1は、電圧計 7を用いて燃料電池本体 5の出力電圧を測定し、温度計 61を用いて固体電解質膜 3 7の温度を測定する。このとき、燃料電池本体 5の停止中にアノード 38で進む還元反応により生じた電子は力ソード 39に移動し、力ソード 39の電位は下がる。

[0106] 燃料電池 1は、燃料電池本体 5の出力電圧 Vがほぼ一定値を示すようになったら、そのときの出力電圧 Vと閾値電圧 Vthとを比較する。燃料電池 1は、出力電圧 Vが閾値電圧 Vth以下であり（ステップ S 12、 NO)、かつ、固体電解質膜 37の温度 Tcが回復運転温度 Tr未満のときに (ステップ S13、 NO)、昇温運転を開始する (ステップ S1 4)。ここで、回復運転温度 Trは、燃料電池本体 5の通常発電時の上限温度 Thと ME Aの限界温度 Tuとを用いて、次式：

Th+ 5≤Tr≤Tu- 5

により表現される条件を満たす値に設定される。なお、回復運転温度 Trは、次式： Th+ 10≤Tr≤Tu- 10

により表現される条件を満たすように設定されることがさらに望ましい。たとえば、携帯用電子機器に搭載する燃料電池装置においては、上限温度 Thが 40°C〜60°C、限界温度 Tuが 60°C〜80°Cである。燃料電池 1は、昇温運転で、ヒータ 60を用いて固体電解質膜 37を回復運転温度 Trになるまで加熱する。

[0107] 燃料電池 1は、出力電圧 Vが閾値電圧 Vth以下であり（ステップ S12、 NO)、かつ、固体電解質膜 37の温度 Tcが回復運転温度 Trより大きいときに (ステップ S13、 YES )、または、昇温運転の後に、回復運転を実行する (ステップ S 15)。すなわち、燃料電池 1は、燃料電池本体 5に内部電気負荷 15のみを接続するように負荷切換スイツチ 14を切り換える。燃料電池 1は、さらに、酸化剤供給装置 4のポンプ 21を停止し、バルブ 22を閉じて、酸化剤を燃料電池本体 5に供給することを停止する。燃料電池 1 は、さらに、第 2燃料タンク 53がポンプ 55に接続するように燃料供給装置 51のバルブ 54を切り換え、燃料供給装置 51のポンプ 55を動作させて、高濃度のメタノール水溶液を燃料流路 35に流通する。

[0108] なお、燃料電池 1は、既述の実施の形態における流路抵抗 6を備え、回復運転で有機燃料成分の濃度が高い液体燃料を加圧して供給する方法を適宜併用することちでさる。

[0109] 力ソード触媒層 44に含まれる金属触媒は、休止中に、表面に酸ィヒ物もしくは水酸化物が形成され、または、表面に酸素が吸着される。回復運転では、その金属触媒の表面が還元され、金属触媒が再活性化される。

[0110] 燃料電池 1は、出力電圧 Vが所定の電圧 Vr (たとえば、 0. 3V)より小さくなると、起動運転を再度実行する (ステップ S 11)。なお、燃料電池 1は、出力電圧 Vが OVになつたときに、または、出力電圧 Vが OV状態を所定時間維持した後に、起動運転を再度実行することもできる。

[0111] 燃料電池 1は、出力電圧 Vが閾値電圧 Vthより大きく（ステップ S12、 YES)、かつ、固体電解質膜 37の温度 Tcが燃料電池本体 5の通常発電時の上限温度 Thより大きいときに (ステップ S16、 NO)、起動運転を再度実行する (ステップ SI 1)。

[0112] 燃料電池 1は、出力電圧 Vが閾値電圧 Vthより大きく（ステップ S12、 YES)、かつ、固体電解質膜 37の温度 Tcが燃料電池本体 5の通常発電時の上限温度 Thより小さいときに (ステップ S16、 YES)、通常運転を実行する (ステップ S17)。通常運転は、燃料電池本体 5に外部電気負荷 20を接続する常用状態であり、たとえば、外部電気負荷 20が電子機器の場合にはその電子機器を使用している状態を示している。すなわち、燃料電池 1は、内部電気負荷 15に代えて外部電気負荷 20を燃料電池本体 5に接続するように負荷切換スィッチ 14を切り換え、所定の条件で液体燃料と酸化剤とを燃料電池本体 5に供給する。このとき、燃料電池 1は、酸化剤供給装置 4のバルブ 22を開き、ポンプ 54を動作させて、酸化剤流路 36に酸化剤を流通させる。燃料電池 1は、さらに、第 1燃料タンク 52がポンプ 55に接続するように燃料供給装置 51のバルブ 54を切り換え、燃料供給装置 51のポンプ 55を動作させて、液体燃料を燃料流路 35に流通させる。

[0113] 本実施の形態では、固体電解質膜 37の温度を通常発電時よりも高めることにより、電解質膜の有機燃料成分透過性高め、有機燃料成分のクロスオーバーを積極的に発生させる。固体電解質膜 37の温度を高めると、有機燃料成分の電解質膜内の拡散速度が増大するので、有機燃料成分のクロスオーバーを積極的に発生させることができる。さら〖こ、温度に応じて有機燃料成分の透過性が増大する物質を固体電解質膜 37が含んでいると、加温によるクロスオーバーが促進される。特に、通常発電時よりも若干高い温度 (例えば 5〜10°C高い温度）になると有機燃料成分の透過性が急激に増大する物質を固体電解質膜 37が含んでいると、回復運転時にはクロスォ一バーを発生させ、通常発電時にはクロスオーバーを抑えると!、う制御が容易になるので好適である。電解質膜は、芳香族系ポリマーを含む材料力も形成されることがクロスオーバーを制御する上で優れて、る。

[0114] なお、燃料電池は、昇温運転のときに、ヒータ 60を用いないで固体電解質膜 37を加熱することもできる。このとき、燃料電池は、有機燃料成分濃度の高い燃料を燃料電池本体 5に供給することで多くの反応熱を発生させ、その反応熱で固体電解質膜 37を加熱する。このような反応熱を利用する加熱方法は、燃料電池に加熱手段を備える必要がなく好適である。

[0115] 図 10は、図 9の動作が実行されるときに温度計 61で測定される MEA表面温度 Tc の変化を実線で示している。起動運転では、低抵抗の内部電気負荷 15を接続した状態がアノード 38と力ソード 39とが短絡された状態となるので、過電流が流れ、外部電気負荷 20を接続したときよりも反応熱が大きくなる。このため、 MEA表面温度 Tc は、初回の起動運転が開始される時刻 tl 1から初回の昇温運転が開始される時刻 tl 2まで迅速に上昇する。その昇温運転は、有機燃料成分濃度の高い燃料を燃料電池本体 5に供給することで固体電解質膜 37を加熱する運転である。昇温運転では、高濃度燃料を供給する点を除くと起動運転と同じ条件で運転するので、起動運転よりも大きな反応熱が発生する。このため、 MEA表面温度 Tcは、時刻 tl 2から初回の回復運転が開始される時刻 13まで上昇する。

[0116] 回復運転時には、酸化剤を供給しないので、燃料流通による燃料電池本体 5からの放熱が反応熱を上回る。このため、 MEA表面温度 Tcは、やや下がる。起動運転から昇温運転に切り換わると、起動運転時よりも温度上昇率が大きくなる。このため、 MEA表面温度 Tcは、やや下がる。 2回目の起動運転に切り換えると、再度反応熱が大きくなる。このため、 MEA表面温度 Tcは、 2回目の起動運転が開始される時刻 t 21から再び上昇する。

[0117] 出力電圧 Vが閾値電圧 Vth以上にならないで、温度 Tcが回復運転温度 Tr未満に下がっているときには、 2回目の昇温運転が実行される。このため、 MEA表面温度 T cは、 2回目の昇温運転が開始される時刻 t22からも上昇する。 MEA表面温度 Tcは、さらに、 2回目の回復運転が開始される時刻 t23から 3回目の起動運転が開始される時刻 t31まで下降する。時刻 t31以降に出力電圧 Vが閾値電圧 Vth以上であり、かつ温度 Tcが上限温度 Th以下であるときに、通常運転が実行される。

[0118] 本実施の形態では、上限温度 Th以上の温度に MEAを昇温し、積極的にクロスォ一バーを発生させているため、最後の起動運転で出力電圧 Vが閾値電圧 _Vth以上であり、かつ温度 Tcが上限温度 Th以下であっても、直ちに通常発電に切り換えると出力電圧が不安定になる場合がある。これを回避するために、最後の起動運転は、出力電圧 Vが閾値電圧 Vth以上でかつ温度 Tcが上限温度 Th以下になった後さらに所定時間、当該運転を続けてもよい。こうすることは、出力電圧の安定性を要求する電子機器が外部電気負荷の場合には望まし、。

[0119] 通常運転への切り換え直後は、燃料流路 35に高濃度燃料が残留しているので、 M EA表面温度 Tcはー且上るがやがて徐々に下がる。最終的には、燃料および酸ィ匕剤の流通による燃料電池本体 5からの放熱と反応熱とがバランスし、温度 Tcは上限温度 Thよりも低い温度でほぼ安定する。なお、起動運転において内部電気負荷 15 に代え外部電気負荷 20を接続しても起動運転および昇温運転としての機能は果たし得る。し力しながら、 MEAの昇温に要する時間を短縮し短時間に出力電圧を回復させるためには、起動運転および昇温運転時には内部電気負荷 15を接続する方が好ましい。

[0120] 図 10は、さらに、起動運転から直接通常運転を実行する比較例 1の MEA表面温度 Tcの変化を点線で示し、運転開始と同時に通常発電を実行する比較例 2の MEA 表面温度 Tcの変化を一点鎖線で示している。比較例 1では、 MEA表面温度 Tcは、初回の起動運転が開始される時刻 ti lから通常運転が開始される時刻 tl3まで上昇し、時刻 tl3以降に燃料および酸化剤の流通による燃料電池本体 5からの放熱と反応熱とがバランスしたところでほぼ安定する。比較例 2では、運転開始と同時に外部電気負荷 20を接続するので、徐々に温度が上昇し、燃料および酸化剤の流通による燃料電池本体 5からの放熱と反応熱とがバランスしたところでほぼ安定する。

[0121] 図 11は、図 9の動作が実行されるときに電圧計 7で測定される燃料電池本体 5の出力電圧を示している。出力電圧 Vは、時刻 ti lからしばらくの間は、温度上昇と共に上昇し、閾値電圧 Vthに達する前に飽和する。燃料電池は、温度 Tcが回復運転温度 Trに満たないときに、時刻 tl 2で昇温運転に切り換える。出力電圧 Vは、温度 Tc が上限温度 Thに到達するあたりから、有機燃料成分のクロスオーバー急に増大するために、低下し始める。燃料電池は、温度 Tcが回復運転温度 Trに到達すると回復運転に切り換える。このため、出力電圧は、時刻 tl 3から急激に下降する。出力電圧 Vは、回復運転を続けると、やがてほぼ OVになる力燃料電池は、 0. IVになった時刻 t21で 2回目の起動運転を実行する。このため、出力電圧 Vは、時刻 t21から上昇する。

[0122] 本発明による燃料電池の実施のさらに他の形態は、既述の実施の形態における燃料供給装置 3が他の燃料供給装置に置換されている。その燃料供給装置は、互いに燃料の濃度が異なる複数 (3種類以上)の液体燃料を燃料電池本体 5に供給することができる。

[0123] このとき、その燃料供給装置は、その複数の液体燃料をそれぞれ貯留する複数のタンクと切換バルブとを備えている。その切換バルブは、制御装置 2に制御されて、その複数のタンクのうちの 1つを燃料電池本体 5の燃料流路 35に接続する。または、その燃料供給装置は、低濃度の液体燃料 (たとえば、水)を貯留する低濃度液体燃料タンクと、高濃度の液体燃料 (たとえば、メタノール)を貯留する高濃度液体燃料タンクと、混合バルブとを備えている。その混合バルブは、制御装置 2に制御されて、その低濃度液体燃料タンクとその高濃度液体燃料タンクとにそれぞれ貯留される 2つの液体燃料の混合比を変えて燃料電池本体 5に供給する。

[0124] 本発明による燃料電池運転方法の実施のさらに他の形態は、このような燃料供給装置を備える燃料電池により実行され、既述の実施の形態における燃料電池運転方法の回復運転が他の回復運転に置換されて!、る。既述の実施の形態における回復運転は、繰り返し実行されたときに、それぞれ、同じ濃度'圧力で液体燃料を燃料電池本体 5に供給する。本実施の形態における回復処理は、繰り返し実行されるときに、最初に燃料電池本体 5の負担が小さくなるように実行し、次にその負担が前回に実行された回復処理より大きくなるように実行する。

[0125] すなわち、その燃料電池は、休止状態の後に実行された回復運転の回数を計数し、回復運転のときにその回数が大きいほど燃料の濃度が大きくなるように液体燃料を燃料電池本体 5に供給する。なお、その燃料電池は、回復運転のときにその回数が大きいほど圧力が大きくなるように液体燃料を燃料電池本体 5に供給することもできる。さらに、その燃料電池は、回復運転のときにその回数が大きいほど燃料の濃度と圧力とが大きくなるように液体燃料を燃料電池本体 5に供給する。

[0126] このような動作によれば、 MEAの負担を軽減することができる。

[0127] (実施例 1)

実施例 1における MEAは、アノードにカーボンペーパーにカーボン担持 Ru— Pt 触媒と「Nafion」との混合物を塗布したものを用い、力ソードにカーボンペーパーにカーボン担持 Pt触媒と「Nafion」との混合物を塗布したものを用いた。実施例 1における MEAは、これらの電極でプロトン伝導体である「Nafion膜」を挟みホットプレスして作製される。その MEAを組み込んだ燃料電池セルを作製し、アノード側流路に 10 wt. %のメタノール水溶液を、力ソード側流路に空気を供給しその燃料電池セルを発電させた。それぞれの供給量は最大発電量に必要量の 2倍および 10倍とした。なお、以下発電時は燃料供給を同じ条件とした。）その後すベてのバルブを閉じ、ァノード側にメタノール水溶液が満たされた状態で燃料電池セルを一昼夜休止保管した。保管後燃料電池セルの状態を観察したところ、アノード側には燃料が満たされており、また力ソード表面には水滴が多数付着していた。引き続きすべてのノレブを開けそのと同じ条件で燃料電池セルを発電させたが、前日よりも出力が低下していた。すなわち、アノードをメタノール水溶液で満たしていても、また電極や電解質膜が湿潤状態にあっても、休止保管すると燃料電池セルの出力は低下することがわ力つた。この後、本発明による回復処理を行った。具体的には、その発電後、開回路状態で空気の供給を 2分間停止させた。このとき開回路電圧は 0. 2Vまで低下した。その回復処理の後、空気を供給して再び燃料電池セルを発電させたところ、出力は前日と同程度の値にまで回復した。比較例として上記と同様にして一昼夜休止保管した燃料電池セルにぉ、て、その保管後空気の供給を停止してメタノール水溶液のみを先に 20分間供給した後、力ソードに空気を供給し発電を行ったが、出力は低下したままであった。

図 12は、その燃料電池における処理の時間経過の一例を示している。ここで使用された燃料電池には、時間監視ユニットが追加されている。また使用された MEAは、実施例 1と同様に形成されている。さらに本実施例における燃料電池は、一定時間発電した後、燃料電池本体のアノード側に水を満たし、さらに酸化剤供給制御ュ-ットを使って力ソード側の空気を遮断した上で、一昼夜保管したものである。その燃料電池は、（1)にお、て無負荷の状態でメタノール水溶液燃料と空気の供給が開始され、（2)において本発明の中心となる回復処理が開始された。具体的には、酸化剤供給装置により力ソードへの空気を遮断した後に、内部負荷により燃料電池本体の電圧が 0. 3V以下に保持し負荷運転を行った。但し、最大電流は、内部負荷の容量により制限されている。また、外部負荷には電力を供給していない。その燃料電池は、電圧計により燃料電池本体の電圧が 0. IVに到達したのが確認された後に ((3))、その時間監視ユニットにより経過時間のカウントが開始される。制御装置 2に予め記憶された時間が経過した後 ((4))、内部負荷 8による負荷運転が停止され、さらに酸化剤供給装置により力ソードへの空気の供給が再開された。最後に電圧監視ユニットにより開放電圧の安定が確認された後、負荷制御ユニットにより外部電気負荷への電力供給が開始された ((5))。図 13は、図 12のようにして処理が行われた燃料電池の出力特性を示している。その出力特性は、休止保管後の出力特性は保管前の出力とほぼ一致していることを示し、本発明による燃料電池運転方法が燃料電池の出力特性が劣化することを防止することを示してヽる。

Claims

請求の範囲

[1] 燃料と酸化剤とを化学反応させて電力を生成する燃料電池本体と、

燃料供給装置と、

を具備し、

前記燃料供給装置は、

前記電力を外部の負荷に供給する通常運転のときに前記燃料を含有する液体燃料を前記燃料電池本体に供給し、

前記燃料電池本体が負荷に接続されて、な、休止状態の後に実行される回復運転のときに前記燃料電池本体が備える電極が還元するように前記液体燃料を前記燃料電池本体に供給する

燃料電池。

[2] 請求の範囲 1に記載された燃料電池であって、

前記燃料供給装置は、前記通常運転のときに前記液体燃料を通常圧力で前記燃料電池本

体に供給し、前記回復運転のときに前記回復液体燃料を前記通常圧力より大きい回復圧力

で前記燃料電池本体に供給する

燃料電池。

[3] 請求の範囲 2に記載された燃料電池であって、

更に、

前記通常運転のときに前記液体燃料を前記燃料電池本体力排出し、前記回復運転のと

きに前記液体燃料が前記燃料電池本体力排出されないように力を作用する流路抵抗、

を具備する

燃料電池。

[4] 請求の範囲 1乃至 3のいずれかに記載された燃料電池であって、

前記液体燃料は、通常液体燃料と、

前記燃料の濃度が前記通常液体燃料より大きい回復液体燃料と、を含み、

前記燃料供給装置は、前記通常運転のときに前記通常液体燃料を前記燃料電池本体に供

給し、前記回復運転のときに前記回復液体燃料を前記燃料電池本体に供給する燃料電池。

[5] 請求の範囲 4に記載された燃料電池であって、

前記燃料供給装置は、

前記通常液体燃料を貯留する通常タンクと、

前記回復液体燃料を貯留する回復タンクと、

前記通常タンクまたは前記回復タンクの一方を前記燃料電池本体に接続するバノレノレと、

を有している

燃料電池。

[6] 請求の範囲 4に記載された燃料電池であって、

前記燃料供給装置は、

低濃度液体燃料を貯留する低濃度液体燃料タンクと、

前記燃料の濃度が前記低濃度液体燃料より大きい高濃度液体燃料を貯留する高濃度液体燃料タンクと、

前記通常液体燃料または前記回復液体燃料の一方を前記低濃度液体燃料と前記高濃度液体燃料とを混合して生成するバルブと、

を有する

燃料電池。

[7] 請求の範囲 1乃至 6のいずれかに記載された燃料電池であって、

更に、

前記通常運転のときに前記酸化剤を含有する酸化剤ガスを前記燃料電池本体に供給し、前記回復運転のときに前記酸化剤ガスの供給を前記通常運転のときょり低減する酸化剤供

給装置

を具備する燃料電池。

[8] 請求の範囲 1乃至 7のいずれかに記載された燃料電池であって、

更に、

前記燃料電池本体が備える電解質膜の温度を測定する温度計、

を具備し、

前記回復運転は、前記温度が所定の温度より大きいときに実行される燃料電池。

[9] 請求の範囲 8に記載された燃料電池であって、

更に、

前記温度が前記所定の温度より大きいときに前記電解質膜を加熱するヒータ、を具備する

燃料電池。

[10] 請求の範囲 1乃至 9のいずれかに記載された燃料電池であって、

更に、

前記回復運転のときに前記電力を消費する内部負荷

を具備する

燃料電池。

[11] 請求の範囲 1乃至 10のいずれかに記載された燃料電池であって、

更に、

前記回復運転のときに前記外部負荷に電力を供給する補助電源

を具備する

燃料電池。

[12] 請求の範囲 2又は 3に記載された燃料電池であって、

更に、

前記休止状態の後に前記回復運転が実行された回数を計数するカウンタ、を具備し、前記燃料供給装置は、前記回復運転のときに前記回数が大きいほど前記燃料の濃度が大

きくなるように前記回復液体燃料を前記燃料電池本体に供給する

燃料電池。

[13] 請求の範囲 4乃至 6の、ずれかに記載された燃料電池であって、

更に、

前記休止状態の後に前記回復運転が実行された回数を計数するカウンタ、を具備し、

前記燃料供給装置は、前記回復運転のときに前記回数が大きいほど圧力が大きくなるように前記回復液体燃料を前記燃料電池本体に供給する

燃料電池。

[14] 請求の範囲 1乃至 13のいずれかに記載された燃料電池と、

前記外部の負荷と、

を具備する

電子機器。

[15] 燃料を含有する液体燃料と酸化剤とを用いて電力を生成する燃料電池本体を用いて実行される燃料電池運転方法であり、

前記燃料電池本体が負荷に接続されて、な、休止状態の後で開始される起動運転と、

前記起動運転が実行された後に、前記燃料電池本体が備える電極が還元するように^記

液体燃料を前記燃料電池本体に供給する回復運転と、

前記電力を外部の負荷に供給する通常運転と、

を具備する

燃料電池運転方法。

[16] 請求の範囲 15に記載された燃料電池運転方法であって、

前記液体燃料のうちの前記回復運転のときに前記燃料電池本体に供給される回復液体燃料の圧力は、前記液体燃料のうちの前記通常運転のときに前記燃料電池本体に供給される

通常液体燃料の圧力より大きい

燃料電池運転方法。

[17] 請求の範囲 15に記載された燃料電池運転方法であって、

前記液体燃料のうちの前記回復運転のときに前記燃料電池本体に供給される回復液体燃料の前記燃料の濃度は、前記液体燃料のうちの前記通常運転のときに前記燃料電池本体に供給される通常液体燃料の前記燃料の濃度より大きい

燃料電池運転方法。

[18] 請求の範囲 15に記載された燃料電池運転方法であって、

前記液体燃料のうちの前記回復運転のときに前記燃料電池本体に供給される回復液体燃

料の前記燃料の濃度は、前記液体燃料のうちの前記通常運転のときに前記燃料電池本体に

供給される通常液体燃料の前記燃料の濃度より大きぐ

前記回復液体燃料の圧力は、前記通常液体燃料の圧力より大きい

燃料電池運転方法。

[19] 請求の範囲 15乃至 18のいずれかに記載された燃料電池運転方法であって、前記液体燃料のうちの前記起動運転のときに前記燃料電池本体に供給される起動液体燃料の前記燃料の濃度は、前記液体燃料のうちの前記通常運転のときに前記燃料電池本体に供給される通常液体燃料の前記燃料の濃度と概ね等しい燃料電池運転方法。

[20] 請求の範囲 15乃至 19の、ずれかに記載された燃料電池運転方法であって、前記液体燃料のうちの前記起動運転のときに前記燃料電池本体に供給される起動液体燃料の圧力は、前記液体燃料のうちの前記通常運転のときに前記燃料電池本体に供給される通常液体燃料の圧力と概ね等しい

燃料電池運転方法。

[21] 請求の範囲 15乃至 20のいずれかに記載された燃料電池運転方法であって、前記回復運転は、前記起動運転で前記燃料電池本体の出力電圧が閾値電圧より小さいときに実行される

燃料電池運転方法。

[22] 請求の範囲 15乃至 21のいずれかに記載された燃料電池運転方法であって、更に、

前記回復運転で前記燃料電池本体の出力電圧が所定の電圧より小さくなるときに実行さ

れる他の起動運転、

を具備し、

前記回復運転は、前記他の起動運転で前記出力電圧が前記閾値電圧より小さいときに更に実行され、

前記通常運転は、前記他の起動運転で前記出力電圧が前記閾値電圧より大きいときに実行される

燃料電池運転方法。

[23] 請求の範囲 15乃至 22のいずれかに記載された燃料電池運転方法であって、前記回復液体燃料の前記燃料の濃度は、前記休止状態の後に前記回復運転が実行された回数が大きヽ程大きヽ

燃料電池運転方法。

[24] 請求の範囲 15乃至 23のいずれかに記載された燃料電池の運転方法であって、前記回復液体燃料の圧力は、前記休止状態の後に前記回復運転が実行された回数が大きい程大きい

燃料電池運転方法。

[25] 請求の範囲 15乃至 24のいずれかに記載された燃料電池運転方法であって、更に、

前記起動運転で前記燃料電池本体が備える電解質膜の温度が所定温度より低いときに実

行される昇温運転、

を具備し、前記回復運転は、前記温度が前記所定温度より高いときに実行される燃料電池運転方法。

[26] 請求の範囲 25に記載された燃料電池運転方法であって、

前記昇温運転は、記燃料の濃度が前記起動液体燃料の前記燃料の濃度より大きい己被

体燃料を前記燃料電池本体に供給することにより前記電解質膜を加熱する燃料電池運転方法。

[27] 請求の範囲 25に記載された燃料電池運転方法であって、

前記燃料電池は、ヒータを備え、

前記昇温運転は、前記ヒータを用いて前記電解質膜を加熱する

燃料電池運転方法。

[28] 請求の範囲 25乃至 27の、ずれかに記載された燃料電池運転方方法であって、前記通常運転は、前記温度が前記所定温度より高いときに実行される

燃料電池運転方法。

[29] 請求の範囲 15乃至 28のいずれかに記載された燃料電池運転方法であって、前記通常運転は、前記外部負荷に前記電力を供給しないで内部負荷に前記電力を供給する

燃料電池運転方法。

[30] 請求の範囲 15乃至 29のいずれかに記載された燃料電池運転方法であって、前記通常運転は、前記休止状態の後に前記回復運転が所定の回数以上に実行されたときに実行されない

燃料電池運転方法。

[31] 請求の範囲 15乃至 29のいずれかに記載された燃料電池運転方法であって、前記休止状態の後に前記回復運転が所定の回数以上に実行されたときにユーザに認識可

能に警告する

燃料電池運転方法。

[32] 請求の範囲 15乃至 31の、ずれかに記載された燃料電池運転方法であって、前記通常運転は、前記回復運転が所定の回数以上に実行されたときに実行されない

燃料電池運転方法。

請求の範囲 15乃至 31のいずれかに記載さえた燃料電池運転方法であって、前記回復運転が所定の回数以上に実行されたときにユーザに認識可能に警告する

燃料電池運転方法。