JPH10223249A - 燃料電池装置および燃料電池装置の流路凍結防止方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 燃料電池から排出される排ガス流路内におい
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。 【解決手段】 燃料電池装置１０は、メタノール添加路
６６を備えている。メタノール添加路６６は、燃料電池
に供する燃料ガスを生成するための原燃料であるメタノ
ールを貯留するメタノールタンク１３と、燃料電池２０
から排出された酸化排ガスが導入される酸化排ガス路６
１とを接続する流路である。このメタノール添加路６６
を介して酸化排ガス路６１内にメタノールを供給するこ
とによって、酸化排ガス路６１内で凝縮する生成水にメ
タノールを混合することができる。メタノールを混合さ
れた凝縮水は融点が低下するため、燃料電池装置１０の
運転停止中に外気温が低下しても凍結してしまうことが
ない。

Description

【発明の詳細な説明】

【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。

【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。

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

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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）

【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。

【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。

【００５５】 ＣＯ＋（１／２）Ｏ₂ → ＣＯ₂ …（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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【図面の簡単な説明】

【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。

【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。

【図３】水とメタノールとの凝固温度を示す説明図であ
る。

【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。

【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。

【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。

【図７】ドレイン７０の構成を示す説明図である。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【符号の説明】

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

Claims (16)

【特許請求の範囲】
1. 【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。
2. 【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。
3. 【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。
4. 【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。
5. 【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。
6. 【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。
7. 【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。
8. 【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。
9. 【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。
10. 【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。
11. 【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。
12. 【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。
13. 【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。
14. 【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。
15. 【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。
16. 【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。