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

燃料電池発電装置

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Abstract

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

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、燃料電池を発電する
装置に関し、特に、燃料電池本体の触媒の一酸化炭素被
毒を防止する燃料電池発電装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、燃料の有しているエネルギを直
接電気的エネルギに変換する装置として燃料電池が知ら
れている。燃料電池は、通常、電解質を挟んで一対の電
極を配置するとともに、一方の電極の表面に水素の反応
ガス（燃料ガス）を接触させ、また他方の電極の表面に
酸素を含有する酸化ガスを接触させ、このとき起こる電
気化学反応を利用して、電極間から電気エネルギを取り
出すようにしている。
【０００３】この燃料電池に供給する燃料ガスは、一般
に改質器により生成される。改質器により行なわれるメ
タノールの水蒸気改質は、次のような化学反応により成
り立っている。
【０００４】 ＣＨ3ＯＨ→ＣＯ＋２Ｈ2−２１．７kcal／mol （吸熱反応）…（１） ＣＯ＋Ｈ2Ｏ→ＣＯ2＋Ｈ2＋９．８kcal／mol （発熱反応）…（２） ＣＨ3ＯＨ＋Ｈ2Ｏ→ＣＯ2＋３Ｈ2−１１．９kcal／mol（吸熱反応）…（３）
【０００５】式（１）の反応で生ずる一酸化炭素（Ｃ
Ｏ）は、燃料極側の電極触媒である白金または白金を含
む合金に吸着して、白金の触媒としての機能を停止させ
る、いわゆる触媒の被毒状態を発生させる。このため、
この種の燃料電池の発電装置では、改質器からのガス中
の一酸化炭素を許容できる構成とする必要があり、これ
が大きな課題となっている。
【０００６】この課題を解決する燃料電池発電装置とし
て、燃料電池の燃料ガス供給通路の入口付近に一酸化炭
素の濃度を検出するセンサを設けて、そのセンサにより
検出した一酸化炭素濃度が高いときに、燃料電池本体の
温度を上げるように構成したものが提案されている（特
開昭６３−２３２２７２号公報）。温度が高い程、燃料
電池の許容し得る一酸化炭素濃度が高くなることから、
センサにより一酸化炭素濃度が高いと検出されたときに
は、燃料電池本体の温度を上げて、燃料電池の許容し得
る一酸化炭素濃度を高めて被毒対策を図る。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この従
来の装置では、前記センサの検出値の増大と触媒の被毒
状態の発生時期とが必ずしも同じタイミングで立ち上が
る訳ではないことから、充分な被毒対策を図ることがで
きなかった。
【０００８】前記センサの検出値の増大と被毒状態の発
生時期とがタイミング的にずれるのは次のような理由で
ある。一般に、電極に対向して設けられたガス溝中の燃
料ガスは、電極での反応に伴い、燃料ガス中の水素が消
費されるために、ガス溝の出口付近ほど相対的に一酸化
炭素濃度（水素ガスに対する一酸化炭素の比率と捕らえ
る）が上昇する。このため、ガス溝の入口付近の一酸化
炭素濃度を検出しても、実際に被毒の影響を与える電極
表面全般にわたる一酸化炭素濃度の増大を検出できるも
のではないことから、触媒が被毒状態になるか否かを前
記センサの検出値から高精度で判断することができな
い。例えば、前記センサで一酸化炭素濃度が高いと検出
されたときには、センサが設けられた入口部分から離れ
た出口側では既に以前から一酸化炭素濃度が高くなって
いる恐れがあり、その検出時には既に触媒が被毒状態に
陥り、被毒対策に遅れが生じることもあった。
【０００９】また、前記センサ自身の性能が低いことも
問題である。一酸化炭素濃度センサは一般的に定電位電
解式のものが用いられるが、これは、その測定原理の都
合上、水素の影響を受けるために、燃料ガスのように水
素に対する一酸化炭素の比率が少ない場合、その一酸化
炭素の濃度を高精度に測定することが難しい。このた
め、センサの検出値そのものに誤差を含み、このセンサ
の検出値からでは触媒の被毒状態の発生を正確に把握す
ることができなかった。特に、低濃度の一酸化炭素でも
触媒被毒を受け易い固体高分子型の燃料電池だとその影
響は大であった。この結果、触媒の被毒状態の検出が遅
れ、被毒対策に遅れが生じることがあった。
【００１０】この発明の燃料電池発電装置は、こうした
問題に鑑みてなされたもので、燃料電池の触媒の被毒
を、遅れが生じることなしに、しかも確実に解消可能と
することを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
べく、前記課題を解決するための手段として、以下に示
す構成をとった。
【００１２】即ち、本発明の請求項１の燃料電池発電装
置は、触媒を担持した電極の面方向に反応ガスを供給し
て、その反応ガスの化学反応から起電力を得る燃料電池
発電装置であって、前記電極の反応ガスの流入側と流出
側とにおける前記化学反応の反応状態の差を検出する反
応状態差検出手段と、該検出された反応状態の差に基づ
いて前記触媒の被毒状態を推定する推定手段と、該推定
された触媒の被毒状態に応じて被毒対策を実行する被毒
対策手段とを備えたことを、要旨としている。
【００１３】前記構成の燃料電池発電装置において、さ
らに、前記電極での前記反応ガスの利用の程度を算出す
るガス利用度算出手段を備えるとともに、前記推定手段
は、前記ガス利用度算出手段により算出された反応ガス
の利用の程度が反応ガスの不足を示すものであるとき、
前記被毒状態の推定を禁止する禁止手段を備えた構成と
してもよい（請求項２）。
【００１４】前記反応状態差検出手段は、前記電極の反
応ガスの流入側と流出側との温度差を検出する温度差検
出手段を備えた構成としてもよいし（請求項３）、ある
いは、前記電極の反応ガスの流入側と流出側との電気的
な出力の差を検出する電気出力差検出手段を備えた構成
としてもよい（請求項４）。
【００１５】また、前記被毒対策手段は、前記電極の面
方向における反応ガス流れ方向を被毒状態の小から大の
方向となるように制御するガス流れ制御手段を備えた構
成としてもよい（請求項５）。この構成において、前記
被毒対策手段は、さらに、前記電極と対になる他方の電
極に供給する酸化ガスの流れ方向を、前記反応ガスの流
れ方向と一致させる酸化ガス流れ方向制御手段を備えた
構成としてもよい（請求項６）。
【００１６】さらに、こうした構成の燃料電池発電装置
において、前記電極の面方向に沿って設けられ、前記反
応ガスの流れ方向と平行または対向する方向に切り換え
可能に冷却媒体を流す冷却通路を備えるとともに、前記
被毒対策手段は、前記冷却通路中の冷却媒体の流れ方向
を被毒状態が小から大の方向となるように制御する冷却
媒体流れ方向制御手段を備えた構成としてもよい（請求
項７）。
【００１７】この構成の燃料電池発電装置において、前
記冷却通路に供給する冷却媒体の温度を可変する温度制
御手段と、前記冷却通路への冷却媒体の流量を可変する
流量制御手段とを備えるとともに、前記被毒対策手段
は、さらに、前記温度制御手段および流量制御手段を動
作させ、前記冷却媒体の温度を低下しつつ流量を低下す
ることにより、前記冷却媒体の吸収可能な熱量を一定に
保つように制御する冷却熱量制御手段を備えた構成とし
てもよい（請求項８）。
【００１８】請求項１ないし４のいずれか記載の構成に
おいて、さらに、原燃料を改質して前記反応ガスを生成
する改質手段を備えるとともに、前記被毒対策手段は、
前記推定手段により推定された前記触媒の被毒状態に応
じて強制的に前記反応ガス中の一酸化炭素濃度を低下さ
せる改質抑制手段を備えた構成としてもよい（請求項
９）。
【００１９】この構成において、前記被毒対策手段は、
さらに、前記電極の面方向での反応ガスの流れ方向を反
転するガス流れ方向反転手段と、前記推定手段により推
定される触媒の被毒状態の程度に応じて、前記ガス流れ
方向反転手段と前記改質抑制手段とを選択的に実行させ
る選択実行手段とを備えた構成としてもよい（請求項１
０）。
【００２０】
【作用】請求項１記載の燃料電池発電装置によれば、電
極の反応ガスの流入側と流出側とにおける化学反応の反
応状態の差を、反応状態差検出手段により検出し、その
検出された反応状態の差に基づいて、推定手段により触
媒の被毒状態が推定される。前記反応状態の差は、触媒
の被毒状態の発生と充分な対応があることから、推定手
段による推定は高精度に行なうことが可能である。そし
て、推定手段により推定された触媒の被毒状態に応じ
て、被毒対策手段により被毒対策が実行される。従っ
て、被毒対策を遅れなしに正確に行なうことが可能であ
る。
【００２１】請求項２記載の燃料電池発電装置によれ
ば、ガス利用度算出手段により算出された反応ガスの利
用の程度が反応ガスの不足を示すものであるとき、禁止
手段により、推定手段による被毒状態の推定を禁止す
る。一般に、電極における化学反応の反応状態の差は触
媒の被毒状態に応じて変化するが、これは、電極の面方
向に充分に反応ガスが供給されている場合であり、急負
荷が掛かり反応ガスに不足が生じるような場合には、触
媒が被毒状態になくても前記反応状態が悪化する。この
ため、反応ガスに不足が生じるような場合には、触媒の
被毒状態を誤って推定してしまう。この燃料電池発電装
置のように反応ガスの不足がみられたときに、被毒状態
の推定を禁止することにより、反応ガスの不足時におけ
る誤った推定をとり止めることが可能となる。
【００２２】請求項３記載の燃料電池発電装置におい
て、温度差検出手段により検出される、電極の反応ガス
の流入側と流出側との温度差は、電極の反応ガスの流入
側と流出側とにおける前記化学反応の反応状態の差によ
るものであることから、前記温度差を検出することで前
記推定手段による前記触媒の被毒状態の推定が可能とな
る。
【００２３】請求項４記載の燃料電池発電装置におい
て、電気出力差検出手段により検出される、電極の反応
ガスの流入側と流出側との電気的な出力の差は、電極の
反応ガスの流入側と流出側とにおける前記化学反応の反
応状態の差によるものであることから、前記電気的な出
力の差を検出することで前記推定手段による前記触媒の
被毒状態の推定が可能となる。
【００２４】請求項５記載の燃料電池発電装置によれ
ば、推定手段により推定された触媒の被毒状態に応じ
て、電極の面方向における反応ガス流れ方向が、ガス流
れ制御手段により被毒状態の小から大の方向となるよう
に制御される。このため、反応ガスの流出側が流入側と
比べてより被毒している場合に、その部位を反応ガスの
流れにおいて流入側となるように切り換えて、被毒状態
を小とすることができる。、従って、それ以上の被毒を
防止することが可能となり、それとともに、その被毒が
解消され易くなる。
【００２５】請求項６記載の燃料電池発電装置について
説明する。他方の電極に供給する酸化ガスは、そのガス
入口ほど酸素濃度が高く、ガス出口に近づくほど酸素濃
度が低くなる。このことは、酸化ガスのガス入口ほど電
気化学反応を進行させるのに有利であることを意味す
る。請求項６記載の燃料電池発電装置によれば、反応ガ
スの流れ方向の反転に同期して、酸化ガスの流れ方向も
同一方向に切り替えられることから、被毒の始まった部
分を酸素濃度が高い酸化ガスにさらすことができる。こ
のため、触媒被毒の始まった方から速やかに触媒被毒が
解消される。
【００２６】請求項７記載の燃料電池発電装置について
説明する。冷却通路を流れる冷却媒体は、冷却通路の入
口付近ほど低い温度で、燃料電池の電極反応の発熱を奪
う形で温度は上昇し、冷却通路の出口付近で最も高い温
度となる。請求項７記載の燃料電池発電装置によれば、
冷却通路中の冷却媒体の流れ方向が被毒状態が小から大
の方向となるように制御されることから、被毒状態が大
きい部分に高い温度の冷却媒体を近づけることができ
る。このため、温度が高い程、燃料電池の許容し得る一
酸化炭素濃度が高くなることから、被毒対策を図ること
が可能となる。
【００２７】請求項８記載の燃料電池発電装置によれ
ば、冷却熱量制御手段により、温度制御手段および流量
制御手段を動作させ、前記冷却媒体の温度を低下しつつ
流量を低下することにより、冷却媒体の吸収可能な熱量
を一定に保つように制御する。このため、冷却通路の入
口側の冷却媒体の温度と出口側の冷却媒体の温度との温
度差が大きくなる。従って、燃料電池本体の電極の温度
の上昇した領域に、より低い温度の冷却媒体が、また電
極の温度の低下した領域に、より高い温度の冷却媒体が
流れることになる。これにより、燃料電池本体の電極面
内の温度差をより積極的に解消することができ、触媒で
被毒した電極をより短時間で正常な状態に戻すことが可
能になる。また、冷却通路による冷却熱量を一定に保っ
ていることから、負荷に対する出力変動を最小限に食い
止め、安定的な電気エネルギの供給が可能になる。
【００２８】請求項９記載の燃料電池発電装置によれ
ば、推定手段により推定された触媒の被毒状態に応じて
改質抑制手段により、例えばＣＯ酸化反応器に供給する
空気量を増加させる等して、強制的に反応ガス中の一酸
化炭素濃度を低下させる。このため、反応ガス中の一酸
化炭素濃度を低下させることができ、被毒の程度の小さ
いわずかな被毒であれば、その被毒の解消または進行を
抑制することが可能となる。
【００２９】請求項１０記載の燃料電池発電装置によれ
ば、ガス流れ方向反転手段による反応ガスの流れの反転
と、改質抑制手段による反応ガスの改質の効率の低下と
が、選択実行手段により選択的に実行される。このた
め、被毒の程度が小さい場合には、改質抑制手段による
被毒対策ができ、被毒の程度が大きい場合には、ガス流
れ方向反転手段による被毒対策が可能となる。
【００３０】
【実施例】以上説明した本発明の構成・作用を一層明ら
かにするために、以下本発明の好適な実施例について説
明する。
【００３１】図１は、本発明の第１実施例としての燃料
電池発電システム１の概略構成図である。図１に示すよ
うに、この燃料電池発電システム１は、電気を発生する
固体高分子型の燃料電池本体１０と、メタノールタンク
１２に貯留されたメタノールと水タンク１４に貯留され
た水とから水素リッチガスを製造する改質器１６と、改
質器１６で製造された水素リッチガスを燃料ガスとして
燃料電池本体１０に送る燃料ガス供給通路１８と、燃料
電池本体１０から排出されたガスを外部に送るガス排出
通路２０を備える。さらに、この燃料電池発電システム
１は、マイクロコンピュータを有する電気的な制御系２
２を備える。
【００３２】燃料電池本体１０の構成について次に説明
する。燃料電池本体１０は、前述したように固体高分子
型の燃料電池であり、そのセル構造として、図２の構造
図および図３の分解斜視図に示す構造を備える。即ち、
図２および図３に示すように、燃料電池本体１０は、電
解質膜３１と、この電解質膜３１を両側から挟んでサン
ドイッチ構造とするガス拡散電極としてのアノード３２
およびカソード３３と、このサンドイッチ構造を両側か
ら挟みつつアノード３２およびカソード３３とで燃料ガ
スおよび酸化ガスの流路を形成するセパレータ３４，３
５と、セパレータ３４，３５の外側に配置されアノード
３２およびカソード３３の集電極となる集電板３６，３
７とにより構成されている。
【００３３】電解質膜３１は、高分子材料、例えばフッ
素系樹脂により形成されたイオン交換膜であり、湿潤状
態で良好な電気電導性を示す。アノード３２およびカソ
ード３３は、炭素繊維からなる糸で織成したカーボンク
ロスにより形成されており、このカーボンクロスには、
触媒としての白金を担持したカーボン粉がクロスの隙間
に練り込まれている。
【００３４】セパレータ３４，３５は、ち密質のカーボ
ンプレートにより形成されている。また、アノード３２
側のセパレータ３４には、複数のリブが形成されてお
り、このリブとアノード３２の表面とで燃料ガスの流路
溝３４ｐを形成する。一方、カソード３３側のセパレー
タ３５にも、複数のリブが形成されており、このリブと
カソード３３の表面とで酸化ガスの流路溝３５ｐを形成
する。集電板３６は、銅（Ｃｕ）により形成されてい
る。
【００３５】以上説明したのが燃料電池本体１０の単一
セルの構成であるが、実際には、セパレータ３４，アノ
ード３２，電解質膜３１，カソード３３，セパレータ３
５をこの順に複数組積層して、その外側に集電板３６，
３７を配置することにより、燃料電池本体１０は構成さ
れている。
【００３６】図１に戻り、燃料ガス供給通路１８および
ガス排出通路２０について次に説明する。両通路１８，
２０はまとめて次のような管路から構成される。即ち、
両通路１８，２０は、改質器１６に連結された一本の管
路４０と、その管路４０を２本に分岐する第１および第
２の分岐路４１，４２と、両分岐路４１，４２を一つに
集める集合路４３と、第１の分岐路４１の途中から分岐
して、燃料電池本体１０の一方側の燃料ガス給排口（第
１の燃料ガス給排口）１０ａに接続される第１の接続路
４４と、第２の分岐路４２の途中から分岐して、燃料電
池本体１０の他方側の燃料ガス給排口（第２の燃料ガス
給排口）１０ｂに接続される第２の接続路４５とから構
成される。なお、第１の燃料ガス給排口１０ａは、図示
しないマニホールドに接続されており、このマニホール
ドを介して燃料電池本体１０の燃料ガス側の複数の流路
溝３４ｐに分岐接続されている。また、同様に、第２の
燃料ガス給排口１０ｂは、図示しない他のマニホールド
に接続されており、このマニホールドを介して燃料電池
本体１０の複数の流路溝３４ｐに分岐接続されている。
【００３７】第１分岐路４１における分岐点４４ａより
上流側（改質器１６側）には、第１の電磁式の開閉バル
ブ（以下、電磁バルブと呼ぶ）５１が設けられ、その分
岐点４４ａより下流側には、第２の電磁バルブ５２が設
けられている。一方、第２分岐路４２上における分岐点
４５ａより上流側（改質器１６側）には、第３の電磁バ
ルブ５３が設けられ、その分岐点４５ａより下流側に
は、第４の電磁バルブ５４が設けられている。
【００３８】こうした構成の燃料ガス供給通路１８およ
びガス排出通路２０によれば、図４の（ａ）に示すよう
に、第１電磁バルブ５１と第４電磁バルブ５４とをそれ
ぞれ開状態とし、第２電磁バルブ５２と第３電磁バルブ
５３とをそれぞれ閉状態とすることで、改質器１６から
供給された燃料ガスは、図中、１点鎖線に示すように、
管路４０から第１分岐路４１の第１電磁バルブ５１を通
り、分岐点４４ａを経て第１の燃料ガス給排口１０ａに
導かれる。燃料電池本体１０へ導入された燃料ガスは、
図中、上から下へ進みつつ、アノード３２での電気化学
反応により消費される。一般には、計算上求められる必
要水素量より多くの水素を流すので、反応で消費されな
かった水素と、水素リッチガスに含まれながら電気化学
反応には関係しない二酸化炭素とがあわせて残ガスとし
て、燃料電池本体１０の第２の燃料ガス給排口１０ｂか
ら排出される。残ガスは分岐点４５ａをへて第４の電磁
バルブ５４を通り、集合路４３から外部に排出される。
このときの燃料ガスの流れ方向を順方向と呼ぶことに
し、燃料電池本体１０の初期運転時には、この状態に保
たれる。
【００３９】一方、図４の（ｂ）に示すように、第２電
磁バルブ５２と第３電磁バルブ５３とをそれぞれ開状態
とし、第１電磁バルブ５１と第４電磁バルブ５４とをそ
れぞれ閉状態とすることで、改質器１６から供給された
燃料ガスは、図中、１点鎖線に示すように、管路４０か
ら第２分岐路４２の第３電磁バルブ５３を通り、分岐点
４５ａを経て第２の燃料ガス給排口１０ｂに導かれる。
燃料電池本体１０へ導入された燃料ガスは、図１中、下
から上へ進みつつ、電極での電気化学反応により消費さ
れ、その残ガスは燃料電池本体１０の第１の燃料ガス給
排口１０ａから排出される。残ガスは分岐点４４ａをへ
て第２の電磁バルブ５２を通り、集合路４３から外部に
排出される。このときの燃料ガスの流れ方向を逆方向と
呼ぶことにする。
【００４０】図１に戻り、制御系２２について次に説明
する。制御系２２は、燃料電池本体１０の状態を検出す
るセンサとして、流路溝３４ｐに設けられ、アノード３
２の電極面の温度を検出する第１および第２の温度セン
サ６１，６３と、両温度センサ６１，６３に接続される
電子制御ユニット７０とを備える。第１および第２の温
度センサ６１，６３は、熱電対式のもので、複数ある流
路溝３４ｐの内の所定の１本の両端にそれぞれ配設され
ている。なお、第１の温度センサ６１が設けられるのが
図１中、上部側にあたり、第２の温度センサ６３が設け
られるのが図１中、下部側にあたる。
【００４１】電子制御ユニット７０は、マイクロコンピ
ュータを中心とした論理回路として構成され、詳しく
は、予め設定された制御プログラムに従って所定の演算
等を実行するＣＰＵ７２、ＣＰＵ７２で各種演算処理を
実行するのに必要な制御プログラムや制御データ等が予
め格納されたＲＯＭ７４、同じくＣＰＵ７２で各種演算
処理を実行するのに必要な各種データが一時的に読み書
きされるＲＡＭ７６、温度センサ６１，６３からの出力
信号を入力する入力処理回路７８、ＣＰＵ７２での演算
結果に応じて第１ないし第４の電磁バルブ５１〜５４に
開閉信号を出力する出力処理回路７９等を備える。
【００４２】こうした構成の電子制御ユニット７０のＣ
ＰＵ７２によって、第１および第２の温度センサ６１，
６３からの出力信号から、第１および第２の温度センサ
６１，６３が設けられている流路溝３４ｐの両端付近の
温度差が求められ、この温度差に応じて第１ないし第４
の電磁バルブ５１〜５４が開閉制御され、燃料電池本体
１０の燃料ガス側の流路溝３４ｐへ供給される燃料ガス
の流れ方向が切り換えられる。
【００４３】この燃料ガスの流れ方向を切り換える燃料
ガス制御処理ルーチンについて、図５のフローチャート
に沿って詳しく次に説明する。この燃料ガス制御処理ル
ーチンは、所定時間毎に繰り返し実行されるものであ
る。ＣＰＵ７２は、処理が開始されると、まず、第１の
温度センサ６１で検出された第１の電極温度Ｔ１と第２
の温度センサ６３で検出された第２の電極温度Ｔ２とを
それぞれ読み込む処理を行なう（ステップＳ１１０）。
次いで、第１の電極温度Ｔ１から第２の電極温度Ｔ２を
差し引いた温度差ＴＳを求め（ステップＳ１２０）、こ
の温度差ＴＳが予め定められた所定の温度差ＴＡ（＞
０）より大きいか否かを判別する処理を行なう（ステッ
プＳ１３０）。
【００４４】ステップＳ１３０で肯定判別、即ち、温度
差ＴＳが所定温度差ＴＡより大きいと判別されると、Ｃ
ＰＵ７２は次の処理を行なう。第１の電磁バルブ５１と
第４の電磁バルブ５４とにバルブを閉状態に制御する制
御信号を送り、第２の電磁バルブ５２と第３の電磁バル
ブ５３とにバルブを開状態に制御する制御信号を送るこ
とにより、前者の一群の電磁バルブ５１，５４を閉状態
に、後者の一群の電磁バルブ５２，５３を開状態に制御
する（ステップＳ１４０）。この結果、図４の（ｂ）に
示すように、燃料ガスは、燃料電池本体１０中を逆方向
に進む。
【００４５】ステップＳ１３０で肯定判別される状態と
は、第１の温度センサ６１で検出された第１の電極温度
Ｔ１が、第２の温度センサ６３で検出された第２の電極
温度Ｔ２より所定温度ＴＡ以上大きい状態であり、この
温度差が生じるのは次のような理由による。これは、ア
ノード３２の電極表面が受ける被毒の程度が、電極表面
の位置により異なることに起因する。被毒の程度の高い
部分ほど電気出力が低下して、被毒の程度が低い部分に
電流が集中することから、被毒の程度の高い部分ほど温
度が低下し、被毒の程度が高い部分ほど温度が上昇す
る。
【００４６】燃料ガスの流路溝３４ｐにおいては、発明
が解決しようとする課題の欄で説明したように、出口側
に進むにつれて一酸化炭素濃度が高くなることから、出
口側ほど電極表面の被毒の程度は高くなり、出口側ほど
温度が低下する。即ち、図４の（ａ）に示すように、燃
料ガスが順方向に流れているときには、第１の燃料ガス
給排口１０ａ側に設けられた第１の温度センサ６１で検
出される第１の電極温度Ｔ１が高くなり、第２の燃料ガ
ス給排口１０ｂ側に設けられた第２の温度センサ６３で
検出される第２の電極温度Ｔ２が低くなり、ステップＳ
１３０で肯定判別されることになる。
【００４７】こうした状況下で、ステップＳ１４０の処
理が実行されると、図４の（ｂ）に示すように、燃料ガ
スは第２の燃料ガス給排口１０ｂ側から第１の燃料ガス
給排口１０ａ側に向かう逆方向に進むことになる。この
ようにガスの流れが逆転するので、これまで、一酸化炭
素により被毒を受けていた第２の燃料ガス給排口１０ｂ
の付近には、相対的に一酸化炭素濃度の低い燃料ガスが
供給されることになる。白金触媒の一酸化炭素による被
毒は、一酸化炭素の濃度に強く依存するので、一酸化炭
素の濃度が低くなれば、被毒が解消される方向になり、
第２の燃料ガス給排口１０ｂ付近の電気化学反応が活発
になり、第２の燃料ガス給排口１０ｂ付近の温度が上昇
し、正常な温度に戻ることになる。また、第１の燃料ガ
ス給排口１０ａ付近での電流集中も解消されるので、第
１の燃料ガス給排口１０ａ付近の温度が低下し、正常な
温度に戻ることになる。即ち、第２の燃料ガス給排口１
０ｂ付近に設置された第２の温度センサ６３により検知
される第２の電極温度Ｔ２と、第１の燃料ガス給排口１
０ａ付近に設置された第１の温度センサ６１により検知
される第１の電極温度Ｔ１との温度差ＴＳはしだいに解
消される。
【００４８】なお、温度差ＴＳが何℃で触媒被毒が発生
したと判断するか、即ち、ステップＳ１３０で用いる所
定温度差ＴＡが何℃になるかは、個々の燃料電池本体１
０により異なる。たとえ触媒被毒が発生しない、まった
く正常な運転状態でも、次のような条件下では温度差Ｔ
Ｓが発生しやすい。燃料電池本体１０の電極面積が大き
い場合、燃料電池本体１０の冷却水の入口温度と、燃料
電池本体１０の運転温度との間の温度差が大きい場合等
である。一般には、燃料電池本体１０に一酸化炭素をま
ったく含まないガスを流し、そのときの第１および第２
の電極温度Ｔ１，Ｔ２を検知し、次に、濃度のわかって
いる一酸化炭素を含んだ燃料ガスを流し、その時のＴ
１，Ｔ２を検知し、各々の場合におけるＴ１，Ｔ２の温
度差のデータをとり、正常時に対して温度差が何℃増え
たら触媒被毒したと決めればよい。本実施例では、正常
時のＴ１とＴ２の温度差ＴＳに対して３〜５［℃］程度
温度差が大きくなれば、触媒被毒が発生したとする。
【００４９】図５のフローチャートに説明を戻す。ステ
ップＳ１３０で否定判別、即ち、温度差ＴＳが所定温度
差ＴＡより大きいと判別されると、ステップＳ１５０に
進み、その温度差ＴＳが前記所定温度差ＴＡの正負を反
転した−ＴＡより小さいか否かを判別する。この判別
は、第１の電極温度Ｔ１から第２の電極温度Ｔ２を引い
た温度差ＴＳの正負反転値である第２の電極温度Ｔ２か
ら第１の電極温度Ｔ１を引いた温度差−ＴＳが、所定温
度差ＴＡより大きいか否かを判別するものと同じであ
る。
【００５０】ステップＳ１５０で肯定判別、即ち、第２
の電極温度Ｔ２から第１の電極温度Ｔ１を差し引いた値
が所定温度差ＴＡより大きいと判別されると、次の処理
を行なう。第１の電磁バルブ５１と第４の電磁バルブ５
４とにバルブを開状態に制御する制御信号を送り、第２
の電磁バルブ５２と第３の電磁バルブ５３とにバルブを
閉状態に制御する制御信号を送ることにより、前者の一
群の電磁バルブ５１，５４を開状態に、後者の一群の電
磁バルブ５２，５３を閉状態に制御する（ステップＳ１
６０）。この結果、図４の（ａ）に示すように、燃料ガ
スは燃料電池本体１０を順方向に進む。
【００５１】ステップＳ１５０で肯定判別される状態と
は、第２の温度センサ６３で検出された第２の電極温度
Ｔ２が、第１の温度センサ６１で検出された第１の電極
温度Ｔ１より所定温度ＴＡ以上大きい状態であり、これ
は、次のような状況下で起こりうる。即ち、ステップＳ
１３０およびＳ１４０で、第１の電極温度Ｔ１が第２の
電極温度Ｔ２より所定温度差ＴＡ以上大きい状態で、燃
料ガスの流れ方向が切り換えられた後、触媒被毒が解消
し、燃料電池本体１０が正常な運転を続け、この状態
で、再び触媒被毒が発生した場合に起こる。図４の
（ｂ）に示すように燃料ガスが逆方向に流れているとき
には、第１の燃料ガス給排口１０ａ側に近いほど一酸化
炭素濃度が高くなり触媒被毒が発生し易いことから、第
１の燃料ガス給排口１０ａ側に設けられた第１の温度セ
ンサ６１で検出される第１の電極温度Ｔ１が、第２の燃
料ガス給排口１０ｂ側に設けられた第２の温度センサ６
３で検出される第２の電極温度Ｔ２より低くなる。この
結果、ステップＳ１５０で肯定判別されることになる。
【００５２】こうした状況下で、ステップＳ１６０の処
理が実行されると、図４の（ａ）に示すように、燃料ガ
スは第１の燃料ガス給排口１０ａ側から第２の燃料ガス
給排口１０ｂ側に向かう方向に流れが切り換えられる。
このようにガスの流れが逆方向から順方向に逆転するの
で、これまで、一酸化炭素により被毒を受けていた第１
の燃料ガス給排口１０ａの付近には、相対的に一酸化炭
素濃度の低い燃料ガスが供給されることになる。この結
果、被毒が解消される方向になり、第１の燃料ガス給排
口１０ａ付近の電気化学反応が活発になり、第１の燃料
ガス給排口１０ａ付近の温度が上昇し、正常な温度に戻
ることになる。また、第２の燃料ガス給排口１０ｂ付近
での電流集中も解消されるので、第２の燃料ガス給排口
１０ｂ付近の温度が低下し、正常な温度に戻ることにな
る。即ち、第１の電極温度Ｔ１と第２の電極温度Ｔ２と
の温度差ＴＳはしだいに解消される。
【００５３】ステップＳ１４０またはＳ１６０の処理に
より、温度差ＴＳの解消がなされると、続いて、所定の
時間だけ遅延する処理を行なう（ステップＳ１７０）。
ここで、所定の時間とは、ステップＳ１４０またはＳ１
６０の実行により温度差ＴＳが完全に解消するに充分な
時間である。なお、この遅延時間は、個々の燃料電池本
体１０の構造、例えば、対象となる燃料電池本体の配管
の長さ、配管径、開閉バルブの取付け位置、ガス流速、
ガス圧力等により異なる。そのため、予め対象となる燃
料電池毎の被毒解消に必要な時間を測定しておくことが
必要となり、その上で遅延時間はその被毒解消時間の
１．２〜１．５倍程度に設定することが望ましい。ステ
ップＳ１７０の実行後、「リターン」に抜けて、この処
理を一旦終了する。一方、ステップＳ１５０で否定判定
されたときにも、そのまま「リターン」に抜けて、この
処理を一旦終了する。
【００５４】以上詳述したこの第１実施例の燃料電池発
電システム１では、第１および第２の温度センサ６１，
６３により燃料ガスの流路溝３４ｐの両端の温度が検出
され、アノード３２の触媒に被毒状態に陥った部分があ
るか否かが両者の温度差ＴＳから判定される。アノード
３２の電極表面上の温度差は、触媒の被毒状態の発生と
密接な対応関係があることから、触媒の被毒状態を高精
度に判定することができるといった効果を奏する。
【００５５】また、この燃料電池発電システム１では、
触媒の被毒状態があることが判定されると、第１ないし
第４の電磁バルブ５１〜５４を開閉制御することによ
り、アノード３２に沿って設けられた燃料ガスの流路溝
３４ｐにおける燃料ガスの流れ方向が反転される。この
ため、流路溝３４における電極表面上においてより被毒
している反応ガスの流出側が、反応ガスの流入側に切り
換えられ、この結果、被毒していた部分を一酸化炭素濃
度が相対的に低い反応ガスにさらすことができる。従っ
て、それ以上の被毒を防止することができ、それととも
に、その被毒が解消され易くなると言った効果を奏す
る。両効果から、燃料電池本体１０の触媒の被毒を、遅
れが生じることなしに、しかも確実に解消することがで
きるといった効果を招来する。
【００５６】前記第１実施例において、第１ないし第４
の電磁バルブ５１〜５４の配設位置は、実際は次のよう
になっている。第１電磁バルブ５１および第２電磁バル
ブ５２は、分岐点４４ａに出来る限り近い位置に、第３
電磁バルブ５３および第４電磁バルブ５４は、分岐点４
５ａに出来る限り近い位置にそれぞれ配設されている。
これは、分岐点４４ａ，４５ａと各電磁バルブ５１〜５
４との間に残留するガスが出来る限り少ない方が、ガス
の流れを反転させる際に、燃料電池本体１０に流れ込む
残留ガスが少なくて済むためであり、こうして、残留ガ
スの影響を出来る限り少なくすることができる。
【００５７】なお、前記第１実施例においては、前述し
たように４つの電磁バルブ５１〜５４を設けていたが、
さらに第５ないし第８の４つの電磁バルブを設けるよう
に構成してもよい。即ち、図６に示すように、第１分岐
路４１上の管路４０に近い側と集合路４３に近い側とに
第５電磁バルブ５５および第６電磁バルブ５６を設け、
第２分岐路４２上の管路４０に近い側と集合路４３に近
い側とに、第７電磁バルブ５７および第８電磁バルブ５
６を設ける。そして、第１電磁バルブ５１と第５電磁バ
ルブ５５、第２電磁バルブ５２と第６電磁バルブ５６、
第３電磁バルブ５３と第７電磁バルブ５７、第４電磁バ
ルブ５４と第８電磁バルブ５８をそれぞれ一組として同
時に開閉制御する。こうした構成により、第１分岐路４
１の経路と第２分岐路４２の経路における残留ガスをほ
ぼなくすことができ、より確実に残留ガスによる悪影響
をなくすことができる。
【００５８】また、第１実施例のように４つの電磁バル
ブ５１〜５４を設けるのではなく、これに換えて、第１
分岐路４１の分岐点４４ａと第２分岐路４２の分岐点４
５ａの２カ所に電磁式の３方向切換バルブ（３ポート切
換バルブ）を設け、これを操作することにより、ガス流
路を切り換えるように構成してもよい。
【００５９】さらに、前記第１実施例を次のように変形
してもよい。第１実施例では、第１および第２の温度セ
ンサ６１，６３により検出された電極温度Ｔ１，Ｔ２か
ら触媒の反応状態を知るように構成されていたが、これ
に換えて、アノード３２の電極面の電位を検出する電位
計により触媒の反応状態を知る構成としてもよい。詳し
くは、第１実施例における第１の温度センサ６１の配設
位置に第１の電位計を設け、第２の温度センサ６３の配
設位置に第２の電位計を設ける。そして、両電位計で検
出した電位Ｅ１，Ｅ２の差を求めて、この電位差に応じ
て触媒の被毒状態の判別を行なう。アノード３２の電極
面の電位差は、電極の燃料ガスの流入側と流出側とにお
ける前記化学反応の反応状態の差によるものであること
から、前記構成により、第１実施例と同様に触媒の被毒
状態を高精度に判定することができる。
【００６０】次に、本発明の第２実施例について説明す
る。図７は、本発明の第２実施例としての燃料電池発電
システム２００の概略構成図である。図７に示すよう
に、この燃料電池発電システム２００は、第１実施例の
それと比較して、次の構成が相違する。この燃料電池発
電システム２００は、第１の接続路４４および第２の接
続路４５にそれぞれ設けられ、燃料電池本体１０への燃
料ガスの吸入量を検出する第１および第２の流量センサ
２０１，２０３と、燃料電池本体１０に接続され、その
出力電流値を検出する電流計２０５とを備えている。こ
れら第１および第２の流量センサ２０１，２０３と電流
計２０５は、電子制御ユニット７０と電気的に接続され
ており、電子制御ユニット７０のＣＰＵ７２により、ア
ノード３２での燃料ガスの利用の程度が求められ、その
程度に応じて第１実施例の燃料ガス制御処理を実行する
か禁止するかが定められる。
【００６１】こうした電子制御ユニット７０により実行
される燃料ガス制御処理について、図８のフローチャー
トに沿って詳しく説明する。この燃料ガス制御処理ルー
チンは、電子制御ユニット７０のＣＰＵ７２により所定
時間毎に繰り返し実行されるものである。ＣＰＵ７２
は、処理が開始されると、まず、電流計２０５から燃料
電池本体１０の出力電流Ｉを読み込み（ステップＳ２１
０）、その出力電流Ｉから理論上必要とされる燃料電池
本体１０の燃料ガス流量ＭＡを算出する（ステップＳ２
２０）。次いで、燃料電池本体１０の燃料ガスの流れ方
向は、図４の（ａ）で説明した順方向か、それとも、図
４の（ｂ）で説明した逆方向であるかを判別する処理を
行なう（ステップＳ２３０）。
【００６２】ステップＳ２３０で燃料ガスの流れ方向が
順方向にあると判別されたときには、第１の燃料ガス給
排口１０ａから燃料電池本体１０に実際に流入する燃料
ガス流入量ＭＢを第１の流量センサ２０１から読み込む
処理を行なう（ステップＳ２４０）。一方、ステップＳ
２３０で燃料ガスの流れ方向が逆方向にあると判別され
たときには、第２の燃料ガス給排口１０ｂから燃料電池
本体１０に実際に流入する燃料ガス流入量ＭＢを第２の
流量センサ２０３から読み込む処理を行なう（ステップ
Ｓ２５０）。ステップＳ２４０またはＳ２５０の実行
後、次いで、ステップＳ２４０またはＳ２５０で読み込
んだ燃料ガスの実際の流入量ＭＢが、ステップＳ２２０
で算出された燃料ガスの必要量ＭＡを下回っているか否
かを判別する（ステップＳ２６０）。
【００６３】ステップＳ２６０で実際の流入量ＭＢが必
要量ＭＡを下回っていると判別された場合には、燃料ガ
スが不足したと言うことであることから、燃料電池本体
１０の燃料ガス流入量を増加する処理を行なう（ステッ
プＳ２７０）。この燃料ガス流入量増加処理は、改質器
１６やメタノールタンク１２および水タンク１４を制御
することにより実行される周知のもので、詳しい説明に
ついては省略するものとする。ステップＳ２７０の実行
後、「リターン」に抜けてこの処理を一旦終了する。
【００６４】一方、ステップＳ２６０で実際の流入量Ｍ
Ｂが必要量ＭＡ以上であると判別された場合には、燃料
ガスが充分であることから作用の欄で説明したように触
媒の被毒状態を誤判定することがないため、第１実施例
と同じステップＳ１１０からステップＳ１７０までの処
理を実行する。その後、この処理を一旦終了する。
【００６５】以上詳述したこの第２実施例の燃料電池発
電システム２００では、燃料電池本体１０への燃料ガス
の実際の流入量ＭＢが必要量ＭＡを下回り不足している
場合に、温度センサ６１，６３からの被毒状態の推定を
行なわず、しかも、被毒対策も行なわない。一般に、ア
ノード３２における化学反応の反応状態の差は触媒の被
毒状態に応じて変化するが、これは、アノード３２の面
方向に充分に燃料ガスが供給されている場合であり、急
負荷が掛かり燃料ガスに不足が生じるような場合には、
触媒が被毒状態になくても反応状態が悪化する。このた
め、燃料ガスに不足が生じるような場合には、触媒の被
毒状態を誤って推定してしまう。この実施例のように、
燃料ガスが不足するときは被毒状態の推定等を行なわな
いことにより、燃料ガスの不足時における誤った推定を
とり止めることができる。従って、被毒状態の推定の精
度を高めることができ、触媒の被毒対策を高精度に行な
うことができるといった効果を奏する。
【００６６】この第２実施例では、燃料ガスの流路溝３
４ｐの両端の接続路４４，４５に設けられた２つの流量
センサ２０１，２０３を選択的に用いて、燃料電池本体
１０に実際に流入する燃料ガス流入量ＭＢを検出してい
たが、これに換えて、改質器１６のすぐ下流の管路４０
にひとつの流量センサを設けて、この流量センサの検出
結果から燃料電池本体１０に流入する燃料ガス流入量Ｍ
Ｂを算出する構成としてもよい。また、管路４０に流量
を制御するマスフローコントローラを備えている場合に
は、このマスフローコントローラへの制御信号から前記
燃料ガス流入量ＭＢを求めるようにしてもよい。さらに
は、改質器１６へ供給されるメタノールと水との供給量
と改質器内部に充填された改質触媒の温度から水素発生
量、実際の燃料ガス流入量ＭＢを求める構成としてもよ
い。
【００６７】また、第２実施例では、燃料電池本体１０
に流入する燃料ガス流入量ＭＢが必要量ＭＡを下回って
いる場合、被毒状態の推定を禁止する構成であったが、
これに換えて、前記必要量ＭＡと燃料ガス流入量ＭＢと
の偏差△Ｍを求めて、被毒状態の判断基準、具体的に
は、ステップＳ１３０，Ｓ１５０で用いる判断値ＴＡを
偏差△Ｍに応じて変える構成としてもよい。この構成に
より、被毒状態の推定をより高精度に行なうことができ
る。
【００６８】次に、本発明の第３実施例について説明す
る。図９は、本発明の第３実施例としての燃料電池発電
システム３００の概略構成図である。図９に示すよう
に、この燃料電池発電システム３００は、第１実施例と
ほぼ同じハードウェアの構成を備える。相違する点は、
改質器１６を構成する改質部３０１、シフト反応部３０
２および部分酸化反応部３０３と電子制御ユニット７０
とを接続することにより、電子制御ユニット７０のＣＰ
Ｕ７２により、改質部３０１、シフト反応部３０２およ
び部分酸化反応部３０３を制御して、燃料ガスである水
素リッチガスの質を変更可能とした点にある。
【００６９】以下、電子制御ユニット７０のＣＰＵ７２
により実行される燃料ガス制御処理について、図１０の
フローチャートに沿って詳しく説明する。この燃料ガス
制御処理は、所定時間毎に繰り返し実行されるものであ
る。ＣＰＵ７２は、処理が開始されると、まず、第１実
施例の燃料ガス制御処理のステップＳ１１０およびＳ１
２０と同様に、第１および第２の温度センサ６１，６３
から第１の電極温度Ｔ１と第２の温度センサ６３を読み
込み、それらの温度差ＴＳを求める（ステップＳ３１
０，Ｓ３２０）。
【００７０】続いて、ステップＳ３２０で算出された温
度差ＴＳの絶対値が予め定められた第２の所定値ＴＢ
（＞０）より大きく、且つ第１の所定値ＴＡより小さい
か否かを判別する処理を行なう（ステップＳ３２２）。
ここで、第１の所定値ＴＡは、第１実施例のステップＳ
１３０で用いた所定値ＴＡと同じ値であり、触媒被毒が
発生した状態を判別するための値である。第２の所定値
ＴＢは、第１の所定値ＴＡよりも小さい値で、触媒被毒
が起こり始めている状態、即ち、触媒被毒の前段階また
は軽い触媒被毒の状態を判別するための値である。具体
的には、第１の所定値ＴＡは、第１実施例で説明したよ
うに３〜５［℃］であり、第２の所定値ＴＢは、２〜３
［℃］である。
【００７１】ステップＳ３２２で肯定判別されると、Ｃ
ＰＵ７２の処理はステップＳ３２４に進む。ここでは、
ＣＰＵ７２は、改質器１６の部分酸化反応部３０３に制
御信号を送って、部分酸化反応部３０３へ吹き込む空気
の流量を増量する処理を行なう。部分酸化反応部３０３
は、１００℃〜２００℃の温度で運転されており、改質
ガスに吹き込む空気の量を増量すれば、改質ガス中の一
酸化炭素を酸化して二酸化炭素にする反応が促進され
る。
【００７２】即ち、温度差ＴＳの絶対値がＴＢより大き
く、ＴＡより小さいと判別され、燃料電池本体１０のア
ノード側電極で触媒被毒が起こり始めている状態である
と判断されたならば、改質器１６の部分酸化反応部３０
３へ吹き込む空気の流量を増大させることにより、改質
ガス中の一酸化炭素を酸化して二酸化炭素にする反応を
促進させることになる。これにより、部分酸化反応部３
０３から生成される改質ガス中の一酸化炭素濃度は低下
する。このため、一酸化炭素濃度の低い改質ガスが、燃
料ガスとして燃料電池本体１０に流れ込むので、触媒被
毒が起こり始めていた状態が改善される。
【００７３】一方、ステップＳ３２２で否定判別、即
ち、温度差ＴＳの絶対値が、ＴＢ以下またはＴＡ以上で
あると判別されると、ステップＳ３３０に進む。このス
テップＳ３３０からステップＳ３７０までの処理は、第
１実施例のステップＳ１４０〜Ｓ１７０と同じ処理であ
る。即ち、温度差ＴＳが第１の所定値ＴＡより大きいと
判別された場合には、図４の（ｂ）に示すように、燃料
電池本体１０の燃料ガスの流れを逆方向に切り換え（ス
テップＳ３３０，Ｓ３４０）、一方、温度差ＴＳが所定
値ＴＡの負の値より小さいと判別された場合には、図４
の（ａ）に示すように、燃料電池本体１０の燃料ガスの
流れを順方向に切り換える（ステップＳ３５０，３６
０）とともに、その後、遅延処理を行なう（ステップＳ
３７０）。なお、ステップＳ３２２，Ｓ３３０，Ｓ３５
０の各ステップの全てで否定判別されたとき、即ち、温
度差ＴＳが−ＴＢからＴＢまでの間に該当するときに
は、触媒の被毒はないものとして、何の処理も行なわ
ず、「リターン」に抜けてこの処理を一旦終了する。
【００７４】なお、ステップＳ３２４で触媒被毒の起こ
り始めの状態の改善がなされた後には、ステップＳ３７
０に進み、その改善の完全を期するために遅延処理が実
行される。その後、「リターン」に抜けてこの処理を一
旦終了する。
【００７５】以上詳述したこの第３実施例の燃料電池発
電システム１では、アノード３２の触媒被毒の程度が僅
かなものであれば、改質器１６の部分酸化反応部３０３
へ吹き込む空気の流量が増大される。これによれば、改
質器１６の改質の効率を一時的に落とすことになるが、
一酸化炭素濃度の低い燃料ガスを燃料電池本体１０に送
り込むことができ、僅かな触媒被毒ならその状態を改善
させることができるといった効果を奏する。なお、この
実施例では、被毒の程度が大きい場合には、第１実施例
と同様にガスの流れ方向を反転することにより、被毒の
解消が図られることから、被毒の程度に応じて段階的な
被毒の解消を図ることができるといった効果も奏する。
【００７６】なお、部分酸化反応部３０３において改質
ガス中に吹き込む空気の量を増やすと、次式で示す酸化
反応が促進される。 ２ＣＯ＋Ｏ2→２ＣＯ2 ２Ｈ2 ＋Ｏ2→２Ｈ2Ｏ こうした酸化反応の結果、改質ガス中に含まれる水素の
分圧が相対的に低下することになるが、これは、燃料電
池本体１０の出力電圧をたとえ僅かながらではあるが、
低下させる方向へ作用する。このため、第３実施例で
は、特に詳しく説明しなかったが、第１の電極温度Ｔ１
と第２の電極温度Ｔ２の温度差がＴＢ以下に復帰したな
らば、空気の吹き込み量を定常状態の吹き込み量に戻す
ように構成することが望ましい。
【００７７】また、第３実施例では、部分酸化反応部３
０３での空気吹き込み量の制御により、改質ガス中の一
酸化炭素濃度を低下させていたが、これに換えて、改質
部３０１の反応温度を制御したり、シフト反応部３０２
の反応温度を制御する構成によっても、同様に、改質反
応効率の若干の低下は伴うが改質ガス中の一酸化炭素濃
度を低下させることができる。
【００７８】なお、前述したように改質器１６の改質の
効率を落とすのに換えて、次のような構成によって触媒
被毒状態の改善を図るようにしてもよい。即ち、燃料電
池本体１０に供給する燃料ガスの供給圧を一時的に増加
させるようする。この構成により、一時的にガス圧を理
想状態より増加させることができ、燃料電池としての効
率は一時的に低下するが、触媒の耐ＣＯ被毒特性を高め
ることができる。この結果、僅かな触媒被毒ならその状
態を改善し、あるいは進行を抑制できる。
【００７９】次に、本発明の第４実施例について説明す
る。図１１は、この第４実施例としての燃料電池発電シ
ステムの燃料電池本体１０周辺の概略構成図である。図
１１に示すように、この燃料電池発電システム４００
は、第１実施例とほぼ同じハードウェアの構成を備え
る。相違する点は、第１の分岐路４１の分岐点４４ａに
さらに接続される管路４０１と、第２の分岐路４２の分
岐点４５ａに接続される管路４０３とを備え、各管路４
０１，４０３に電磁バルブ４５５，４５６を設けた点に
ある。
【００８０】管路４０１はパージガスの注入路であり、
管路４０３はパージガスの排出路である。パージガス
は、窒素またはアルゴンなどの不活性ガスである。図示
しない第１実施例と同じ電子制御ユニット７０は、第１
の分岐路４１上の電磁バルブ５１，５２と第２の分岐路
４２上の電磁バルブ５３、５４とを全て閉状態とした上
で、両電磁バルブ４５５，４５６を開状態に制御するこ
とにより、燃料電池本体１０内に燃料ガスに換えてパー
ジガスを充填させる。この結果、燃料電池本体１０は停
止するとともに、内部の水素ガスが排気されて安全状態
に保たれる。
【００８１】次に、前述したパージガスを充填させるパ
ージ処理を含めた燃料ガス制御処理について、図１２の
フローチャートに沿って詳しく説明する。この燃料ガス
制御処理は、電子制御ユニット７０のＣＰＵ７２により
所定時間毎に繰り返し実行されるものである。ＣＰＵ７
２は、処理が開始されると、まず、第１実施例の燃料ガ
ス制御処理のステップＳ１１０およびＳ１２０と同様
に、第１および第２の温度センサ６１，６３から第１の
電極温度Ｔ１と第２の温度センサ６３を読み込み、それ
らの温度差ＴＳを求める（ステップＳ４１０，Ｓ４２
０）。
【００８２】続いて、ステップＳ４１０で算出された温
度差ＴＳの絶対値が予め定められた第３の所定値ＴＣ
（＞０）より大きいか否かを判別する処理を行なう（ス
テップＳ４２２）。ここで、第３の所定値ＴＣは、触媒
被毒の程度が高く、燃料電池本体１０が発電を継続させ
るのが困難である状態を判別するための値である。具体
的には、第３の所定値ＴＣは、５〜１０［℃］といった
大きな値である。
【００８３】ステップＳ４２２で肯定判別されると、Ｃ
ＰＵ７２はステップＳ４２４に進む。ここでは、ＣＰＵ
７２は、図示しない負荷への電気供給を、燃料電池本体
１０と並列に接続された図示しない２次電池（例えば鉛
蓄電池）に切り替えるとともに、当該負荷を安全に停止
させる処理を行なう。続いて、パージ処理を行なって、
燃料電池本体１０を安全に停止させる（ステップＳ４２
６）。このパージ処理は、前述したように、第１の分岐
路４１上の電磁バルブ５１，５２と第２の分岐路４２上
の電磁バルブ５３、５４とを全て閉状態とし、その後、
パージ用の管路４０１に設けられた電磁バルブ４５５と
管路４０３に設けられた電磁バルブ４５６とを開状態に
制御するもので、こうした制御により、燃料電池本体１
０内に燃料ガスに換えてパージガスが充填される。この
結果、燃料電池本体１０は停止するとともに、燃料電池
本体内部の水素ガスが不活性ガスに置換されて、燃料電
池本体は安全状態に保たれる。その後、「ストップ」に
抜けてこの処理を終了する。
【００８４】一方、ステップＳ４２２で否定判別、即
ち、温度差ＴＳの絶対値が、ＴＣ以下であると判別され
ると、ステップＳ４３０に進む。このステップＳ４３０
からステップＳ４７０までの処理は、第１実施例のステ
ップＳ１４０〜Ｓ１７０と同じ処理である。即ち、温度
差ＴＳが第１の所定値ＴＡより大きいと判別された場合
には、燃料電池本体１０の燃料ガスの流れを逆方向に切
り換え（ステップＳ４３０，Ｓ４４０）、一方、温度差
ＴＳが所定値ＴＡの負の値より小さいと判別された場合
には、燃料電池本体１０の燃料ガスの流れを順方向に切
り換え（ステップＳ４５０，４６０）、その後、遅延処
理を行なう（ステップＳ３７０）。その後、「リター
ン」に抜けてこの処理を一旦終了する。
【００８５】以上詳述したこの第４実施例の燃料電池発
電システム４００では、燃料電池本体１０の燃料ガスの
流れ方向を逆転させた後もなお、アノード３２の電極面
内の温度差ＴＳが拡大し続け、温度差ＴＳが予め決めら
れた第３の所定値ＴＣを越えた時には、触媒が完全に被
毒され、もはやこれ以上、燃料電池本体１０の発電を継
続させるのが困難であると判断して、燃料電池本体１０
内に燃料ガスに換えてパージガスを充填させることによ
り、燃料電池本体１０を安全に停止させる。これによ
り、触媒被毒により、燃料電池本体１０が緊急停止し
て、燃料電池本体１０および周辺機器あるいは燃料電池
本体１０に接続された負荷にダメージが加わるのを防止
することができる。
【００８６】次に、本発明の第５実施例について説明す
る。図１３は、本発明の第５実施例としての燃料電池発
電システム５００の概略構成図である。図１３に示すよ
うに、この燃料電池発電システム５００は、第１実施例
と同じ構成の燃料ガス系統Ａを備え、さらに、その燃料
ガス系統Ａと似かよった構成の酸化ガス系統Ｂを備え
る。燃料電池発電システム５００は、燃料ガス系統Ａと
して、第１実施例と同じ燃料電池本体１０，改質器１
６，燃料ガス供給通路１８およびガス排出通路２０を備
えるとともに、酸化ガス系統Ｂとして、酸化ガス（実際
は空気）を貯えたタンク５１６と、タンク５１６からの
酸化ガスを燃料電池本体１０のカソード側の流路溝３５
ｐに供給する酸化ガス供給通路５１８と、その流路溝３
５ｐに供給された酸化ガスの残余分を排出するガス排出
通路５２０とを備える。
【００８７】酸化ガス供給通路５１８およびガス排出通
路５２０は、燃料ガス供給通路１８およびガス排出通路
２０と同様に、２本の分岐路５４１，５４２に分岐され
ており、分岐路５１０，５４２には第５ないし第８の電
磁バルブ５５１〜５５４が設けられている。これら第５
ないし第８の電磁バルブ５５１〜５５４は、制御系５２
２の電子制御ユニット５７０により開閉制御されること
により、カソード３３側の流路溝３５ｐ（図２および図
３）に流される酸化ガスの流れ方向を反転する。なお、
この酸化ガスの流れは、第１実施例の図２および図３に
示したように燃料ガス側の流路溝３４ｐと酸化ガス側の
流路溝３５ｐとが平行に配設されていることから、燃料
ガスの流れ方向と当然平行なものとなる。
【００８８】制御系５２２の電子制御ユニット５７０
は、燃料ガス系統Ａの第１ないし第４の電磁バルブ５１
〜５４の開閉に同期させて、酸化ガス系統Ｂの第５ない
し第８の電磁バルブ５５１〜５５４も開閉制御してお
り、こうして、燃料ガスの流れ方向の切り換えに同期さ
せて、酸化ガスの流れ方向も燃料ガスの流れ方向と同一
方向に切り換える。詳しくは、第１実施例で説明した図
５に示す燃料ガス制御処理ルーチンにおいて、ステップ
Ｓ１４０で、第１および第４電磁バルブ５１，５４の閉
制御、第２および第３電磁バルブ５２，５３の開制御と
ともに、第５および第８電磁バルブ５５１，５５４を閉
状態に、第６および第７電磁バルブ５５２，５５３の開
状態に制御し、また、ステップＳ１６０で、第１および
第４電磁バルブ５１，５４の開制御、第２および第３電
磁バルブ５２，５３の閉制御とともに、第５および第８
電磁バルブ５５１，５５４を開状態に、第６および第７
電磁バルブ５５２，５５３の閉状態に制御する。
【００８９】こうした構成により、この燃料電池発電シ
ステム５００では、アノード３２の触媒に被毒状態があ
ると判定されると、アノード３２側の流路溝３４ｐにお
ける燃料ガスの流れ方向を反転させることにより、被毒
している部分を一酸化炭素濃度の低い燃料ガスにさらす
ことができる。さらに、燃料ガスの流れ方向の反転に同
期して、酸化ガスの流れ方向も同一方向に切り替えられ
ることから、被毒の始まった部分を酸素濃度の高い酸化
ガスにもさらすことができる。このため、触媒被毒の始
まった部分をより一層速やかに解消することができ、従
って、燃料電池本体１０の触媒の被毒を遅れが生じるこ
となしにより一層素早く解消することができるといった
効果を奏する。
【００９０】次に、本発明の第６実施例について説明す
る。図１４は、本発明の第６実施例としての燃料電池発
電システム６００の概略構成図である。図１４に示すよ
うに、この燃料電池発電システム６００は、第１実施例
と同じ構成の燃料ガス系統Ａを備え、さらに冷却水系統
Ｃを備える。冷却水系統Ｃは、燃料電池本体１０に配設
される冷却水の通路溝６０１と、その通路溝６０１に冷
却水を循環させる循環通路６０３とを備える。通路溝６
０１は、燃料電池本体１０に設けられた複数のセル毎に
配設された冷却板６１０に形成されるもので、燃料ガス
の流路溝３４ｐと平行に位置する。なお、燃料ガス側の
流路溝３４ｐを形成するセパレータ３４と前記冷却板６
１０とは、上下に重ねられ同一垂線上に位置するが、こ
の関係を図中２点鎖線で示した。
【００９１】循環通路６０３は、その経路中に、冷却水
ポンプ６４６，ラジエタ６４７，絞りバルブ６４９を備
え、冷却ポンプ６４６の吐出量や、ラジエタ６４７に対
向するラジエタファン６４８の回転速度を制御すること
により、循環量およびその冷却水温が制御される。循環
通路６０３は、冷却板６１０付近で２本の分岐路６４
１，６４２に分岐し、各分岐路６４１，６４２から接続
路６４４，６４５を介して冷却板６１０の通路溝６０１
の両端に接続される。分岐路６４１および６４２には、
第５ないし第８の電磁バルブ６５１〜６５４が設けられ
ており、これら第５ないし第８の電磁バルブ６５１〜６
５４は、制御系６２２の電子制御ユニット６７０により
開閉制御されることにより、通路溝６０１に流される冷
却水の流れ方向を反転する。なお、この冷却水の流れ
は、燃料ガスの流路溝３４ｐと平行に配設されているこ
とから、燃料ガスの流れ方向と平行なものとなる。
【００９２】制御系６２２の電子制御ユニット６７０
は、燃料ガス系統Ａの第１ないし第４の電磁バルブ５１
〜５４の開閉に同期させて、冷却水系統Ｃの第５ないし
第８の電磁バルブ６５１〜６５４も開閉制御しており、
こうして、燃料ガスの流れ方向の切り換えに同期させ
て、冷却水の流れ方向を燃料ガスの流れ方向と反転する
方向に制御する。詳しくは、第１実施例で説明した図５
に示す燃料ガス制御処理ルーチンにおいて、ステップＳ
１４０で、第１および第４電磁バルブ５１，５４の閉制
御、第２および第３電磁バルブ５２，５３の開制御とと
もに、第５および第８電磁バルブ６５１，６５４を開状
態に、第６および第７電磁バルブ６５２，６５３を閉状
態に制御する。また、ステップＳ１６０で、第１および
第４電磁バルブ５１，５４の開制御、第２および第３電
磁バルブ５２，５３の閉制御とともに、第５および第８
電磁バルブ６５１，６５４を閉状態に、第６および第７
電磁バルブ６５２，６５３を開状態に制御する。
【００９３】こうした構成により、この燃料電池発電シ
ステム５００では、アノード３２の触媒に被毒状態があ
ると判定されると、アノード３２側の流路溝３４ｐにお
ける燃料ガスの流れ方向を反転させることにより、被毒
している部分を一酸化炭素濃度の低い燃料ガスにさらす
ことができる。さらに、燃料ガスの流れ方向の反転に同
期して、冷却水の流れ方向をその燃料ガスの流れ方向に
反転する方向、即ち、触媒の被毒状態が小から大となる
方向に切り替えられることから、被毒の大きい部分を相
対的に温度の高い流出側の冷却水により温めることがで
きる。従って、温度が高い程、燃料電池の許容し得る一
酸化炭素濃度が高くなることから、被毒をより速やかに
解消することができるといった効果を奏する。
【００９４】次に、本発明の第７実施例について説明す
る。図１５は、本発明の第７実施例としての燃料電池発
電システム７００の概略構成図である。図１５に示すよ
うに、この燃料電池発電システム７００は、第６実施例
とほぼ同じハードウェアの構成を備え、相違する点は、
２つの温度センサ７０１，７０３を加えた点にある。２
つの温度センサ７０１，７０３は、冷却板６１０へ接続
される接続路６４４，６４５に設けられ、通路溝６０１
へ流れ込む冷却水の温度と流れ出る冷却水の温度とをそ
れぞれ算出するもので、制御系７２２の電子制御ユニッ
ト７７０と電気的に接続されている。電子制御ユニット
７７０は、前述した第１および第２の温度センサ６１，
６３の検出信号に加えて両温度センサ（第３および第４
の温度センサ）７０１，７０３の検出信号を取り込ん
で、これらに基づいて、第６実施例のように冷却水の流
れ方向を切り換えるとともにその冷却水の温度および流
量を制御する。
【００９５】電子制御ユニット７７０で実行されるこう
した制御処理について、図１６および図１７のフローチ
ャートに沿って詳しく説明する。この制御処理は、電子
制御ユニット７７０のＣＰＵ７７２により所定時間毎に
繰り返し実行されるものである。ＣＰＵ７７２は、処理
が開始されると、図１６に示すように、第１実施例の燃
料ガス制御処理のステップＳ１１０ないしＳ１６０と同
じステップＳ７１０ないしＳ７６０を実行する。なお、
ステップＳ７４０の実行後には、第５および第８電磁バ
ルブ６５１，６５４を開状態に、第６および第７電磁バ
ルブ６５２，６５３を閉状態に制御する処理を行ない
（ステップＳ７４５）、また、ステップＳ７６０の実行
後には、第５および第８電磁バルブ６５１，６５４を閉
状態に、第６および第７電磁バルブ６５２，６５３を開
状態に制御する処理を行なう（ステップＳ７６５）。な
お、こうしたステップＳ７１０からＳ７６５までの処理
は、前述した第６実施例に相当する。
【００９６】その後、処理は、図１７に示すように、ス
テップＳ７７０に進み、第３および第４の温度センサ７
０１，７０３から、通路溝６０１へ流れ込む冷却水の温
度Ｔ３と流れ出る冷却水の温度Ｔ４とをそれぞれ読み込
む処理を行なう。続いて、冷却水温度Ｔ３から冷却水温
度Ｔ４を差し引いた値の絶対値を温度差ＴＳＷとして算
出し（ステップＳ７８０）、この温度差ＴＳＷが予め定
められた所定の温度差ＴＥ（＞０）より大きいか否かを
判別する（ステップＳ７９０）。
【００９７】ステップＳ７９０で否定判別、即ち、温度
差ＴＳＷが所定温度差ＴＥ以下であると判別されると、
ＣＰＵ７２は次の処理を行なう。まず、ラジエタファン
６４８の回転速度を大きくして、ラジエタ６４７での熱
放散量を大きくすることにより、循環通路６０３を流れ
る冷却水の温度を所定温度だけ低下する処理を行なう
（ステップＳ７９２）。次いで、冷却ポンプ６４６の吐
出量を小さくして循環量を所定量だけ低下する処理を行
なう（ステップＳ７９４）。ステップＳ７９２における
冷却水の低下温度とステップＳ７９４における循環量の
低下量とは、冷却される熱量が可変しないように一定の
関係を有している。単に冷却媒体の温度だけを下げると
燃料電池本体が過冷却状態となる恐れがあるため、冷却
媒体の流量を抑制する必要がある。即ち、冷却水の温度
の低下に合わせて、冷却水の流量を小さくすることによ
り、冷却される熱量が変化しないようになされている。
こうした処理により、冷却される熱量は一定に保った状
態で、冷却水の流入側と流出側との間の温度差が所定温
度差ＴＥとなるように増大される。
【００９８】一方、ステップＳ７９０で肯定判別、即
ち、温度差ＴＳＷが所定温度差ＴＥより大きいと判別さ
れた場合には、所定の時間だけ遅延する処理を行なう
（ステップＳ７９６）。ステップＳ７９４またはＳ７９
６の実行後、「リターン」に抜けて、この処理を一旦終
了する。
【００９９】こうした構成により、この燃料電池発電シ
ステム７００では、アノード３２の触媒に被毒状態があ
ると判定された場合に、燃料ガスの流れ方向を反転させ
ることにより、被毒している部分を一酸化炭素濃度の低
い燃料ガスにさらすことができるとともに、冷却水の流
れ方向をその燃料ガスの流れ方向に反転する方向、即
ち、触媒の被毒状態が小から大となる方向に切り替えら
ことにより、被毒の大きい部分を相対的に温度の高い流
出側の冷却水により温めることができる。
【０１００】さらに、この燃料電池発電システム７００
では、ステップＳ７７０ないしＳ７９６の処理により、
冷却される熱量を一定に保った状態で、冷却水の流入側
と流出側との間の温度差を所定温度差ＴＥとなるように
増大することができる。このため、触媒の被毒状態の大
きい部分により温度の高い冷却水が、また、触媒の被毒
状態の小さい部分により温度の低い冷却水が流されるこ
とになり、これにより、電極面内の温度バランスをより
積極的に解消して、触媒で被毒した電極をより短時間で
正常な状態に戻すことができるといった効果を奏する。
また、冷却板６１０により冷却される熱量を一定に保っ
ていることから、付加に対する出力変動を最小限に食い
止めて、燃料電池本体１０を一定の運転温度で安定して
運転させることができるといった効果も奏する。
【０１０１】なお、前述した第６および第７実施例で
は、触媒が被毒状態にあると判別されたときに、燃料ガ
スの流れ方向を逆転させるとともに、冷却水の流れ方向
を触媒の被毒状態が小から大となる方向に切り換えてい
たが、これに換えて、燃料ガスの流れ方向だけを前述し
たように切り換える構成としてもよい。この構成によれ
ば、触媒の被毒を完全に解消とまではいかないものの、
燃料電池の許容し得る一酸化炭素濃度を高くすること
で、これ以上の被毒を防止することができる。
【０１０２】また、前述した第６および第７実施例で
は、燃料電池本体１０の冷却媒体として、水、つまり冷
却水を用いていたが、これに換えて、エチレングリコー
ルやシリコーンオイルのような有機系の液体を用いる構
成としてもよく、また、空気や不活性ガスのような気体
を用いる構成としてもよい。
【０１０３】次に、本発明の第８実施例について説明す
る。前述してきた各実施例では、触媒が被毒状態にある
と判別されたときに、燃料ガスの流れ方向を逆転してい
たが、この第８実施例では、この燃料ガスの切り換えと
ともに、負荷への電気供給源を固体高分子型燃料電池か
ら、燃料電池本体１０と電気的に並列に接続された２次
電池に切り替える構成とした。
【０１０４】負荷への電気供給源の切り換えの具体的な
手順としては、先ず２次電池を燃料電池本体１０と並列
に接続して、２次電池と燃料電池本体１０の両方から負
荷に電気が供給できるようにした上で、燃料電池本体１
０と負荷の間を切り放し、燃料電池本体１０に負荷電流
が流れない状態にする。次に、第１ないし第４の電磁バ
ルブ５１〜５４を開閉して、燃料電池本体１０への燃料
ガスの流れ方向を切り替える。電磁バルブ５１〜５４を
切り替えてから、実際に流れ方向が逆転し、かつ安定し
たガスの流れが生じるまで一定に時間がかかる。この時
間は各々の燃料電池本体１０の配管長さ、配管径、開閉
バルブの取り付け位置、ガスの流速やガス圧力により異
なってくるので、予め、各々の燃料電池本体１０ごとに
最適な時間を測定して決めておくことが望ましい。その
時間が経過したら、燃料ガスの流れも安定しているか
ら、再び、燃料電池本体１０と負荷の間を接続して、２
次電池と燃料電池本体１０の両方から負荷に電気が供給
できるようにした上で、改めて、２次電池と負荷の間を
切り放し、負荷に対しては燃料電池本体１０からのみ電
気が供給されるようにする。
【０１０５】こうした構成により、燃料電池本体１０の
負荷電流を軽減させて、燃料ガスの流れ方向の切り替え
時の一時的な出力電圧の低下を抑えることができるとい
った効果を奏する。
【０１０６】次に、本発明の第９実施例について説明す
る。この第９実施例は、前述した第３実施例を変形した
ものである。第３実施例では、触媒被毒の程度が僅かな
ものであれば、改質器１６の部分酸化反応部３０３へ吹
き込む空気の流量を増大していた（図１０のステップ３
２４）が、これに換えて、この第９実施例では、触媒被
毒の程度が僅かなときに、燃料ガス系統のガス圧力を上
昇させるように構成した。具体的には、燃料電池本体１
０の燃料ガス排出口以降に一般的に設置された圧力調整
弁を制御することにより、そのガス圧力を上昇させてい
る。
【０１０７】従って、燃料電池本体１０のアノード側電
極の白金触媒は、そのガス圧力が高いほど電極反応で発
生する電位、即ち、当該燃料電池本体１０の出力電圧が
高くなることから、燃料ガスのガス圧力を高めることに
より、触媒の一酸化炭素による被毒をそれ以上進行しな
いようにすることができる。こうした構成により第３実
施例と同様な効果を奏することができる。
【０１０８】前述してきた実施例と別の態様について、
以下説明する。前述した実施例では、アノード３２の触
媒として白金を使用していたが、これに換えて、第１成
分である白金と、第２成分であるルテニウム、ニッケ
ル、コバルト、バナジウム、パラジウム、インジウム等
の中の１種類または２種類以上の成分との合金から成る
合金触媒が使用した構成としてもよい。この構成によっ
ても、前述した実施例と同様の効果を奏する。
【０１０９】また、前述した実施例では、反応状態差検
出手段として、電極面内に設置された２個の温度センサ
６１，６３で測定された温度の温度差を取り込む構成と
していたが、これに換えて、３個以上の個数の温度セン
サを用いて両温度と特定の部位の温度とを併せて検出す
る構成としてもよい。燃料ガスの流路溝３４ｐの形状に
よっては、特定の部位で触媒被毒が発生しやすく（たと
えば、ガスのよどみが発生しやすい部位）なる傾向があ
るが、このような燃料電池本体１０においては、こうし
た部位の温度も併せて測定することにより、より正確
に、一酸化炭素による触媒被毒の発生の有無を検知する
ことができる。
【０１１０】さらに、前述した実施例では、燃料ガスや
酸化ガスや冷却水は、マニホールドとよばれる分配器を
介して、各燃料電池セルに分配されている。各燃料電池
セルの性能にバラツキがなく、マニホールドがガスや冷
却水を均一に分配する機能を有していれば、一酸化炭素
による白金触媒の被毒は、全ての燃料電池セルにおいて
同時に発生し、同時に解消されるはずであるが、現実に
は、マニホールド内でのガスの流れ方の不均一さ等が原
因となって、特定の燃料電池セルで触媒被毒が発生しや
すい傾向がある。従って、前述した実施例に示した２個
の温度センサ６１，６３は、こうした触媒被毒の発生し
やすい燃料電池セルに設置することが望ましい。またそ
のようにすることにより、たとえ多数枚の燃料電池セル
から成る燃料電池スタックにおいても、熱電対の設置個
数を最小限（２個）にすることができ、当該燃料電池発
電システムの制御を容易に実現することができ、また燃
料電池本体発電システムの製造コストを低減することが
可能になる。
【０１１１】前述した実施例では、反応状態差検出手段
として、電極面内に設置された２個の温度センサ６１，
６３で測定された温度の温度差を取り込む構成としてい
たが、これは、燃料電池本体１０の運転条件しだいで
は、燃料電池セルの電解質膜／電極接合体が部分的に濡
れすぎや乾きすぎの状態になり、電極のアノード側ガス
出口付近またはカソード側ガス出口付近で、電気化学的
な反応が出来なくなり、当該部分の温度が低下して、誤
まった温度を検出してしまうことがある。一般には、燃
料電池発電システムがこうした状態になるのを防ぐため
に、当該燃料電池本体１０の燃料電池セル抵抗（インピ
ーダンス）を常に計測しながら、電解質膜／電極接合体
が最適の濡れ状態に保たれるように、常に燃料ガスおよ
び酸化ガス中の水蒸気量、即ち加湿量を調節している。
前述した実施例では、燃料電池本体１０がこうしたイン
ピーダンスの調節をしていることを前提にしている。
【０１１２】このため、インピーダンスの調節をしてい
ない燃料電池本体１０に対して、前述した実施例を適用
するためには、インピーダンスを計測する為のインピー
ダンス計を設置し、この値から、その時点におけるイン
ピーダンスを算出し、電極面内に設置された２個の温度
センサ６１，６３で測定された温度の温度差が、インピ
ーダンスの変化、即ち、電解質膜／電極接合体の濡れす
ぎや乾きすぎのために発生したのか、燃料ガス中の一酸
化炭素によって白金触媒が被毒したために発生したの
か、いずれであるかを判断しなければならない。
【０１１３】以上本発明の実施例について説明したが、
本発明はこうした実施例に何等限定されるものではな
く、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々な
る態様で実施し得ることは勿論である。
【０１１４】
【発明の効果】請求項１記載の燃料電池発電装置によれ
ば、反応状態差検出手段および推定手段により触媒の被
毒状態を高精度に推定することができることから、燃料
電池本体の触媒の被毒を、遅れが生じることなしに、し
かも確実に解消することができるといった効果がある。
【０１１５】請求項２記載の燃料電池発電装置によれ
ば、電極で反応ガスが不足した場合にも触媒の被毒状態
を誤って推定してしまうことがないことから、より触媒
の被毒状態を高精度に推定することができ、この結果、
触媒の被毒の解消をより確実なものとすることができ
る。
【０１１６】請求項３および４記載の燃料電池発電装置
によれば、検出が容易な温度差や電気的な出力の差から
触媒の被毒状態を推定することができることから、構成
を容易なものとすることができるといった効果がある。
【０１１７】請求項５記載の燃料電池発電装置によれ
ば、電極の面方向での反応ガスの流れ方向を反転するこ
とにより、被毒している部分を反応ガスの流れの流入側
に位置させることができ、この結果、その被毒している
部分を一酸化炭素濃度の低い反応ガスにさらすことがで
きることから、触媒の被毒を確実に防止することができ
るといった効果がある。
【０１１８】請求項６記載の燃料電池発電装置によれ
ば、反応ガスの流れ方向の反転に同期して、酸化ガスの
流れ方向も切り換えることにより、触媒の始まった部分
を酸素濃度の高い酸化ガスにさらすことができることか
ら、より速やかに触媒の被毒を解消することができると
いった効果がある。
【０１１９】請求項７記載の燃料電池発電装置によれ
ば、高い温度側の冷却媒体を被毒状態が大きい部分に近
づけることができることから、被毒を解消することがで
きるといった効果がある。
【０１２０】請求項８記載の燃料電池発電装置によれ
ば、被毒状態が大きい部分により温度の高い冷却媒体を
流すことができることから、被毒をより積極的に解消す
ることができるといった効果がある。また、この冷却媒
体の温度上昇に際して、冷却通路全体の冷却熱量を一定
に保っていることから、負荷に対する出力変動を最小限
に食い止め、安定的な電気エネルギの供給がなされると
いった効果もある。
【０１２１】請求項９記載の燃料電池発電装置によれ
ば、改質手段による改質の効率を落とすことにより、被
毒の程度の小さいわずかな被毒であれば、その被毒の解
消または進行を抑制することができるといった効果があ
る。
【０１２２】請求項１０記載の燃料電池発電装置によれ
ば、被毒の程度が小さい場合には、改質抑制手段による
被毒対策ができ、被毒の程度が大きい場合には、ガス流
れ方向反転手段による被毒対策が可能となることから、
被毒の程度に応じて段階的な被毒の解消を図ることがで
きるといった効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例としての燃料電池発電シス
テム１の概略構成図である。
【図２】燃料電池本体１０のセル構造を示す構造図であ
る。
【図３】そのセル構造の分解斜視図である。
【図４】第１ないし第４電磁バルブ５１〜５４を開閉制
御することにより、どのように燃料ガスの流れ方向が反
転されるかを示す説明図である。
【図５】電子制御ユニットのＣＰＵにより実行される燃
料ガス制御処理ルーチンを示すフローチャートである。
【図６】第１実施例の別態様を示す概略構成図である。
【図７】本発明の第２実施例としての燃料電池発電シス
テム２００の概略構成図である。
【図８】電子制御ユニットのＣＰＵにより実行される燃
料ガス制御処理ルーチンを示すフローチャートである。
【図９】本発明の第３実施例としての燃料電池発電シス
テム３００の概略構成図である。
【図１０】電子制御ユニットのＣＰＵにより実行される
燃料ガス制御処理ルーチンを示すフローチャートであ
る。
【図１１】本発明の第４実施例としての燃料電池発電シ
ステムの燃料電池本体１０周辺の概略構成図である。
【図１２】電子制御ユニットのＣＰＵにより実行される
燃料ガス制御処理ルーチンを示すフローチャートであ
る。
【図１３】本発明の第５実施例としての燃料電池発電シ
ステム５００の概略構成図である。
【図１４】本発明の第６実施例としての燃料電池発電シ
ステム６００の概略構成図である。
【図１５】本発明の第７実施例としての燃料電池発電シ
ステム７００の概略構成図である。
【図１６】電子制御ユニットのＣＰＵにより実行される
制御処理ルーチンの前半部分を示すフローチャートであ
る。
【図１７】その制御処理ルーチンの後半部分を示すフロ
ーチャートである。
【符号の説明】
１…燃料電池発電システム １０…燃料電池本体 １０ａ…第１の燃料ガス給排口 １０ｂ…第２の燃料ガス給排口 １２…メタノールタンク １４…水タンク １６…改質器 １８…燃料ガス供給通路 ２０…ガス排出通路 ２２…制御系 ３１…電解質膜 ３２…アノード ３３…カソード ３４…セパレータ ３４ｐ…流路溝 ３５…セパレータ ３５ｐ…流路溝 ３６，３７…集電板 ４０…管路 ４１…第１分岐路 ４２…第２分岐路 ４３…集合路 ４４…第１接続路 ４４ａ…分岐点 ４５…第２接続路 ４５ａ…分岐点 ５１…第１電磁バルブ ５２…第２電磁バルブ ５３…第３電磁バルブ ５４…第４電磁バルブ ６１…第１温度センサ ６３…第２温度センサ ７０…電子制御ユニット ７２…ＣＰＵ ７４…ＲＯＭ ７６…ＲＡＭ ７８…入力処理回路 ７９…出力処理回路 ２００…燃料電池発電システム ２０１…第１流量センサ ２０３…第２流量センサ ２０５…電流計 ３００…燃料電池発電システム ３０１…改質部 ３０２…シフト反応部 ３０３…部分酸化反応部 ４００…燃料電池発電システム ４０１…管路 ４０３…管路 ４５５…電磁バルブ ４５６…電磁バルブ ５００…燃料電池発電システム ５１０，５４２…分岐路 ５１６…タンク ５１８…酸化ガス供給通路 ５２０…ガス排出通路 ５２２…制御系 ５４１，５４２…分岐路 ５５１〜５５４…電磁バルブ ５７０…電子制御ユニット ６００…燃料電池発電システム ６０１…通路溝 ６０３…循環通路 ６１０…冷却板 ６２２…制御系 ６４１，６４２…分岐路 ６４４，６４５…接続路 ６４６…冷却ポンプ ６４７…ラジエタ ６４８…ラジエタファン ６５１〜６５４…電磁バルブ ６７０…電子制御ユニット ７００…燃料電池発電システム ７０１，７０３…温度センサ ７２２…制御系 ７７０…電子制御ユニット ７７２…ＣＰＵ

Claims (10)

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