燃料電池システム、燃料電池システムの制御方法

【課題】補器等を用いることなく、燃料が流動する流路内で不純物を含む燃料の偏在による出力低下を抑制することができ、小型化を図ることが可能となる燃料電池システム、燃料電池システムの制御方法を提供する。
【解決手段】燃料電池システムにおいて、燃料を供給する燃料供給源２と、
複数のセルが積層して構成され、該セルの積層方向にセル間を貫通するセル間流路と、該セル間流路に連通すると共にセル内を面方向に貫通するセル内流路と、を備える複数のセルユニット１ａ、１ｂと、
前記セル間流路に連通して設けられると共に、前記セルユニットと前記燃料供給源とを接続し、該接続の状態を切替手段を介して開放または閉塞の二つの状態に切替え可能に構成した接続機構３ａ乃至３ｄと、
前記接続機構における切替手段を、開放または閉塞の二つの状態に切替え制御する制御手段５と、を有する構成とする。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池システム、燃料電池システムの制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般的な燃料電池は、電力を発生する発電部と、発電部に燃料ガスを供給する燃料供給源から構成される。
発電部は、電解質膜をカソード極とアノード極で挟持したセルを、セパレータを介して所定数だけ積層して形成される。
各セルのアノード極にはアノード流路を通じて燃料ガスが供給され、同じくカソード極に供給された酸素などの酸化剤と燃料ガスが電気化学反応を起こして、電力を発生する。
その際、電気化学反応により生じた水や酸化剤に含まれる窒素などの不純物が、電解質膜を通じてカソード極からアノード極に進入する。
このような不純物がアノード流路で偏在すると、当該部位に相当するセルあるいはセルの一部において、出力が低下するという問題があった。
【０００３】
これらの問題に対処するため、従来の燃料電池では発電部に不純物の排出口を設け、所定時に排出口を開放することで、アノード流路から不純物を排出していた。
例えば、特許文献１には、燃料ガスの導入口と不純物の排出口を兼ねる複数の開口部を発電部に備えることで、不純物を排出するようにした燃料電池が開示されている。
また、特許文献２に示されるように、発電部から排出した燃料ガスを発電部に再投入して、燃料循環ポンプを用いて循環させるようにした燃料電池システムも知られている。
【特許文献１】特開２００５−１１６２０５号公報
【特許文献２】特開２００５−０３２６５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来例の特許文献１のように不純物を排出するようにした燃料電池では、アノード流路から不純物を排出するに伴って未反応の燃料ガスも排出され、燃料ガスの利用効率が低下するという課題があった。
また、上記従来例の特許文献２では、排出燃料ガスを再投入して循環させることで、不純物のアノード流路での偏在を抑制し、出力低下の抑制を図ることはできるが、アノード流路内部で再投入された燃料ガスを循環させるために、ポンプなどの補器が必要となる。
そのため、このような補器等を設けるための余分なスペースが必要となり、燃料電池の小型化を図る上で不利であった。
【０００５】
本発明は、上記課題に鑑み、補器等を用いることなく、燃料が流動する流路内で不純物を含む燃料の偏在による出力低下を抑制することができ、小型化を図ることが可能となる燃料電池システム、燃料電池システムの制御方法の提供を目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するため、つぎのように構成した燃料電池システム、燃料電池システムの制御方法を提供するものである。
本発明の燃料電池システムは、燃料が流動する流路内で、不純物を含む燃料の偏在を抑制する構成を備えた燃料電池システムであって、
燃料を供給する燃料供給源と、
複数のセルが積層して構成され、該セルの積層方向にセル間を貫通するセル間流路と、該セル間流路に連通すると共にセル内を面方向に貫通するセル内流路と、を備える複数のセルユニットと、
前記セル間流路に連通して設けられると共に、前記セルユニットと前記燃料供給源とを接続し、該接続の状態を切替手段を介して開放または閉塞の二つの状態に切替え可能に構成した接続機構と、
前記接続機構における切替手段を、開放または閉塞の二つの状態に切替え制御する制御手段と、を有することを特徴とする。
また、本発明の燃料電池システムは、前記制御手段が、予め設定した時間毎に開放または閉塞の二つの状態に切替え可能に構成されていることを特徴とする。
また、本発明の燃料電池システムは、前記制御手段が、電圧検出手段によって検出された前記セルユニットにおける電圧に基づいて、開放または閉塞の二つの状態に切替え可能に構成されていることを特徴とする。
また、本発明の燃料電池システムは、前記複数のセルユニットが第１のセルユニットと第２のセルユニットで構成され、
前記第１のセルユニットが開放または閉塞の二つの状態に切替える切替手段を備えた第１の接続機構によって、
また前記第２のセルユニットが開放または閉塞の二つの状態に切替える切替手段を備えた第２の接続機構によって、それぞれ前記燃料供給源と接続される一方、
前記第１のセルユニット及び前記第２のセルユニットが、それぞれに開放または閉塞の二つの状態に切替える切替手段を備えた第３及び第４の接続機構とによって、互いに接続されていることを特徴とする。
また、本発明の燃料電池システムは、前記複数のセルユニットが第１のセルユニットと第２のセルユニットで構成され、
前記第１のセルユニットが第１の接続機構によって、また前記第２のセルユニットが第２の接続機構によって、該第１または第２の接続機構の片方を選択的に開放または閉塞の二つの状態に切替える切替手段を介し、前記燃料供給源と接続される一方、
前記第１のセルユニット及び前記第２のセルユニットが、それぞれに開放または閉塞の二つの状態に切替える切替手段を備えた、一部を前記第１の接続機構と共有する第３の接続機構及び一部を前記第２の接続機構と共有する第４の接続機構とによって、
互いに接続されていることを特徴とする。
また、本発明の燃料電池システムの制御方法は、燃料が流動する流路内で、不純物を含む燃料の偏在を抑制する燃料電池システムの制御方法であって、
燃料を供給する燃料供給源と、複数のセルを積層してなる複数のセルユニットと、これらを接続する複数の接続機構と、該接続機構による接続状態を開放または閉塞の二つの状態に切替え制御する制御手段と、を備え
前記制御手段の切替え制御によって、燃料供給源に対して上流側に当たるセルユニットを下流側に、下流側に当たるセルユニットを上流側にそれぞれ入れ替えて、
前記流路内を流れる燃料の経路を変化させることを特徴とする。
また、本発明の燃料電池システムの制御方法は、前記制御手段の切替え制御に際し、前記セル内を流れる燃料の流動方向を変化させることなく、前記燃料を流動させることを特徴とする。
また、本発明の燃料電池システムの制御方法は、前記制御手段によって、予め設定した時間毎に開放または閉塞の二つの状態に切替えることを特徴とする。
また、本発明の燃料電池システムの制御方法は、前記制御手段によって、電圧検出手段によって検出された前記セルユニットにおける電圧に基づいて、開放または閉塞の二つの状態に切替えることを特徴とする。
また、本発明の燃料電池システムの制御方法は、前記複数の接続機構において、少なくとも一つの接続機構に当該接続機構と燃料電池外部とを連通、あるいは閉塞状態する排出機構を備え、
前記排出機構を開放状態として不純物を含む燃料を排出することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、補器等を用いることなく、燃料が流動する流路内で不純物を含む燃料の偏在による出力低下を抑制することができ、小型化を図ることが可能となる燃料電池システム、燃料電池システムの制御方法を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
燃料ガスに不純物が混入した場合であっても、実際に発電が進行するアノード極近傍において十分な燃料ガスの濃度（あるいは分圧）が確保されていれば、燃料電池の出力は低下しないことが明らかになってきた。
即ち、不純物の混入による燃料電池の出力の低下は、不純物の偏在により燃料ガスの供給が阻害されることが原因であることが明らかになってきた。
本発明は、このような知見に基づき、上記構成により燃料が流動する流路内での不純物を含む燃料の偏在を抑制し、これにより出力低下を抑制するようにしたものであるが、本発明の実施の形態においては、つぎのような構成を採ることができる。
本実施の形態における燃料電池システムにおいては、複数のセルを積層してなると共に、積層方向に該セル間を貫通するセル間流路と、該セル間流路に連通して設けられ、セル内を面方向に貫通するセル内流路とを備える複数のセルユニットと、
燃料ガスを供給する燃料供給源と、セル間流路に連通して設けられ、セルユニットと該燃料供給源、あるいはセルユニットと他のセルユニットを接続すると共に、開放、あるいは閉塞の二つの状態に切替え可能な複数の接続機構と、
該接続機構を開放、あるいは閉塞状態に選択的に切替える制御手段とを備えた構成とすることができる。
このような構成の燃料電池によれば、接続機構を選択的に切替えることにより、セル間流路、セル内流路、及び接続機構（以下、前記の３つを総じてアノード流路と称する）を流れる燃料ガスの経路を変化させることができる。
これにより燃料ガスの流れを促進し、不純物の偏在を抑制することが可能となる。したがって、燃料ガス供給が阻害されて特定のセルあるいは部位において出力が低下することを抑制することができる。
また、本実施の形態の燃料電池システムにおいては、つぎのような構成を採ることができる。
すなわち、各セルユニットが接続機構により他の２つのセルユニットと接続され、あるいは他の１つのセルユニット及び燃料供給源と接続されると共に、各セルユニット間は複数の独立した接続機構により接続された構成を採ることができる。
これにより、接続機構によって複数のセルユニットが直列に接続されると共に、その両端に位置する２つのセルユニットが個別に燃料供給源と接続された燃料電池が得られる。
また、燃料供給源と接続する接続機構を選択的に切替えることにより、燃料供給源に対して上流側に当たるセルユニットを下流側に、下流側に当たるセルユニットを上流側にそれぞれ変更することができる。
また、セルユニット間を接続する複数の接続機構を選択的に切替えることにより、アノード流路を流れる燃料ガスの経路を変化させることができる。
したがって、燃料ガスの流れをさらに促進し、不純物の偏在を抑制することが可能となる。
【０００９】
また、本実施の形態の燃料電池システムの制御方法においては、複数の接続機構を開放状態とし、残りの接続機構を閉塞状態とすると共に、
所定条件時には該セル内流路を流れる燃料ガスの流動方向を変化させることなく、開放状態とする接続機構と閉塞状態とする接続機構を切替えるように構成することができる。
このようにセル内流路を流れる燃料ガスの流動方向を変化させないため、不純物は、直列に接続されたセルユニットに備えられるセル内流路の間を、燃料の流れに乗って循環させることができる。
したがって、実際に発電が進行するアノード極近傍、即ちセル内流路における不純物の濃度をより均一に保持し、偏在することを抑制することができる。
その際、一定時間毎に開放状態とする接続機構と閉塞状態とする接続機構を切替えても良い。
あるいは、少なくとも燃料供給源と接続するセルユニットについて、セルユニットの電圧を検出する電圧検出手段を備え、該検出された電圧の少なくとも一つが所定電圧値以下となった時、開放状態とする接続機構と閉塞状態とする接続機構を切替えても良い。
また、本実施の形態の燃料電池システムの制御方法においては、少なくとも一つの接続機構に当該接続機構と燃料電池外部とを開放、あるいは閉塞状態とする排出機構を備え、所定時には、該排出機構を開放状態とすることができる。
このような構成の燃料電池では、アノード流路の不純物の量が増加するに伴い、燃料ガスの濃度が相対的に減少し、遂には燃料電池の出力を維持できない程度まで燃料ガスの濃度が低下した時に、排出口から不純物を排出することができる。
以上の構成による燃料電池によれば、補器等を用いずに燃料を燃料流路内を流動させ、アノード流路内の不純物により出力が低下することを抑制することができるので、プリンター、デジタルカメラ、ノートＰＣ等の小型電子機器に、好適に適用することができる。
【実施例】
【００１０】
以下に、本発明の実施例について説明する。
［実施例１］
実施例１においては、本発明を適用した燃料電池システムについて説明する。
図１に、本実施例の燃料電池システムの概略構成を説明する図を示す。
図１において、１ａ、１ｂはセルユニット、２は燃料供給源である燃料タンク、３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄは接続機構、４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄは開閉バルブ、５は制御手段、である。
【００１１】
本実施例の燃料電池システムでは、燃料電池は２つのセルユニット１ａ及び１ｂと、燃料供給源２と、これらを接続する接続機構３ａ〜３ｄと、制御手段５を備えている。
制御手段５は、接続機構３ａ〜３ｄに備えられた開閉バルブ４ａ〜４ｄを操作して、接続機構３ａ〜３ｄを開放状態、あるいは閉塞状態とすることができるように構成されている。
セルユニット１ａは、接続機構３ａによって燃料供給源２と接続されている。セルユニット１ｂは、接続機構３ｄによって燃料供給源２と接続されている。
また、セルユニット１ａと１ｂは接続機構３ｂと接続機構３ｃとによって互いに接続されている。
【００１２】
つぎに、本実施例のセルユニットについて説明する。
図２に、本実施例におけるセルユニット１ａの概略構成を説明する断面図を示す。
図２において、１１はカソード極、１２はアノード極、１３はセル、１４はセパレータ、１５はセル間流路、１６はセル内流路である。
【００１３】
本実施例におけるセルユニット１ａは、一対のカソード極１１とアノード極１２からなるセル１３を、導電性のセパレータ１４を介して積層して形成されている。
セルユニット１ａは、積層方向に各セル間を連通するセル間流路１５と、セル間流路１５に連通すると共に、アノード極内部を面方向に連通するセル内流路１６を備えている。
セル間流路１５は接続機構３ａ〜３ｃと接続している。
尚、図示していないが、セル１３はカソード極１１とアノード極１２に挟持された電解質膜を備えている。
また、カソード極はその一部を外気に向けて開放しており、大気中より酸素を吸気するように構成されている。
【００１４】
つぎに、本実施例のアノード極について説明する。
図３に、本実施例のアノード極１２の概略を説明する平面図を示す。
本実施例では、アノード極１２の端部に備えられたセル間流路１５からアノード極に供給された燃料ガスは、セル内流路１６を通じてアノード極内部を流通し、アノード極１２に備えられたもう一つのセル間流路１５に排出されるように構成されている。
【００１５】
つぎに、本実施例の制御方法によるアノード流路を流れる燃料ガスの経路変化の状態について説明する。
図４は燃料電池の第１の状態を示す説明図である。
第１の状態では、接続機構３ａと３ｂを開放状態とし、接続機構３ｃと３ｄを閉塞状態としている。
従って、燃料ガスは、燃料供給源２から接続機構３ａを通じてセルユニット１ａに供給された後、接続機構３ｂを通じてセルユニット１ｂに供給される。
かかる場合においては、燃料ガスは図中の矢印が示す通り流動する。
すなわち、燃料ガスの流動方向は、燃料供給源に対して上流側となるセルユニット１ａのセル内流路１６ａを、図の左側から右側に流動する向きとなり、下流側となるセルユニット１ｂのセル内流路１６ｂを、図の右側から左側に流動する向きとなる。
【００１６】
また、図５は燃料電池の第２の状態を示す説明図である。
第２の状態では、接続機構３ｃと３ｄを開放状態とし、接続機構３ａと３ｂを閉塞状態としている。
従って、燃料ガスは、燃料供給源２から接続機構３ｄを通じてセルユニット１ｂに供給された後、接続機構３ｃを通じてセルユニット１ａに供給される。
かかる場合においては、燃料ガスは図中の矢印が示す通り流動する。
すなわち、燃料ガスの流動方向は、燃料供給源に対して上流側となるセルユニット１ｂのセル内流路１６ｂを、図の右側から左側に流動する向きとなり、下流側となるセルユニット１ａのセル内流路１６ａを、図の左側から右側に流動する向きとなる。
【００１７】
制御手段５は、接続機構３ａ〜３ｄを切替えることにより、燃料電池を第１及び第２の状態に相互にかつ所定時間毎に切替える。
これにより、燃料供給源２に対して上流側に当たるセルユニットを下流側に、下流側に当たるセルユニットを上流側にそれぞれ入れ替えて、アノード流路を流れる燃料ガスの経路を変化させることができる。
従って、不純物の偏在により燃料ガスの供給が阻害されて燃料電池の出力が低下することを抑制することができる。
また、セル内流路１６を流れる燃料ガスの流動方向を変化しないため、不純物は、セルユニット１ａと１ｂに備えられるセル内流路１６ａと１６ｂの間を、燃料の流れに乗って循環する。
従って、実際に発電が進行するアノード極近傍、即ちセル内流路１６における不純物の濃度をより均一に保持し、不純物の偏在により燃料ガスの供給が阻害されて燃料電池の出力が低下することを抑制することができる。
【００１８】
［実施例２］
実施例２においては、実施例１とは異なる形態の燃料電池システムについて説明する。
すなわち、実施例２の燃料電池システムでは、実施例１の燃料電池から、接続機構によるセルユニット間、及びセルユニットと燃料供給源の接続の仕方を変更し、制御方法を変更した実施例が構成される。
図６に、本実施例の燃料電池システムの概略構成を説明する図を示す。
図６において、２１ａ、２１ｂはセルユニット、２２は燃料供給源である燃料タンク、２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄは接続機構、２４ａ、２４ｂ、２４ｃは開閉バルブ、２５は制御手段である。
【００１９】
本実施例においては、セルユニット２１ａは、接続機構２３ａによって燃料供給源２２と接続されている。
セルユニット２１ｂは、接続機構２３ｄによって燃料供給源２２と接続されている。
また、セルユニット２１ａと２１ｂは、接続機構２３ｄと一部を共有する接続機構２３ｂと、接続機構２３ａと一部を共有する接続機構２３ｃとによって互いに接続されている。
接続機構２３ａ及び２３ｄは開閉バルブ２４ａを備え、制御手段２５によって、接続機構２３ａあるいは２３ｄの片方を選択的に開放状態、あるいは閉塞状態とすることができるようになっている。
同様に、接続機構２３ｂと接続機構２３ｃにも開閉バルブ２４ｂと２４ｃが備えられ、制御手段２５によって、それぞれの接続機構を開放状態、あるいは閉塞状態とすることができるようになっている。
【００２０】
また、制御手段２５には、電圧検出手段２７ａと２７ｂによって検出されたセルユニット２１ａと２１ｂの電圧が情報として伝達されるようになっている。
尚、図示していないが、セルユニット２１ａと２１ｂは、図２及び、図３に示すが如く、一対のカソード極とアノード極からなるセルを、導電性のセパレータを介して積層した構成を有している。
【００２１】
つぎに、本実施例の制御方法によるアノード流路を流れる燃料ガスの経路変化の状態について説明する。
図７は燃料電池の第１の状態を示す説明図である。
第１の状態では、接続機構２３ａと２３ｂを開放状態とし、接続機構２３ｃと２３ｄを閉塞状態としている。
従って、燃料ガスは、燃料供給源２２から接続機構２３ａを通じてセルユニット２１ａに供給された後、接続機構２３ｂを通じてセルユニット２１ｂに供給される。
かかる場合においては、燃料ガスは図中の矢印が示す通り流動する。
すなわち、燃料ガスの流動方向は、燃料供給源に対して上流側となるセルユニット２１ａのセル内流路を、図の左側から右側に流動する向きとなり、下流側となるセルユニット２１ｂのセル内流路を、図の右側から左側に流動する向きとなる。
【００２２】
また、図８は燃料電池の第２の状態を示す説明図である。
第２の状態では、接続機構２３ｃと２３ｄを開放状態とし、接続機構２３ａと２３ｂを閉塞状態としている。
従って、燃料ガスは、燃料供給源２２から接続機構２３ｄを通じてセルユニット２１ｂに供給された後、接続機構２３ｃを通じてセルユニット２１ａに供給される。
かかる場合においては、燃料ガスは図中の矢印が示す通り流動する。
すなわち、燃料ガスの流動方向は、燃料供給源に対して上流側となるセルユニット２１ｂのセル内流路を、図の右側から左側に流動する向きとなり、下流側となるセルユニット２１ａのセル内流路を、図の左側から右側に流動する向きとなる。
【００２３】
制御手段２５は、燃料電池が第１の状態である場合、燃料供給源２２に対して下流側となるセルユニット２１ｂの電圧が所定値以下となった時に、第２の状態へと切替えを行う。
燃料電池が第２の状態である場合、燃料供給源２２に対して下流側となるセルユニット２１ａの電圧が所定値以下となった時に、第１の状態へと切替えを行う。
このように、不純物が偏在し易い下流側のセルユニットの電圧が低下した時に、開放状態とする接続機構と閉塞状態とする接続機構を切替えることで、それ以上の電圧低下を防止することができる。
【００２４】
［実施例３］
実施例３においては、実施例１とは異なる形態の燃料電池システムについて説明する。
すなわち、実施例３の燃料電池は、実施例１の燃料電池からセルユニットの個数を変更した実施例である。
図９に、本実施例の燃料電池システムの概略構成を説明する図を示す。
図９において、３１ａ、３１ｂ、３１ｃはセルユニット、３２は燃料供給源である燃料タンク、３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３３ｄ、３３ｅ、３３ｆは接続機構、３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄ、３４ｅ、３４ｆは開閉バルブ、３５は制御手段である。
【００２５】
本実施例においては、燃料電池は３つのセルユニット３１ａ〜３１ｃと、燃料供給源３２と、これらを接続する接続機構３３ａ〜３３ｆと、接続機構３３ａ〜３３ｆに備えられた開閉バルブ３４ａ〜３４ｆと、制御手段３５を備えている。
セルユニット３１ａは、接続機構３３ａによって燃料供給源３２と接続されている。
セルユニット３１ｃは、接続機構３３ｆによって燃料供給源３２と接続されている。
また、セルユニット３１ａと３１ｂは、接続機構３３ｂと接続機構３３ｃとによって互いに接続されている。
また、セルユニット３１ｂと３１ｃは、接続機構３３ｄと接続機構３３ｅとによって互いに接続されている。
尚、図示していないが、セルユニット３１ａ、３１ｂ、３１ｃは、図２及び、図３に示すが如く、一対のカソード極とアノード極からなるセルを、導電性のセパレータを介して積層した構成を有している。
【００２６】
本実施例の燃料電池では、接続機構３３ａ、３３ｃ、３３ｄを開放状態とし、接続機構３３ｂ、３３ｅ、３３ｆを閉塞状態とした状態を第１の状態としている。
一方、接続機構３３ｂ、３３ｅ、３３ｆを開放状態とし、接続機構３３ａ、３３ｃ、３３ｄを閉塞状態とした状態を第２の状態としている。
制御手段３５は、燃料電池を第１及び第２の状態に相互にかつ所定時間毎に切替える。
これにより、セル内流路を流れる燃料ガスの流動方向を変化させることなく、開放状態とする接続機構と閉塞状態とする接続機構を切替えることができる。
【００２７】
なお、上記した実施例１及至実施例３では、アノード極１２内部を一方向に貫通する様にセル内流路１６を配したが、これは本発明の燃料電池を構成するアノード極の一例に過ぎず、その形状は本発明の趣旨を逸脱しない限り特に限定されない。
例えば、図１０に示す様に、アノード極４２内部を折り返しながらセル内流路４６を配しても良い。
また、本発明における燃料電池を構成するセルユニットの個数、一つのセルユニットに含まれるセルの個数、及び燃料供給源の個数は、特に限定されない。
また、実施例１及至実施例３で示した制御手段による接続機構の切替えは、本発明における燃料電池の制御方法の一例に過ぎず、本発明の趣旨を逸脱しない限り様々な制御方法を取り得ることは言うまでもない。
また、セルユニットと外部負荷を含む電気回路の構成も、特に限定されない。
例えば、複数のセルユニットを電気的に直列に接続した電気回路、あるいは複数のセルユニットを電気的に並列に接続した電気回路などを、本発明の燃料電池に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施例１における燃料電池システムの概略構成を説明する図。
【図２】本発明の実施例１におけるセルユニットの概略構成を説明する断面図。
【図３】本発明の実施例１におけるアノード極の概略を説明する平面図。
【図４】本発明の実施例１の制御方法によるアノード流路を流れる燃料ガスの経路変化の第１の状態を説明する図。
【図５】本発明の実施例１の制御方法によるアノード流路を流れる燃料ガスの経路変化の第２の状態を説明する図。
【図６】本発明の実施例２における燃料電池システムの概略構成を説明する図。
【図７】本発明の実施例２の制御方法によるアノード流路を流れる燃料ガスの経路変化の第１の状態を説明する図。
【図８】本発明の実施例２の制御方法によるアノード流路を流れる燃料ガスの経路変化の第２の状態を説明する図。
【図９】本発明の実施例３における燃料電池システムの概略構成を説明する図。
【図１０】本発明の実施例３におけるアノード極の変形例を示す概略平面図である。
【符号の説明】
【００２９】
１、２１、３１：セルユニット
２、２２、３２：燃料供給源（燃料タンク）
３、２３、３３：接続機構
４、２４、３４：開閉バルブ
５、２５、３５：制御手段
１１：カソード極
１２、４２：アノード極
１３：セル
１４：セパレータ
１５、４５：セル間流路
１６、４６：セル内流路
２７：電圧検出手段

【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料が流動する流路内で、不純物を含む燃料の偏在を抑制する構成を備えた燃料電池システムであって、
燃料を供給する燃料供給源と、
複数のセルが積層して構成され、該セルの積層方向にセル間を貫通するセル間流路と、該セル間流路に連通すると共にセル内を面方向に貫通するセル内流路と、を備える複数のセルユニットと、
前記セル間流路に連通して設けられると共に、前記セルユニットと前記燃料供給源とを接続し、該接続の状態を切替手段を介して開放または閉塞の二つの状態に切替え可能に構成した接続機構と、
前記接続機構における切替手段を、開放または閉塞の二つの状態に切替え制御する制御手段と、
を有することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記制御手段は、予め設定した時間毎に開放または閉塞の二つの状態に切替え可能に構成されていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記制御手段は、電圧検出手段によって検出された前記セルユニットにおける電圧に基づいて、開放または閉塞の二つの状態に切替え可能に構成されていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記複数のセルユニットが第１のセルユニットと第２のセルユニットで構成され、
前記第１のセルユニットが開放または閉塞の二つの状態に切替える切替手段を備えた第１の接続機構によって、また前記第２のセルユニットが開放または閉塞の二つの状態に切替える切替手段を備えた第２の接続機構によって、それぞれ前記燃料供給源と接続される一方、
前記第１のセルユニット及び前記第２のセルユニットが、それぞれに開放または閉塞の二つの状態に切替える切替手段を備えた第３及び第４の接続機構とによって、互いに接続されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記複数のセルユニットが第１のセルユニットと第２のセルユニットで構成され、
前記第１のセルユニットが第１の接続機構によって、また前記第２のセルユニットが第２の接続機構によって、該第１または第２の接続機構の片方を選択的に開放または閉塞の二つの状態に切替える切替手段を介し、前記燃料供給源と接続される一方、
前記第１のセルユニット及び前記第２のセルユニットが、それぞれに開放または閉塞の二つの状態に切替える切替手段を備えた、一部を前記第１の接続機構と共有する第３の接続機構及び一部を前記第２の接続機構と共有する第４の接続機構とによって、
互いに接続されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
燃料が流動する流路内で、不純物を含む燃料の偏在を抑制する燃料電池システムの制御方法であって、
燃料を供給する燃料供給源と、複数のセルを積層してなる複数のセルユニットと、これらを接続する複数の接続機構と、該接続機構による接続状態を開放または閉塞の二つの状態に切替え制御する制御手段と、を備え
前記制御手段の切替え制御によって、燃料供給源に対して上流側に当たるセルユニットを下流側に、下流側に当たるセルユニットを上流側にそれぞれ入れ替えて、
前記流路内を流れる燃料の経路を変化させることを特徴とする燃料電池システムの制御方法。
【請求項７】
前記制御手段の切替え制御に際し、前記セル内を流れる燃料の流動方向を変化させることなく、前記燃料を流動させることを特徴とする請求項６に記載の燃料電池システムの制御方法。
【請求項８】
前記制御手段によって、予め設定した時間毎に開放または閉塞の二つの状態に切替えることを特徴とする請求項６または請求項７に記載の燃料電池システムの制御方法。
【請求項９】
前記制御手段によって、電圧検出手段によって検出された前記セルユニットにおける電圧に基づいて、開放または閉塞の二つの状態に切替えることを特徴とする請求項６または請求項７に記載の燃料電池システムの制御方法。
【請求項１０】
前記複数の接続機構において、少なくとも一つの接続機構に当該接続機構と燃料電池外部とを連通、あるいは閉塞状態する排出機構を備え、
前記排出機構を開放状態として不純物を含む燃料を排出することを特徴とする請求項６から９のいずれか１項に記載の燃料電池システムの制御方法。

【図１】