燃料電池システム及び気体排出方法
【課題】小型な構成で安全に排出ガスを燃料電池本体から排出することができる燃料電池システム及び気体排出方法を提供する。
【解決手段】燃料電池と、水素発生器と、燃料電池と水素発生器とを接続する接続部とを備え、水素発生器は、反応室と接続部との間に設けられ、反応部より低温であり、かつ接続部の温度以下に保たれる放熱部を備える。燃料電池本体に備えられ、第一位置から第二位置に可動し、燃料電池本体の外部に排出される気体に含まれる可燃性気体の濃度が可燃濃度未満の濃度となる広さを有する空間を作る可動体を備え、可動体が第一位置から第二位置に移動した際に、排出弁を開放し、燃料供給部の内部の気体を燃料電池本体の外部に排出する。
【解決手段】燃料電池と、水素発生器と、燃料電池と水素発生器とを接続する接続部とを備え、水素発生器は、反応室と接続部との間に設けられ、反応部より低温であり、かつ接続部の温度以下に保たれる放熱部を備える。燃料電池本体に備えられ、第一位置から第二位置に可動し、燃料電池本体の外部に排出される気体に含まれる可燃性気体の濃度が可燃濃度未満の濃度となる広さを有する空間を作る可動体を備え、可動体が第一位置から第二位置に移動した際に、排出弁を開放し、燃料供給部の内部の気体を燃料電池本体の外部に排出する。
【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及び気体排出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、固体高分子電解質膜を挟んでアノード極とカソード極を有する。アノード極側に水素ガス等の燃料ガスを供給し、カソード極側に酸化用ガス、例えば酸素や空気を供給し、これらの電気化学反応により電力を発生する。
【０００３】
このような固体高分子型燃料電池システムの発電において、例えば、アノード極側に燃料ガスを供給する燃料供給部の内部に、カソード極側から電解質膜を介し、空気などの燃料ガス以外の気体(不純ガス)が混入している場合、発電性能が著しく低下してしまう。このため、燃料供給部の内部の不純ガスを排出して燃料ガス濃度を高める必要がある。しかしながら、不純ガスを排出する際に、燃料ガスも排出されるため、排出された不純ガスに対して燃料ガスの濃度が高い場合、燃料ガスに引火する危険性がある。
【０００４】
燃料供給部の内部の燃料ガス濃度を高める方法として、燃料供給部の内部の不純ガスを排出し、燃料ガスに置換する機構を有し、排出ガスに含まれる燃料ガスを除去するために、燃焼や触媒作用などを用いた排気処理装置を用いる燃料電池システムが特許文献１に開示されている。
【０００５】
また、特許文献２には、不純ガスを燃料電池システムから排出する際に、排出ガス中の燃料濃度を可燃濃度未満の濃度にするため、排出ガスを週容器内で空気により希釈し、希釈した排出ガスを大気中に排出する排出水素処理装置が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−３３１８８８号公報
【特許文献２】特開２００４−６１８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記の方法では、排出ガスに含まれる燃料を除去するために、燃焼や触媒作用などを用いた排気処理装置や、排出ガスを希釈する構造が必要であり、燃料電池システムの体積を増大させる。これらのガス置換に用いられる装置による燃料電池システムの体積の増大は、特に、ノートPCやデジタルカメラなど小型電子機器に燃料電池を応用する場合に小型化の妨げとなる。
【０００８】
そこで、本発明は上記点に鑑みてなされたものであり、小型な構成で安全に排出ガスを燃料電池本体から排出することができる燃料電池システム及び気体排出方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するための本発明の第１の特徴は、燃料極と酸化剤極と燃料極及び酸化剤極に挟持された電解質膜から構成される燃料電池と、燃料極に燃料を供給する燃料供給部と、燃料供給部に燃料を導入する燃料導入路と、燃料導入路に配置され、燃料導入路を開閉制御し、燃料供給部への燃料の導入を制御する燃料弁と、燃料供給部に配置され、燃料供給部の気体を排出する排出流路と、排出流路に配置され、排出流路を開閉制御する排出弁とを備え、燃料電池本体に備えられ、第一位置から第二位置に可動し、燃料電池本体の外部に排出される気体に含まれる可燃性気体の濃度が可燃濃度未満の濃度となる広さを有する空間を作る可動体を備え、可動体が第一位置から第二位置に移動した際に、排出弁を開放し燃料供給部の内部の気体を燃料電池本体の外部に排出することを要旨とする。
かかる特徴によれば、可動体が第一位置から第二位置に移動する際に、排出ガスの濃度が燃料ガスの可燃濃度未満となる空間が形成され、発火の危険が無く、安全に排出ガスを燃料電池本体の外部に排出することが出来る。
【００１０】
また本発明の第２の特徴は、燃料弁及び排出弁は、可動体と機械的に接続し、可動体の動作と、燃料弁及び排出弁の開閉制御とは同期することを要旨とする。
かかる特徴によれば、駆動部を１箇所とすることができ、構造の簡素化が可能となる。
【００１１】
また本発明の第３の特徴は、燃料供給部は、燃料供給部の内部部の体積を変化させる圧縮部を備え、圧縮部は、可動体と機械的に接続し、圧縮部を圧縮する動作と、燃料弁及び排出弁の開閉制御とは同期することを要旨とする。
かかる特徴によれば、簡便な構造で、安全に確実に気体を排出することが出来る。
【００１２】
また本発明の第４の特徴は、燃料弁は、可動体と機械的に接続されている燃料制御回転部と、燃料制御回転部の外周面に沿って形成される燃料制御バルブ筐体とを有し、燃料制御回転部を回転することにより、燃料導入路を開閉制御し、排出弁は、可動体と機械的に接続されている排出回転部と、排出回転部の外周面に沿って形成される排出バルブ筐体とを有し、排出回転部を回転することにより、排出流路を開閉制御し、燃料制御回転部と排出回転部と可動体を回転軸で接続することにより、可動体の動作と、燃料弁及び排出弁の開閉制御とは同期することを要旨とする。
かかる特徴によれば、燃料弁や排出弁の制御や駆動の機器を排除することが可能となり、より簡易な構造で、安全に排出ガスを燃料電池本体の外部に排出することが出来る。
【００１３】
また本発明の第５の特徴は、燃料極と酸化剤極と燃料極及び酸化剤極に挟持された電解質膜から構成される燃料電池と、燃料極に燃料を供給する燃料供給部と、燃料供給部に燃料を導入する燃料導入路と、燃料導入路に配置され、燃料導入路を開閉制御し、燃料供給部への燃料の導入を制御する燃料弁と、燃料供給部と連結流路により連結されるパージ室と、連結流路に配置され、連結流路を開閉制御する連結流路弁と、パージ室に配置され、パージ室の気体を排出する排出流路と、排出流路に配置され、排出流路を開閉制御する排出弁とを備え、燃料電池本体に備えられ、第一位置から第二位置に可動し、燃料電池本体の外部に排出される気体に含まれる可燃性気体の濃度が可燃濃度未満の濃度となる広さを有する空間を作る可動体とからなり、可動体が第一位置から第二位置に移動した際に、排出弁を開放しパージ室の内部の気体を燃料電池本体の外部に排出することを要旨とする。
かかる特徴によれば、パージ室の内部の気体を可動体が第一位置から第二位置に移動した際に排出するので、可動体が第一位置から第二位置に移動する際に形成される空間に対して、確実に排出ガスの濃度が燃料ガスの可燃濃度未満となる排出ガスの量とすることができるので、発火の危険が無く、安全に排出ガスを燃料電池本体の外部に排出することが出来る。
【００１４】
また本発明の第６の特徴は、燃料弁及び連結流路弁及び排出弁は、可動体と機械的に接続され、可動体の動作と、燃料弁及び連結流路弁及び排出弁の開閉制御とは同期することを要旨とする。
かかる特徴によれば、駆動部を１箇所とすることができ、構造の簡素化が可能となる。
【００１５】
また本発明の第７の特徴は、パージ室は、パージ室の内部の体積を変化させる圧縮部を備え、圧縮部は、可動体と機械的に接続し、圧縮部を圧縮する動作と、燃料弁及び接続流路弁及び排出弁の開閉制御とは同期することを要旨とする。
かかる特徴によれば、簡便な構造で、安全に確実にパージ室の内部の気体を排出することが出来る。
【００１６】
また本発明の第８の特徴は、燃料弁は、可動体と機械的に接続されている燃料制御回転部と、燃料制御回転部の外周面に沿って形成される燃料制御バルブ筐体とを有し、燃料制御回転部を回転することにより、燃料導入路を開閉制御し、連結流路弁は、可動体と機械的に接続されている連結回転部と、連結回転部の外周面に沿って形成される連結バルブ筐体とを有し、連結回転部を回転することにより、連結流路を開閉制御し、排出弁は、可動体と機械的に接続されている排出回転部と、排出回転部の外周面に沿って形成される排出バルブ筐体とを有し、排出回転部を回転することにより、排出流路を開閉制御し、燃料制御回転部を回転することにより、燃料弁の開閉を制御し、排出回転部を回転することにより、排出制御弁の開閉を制御するものであり、燃料制御回転部と排出回転部と可動体を回転軸で接続することにより、可動体の動作と、燃料弁及び排出弁の開閉制御とは同期することを要旨とする。
かかる特徴によれば、燃料弁や排出弁の制御や駆動の機器を排除することが可能となり、より簡易な構造で、安全に排出ガスを燃料電池本体の外部に排出することが出来る。
【００１７】
また本発明の第９の特徴は、燃料電池システムで用いられる気体排出方法であって、燃料電池システムは、燃料極と酸化剤極と燃料極及び酸化剤極に挟持された電解質膜から構成される燃料電池と、燃料極に燃料を供給する燃料供給部と、燃料供給部に燃料を導入する燃料導入路と、燃料導入路に配置され、燃料導入路を開閉制御し、燃料供給部への燃料の導入を制御する燃料弁と、燃料供給部に配置され、燃料供給部の気体を排出する排出流路と、排出流路に配置され、排出流路を開閉制御する排出弁とを備える燃料電池本体と、燃料電池本体に備えられ、第一位置から第二位置に可動し、燃料電池本体の外部に排出される気体の濃度が可燃濃度未満の濃度となる広さを有する空間を作る空間を作る可動体とを備え、可動体が第一位置から第二位置に移動した際に、燃料弁を閉止し、排出弁を開放し、燃料供給部の内部の気体を燃料電池本体の外部に排出する気体排出ステップを含む気体排出方法であることを要旨とする。
かかる特徴によれば、燃料電池本体に取り付けられた可動体が第一位置から第二位置に移動する際に、排出ガスの濃度が燃料ガスの可燃濃度未満となる空間が形成され、発火の危険が無く、安全に排出ガスを燃料電池本体の外部に排出することが出来る。
【００１８】
また本発明の第１０の特徴は、燃料電池システムで用いられる気体排出方法であって、燃料電池システムは、燃料極と酸化剤極と燃料極及び酸化剤極に挟持された電解質膜から構成される燃料電池と、燃料極に燃料を供給する燃料供給部と、燃料供給部に燃料を導入する燃料導入路と、燃料導入路に配置され、燃料導入路を開閉制御し、燃料供給部への燃料の導入を制御する燃料弁と、燃料供給部と連結流路により連結されるパージ室と、連結流路に配置され、連結流路を開閉制御する連結流路弁と、パージ室に配置され、パージ室の気体を排出する排出流路と、排出流路に配置され、排出流路を開閉制御する排出弁とを備える燃料電池本体と、燃料電池本体に備えられ、第一位置から第二位置に可動し、燃料電池本体の外部に排出される気体の濃度が可燃濃度未満の濃度となる広さを有する空間を作る可動体とを備え、可動体が第一位置から第二位置に移動した際に、燃料弁及び連結流路弁を閉止し、排出制御弁を開放し、パージ室の内部の気体を燃料電池本体の外部に排出する気体排出ステップを含む気体排出方法であることを要旨とする。
かかる特徴によれば、パージ室の内部の気体を可動体が第一位置から第二位置に移動した際に排出するので、可動体が第一位置から第二位置に移動する際に形成される空間に対して、確実に排出ガスの濃度が燃料ガスの可燃濃度未満となる排出ガスの量とすることができるので、発火の危険が無く、安全に排出ガスを燃料電池本体の外部に排出することが出来る。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、小型な構成で安全に排出ガスを燃料電池本体から排出することができる燃料電池システム及び気体排出方法を提供することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本実施の形態１に係る燃料電池システムの概観図である。
【図２】本実施の形態１に係る燃料電池システムの概略図である。
【図３】本実施の形態１に係る燃料電池システムの気体排出フローである。
【図４】本実施の形態１に係る燃料電池システムの変更例１を示す概略図である。
【図５】燃料弁及び排出弁の構成例である。
【図６】燃料弁及び排出弁及び燃料電池システムのスイッチの構成例である。
【図７】本実施の形態１に係る燃料電池システムの変更例２を示す概略図である。
【図８】本実施の形態２に係る燃料電池システムの概略図である。
【図９】本実施の形態２に係る燃料電池システムの気体排出フローである。
【図１０】本実施の形態２に係る燃料電池システムの変更例１を示す概略図である。
【図１１】連結流路弁及び排出弁の構成例である。
【図１２】連結流路弁及び排出弁及び燃料電池システムのスイッチの構成例である。
【図１３】本実施の形態２に係る燃料電池システムの変更例２を示す全体概略図である。
【図１４】燃料供給部の構成例である。
【図１５】本実施の形態１及び２に係る燃料電池システムの適用例である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下に、本発明の実施の形態を説明する。
【００２２】
（実施の形態１）
図１及び図２及び図３に基づいて燃料電池システムの本実施の形態１を説明する。
図１は、本実施の形態１に係る燃料電池システムの全体概略図である。
【００２３】
図１に示すように、本実施の形態１に係る燃料電池システム１は、燃料電池本体２と、燃料電池本体２の外側に、可動体回転軸4により回転するように取り付けられた可動体３と、可動体回転軸４に取り付けられた位置（回転）検出部６とで構成されている。
【００２４】
可動体３は、可動体回転軸4を中心に回転し、燃料電池本体２の周囲を第一位置から第二位置に移動する。燃料電池本体２の周囲の可動体３が第一位置から第二位置に移動する間の範囲に、可動体３の移動を妨げるものがある場合、可動体３が、第一位置から第二位置に移動することが不可能となり、逆に、燃料電池本体２の周囲の可動体３が第一位置から第二位置に移動する間の範囲に、可動体３の移動を妨げるものがない場合には、可動体３が、第一位置から第二位置に移動することが可能である。すなわち、可動体３が、第一位置から第二位置に移動することが可能であった場合は、燃料電池本体２の周囲に少なくとも可動体３の第一位置から第二位置への移動範囲の空間が作られていることになる。この可動体３の第一位置から第二位置への移動範囲の空間を燃料電池本体２から燃料電池本体２の外部に排出される可燃性気体の濃度が可燃濃度未満となる体積とすることにより、安全に排出ガスを燃料電池本体から排出することができる。
【００２５】
図２に基づいて、燃料電池本体２から外部に排出ガスを排出する構造を説明する。
図２に示すように、燃料電池本体２は、発電部２０と、発電部２０の燃料極２３に燃料を供給する燃料供給部３１とを備える。
【００２６】
発電部２０は、電解質膜２１を挟んで酸化剤極２２と燃料極２３とで構成され、電解質膜２１は、電解質膜２１の両面に図示しない触媒層がそれぞれ配置される構成である。
【００２７】
燃料極２３は、図示しないガス拡散層、集電体層を備え、また酸化剤極２２も同様に、図示しないガス拡散層、集電体層を備える。燃料極２３及び酸化剤極２２の集電体層からそれぞれ図示しない導線により、燃料電池の出力に接続される。
【００２８】
酸化剤極２２側は、大気に開放された構成を示したが、燃料極２３側と同様に、酸化剤を酸化剤極２２に供給する酸化剤供給路と酸化剤供給路に酸化剤を導入する酸化剤導入路を備える構成とすることも可能である。
【００２９】
燃料供給部３１には、燃料供給部３１に燃料ガスを導入する燃料導入路３６と燃料供給部３１から排出ガスを排出する排出流路３７が設けられている。燃料導入路３６には、燃料導入路３６の流通の開閉を行う燃料弁３３が配置される。また、排出流路３７には、排出流路３７の流通の開閉を行う排出弁３４が配置される。また、燃料弁３３および排出弁３４は、コントローラ５により開閉を制御される。
【００３０】
燃料導入路３６に導入される燃料ガスの供給源は、たとえば、水素を圧縮して充填した水素ボンベや、水素を水素吸蔵合金、炭素系材料等に吸蔵し容器に収めたボンベなどを用いることができる。また、水酸化ホウ素ナトリウムなどの金属水素化物の加水分解や、金属と塩基性あるいは酸性水溶液との反応によって水素を得るものであってもよい。さらに、アルコール、エーテル、ケトン類を水蒸気改質して水素を得るメタノール改質型や、ガソリン、灯油、天然ガスといった炭化水素を水蒸気改質して水素を得る炭化水素改質型など、加水により水素を発生する構成であってよい。
【００３１】
燃料導入路３６に燃料ガスの供給源との接続部を設け、燃料ガスの供給源を着脱可能な構成とすることもできる。
【００３２】
燃料電池システムの稼動時、燃料弁３３を開放して燃料供給部３１に燃料を供給している。また、排出弁は閉止し、外部への排出を行わない。また、電解質膜２１を介して、空気が酸化剤極２２側から燃料供給部３１へ透過する。この空気が不純ガスとして、燃料ガス濃度を低下させ発電性能を悪化させる。このため、燃料供給部３１の内部の不純ガスを燃料供給部３１の外部に排出して燃料ガス濃度を高める必要がある。
【００３３】
また、燃料電池システムの停止時の燃料弁３３および排出弁３４の状態は、共に閉止状態である。停止時においても、稼動時と同様に、空気が酸化剤極２２側から燃料供給部３１へ透過する。従って、燃料電池システムの起動時には、燃料供給部３１の不純ガスを燃料供給部３１の外部に排出することが必要となる。
【００３４】
ここでは、燃料弁３３および排出弁３４は、コントローラ５により開閉駆動される電磁弁を用いている。
【００３５】
以上のような構成において、燃料供給部３１から排出ガスを燃料電池本体２から外部に排出する際の動作を説明する。
図３は、気体排出フローを示す。
【００３６】
燃料電池システムの発電時、燃料弁３３は、開放状態であり、燃料供給部３１に燃料ガスを供給している。排出弁３４の状態は、閉止状態である。まず、可動体３を第一位置から第二位置に移動させる（Ｓ１１）。この移動が可能であれば、燃料電池本体２の周囲に少なくとも可動体３の第一位置から第二位置への移動範囲に移動を妨げるものがなく開放された空間であることになる。可動体３の第一位置から第二位置に移動したことを位置（回転）検出部６で検知し（Ｓ１２）燃料弁３３を閉止し（Ｓ１３）、排出弁３４を開放し（Ｓ１４）、燃料供給部３１の内部のガスを燃料電池本体２の外部へ排出する。このときの排出ガスの量は、燃料供給部３１の容積と、燃料供給部３１の圧力と燃料電池外部の圧力（大気圧）により定まる量となり、排出ガス量＝燃料供給部３１の容積ｘ（燃料供給部３１の内部の圧力−大気圧）／大気圧である。可動体３が第一位置から第二位置に移動する際に形成される空間において、排出ガスの濃度が、燃料ガスの可燃濃度未満となる様に、可動体３の移動範囲と排出ガス量の比を設定することにより、排出ガスを原因とした発火の危険が無く、安全に排出ガスを燃料電池本体２の外部に排出することが出来る。排出される気体は、空気など不燃ガスも含まれることを考慮し、可動体３の移動範囲を設計することも可能であるが、排出ガスが全て可燃性の燃料ガスであった場合を想定した設計が好ましい。
【００３７】
排出ガスを燃料電池本体２の外部に排出した後、排出弁３４を閉止し（Ｓ１５）、燃料弁３３を開放（Ｓ１６）して燃料供給部３１に燃料ガスを供給する。このとき、燃料供給部３１の燃料ガス濃度が発電に充分な濃度になる様、燃料供給圧力や燃料供給部３１の容積や排出量が設定される。これにより、安全に排出ガスを燃料電池本体から排出し、発電性能を維持することが出来る。
【００３８】
また、図３のフローの燃料弁３３を閉止する操作（Ｓ１３）を行わずに、排出弁３４を開放する時間により排出量を制御することもできる。
【００３９】
また、この気体排出フローは、燃料電池システムの起動時に適用することもできる。その場合、S１１において、燃料電池システムの起動前である停止時、燃料電池システムの発電の起動スイッチはOFF状態であり、燃料弁３３および排出弁３４の状態は、共に閉止状態である。よって、Ｓ１１で、可動体３の第一位置から第二位置へ移動させた後に、燃料弁３３を開放し、燃料供給部３１に燃料ガスを供給し、燃料供給部３１の内部の圧力は、燃料電池本体２の外部より高い圧力とする工程が加わる。そして、Ｓ１６が終了した後に、燃料電池システムの発電の起動スイッチをONにして、発電を開始する。これにより、安全に排出ガスを燃料電池本体から排出して燃料電池を起動することが出来る。
【００４０】
図１６（ａ）に、燃料供給部３１の構成例を示す。（ｂ）はB−B面の断面図、（ｃ）はC−C面の断面図を示す。燃料供給部３１は、燃料極の面に対し、複数の溝形状でそれぞれ構成された複数の燃料供給路３１aからなる。複数の燃料供給路３１aのC−C面における断面積はそれぞれ略同一であり、少なくとも、燃料極の触媒層配置領域２１７と接触する部分では、互いに合流や交差することなく離間して配置される。
【００４１】
また、複数の燃料供給路３１aは、燃料導入路接続部２１５を介し燃料導入路３６と接続される。燃料ガスは、燃料導入路３６から燃料導入路接続部２１５に導入され、複数の燃料供給路３１aにそれぞれ供給される。供給された燃料ガスにより、燃料供給路３１aの内部の不純ガスを排出流路接続部２１６の方へ押し出すことができる。
【００４２】
ここで、図１６（ａ）に図示するように、燃料導入路接続部２１５の左側から燃料ガスが供給される場合を想定する。この場合、燃料導入路接続部２１５のB−B面における断面積は、各燃料供給路３１aのC−C面における断面積よりも大きくなるように構成される。つまり、燃料導入路接続部２１５の１６（ａ）で示す左右方向における圧力損失は、各燃料供給路３１aの図１６（ａ）で示す上下方向における圧力損失よりも小さくなるように構成される。これにより、燃料導入路接続部２１５の左側から供給された燃料ガスは、各燃料供給路３１aの内部よりも、燃料導入路接続部２１５の図１６（ａ）で示す右側へ、より多く供給される。したがって、燃料導入路接続部２１５の右側の方まで十分に燃料ガスが供給されるため、左側の燃料供給路３１aの方が右側の燃料供給路３１aよりも多くの燃料ガスが供給され易いということはなく、複数の燃料供給路３１aへ均一に燃料ガスを供給することができる。よって、複数の燃料供給路３１aへの燃料ガスの導入圧力のばらつきが小さくなり、各燃料供給路３１aの内部の不純ガスを均一に排出流路３７の方へ向かって押し出すことができる。
また、複数の燃料供給路３１aと排出流路３７は、排出流路接続部２１６を介し接続される。
【００４３】
上述の燃料導入路接続部２１５と複数の燃料供給路３１aの関係と同様に、排出流路接続部２１６のB−B面における断面積は、各燃料供給路３１aのC−C面における断面積よりも大きくなるように、つまり、排出流路接続部２１６の図１６（ａ）で示す左右方向における圧力損失は、各燃料供給路３１aの図１６（ａ）で示す上下方向における圧力損失よりも小さくなるように構成される。これにより、各燃料供給路３１aから排出流路接続部２１６へ押し出された不純ガスは、各燃料供給路３１aの内部に逆流して導入されることなく、排出流路接続部２１６から排出流路３７へ向かって排出され、確実に不純ガスを排出することができる。
【００４４】
尚、燃料供給部３１の構成は上述の構成に限られるものではない。燃料極の触媒層配置領域２１７と接触する部分に形成された燃料供給部３１全体において、ばらつきが小さく、均一に燃料導入路３６から排出流路３７へ、気体の流れが生じるような構成であれば良い。
【００４５】
（実施の形態１の変形例１）
図４及び図５に基づいて燃料電池システムの本実施の形態１の変形例１を説明する。
図４は、本実施の形態１の変形例１に係る燃料電池システムの発電部の構成図である。
【００４６】
実施の形態１の構成において、燃料弁３３及び排出弁３４をボールバルブの様な機械的な弁構造とし、さらに、燃料弁３３と排出弁３４を機械的に接続し、それらを可動体３と機械的に接続する構成とした。これにより、可動体３が第一位置から第二位置に移動し、燃料電池本体２の外部に排出される可燃性気体の濃度が可燃濃度未満となる空間を確保する動作と、可動体３を第一位置から第二位置に移動させる動作に燃料弁３３と排出弁３４を同期させることが出来るので、コントローラや電磁弁などを用いずに、燃料弁３３及び排出弁３４の開閉動作を行い、燃料供給部３１から安全に排出ガスを排出することができる。
【００４７】
燃料弁８及び排出弁９の構成例を図５に示す。左側が燃料弁３３を、右側が排出弁３４を示し、（A）及び（Ｃ）が燃料電池システムの発電時、（Ｂ）が燃料供給部３１から外部への気体排出時を示す。
【００４８】
この弁構造は、流路を持つ球状の回転部を回転させ、その回転角度により弁の開閉を行う、いわゆるボール弁構造である。燃料弁３３および排出弁３４の構造を、このようなボール弁構造とする。あわせて、燃料弁３３の燃料制御回転部１２５および排出弁３４の排出回転部１３５を図示しない回転軸で連結することにより、燃料制御回転部１２５と排出回転部１３５の回転角度を同期する構造としている。燃料弁３３は、燃料制御回転部流路１２４を配置した燃料制御回転部１２５と、燃料弁入路１２１、回転方向に２つの異なる角度で配置された第一の燃料弁出路１２２および第二の燃料弁出路１２３を配置した燃料制御バルブ筐体１２６とで構成される。一方、第一の燃料弁出路１２２、第二の燃料弁出路１２３と、燃料弁入路１２１との間を流通しない状態とする場合（例えば、図４燃料弁（A））に、燃料制御回転部１２５と燃料制御バルブ筐体１２６の間の気密性を高めるために、第一の燃料弁出路１２２および第二の燃料弁出路１２３の燃料制御回転部１２５と対面する入口に、燃料制御シール体１２７をそれぞれ設置する。
【００４９】
排出弁３４は、排出回転部流路１３４を配置した排出回転部１３５と、排出流路弁入路１３１、排出流路弁出路１３２を配置した排出バルブ筐体１３６とで構成され、排出流路弁出路１３２の排出回転部１３５と対面する入口には、排出シール体１３７がそれぞれ設置されている。
【００５０】
次に、可動体３の第一位置から第二位置への移動と、燃料弁３３および排出弁３４の状態について説明する。
【００５１】
図５の（A）は可動体３が第一位置にあり、（C）は可動体３が第二位置にあり、いずれも、燃料電池システムの発電時の状態を示す。（B）は、可動体３が第一位置から第二位置に移動する途中の状態で、（A）から（B）の状態を経て（C）の状態となる。
【００５２】
可動体３が第一位置にあり、燃料電池システムの発電時、図５（A）で示すように、燃料制御回転部流路１２４は、燃料弁入路１２１および第一の燃料弁出路１２２と流通状態となる。よって、燃料弁３３は開放状態となり燃料供給部３１へ燃料ガスが導入される。一方、このとき、排出弁３４は閉止状態である。
【００５３】
次に、可動体３が第一位置から第二位置に移動する過程で、（B）に示すように、燃料弁３３は、閉止状態となり、一方、排出弁３４の排出回転部流路１３４は、排出流路弁入路１３１および排出流路弁出路１３２は流通状態となる。よって、排出弁３４は開放状態となる。これにより、燃料供給部３１から排出流路３７を通じ、燃料電池本体２の外部に排出される。
【００５４】
次に、可動部３が、第二位置となった際には、（C）に示す状態となる。排出弁３４は閉止状態である。つまり、排出回転部流路１３４は、排出流路弁入路１３１、排出流路弁出路１３２を流通する状態にない。一方、燃料弁入路１２１、燃料制御回転部１２５と第二の燃料弁出路１２３は流通可能な状態にあり、燃料弁３３は開放状態である。なお、可動体３が第一位置から第二位置に移動する過程の（Ｂ）の状態で排出弁３４が開放されるので、（Ａ）に示す状態から、排出弁３４が開放される（Ｂ）に示す状態になる間の可動体３の移動によって形成される空間を外部に排出される可燃性気体の濃度が可燃濃度未満となる体積となるよう設計される。このような構造で、可動部３と燃料弁３３の燃料制御回転部１２５および排出弁３４の排出回転部１３５を回転軸で連結し、燃料弁３３および排出弁３４の開放及び閉止を切り替えることで、燃料供給部３１から安全に排出ガスを燃料電池本体２の外部に排出することが出来る。
【００５５】
このような構造は、可動部３の動作に同期して、１つの操作により行うことができるので、駆動部を１箇所とすることができ、電磁弁などの削減と構造の簡素化が可能となる。
【００５６】
また、図６に示すように、燃料弁８及び排出弁９の回転と、燃料電池システムのON−OFFを切り替えるスイッチを同期させるとよい。
【００５７】
図６の左側が燃料弁３３を、中央が排出弁３４を、右側に燃料電池システムのON−OFFスイッチを示す。（A）が燃料電池システムの出力停止時、（B）が燃料供給部３１への燃料ガスの導入時、（C）が燃料供給部３１から外部への気体排出時、（D）が燃料電池システムの発電時を示す。
【００５８】
この弁構造は、上述の図５に示した弁構造と同様である。燃料弁３３の燃料制御回転部１２５および排出弁３４の排出回転部１３５を図示しない回転軸で連結することにより、燃料制御回転部１２５と排出回転部１３５の回転角度を同期する構造としている。さらに、燃料電池システムのON−OFFを行うスイッチは、燃料弁３３および排出弁３４の構造と同様に、回転部であるスイッチ回転部１４５と、その外周に配置されるスイッチ筐体１４６で構成される。スイッチ回転部１４５は外周面に回転部端子１４８を有し、スイッチ筐体１４６は内周面に筐体端子１４９を有する。
【００５９】
燃料電池システムの停止した状態から起動する際の可動体３の第一位置から第二位置への移動と、燃料弁３３および排出弁３４及びスイッチの状態について説明する。
【００６０】
図６の（A）は可動体３が第一位置にあり、燃料電池システムの出力停止時、（D）は可動体が第二位置にあり、燃料電池システムの発電時の状態を示す。（B）と（C）は、可動体３が第一位置から第二位置に移動する途中の状態で、（A）から（B）から（C）の状態を経て（D）の状態となる。
【００６１】
可動体３が第一位置にあり、燃料電池システムの出力停止時、図６（A）で示すように、スイッチは、回転部端子１４８と筐体端子１４９は接触していないOFF状態である。このとき、燃料弁３３は閉止状態であり、排出弁３４も同様に閉止状態である。
【００６２】
可動体３が第一位置から第二位置に移動する過程で、まず、（B）に示すように、燃料弁３３は流通状態となり燃料供給部３１へ燃料ガスが導入される。一方、このとき、排出弁３４は閉止状態である。
【００６３】
次に、（C）に示すように、燃料弁３３は、閉止状態となり、一方、排出弁３４は流通状態となる。これにより、内部のガスは、燃料供給部３１から排出流路３７と通じ、燃料電池本体２の外部に排出される。
【００６４】
次に、可動部３が、第二位置となった際には、（D）に示す状態となる。燃料弁３３は流通状態である。一方、排出弁３４は閉止状態である。このとき、スイッチは、回転部端子１４８と筐体端子１４９が接触しON状態となり、発電が開始され燃料電池システムが起動する。
【００６５】
これにより、燃料電池システムのユーザーが行う燃料電池システムのスイッチON操作と連動して可動部３の第一位置から第二位置への移動を行い、燃料弁１３３および排出弁１３４の開閉制御を行うことが可能である。よって、ユーザーがスイッチ操作を行った際に、確実に燃料電池本体２の外部に排出される可燃性気体の濃度が可燃濃度未満となる空間を確保し、燃料供給部３１から安全に排出ガスを排出し燃料電池システムを起動することが出来る。
【００６６】
（実施の形態１の変形例２）
図７に基づいて燃料電池システムの本実施の形態１の変形例２を説明する。
図７は、本実施の形態１の変形例２に係る燃料電池システムの発電部の構成図である。
【００６７】
実施の形態１の構成において、燃料供給部３１と気体を流通する容積が可変の圧縮部３９を備える。圧縮部３９は、ベローズやダイヤフラムを用いることができる。また、プランジャとピストンで構成することもできる。圧縮コマ４０は、可動部３の可動部回転軸４に可動部３の回転と同期して回転する。圧縮コマ４０は、可動部回転軸4に偏心して取り付けられた楕円形状であり、外周部を圧縮部３９に接する。これにより、可動部３の回転に同期して、圧縮コマ４０が回転し、圧縮部３９の容積を変化させる。
【００６８】
図７の（Ａ）は、可動部３が、第一位置にあり、このとき、圧縮コマ４０は、圧縮部３９を圧縮しない。可動部３を第一位置から第二位置に移動させる間に、（Ｂ）の状態となる。このとき、可動部３の動作と同期し圧縮コマ４０が圧縮部３９を圧縮する。さらに、可動部３は第二位置に移動し、圧縮コマ４０は圧縮部３９を圧縮しない状態となる．すなわち、可動部３が第一位置から第二位置に移動する間に、圧縮部３９は、一度圧縮される。（Ａ）の状態では、可動部３が第一位置のとき、燃料弁３３と排出弁３４を閉止し、圧縮コマ４０により圧縮部３９が圧縮された（Ｂ）の状態において、排出弁３４を開放し、圧縮部３９及び燃料供給部３１の内部の気体を排出し、排出弁３４を閉止する。その後、可動部3が第二位置に移動し、燃料弁３３を開放し、燃料供給部３１に燃料ガスを供給する。これにより、可動部３の動作に同期して、燃料供給部３１の内部の気体を効率よく外部に排出することが出来る。
【００６９】
また、実施の形態１の変形例１に示した様に、燃料弁３３及び排出弁３４をボールバルブの様な機械的な弁構造とし、さらに、燃料弁３３と排出弁３４を可動体３と機械的に接続し動作を同期する構成とすることにより、可動体３の動作と、燃料弁３３及び排出弁３４の動作を１つの操作により行うことができるので、駆動部を１箇所とすることができ、電磁弁などの削減と構造の簡素化が可能となる。
【００７０】
また、圧縮部３９を圧縮した際に、圧縮部３９及び燃料供給部３１の内部の圧力は、通常の発電状態での圧力より高くなる。燃料弁３３の燃料供給側の燃料導入路３６より圧力が高く、かつ、排出弁３４より燃料電池外部の圧力よりも高いので、燃料弁３３及び排出弁３４を圧力差により流体の流れを一方向に規制する逆止弁の様な簡単な弁構造とすることが可能であり、より簡素な構造で安全に排出ガスを燃料電池本体から排出することができる。
【００７１】
（実施の形態２）
燃料電池システムの本実施の形態２を説明する。
本実施の形態２の燃料電池システムは、図１の実施の形態１に係る燃料電池システムの全体概略図に示す燃料電池システムと同様の構成で、燃料電池本体２と、燃料電池本体２の外側に、可動体回転軸4により回転するように取り付けられた可動体３と、可動体回転軸４に取り付けられた位置（回転）検出部６とで構成され、可動体３の第一位置から第二位置への移動範囲の空間を燃料電池本体２から燃料電池本体２の外部に排出される可燃性気体の濃度が可燃濃度未満となる体積とし、安全に排出ガスを燃料電池本体から排出する。
【００７２】
図８は、本実施の形態２に係る燃料電池システムの発電部の構成図である。
図８に示すように、燃料電池本体２には、発電部２０と、発電部２０の燃料極に燃料を供給する燃料供給部３１とパージ室３２を備える。
【００７３】
燃料供給部３１には、燃料供給部３１に燃料ガスを導入する燃料導入路３６が設けられている。燃料導入路３６には、燃料導入路３６の流通の開閉を行う燃料弁３３が配置される。また、燃料供給部３１は、パージ室３２と連結流路３８によりパージ室３２と接続され、連結流路３８には、連結流路３８の流通の開閉を行う連結流路弁３８が設置される。パージ室３２には、パージ室３２から排出ガスを排出する排出流路３７が設けられている。排出流路３７には、排出流路３７の流通の開閉を行う排出弁３４が配置される。また、燃料弁３３および連結流路弁３８および排出弁３４は、コントローラ５により開閉を制御される。
【００７４】
図９は、気体排出フローを示す。
燃料電池システムの発電時、燃料弁３３および連結流路弁３８は、開放状態である。このとき、排出弁３４の状態は、閉止状態である。まず、可動体３を第一位置から第二位置に移動させる（Ｓ２１）。この移動が可能であれば、燃料電池本体２の周囲に少なくとも可動体３の第一位置から第二位置への移動範囲に移動を妨げるものがなく開放された空間であることになる。可動体３の第一位置から第二位置に移動したことを位置（回転）検出部６で検知し（Ｓ２２）連結流路弁３８を閉止し（Ｓ２３）、排出弁３４を開放し（Ｓ２４）、パージ室３２の内部のガスを燃料電池本体２の外部へ排出する。このときの排出ガスの量は、パージ室３２の容積と、パージ室３２の圧力と燃料電池外部の圧力（大気圧）により定まる量となり、排出ガス量＝パージ室３２の容積ｘ（パージ室３２の内部の圧力−大気圧）／大気圧である。可動体３が第一位置から第二位置に移動する際に形成される空間において、排出ガスの濃度が、燃料ガスの可燃濃度未満となる様に、可動体３の移動範囲と排出ガス量の比を設定することにより、排出ガスを原因とした発火の危険が無く、安全に排出ガスを燃料電池本体２の外部に排出することが出来る。排出される気体は、空気など不燃ガスも含まれることを考慮し、可動体３の移動範囲を設計することも可能であるが、排出ガスが全て可燃性の燃料ガスであった場合を想定した設計が好ましい。
【００７５】
排出ガスを燃料電池本体２の外部に排出した後、排出弁３４を閉止し（Ｓ２５）、連結流路弁３８を開放（Ｓ２６）する。これにより、パージ室３２に、燃料供給部３１の内部の気体がパージ室３２に移動する。このとき、燃料供給部３１の燃料ガス濃度が発電に充分な濃度になる様、燃料供給圧力や燃料供給部３１およびパージ室３２の容積や排出量が設定される。これにより、燃料供給部３１の内部の圧力を維持することができるので発電を停止することなく安全に排出ガスを燃料電池本体から排出し、発電性能の低下を防止することが可能となる。
【００７６】
また、この気体排出フローは、燃料電池システムの起動時に適用することもできる。その場合、Ｓ２１において、燃料電池システムの起動前である停止時、燃料電池システムの発電の起動スイッチはOFF状態であり、燃料弁３３および排出弁３４の状態は、共に閉止状態である。よって、Ｓ２１で、可動体３の第一位置から第二位置へ移動させた後に、燃料弁３３を開放し、燃料供給部３１に燃料ガスを供給し、燃料供給部３１の内部の圧力は、燃料電池本体２の外部より高い圧力とする工程が加わる。そして、Ｓ２６が終了した後に、燃料電池システムの発電の起動スイッチをONにして、発電を開始する。これにより、安全に排出ガスを燃料電池本体から排出して燃料電池を起動することが出来る。この動作は、可動体３を燃料電池システムの発電の起動スイッチと同期させることにより実現させても良い。
【００７７】
（実施の形態２の変形例１）
図１０及び図１１に基づいて燃料電池システムの本実施の形態１の変形例１を説明する。
図１０は、本実施の形態２の変形例１に係る燃料電池システムの発電部の構成図である。
【００７８】
実施の形態２の構成において、連結流路弁３５及び排出弁３４をボールバルブの様な機械的な弁構造とし、さらに、連結流路弁３５と排出弁３４を機械的に接続し、それらを可動体３と機械的に接続する構成とした。これにより、可動体3が第一位置から第二位置に移動し、燃料電池本体２の外部に排出される可燃性気体の濃度が可燃濃度未満となる空間を確保する動作と、可動体３を第一位置から第二位置に移動させる動作に連結流路弁３５と排出弁３４を同期させるが出来るので、コントローラや電磁弁などを用いずに、連結流路弁３５及び排出弁３４の開閉動作を行い、安全に排出ガスを排出することができる。
【００７９】
本実施例における連結流路弁３５及び排出弁３４の構成例を図１１に示す。左側が連結流路弁３５を、右側が排出弁３４を示し、（Ａ）及び（Ｃ）が燃料電池システムの発電時、（Ｂ）が燃料供給部３１から外部への気体排出時を示す。
【００８０】
弁構造は、実施の形態１の変形例１で述べた図５に示す構造と同様であり、流路を持つ球状の回転部を回転させ、その回転角度により弁の開閉を行う、いわゆるボール弁構造とし、さらに、連結流路弁３５の連結流路回転部１５５及び排出弁３４の排出回転部１３５を図示しない回転軸で連結することにより、同期する構造としている。
【００８１】
次に、可動体３の第一位置から第二位置への移動と、連結流路弁３５および排出弁３４の状態について説明する。
【００８２】
可動体３が第一位置にあり、燃料電池システムの発電時、図１１（A）で示すように、連結流路弁３５は開放状態であり、排出弁３４は閉止状態である。
【００８３】
可動体３が第一位置から第二位置に移動する過程で、（B）に示すように、連結流路弁３５は、閉止状態となり、排出弁３４は開放状態となる。これにより、パージ室３２の内部の気体は、排出流路３７を通じ、燃料電池本体２の外部に排出される。
【００８４】
次に、可動部３が、第二位置となった際には、（C）に示す状態となり、排出弁３４は、閉止状態となり、連結流路弁３５は、開放状態となる。なお、可動体３が第一位置から第二位置に移動する過程の（Ｂ）の状態で排出弁３４が開放されるので、（Ａ）に示す状態から、排出弁３４が開放される（Ｂ）に示す状態になる間の可動体３の移動によって形成される空間を外部に排出される可燃性気体の濃度が可燃濃度未満となる体積となるよう設計される。
【００８５】
このような構造で、可動部３と連結流路弁３５の連結流路回転部１５５および排出弁３４の排出回転部１３５を回転軸で連結し、連結流路弁３５および排出弁３４の開放及び閉止を切り替えることで、パージ室３２から安全に排出ガスを燃料電池本体２の外部に排出することが出来る。
【００８６】
このような構造により、可動部３の動作に同期して、１つの操作により行うことができるので、駆動部を１箇所とすることができ、電磁弁などの削減と構造の簡素化が可能となる。
【００８７】
また、図１２に示すように、燃料弁８及び連結流路弁３５及び排出弁９の回転と、燃料電池システムのON−OFFを切り替えるスイッチを同期させるとよい。
【００８８】
図１２に燃料弁３３および連結流路弁３５および排出弁３４および燃料電池システムのON−OFFスイッチの状態を示す。（A）が燃料電池システムの出力停止時、（B）が燃料ガスの導入時、（C）がパージ室３２から外部への気体排出時、（D）が燃料電池システムの発電時を示す。
【００８９】
燃料弁３３の燃料制御回転部１２５および連結流路弁３５の連結流路回転部１５５および排出弁３４の排出回転部１３５を図示しない回転軸で連結することにより、回転角度を同期する構造としている。さらに、燃料電池システムのON−OFFを行うスイッチは、回転部であるスイッチ回転部１４５と、その外周に配置されるスイッチ筐体１４６で構成される。スイッチ回転部１４５は外周面に回転部端子１４８を有し、スイッチ筐体１４６は内周面に筐体端子１４９を有する。
【００９０】
燃料電池システムの停止した状態から起動する際の可動体３の第一位置から第二位置への移動と、燃料弁３３および連結流路弁３５および排出弁３４及びスイッチの状態について説明する。
【００９１】
図１２の（A）は可動体３が第一位置にあり、燃料電池システムの出力停止時、（D）は可動体が第二位置にあり、燃料電池システムの発電時の状態を示す。（B）と（C）は、可動体３が第二位置から第二位置に移動する途中の状態で、（A）から（B）から（C）の状態を経て（D）の状態となる。
可動体３が第一位置にあり、燃料電池システムの出力停止時、図１２（A）で示すように、スイッチは、回転部端子１４８と筐体端子１４９は接触していないOFF状態である。このとき、燃料弁３３は閉止状態であり、連結流路弁３５および排出弁３４も同様に閉止状態である。
【００９２】
可動体３が第一位置から第二位置に移動する過程で、まず、（B）に示すように、燃料弁３３および連結流路弁３５は流通状態となり燃料供給部３１へ燃料ガスが導入され、パージ室３２に燃料供給部３１の内部の気体が押し出される。一方、排出弁３４は閉止状態である。
【００９３】
次に、（C）に示すように、連結流路弁３５は、閉止状態となり、一方、排出弁３４は流通状態となる。これにより、パージ室３２の内部のガスは、排出流路３７を通じ、燃料電池本体２の外部に排出される。
【００９４】
次に、可動部３が、第二位置となった際には、（D）に示す状態となる。排出弁３４は閉止状態となり、燃料弁３３および連結流路弁３５は流通状態となる。このとき、スイッチは、回転部端子１４８と筐体端子１４９が接触しON状態となり、発電が開始され燃料電池システムが起動する。
【００９５】
これにより、燃料電池システムのユーザーが行う燃料電池システムのスイッチON操作と連動して可動部３の第一位置から第二位置への移動を行い、燃料弁１３３および連結流路弁３５および排出弁１３４の開閉制御を行うことが可能である。よって、ユーザーがスイッチ操作を行った際に、確実に燃料電池本体２の外部に排出される可燃性気体の濃度が可燃濃度未満となる空間を確保し、燃料供給部３１から安全に排出ガスを排出し燃料電池システムを起動することが出来る。
【００９６】
さらに、図１４に示す燃料供給部３１の構成とすることにより、燃料導入路３６から燃料供給部３１に燃料を導入した際に、確実に燃料供給室３２の内部の不純ガスをパージ室３２に押し出すことができ、発電性能を維持することが出来る。
【００９７】
（実施の形態２の変形例２）
図１３に基づいて燃料電池システムの本実施の形態２の変形例２を説明する。
図１３は、本実施の形態２の変形例２に係る燃料電池システムの発電部の構成図である。
【００９８】
実施の形態２の構成において、パージ室３２と気体を流通する容積が可変の圧縮部３９を備える。圧縮部３９は、ベローズやダイヤフラムを用いることができる。また、プランジャとピストンで構成することもできる。圧縮コマ４０は、可動部３の可動部回転軸４に可動部３の回転と同期して回転する。圧縮コマ４０は、可動部回転軸4に偏心して取り付けられた楕円形状であり、外周部を圧縮部３９に接する。これにより、可動部３の回転に同期して、圧縮コマ４０が回転し、圧縮部３９の容積を変化させる。
【００９９】
図１３の（Ａ）は、可動部３が、第一位置にあり、このとき、圧縮コマ４０は、圧縮部３９を圧縮しない。可動部３を第一位置から第二位置に移動させる間に、（Ｂ）の状態となる。このとき、可動部３の動作と同期し圧縮コマ４０が圧縮部３９を圧縮する。さらに、可動部３は第二位置に移動し、圧縮コマ４０は圧縮部３９を圧縮しない状態となる。すなわち、可動部３が第一位置から第二位置に移動する間に、圧縮部３９は、一度圧縮される。（Ａ）の状態では、可動部３が第一位置のとき、連結流路弁３５と排出弁３４を閉止し、圧縮コマ４０により圧縮部３９が圧縮された(Ｂ)の状態において、排出弁３４を開放し、圧縮部３９及びパージ室３２の内部の気体を排出した後、排出弁３４を閉止する。その後、可動部３が第二位置に移動した際に、連結流路弁３５を開放する。これにより、可動部３の動作に同期して、パージ室３２の内部の気体を効率よく外部に排出することが出来る。
【０１００】
また、実施の形態２の変形例１に示した様に、燃料弁３３及び連結流路弁３５及び排出弁３４をボールバルブの様な機械的な弁構造とし、さらに、燃料弁３３と連結流路弁３５と排出弁３４を可動体３と機械的に接続し動作を同期する構成とすることにより、可動体３の動作と、燃料弁３３及び連結流路弁３５及び排出弁３４の動作を１つの操作により行うことができるので、駆動部を１箇所とすることができ、電磁弁などの削減と構造の簡素化が可能となる。
【０１０１】
また、圧縮部３９を圧縮した際に、圧縮部３９及びパージ室３２の内部の圧力は、通常の発電状態での圧力より高くなる。燃料供給部３１より圧力が高く、かつ、排出弁３４の燃料電池外部の圧力よりも高いので、連結流路弁３５及び排出弁３４を圧力差により流体の流れを一方向に規制する逆止弁の様な簡単な弁構造とすることが可能であり、より簡素な構造で安全に排出ガスを燃料電池本体から排出することができる。
【０１０２】
（実施の形態３）
図１５は、実施の形態１及び２に係る燃料電池システムの適用例である。表示パネルがヒンジ部で回転可能なノートパソコンの表示パネル部を可動体とし、ヒンジ部に位置（回転）検出部を設けた例である。このノートパソコンの表示パネル部は、縦20cm横25cmである。可動部である表示パネル部で形成される空間は、表示パネル部を開く角度を120度とすると、約10Lであり、水素ガスの可燃濃度は4%であるので、燃料電池本体の外部に排出される気体を全て水素ガスとした場合、400cc未満の排出量であれば、可燃濃度に達することは無く、安全に排出することが可能である。ノートパソコンの消費電力は10Wから15W程度であり、それに用いられる燃料電池の発電セルの燃料供給部など容積は10cc程度であるので、排出される水素の量は、400ccに対して極めて小さく、燃料供給部の容積分の気体を排出した際に、可燃濃度に達することは無く、安全に燃料電池本体の外部に排出できる。また、可動部を動かす為には、手や腕などの動作の為の空間が必要であり、排出された可燃性気体の濃度は、さらに低く抑えられる。
【０１０３】
一連の実施の形態における可動部は、回転軸を持つ移動体として説明したが、移動体を板状のものとし、平行移動することにより空間を作る構造でもよく、移動体の形状や動作方向によらず、第一位置から第二位置に移動する際に、燃料電池本体の外部に排出される気体に含まれる可燃性気体の濃度が可燃濃度未満の濃度となる広さを有する空間が形成される構造であればよい。
【符号の説明】
【０１０４】
１ 燃料電池システム
２ 燃料電池本体
３ 可動体
４ 可動体回転軸
５ コントローラ
６ 位置（回転）検出部
２０ 発電部
２１ 電解質膜
２２ 酸化剤極
２３ 燃料極
３１ 燃料供給部
３２ パージ室
３３ 燃料弁
３４ 排出弁
３５ 連結流路弁
３６ 燃料導入路
３７ 排出流路
３８ 連結流路
３９ 圧縮部
４０ 圧縮コマ
１２１ 燃料弁入路
１２２ 第一の燃料弁出路
１２３ 第二の燃料弁出路
１２４ 燃料制御回転部流路
１２５ 燃料制御回転部
１２６ 燃料制御バルブ筐体
１２７ 燃料制御シール体
１３１ 排出流路弁入路
１３２ 排出流路弁出路
１３４ 排出回転部流路
１３５ 排出回転部
１３６ 排出バルブ筐体
１３７ 排出シール体
１５１ 連結流路弁入路
１５２ 第一の連結流路弁出路
１５３ 第二の連結流路弁出路
１５４ 連結流路回転部流路
１５５ 連結流路回転部
１５６ 連結流路バルブ筐体
１５７ 連結流路シール体
１４５ スイッチ回転部
１４６ スイッチ筐体
１４８ 回転部端子
１４９ 筐体端子
２１５ 燃料導入路接続部
２１６ 連結流路接続部
２１７ 触媒層配置領域
【技術分野】
【０００１】
本発明は燃料電池システム及び気体排出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、固体高分子電解質膜を挟んでアノード極とカソード極を有する。アノード極側に水素ガス等の燃料ガスを供給し、カソード極側に酸化用ガス、例えば酸素や空気を供給し、これらの電気化学反応により電力を発生する。
【０００３】
このような固体高分子型燃料電池システムの発電において、例えば、アノード極側に燃料ガスを供給する燃料供給部の内部に、カソード極側から電解質膜を介し、空気などの燃料ガス以外の気体(不純ガス)が混入している場合、発電性能が著しく低下してしまう。このため、燃料供給部の内部の不純ガスを排出して燃料ガス濃度を高める必要がある。しかしながら、不純ガスを排出する際に、燃料ガスも排出されるため、排出された不純ガスに対して燃料ガスの濃度が高い場合、燃料ガスに引火する危険性がある。
【０００４】
燃料供給部の内部の燃料ガス濃度を高める方法として、燃料供給部の内部の不純ガスを排出し、燃料ガスに置換する機構を有し、排出ガスに含まれる燃料ガスを除去するために、燃焼や触媒作用などを用いた排気処理装置を用いる燃料電池システムが特許文献１に開示されている。
【０００５】
また、特許文献２には、不純ガスを燃料電池システムから排出する際に、排出ガス中の燃料濃度を可燃濃度未満の濃度にするため、排出ガスを週容器内で空気により希釈し、希釈した排出ガスを大気中に排出する排出水素処理装置が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−３３１８８８号公報
【特許文献２】特開２００４−６１８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記の方法では、排出ガスに含まれる燃料を除去するために、燃焼や触媒作用などを用いた排気処理装置や、排出ガスを希釈する構造が必要であり、燃料電池システムの体積を増大させる。これらのガス置換に用いられる装置による燃料電池システムの体積の増大は、特に、ノートPCやデジタルカメラなど小型電子機器に燃料電池を応用する場合に小型化の妨げとなる。
【０００８】
そこで、本発明は上記点に鑑みてなされたものであり、小型な構成で安全に排出ガスを燃料電池本体から排出することができる燃料電池システム及び気体排出方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するための本発明の第１の特徴は、燃料極と酸化剤極と燃料極及び酸化剤極に挟持された電解質膜から構成される燃料電池と、燃料極に燃料を供給する燃料供給部と、燃料供給部に燃料を導入する燃料導入路と、燃料導入路に配置され、燃料導入路を開閉制御し、燃料供給部への燃料の導入を制御する燃料弁と、燃料供給部に配置され、燃料供給部の気体を排出する排出流路と、排出流路に配置され、排出流路を開閉制御する排出弁とを備え、燃料電池本体に備えられ、第一位置から第二位置に可動し、燃料電池本体の外部に排出される気体に含まれる可燃性気体の濃度が可燃濃度未満の濃度となる広さを有する空間を作る可動体を備え、可動体が第一位置から第二位置に移動した際に、排出弁を開放し燃料供給部の内部の気体を燃料電池本体の外部に排出することを要旨とする。
かかる特徴によれば、可動体が第一位置から第二位置に移動する際に、排出ガスの濃度が燃料ガスの可燃濃度未満となる空間が形成され、発火の危険が無く、安全に排出ガスを燃料電池本体の外部に排出することが出来る。
【００１０】
また本発明の第２の特徴は、燃料弁及び排出弁は、可動体と機械的に接続し、可動体の動作と、燃料弁及び排出弁の開閉制御とは同期することを要旨とする。
かかる特徴によれば、駆動部を１箇所とすることができ、構造の簡素化が可能となる。
【００１１】
また本発明の第３の特徴は、燃料供給部は、燃料供給部の内部部の体積を変化させる圧縮部を備え、圧縮部は、可動体と機械的に接続し、圧縮部を圧縮する動作と、燃料弁及び排出弁の開閉制御とは同期することを要旨とする。
かかる特徴によれば、簡便な構造で、安全に確実に気体を排出することが出来る。
【００１２】
また本発明の第４の特徴は、燃料弁は、可動体と機械的に接続されている燃料制御回転部と、燃料制御回転部の外周面に沿って形成される燃料制御バルブ筐体とを有し、燃料制御回転部を回転することにより、燃料導入路を開閉制御し、排出弁は、可動体と機械的に接続されている排出回転部と、排出回転部の外周面に沿って形成される排出バルブ筐体とを有し、排出回転部を回転することにより、排出流路を開閉制御し、燃料制御回転部と排出回転部と可動体を回転軸で接続することにより、可動体の動作と、燃料弁及び排出弁の開閉制御とは同期することを要旨とする。
かかる特徴によれば、燃料弁や排出弁の制御や駆動の機器を排除することが可能となり、より簡易な構造で、安全に排出ガスを燃料電池本体の外部に排出することが出来る。
【００１３】
また本発明の第５の特徴は、燃料極と酸化剤極と燃料極及び酸化剤極に挟持された電解質膜から構成される燃料電池と、燃料極に燃料を供給する燃料供給部と、燃料供給部に燃料を導入する燃料導入路と、燃料導入路に配置され、燃料導入路を開閉制御し、燃料供給部への燃料の導入を制御する燃料弁と、燃料供給部と連結流路により連結されるパージ室と、連結流路に配置され、連結流路を開閉制御する連結流路弁と、パージ室に配置され、パージ室の気体を排出する排出流路と、排出流路に配置され、排出流路を開閉制御する排出弁とを備え、燃料電池本体に備えられ、第一位置から第二位置に可動し、燃料電池本体の外部に排出される気体に含まれる可燃性気体の濃度が可燃濃度未満の濃度となる広さを有する空間を作る可動体とからなり、可動体が第一位置から第二位置に移動した際に、排出弁を開放しパージ室の内部の気体を燃料電池本体の外部に排出することを要旨とする。
かかる特徴によれば、パージ室の内部の気体を可動体が第一位置から第二位置に移動した際に排出するので、可動体が第一位置から第二位置に移動する際に形成される空間に対して、確実に排出ガスの濃度が燃料ガスの可燃濃度未満となる排出ガスの量とすることができるので、発火の危険が無く、安全に排出ガスを燃料電池本体の外部に排出することが出来る。
【００１４】
また本発明の第６の特徴は、燃料弁及び連結流路弁及び排出弁は、可動体と機械的に接続され、可動体の動作と、燃料弁及び連結流路弁及び排出弁の開閉制御とは同期することを要旨とする。
かかる特徴によれば、駆動部を１箇所とすることができ、構造の簡素化が可能となる。
【００１５】
また本発明の第７の特徴は、パージ室は、パージ室の内部の体積を変化させる圧縮部を備え、圧縮部は、可動体と機械的に接続し、圧縮部を圧縮する動作と、燃料弁及び接続流路弁及び排出弁の開閉制御とは同期することを要旨とする。
かかる特徴によれば、簡便な構造で、安全に確実にパージ室の内部の気体を排出することが出来る。
【００１６】
また本発明の第８の特徴は、燃料弁は、可動体と機械的に接続されている燃料制御回転部と、燃料制御回転部の外周面に沿って形成される燃料制御バルブ筐体とを有し、燃料制御回転部を回転することにより、燃料導入路を開閉制御し、連結流路弁は、可動体と機械的に接続されている連結回転部と、連結回転部の外周面に沿って形成される連結バルブ筐体とを有し、連結回転部を回転することにより、連結流路を開閉制御し、排出弁は、可動体と機械的に接続されている排出回転部と、排出回転部の外周面に沿って形成される排出バルブ筐体とを有し、排出回転部を回転することにより、排出流路を開閉制御し、燃料制御回転部を回転することにより、燃料弁の開閉を制御し、排出回転部を回転することにより、排出制御弁の開閉を制御するものであり、燃料制御回転部と排出回転部と可動体を回転軸で接続することにより、可動体の動作と、燃料弁及び排出弁の開閉制御とは同期することを要旨とする。
かかる特徴によれば、燃料弁や排出弁の制御や駆動の機器を排除することが可能となり、より簡易な構造で、安全に排出ガスを燃料電池本体の外部に排出することが出来る。
【００１７】
また本発明の第９の特徴は、燃料電池システムで用いられる気体排出方法であって、燃料電池システムは、燃料極と酸化剤極と燃料極及び酸化剤極に挟持された電解質膜から構成される燃料電池と、燃料極に燃料を供給する燃料供給部と、燃料供給部に燃料を導入する燃料導入路と、燃料導入路に配置され、燃料導入路を開閉制御し、燃料供給部への燃料の導入を制御する燃料弁と、燃料供給部に配置され、燃料供給部の気体を排出する排出流路と、排出流路に配置され、排出流路を開閉制御する排出弁とを備える燃料電池本体と、燃料電池本体に備えられ、第一位置から第二位置に可動し、燃料電池本体の外部に排出される気体の濃度が可燃濃度未満の濃度となる広さを有する空間を作る空間を作る可動体とを備え、可動体が第一位置から第二位置に移動した際に、燃料弁を閉止し、排出弁を開放し、燃料供給部の内部の気体を燃料電池本体の外部に排出する気体排出ステップを含む気体排出方法であることを要旨とする。
かかる特徴によれば、燃料電池本体に取り付けられた可動体が第一位置から第二位置に移動する際に、排出ガスの濃度が燃料ガスの可燃濃度未満となる空間が形成され、発火の危険が無く、安全に排出ガスを燃料電池本体の外部に排出することが出来る。
【００１８】
また本発明の第１０の特徴は、燃料電池システムで用いられる気体排出方法であって、燃料電池システムは、燃料極と酸化剤極と燃料極及び酸化剤極に挟持された電解質膜から構成される燃料電池と、燃料極に燃料を供給する燃料供給部と、燃料供給部に燃料を導入する燃料導入路と、燃料導入路に配置され、燃料導入路を開閉制御し、燃料供給部への燃料の導入を制御する燃料弁と、燃料供給部と連結流路により連結されるパージ室と、連結流路に配置され、連結流路を開閉制御する連結流路弁と、パージ室に配置され、パージ室の気体を排出する排出流路と、排出流路に配置され、排出流路を開閉制御する排出弁とを備える燃料電池本体と、燃料電池本体に備えられ、第一位置から第二位置に可動し、燃料電池本体の外部に排出される気体の濃度が可燃濃度未満の濃度となる広さを有する空間を作る可動体とを備え、可動体が第一位置から第二位置に移動した際に、燃料弁及び連結流路弁を閉止し、排出制御弁を開放し、パージ室の内部の気体を燃料電池本体の外部に排出する気体排出ステップを含む気体排出方法であることを要旨とする。
かかる特徴によれば、パージ室の内部の気体を可動体が第一位置から第二位置に移動した際に排出するので、可動体が第一位置から第二位置に移動する際に形成される空間に対して、確実に排出ガスの濃度が燃料ガスの可燃濃度未満となる排出ガスの量とすることができるので、発火の危険が無く、安全に排出ガスを燃料電池本体の外部に排出することが出来る。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、小型な構成で安全に排出ガスを燃料電池本体から排出することができる燃料電池システム及び気体排出方法を提供することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本実施の形態１に係る燃料電池システムの概観図である。
【図２】本実施の形態１に係る燃料電池システムの概略図である。
【図３】本実施の形態１に係る燃料電池システムの気体排出フローである。
【図４】本実施の形態１に係る燃料電池システムの変更例１を示す概略図である。
【図５】燃料弁及び排出弁の構成例である。
【図６】燃料弁及び排出弁及び燃料電池システムのスイッチの構成例である。
【図７】本実施の形態１に係る燃料電池システムの変更例２を示す概略図である。
【図８】本実施の形態２に係る燃料電池システムの概略図である。
【図９】本実施の形態２に係る燃料電池システムの気体排出フローである。
【図１０】本実施の形態２に係る燃料電池システムの変更例１を示す概略図である。
【図１１】連結流路弁及び排出弁の構成例である。
【図１２】連結流路弁及び排出弁及び燃料電池システムのスイッチの構成例である。
【図１３】本実施の形態２に係る燃料電池システムの変更例２を示す全体概略図である。
【図１４】燃料供給部の構成例である。
【図１５】本実施の形態１及び２に係る燃料電池システムの適用例である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下に、本発明の実施の形態を説明する。
【００２２】
（実施の形態１）
図１及び図２及び図３に基づいて燃料電池システムの本実施の形態１を説明する。
図１は、本実施の形態１に係る燃料電池システムの全体概略図である。
【００２３】
図１に示すように、本実施の形態１に係る燃料電池システム１は、燃料電池本体２と、燃料電池本体２の外側に、可動体回転軸4により回転するように取り付けられた可動体３と、可動体回転軸４に取り付けられた位置（回転）検出部６とで構成されている。
【００２４】
可動体３は、可動体回転軸4を中心に回転し、燃料電池本体２の周囲を第一位置から第二位置に移動する。燃料電池本体２の周囲の可動体３が第一位置から第二位置に移動する間の範囲に、可動体３の移動を妨げるものがある場合、可動体３が、第一位置から第二位置に移動することが不可能となり、逆に、燃料電池本体２の周囲の可動体３が第一位置から第二位置に移動する間の範囲に、可動体３の移動を妨げるものがない場合には、可動体３が、第一位置から第二位置に移動することが可能である。すなわち、可動体３が、第一位置から第二位置に移動することが可能であった場合は、燃料電池本体２の周囲に少なくとも可動体３の第一位置から第二位置への移動範囲の空間が作られていることになる。この可動体３の第一位置から第二位置への移動範囲の空間を燃料電池本体２から燃料電池本体２の外部に排出される可燃性気体の濃度が可燃濃度未満となる体積とすることにより、安全に排出ガスを燃料電池本体から排出することができる。
【００２５】
図２に基づいて、燃料電池本体２から外部に排出ガスを排出する構造を説明する。
図２に示すように、燃料電池本体２は、発電部２０と、発電部２０の燃料極２３に燃料を供給する燃料供給部３１とを備える。
【００２６】
発電部２０は、電解質膜２１を挟んで酸化剤極２２と燃料極２３とで構成され、電解質膜２１は、電解質膜２１の両面に図示しない触媒層がそれぞれ配置される構成である。
【００２７】
燃料極２３は、図示しないガス拡散層、集電体層を備え、また酸化剤極２２も同様に、図示しないガス拡散層、集電体層を備える。燃料極２３及び酸化剤極２２の集電体層からそれぞれ図示しない導線により、燃料電池の出力に接続される。
【００２８】
酸化剤極２２側は、大気に開放された構成を示したが、燃料極２３側と同様に、酸化剤を酸化剤極２２に供給する酸化剤供給路と酸化剤供給路に酸化剤を導入する酸化剤導入路を備える構成とすることも可能である。
【００２９】
燃料供給部３１には、燃料供給部３１に燃料ガスを導入する燃料導入路３６と燃料供給部３１から排出ガスを排出する排出流路３７が設けられている。燃料導入路３６には、燃料導入路３６の流通の開閉を行う燃料弁３３が配置される。また、排出流路３７には、排出流路３７の流通の開閉を行う排出弁３４が配置される。また、燃料弁３３および排出弁３４は、コントローラ５により開閉を制御される。
【００３０】
燃料導入路３６に導入される燃料ガスの供給源は、たとえば、水素を圧縮して充填した水素ボンベや、水素を水素吸蔵合金、炭素系材料等に吸蔵し容器に収めたボンベなどを用いることができる。また、水酸化ホウ素ナトリウムなどの金属水素化物の加水分解や、金属と塩基性あるいは酸性水溶液との反応によって水素を得るものであってもよい。さらに、アルコール、エーテル、ケトン類を水蒸気改質して水素を得るメタノール改質型や、ガソリン、灯油、天然ガスといった炭化水素を水蒸気改質して水素を得る炭化水素改質型など、加水により水素を発生する構成であってよい。
【００３１】
燃料導入路３６に燃料ガスの供給源との接続部を設け、燃料ガスの供給源を着脱可能な構成とすることもできる。
【００３２】
燃料電池システムの稼動時、燃料弁３３を開放して燃料供給部３１に燃料を供給している。また、排出弁は閉止し、外部への排出を行わない。また、電解質膜２１を介して、空気が酸化剤極２２側から燃料供給部３１へ透過する。この空気が不純ガスとして、燃料ガス濃度を低下させ発電性能を悪化させる。このため、燃料供給部３１の内部の不純ガスを燃料供給部３１の外部に排出して燃料ガス濃度を高める必要がある。
【００３３】
また、燃料電池システムの停止時の燃料弁３３および排出弁３４の状態は、共に閉止状態である。停止時においても、稼動時と同様に、空気が酸化剤極２２側から燃料供給部３１へ透過する。従って、燃料電池システムの起動時には、燃料供給部３１の不純ガスを燃料供給部３１の外部に排出することが必要となる。
【００３４】
ここでは、燃料弁３３および排出弁３４は、コントローラ５により開閉駆動される電磁弁を用いている。
【００３５】
以上のような構成において、燃料供給部３１から排出ガスを燃料電池本体２から外部に排出する際の動作を説明する。
図３は、気体排出フローを示す。
【００３６】
燃料電池システムの発電時、燃料弁３３は、開放状態であり、燃料供給部３１に燃料ガスを供給している。排出弁３４の状態は、閉止状態である。まず、可動体３を第一位置から第二位置に移動させる（Ｓ１１）。この移動が可能であれば、燃料電池本体２の周囲に少なくとも可動体３の第一位置から第二位置への移動範囲に移動を妨げるものがなく開放された空間であることになる。可動体３の第一位置から第二位置に移動したことを位置（回転）検出部６で検知し（Ｓ１２）燃料弁３３を閉止し（Ｓ１３）、排出弁３４を開放し（Ｓ１４）、燃料供給部３１の内部のガスを燃料電池本体２の外部へ排出する。このときの排出ガスの量は、燃料供給部３１の容積と、燃料供給部３１の圧力と燃料電池外部の圧力（大気圧）により定まる量となり、排出ガス量＝燃料供給部３１の容積ｘ（燃料供給部３１の内部の圧力−大気圧）／大気圧である。可動体３が第一位置から第二位置に移動する際に形成される空間において、排出ガスの濃度が、燃料ガスの可燃濃度未満となる様に、可動体３の移動範囲と排出ガス量の比を設定することにより、排出ガスを原因とした発火の危険が無く、安全に排出ガスを燃料電池本体２の外部に排出することが出来る。排出される気体は、空気など不燃ガスも含まれることを考慮し、可動体３の移動範囲を設計することも可能であるが、排出ガスが全て可燃性の燃料ガスであった場合を想定した設計が好ましい。
【００３７】
排出ガスを燃料電池本体２の外部に排出した後、排出弁３４を閉止し（Ｓ１５）、燃料弁３３を開放（Ｓ１６）して燃料供給部３１に燃料ガスを供給する。このとき、燃料供給部３１の燃料ガス濃度が発電に充分な濃度になる様、燃料供給圧力や燃料供給部３１の容積や排出量が設定される。これにより、安全に排出ガスを燃料電池本体から排出し、発電性能を維持することが出来る。
【００３８】
また、図３のフローの燃料弁３３を閉止する操作（Ｓ１３）を行わずに、排出弁３４を開放する時間により排出量を制御することもできる。
【００３９】
また、この気体排出フローは、燃料電池システムの起動時に適用することもできる。その場合、S１１において、燃料電池システムの起動前である停止時、燃料電池システムの発電の起動スイッチはOFF状態であり、燃料弁３３および排出弁３４の状態は、共に閉止状態である。よって、Ｓ１１で、可動体３の第一位置から第二位置へ移動させた後に、燃料弁３３を開放し、燃料供給部３１に燃料ガスを供給し、燃料供給部３１の内部の圧力は、燃料電池本体２の外部より高い圧力とする工程が加わる。そして、Ｓ１６が終了した後に、燃料電池システムの発電の起動スイッチをONにして、発電を開始する。これにより、安全に排出ガスを燃料電池本体から排出して燃料電池を起動することが出来る。
【００４０】
図１６（ａ）に、燃料供給部３１の構成例を示す。（ｂ）はB−B面の断面図、（ｃ）はC−C面の断面図を示す。燃料供給部３１は、燃料極の面に対し、複数の溝形状でそれぞれ構成された複数の燃料供給路３１aからなる。複数の燃料供給路３１aのC−C面における断面積はそれぞれ略同一であり、少なくとも、燃料極の触媒層配置領域２１７と接触する部分では、互いに合流や交差することなく離間して配置される。
【００４１】
また、複数の燃料供給路３１aは、燃料導入路接続部２１５を介し燃料導入路３６と接続される。燃料ガスは、燃料導入路３６から燃料導入路接続部２１５に導入され、複数の燃料供給路３１aにそれぞれ供給される。供給された燃料ガスにより、燃料供給路３１aの内部の不純ガスを排出流路接続部２１６の方へ押し出すことができる。
【００４２】
ここで、図１６（ａ）に図示するように、燃料導入路接続部２１５の左側から燃料ガスが供給される場合を想定する。この場合、燃料導入路接続部２１５のB−B面における断面積は、各燃料供給路３１aのC−C面における断面積よりも大きくなるように構成される。つまり、燃料導入路接続部２１５の１６（ａ）で示す左右方向における圧力損失は、各燃料供給路３１aの図１６（ａ）で示す上下方向における圧力損失よりも小さくなるように構成される。これにより、燃料導入路接続部２１５の左側から供給された燃料ガスは、各燃料供給路３１aの内部よりも、燃料導入路接続部２１５の図１６（ａ）で示す右側へ、より多く供給される。したがって、燃料導入路接続部２１５の右側の方まで十分に燃料ガスが供給されるため、左側の燃料供給路３１aの方が右側の燃料供給路３１aよりも多くの燃料ガスが供給され易いということはなく、複数の燃料供給路３１aへ均一に燃料ガスを供給することができる。よって、複数の燃料供給路３１aへの燃料ガスの導入圧力のばらつきが小さくなり、各燃料供給路３１aの内部の不純ガスを均一に排出流路３７の方へ向かって押し出すことができる。
また、複数の燃料供給路３１aと排出流路３７は、排出流路接続部２１６を介し接続される。
【００４３】
上述の燃料導入路接続部２１５と複数の燃料供給路３１aの関係と同様に、排出流路接続部２１６のB−B面における断面積は、各燃料供給路３１aのC−C面における断面積よりも大きくなるように、つまり、排出流路接続部２１６の図１６（ａ）で示す左右方向における圧力損失は、各燃料供給路３１aの図１６（ａ）で示す上下方向における圧力損失よりも小さくなるように構成される。これにより、各燃料供給路３１aから排出流路接続部２１６へ押し出された不純ガスは、各燃料供給路３１aの内部に逆流して導入されることなく、排出流路接続部２１６から排出流路３７へ向かって排出され、確実に不純ガスを排出することができる。
【００４４】
尚、燃料供給部３１の構成は上述の構成に限られるものではない。燃料極の触媒層配置領域２１７と接触する部分に形成された燃料供給部３１全体において、ばらつきが小さく、均一に燃料導入路３６から排出流路３７へ、気体の流れが生じるような構成であれば良い。
【００４５】
（実施の形態１の変形例１）
図４及び図５に基づいて燃料電池システムの本実施の形態１の変形例１を説明する。
図４は、本実施の形態１の変形例１に係る燃料電池システムの発電部の構成図である。
【００４６】
実施の形態１の構成において、燃料弁３３及び排出弁３４をボールバルブの様な機械的な弁構造とし、さらに、燃料弁３３と排出弁３４を機械的に接続し、それらを可動体３と機械的に接続する構成とした。これにより、可動体３が第一位置から第二位置に移動し、燃料電池本体２の外部に排出される可燃性気体の濃度が可燃濃度未満となる空間を確保する動作と、可動体３を第一位置から第二位置に移動させる動作に燃料弁３３と排出弁３４を同期させることが出来るので、コントローラや電磁弁などを用いずに、燃料弁３３及び排出弁３４の開閉動作を行い、燃料供給部３１から安全に排出ガスを排出することができる。
【００４７】
燃料弁８及び排出弁９の構成例を図５に示す。左側が燃料弁３３を、右側が排出弁３４を示し、（A）及び（Ｃ）が燃料電池システムの発電時、（Ｂ）が燃料供給部３１から外部への気体排出時を示す。
【００４８】
この弁構造は、流路を持つ球状の回転部を回転させ、その回転角度により弁の開閉を行う、いわゆるボール弁構造である。燃料弁３３および排出弁３４の構造を、このようなボール弁構造とする。あわせて、燃料弁３３の燃料制御回転部１２５および排出弁３４の排出回転部１３５を図示しない回転軸で連結することにより、燃料制御回転部１２５と排出回転部１３５の回転角度を同期する構造としている。燃料弁３３は、燃料制御回転部流路１２４を配置した燃料制御回転部１２５と、燃料弁入路１２１、回転方向に２つの異なる角度で配置された第一の燃料弁出路１２２および第二の燃料弁出路１２３を配置した燃料制御バルブ筐体１２６とで構成される。一方、第一の燃料弁出路１２２、第二の燃料弁出路１２３と、燃料弁入路１２１との間を流通しない状態とする場合（例えば、図４燃料弁（A））に、燃料制御回転部１２５と燃料制御バルブ筐体１２６の間の気密性を高めるために、第一の燃料弁出路１２２および第二の燃料弁出路１２３の燃料制御回転部１２５と対面する入口に、燃料制御シール体１２７をそれぞれ設置する。
【００４９】
排出弁３４は、排出回転部流路１３４を配置した排出回転部１３５と、排出流路弁入路１３１、排出流路弁出路１３２を配置した排出バルブ筐体１３６とで構成され、排出流路弁出路１３２の排出回転部１３５と対面する入口には、排出シール体１３７がそれぞれ設置されている。
【００５０】
次に、可動体３の第一位置から第二位置への移動と、燃料弁３３および排出弁３４の状態について説明する。
【００５１】
図５の（A）は可動体３が第一位置にあり、（C）は可動体３が第二位置にあり、いずれも、燃料電池システムの発電時の状態を示す。（B）は、可動体３が第一位置から第二位置に移動する途中の状態で、（A）から（B）の状態を経て（C）の状態となる。
【００５２】
可動体３が第一位置にあり、燃料電池システムの発電時、図５（A）で示すように、燃料制御回転部流路１２４は、燃料弁入路１２１および第一の燃料弁出路１２２と流通状態となる。よって、燃料弁３３は開放状態となり燃料供給部３１へ燃料ガスが導入される。一方、このとき、排出弁３４は閉止状態である。
【００５３】
次に、可動体３が第一位置から第二位置に移動する過程で、（B）に示すように、燃料弁３３は、閉止状態となり、一方、排出弁３４の排出回転部流路１３４は、排出流路弁入路１３１および排出流路弁出路１３２は流通状態となる。よって、排出弁３４は開放状態となる。これにより、燃料供給部３１から排出流路３７を通じ、燃料電池本体２の外部に排出される。
【００５４】
次に、可動部３が、第二位置となった際には、（C）に示す状態となる。排出弁３４は閉止状態である。つまり、排出回転部流路１３４は、排出流路弁入路１３１、排出流路弁出路１３２を流通する状態にない。一方、燃料弁入路１２１、燃料制御回転部１２５と第二の燃料弁出路１２３は流通可能な状態にあり、燃料弁３３は開放状態である。なお、可動体３が第一位置から第二位置に移動する過程の（Ｂ）の状態で排出弁３４が開放されるので、（Ａ）に示す状態から、排出弁３４が開放される（Ｂ）に示す状態になる間の可動体３の移動によって形成される空間を外部に排出される可燃性気体の濃度が可燃濃度未満となる体積となるよう設計される。このような構造で、可動部３と燃料弁３３の燃料制御回転部１２５および排出弁３４の排出回転部１３５を回転軸で連結し、燃料弁３３および排出弁３４の開放及び閉止を切り替えることで、燃料供給部３１から安全に排出ガスを燃料電池本体２の外部に排出することが出来る。
【００５５】
このような構造は、可動部３の動作に同期して、１つの操作により行うことができるので、駆動部を１箇所とすることができ、電磁弁などの削減と構造の簡素化が可能となる。
【００５６】
また、図６に示すように、燃料弁８及び排出弁９の回転と、燃料電池システムのON−OFFを切り替えるスイッチを同期させるとよい。
【００５７】
図６の左側が燃料弁３３を、中央が排出弁３４を、右側に燃料電池システムのON−OFFスイッチを示す。（A）が燃料電池システムの出力停止時、（B）が燃料供給部３１への燃料ガスの導入時、（C）が燃料供給部３１から外部への気体排出時、（D）が燃料電池システムの発電時を示す。
【００５８】
この弁構造は、上述の図５に示した弁構造と同様である。燃料弁３３の燃料制御回転部１２５および排出弁３４の排出回転部１３５を図示しない回転軸で連結することにより、燃料制御回転部１２５と排出回転部１３５の回転角度を同期する構造としている。さらに、燃料電池システムのON−OFFを行うスイッチは、燃料弁３３および排出弁３４の構造と同様に、回転部であるスイッチ回転部１４５と、その外周に配置されるスイッチ筐体１４６で構成される。スイッチ回転部１４５は外周面に回転部端子１４８を有し、スイッチ筐体１４６は内周面に筐体端子１４９を有する。
【００５９】
燃料電池システムの停止した状態から起動する際の可動体３の第一位置から第二位置への移動と、燃料弁３３および排出弁３４及びスイッチの状態について説明する。
【００６０】
図６の（A）は可動体３が第一位置にあり、燃料電池システムの出力停止時、（D）は可動体が第二位置にあり、燃料電池システムの発電時の状態を示す。（B）と（C）は、可動体３が第一位置から第二位置に移動する途中の状態で、（A）から（B）から（C）の状態を経て（D）の状態となる。
【００６１】
可動体３が第一位置にあり、燃料電池システムの出力停止時、図６（A）で示すように、スイッチは、回転部端子１４８と筐体端子１４９は接触していないOFF状態である。このとき、燃料弁３３は閉止状態であり、排出弁３４も同様に閉止状態である。
【００６２】
可動体３が第一位置から第二位置に移動する過程で、まず、（B）に示すように、燃料弁３３は流通状態となり燃料供給部３１へ燃料ガスが導入される。一方、このとき、排出弁３４は閉止状態である。
【００６３】
次に、（C）に示すように、燃料弁３３は、閉止状態となり、一方、排出弁３４は流通状態となる。これにより、内部のガスは、燃料供給部３１から排出流路３７と通じ、燃料電池本体２の外部に排出される。
【００６４】
次に、可動部３が、第二位置となった際には、（D）に示す状態となる。燃料弁３３は流通状態である。一方、排出弁３４は閉止状態である。このとき、スイッチは、回転部端子１４８と筐体端子１４９が接触しON状態となり、発電が開始され燃料電池システムが起動する。
【００６５】
これにより、燃料電池システムのユーザーが行う燃料電池システムのスイッチON操作と連動して可動部３の第一位置から第二位置への移動を行い、燃料弁１３３および排出弁１３４の開閉制御を行うことが可能である。よって、ユーザーがスイッチ操作を行った際に、確実に燃料電池本体２の外部に排出される可燃性気体の濃度が可燃濃度未満となる空間を確保し、燃料供給部３１から安全に排出ガスを排出し燃料電池システムを起動することが出来る。
【００６６】
（実施の形態１の変形例２）
図７に基づいて燃料電池システムの本実施の形態１の変形例２を説明する。
図７は、本実施の形態１の変形例２に係る燃料電池システムの発電部の構成図である。
【００６７】
実施の形態１の構成において、燃料供給部３１と気体を流通する容積が可変の圧縮部３９を備える。圧縮部３９は、ベローズやダイヤフラムを用いることができる。また、プランジャとピストンで構成することもできる。圧縮コマ４０は、可動部３の可動部回転軸４に可動部３の回転と同期して回転する。圧縮コマ４０は、可動部回転軸4に偏心して取り付けられた楕円形状であり、外周部を圧縮部３９に接する。これにより、可動部３の回転に同期して、圧縮コマ４０が回転し、圧縮部３９の容積を変化させる。
【００６８】
図７の（Ａ）は、可動部３が、第一位置にあり、このとき、圧縮コマ４０は、圧縮部３９を圧縮しない。可動部３を第一位置から第二位置に移動させる間に、（Ｂ）の状態となる。このとき、可動部３の動作と同期し圧縮コマ４０が圧縮部３９を圧縮する。さらに、可動部３は第二位置に移動し、圧縮コマ４０は圧縮部３９を圧縮しない状態となる．すなわち、可動部３が第一位置から第二位置に移動する間に、圧縮部３９は、一度圧縮される。（Ａ）の状態では、可動部３が第一位置のとき、燃料弁３３と排出弁３４を閉止し、圧縮コマ４０により圧縮部３９が圧縮された（Ｂ）の状態において、排出弁３４を開放し、圧縮部３９及び燃料供給部３１の内部の気体を排出し、排出弁３４を閉止する。その後、可動部3が第二位置に移動し、燃料弁３３を開放し、燃料供給部３１に燃料ガスを供給する。これにより、可動部３の動作に同期して、燃料供給部３１の内部の気体を効率よく外部に排出することが出来る。
【００６９】
また、実施の形態１の変形例１に示した様に、燃料弁３３及び排出弁３４をボールバルブの様な機械的な弁構造とし、さらに、燃料弁３３と排出弁３４を可動体３と機械的に接続し動作を同期する構成とすることにより、可動体３の動作と、燃料弁３３及び排出弁３４の動作を１つの操作により行うことができるので、駆動部を１箇所とすることができ、電磁弁などの削減と構造の簡素化が可能となる。
【００７０】
また、圧縮部３９を圧縮した際に、圧縮部３９及び燃料供給部３１の内部の圧力は、通常の発電状態での圧力より高くなる。燃料弁３３の燃料供給側の燃料導入路３６より圧力が高く、かつ、排出弁３４より燃料電池外部の圧力よりも高いので、燃料弁３３及び排出弁３４を圧力差により流体の流れを一方向に規制する逆止弁の様な簡単な弁構造とすることが可能であり、より簡素な構造で安全に排出ガスを燃料電池本体から排出することができる。
【００７１】
（実施の形態２）
燃料電池システムの本実施の形態２を説明する。
本実施の形態２の燃料電池システムは、図１の実施の形態１に係る燃料電池システムの全体概略図に示す燃料電池システムと同様の構成で、燃料電池本体２と、燃料電池本体２の外側に、可動体回転軸4により回転するように取り付けられた可動体３と、可動体回転軸４に取り付けられた位置（回転）検出部６とで構成され、可動体３の第一位置から第二位置への移動範囲の空間を燃料電池本体２から燃料電池本体２の外部に排出される可燃性気体の濃度が可燃濃度未満となる体積とし、安全に排出ガスを燃料電池本体から排出する。
【００７２】
図８は、本実施の形態２に係る燃料電池システムの発電部の構成図である。
図８に示すように、燃料電池本体２には、発電部２０と、発電部２０の燃料極に燃料を供給する燃料供給部３１とパージ室３２を備える。
【００７３】
燃料供給部３１には、燃料供給部３１に燃料ガスを導入する燃料導入路３６が設けられている。燃料導入路３６には、燃料導入路３６の流通の開閉を行う燃料弁３３が配置される。また、燃料供給部３１は、パージ室３２と連結流路３８によりパージ室３２と接続され、連結流路３８には、連結流路３８の流通の開閉を行う連結流路弁３８が設置される。パージ室３２には、パージ室３２から排出ガスを排出する排出流路３７が設けられている。排出流路３７には、排出流路３７の流通の開閉を行う排出弁３４が配置される。また、燃料弁３３および連結流路弁３８および排出弁３４は、コントローラ５により開閉を制御される。
【００７４】
図９は、気体排出フローを示す。
燃料電池システムの発電時、燃料弁３３および連結流路弁３８は、開放状態である。このとき、排出弁３４の状態は、閉止状態である。まず、可動体３を第一位置から第二位置に移動させる（Ｓ２１）。この移動が可能であれば、燃料電池本体２の周囲に少なくとも可動体３の第一位置から第二位置への移動範囲に移動を妨げるものがなく開放された空間であることになる。可動体３の第一位置から第二位置に移動したことを位置（回転）検出部６で検知し（Ｓ２２）連結流路弁３８を閉止し（Ｓ２３）、排出弁３４を開放し（Ｓ２４）、パージ室３２の内部のガスを燃料電池本体２の外部へ排出する。このときの排出ガスの量は、パージ室３２の容積と、パージ室３２の圧力と燃料電池外部の圧力（大気圧）により定まる量となり、排出ガス量＝パージ室３２の容積ｘ（パージ室３２の内部の圧力−大気圧）／大気圧である。可動体３が第一位置から第二位置に移動する際に形成される空間において、排出ガスの濃度が、燃料ガスの可燃濃度未満となる様に、可動体３の移動範囲と排出ガス量の比を設定することにより、排出ガスを原因とした発火の危険が無く、安全に排出ガスを燃料電池本体２の外部に排出することが出来る。排出される気体は、空気など不燃ガスも含まれることを考慮し、可動体３の移動範囲を設計することも可能であるが、排出ガスが全て可燃性の燃料ガスであった場合を想定した設計が好ましい。
【００７５】
排出ガスを燃料電池本体２の外部に排出した後、排出弁３４を閉止し（Ｓ２５）、連結流路弁３８を開放（Ｓ２６）する。これにより、パージ室３２に、燃料供給部３１の内部の気体がパージ室３２に移動する。このとき、燃料供給部３１の燃料ガス濃度が発電に充分な濃度になる様、燃料供給圧力や燃料供給部３１およびパージ室３２の容積や排出量が設定される。これにより、燃料供給部３１の内部の圧力を維持することができるので発電を停止することなく安全に排出ガスを燃料電池本体から排出し、発電性能の低下を防止することが可能となる。
【００７６】
また、この気体排出フローは、燃料電池システムの起動時に適用することもできる。その場合、Ｓ２１において、燃料電池システムの起動前である停止時、燃料電池システムの発電の起動スイッチはOFF状態であり、燃料弁３３および排出弁３４の状態は、共に閉止状態である。よって、Ｓ２１で、可動体３の第一位置から第二位置へ移動させた後に、燃料弁３３を開放し、燃料供給部３１に燃料ガスを供給し、燃料供給部３１の内部の圧力は、燃料電池本体２の外部より高い圧力とする工程が加わる。そして、Ｓ２６が終了した後に、燃料電池システムの発電の起動スイッチをONにして、発電を開始する。これにより、安全に排出ガスを燃料電池本体から排出して燃料電池を起動することが出来る。この動作は、可動体３を燃料電池システムの発電の起動スイッチと同期させることにより実現させても良い。
【００７７】
（実施の形態２の変形例１）
図１０及び図１１に基づいて燃料電池システムの本実施の形態１の変形例１を説明する。
図１０は、本実施の形態２の変形例１に係る燃料電池システムの発電部の構成図である。
【００７８】
実施の形態２の構成において、連結流路弁３５及び排出弁３４をボールバルブの様な機械的な弁構造とし、さらに、連結流路弁３５と排出弁３４を機械的に接続し、それらを可動体３と機械的に接続する構成とした。これにより、可動体3が第一位置から第二位置に移動し、燃料電池本体２の外部に排出される可燃性気体の濃度が可燃濃度未満となる空間を確保する動作と、可動体３を第一位置から第二位置に移動させる動作に連結流路弁３５と排出弁３４を同期させるが出来るので、コントローラや電磁弁などを用いずに、連結流路弁３５及び排出弁３４の開閉動作を行い、安全に排出ガスを排出することができる。
【００７９】
本実施例における連結流路弁３５及び排出弁３４の構成例を図１１に示す。左側が連結流路弁３５を、右側が排出弁３４を示し、（Ａ）及び（Ｃ）が燃料電池システムの発電時、（Ｂ）が燃料供給部３１から外部への気体排出時を示す。
【００８０】
弁構造は、実施の形態１の変形例１で述べた図５に示す構造と同様であり、流路を持つ球状の回転部を回転させ、その回転角度により弁の開閉を行う、いわゆるボール弁構造とし、さらに、連結流路弁３５の連結流路回転部１５５及び排出弁３４の排出回転部１３５を図示しない回転軸で連結することにより、同期する構造としている。
【００８１】
次に、可動体３の第一位置から第二位置への移動と、連結流路弁３５および排出弁３４の状態について説明する。
【００８２】
可動体３が第一位置にあり、燃料電池システムの発電時、図１１（A）で示すように、連結流路弁３５は開放状態であり、排出弁３４は閉止状態である。
【００８３】
可動体３が第一位置から第二位置に移動する過程で、（B）に示すように、連結流路弁３５は、閉止状態となり、排出弁３４は開放状態となる。これにより、パージ室３２の内部の気体は、排出流路３７を通じ、燃料電池本体２の外部に排出される。
【００８４】
次に、可動部３が、第二位置となった際には、（C）に示す状態となり、排出弁３４は、閉止状態となり、連結流路弁３５は、開放状態となる。なお、可動体３が第一位置から第二位置に移動する過程の（Ｂ）の状態で排出弁３４が開放されるので、（Ａ）に示す状態から、排出弁３４が開放される（Ｂ）に示す状態になる間の可動体３の移動によって形成される空間を外部に排出される可燃性気体の濃度が可燃濃度未満となる体積となるよう設計される。
【００８５】
このような構造で、可動部３と連結流路弁３５の連結流路回転部１５５および排出弁３４の排出回転部１３５を回転軸で連結し、連結流路弁３５および排出弁３４の開放及び閉止を切り替えることで、パージ室３２から安全に排出ガスを燃料電池本体２の外部に排出することが出来る。
【００８６】
このような構造により、可動部３の動作に同期して、１つの操作により行うことができるので、駆動部を１箇所とすることができ、電磁弁などの削減と構造の簡素化が可能となる。
【００８７】
また、図１２に示すように、燃料弁８及び連結流路弁３５及び排出弁９の回転と、燃料電池システムのON−OFFを切り替えるスイッチを同期させるとよい。
【００８８】
図１２に燃料弁３３および連結流路弁３５および排出弁３４および燃料電池システムのON−OFFスイッチの状態を示す。（A）が燃料電池システムの出力停止時、（B）が燃料ガスの導入時、（C）がパージ室３２から外部への気体排出時、（D）が燃料電池システムの発電時を示す。
【００８９】
燃料弁３３の燃料制御回転部１２５および連結流路弁３５の連結流路回転部１５５および排出弁３４の排出回転部１３５を図示しない回転軸で連結することにより、回転角度を同期する構造としている。さらに、燃料電池システムのON−OFFを行うスイッチは、回転部であるスイッチ回転部１４５と、その外周に配置されるスイッチ筐体１４６で構成される。スイッチ回転部１４５は外周面に回転部端子１４８を有し、スイッチ筐体１４６は内周面に筐体端子１４９を有する。
【００９０】
燃料電池システムの停止した状態から起動する際の可動体３の第一位置から第二位置への移動と、燃料弁３３および連結流路弁３５および排出弁３４及びスイッチの状態について説明する。
【００９１】
図１２の（A）は可動体３が第一位置にあり、燃料電池システムの出力停止時、（D）は可動体が第二位置にあり、燃料電池システムの発電時の状態を示す。（B）と（C）は、可動体３が第二位置から第二位置に移動する途中の状態で、（A）から（B）から（C）の状態を経て（D）の状態となる。
可動体３が第一位置にあり、燃料電池システムの出力停止時、図１２（A）で示すように、スイッチは、回転部端子１４８と筐体端子１４９は接触していないOFF状態である。このとき、燃料弁３３は閉止状態であり、連結流路弁３５および排出弁３４も同様に閉止状態である。
【００９２】
可動体３が第一位置から第二位置に移動する過程で、まず、（B）に示すように、燃料弁３３および連結流路弁３５は流通状態となり燃料供給部３１へ燃料ガスが導入され、パージ室３２に燃料供給部３１の内部の気体が押し出される。一方、排出弁３４は閉止状態である。
【００９３】
次に、（C）に示すように、連結流路弁３５は、閉止状態となり、一方、排出弁３４は流通状態となる。これにより、パージ室３２の内部のガスは、排出流路３７を通じ、燃料電池本体２の外部に排出される。
【００９４】
次に、可動部３が、第二位置となった際には、（D）に示す状態となる。排出弁３４は閉止状態となり、燃料弁３３および連結流路弁３５は流通状態となる。このとき、スイッチは、回転部端子１４８と筐体端子１４９が接触しON状態となり、発電が開始され燃料電池システムが起動する。
【００９５】
これにより、燃料電池システムのユーザーが行う燃料電池システムのスイッチON操作と連動して可動部３の第一位置から第二位置への移動を行い、燃料弁１３３および連結流路弁３５および排出弁１３４の開閉制御を行うことが可能である。よって、ユーザーがスイッチ操作を行った際に、確実に燃料電池本体２の外部に排出される可燃性気体の濃度が可燃濃度未満となる空間を確保し、燃料供給部３１から安全に排出ガスを排出し燃料電池システムを起動することが出来る。
【００９６】
さらに、図１４に示す燃料供給部３１の構成とすることにより、燃料導入路３６から燃料供給部３１に燃料を導入した際に、確実に燃料供給室３２の内部の不純ガスをパージ室３２に押し出すことができ、発電性能を維持することが出来る。
【００９７】
（実施の形態２の変形例２）
図１３に基づいて燃料電池システムの本実施の形態２の変形例２を説明する。
図１３は、本実施の形態２の変形例２に係る燃料電池システムの発電部の構成図である。
【００９８】
実施の形態２の構成において、パージ室３２と気体を流通する容積が可変の圧縮部３９を備える。圧縮部３９は、ベローズやダイヤフラムを用いることができる。また、プランジャとピストンで構成することもできる。圧縮コマ４０は、可動部３の可動部回転軸４に可動部３の回転と同期して回転する。圧縮コマ４０は、可動部回転軸4に偏心して取り付けられた楕円形状であり、外周部を圧縮部３９に接する。これにより、可動部３の回転に同期して、圧縮コマ４０が回転し、圧縮部３９の容積を変化させる。
【００９９】
図１３の（Ａ）は、可動部３が、第一位置にあり、このとき、圧縮コマ４０は、圧縮部３９を圧縮しない。可動部３を第一位置から第二位置に移動させる間に、（Ｂ）の状態となる。このとき、可動部３の動作と同期し圧縮コマ４０が圧縮部３９を圧縮する。さらに、可動部３は第二位置に移動し、圧縮コマ４０は圧縮部３９を圧縮しない状態となる。すなわち、可動部３が第一位置から第二位置に移動する間に、圧縮部３９は、一度圧縮される。（Ａ）の状態では、可動部３が第一位置のとき、連結流路弁３５と排出弁３４を閉止し、圧縮コマ４０により圧縮部３９が圧縮された(Ｂ)の状態において、排出弁３４を開放し、圧縮部３９及びパージ室３２の内部の気体を排出した後、排出弁３４を閉止する。その後、可動部３が第二位置に移動した際に、連結流路弁３５を開放する。これにより、可動部３の動作に同期して、パージ室３２の内部の気体を効率よく外部に排出することが出来る。
【０１００】
また、実施の形態２の変形例１に示した様に、燃料弁３３及び連結流路弁３５及び排出弁３４をボールバルブの様な機械的な弁構造とし、さらに、燃料弁３３と連結流路弁３５と排出弁３４を可動体３と機械的に接続し動作を同期する構成とすることにより、可動体３の動作と、燃料弁３３及び連結流路弁３５及び排出弁３４の動作を１つの操作により行うことができるので、駆動部を１箇所とすることができ、電磁弁などの削減と構造の簡素化が可能となる。
【０１０１】
また、圧縮部３９を圧縮した際に、圧縮部３９及びパージ室３２の内部の圧力は、通常の発電状態での圧力より高くなる。燃料供給部３１より圧力が高く、かつ、排出弁３４の燃料電池外部の圧力よりも高いので、連結流路弁３５及び排出弁３４を圧力差により流体の流れを一方向に規制する逆止弁の様な簡単な弁構造とすることが可能であり、より簡素な構造で安全に排出ガスを燃料電池本体から排出することができる。
【０１０２】
（実施の形態３）
図１５は、実施の形態１及び２に係る燃料電池システムの適用例である。表示パネルがヒンジ部で回転可能なノートパソコンの表示パネル部を可動体とし、ヒンジ部に位置（回転）検出部を設けた例である。このノートパソコンの表示パネル部は、縦20cm横25cmである。可動部である表示パネル部で形成される空間は、表示パネル部を開く角度を120度とすると、約10Lであり、水素ガスの可燃濃度は4%であるので、燃料電池本体の外部に排出される気体を全て水素ガスとした場合、400cc未満の排出量であれば、可燃濃度に達することは無く、安全に排出することが可能である。ノートパソコンの消費電力は10Wから15W程度であり、それに用いられる燃料電池の発電セルの燃料供給部など容積は10cc程度であるので、排出される水素の量は、400ccに対して極めて小さく、燃料供給部の容積分の気体を排出した際に、可燃濃度に達することは無く、安全に燃料電池本体の外部に排出できる。また、可動部を動かす為には、手や腕などの動作の為の空間が必要であり、排出された可燃性気体の濃度は、さらに低く抑えられる。
【０１０３】
一連の実施の形態における可動部は、回転軸を持つ移動体として説明したが、移動体を板状のものとし、平行移動することにより空間を作る構造でもよく、移動体の形状や動作方向によらず、第一位置から第二位置に移動する際に、燃料電池本体の外部に排出される気体に含まれる可燃性気体の濃度が可燃濃度未満の濃度となる広さを有する空間が形成される構造であればよい。
【符号の説明】
【０１０４】
１ 燃料電池システム
２ 燃料電池本体
３ 可動体
４ 可動体回転軸
５ コントローラ
６ 位置（回転）検出部
２０ 発電部
２１ 電解質膜
２２ 酸化剤極
２３ 燃料極
３１ 燃料供給部
３２ パージ室
３３ 燃料弁
３４ 排出弁
３５ 連結流路弁
３６ 燃料導入路
３７ 排出流路
３８ 連結流路
３９ 圧縮部
４０ 圧縮コマ
１２１ 燃料弁入路
１２２ 第一の燃料弁出路
１２３ 第二の燃料弁出路
１２４ 燃料制御回転部流路
１２５ 燃料制御回転部
１２６ 燃料制御バルブ筐体
１２７ 燃料制御シール体
１３１ 排出流路弁入路
１３２ 排出流路弁出路
１３４ 排出回転部流路
１３５ 排出回転部
１３６ 排出バルブ筐体
１３７ 排出シール体
１５１ 連結流路弁入路
１５２ 第一の連結流路弁出路
１５３ 第二の連結流路弁出路
１５４ 連結流路回転部流路
１５５ 連結流路回転部
１５６ 連結流路バルブ筐体
１５７ 連結流路シール体
１４５ スイッチ回転部
１４６ スイッチ筐体
１４８ 回転部端子
１４９ 筐体端子
２１５ 燃料導入路接続部
２１６ 連結流路接続部
２１７ 触媒層配置領域
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料極と酸化剤極と前記燃料極及び前記酸化剤極に挟持された電解質膜から構成される燃料電池と、
前記燃料極に燃料を供給する燃料供給部と、
前記燃料供給部に前記燃料を導入する燃料導入路と、
前記燃料導入路に配置され、前記燃料導入路を開閉制御し、前記燃料供給部への前記燃料の導入を制御する燃料弁と、
前記燃料供給部に配置され、前記燃料供給部の気体を排出する排出流路と、
前記排出流路に配置され、前記排出流路を開閉制御する排出弁と、
を備える燃料電池本体と、
前記燃料電池本体に備えられ、第一位置から第二位置に可動し、前記燃料電池本体の外部に放出される前記気体に含まれる可燃性気体の濃度が可燃濃度未満の濃度となる広さを有する空間を作る可動体と、
からなる燃料電池システムであって、
前記可動体が前記第一位置から前記第二位置に移動した際に、前記排出弁を開放し前記燃料供給部の内部の気体を前記燃料電池本体の外部に放出することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記燃料弁及び前記排出弁は、前記可動体と機械的に接続し、
前記可動体の動作と、前記燃料弁及び前記排出弁の開閉制御とは同期す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】
前記燃料供給部は、前記燃料供給部の内部の体積を変化させる圧縮部を備え、
前記圧縮部は、前記可動体と機械的に接続し、
前記圧縮部を圧縮する動作と、前記燃料弁及び前記排出弁の開閉制御とは同期することを特徴とする請求項２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記燃料弁は、前記可動体と機械的に接続されている燃料制御回転部と、前記燃料制御回転部の外周面に沿って形成される燃料制御バルブ筐体とを有し、前記燃料制御回転部を回転することにより、前記燃料導入路を開閉制御し、
前記排出弁は、前記可動体と機械的に接続されている排出回転部と、前記排出回転部の外周面に沿って形成される排出バルブ筐体とを有し、前記排出回転部を回転することにより、前記排出流路を開閉制御し、
前記燃料制御回転部と前記排出回転部と前記可動体を回転軸で接続することにより、前記可動体の動作と、前記燃料弁及び前記排出弁の開閉制御とは同期することを特徴とする請求項２または３のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
燃料極と酸化剤極と前記燃料極及び前記酸化剤極に挟持された電解質膜から構成される燃料電池と、
前記燃料極に燃料を供給する燃料供給部と、
前記燃料供給部に前記燃料を導入する燃料導入路と、
前記燃料導入路に配置され、前記燃料導入路を開閉制御し、前記燃料供給部への前記燃料の導入を制御する燃料弁と、
前記燃料供給部と連結流路により連結されるパージ室と、
前記連結流路に配置され、前記連結流路を開閉制御する連結流路弁と、
前記パージ室に配置され、前記パージ室の気体を排出する排出流路と、
前記排出流路に配置され、前記排出流路を開閉制御する排出弁と、
を備える燃料電池本体と、
前記燃料電池本体に備えられ、第一位置から第二位置に可動し、前記燃料電池本体の外部に放出される前記気体に含まれる可燃性気体の濃度が可燃濃度未満の濃度となる広さを有する空間を作る可動体と、
からなる燃料電池システムであって、
前記可動体が第一位置から第二位置に移動した際に、前記排出弁を開放し前記パージ室の内部の気体を燃料電池本体の外部に放出することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項６】
前記燃料弁及び前記連結流路弁及び前記排出弁は、前記可動体と機械的に接続され、
前記可動体の動作と、前記燃料弁及び前記連結流路弁及び前記排出弁の開閉制御とは同期することを特徴とする請求項５に記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記パージ室は、前記パージ室の内部の体積を変化させる圧縮部を備え、
前記圧縮部は、前記可動体と機械的に接続し、
前記圧縮部を圧縮する動作と、前記燃料弁及び前記接続流路弁及び前記排出弁の開閉制御とは同期す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。
【請求項８】
前記燃料弁は、前記可動体と機械的に接続されている燃料制御回転部と、前記燃料制御回転部の外周面に沿って形成される燃料制御バルブ筐体とを有し、前記燃料制御回転部を回転することにより、前記燃料導入路を開閉制御し、
前記連結流路弁は、前記可動体と機械的に接続されている連結回転部と、前記連結回転部の外周面に沿って形成される連結バルブ筐体とを有し、前記連結回転部を回転することにより、前記連結流路を開閉制御し、
前記排出弁は、前記可動体と機械的に接続されている排出回転部と、前記排出回転部の外周面に沿って形成される排出バルブ筐体とを有し、前記排出回転部を回転することにより、前記排出流路を開閉制御し、
前記燃料制御回転部を回転することにより、前記燃料弁の開閉を制御し、
前記排出回転部を回転することにより、前記排出制御弁の開閉を制御するものであり、
前記燃料制御回転部と前記排出回転部と前記可動体を回転軸で接続することにより、
前記可動体の動作と、前記燃料弁及び前記排出弁の開閉制御とは同期することを特徴とする請求項６から７のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項９】
燃料電池システムで用いられる気体排出方法であって、
前記燃料電池システムは、
燃料極と酸化剤極と前記燃料極及び前記酸化剤極に挟持された電解質膜から構成される燃料電池と、
前記燃料極に燃料を供給する燃料供給部と、
前記燃料供給部に前記燃料を導入する燃料導入路と、
前記燃料導入路に配置され、前記燃料導入路を開閉制御し、前記燃料供給部への前記燃料の導入を制御する燃料弁と、
前記燃料供給部に配置され、前記燃料供給部の気体を排出する排出流路と、
前記排出流路に配置され、前記排出流路を開閉制御する排出弁と、
を備える燃料電池本体と、
前記燃料電池本体に備えられ、第一位置から第二位置に可動し、前記燃料電池本体の外部に放出される前記気体の濃度が可燃濃度未満の濃度となる広さを有する空間を作る空間を作る可動体とを備え、
前記可動体が第一位置から第二位置に移動した際に、前記燃料弁を閉止し、前記排出弁を開放し、
前記燃料供給部の内部の気体を燃料電池本体の外部に放出する気体排出ステップを含むことを特徴とする気体排出方法。
【請求項１０】
前記燃料電池システムで用いられる気体排出方法であって、
前記燃料電池システムは、
燃料極と酸化剤極と前記燃料極及び前記酸化剤極に挟持された電解質膜から構成される燃料電池と、
前記燃料極に燃料を供給する燃料供給部と、
前記燃料供給部に前記燃料を導入する燃料導入路と、
前記燃料導入路に配置され、前記燃料導入路を開閉制御し、前記燃料供給部への前記燃料の導入を制御する燃料弁と、
前記燃料供給部と連結流路により連結されるパージ室と、
前記連結流路に配置され、前記連結流路を開閉制御する連結流路弁と、
前記パージ室に配置され、前記パージ室の気体を排出する排出流路と、
前記排出流路に配置され、前記排出流路を開閉制御する排出弁と、
を備える燃料電池本体と、
前記燃料電池本体に備えられ、第一位置から第二位置に可動し、前記燃料電池本体の外部に放出される前記気体の濃度が可燃濃度未満の濃度となる広さを有する空間を作る可動体とを備え、
前記可動体が第一位置から第二位置に移動した際に、前記燃料弁及び前記連結流路弁を閉止し、前記排出制御弁を開放し、前記パージ室の内部の気体を燃料電池本体の外部に放出する気体排出ステップを含むことを特徴とする気体排出方法。
【請求項１】
燃料極と酸化剤極と前記燃料極及び前記酸化剤極に挟持された電解質膜から構成される燃料電池と、
前記燃料極に燃料を供給する燃料供給部と、
前記燃料供給部に前記燃料を導入する燃料導入路と、
前記燃料導入路に配置され、前記燃料導入路を開閉制御し、前記燃料供給部への前記燃料の導入を制御する燃料弁と、
前記燃料供給部に配置され、前記燃料供給部の気体を排出する排出流路と、
前記排出流路に配置され、前記排出流路を開閉制御する排出弁と、
を備える燃料電池本体と、
前記燃料電池本体に備えられ、第一位置から第二位置に可動し、前記燃料電池本体の外部に放出される前記気体に含まれる可燃性気体の濃度が可燃濃度未満の濃度となる広さを有する空間を作る可動体と、
からなる燃料電池システムであって、
前記可動体が前記第一位置から前記第二位置に移動した際に、前記排出弁を開放し前記燃料供給部の内部の気体を前記燃料電池本体の外部に放出することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記燃料弁及び前記排出弁は、前記可動体と機械的に接続し、
前記可動体の動作と、前記燃料弁及び前記排出弁の開閉制御とは同期す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】
前記燃料供給部は、前記燃料供給部の内部の体積を変化させる圧縮部を備え、
前記圧縮部は、前記可動体と機械的に接続し、
前記圧縮部を圧縮する動作と、前記燃料弁及び前記排出弁の開閉制御とは同期することを特徴とする請求項２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記燃料弁は、前記可動体と機械的に接続されている燃料制御回転部と、前記燃料制御回転部の外周面に沿って形成される燃料制御バルブ筐体とを有し、前記燃料制御回転部を回転することにより、前記燃料導入路を開閉制御し、
前記排出弁は、前記可動体と機械的に接続されている排出回転部と、前記排出回転部の外周面に沿って形成される排出バルブ筐体とを有し、前記排出回転部を回転することにより、前記排出流路を開閉制御し、
前記燃料制御回転部と前記排出回転部と前記可動体を回転軸で接続することにより、前記可動体の動作と、前記燃料弁及び前記排出弁の開閉制御とは同期することを特徴とする請求項２または３のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
燃料極と酸化剤極と前記燃料極及び前記酸化剤極に挟持された電解質膜から構成される燃料電池と、
前記燃料極に燃料を供給する燃料供給部と、
前記燃料供給部に前記燃料を導入する燃料導入路と、
前記燃料導入路に配置され、前記燃料導入路を開閉制御し、前記燃料供給部への前記燃料の導入を制御する燃料弁と、
前記燃料供給部と連結流路により連結されるパージ室と、
前記連結流路に配置され、前記連結流路を開閉制御する連結流路弁と、
前記パージ室に配置され、前記パージ室の気体を排出する排出流路と、
前記排出流路に配置され、前記排出流路を開閉制御する排出弁と、
を備える燃料電池本体と、
前記燃料電池本体に備えられ、第一位置から第二位置に可動し、前記燃料電池本体の外部に放出される前記気体に含まれる可燃性気体の濃度が可燃濃度未満の濃度となる広さを有する空間を作る可動体と、
からなる燃料電池システムであって、
前記可動体が第一位置から第二位置に移動した際に、前記排出弁を開放し前記パージ室の内部の気体を燃料電池本体の外部に放出することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項６】
前記燃料弁及び前記連結流路弁及び前記排出弁は、前記可動体と機械的に接続され、
前記可動体の動作と、前記燃料弁及び前記連結流路弁及び前記排出弁の開閉制御とは同期することを特徴とする請求項５に記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記パージ室は、前記パージ室の内部の体積を変化させる圧縮部を備え、
前記圧縮部は、前記可動体と機械的に接続し、
前記圧縮部を圧縮する動作と、前記燃料弁及び前記接続流路弁及び前記排出弁の開閉制御とは同期す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。
【請求項８】
前記燃料弁は、前記可動体と機械的に接続されている燃料制御回転部と、前記燃料制御回転部の外周面に沿って形成される燃料制御バルブ筐体とを有し、前記燃料制御回転部を回転することにより、前記燃料導入路を開閉制御し、
前記連結流路弁は、前記可動体と機械的に接続されている連結回転部と、前記連結回転部の外周面に沿って形成される連結バルブ筐体とを有し、前記連結回転部を回転することにより、前記連結流路を開閉制御し、
前記排出弁は、前記可動体と機械的に接続されている排出回転部と、前記排出回転部の外周面に沿って形成される排出バルブ筐体とを有し、前記排出回転部を回転することにより、前記排出流路を開閉制御し、
前記燃料制御回転部を回転することにより、前記燃料弁の開閉を制御し、
前記排出回転部を回転することにより、前記排出制御弁の開閉を制御するものであり、
前記燃料制御回転部と前記排出回転部と前記可動体を回転軸で接続することにより、
前記可動体の動作と、前記燃料弁及び前記排出弁の開閉制御とは同期することを特徴とする請求項６から７のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項９】
燃料電池システムで用いられる気体排出方法であって、
前記燃料電池システムは、
燃料極と酸化剤極と前記燃料極及び前記酸化剤極に挟持された電解質膜から構成される燃料電池と、
前記燃料極に燃料を供給する燃料供給部と、
前記燃料供給部に前記燃料を導入する燃料導入路と、
前記燃料導入路に配置され、前記燃料導入路を開閉制御し、前記燃料供給部への前記燃料の導入を制御する燃料弁と、
前記燃料供給部に配置され、前記燃料供給部の気体を排出する排出流路と、
前記排出流路に配置され、前記排出流路を開閉制御する排出弁と、
を備える燃料電池本体と、
前記燃料電池本体に備えられ、第一位置から第二位置に可動し、前記燃料電池本体の外部に放出される前記気体の濃度が可燃濃度未満の濃度となる広さを有する空間を作る空間を作る可動体とを備え、
前記可動体が第一位置から第二位置に移動した際に、前記燃料弁を閉止し、前記排出弁を開放し、
前記燃料供給部の内部の気体を燃料電池本体の外部に放出する気体排出ステップを含むことを特徴とする気体排出方法。
【請求項１０】
前記燃料電池システムで用いられる気体排出方法であって、
前記燃料電池システムは、
燃料極と酸化剤極と前記燃料極及び前記酸化剤極に挟持された電解質膜から構成される燃料電池と、
前記燃料極に燃料を供給する燃料供給部と、
前記燃料供給部に前記燃料を導入する燃料導入路と、
前記燃料導入路に配置され、前記燃料導入路を開閉制御し、前記燃料供給部への前記燃料の導入を制御する燃料弁と、
前記燃料供給部と連結流路により連結されるパージ室と、
前記連結流路に配置され、前記連結流路を開閉制御する連結流路弁と、
前記パージ室に配置され、前記パージ室の気体を排出する排出流路と、
前記排出流路に配置され、前記排出流路を開閉制御する排出弁と、
を備える燃料電池本体と、
前記燃料電池本体に備えられ、第一位置から第二位置に可動し、前記燃料電池本体の外部に放出される前記気体の濃度が可燃濃度未満の濃度となる広さを有する空間を作る可動体とを備え、
前記可動体が第一位置から第二位置に移動した際に、前記燃料弁及び前記連結流路弁を閉止し、前記排出制御弁を開放し、前記パージ室の内部の気体を燃料電池本体の外部に放出する気体排出ステップを含むことを特徴とする気体排出方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２０１２−１４２１７８（Ｐ２０１２−１４２１７８Ａ）
【公開日】平成２４年７月２６日（２０１２．７．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２９３７２７（Ｐ２０１０−２９３７２７）
【出願日】平成２２年１２月２８日（２０１０．１２．２８）
【出願人】（０００００２３２５）セイコーインスツル株式会社 (3,629)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年７月２６日（２０１２．７．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月２８日（２０１０．１２．２８）
【出願人】（０００００２３２５）セイコーインスツル株式会社 (3,629)
【Ｆターム（参考）】
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