２次電池型燃料電池システム
【課題】発電効率及び充電効率の低下を抑えることができる２次電池型燃料電池システムを提供する。
【解決手段】水との酸化反応により水素を発生し、水素との還元反応により再生可能な水素発生装置１と、水素発生装置１から供給される水素を燃料にして発電を行う発電機能及び水素発生装置１に供給する水素を生成するための水の電気分解を行う電気分解機能を有する燃料電池装置２と、水素発生装置１と燃料電池装置２との間で水素及び水蒸気を含むガスを循環させるためのガス流路５Ａ及び５Ｂと、ガス流路５Ａ及び５Ｂに温度勾配をつける第１〜第４ヒーターＨ１〜Ｈ４とを備える２次電池型燃料電池システム。
【解決手段】水との酸化反応により水素を発生し、水素との還元反応により再生可能な水素発生装置１と、水素発生装置１から供給される水素を燃料にして発電を行う発電機能及び水素発生装置１に供給する水素を生成するための水の電気分解を行う電気分解機能を有する燃料電池装置２と、水素発生装置１と燃料電池装置２との間で水素及び水蒸気を含むガスを循環させるためのガス流路５Ａ及び５Ｂと、ガス流路５Ａ及び５Ｂに温度勾配をつける第１〜第４ヒーターＨ１〜Ｈ４とを備える２次電池型燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発電動作だけでなく充電動作も行える２次電池型燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話、携帯型情報端末、ノート型パーソナルコンピュータ、携帯型オーディオ、携帯型ビジュアル機器等の携帯用電子機器の多機能化、高性能化が進展するに伴い、その駆動用電池の大容量化に対する要求が高まってきている。従来、このような携帯用電子機器の駆動用電池としては、リチウム電池やニッカド電池が用いられているが、その容量は、限界に近づいており飛躍的な増大は望めない。そこで、リチウム電池やニッカド電池に代わりエネルギー密度が高く大容量化が可能な燃料電池の開発が盛んに行われている。
【０００３】
燃料電池は、水素と酸素から水を生成した際に電力を取り出すものであり、原理的に取り出せる電力エネルギーの効率が高いため、省エネルギーになるだけでなく、発電時の排出物が水のみであるため、環境に優れた発電方式であり、地球規模でのエネルギーや環境問題解決の切り札として期待されている。
【０００４】
このような燃料電池は、例えば、固体ポリマーイオン交換膜を用いた固体高分子電解質膜、イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）を用いた固体酸化物電解質膜等を燃料極（アノード）と酸化剤極（カソード）とで両側から挟み込んだものを１つのセル構成としている。そして、このような構成のセルには、燃料極に燃料ガス（例えば水素ガス）を供給する燃料ガス流路と、酸化剤極に酸化剤ガス（例えば酸素や空気）を供給する酸化剤ガス流路とが設けられ、これらの流路を介して燃料ガス、酸化剤ガスがそれぞれ燃料極、酸化剤極に供給されることにより発電が行われる。
【０００５】
ところが、外部から燃料が供給される燃料電池装置では、燃料（例えば水素）を供給するためのインフラ整備が必要である。また、燃料として比較的入手が容易なメタノールを用いる場合においてもその流通には年月を要するといった問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−３２７０６０号公報（要約）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
このような問題に対応するためのシステムとして、水との酸化反応により水素を発生し水素との還元反応により再生可能な水素発生部と、前記水素発生部から供給される水素を燃料にして発電を行う発電機能及び前記水素発生部に供給する水素を生成するための水の電気分解を行う電気分解機能を有する発電・電気分解部との間で、水素及び水蒸気を含むガスを循環させる構成の２次電池型燃料電池システムが考えられる。
【０００８】
このような構成の２次電池型燃料電池システムは、発電時に前記水素発生部が水蒸気を消費して水素を発生させ前記発電・電気分解部が水素を消費して水蒸気を発生させ、充電時に前記水素発生部が水素を消費して水蒸気を発生させ前記発電・電気分解部が水蒸気を消費して水素を発生させる。したがって、前記水素発生部と前記発電・電気分解部との間を循環する水素及び水蒸気を含むガスの流量が少ないと、発電時には前記発電・電気分解部に供給される水素が少なくなり前記発電・電気分解部での拡散損失が大きくなって発電効率が低下し、充電時には前記発電・電気分解部に供給される水蒸気が少なくなり前記発電・電気分解部での拡散損失が大きくなって充電効率が低下する。
【０００９】
なお、特許文献１には、高圧水素ボンベから燃料電池スタックへ供給される燃料ガス（水素ガス）の流量を減圧弁によって制御する燃料電池システム、すなわち高圧水素ボンベの圧力を利用して燃料ガスの流量を確保する燃料電池システムが開示されている。上記構成の２次電池型燃料電池システムは、水素発生部に高圧水素ボンベを用いる形態ではないため、特許文献１に開示されている燃料電池システムのように高圧水素ボンベの圧力を利用して燃料ガスの流量を確保することはできない。
【００１０】
本発明は、上記の状況に鑑み、発電効率及び充電効率の低下を抑えることができる２次電池型燃料電池システム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】
【００１１】
上記目的を達成するために本発明に係る２次電池型燃料電池システムは、化学反応によって燃料を放出することができ、前記燃料が生成される化学反応の逆反応によって再生可能な燃料発生部と、前記燃料発生部から供給される前記燃料を用いて発電を行う発電機能及び前記燃料発生部の再生時に前記燃料発生部から供給される前記逆反応の生成物を電気分解する電気分解機能を有する発電・電気分解部とを備え、前記燃料発生部と前記発電・電気分解部との間で前記燃料を含むガスを循環させるためのガス流路と、前記ガス流路に温度勾配をつける加熱装置とを備える構成（第１の構成）とする。なお、前記発電・電気分解部は、例えば、前記燃料発生部から供給される前記燃料を用いて発電を行う発電動作と、前記燃料発生部の再生時に前記燃料発生部から供給される前記逆反応の生成物を電気分解する電気分解動作とを切り替える燃料電池を備える構成であってもよく、また、例えば、前記燃料発生部から供給される前記燃料を用いて発電を行う燃料電池と、前記燃料発生部の再生時に前記燃料発生部から供給される前記逆反応の生成物を電気分解する電気分解器とを別個に備える構成であってもよい。
【００１２】
このような構成によると、前記ガス流路に温度勾配をつけることで、前記ガス流路を循環する前記燃料を含むガスの流量を増やすことができる。これにより、発電時には前記発電・電気分解部に供給される前記燃料が多くなり前記発電・電気分解部での拡散損失が小さくなるので発電効率の低下を抑えることができ、充電時には前記発電・電気分解部に供給される前記逆反応の生成物が多くなり前記発電・電気分解部での拡散損失が小さくなるので充電効率の低下を抑えることができる。
【００１３】
また、上記第１の構成の２次電池型燃料電池システムにおいて、前記発電・電気分解部から出力される電力及び前記発電・電気分解部に供給される電力を監視する電力監視部と、前記電力監視部の監視結果に基づいて前記温度勾配の量を決定し、決定した前記温度勾配の量に応じて前記加熱装置を制御する温度調整部とを備える構成（第２の構成）にしてもよい。
【００１４】
このような構成によると、前記発電・電気分解部の電流が増加した場合、前記温度勾配の量を増加させることで、前記発電・電気分解部で発生する損失の増加を抑えることができる。
【００１５】
また、上記第２の構成の２次電池型燃料電池システムにおいて、前記温度調整部が、前記発電・電気分解部の拡散損失と前記加熱装置に投入するエネルギーとの合計が最小になるように前記温度勾配の量を決定する構成（第３の構成）にしてもよい。
【００１６】
このような構成によると、前記加熱装置に投入するエネルギーを考慮した発電効率及び充電効率の向上を図ることができる。
【００１７】
また、上記第１〜３のいずれかの構成の２次電池型燃料電池システムにおいて、前記発電・電気分解部を固体酸化物燃料電池にしてもよい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によると、発電効率及び充電効率の低下を抑えることができる２次電池型燃料電池システムを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施形態に係る燃料電池システムの概略構成を示す模式図である。
【図２】システムの発電動作時における固体酸化物燃料電池と外部負荷との接続関係を示す模式図である。
【図３】システムの充電動作時における固体酸化物燃料電池と外部電源との接続関係を示す模式図である。
【図４】発電時における燃料電池装置の電流−電圧特性を示す図である。
【図５】発電時における燃料電池装置の拡散損失及びヒーターに投入するエネルギーとガス流路の温度勾配特性との関係を示す図である。
【図６】本発明の他の実施形態に係る燃料電池システムの概略構成を示す模式図である。
【図７】本発明の更に他の実施形態に係る燃料電池システムの概略構成を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明の実施形態について図面を参照して以下に説明する。尚、本発明は、後述する実施形態に限られない。
【００２１】
本発明の一実施形態に係る２次電池型燃料電池システムの全体構成を図１に示す。図１に示す本発明の一実施形態に係る２次電池型燃料電池システムは、水との酸化反応により水素を発生し、水素との還元反応により再生可能な水素発生装置１と、酸素を含む酸化剤と水素発生装置１から供給される水素との反応により発電を行う燃料電池装置２と、水素発生装置１を収容する容器３と、燃料電池装置２を収容する容器４と、水素発生装置１と燃料電池装置２との間で水素及び水蒸気を含むガスを循環させるためのガス流路５Ａ及び５Ｂとを備えている。なお、容器３の内部空間は、ガス流路５Ａの水素発生装置側端部とガス流路５Ｂの水素発生装置側端部とを連通するガス流路として機能し、容器４の容器内壁と燃料極８とで囲まれる内部空間は、ガス流路５Ａの燃料電池装置側端部とガス流路５Ｂの燃料電池装置側端部とを連通するガス流路として機能する。
【００２２】
水素発生装置１としては、例えば、基材料（主成分）が鉄である微粒子圧縮体からなる水素発生装置を用いることができる。また、図１では、燃料電池装置２の一例として、Ｏ２−を透過する固体電解質６を挟み、両側にそれぞれ酸化剤極７と燃料極８が形成されているＭＥＡ（Membrane Electrode Assembly；膜・電極接合体）構造をなす固体酸化物燃料電池を図示している。なお、図１では、ＭＥＡを１つだけ設けた構造を図示しているが、ＭＥＡを複数設けたり、さらに複数のＭＥＡを積層構造にしたりしてもよい。
【００２３】
システムの発電時に固体酸化物燃料電池は図２に示すように電力監視部９を介して外部負荷１００に接続される。なお、電力監視部９の詳細は後述する。固体酸化物燃料電池では、システムの発電時に、燃料極８において下記の（１）式の反応が起こる。
Ｈ２＋Ｏ２−→Ｈ２Ｏ＋２ｅ− …（１）
【００２４】
上記の（１）式の反応によって生成された電子は、電力監視部９及び外部負荷１００を通って、酸化剤極７に到達し、酸化剤極７において下記の（２）式の反応が起こる。
１／２Ｏ２＋２ｅ−→Ｏ２− …（２）
【００２５】
そして、上記の（２）式の反応によって生成された酸素イオンは、固体電解質６を通って、燃料極８に到達する。上記の一連の反応を繰り返すことにより、固体酸化物燃料電池が発電動作を行うことになる。また、上記の（１）式から分かるように、発電動作時には、燃料極８側においてＨ２が消費されＨ２Ｏが生成されることになる。
【００２６】
上記の（１）式及び（２）式より、発電動作時における固体酸化物燃料電池での反応は下記の（３）式の通りになる。
Ｈ２＋１／２Ｏ２→Ｈ２Ｏ …（３）
【００２７】
一方、基材料（主成分）が鉄である水素発生装置１は、下記の（４）式に示す酸化反応により、システムの発電時に燃料電池装置２の燃料極８側で生成されたＨ２Ｏを消費してＨ２を生成することができる。
３Ｆｅ＋４Ｈ２Ｏ→Ｆｅ３Ｏ４＋４Ｈ２ …（４）
【００２８】
上記の（４）式に示す鉄の酸化反応が進むと、鉄から酸化鉄への変化が進んで鉄残量が減っていくが、上記の（４）式の逆反応（還元反応）により、水素発生装置１を再生することができ、システムを充電することができる。
【００２９】
システムの充電時に固体酸化物燃料電池は図３に示すように電力監視部９を介して外部電源２００に接続される。固体酸化物燃料電池装置では、システムの充電時に、上記の（３）式の逆反応である下記の（５）式に示す電気分解反応が起こり、燃料極８側においてＨ２Ｏが消費されＨ２が生成され、基材料（主成分）が鉄である水素発生装置１では、上記の（４）式に示す酸化反応の逆反応である下記（６）式に示す還元反応が起こり、燃料電池装置２の燃料極８側で生成されたＨ２が消費されＨ２Ｏが生成される。
Ｈ２Ｏ→Ｈ２＋１／２Ｏ２ …（５）
Ｆｅ３Ｏ４＋４Ｈ２→３Ｆｅ＋４Ｈ２Ｏ …（６）
【００３０】
なお、例えば５００℃の場合、水素発生装置１が収容されている容器３内では水蒸気分圧比１０％、水素分圧比９０％の平衡状態になるので、水蒸気の割合が少なく水素の割合が多い水蒸気と水素との混合ガスが水素発生装置１から燃料電池装置２に供給される。
【００３１】
図１に示す本発明の一実施形態に係る２次電池型燃料電池システムは、さらに、電力監視部９と、温度調整部１０と、第１ヒーターＨ１と、第２ヒーターＨ２と、第３ヒーターＨ３と、第４ヒーターＨ４と、第１温度センサーＴ１と、第２温度センサーＴ２と、第３温度センサーＴ３と、第４温度センサーＴ４とを備えている。
【００３２】
電力監視部９は、システムの発電時には燃料電池装置２から出力される発電電力を監視し、システムの充電時には燃料電池装置２に供給される充電電力を監視し、監視結果を温度調整部１０に送る。
【００３３】
第１ヒーターＨ１はガス流路５Ｂの水素発生装置側端部近傍を加熱し、第１温度センサーＴ１はガス流路５Ｂの水素発生装置側端部近傍の温度Ｔ１を検出する。第２ヒーターＨ２はガス流路５Ａの水素発生装置側端部近傍を加熱し、第２温度センサーＴ２はガス流路５Ａの水素発生装置側端部近傍の温度Ｔ２を検出する。第３ヒーターＨ３はガス流路５Ａの燃料電池装置側端部近傍を加熱し、第３温度センサーＴ３はガス流路５Ａの燃料電池装置側端部近傍の温度Ｔ３を検出する。第４ヒーターＨ４はガス流路５Ｂの燃料電池装置側端部近傍を加熱し、第４温度センサーＴ４はガス流路５Ｂの燃料電池装置側端部近傍の温度Ｔ４を検出する。
【００３４】
温度調整部１０は、第１〜第４温度センサーＴ１〜Ｔ４の検出温度Ｔ１〜Ｔ４を参照しながら、Ｔ１＞Ｔ２＞Ｔ３＞Ｔ４になるように第１〜第４ヒーターＨ１〜Ｈ４を制御する。
【００３５】
Ｔ１＞Ｔ２であるため、ガス流路５Ｂの水素発生装置側端部近傍に存在する水蒸気と水素との混合ガスが、熱拡散によってガス流路５Ａの水素発生装置側端部近傍に移動する。この移動の際、システムの発電時であれば水素発生装置１での酸化反応により混合ガスにおける水素の割合が増加し、システムの充電時であれば水素発生装置１での還元反応により混合ガスにおける水蒸気の割合が増加する。
【００３６】
また、Ｔ２＞Ｔ３であるため、ガス流路５Ａの水素発生装置側端部近傍に存在する水蒸気と水素との混合ガスが、熱拡散によってガス流路５Ａの燃料電池装置側端部近傍に移動する。
【００３７】
また、Ｔ３＞Ｔ４であるため、ガス流路５Ａの燃料電池装置側端部近傍に存在する水蒸気と水素との混合ガスが、熱拡散によってガス流路５Ｂの燃料電池装置側端部近傍に移動する。この移動の際、システムの発電時であれば燃料電池装置２での発電反応により混合ガスにおける水素の割合が減少し、システムの充電時であれば燃料電池装置２での電気分解反応により混合ガスにおける水蒸気の割合が減少する。
【００３８】
上述の通り、ガス流路５Ｂの水素発生装置側端部近傍に存在する水蒸気と水素との混合ガスが熱拡散によってガス流路５Ａの水素発生装置側端部近傍に移動しているため、ガス流路５Ｂの燃料電池装置側端部近傍ではガス濃度が薄くなっている。このため、ガス流路５Ｂの燃料電池装置側端部近傍に存在する水蒸気と水素との混合ガスが、濃度拡散によってガス流路５Ｂの水素発生装置側端部近傍に移動する。
【００３９】
上記のように、水素発生装置１と燃料電池装置２との間で水素及び水蒸気を含むガスを循環させるためのガス流路に温度勾配をつけることで、当該ガス流路を循環する水素及び水蒸気を含むガスの流量を増やすことができる。これにより、発電時には前記発電・電気分解部に供給される水素が多くなり前記発電・電気分解部での拡散損失が小さくなるので発電効率の低下を抑えることができ、充電時には前記発電・電気分解部に供給される水蒸気が多くなり前記発電・電気分解部での拡散損失が小さくなるので充電効率の低下を抑えることができる。
【００４０】
また、温度調整部１０は、電力監視部９の監視結果に基づいて、水素発生装置１と燃料電池装置２との間で水素及び水蒸気を含むガスを循環させるためのガス流路につける各温度勾配の量（Ｔ１−Ｔ２、Ｔ２−Ｔ３、Ｔ３−Ｔ４）を決定し、その決定した温度勾配の量に応じて第１〜第４ヒーターＨ１〜Ｈ４を制御する。
【００４１】
図４は、発電時における燃料電池装置２の電流−電圧特性を示す図である。図４において、特生線ＩＶ１は水素発生装置１と燃料電池装置２との間で水素及び水蒸気を含むガスを循環させるためのガス流路につける各温度勾配の総量がΔＴ１であって燃料電池装置２が所定の温度である場合の燃料電池装置２の電流−電圧特性を、特生線ＩＶ２は水素発生装置１と燃料電池装置２との間で水素及び水蒸気を含むガスを循環させるためのガス流路につける各温度勾配の総量がΔＴ１より大きいΔＴ２であって燃料電池装置２が所定の温度である場合の燃料電池装置２の電流−電圧特性を、特生線ＩＶ０は燃料電池装置２が所定の温度である場合の理論値での燃料電池装置２の電流−電圧特性をそれぞれ示している。また、水素発生装置１と燃料電池装置２との間で水素及び水蒸気を含むガスを循環させるためのガス流路につける各温度勾配の総量がΔＴ１であって燃料電池装置２が所定の温度であって燃料電池装置２の電流の値がＩ０である場合の燃料電池装置２で発生する損失はΔＶ１×Ｉ０となり、水素発生装置１と燃料電池装置２との間で水素及び水蒸気を含むガスを循環させるためのガス流路につける各温度勾配の総量がΔＴ２であって燃料電池装置２が所定の温度であって燃料電池装置２の電流の値がＩ０である場合の燃料電池装置２で発生する損失はΔＶ２×Ｉ０となる。
【００４２】
図４から明らかなように、料電池装置２の電流の値Ｉ０が大きくなるほど、燃料電池装置２で発生する損失が大きくなるが、水素発生装置１と燃料電池装置２との間で水素及び水蒸気を含むガスを循環させるためのガス流路につける各温度勾配の総量を大きくすれば、燃料電池装置２で発生する損失の増加を抑えることができる。なお、システムの充電時も同様である。したがって、温度調整部１０は、電力監視部９によって監視された電力（発電電力又は充電電力）が大きいほど、水素発生装置１と燃料電池装置２との間で水素及び水蒸気を含むガスを循環させるためのガス流路につける各温度勾配の総量が大きくなるように、水素発生装置１と燃料電池装置２との間で水素及び水蒸気を含むガスを循環させるためのガス流路につける各温度勾配の量（Ｔ１−Ｔ２、Ｔ２−Ｔ３、Ｔ３−Ｔ４）を決定する。
【００４３】
ところが、燃料電池装置２の電流が所定値である場合に、燃料電池装置２で発生する損失を抑えるために、水素発生装置１と燃料電池装置２との間で水素及び水蒸気を含むガスを循環させるためのガス流路につける各温度勾配の総量を大きくすると、図５に示すとおり、燃料電池装置２の拡散損失は小さくなるが、温度調整部１０が第１〜第４ヒーターＨ１〜Ｈ４に投入するエネルギーが大きくなってしまう。したがって、温度調整部１０は、燃料電池装置２の拡散損失と第１〜第４ヒーターＨ１〜Ｈ４に投入するエネルギーとの合計が最小になるように、水素発生装置１と燃料電池装置２との間で水素及び水蒸気を含むガスを循環させるためのガス流路につける各温度勾配の量（Ｔ１−Ｔ２、Ｔ２−Ｔ３、Ｔ３−Ｔ４）を決定することが望ましい。
【００４４】
なお、水素発生装置１と燃料電池装置２との間で水素及び水蒸気を含むガスを循環させるためのガス流路には必要に応じて、ブロアやポンプ等の循環器を設けてもよい。また、燃料発生装置１及び燃料電池装置２には必要に応じて、温度を調節するヒーター等を設けてもよい。
【００４５】
上述した実施形態では、ガス流路５Ａ及び５Ｂそれぞれに温度センサーとヒーターとを設けているが、例えば、図６に示すようにガス流路５Ａのみに温度センサーとヒーターとを設けているようにしても構わない。この場合、温度調整部１０は、第２、第３温度センサーＴ２、Ｔ３の検出温度Ｔ２、Ｔ３を参照しながら、Ｔ２＞Ｔ３になるように第２、第３ヒーターＨ２、Ｈ３を制御する。Ｔ２＞Ｔ３であるため、ガス流路５Ａの水素発生装置側端部近傍に存在する水蒸気と水素との混合ガスが、熱拡散によってガス流路５Ａの燃料電池装置側端部近傍に移動する。この熱拡散による混合ガスの移動によって、ガス流路５Ａの水素発生装置側端部近傍ではガス濃度が薄くなっている。これにより、ガス流路５Ａの燃料電池装置側端部近傍に存在する水蒸気と水素との混合ガスが、濃度拡散によって容器４内のガス流路、ガス流路５Ｂ、及び、容器３内のガス流路を経由して、ガス流路５Ａの水素発生装置側端部近傍に移動する。
【００４６】
また、上述した実施形態では、ガス流路５Ａ及び５Ｂを設けているが、例えば、図７に示すようにガス流路５Ａのみを設けるようにしても構わない。この場合、温度調整部１０は、第２、第３温度センサーＴ２、Ｔ３の検出温度Ｔ２、Ｔ３を参照しながら、Ｔ２＞Ｔ３になるように第２、第３ヒーターＨ２、Ｈ３を制御する。Ｔ２＞Ｔ３であるため、ガス流路５Ａの水素発生装置側端部近傍に存在する水蒸気と水素との混合ガスが、熱拡散によってガス流路５Ａの燃料電池装置側端部近傍に移動する。この熱拡散による混合ガスの移動によって、ガス流路５Ａの水素発生装置側端部近傍ではガス濃度が薄くなっている。これにより、ガス流路５Ａの燃料電池装置側端部近傍に存在する水蒸気と水素との混合ガスが、濃度拡散によってガス流路５Ａの水素発生装置側端部近傍に移動する。したがって、図７においてガス流路５Ａ内に示した矢印のような対流が生じる。
【００４７】
また、上述した実施形態では、１つの燃料電池装置２が発電も水の電気分解も行っているが、水素発生装置が、燃料電池（例えば発電専用の固体酸化物燃料電池）と水の電気分解器（例えば水の電気分解専用の固体酸化物燃料電池）それぞれにガス流路上並列に接続される構成にしてもよい。
【００４８】
また、上述した実施形態では、燃料電池装置２の電解質膜として固体酸化物電解質６を用いて、発電の際に燃料極８側で水を発生させるようにしている。この構成によれば、燃料を水素発生装置１から燃料電池装置２に供給するためのガス流路によって水素発生装置１とつながっている電極側（燃料極８側）で水を発生するため、装置の簡素化や小型化に有利である。一方、特開２００９−９９４９１号公報に開示された燃料電池のように、燃料発生装置２の電解質膜として水素イオンを通す固体高分子電解質を用いることも可能である。但し、この場合には、発電の際酸化剤極７側で水が発生されることになるため、この水を水素発生装置１に伝搬する流路を設ければよい。
【００４９】
また、上述した実施形態では、水素発生装置１を用い燃料電池装置２の燃料を水素にしているが、一酸化炭素や炭化水素など水素以外の還元性ガスを燃料電池装置２の燃料として用いても構わない。
【符号の説明】
【００５０】
１ 水素発生装置
２ 燃料電池装置
３、４ 容器
５Ａ、５Ｂ ガス流路
６ 固体電解質
７ 酸化剤極
８ 燃料極
９ 電力監視部
１０ 温度調整部
１００ 外部負荷
２００ 外部電源
Ｈ１ 第１ヒーター
Ｈ２ 第２ヒーター
Ｈ３ 第３ヒーター
Ｈ４ 第４ヒーター
Ｔ１ 第１温度センサー
Ｔ２ 第２温度センサー
Ｔ３ 第３温度センサー
Ｔ４ 第４温度センサー
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発電動作だけでなく充電動作も行える２次電池型燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話、携帯型情報端末、ノート型パーソナルコンピュータ、携帯型オーディオ、携帯型ビジュアル機器等の携帯用電子機器の多機能化、高性能化が進展するに伴い、その駆動用電池の大容量化に対する要求が高まってきている。従来、このような携帯用電子機器の駆動用電池としては、リチウム電池やニッカド電池が用いられているが、その容量は、限界に近づいており飛躍的な増大は望めない。そこで、リチウム電池やニッカド電池に代わりエネルギー密度が高く大容量化が可能な燃料電池の開発が盛んに行われている。
【０００３】
燃料電池は、水素と酸素から水を生成した際に電力を取り出すものであり、原理的に取り出せる電力エネルギーの効率が高いため、省エネルギーになるだけでなく、発電時の排出物が水のみであるため、環境に優れた発電方式であり、地球規模でのエネルギーや環境問題解決の切り札として期待されている。
【０００４】
このような燃料電池は、例えば、固体ポリマーイオン交換膜を用いた固体高分子電解質膜、イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）を用いた固体酸化物電解質膜等を燃料極（アノード）と酸化剤極（カソード）とで両側から挟み込んだものを１つのセル構成としている。そして、このような構成のセルには、燃料極に燃料ガス（例えば水素ガス）を供給する燃料ガス流路と、酸化剤極に酸化剤ガス（例えば酸素や空気）を供給する酸化剤ガス流路とが設けられ、これらの流路を介して燃料ガス、酸化剤ガスがそれぞれ燃料極、酸化剤極に供給されることにより発電が行われる。
【０００５】
ところが、外部から燃料が供給される燃料電池装置では、燃料（例えば水素）を供給するためのインフラ整備が必要である。また、燃料として比較的入手が容易なメタノールを用いる場合においてもその流通には年月を要するといった問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−３２７０６０号公報（要約）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
このような問題に対応するためのシステムとして、水との酸化反応により水素を発生し水素との還元反応により再生可能な水素発生部と、前記水素発生部から供給される水素を燃料にして発電を行う発電機能及び前記水素発生部に供給する水素を生成するための水の電気分解を行う電気分解機能を有する発電・電気分解部との間で、水素及び水蒸気を含むガスを循環させる構成の２次電池型燃料電池システムが考えられる。
【０００８】
このような構成の２次電池型燃料電池システムは、発電時に前記水素発生部が水蒸気を消費して水素を発生させ前記発電・電気分解部が水素を消費して水蒸気を発生させ、充電時に前記水素発生部が水素を消費して水蒸気を発生させ前記発電・電気分解部が水蒸気を消費して水素を発生させる。したがって、前記水素発生部と前記発電・電気分解部との間を循環する水素及び水蒸気を含むガスの流量が少ないと、発電時には前記発電・電気分解部に供給される水素が少なくなり前記発電・電気分解部での拡散損失が大きくなって発電効率が低下し、充電時には前記発電・電気分解部に供給される水蒸気が少なくなり前記発電・電気分解部での拡散損失が大きくなって充電効率が低下する。
【０００９】
なお、特許文献１には、高圧水素ボンベから燃料電池スタックへ供給される燃料ガス（水素ガス）の流量を減圧弁によって制御する燃料電池システム、すなわち高圧水素ボンベの圧力を利用して燃料ガスの流量を確保する燃料電池システムが開示されている。上記構成の２次電池型燃料電池システムは、水素発生部に高圧水素ボンベを用いる形態ではないため、特許文献１に開示されている燃料電池システムのように高圧水素ボンベの圧力を利用して燃料ガスの流量を確保することはできない。
【００１０】
本発明は、上記の状況に鑑み、発電効率及び充電効率の低下を抑えることができる２次電池型燃料電池システム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】
【００１１】
上記目的を達成するために本発明に係る２次電池型燃料電池システムは、化学反応によって燃料を放出することができ、前記燃料が生成される化学反応の逆反応によって再生可能な燃料発生部と、前記燃料発生部から供給される前記燃料を用いて発電を行う発電機能及び前記燃料発生部の再生時に前記燃料発生部から供給される前記逆反応の生成物を電気分解する電気分解機能を有する発電・電気分解部とを備え、前記燃料発生部と前記発電・電気分解部との間で前記燃料を含むガスを循環させるためのガス流路と、前記ガス流路に温度勾配をつける加熱装置とを備える構成（第１の構成）とする。なお、前記発電・電気分解部は、例えば、前記燃料発生部から供給される前記燃料を用いて発電を行う発電動作と、前記燃料発生部の再生時に前記燃料発生部から供給される前記逆反応の生成物を電気分解する電気分解動作とを切り替える燃料電池を備える構成であってもよく、また、例えば、前記燃料発生部から供給される前記燃料を用いて発電を行う燃料電池と、前記燃料発生部の再生時に前記燃料発生部から供給される前記逆反応の生成物を電気分解する電気分解器とを別個に備える構成であってもよい。
【００１２】
このような構成によると、前記ガス流路に温度勾配をつけることで、前記ガス流路を循環する前記燃料を含むガスの流量を増やすことができる。これにより、発電時には前記発電・電気分解部に供給される前記燃料が多くなり前記発電・電気分解部での拡散損失が小さくなるので発電効率の低下を抑えることができ、充電時には前記発電・電気分解部に供給される前記逆反応の生成物が多くなり前記発電・電気分解部での拡散損失が小さくなるので充電効率の低下を抑えることができる。
【００１３】
また、上記第１の構成の２次電池型燃料電池システムにおいて、前記発電・電気分解部から出力される電力及び前記発電・電気分解部に供給される電力を監視する電力監視部と、前記電力監視部の監視結果に基づいて前記温度勾配の量を決定し、決定した前記温度勾配の量に応じて前記加熱装置を制御する温度調整部とを備える構成（第２の構成）にしてもよい。
【００１４】
このような構成によると、前記発電・電気分解部の電流が増加した場合、前記温度勾配の量を増加させることで、前記発電・電気分解部で発生する損失の増加を抑えることができる。
【００１５】
また、上記第２の構成の２次電池型燃料電池システムにおいて、前記温度調整部が、前記発電・電気分解部の拡散損失と前記加熱装置に投入するエネルギーとの合計が最小になるように前記温度勾配の量を決定する構成（第３の構成）にしてもよい。
【００１６】
このような構成によると、前記加熱装置に投入するエネルギーを考慮した発電効率及び充電効率の向上を図ることができる。
【００１７】
また、上記第１〜３のいずれかの構成の２次電池型燃料電池システムにおいて、前記発電・電気分解部を固体酸化物燃料電池にしてもよい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によると、発電効率及び充電効率の低下を抑えることができる２次電池型燃料電池システムを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施形態に係る燃料電池システムの概略構成を示す模式図である。
【図２】システムの発電動作時における固体酸化物燃料電池と外部負荷との接続関係を示す模式図である。
【図３】システムの充電動作時における固体酸化物燃料電池と外部電源との接続関係を示す模式図である。
【図４】発電時における燃料電池装置の電流−電圧特性を示す図である。
【図５】発電時における燃料電池装置の拡散損失及びヒーターに投入するエネルギーとガス流路の温度勾配特性との関係を示す図である。
【図６】本発明の他の実施形態に係る燃料電池システムの概略構成を示す模式図である。
【図７】本発明の更に他の実施形態に係る燃料電池システムの概略構成を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明の実施形態について図面を参照して以下に説明する。尚、本発明は、後述する実施形態に限られない。
【００２１】
本発明の一実施形態に係る２次電池型燃料電池システムの全体構成を図１に示す。図１に示す本発明の一実施形態に係る２次電池型燃料電池システムは、水との酸化反応により水素を発生し、水素との還元反応により再生可能な水素発生装置１と、酸素を含む酸化剤と水素発生装置１から供給される水素との反応により発電を行う燃料電池装置２と、水素発生装置１を収容する容器３と、燃料電池装置２を収容する容器４と、水素発生装置１と燃料電池装置２との間で水素及び水蒸気を含むガスを循環させるためのガス流路５Ａ及び５Ｂとを備えている。なお、容器３の内部空間は、ガス流路５Ａの水素発生装置側端部とガス流路５Ｂの水素発生装置側端部とを連通するガス流路として機能し、容器４の容器内壁と燃料極８とで囲まれる内部空間は、ガス流路５Ａの燃料電池装置側端部とガス流路５Ｂの燃料電池装置側端部とを連通するガス流路として機能する。
【００２２】
水素発生装置１としては、例えば、基材料（主成分）が鉄である微粒子圧縮体からなる水素発生装置を用いることができる。また、図１では、燃料電池装置２の一例として、Ｏ２−を透過する固体電解質６を挟み、両側にそれぞれ酸化剤極７と燃料極８が形成されているＭＥＡ（Membrane Electrode Assembly；膜・電極接合体）構造をなす固体酸化物燃料電池を図示している。なお、図１では、ＭＥＡを１つだけ設けた構造を図示しているが、ＭＥＡを複数設けたり、さらに複数のＭＥＡを積層構造にしたりしてもよい。
【００２３】
システムの発電時に固体酸化物燃料電池は図２に示すように電力監視部９を介して外部負荷１００に接続される。なお、電力監視部９の詳細は後述する。固体酸化物燃料電池では、システムの発電時に、燃料極８において下記の（１）式の反応が起こる。
Ｈ２＋Ｏ２−→Ｈ２Ｏ＋２ｅ− …（１）
【００２４】
上記の（１）式の反応によって生成された電子は、電力監視部９及び外部負荷１００を通って、酸化剤極７に到達し、酸化剤極７において下記の（２）式の反応が起こる。
１／２Ｏ２＋２ｅ−→Ｏ２− …（２）
【００２５】
そして、上記の（２）式の反応によって生成された酸素イオンは、固体電解質６を通って、燃料極８に到達する。上記の一連の反応を繰り返すことにより、固体酸化物燃料電池が発電動作を行うことになる。また、上記の（１）式から分かるように、発電動作時には、燃料極８側においてＨ２が消費されＨ２Ｏが生成されることになる。
【００２６】
上記の（１）式及び（２）式より、発電動作時における固体酸化物燃料電池での反応は下記の（３）式の通りになる。
Ｈ２＋１／２Ｏ２→Ｈ２Ｏ …（３）
【００２７】
一方、基材料（主成分）が鉄である水素発生装置１は、下記の（４）式に示す酸化反応により、システムの発電時に燃料電池装置２の燃料極８側で生成されたＨ２Ｏを消費してＨ２を生成することができる。
３Ｆｅ＋４Ｈ２Ｏ→Ｆｅ３Ｏ４＋４Ｈ２ …（４）
【００２８】
上記の（４）式に示す鉄の酸化反応が進むと、鉄から酸化鉄への変化が進んで鉄残量が減っていくが、上記の（４）式の逆反応（還元反応）により、水素発生装置１を再生することができ、システムを充電することができる。
【００２９】
システムの充電時に固体酸化物燃料電池は図３に示すように電力監視部９を介して外部電源２００に接続される。固体酸化物燃料電池装置では、システムの充電時に、上記の（３）式の逆反応である下記の（５）式に示す電気分解反応が起こり、燃料極８側においてＨ２Ｏが消費されＨ２が生成され、基材料（主成分）が鉄である水素発生装置１では、上記の（４）式に示す酸化反応の逆反応である下記（６）式に示す還元反応が起こり、燃料電池装置２の燃料極８側で生成されたＨ２が消費されＨ２Ｏが生成される。
Ｈ２Ｏ→Ｈ２＋１／２Ｏ２ …（５）
Ｆｅ３Ｏ４＋４Ｈ２→３Ｆｅ＋４Ｈ２Ｏ …（６）
【００３０】
なお、例えば５００℃の場合、水素発生装置１が収容されている容器３内では水蒸気分圧比１０％、水素分圧比９０％の平衡状態になるので、水蒸気の割合が少なく水素の割合が多い水蒸気と水素との混合ガスが水素発生装置１から燃料電池装置２に供給される。
【００３１】
図１に示す本発明の一実施形態に係る２次電池型燃料電池システムは、さらに、電力監視部９と、温度調整部１０と、第１ヒーターＨ１と、第２ヒーターＨ２と、第３ヒーターＨ３と、第４ヒーターＨ４と、第１温度センサーＴ１と、第２温度センサーＴ２と、第３温度センサーＴ３と、第４温度センサーＴ４とを備えている。
【００３２】
電力監視部９は、システムの発電時には燃料電池装置２から出力される発電電力を監視し、システムの充電時には燃料電池装置２に供給される充電電力を監視し、監視結果を温度調整部１０に送る。
【００３３】
第１ヒーターＨ１はガス流路５Ｂの水素発生装置側端部近傍を加熱し、第１温度センサーＴ１はガス流路５Ｂの水素発生装置側端部近傍の温度Ｔ１を検出する。第２ヒーターＨ２はガス流路５Ａの水素発生装置側端部近傍を加熱し、第２温度センサーＴ２はガス流路５Ａの水素発生装置側端部近傍の温度Ｔ２を検出する。第３ヒーターＨ３はガス流路５Ａの燃料電池装置側端部近傍を加熱し、第３温度センサーＴ３はガス流路５Ａの燃料電池装置側端部近傍の温度Ｔ３を検出する。第４ヒーターＨ４はガス流路５Ｂの燃料電池装置側端部近傍を加熱し、第４温度センサーＴ４はガス流路５Ｂの燃料電池装置側端部近傍の温度Ｔ４を検出する。
【００３４】
温度調整部１０は、第１〜第４温度センサーＴ１〜Ｔ４の検出温度Ｔ１〜Ｔ４を参照しながら、Ｔ１＞Ｔ２＞Ｔ３＞Ｔ４になるように第１〜第４ヒーターＨ１〜Ｈ４を制御する。
【００３５】
Ｔ１＞Ｔ２であるため、ガス流路５Ｂの水素発生装置側端部近傍に存在する水蒸気と水素との混合ガスが、熱拡散によってガス流路５Ａの水素発生装置側端部近傍に移動する。この移動の際、システムの発電時であれば水素発生装置１での酸化反応により混合ガスにおける水素の割合が増加し、システムの充電時であれば水素発生装置１での還元反応により混合ガスにおける水蒸気の割合が増加する。
【００３６】
また、Ｔ２＞Ｔ３であるため、ガス流路５Ａの水素発生装置側端部近傍に存在する水蒸気と水素との混合ガスが、熱拡散によってガス流路５Ａの燃料電池装置側端部近傍に移動する。
【００３７】
また、Ｔ３＞Ｔ４であるため、ガス流路５Ａの燃料電池装置側端部近傍に存在する水蒸気と水素との混合ガスが、熱拡散によってガス流路５Ｂの燃料電池装置側端部近傍に移動する。この移動の際、システムの発電時であれば燃料電池装置２での発電反応により混合ガスにおける水素の割合が減少し、システムの充電時であれば燃料電池装置２での電気分解反応により混合ガスにおける水蒸気の割合が減少する。
【００３８】
上述の通り、ガス流路５Ｂの水素発生装置側端部近傍に存在する水蒸気と水素との混合ガスが熱拡散によってガス流路５Ａの水素発生装置側端部近傍に移動しているため、ガス流路５Ｂの燃料電池装置側端部近傍ではガス濃度が薄くなっている。このため、ガス流路５Ｂの燃料電池装置側端部近傍に存在する水蒸気と水素との混合ガスが、濃度拡散によってガス流路５Ｂの水素発生装置側端部近傍に移動する。
【００３９】
上記のように、水素発生装置１と燃料電池装置２との間で水素及び水蒸気を含むガスを循環させるためのガス流路に温度勾配をつけることで、当該ガス流路を循環する水素及び水蒸気を含むガスの流量を増やすことができる。これにより、発電時には前記発電・電気分解部に供給される水素が多くなり前記発電・電気分解部での拡散損失が小さくなるので発電効率の低下を抑えることができ、充電時には前記発電・電気分解部に供給される水蒸気が多くなり前記発電・電気分解部での拡散損失が小さくなるので充電効率の低下を抑えることができる。
【００４０】
また、温度調整部１０は、電力監視部９の監視結果に基づいて、水素発生装置１と燃料電池装置２との間で水素及び水蒸気を含むガスを循環させるためのガス流路につける各温度勾配の量（Ｔ１−Ｔ２、Ｔ２−Ｔ３、Ｔ３−Ｔ４）を決定し、その決定した温度勾配の量に応じて第１〜第４ヒーターＨ１〜Ｈ４を制御する。
【００４１】
図４は、発電時における燃料電池装置２の電流−電圧特性を示す図である。図４において、特生線ＩＶ１は水素発生装置１と燃料電池装置２との間で水素及び水蒸気を含むガスを循環させるためのガス流路につける各温度勾配の総量がΔＴ１であって燃料電池装置２が所定の温度である場合の燃料電池装置２の電流−電圧特性を、特生線ＩＶ２は水素発生装置１と燃料電池装置２との間で水素及び水蒸気を含むガスを循環させるためのガス流路につける各温度勾配の総量がΔＴ１より大きいΔＴ２であって燃料電池装置２が所定の温度である場合の燃料電池装置２の電流−電圧特性を、特生線ＩＶ０は燃料電池装置２が所定の温度である場合の理論値での燃料電池装置２の電流−電圧特性をそれぞれ示している。また、水素発生装置１と燃料電池装置２との間で水素及び水蒸気を含むガスを循環させるためのガス流路につける各温度勾配の総量がΔＴ１であって燃料電池装置２が所定の温度であって燃料電池装置２の電流の値がＩ０である場合の燃料電池装置２で発生する損失はΔＶ１×Ｉ０となり、水素発生装置１と燃料電池装置２との間で水素及び水蒸気を含むガスを循環させるためのガス流路につける各温度勾配の総量がΔＴ２であって燃料電池装置２が所定の温度であって燃料電池装置２の電流の値がＩ０である場合の燃料電池装置２で発生する損失はΔＶ２×Ｉ０となる。
【００４２】
図４から明らかなように、料電池装置２の電流の値Ｉ０が大きくなるほど、燃料電池装置２で発生する損失が大きくなるが、水素発生装置１と燃料電池装置２との間で水素及び水蒸気を含むガスを循環させるためのガス流路につける各温度勾配の総量を大きくすれば、燃料電池装置２で発生する損失の増加を抑えることができる。なお、システムの充電時も同様である。したがって、温度調整部１０は、電力監視部９によって監視された電力（発電電力又は充電電力）が大きいほど、水素発生装置１と燃料電池装置２との間で水素及び水蒸気を含むガスを循環させるためのガス流路につける各温度勾配の総量が大きくなるように、水素発生装置１と燃料電池装置２との間で水素及び水蒸気を含むガスを循環させるためのガス流路につける各温度勾配の量（Ｔ１−Ｔ２、Ｔ２−Ｔ３、Ｔ３−Ｔ４）を決定する。
【００４３】
ところが、燃料電池装置２の電流が所定値である場合に、燃料電池装置２で発生する損失を抑えるために、水素発生装置１と燃料電池装置２との間で水素及び水蒸気を含むガスを循環させるためのガス流路につける各温度勾配の総量を大きくすると、図５に示すとおり、燃料電池装置２の拡散損失は小さくなるが、温度調整部１０が第１〜第４ヒーターＨ１〜Ｈ４に投入するエネルギーが大きくなってしまう。したがって、温度調整部１０は、燃料電池装置２の拡散損失と第１〜第４ヒーターＨ１〜Ｈ４に投入するエネルギーとの合計が最小になるように、水素発生装置１と燃料電池装置２との間で水素及び水蒸気を含むガスを循環させるためのガス流路につける各温度勾配の量（Ｔ１−Ｔ２、Ｔ２−Ｔ３、Ｔ３−Ｔ４）を決定することが望ましい。
【００４４】
なお、水素発生装置１と燃料電池装置２との間で水素及び水蒸気を含むガスを循環させるためのガス流路には必要に応じて、ブロアやポンプ等の循環器を設けてもよい。また、燃料発生装置１及び燃料電池装置２には必要に応じて、温度を調節するヒーター等を設けてもよい。
【００４５】
上述した実施形態では、ガス流路５Ａ及び５Ｂそれぞれに温度センサーとヒーターとを設けているが、例えば、図６に示すようにガス流路５Ａのみに温度センサーとヒーターとを設けているようにしても構わない。この場合、温度調整部１０は、第２、第３温度センサーＴ２、Ｔ３の検出温度Ｔ２、Ｔ３を参照しながら、Ｔ２＞Ｔ３になるように第２、第３ヒーターＨ２、Ｈ３を制御する。Ｔ２＞Ｔ３であるため、ガス流路５Ａの水素発生装置側端部近傍に存在する水蒸気と水素との混合ガスが、熱拡散によってガス流路５Ａの燃料電池装置側端部近傍に移動する。この熱拡散による混合ガスの移動によって、ガス流路５Ａの水素発生装置側端部近傍ではガス濃度が薄くなっている。これにより、ガス流路５Ａの燃料電池装置側端部近傍に存在する水蒸気と水素との混合ガスが、濃度拡散によって容器４内のガス流路、ガス流路５Ｂ、及び、容器３内のガス流路を経由して、ガス流路５Ａの水素発生装置側端部近傍に移動する。
【００４６】
また、上述した実施形態では、ガス流路５Ａ及び５Ｂを設けているが、例えば、図７に示すようにガス流路５Ａのみを設けるようにしても構わない。この場合、温度調整部１０は、第２、第３温度センサーＴ２、Ｔ３の検出温度Ｔ２、Ｔ３を参照しながら、Ｔ２＞Ｔ３になるように第２、第３ヒーターＨ２、Ｈ３を制御する。Ｔ２＞Ｔ３であるため、ガス流路５Ａの水素発生装置側端部近傍に存在する水蒸気と水素との混合ガスが、熱拡散によってガス流路５Ａの燃料電池装置側端部近傍に移動する。この熱拡散による混合ガスの移動によって、ガス流路５Ａの水素発生装置側端部近傍ではガス濃度が薄くなっている。これにより、ガス流路５Ａの燃料電池装置側端部近傍に存在する水蒸気と水素との混合ガスが、濃度拡散によってガス流路５Ａの水素発生装置側端部近傍に移動する。したがって、図７においてガス流路５Ａ内に示した矢印のような対流が生じる。
【００４７】
また、上述した実施形態では、１つの燃料電池装置２が発電も水の電気分解も行っているが、水素発生装置が、燃料電池（例えば発電専用の固体酸化物燃料電池）と水の電気分解器（例えば水の電気分解専用の固体酸化物燃料電池）それぞれにガス流路上並列に接続される構成にしてもよい。
【００４８】
また、上述した実施形態では、燃料電池装置２の電解質膜として固体酸化物電解質６を用いて、発電の際に燃料極８側で水を発生させるようにしている。この構成によれば、燃料を水素発生装置１から燃料電池装置２に供給するためのガス流路によって水素発生装置１とつながっている電極側（燃料極８側）で水を発生するため、装置の簡素化や小型化に有利である。一方、特開２００９−９９４９１号公報に開示された燃料電池のように、燃料発生装置２の電解質膜として水素イオンを通す固体高分子電解質を用いることも可能である。但し、この場合には、発電の際酸化剤極７側で水が発生されることになるため、この水を水素発生装置１に伝搬する流路を設ければよい。
【００４９】
また、上述した実施形態では、水素発生装置１を用い燃料電池装置２の燃料を水素にしているが、一酸化炭素や炭化水素など水素以外の還元性ガスを燃料電池装置２の燃料として用いても構わない。
【符号の説明】
【００５０】
１ 水素発生装置
２ 燃料電池装置
３、４ 容器
５Ａ、５Ｂ ガス流路
６ 固体電解質
７ 酸化剤極
８ 燃料極
９ 電力監視部
１０ 温度調整部
１００ 外部負荷
２００ 外部電源
Ｈ１ 第１ヒーター
Ｈ２ 第２ヒーター
Ｈ３ 第３ヒーター
Ｈ４ 第４ヒーター
Ｔ１ 第１温度センサー
Ｔ２ 第２温度センサー
Ｔ３ 第３温度センサー
Ｔ４ 第４温度センサー
【特許請求の範囲】
【請求項１】
化学反応によって燃料を放出することができ、前記燃料が生成される化学反応の逆反応によって再生可能な燃料発生部と、
前記燃料発生部から供給される前記燃料を用いて発電を行う発電機能及び前記燃料発生部の再生時に前記燃料発生部から供給される前記逆反応の生成物を電気分解する電気分解機能を有する発電・電気分解部とを備え、
前記燃料発生部と前記発電・電気分解部との間で前記燃料を含むガスを循環させるためのガス流路と、
前記ガス流路に温度勾配をつける加熱装置とを備えることを特徴とする２次電池型燃料電池システム。
【請求項２】
前記発電・電気分解部から出力される電力及び前記発電・電気分解部に供給される電力を監視する電力監視部と、
前記電力監視部の監視結果に基づいて前記温度勾配の量を決定し、決定した前記温度勾配の量に応じて前記加熱装置を制御する温度調整部とを備えることを特徴とする請求項１に記載の２次電池型燃料電池システム。
【請求項３】
前記温度調整部が、前記発電・電気分解部の拡散損失と前記加熱装置に投入するエネルギーとの合計が最小になるように前記温度勾配の量を決定することを特徴とする請求項２に記載の２次電池型燃料電池システム。
【請求項４】
前記発電・電気分解部が固体酸化物燃料電池であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の２次電池型燃料電池システム。
【請求項１】
化学反応によって燃料を放出することができ、前記燃料が生成される化学反応の逆反応によって再生可能な燃料発生部と、
前記燃料発生部から供給される前記燃料を用いて発電を行う発電機能及び前記燃料発生部の再生時に前記燃料発生部から供給される前記逆反応の生成物を電気分解する電気分解機能を有する発電・電気分解部とを備え、
前記燃料発生部と前記発電・電気分解部との間で前記燃料を含むガスを循環させるためのガス流路と、
前記ガス流路に温度勾配をつける加熱装置とを備えることを特徴とする２次電池型燃料電池システム。
【請求項２】
前記発電・電気分解部から出力される電力及び前記発電・電気分解部に供給される電力を監視する電力監視部と、
前記電力監視部の監視結果に基づいて前記温度勾配の量を決定し、決定した前記温度勾配の量に応じて前記加熱装置を制御する温度調整部とを備えることを特徴とする請求項１に記載の２次電池型燃料電池システム。
【請求項３】
前記温度調整部が、前記発電・電気分解部の拡散損失と前記加熱装置に投入するエネルギーとの合計が最小になるように前記温度勾配の量を決定することを特徴とする請求項２に記載の２次電池型燃料電池システム。
【請求項４】
前記発電・電気分解部が固体酸化物燃料電池であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の２次電池型燃料電池システム。
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図１】
【図６】
【図７】
【図３】
【図４】
【図５】
【図１】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−２５２８７７（Ｐ２０１２−２５２８７７Ａ）
【公開日】平成２４年１２月２０日（２０１２．１２．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１２４５０１（Ｐ２０１１−１２４５０１）
【出願日】平成２３年６月２日（２０１１．６．２）
【出願人】（０００００１２７０）コニカミノルタホールディングス株式会社 (4,463)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月２０日（２０１２．１２．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月２日（２０１１．６．２）
【出願人】（０００００１２７０）コニカミノルタホールディングス株式会社 (4,463)
【Ｆターム（参考）】
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