(57)【要約】【課題】生成水の分布の偏りを極力排除し、始動性を高めることが可能な燃料電池システムを提供する。【解決手段】燃料電池２０に燃料ガス及び酸化ガスを供給し、これら燃料ガスと酸化ガスとを電気化学反応させて発電する燃料電池システム１であって、燃料電池２０を構成するスタック３５に水素吸蔵合金を包含する発熱部材３６を設け、発電の停止後に、発熱部材３６へ燃料ガスである水素を供給して水素吸蔵に伴う発熱反応を生じさせる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池に燃料ガス及び酸化ガスを供給し、これら燃料ガスと酸化ガスとを電気化学反応させて発電する燃料電池システムであって、
前記燃料電池を構成するスタックに水素吸蔵合金を包含する発熱部材を設け、発電の停止後に、前記発熱部材へ燃料ガスである水素を供給して水素吸蔵に伴う発熱反応を生じさせる燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池を備えた燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、反応ガス（燃料ガス及び酸化ガス）の電気化学反応によって発電する燃料電池をエネルギ源とする燃料電池システムが注目されている。燃料電池システムは、燃料電池のアノードに燃料タンクから高圧の燃料ガスを供給するとともに、カソードに酸化ガスとしての空気を供給し、これら燃料ガスと酸化ガスとを電気化学反応させ、起電力を発生させるものである。
この種の燃料電池システムとしては、燃料電池の暖気装置において、スタックの締付ボルトを水素吸蔵合金として発熱させ、スタックを迅速に加熱させるものがある（例えば、特許文献１参照）。また、水素吸蔵合金への水素吸蔵過程による発熱によって、燃料電池を昇温させる技術も知られている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−１８３０４３号公報
【特許文献２】特開２００３−６８３３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、燃料電池は運転時に多くの水を生成しており、運転終了後には、この生成水がスタック内に滞留し、生成水の分布に偏りが存在すると、燃料ガス流路の閉塞が生じるおそれがある。
このような生成水の分布の偏りは、上記のように単に燃料電池を昇温させただけでは解消せず、したがって、始動時に生成水を気体によってパージすることで、極力排除する対策が実施されている。
しかし、このように始動時にパージを行うと、始動時間が長くなって始動性が悪くなり、また、電解質膜の担持カーボンの酸化現象に伴う触媒の劣化が生じる。
このため、この生成水の分布の偏りに対する適切な対策が望まれていた。
【０００５】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、生成水の分布の偏りを極力排除し、始動性を高めることが可能な燃料電池システムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明の燃料電池システムは、燃料電池に燃料ガス及び酸化ガスを供給し、これら燃料ガスと酸化ガスとを電気化学反応させて発電させる燃料電池システムであって、前記燃料電池を構成するスタックに水素吸蔵合金を包含する発熱部材を設け、発電の停止後に、前記発熱部材へ燃料ガスである水素を供給して水素吸蔵に伴う発熱反応を生じさせる。
【０００７】
この構成の燃料電池システムによれば、発電の停止後に、スタックへ水素を供給し、発熱部材にて水素吸蔵に伴う発熱反応を生じさせることで、スタック内の生成水の分布を変化させて生成水分布を略一様にすることができる。その結果、スタックにおける生成水による水詰まり現象を抑制することができる。これにより、始動時に、燃料ガスの流路をパージして閉塞を解除させる必要がなくなり、始動性を向上させることができる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、生成水の分布の偏りを極力排除し、始動性を高めることが可能な燃料電池システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本実施形態に係る燃料電池システムを示す概略構成図である。
【図２】燃料電池の変形例を示す燃料電池の概略側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
次に、本発明に係る燃料電池システムの一実施の形態を説明する。以下、この燃料電池システムを燃料電池車両の車載発電システムに適用した場合について説明するが、本発明はこのような適用例に限らず、船舶，航空機，電車、歩行ロボット等のあらゆる移動体への適用や、例えば燃料電池が建物（住宅、ビル等）用の発電設備として用いられる定置用発電システムへの適用も可能である。
【００１１】
図１に示される燃料電池システム１において、酸化ガスとしての空気は、空気供給路１１を介して燃料電池２０の空気供給口に供給される。空気供給路１１には、空気から微粒子を除去するエアフィルタ１２、空気を加圧するコンプレッサ１３及びバルブ１４などが設けられている。
【００１２】
燃料電池２０から排出される空気オフガスは、排気路１５を経て外部に放出される。排気路１５には、圧力調整弁１６などが設けられている。
燃料ガスとしての水素ガスは、水素供給源から水素供給路２１を介して燃料電池２０の水素供給口に供給される。
水素供給路２１には、遮断弁２２、コンプレッサ２３及び水素調圧弁２４などが設けられている。
【００１３】
燃料電池２０で消費されなかった水素ガスは、水素オフガスとして水素循環路２５に排出され、水素供給路２１に戻されて再利用される。水素循環路２５には、排出制御弁２６及び消音器２８を有するパージ流路２７が接続されており、このパージ流路２７には、排気路１５が接続されている。そして、パージ流路２７の排出制御弁２６が所定のタイミングにて開閉することにより、水素オフガスが燃料電池２０から排出された空気オフガスとともに外部へ排出（パージ）され、水素ガス中の不純物濃度が増加することによるセル電圧の低下を防止することができる。
【００１４】
上記燃料電池システム１に設けられた燃料電池２０は、積層された複数のセル３１と、これら積層されたセル３１の両側に配置されたマニホールド３３，３４とからなるスタック３５を備えている。
【００１５】
さらに、この燃料電池２０には、一方のマニホールド３３と積層されたセル３１との間に、発熱部材３６が設けられている。
【００１６】
ここで、燃料電池２０のスタック３５は、一端側が総マイナス（−）側とされ、他端側が総プラス（＋）側とされており、発熱部材３６は、スタック３５における総マイナス側に設けるのが好ましい。
【００１７】
この発熱部材３６は、例えば、０．１〜３５ＭＰａ程度の圧力下にて水素を吸蔵及び解離する水素吸蔵合金を内包するもので、水素吸蔵合金としては、導電性を有する素材（Ａｕ，Ｆｅ，Ｎｉ）を用いることが好ましく、特に、抵抗値を極力下げるために、Ｔｉ−Ｎｉ合金を用いることがより好ましい。なお、水素吸蔵合金は、水素の吸蔵及び解離に応じて発熱及び吸熱を行う。
【００１８】
また、水素供給路２１には、複数の開閉弁４１を備えた水素分岐供給路４２が接続されており、これら水素分岐供給路４２は、セル３１と発熱部材３６とを有するスタック３５に接続されている。そして、開閉弁４１を開くことにより、水素分岐供給路４２を介してスタック３５に水素ガスが供給されるようになっている。
【００１９】
上記燃料電池システム１では、燃料電池２０が、水素供給路２１を介して供給される水素ガスと、空気供給路１１を介して供給される空気とを電気化学反応させ、起電力を発生させる。
【００２０】
ここで、上記燃料電池システム１では、燃料電池２０による発電の運転停止後に、開閉弁４１を開き、水素分岐供給路４２を介してスタック３５へ高圧の水素ガスを供給する。このようにすると、水素吸蔵合金を内包する発熱部材３６が発熱反応を生じる。
【００２１】
ここで、上記の燃料電池システム１における燃料電池２０は、運転時に生成水が発生し、運転終了後には、この生成水がスタック３５内に滞留する。そして、生成水の分布に偏りが存在すると、スタック３５内の燃料ガスの流路の閉塞が生じるおそれがある。
【００２２】
しかし、本実施形態の燃料電池システム１では、発電の運転停止後に、発電時の残圧でなく、別回路である水素分岐供給路４２を介してスタック３５へ高圧の水素ガスを供給することで、水素吸蔵合金を内包する発熱部材３６にて良好に発熱反応を生じさせ、これにより、スタック３５内の生成水の分布を変化させ、総マイナス側と総プラス側との生成水分布を略一様にすることができる。その結果、スタック３５のアノード側端部における生成水による水詰まり現象を抑制することができる。これにより、始動時に、燃料ガスの流路をパージして閉塞を解除させる必要がなくなり、燃料電池システム１の始動性を向上させることができる。
【００２３】
なお、発熱部材３６は、スタック３５における温度偏位を抑制できれば良く、その配設位置及び配設数量は、マニホールド３３と積層されたセル３１との間に限定されない。例えば、図２に示すように、発熱部材３６を、マニホールド３３とセル３１との間だけでなく、各セル３１同士の間に設けても良い。
【符号の説明】
【００２４】
１…燃料電池システム、２０…燃料電池、３５…スタック、３６…発熱部材。
【図１】
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【図２】
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