(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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・電気分解部とを備え、
前記水素発生部と前記発電・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２次電池型燃料電池システムであって、
前記２次電池型燃料電池システムの充電時に、前記発電・電気分解部の電気分解を行う部分の温度を制御する温度制御部を備え、
前記温度制御部が、
前記２次電池型燃料電池システムの発電時に、前記発電・電気分解部の発電を行う部分の温度を制御し、
前記２次電池型燃料電池システムの発電時における温度制御の設定温度を、前記２次電池型燃料電池システムの充電時における温度制御の設定温度よりも低くしてい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】
前記温度制御部が、
前記２次電池型燃料電池システムの充電時における温度制御の設定温度を、前記発電・電気分解部の電気分解効率が最良になるような値にしてい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】
前記温度制御部が、
前記２次電池型燃料電池システムの充電時における温度制御の設定温度を、前記発電・電気分解部の電気分解効率が最良になるような値にし、
前記２次電池型燃料電池システムの発電時における温度制御の設定温度を、前記発電・電気分解部の発電効率が最良になるような値にしてい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４】
前記２次電池型燃料電池システムは、前記発電・電気分解部を加熱する加熱手段を更に備え、
前記温度制御部は、前記２次電池型燃料電池システムの充電時に、前記発電・電気分解部に供給される水素および水蒸気を含むガスにおける水蒸気分圧比において前記発電・電気分解部で生じるエネルギー損失量と、前記加熱手段による加熱によって抑制される前記エネルギー損失量の抑制量と、前記加熱手段に投入されるエネルギー量とに基づいて、前記２次電池型燃料電池システムの充電時の温度制御の設定温度を決定し、
前記温度制御部は、前記２次電池型燃料電池システムの発電時に、前記発電・電気分解部に供給される水素および水蒸気を含むガスにおける水蒸気分圧比において前記発電・電気分解部で生じるエネルギー損失量と、前記加熱手段による加熱によって抑制される前記エネルギー損失量の抑制量と、前記加熱手段に投入されるエネルギー量とに基づいて、前記２次電池型燃料電池システムの発電時の温度制御の設定温度を決定することを特徴とする請求項３に記載の２次電池型燃料電池システム。
【請求項５】
前記温度制御部は、前記２次電池型燃料電池システムの充電時に、前記水素発生部の温度を制御し、
前記温度制御部による前記水素発生部の温度制御の設定温度は複数設定可能であり、
前記温度制御部は、前記水素発生部の設定温度に応じて、前記発電・電気分解部を制御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６】
前記温度制御部は、前記２次電池型燃料電池システムの発電時に、前記水素発生部の温度を制御し、
前記温度制御部による前記水素発生部の温度制御の設定温度は複数設定可能であり、
前記温度制御部は、前記水素発生部の設定温度に応じて、前記発電・電気分解部を制御することを特徴とする請求項３に記載の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、典型的には、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み、その外側を一対のセパレータで挟持して形成されたものを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。
【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２００７−５１３２８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、発電時に前記発電・電気分解部に供給される水素が少ないと、発電効率が低下し、充電時に前記発電・電気分解部に供給される水蒸気が少ないと、充電効率が低下する。
【０００９】
前記水素発生部から前記発電・電気分解部に供給されるガスは水素ガスと水蒸気ガスとの混合ガスであるが、当該混合ガスにおいては水蒸気ガスの占める割合が小さい。このため、上記構成の２次電池型燃料電池システムでは、充電時に前記発電・電気分解部に供給される水蒸気が少ない状態になり充電効率が低下する傾向にある。
【００１０】
なお、特許文献１には、固体酸化物型燃料電池と高温水蒸気電解装置（固体酸化物型燃料電池と同様の構造）とを備える水素製造装置が開示されているが、高温水蒸気電解装置のカソード室に供給される水蒸気が少ない状態になった場合の対策は考慮されていない。
【００１１】
本発明は、上記の状況に鑑み、充電時に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】
【００１２】
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、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・電気分解部とを備え、前記水素発生部と前記発電・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２次電池型燃料電池システムであって、前記２次電池型燃料電池システムの充電時に、前記発電・電気分解部の電気分解を行う部分の温度を制御する温度制御部を備える構成とする。
【００１３】
このような構成によると、システムの充電時に発電・電気分解部の電気分解を行う部分の温度を上げることで、システムの充電時に電気分解反応で消費される水蒸気ガスを発電・電気分解部の電気分解を行う部分にスムーズに供給することが可能となるので、発電・電気分解部の電気分解効率ひいてはシステムの充電効率が低下することを抑えることが可能となる。
【００１４】
また、システムの充電時には発電・電気分解部で消費される水蒸気ガスが少ない状態になり、システムの発電時には発電・電気分解部で消費される水素ガスが潤沢な状態になることを考慮すると、前記温度制御部が、前記２次電池型燃料電池システムの発電時に、前記発電・電気分解部の発電を行う部分の温度を制御し、前記２次電池型燃料電池システムの発電時における温度制御の設定温度を、前記２次電池型燃料電池システムの充電時における温度制御の設定温度よりも低くすることが望ましい。
【００１５】
また、前記温度制御部が、前記２次電池型燃料電池システムの充電時における温度制御の設定温度を、前記発電・電気分解部の電気分解効率が最良になるような値にすることが望ましい。
【００１６】
また、前記温度制御部が、前記２次電池型燃料電池システムの発電時における温度制御の設定温度を、前記発電・電気分解部の発電効率が最良になるような値にすることが望ましい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によると、充電時に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】
【００１８】
【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】固体酸化物型燃料電池（ＳＯＦＣ）の概略構成を示す模式図である。
【図３】水素発生器内の水蒸気分圧比について説明する図である。
【図４】図１を簡略化して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充電動作及び発電動作を説明する図である。
【図５】充電時における固体酸化物型燃料電池の電流−電圧特性を示す図である。
【図６】充電時における固体酸化物型燃料電池の拡散損失及び電気分解効率を示す図である。
【図７】発電時における固体酸化物型燃料電池の電流−電圧特性を示す図である。
【図８】発電時における固体酸化物型燃料電池の拡散損失及び発電効率を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
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。
【００２０】
＜２次電池型燃料電池システムの構成＞
図１は、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示す図である。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、鉄の微粒子圧縮体が収容された水素発生器１を備えている。さらに、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、水素発生器１を加熱するヒーター２と、水素発生器１の温度を検出する温度センサ３と、水素発生器１の鉄残量を検出する残量センサ４とを備えている。残量センサ４は、例えば、鉄と酸化鉄の重量差を利用して、水素発生器１の重量変化から水素発生器１の鉄残量を検出するものを用いることができる。
【００２１】
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、水素を燃料として発電し水を発生する燃料電池の一つである固体酸化物型燃料電池（ＳＯＦＣ）５と、ＳＯＦＣ５を加熱するヒーター６と、ＳＯＦＣ５の温度を検出する温度センサ７も備えている。水素発生器１は、ガスを循環できるガス循環経路によってＳＯＦＣ５に接続されている。
【００２２】
上記循環経路には循環器８が設けられている。循環器８は、ブロア又はポンプであって、上記循環経路内のガスを強制循環させる。
【００２３】
コントローラ９は、システム全体の制御を行うものであり、温度センサ３から出力される温度情報及び残量センサ４から出力される残量情報を元に、ヒーター２、循環器８を個別に制御し、水素発生器１の反応条件を設定し、ＳＯＦＣ５に水素を供給してＳＯＦＣ５に発電動作を行わせ、負荷であるモータ１０を駆動させる。
【００２４】
また、コントローラ９は、モータ１０の回生電力が発生した場合や外部電源入力端子１１に外部電源（不図示）からの電力が供給された場合に、ＳＯＦＣ５を電気分解器として作動させ、水素発生器１の再生を行ってシステムの充電を行う。
【００２５】
さらに、コントローラ９は、温度センサ７から出力される温度情報を元に、ヒーター６の制御も行っている。
【００２６】
コントローラ９に接続されているリチウムイオン２次電池１２は、起動時にヒーター２やヒーター６等を動作させるための電力を供給するものであって、ＳＯＦＣ５の発電又は外部電源入力端子１１に外部電源（不図示）からの電力により再充電可能である。
【００２７】
＜ＳＯＦＣの構成及び動作＞
ＳＯＦＣ５は、図２に示す通り、Ｏ２−を透過する固体電解質１３を挟み、両側にそれぞれ酸化剤極１４と燃料極１５が形成されている３層構造をなしている。ＳＯＦＣ５では、発電動作時に、燃料極１５において下記の（１）式の反応が起こる。
Ｈ２＋Ｏ２−→Ｈ２Ｏ＋２ｅ−  …（１）
【００２８】
上記の（１）式の反応によって生成された電子は、負荷であるモータ１０を通って、酸化剤極１４に到達し、酸化剤極１４において下記の（２）式の反応が起こる。
１／２Ｏ２＋２ｅ−→Ｏ２−  …（２）
【００２９】
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１３を通って、燃料極１５に到達する。上記の一連の反応を繰り返すことにより、ＳＯＦＣ５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１５側においてＨ２が消費されＨ２Ｏが生成されることになる。
【００３０】
一方、ＳＯＦＣ５では、電気分解器として作動する場合、上記の（１）式及び（２）式の逆反応が起こり、燃料極１５側においてＨ２Ｏが消費されＨ２が生成される。
【００３１】
上記のように燃料極１５側で消費されたり生成されたりするガス（水素ガス、水蒸気ガス）が、ＳＯＦＣ５の燃料極１５側と水素発生器１との間を循環する。
【００３２】
＜水素発生器での反応＞
水素発生器１は、鉄の微粒子圧縮体を収容しているので、下記の（３）式に示す酸化反応により、水素を発生することができる。
３Ｆｅ＋４Ｈ２Ｏ→Ｆｅ３Ｏ４＋４Ｈ２  …（３）
【００３３】
上記の（３）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（３）式の逆反応（還元反応）により、水素発生器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。
【００３４】
＜水素発生器内の水蒸気分圧比＞
図３は、水素発生器１内の水蒸気分圧比について説明する図である。水素発生器１内に鉄（Ｆｅ）と酸化鉄（Ｆｅ３Ｏ４）が混在する状態で、水素発生器１内に水素ガスと水蒸気ガスの混合気体が存在するとき、鉄の酸化反応の反応速度と酸化鉄の還元反応の反応速度とが一致する平衡状態で安定する。図３に示す曲線はこの平衡状態を示している。したがって、平衡状態における水蒸気分圧比は、高温になるほど高くなる。例えば、３００℃の温度条件下で水蒸気分圧比１０％の混合ガスを水素発生器１に投入すると、平衡状態での水蒸気分圧比は４％（＜１０％）であるので、水蒸気を消費する鉄の酸化反応が優勢になり、最終的に水蒸気分圧比４％で安定し、見かけ上鉄の酸化反応が停止したようになる。これに対して、４００℃の温度条件下で水蒸気分圧比４％の混合ガスを水素発生器１に投入すると、平衡状態での水蒸気分圧比は１０％（＞４％）であるので、水蒸気を生成する酸化鉄の還元反応が優勢になり、最終的に水蒸気分圧比１０％で安定し、見かけ上酸化鉄の還元反応が停止したようになる。
【００３５】
＜２次電池型燃料電池システムの動作＞
次に、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の動作について図４を参照して説明する。なお、図４は、図１を簡略化して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充電動作及び発電動作を説明する図である。
【００３６】
まず、充電動作について説明する。水素発生器１を再生してシステムの充電を行う場合、コントローラ９は、水素発生器１をヒーター２によって加熱（ここでは４００℃）し、循環器８によってガスを循環させる。そして、ＳＯＦＣ５を電気分解器として作動させる。この場合、ＳＯＦＣ５では上記の（１）式の逆反応が起こり、ＳＯＦＣ５は循環経路内にある水蒸気ガスを消費し水素ガスを発生させる。ここで、水素発生器１で発生した水蒸気の分圧比が４００℃での平衡水蒸気分圧比の１０％よりも低ければ酸化鉄の還元反応が優勢になり、水素発生器１内で水素ガスが水蒸気ガスに置き換わり、水蒸気分圧比１０％、水素分圧比９０％の状態に戻ろうとする。この水蒸気ガスが、再びＳＯＦＣ５で消費され水素ガスが発生するというサイクルで水素発生器１が再生されシステムの充電が継続される。
【００３７】
しかしながら、ＳＯＦＣ５を電気分解器として作動させる場合、図５に示すように、ＳＯＦＣ５に供給される水蒸気ガスが少ないほど、ＳＯＦＣ５において発生する損失（拡散損失）が大きくなり、ＳＯＦＣ５の電気分解効率が低下する。
【００３８】
図５において、符号ＩＶＰは水蒸気分圧比Ｘ％、水素分圧比（１００−Ｘ）％の混合ガスがＳＯＦＣ５に供給されＳＯＦＣ５が所定の温度である場合のＳＯＦＣ５（電気分解器）の電流−電圧特性を、符号ＩＶＲは水蒸気分圧比Ｙ％（ただし、Ｙ＞Ｘ）、水素分圧比（１００−Ｙ）％の混合ガスがＳＯＦＣ５に供給されＳＯＦＣ５が前記所定の温度である場合のＳＯＦＣ５（電気分解器）の電流−電圧特性を、符号ＩＶはＳＯＦＣ５が前記所定の温度である場合の理論値でのＳＯＦＣ５（電気分解器）の電流−電圧特性をそれぞれ示している。また、水蒸気分圧比Ｘ％、水素分圧比（１００−Ｘ）％の混合ガスがＳＯＦＣ５に供給されＳＯＦＣ５が前記所定の温度でありＳＯＦＣ５の電流の値がＩ１である場合のＳＯＦＣ５（電気分解器）で発生する損失はΔＶＰ×Ｉ１となり、水蒸気分圧比Ｙ％（ただし、Ｙ＞Ｘ）、水素分圧比（１００−Ｙ）％の混合ガスがＳＯＦＣ５に供給されＳＯＦＣ５が前記所定の温度でありＳＯＦＣ５の電流の値がＩ１である場合のＳＯＦＣ５（電気分解器）で発生する損失はΔＶＲ×Ｉ１となる。
【００３９】
ここで、ＳＯＦＣ５の外部からＳＯＦＣ５に投入するエネルギΔＥ（以下、「投入エネルギΔＥ」と略す）を大きくし、投入エネルギΔＥの一部が供給されるヒーター６の発熱量を増加させ、ＳＯＦＣ５の反応温度を上げることで、電気分解反応で消費される水蒸気ガスをＳＯＦＣ５にスムーズに供給することができ、ＳＯＦＣ５において発生する損失（拡散損失）を小さくすることができる（図６参照）。その一方で、ヒーター６での消費電力もＳＯＦＣ５の電気分解にとっては損失の一つとなるので、ヒーター６での消費電力を大きくし過ぎても、ＳＯＦＣ５の電気分解効率が低下する（下記関係式及び図６参照）。なお、図６はＳＯＦＣ５に供給される混合ガスの水蒸気分圧比が所定値であり、ＳＯＦＣ５の電流が所定値である場合の投入エネルギ−拡散損失特性及び投入エネルギ−電気分解効率特性を示している。
ＳＯＦＣ５の電気分解効率
＝水素の化学エネルギ／ΔＥ
＝水素の化学エネルギ／（水素の化学エネルギ＋拡散損失＋ヒーター６での消費電力）
【００４０】
そこで、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では、システムの充電時に、コントローラ９の制御により、投入エネルギΔＥをＳＯＦＣ５の電気分解効率が最良になる値ΔＥＢＥＳＴにし、ＳＯＦＣ５の温度をＳＯＦＣ５の電気分解効率が最良になるような値にしている。このように、システムの充電時にＳＯＦＣ５の温度制御を行うことで、ＳＯＦＣ５の電気分解効率ひいてはシステムの充電効率が低下することを抑えることが可能となる。
【００４１】
なお、システムの充電時における水素発生器１の温度設定を複数設ける場合には、ＳＯＦＣ５に供給される混合ガスの水蒸気分圧比が水素発生器１の温度によって異なるため、ＳＯＦＣ５の電気分解効率が最良になるＳＯＦＣ５の温度も水素発生器１の温度によって異なる。したがって、システムの充電時における水素発生器１の温度設定を複数設ける場合には、例えば、システムの充電時にコントローラ９が水素発生器１の温度制御とＳＯＦＣ５の温度制御とを関連付けて行うようにすればよい。
【００４２】
次に、発電動作について説明する。水素発生器１に水素を発生させて発電を行う場合、コントローラ９は、水素発生器１をヒーター２によって加熱（ここでは４００℃）し、循環器８によってガスを循環させる。そして、ＳＯＦＣ５と負荷（図１に示すモータ１０）とを電気的に接続することでＳＯＦＣ５に発電動作を行わせる。この場合、ＳＯＦＣ５では上記の（１）式の反応が起こり、ＳＯＦＣ５は循環経路内にある水素ガスを消費し水蒸気ガスを発生させる。ここで、水素発生器１で発生した水蒸気の分圧比が４００℃での平衡水蒸気分圧比の１０％よりも高ければ鉄の酸化反応が優勢になり、水素発生器１内で水蒸気ガスが水素ガスに置き換わり、水蒸気分圧比１０％、水素分圧比９０％の状態に戻ろうとする。この水素ガスが、再びＳＯＦＣ５で消費され水蒸気ガスが発生するというサイクルでシステムの発電が継続される。
【００４３】
しかしながら、ＳＯＦＣ５に発電動作を行わせる場合、図７に示すように、ＳＯＦＣ５に供給される水素ガスが少ないほど、ＳＯＦＣ５において発生する損失（拡散損失）が大きくなり、ＳＯＦＣ５の発電効率が低下する。
【００４４】
図７において、符号ＩＶＰ’は水蒸気分圧比（１００−Ｘ）％、水素分圧比Ｘ％の混合ガスがＳＯＦＣ５に供給されＳＯＦＣ５が所定の温度である場合のＳＯＦＣ５の電流−電圧特性を、符号ＩＶＲ’は水蒸気分圧比（１００−Ｙ）％（ただし、Ｙ＞Ｘ）、水素分圧比Ｙ％の混合ガスがＳＯＦＣ５に供給されＳＯＦＣ５が前記所定の温度である場合のＳＯＦＣ５の電流−電圧特性を、符号ＩＶ’はＳＯＦＣ５が前記所定の温度である場合の理論値でのＳＯＦＣ５の電流−電圧特性をそれぞれ示している。また、水蒸気分圧比（１００−Ｘ）％、水素分圧比Ｘ％の混合ガスがＳＯＦＣ５に供給されＳＯＦＣ５が前記所定の温度でありＳＯＦＣ５の電流の値がＩ２である場合のＳＯＦＣ５で発生する損失はΔＶＰ’×Ｉ２となり、水蒸気分圧比（１００−Ｙ）％（ただし、Ｙ＞Ｘ）、水素分圧比Ｙ％の混合ガスがＳＯＦＣ５に供給されＳＯＦＣ５が前記所定の温度でありＳＯＦＣ５の電流の値がＩ２である場合のＳＯＦＣ５で発生する損失はΔＶＲ’×Ｉ２となる。
【００４５】
ここで、投入エネルギΔＥを大きくし、投入エネルギΔＥの一部が供給されるヒーター６の発熱量を増加させ、ＳＯＦＣ５の反応温度を上げることで、水蒸気生成反応で消費される水素ガスをＳＯＦＣ５にスムーズに供給することができ、ＳＯＦＣ５において発生する損失（拡散損失）を小さくすることができる（図８参照）。その一方で、ヒーター６での消費電力もＳＯＦＣ５の発電にとっては損失の一つとなるので、ヒーター６での消費電力を大きくし過ぎても、ＳＯＦＣ５の発電効率が低下する（下記関係式及び図８参照）。なお、図８はＳＯＦＣ５に供給される混合ガスの水素分圧比が所定値であり、ＳＯＦＣ５の電流が所定値である場合の投入エネルギ−拡散損失特性及び投入エネルギ−発電効率特性を示している。
ＳＯＦＣ５の発電効率
＝水蒸気の化学エネルギ／ΔＥ
＝水蒸気の化学エネルギ／（水蒸気の化学エネルギ＋拡散損失＋ヒーター６での消費電力）
【００４６】
そこで、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では、システムの発電時に、コントローラ９の制御により、投入エネルギΔＥをＳＯＦＣ５の発電効率が最良になる値ΔＥＢＥＳＴ’にし、ＳＯＦＣ５の温度をＳＯＦＣ５の発電効率が最良になるような値にしている。このように、システムの発電時にＳＯＦＣ５の温度制御を行うことで、ＳＯＦＣ５の発電効率ひいてはシステムの発電効率が低下することを抑えることが可能となる。
【００４７】
水素発生器１からＳＯＦＣ５に供給される混合ガスにおいては水蒸気ガスの占める割合が小さいので、システムの充電時にはＳＯＦＣ５で消費される水蒸気ガスが少ない状態になり、システムの発電時にはＳＯＦＣ５で消費される水素ガスが潤沢な状態になる。したがって、上述したシステムの充電時及びシステムの発電時にそれぞれ行われるＳＯＦＣ５の温度制御によって、システムの発電時におけるＳＯＦＣ５の温度はシステムの充電時におけるＳＯＦＣ５の温度よりも低く設定される。
【００４８】
なお、システムの発電時における水素発生器１の温度設定を複数設ける場合には、ＳＯＦＣ５に供給される混合ガスの水素分圧比が水素発生器１の温度によって異なるため、ＳＯＦＣ５の発電効率が最良になるＳＯＦＣ５の温度も水素発生器１の温度によって異なる。したがって、システムの発電時における水素発生器１の温度設定を複数設ける場合には、例えば、システムの発電時にコントローラ９が水素発生器１の温度制御とＳＯＦＣ５の温度制御とを関連付けて行うようにすればよい。
【００４９】
＜変形例＞
上述した実施形態では、１つのＳＯＦＣ５が発電も水の電気分解も行っているが、水素発生器１が、燃料電池（例えば発電専用のＳＯＦＣ）と水の電気分解器（例えば水の電気分解専用のＳＯＦＣ）それぞれにガス循環経路上並列に接続される構成にしてもよい。このような構成では、システムの充電時には、水の電気分解器を温度制御対象として上述した実施形態のＳＯＦＣ５の温度制御と同様の制御を行い、システムの発電時には、燃料電池を温度制御対象として上述した実施形態のＳＯＦＣ５の温度制御と同様の制御を行うとよい。
【符号の説明】
【００５０】
１  水素発生器
２、６  ヒーター
３、７  温度センサ
４  残量センサ
５  固体酸化物型燃料電池（ＳＯＦＣ）
８  循環器
９  コントローラ
１０  モータ
１１  外部電源入力端子
１２  リチウムイオン２次電池
１３  固体電解質
１４  酸化剤極
１５  燃料極
【図２】
0005617592.tif 000002
【図３】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図１】
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【図４】
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