(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
化学反応により燃料ガスを発生し、前記化学反応の逆反応により再生可能な燃料発生部材と、
酸化剤ガスと前記燃料発生部材から供給される前記燃料ガスとを用いて発電を行う発電機能及び前記燃料発生部材の再生時に前記燃料発生部材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、
前記燃料発生部材と前記発電・電気分解部との間でガスを循環させるためのガス流路と、
前記発電・電気分解部に前記酸化剤ガスを送るための送風機と、
前記送風機の送風量を制御する送風機制御部とを備え、
前記送風機制御部が、前記発電・電気分解部が電気分解を行っているときの前記送風機の送風量を、前記発電・電気分解部が発電を行っているときの前記送風機の送風量よりも少ない量となるよう制御し、
前記発電・電気分解部が電気分解を行っているときに、前記送風機制御部が前記送風機を間欠駆動させ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】
前記送風機制御部は、前記送風機の前記間欠駆動における駆動時の送風量を、前記発電・電気分解部が発電を行っているときの前記送風機の送風量よりも少ない量となるよう制御する請求項１に記載の２次電池型燃料電池システム。
【請求項３】
前記発電・電気分解部は前記酸化剤ガスが供給される酸化剤極を有し、
前記送風機制御部は、前記酸化剤極内の酸素濃度に基づいて、前記送風機の駆動と停止とを切り替える請求項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・電気分解部が発電を行っているときに、前記送風機制御部が前記発電・電気分解部の発電量に応じて前記送風機の送風量を制御する請求項１または請求項２に記載の２次電池型燃料電池システム。
【請求項５】
化学反応により燃料ガスを発生し、前記化学反応の逆反応により再生可能な燃料発生部材と、
酸化剤ガスと前記燃料発生部材から供給される前記燃料ガスとを用いて発電を行う発電機能及び前記燃料発生部材の再生時に前記燃料発生部材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、
前記燃料発生部材と前記発電・電気分解部との間でガスを循環させるためのガス流路と、
前記発電・電気分解部に前記酸化剤ガスを送るための送風機と、
前記送風機の送風量を制御する送風機制御部とを備え、
前記送風機制御部が、前記発電・電気分解部が電気分解を行っているときの前記送風機の送風量を、前記発電・電気分解部が発電を行っているときの前記送風機の送風量よりも少ない量となるよう制御し、
前記発電・電気分解部が電気分解を行っているときに、前記送風機制御部が前記発電・電気分解部の電気分解量に応じて前記送風機の送風量を制御す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６】
前記発電・電気分解部が発電を行っているときに、前記送風機制御部が前記発電・電気分解部の発電量に応じて前記送風機の送風量を制御する請求項５に記載の２次電池型燃料電池システム。
【請求項７】
化学反応により燃料ガスを発生し、前記化学反応の逆反応により再生可能な燃料発生部材と、
酸化剤ガスと前記燃料発生部材から供給される前記燃料ガスとを用いて発電を行う発電機能及び前記燃料発生部材の再生時に前記燃料発生部材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、
前記燃料発生部材と前記発電・電気分解部との間でガスを循環させるためのガス流路と、
前記発電・電気分解部に前記酸化剤ガスを送るための送風機と、
前記送風機の送風量を制御する送風機制御部とを備え、
前記送風機制御部が、前記発電・電気分解部が電気分解を行っているときの前記送風機の送風量を、前記発電・電気分解部が発電を行っているときの前記送風機の送風量よりも少ない量となるよう制御し、
前記送風機を第１の送風機とし、
前記発電・電気分解部から電気分解によって生成される酸化性ガスを排出するための第２の送風機を更に備え、
前記第１の送風機は送風量が多いときに効率が高くなる送風機であり、前記第２の送風機は送風量が少ないときに効率が高くなる送風機であり、
前記送風機制御部が、
前記第２の送風機の送風量も制御し、
前記発電・電気分解部が発電を行っているときに前記第１の送風機を運転させ、
前記発電・電気分解部が電気分解を行っているときに前記第２の送風機を運転させ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８】
前記発電・電気分解部が発電を行っているときに、前記送風機制御部が前記発電・電気分解部の発電量に応じて前記第１の送風機の送風量を制御し、前記発電・電気分解部が電気分解を行っているときに、前記送風機制御部が前記発電・電気分解部の電気分解量に応じて前記第２の送風機の送風量を制御する請求項７に記載の２次電池型燃料電池システム。
【請求項９】
前記発電・電気分解部が電気分解を行っているときに、前記送風機制御部が前記第２の送風機を間欠駆動させる請求項７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】
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んだものを１つのセル構成としている。そして、燃料極に燃料ガス（例えば水素）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。【０００３】
燃料電池は、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、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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表平１１−５０１４４８号公報
【特許文献２】国際公開第２０１２／０４３２７１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１及び特許文献２には、固体酸化物型燃料電池と、酸化反応により水素を発生し、還元反応により再生可能な水素発生部材とを組み合わせた２次電池型燃料電池システムが開示されている。上記２次電池型燃料電池システムでは、システムの発電動作時に水素発生部材が水素を発生し、システムの充電動作時に水素発生部材が再生される。【０００６】
システムの発電動作時には、固体酸化物型燃料電池から所望の電力が出力されることが求められるが、固体酸化物型燃料電池の酸化剤極に供給される酸化剤ガスが不足すると、たとえ固体酸化物型燃料電池の燃料極に燃料ガスが十分供給されていても、固体酸化物型燃料電池の発電量が不足してしまう。したがって、固体酸化物型燃料電池の酸化剤極に酸化剤ガスを送るための送風機を上記２次電池型燃料電池システムに設けることが望ましい。【０００７】
しかしながら、送風機の駆動にはエネルギーが必要であるため、エネルギー効率を高くする観点から、送風機の駆動により無駄なエネルギーが消費されてしまうことにならないように留意する必要がある。【０００８】
本発明は、上記の状況に鑑み、エネルギー効率が高い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】
【０００９】
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、化学反応により燃料ガスを発生し、前記化学反応の逆反応により再生可能な燃料発生部材と、酸化剤ガスと前記燃料発生部材から供給される前記燃料ガスとを用いて発電を行う発電機能及び前記燃料発生部材の再生時に前記燃料発生部材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、前記燃料発生部材と前記発電・電気分解部との間でガスを循環させるためのガス流路と、前記発電・電気分解部に前記酸化剤ガスを送るための送風機と、前記送風機の送風量を制御する送風機制御部とを備え、前記送風機制御部が、前記発電・電気分解部が電気分解を行っているときの前記送風機の送風量を、前記発電・電気分解部が発電を行っているときの前記送風機の送風量よりも少ない量となるよう制御する構成とする。なお、前記発電・電気分解部は、例えば、前記燃料発生部材から供給される前記燃料ガスを用いて発電を行う発電動作と、前記燃料発生部材の再生時に前記燃料発生部材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、前記燃料発生部材から供給される前記燃料ガスを用いて発電を行う燃料電池と、前記燃料発生部材の再生時に前記燃料発生部材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。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る２次電池型燃料電池システムによると、発電・電気分解部が電気分解を行っているときの送風機の送風量が、発電・電気分解部が発電を行っているときの送風機の送風量よりも少ない量となるよう制御されるので、発電・電気分解部の電気分解時において、送風機の駆動に無駄なエネルギーが消費されることをなくすことができ、エネルギー効率を高くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１実施形態に係る２次電池型燃料電池システムの概略構成を示す模式図である。
【図２】第１制御例における送風機の送風量を示す図である。
【図３】第２制御例における送風機の送風量を示す図である。
【図４】第３制御例における送風機の送風量を示す図である。
【図５】第４制御例における送風機の送風量を示す図である。
【図６】第５制御例における送風機の送風量を示す図である。
【図７】本発明の第２実施形態に係る２次電池型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】
【００１２】
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。なお、本発明は、後述する実施形態に限られない。
【００１３】
＜＜第１実施形態＞＞
本発明の第１実施形態に係る２次電池型燃料電池システムの概略構成を図１に示す。本実施形態に係る２次電池型燃料電池システムは、燃料発生部材１と、燃料電池部２と、燃料発生部材１を加熱するヒーター３と、燃料電池部２を加熱するヒーター４と、燃料発生部材１及びヒーター３を収容する容器５と、燃料電池部２及びヒーター４を収容する容器６と、燃料発生部材１と燃料電池部２の間でガスを循環させるための配管７（ガス流路）と、燃料発生部材１と燃料電池部２の間でガスを強制的に循環させるポンプ８と、断熱容器９と、燃料電池部２の酸化剤極である空気極２Ｃに酸化剤である空気を供給するための配管１０（ガス流路）と、燃料電池部２の空気極２Ｃから空気を排出するための配管１１（ガス流路）と、システム全体を制御するシステムコントローラ１２と、燃料電池部２の空気極２Ｃに空気を送るための送風機１３（第１の送風機）とを備えている。断熱容器９は、容器５及び６と、配管７、１０、及び１１それぞれの一部とを収容している。
【００１４】
なお、図が煩雑になることを防ぐため、電力を伝送する電力ラインや制御信号を伝送する制御ラインなどの図示は省略している。また、必要に応じて、燃料発生部材１や燃料電池部２の周辺に温度センサ等を設けてもよい。また、ポンプ８の代わりに、例えばコンプレッサ、ファン、ブロアなどの他の循環器を用いてもよい。
【００１５】
送風機１３としては、例えば、コンプレッサ、ファン、ブロアなどを挙げることができる。送風機１３にファンを用いた場合は、一定流の空気を燃料電池部２の空気極２Ｃに供給することができ、送風機１３にダイヤフラム式の送風機を用いた場合は、ダイヤフラムを高速で駆動させることでほぼ一定流の空気を燃料電池部２の空気極２Ｃに供給することができる。なお、本実施形態では送風機１３を配管１０上に配置しているが、配管１１上に配置してもよい。
【００１６】
燃料発生部材１としては、例えば、金属を母材として、その表面に金属または金属酸化物が添加されており、酸化性ガス（例えば水蒸気）との酸化反応によって燃料ガス（例えば水素）を発生し、還元性ガス（例えば水素）との還元反応により再生可能なものを用いることができる。母材の金属としては例えば、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｐｄ、Ｖ、Ｍｇやこれらを基材とする合金が挙げられ、特にＦｅは安価で、加工も容易なので好ましい。また、添加される金属としては、Ａｌ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｃｏ、Ｖ、Ｍｏが挙げられ、添加される金属酸化物としてはＳｉＯ2、ＴｉＯ2が挙げられる。ただし、母材となる金属と、添加される金属は同一の材料ではない。なお、本実施形態においては、燃料発生部材１として、Ｆｅを主体とする燃料発生部材を用いる。
【００１７】
Ｆｅを主体とする燃料発生部材は、例えば、下記の（１）式に示す酸化反応により、酸化性ガスである水蒸気を消費して燃料ガス（還元性ガス）である水素を生成することができる。
４Ｈ2Ｏ＋３Ｆｅ→４Ｈ2＋Ｆｅ3Ｏ4  …（１）
【００１８】
上記の（１）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の残量が減っていくが、上記の（１）式の逆反応すなわち下記の（２）式に示す還元反応により、燃料発生部材１を再生することができる。なお、上記の（１）式に示す鉄の酸化反応及び下記の（２）式の還元反応は６００℃未満の低い温度で行うこともできる。
４Ｈ2＋Ｆｅ3Ｏ4→３Ｆｅ＋４Ｈ2Ｏ  …（２）
【００１９】
燃料発生部材１においては、その反応性を上げるために単位体積当りの表面積を大きくすることが望ましい。燃料発生部材１の単位体積当りの表面積を増加させる方策としては、例えば、燃料発生部材１の主体を微粒子化し、その微粒子化したものを成型すればよい。微粒子化の方法は例えばボールミル等を用いた粉砕によって粒子を砕く方法が挙げられる。さらに、機械的な手法などにより微粒子にクラックを発生させることで微粒子の表面積をより一層増加させてもよく、酸処理、アルカリ処理、ブラスト加工などによって微粒子の表面を荒らして微粒子の表面積をより一層増加させてもよい。
【００２０】
燃料発生部材１としては、例えば、微粒子をペレット状の粒に形成してこの粒を多数空間内に埋める形態であってもよく、微粒子をガスが通過する程度の空隙を残して固めたものであってもよい。
【００２１】
燃料電池部２は、図１に示す通り、電解質膜２Ａの両面に燃料極２Ｂと酸化剤極である空気極２Ｃを接合したＭＥＡ構造(膜・電極接合体：Membrane  Electrode  Assembly)である。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。
【００２２】
電解質膜２Ａの材料としては、例えば、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を用いることができ、また例えば、ナフィオン（デュポン社の商標）、カチオン導電性ポリマー、アニオン導電性ポリマー等の固体高分子電解質を用いることができるが、これらに限定されることなく、水素イオンを通すものや酸素イオンを通すもの、また、水酸化物イオンを通すもの等、燃料電池の電解質としての特性を満たすものであればよい。なお、本実施形態においては、電解質膜２Ａとして、酸素イオン又は水酸化物イオンを通す電解質、例えば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を用いる。
【００２３】
電解質膜２Ａは、固体酸化物電解質の場合であれば、電気化学蒸着法（ＣＶＤ−ＥＶＤ法；Chemical  Vapor  Deposition  -  Electrochemical  Vapor  Deposition）等を用いて形成することができ、固体高分子電解質の場合であれば、塗布法等を用いて形成することができる。
【００２４】
燃料極２Ｂ、空気極２Ｃはそれぞれ、例えば、電解質膜２Ａに接する触媒層と、その触媒層に積層された拡散電極とからなる構成にすることができる。触媒層としては、例えば白金黒或いは白金合金をカーボンブラックに担持させたもの等を用いることができる。また、燃料極２Ｂの拡散電極の材料としては、例えばカーボンペーパ、Ｎｉ−Ｆｅ系サーメットやＮｉ−ＹＳＺ系サーメット等を用いることができる。また、空気極２Ｃの拡散電極の材料としては、例えばカーボンペーパ、Ｌａ−Ｍｎ−Ｏ系化合物やＬａ−Ｃｏ−Ｃｅ系化合物等を用いることができる。燃料極２Ｂ、空気極２Ｃはそれぞれ、例えば蒸着法等を用いて形成することができる。
【００２５】
以下の説明では、燃料ガスとして水素を用いた場合について説明する。
【００２６】
本実施形態に係る２次電池型燃料電池システムの発電時に燃料電池部２はシステムコントローラ１２の制御によって外部負荷（不図示）に電気的に接続される。燃料電池部２では、本実施形態に係る２次電池型燃料電池システムの発電時に、燃料極２Ｂにおいて下記の（３）式の反応が起こる。
Ｈ2＋Ｏ2-→Ｈ2Ｏ＋２ｅ-  …（３）
【００２７】
上記の（３）式の反応によって生成された電子は、外部負荷（不図示）を通って、空気極２Ｃに到達し、空気極２Ｃにおいて下記の（４）式の反応が起こる。
１／２Ｏ2＋２ｅ-→Ｏ2-  …（４）
【００２８】
そして、上記の（４）式の反応によって生成された酸素イオンは、電解質膜２Ａを通って、燃料極２Ｂに到達する。上記の一連の反応を繰り返すことにより、燃料電池部２が発電動作を行うことになる。また、上記の（３）式から分かるように、本実施形態に係る２次電池型燃料電池システムの発電動作時には、燃料極２Ｂ側においてＨ2が消費されＨ2Ｏが生成されることになる。
【００２９】
上記の（３）式及び（４）式より、本実施形態に係る２次電池型燃料電池システムの発電動作時における燃料電池部２での反応は下記の（５）式の通りになる。
Ｈ2＋１／２Ｏ2→Ｈ2Ｏ  …（５）
【００３０】
一方、燃料発生部材１は、上記の（１）式に示す酸化反応により、本実施形態に係る２次電池型燃料電池システムの発電時に燃料電池部２の燃料極２Ｂ側で生成されたＨ2Ｏを消費してＨ2を生成する。
【００３１】
上記の（１）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（２）式に示す還元反応により、燃料発生部材１を再生することができ、本実施形態に係る２次電池型燃料電池システムを充電することができる。
【００３２】
本実施形態に係る２次電池型燃料電池システムの充電時に燃料電池部２はシステムコントローラ１２の制御によって外部電源（不図示）に接続される。燃料電池部２では、本実施形態に係る２次電池型燃料電池システムの充電時に、上記の（５）式の逆反応である下記の（６）式に示す電気分解反応が起こり、燃料極２Ｂ側においてＨ2Ｏが消費されＨ2が生成され、燃料発生部材１では、上記の（２）式に示す還元反応が起こり、燃料電池部２の燃料極２Ｂ側で生成されたＨ2が消費されＨ2Ｏが生成される。
Ｈ2Ｏ→Ｈ2＋１／２Ｏ2  …（６）
【００３３】
上述した通り、本実施形態に係る２次電池型燃料電池システムの発電動作時には、燃料極２Ｂ側においてＨ2が消費されＨ2Ｏが生成され、本実施形態に係る２次電池型燃料電池システムの充電時には、燃料極２Ｂ側においてＨ2Ｏが消費されＨ2が生成される。そして、燃料電池部２の燃料極２Ｂに供給されるガスのＨ2とＨ2Ｏとの分圧比は燃料発生部材１でのＨ2とＨ2Ｏの平衡状態によって決まる。この平衡状態は、燃料発生部材１の温度に依存する。例えば６００℃の環境下では、平衡状態においてＨ2とＨ2Ｏとの分圧比は７５：２５である。この場合、本実施形態に係る２次電池型燃料電池システムの発電動作時には、燃料電池部２の燃料極２Ｂに供給されるガスの７５％が燃料ガスとして使用可能であり、本実施形態に係る２次電池型燃料電池システムの充電動作時には、燃料電池部２の燃料極２Ｂに供給されるガスの２５％が電気分解に使用可能である。つまり、燃料電池部２の燃料極２Ｂにおいて反応するガス量は、６００℃の環境下では発電動作時の方が充電動作時よりも３倍多いことになる。よって、発電動作時には、燃料ガスの量に見合った空気を空気極２Ｃに供給することで、発電量を大きくすることができる。
【００３４】
また、発電反応及び電気分解反応が可能な燃料電池部２は、通常、電極、電解質、触媒等が発電反応に最適であるように設計されている場合が多い。このため、燃料電池部２での発電反応は燃料電池部２での電気分解反応よりも効率が良く反応速度が速い場合が多い。
【００３５】
以上のように、充電動作時より発電動作時の方が空気極２Ｃにおいてより多くの空気を供給することによって反応を促進することができる。また、通常、発電動作においては短時間で一定の発電量を発生させることが必要であるが、充電動作においては夜間などに時間をかけてゆっくり充電すればよい。そこで、本実施形態に係る２次電池型燃料電池システムにおいては、システムコントローラ１２が、燃料電池部２が電気分解を行っているときの送風機１３の送風量を、燃料電池部２が発電を行っているときの送風機１３の送風量よりも少なくなるように、送風機１３を制御する。これにより、燃料電池部２が電気分解を行っているときに、送風機１３の駆動に無駄なエネルギーが消費されることをなくすことができ、エネルギー効率を高くすることができる。
【００３６】
＜第１制御例＞
本制御例では、図２に示す通り、システムコントローラ１２は、燃料電池部２が発電を行っているときに送風機１３の送風量を一定量（燃料電池部２の発電量が最大であるときの必要十分量）に制御し、燃料電池部２が電気分解を行っているときに送風機１３を停止させ送風機１３の送風量を零に制御する。
【００３７】
＜第２制御例＞
本制御例では、図３に示す通り、システムコントローラ１２は、燃料電池部２が発電を行っているときに送風機１３の送風量を燃料電池部２の発電量に応じて制御し、燃料電池部２が電気分解を行っているときに送風機１３を停止させ送風機１３の送風量を零に制御する。
【００３８】
＜第３制御例＞
本制御例では、図４に示す通り、システムコントローラ１２は、燃料電池部２が発電を行っているときに送風機１３の送風量を一定量（燃料電池部２の発電量が最大であるときの必要十分量）に制御し、燃料電池部２が電気分解を行っているときに送風機１３の送風量を発電時よりも少ない一定量に制御する。
【００３９】
燃料電池部２が電気分解を行っているときは、空気極２Ｃで生成された酸素を配管１１から排出しなければ、空気極２Ｃ内の酸素濃度が上昇する。空気極２Ｃ内の酸素濃度が上昇し過ぎると、電気分解反応が起こり難くなる。通常、空気極２Ｃで生成された酸素の自然拡散と、空気極２Ｃで生成された酸素による圧力上昇とによって空気極２Ｃで生成された酸素は配管１１からスムーズに排出されるが、本制御例のように燃料電池部２が電気分解を行っているときに送風機１３を運転させることで、空気極２Ｃで生成された酸素をより確実に配管１１から排出することができる。
【００４０】
なお、本制御例において、第２制御例と同様に、システムコントローラ１２が、燃料電池部２が発電を行っているときに送風機１３の送風量を燃料電池部２の発電量に応じて制御するようにしてもよい。
【００４１】
＜第４制御例＞
本制御例では、図５に示す通り、システムコントローラ１２は、燃料電池部２が発電を行っているときに送風機１３の送風量を一定量（燃料電池部２の発電量が最大であるときの必要十分量）に制御し、燃料電池部２が電気分解を行っているときに送風機１３を間欠駆動させて送風機１３の平均送風量を発電時の送風量よりも少なくなるように制御する。
【００４２】
送風機１３の間欠駆動は、例えば、空気極２Ｃ内の酸素濃度の上昇具合を実験やシミュレーション等で予め把握し、空気極２Ｃ内の酸素濃度の上昇具合に応じて予め設定した所定のタイミングで送風機１３の駆動と停止とを切り替えてもよく、また、空気極２Ｃの周辺に酸素濃度を検知するセンサを設け、そのセンサの出力に基づいて送風機１３の駆動と停止とを切り替えてもよい。
【００４３】
なお、図５とは異なり、燃料電池部２が発電を行っているときの送風機１３の送風量と、燃料電池部２が電気分解を行っているときであって送風機１３を駆動させているときの送風機１３の送風量とが、同一であっても構わない。
【００４４】
また、本制御例において、第２制御例と同様に、システムコントローラ１２が、燃料電池部２が発電を行っているときに送風機１３の送風量を燃料電池部２の発電量に応じて制御するようにしてもよい。
【００４５】
＜第５制御例＞
本制御例では、図６に示す通り、システムコントローラ１２は、燃料電池部２が発電を行っているときに送風機１３の送風量を一定量（燃料電池部２の発電量が最大であるときの必要十分量）に制御し、燃料電池部２が電気分解を行っているときに送風機１３の送風量を燃料電池部２の電気分解量に応じて制御する。
【００４６】
本制御例では、システムコントローラ１２は、通常充電モードと急速充電モードとを有している。システムコントローラ１２は、急速充電モードのときに、通常充電モードよりもポンプ８のガス循環量を多くし、燃料電池部２に供給する電力を大きくし、送風機１３の送風量を多くしている。これにより、急速充電モードのときに通常充電モードよりも速い生成速度で空気極２Ｃで生成された酸素をより確実に配管１１から排出することができる。この場合、通常充電モードにおいては、図６のように送風機１３を停止させ送風機１３の送風量を零に制御してもよいし、送風機１３の送風量を急速充電モードよりも少ない一定量に制御してもよい。
【００４７】
なお、本制御例において、第４制御例と同様に、システムコントローラ１２が、燃料電池部２が電気分解を行っているときに送風機１３を間欠駆動させてもよい。
【００４８】
また、本制御例において、第２制御例と同様に、システムコントローラ１２が、燃料電池部２が発電を行っているときに送風機１３の送風量を燃料電池部２の発電量に応じて制御するようにしてもよい。
【００４９】
＜＜第２実施形態＞＞
本発明の第２実施形態に係る２次電池型燃料電池システムの概略構成を図７に示す。なお、図７において図１と同一の部分には同一の符号を付し詳細な説明を省略する。本実施形態に係る２次電池型燃料電池システムは、第１実施形態に係る２次電池型燃料電池システムに送風機１４（第２の送風機）を追加した構成である。送風機１４は配管１１上に設けられ、システムコントローラ１２によって制御される。なお、図７とは異なり、送風機１４を配管１０上に設けてもよい。
【００５０】
送風機のエネルギー変換効率は送風量に応じて変化するものであるため、送風量が多い場合は送風量が多いときに最も効率が高くなる送風機を選択し、送風量が少ない場合は送風量が少ないときに最も効率が高くなる送風機を選択することが望ましい。
【００５１】
本実施形態では、送風機１３を送風量が多いときに最も効率が高くなる送風機とし、送風機１４を送風量が少ないときに最も効率が高くなる送風機としている。そして、システムコントローラ１２は、第１実施形態の第３〜第５制御例のいずれかを変形して実行する。具体的には、燃料電池部２が発電を行っているときに送風量が多いときに最も効率が高くなる送風機１３を運転させ、燃料電池部２が電気分解を行っているときには送風量が少ないときに最も効率が高くなる送風機１４を運転させる（以下、送風量に応じて最も効率が高くなる送風機を主力送風機という）。これにより、本実施形態は、第１実施形態に比べて、送風機を運転させるために投入するエネルギーを効率よく利用できるので、燃料電池システムのエネルギー効率を高くすることができる。また、送風機は２つに限られず、３つ以上の効率の異なる送風機を組合せてもよい。
【００５２】
尚、発電時または充電時において主力送風機以外の送風機については、運転を停止させてもよいし、必ずしも完全に運転を停止させなくてもよい。また、送風機がファンの場合は、運転を停止させてもファンの隙間からある程度のガスは通過するが、ガスの通り口を閉鎖した状態でブロアの運転を停止すると、ガスの流れがそこで堰きとめられてしまう。そのため、図７のように、送風機１３と送風機１４が直列に燃料電池部２に連結している場合、空気極内のガスが排出されなくなる。よって、ブロアを採用する場合、例えば、ガスの通り口を開いた状態で運転を停止するようシステムコントローラ１２で制御すればよい。あるいは、送風機１３と送風機１４がそれぞれの配管（ガス流路）によって並列に燃料電池と連結される構成にすれば、主力送風機以外の送風機の運転を停止させてガスの流れが堰きとめられても、主力送風機の運転によって、空気極内のガスを排出することができる。以上のように、いろいろな送風機のタイプや構成の組合せが考えられる。
【００５３】
システムコントローラ１２が第１実施形態の第３〜第５制御例のいずれかを変形して実行する際、システムコントローラ１２が、燃料電池部２が発電を行っているときに送風機１３の送風量を燃料電池部２の発電量に応じて制御するようにしてもよい。また、システムコントローラ１２が第１実施形態の第３〜第５制御例のいずれかを変形して実行する際、システムコントローラ１２が、燃料電池部２が電気分解を行っているときに送風機１３の送風量を燃料電池部２の電気分解量に応じて制御するようにしてもよい。
【００５４】
また、システムコントローラ１２が第１実施形態の第５制御例を変形して実行する際、システムコントローラ１２が、燃料電池部２が電気分解を行っているときに送風機１４を間欠駆動させてもよい。
【００５５】
＜その他＞
上述した各実施形態においては、燃料電池部２の電解質膜２Ａとして固体酸化物電解質を用いて、発電の際に燃料極２Ｂ側で水を発生させるようにする。この構成によれば、燃料発生部材１が設けられた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、燃料電池部２の電解質膜２Ａ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、発電の際に燃料電池部２の酸化剤極である空気極２Ｃ側で水が発生されることになるため、この水を燃料発生部材１に伝搬する流路を設ければよい。また、上述した各実施形態では、１つの燃料電池部２が発電も水の電気分解も行っているが、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）が燃料発生部材１に対してガス流路上並列に接続される構成にしてもよい。
【００５６】
また、上述した各実施形態では、燃料電池部２の燃料ガス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部２の燃料ガスとして用いても構わない。
【００５７】
また、上述した各実施形態では、酸化剤ガスに空気を用いているが、空気以外の酸化剤ガスを用いても構わない。
【００５８】
以上説明した２次電池型燃料電池システムは、化学反応により燃料ガスを発生し、前記化学反応の逆反応により再生可能な燃料発生部材と、酸化剤ガスと前記燃料発生部材から供給される前記燃料ガスとを用いて発電を行う発電機能及び前記燃料発生部材の再生時に前記燃料発生部材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、前記燃料発生部材と前記発電・電気分解部との間でガスを循環させるためのガス流路と、前記発電・電気分解部に前記酸化剤ガスを送るための送風機と、前記送風機の送風量を制御する送風機制御部とを備え、前記送風機制御部が、前記発電・電気分解部が電気分解を行っているときの前記送風機の送風量を、前記発電・電気分解部が発電を行っているときの前記送風機の送風量よりも少ない量となるよう制御する構成（第１の構成）である。なお、前記発電・電気分解部は、例えば、前記燃料発生部材から供給される前記燃料ガスを用いて発電を行う発電動作と、前記燃料発生部材の再生時に前記燃料発生部材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、前記燃料発生部材から供給される前記燃料ガスを用いて発電を行う燃料電池と、前記燃料発生部材の再生時に前記燃料発生部材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。
【００５９】
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・電気分解部が電気分解を行っているときに、前記送風機制御部が前記送風機の運転を停止させる構成（第２の構成）としてもよい。
【００６０】
また、上記第１または第２の構成の２次電池型燃料電池システムにおいて、前記発電・電気分解部が発電を行っているときに、前記送風機制御部が前記発電・電気分解部の発電量に応じて前記送風機の送風量を制御する構成（第３の構成）としてもよい。
【００６１】
また、上記第１から第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・電気分解部が電気分解を行っているときに、前記送風機制御部が前記送風機を間欠駆動させる構成（第４の構成）としてもよい。
【００６２】
また、上記第４の構成の２次電池型燃料電池システムにおいて、前記送風機制御部は、前記送風機の前記間欠駆動における駆動時の送風量を、前記発電・電気分解部が発電を行っているときの前記送風機の送風量よりも少ない量となるよう制御する構成（第５の構成）としてもよい。
【００６３】
また、上記第５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・電気分解部は前記酸化剤ガスが供給される酸化剤極を有し、前記送風機制御部は、前記酸化剤極内の酸素濃度に基づいて、前記送風機の駆動と停止とを切り替える構成（第６の構成）としてもよい。
【００６４】
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・電気分解部が電気分解を行っているときに、前記送風機制御部が前記発電・電気分解部の電気分解量に応じて前記送風機の送風量を制御する構成（第７の構成）としてもよい。
【００６５】
また、上記第１から第７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、前記送風機を第１の送風機とし、前記発電・電気分解部から電気分解によって生成される酸化性ガスを排出するための第２の送風機を更に備え、前記第１の送風機は送風量が多いときに効率が高くなる送風機であり、前記第２の送風機は送風量が少ないときに効率が高くなる送風機であり、前記送風機制御部が、前記第２の送風機の送風量も制御し、前記発電・電気分解部が発電を行っているときに前記第１の送風機を運転させ、前記発電・電気分解部が電気分解を行っているときに前記第２の送風機を運転させる構成（第８の構成）としてもよい。
【００６６】
また、上記第８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・電気分解部が発電を行っているときに、前記送風機制御部が前記発電・電気分解部の発電量に応じて前記第１の送風機の送風量を制御し、前記発電・電気分解部が電気分解を行っているときに、前記送風機制御部が前記発電・電気分解部の電気分解量に応じて前記第２の送風機の送風量を制御する構成（第９の構成）としてもよい。
【００６７】
以上述べた２次電池型燃料電池システムによると、発電・電気分解部が電気分解を行っているときの送風機の送風量が、発電・電気分解部が発電を行っているときの送風機の送風量よりも少ない量となるよう制御されるので、発電・電気分解部の電気分解時において、送風機の駆動に無駄なエネルギーが消費されることをなくすことができ、エネルギー効率を高くすることができる。
【符号の説明】
【００６８】
１  燃料発生部材
２  燃料電池部
２Ａ  電解質膜
２Ｂ  燃料極
２Ｃ  空気極
３、４  ヒーター
５、６  容器
７、１０、１１  配管
８  ポンプ
９  断熱容器
１２  システムコントローラ
１３、１４  送風機
【要約】
２次電池型燃料電池システムは、化学反応により燃料ガスを発生し、前記化学反応の逆反応により再生可能な燃料発生部材と、酸化剤ガスと前記燃料発生部材から供給される前記燃料ガスとを用いて発電を行う発電機能及び前記燃料発生部材の再生時に前記燃料発生部材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、前記燃料発生部材と前記発電・電気分解部との間でガスを循環させるためのガス流路と、前記発電・電気分解部に前記酸化剤ガスを送るための送風機と、前記送風機の送風量を制御する送風機制御部とを備える。前記送風機制御部は、前記発電・電気分解部が電気分解を行っているときの前記送風機の送風量を、前記発電・電気分解部が発電を行っているときの前記送風機の送風量よりも少ない量となるよう制御する。【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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