(57)【要約】【課題】燃料電池システムの発電性能を向上させる技術を提供する。【解決手段】ある態様の燃料電池システム１は、燃料収容部１０と、アノードが燃料収容部１０側を向くよう配置された燃料電池２０と、送風部４０と、酸化剤ガスが一端側から流入でき、酸化剤ガスを燃料収容部１０に沿って通過させる第１酸化剤ガス通路６０と、第１酸化剤ガス通路６０を経た酸化剤ガスが一端側から流入でき、酸化剤ガスをカソードに供給する第２酸化剤ガス通路６２と、第１酸化剤ガス通路６０から第２酸化剤ガス通路６２への酸化剤ガスの流入を許容する状態と遮断する状態を切り替え可能なガス流入切替部とを備える。送風部４０からの酸化剤ガスは、第１酸化剤ガス通路６０に供給され、ガス流入切替部が許容状態にあるとき、第１酸化剤ガス通路６０を通過した酸化剤ガスが第２酸化剤ガス通路６２に供給される。【選択図】図２
2014072057.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池に供給される燃料を収容する燃料収容部と、
電解質膜、前記電解質膜の一方の面に設けられているカソード、及び前記電解質膜の他方の面に設けられているアノードを有し、前記アノードが前記燃料収容部側を向くように配置された燃料電池と、
酸化剤ガスを送出する送風部と、
前記送風部から送られる酸化剤ガスが一端側から流入可能に構成され、前記酸化剤ガスを前記燃料収容部の主表面に沿って通過させる第１酸化剤ガス通路と、
前記第１酸化剤ガス通路を経た酸化剤ガスが一端側から流入可能に構成され、酸化剤ガスを前記カソードに供給する第２酸化剤ガス通路と、
前記第１酸化剤ガス通路から前記第２酸化剤ガス通路への酸化剤ガスの流入を許容する状態と遮断する状態とを切り替え可能なガス流入切替部と、
を備え、前記送風部から送られる酸化剤ガスは、前記第１酸化剤ガス通路に供給され、前記ガス流入切替部が許容状態にある場合に、前記第１酸化剤ガス通路を通過した酸化剤ガスが前記第２酸化剤ガス通路に供給されることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
燃料電池に供給される燃料を収容する燃料収容部と、
電解質膜、前記電解質膜の一方の面に設けられているカソード、及び前記電解質膜の他方の面に設けられているアノードを有し、前記アノードが前記燃料収容部側を向くように配置された燃料電池と、
酸化剤ガスを送出する送風部と、
前記送風部から送られる酸化剤ガスが一端側から流入可能に構成され、前記酸化剤ガスを前記燃料収容部の主表面に沿って通過させる第１酸化剤ガス通路と、
前記送風部から送られる酸化剤ガスが、一端側から前記第１酸化剤ガス通路を経ずに流入可能に構成され、前記酸化剤ガスを前記カソードに供給する第２酸化剤ガス通路と、
前記送風部から前記第２酸化剤ガス通路への酸化剤ガスの流入を許容する状態と遮断する状態とを切り替え可能なガス流入切替部と、
を備え、前記送風部から送られる酸化剤ガスは、前記第１酸化剤ガス通路に供給されるとともに、前記ガス流入切替部が許容状態にある場合に、前記第２酸化剤ガス通路に供給されることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項３】
前記第２酸化剤ガス通路は、前記送風部から送られる酸化剤ガスが、他端側から前記第１酸化剤ガス通路を経ずに流入可能に構成され、
前記他端側からの前記第２酸化剤ガス通路への酸化剤ガスの流入を許容する状態と遮断する状態とを切り替え可能なガス流入切替部と、
２つの前記ガス流入切替部の状態を、一方が許容状態、他方が遮断状態となるように制御する制御部と、
をさらに備える請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記第１酸化剤ガス通路は、前記燃料電池のアノード側と前記燃料収容部との間に配置されている請求項１乃至３のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記燃料電池で発生する熱を前記燃料収容部に伝熱するための伝熱部材を備える請求項４に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記燃料電池で発生する熱を前記第１酸化剤ガス通路に放熱するための放熱部材を備える請求項４又は５に記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記燃料電池を２つ備え、
前記燃料収容部は、一方の燃料電池側に配置される第１部分と、他方の燃料電池側に配置される第２部分とを有し、
前記第１酸化剤ガス通路は、前記第１部分と前記第２部分との間に配置されている請求項１乃至３のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池システムは、水素と酸素とから電気エネルギを発生させる装置であり、高い発電効率を得ることができる。燃料電池システムの主な特徴としては、従来の発電方式のように熱エネルギや運動エネルギの過程を経ることがない直接発電であるので、小規模でも高い発電効率が期待できること、窒素化合物等の排出が少なく、騒音や振動も小さいので環境性が良いことなどが挙げられる。このように、燃料電池システムは燃料のもつ化学エネルギを有効に利用でき、環境にやさしい特性を持っているので、２１世紀を担うエネルギ供給システムとして期待され、宇宙用から自動車用、携帯機器用まで、大規模発電から小規模発電まで、種々の用途に使用できる将来有望な新しい発電システムとして注目され、実用化に向けて技術開発が本格化している。
【０００３】
中でも、固体高分子形燃料電池は、他の種類の燃料電池に比べて、作動温度が低く、高い出力密度を持つ特徴があり、特に近年、携帯機器（携帯電話、ノート型パーソナルコンピュータ、ＰＤＡ、ＭＰ３プレーヤ、デジタルカメラあるいは電子辞書、電子書籍）などの電源への利用が期待されている。固体高分子形燃料電池としては、複数の単セルを平面状に配列した平面配列型の燃料電池が知られている（特許文献１参照）。また、燃料電池のカソードに水分を供給する加湿器と、この加湿器に酸化剤ガスとしての空気を供給する空気ポンプやファンを備えた燃料電池システムが知られている（特許文献２参照）。燃料としては、メタノールの他、水素吸蔵合金や水素ボンベに格納された水素を利用することが研究されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−９１１６９号公報
【特許文献２】特開２００４−２２０８４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
燃料電池では、カソードへの空気の供給が不足すると発電性能が低下する。そのため、カソードに空気が十分に供給されることが望まれる。しかしながら、カソードに低温の空気が過剰に供給されると、水が凝縮するフラッディングと呼ばれる現象がカソードに生じるおそれがある。フラッディングは、燃料電池の発電性能の低下の原因となる。このフラッディングは、カソード表面の湿度が上昇すると、より生じやすくなる。
【０００６】
また、発電に伴う発熱によって燃料電池の温度が過度に上昇すると、電解質膜が乾燥するドライアウトと呼ばれる現象が生じるおそれがある。ドライアウトもまた、燃料電池の発電性能の低下の原因となる。このドライアウトは、カソード表面の温度が上昇すると、より生じやすくなる。
【０００７】
本発明者らは、鋭意研究の結果、従来の燃料電池システムには、発電性能の向上を図る上で改善の余地があることを見出した。
【０００８】
本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、燃料電池システムにおける発電性能の向上を図る技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のある態様は、燃料電池システムである。当該燃料電池システムは、燃料電池に供給される燃料を収容する燃料収容部と、電解質膜、前記電解質膜の一方の面に設けられているカソード、及び前記電解質膜の他方の面に設けられているアノードを有し、前記アノードが前記燃料収容部側を向くように配置された燃料電池と、酸化剤ガスを送出する送風部と、前記送風部から送られる酸化剤ガスが一端側から流入可能に構成され、前記酸化剤ガスを前記燃料収容部の主表面に沿って通過させる第１酸化剤ガス通路と、前記第１酸化剤ガス通路を経た酸化剤ガスが一端側から流入可能に構成され、酸化剤ガスを前記カソードに供給する第２酸化剤ガス通路と、前記第１酸化剤ガス通路から前記第２酸化剤ガス通路への酸化剤ガスの流入を許容する状態と遮断する状態とを切り替え可能なガス流入切替部と、を備え、前記送風部から送られる酸化剤ガスは、前記第１酸化剤ガス通路に供給され、前記ガス流入切替部が許容状態にある場合に、前記第１酸化剤ガス通路を通過した酸化剤ガスが前記第２酸化剤ガス通路に供給されることを特徴とする。
【００１０】
本発明の別の態様もまた燃料電池システムである。当該燃料電池システムは、燃料電池に供給される燃料を収容する燃料収容部と、電解質膜、前記電解質膜の一方の面に設けられているカソード、及び前記電解質膜の他方の面に設けられているアノードを有し、前記アノードが前記燃料収容部側を向くように配置された燃料電池と、酸化剤ガスを送出する送風部と、前記送風部から送られる酸化剤ガスが一端側から流入可能に構成され、前記酸化剤ガスを前記燃料収容部の主表面に沿って通過させる第１酸化剤ガス通路と、前記送風部から送られる酸化剤ガスが、一端側から前記第１酸化剤ガス通路を経ずに流入可能に構成され、前記酸化剤ガスを前記カソードに供給する第２酸化剤ガス通路と、前記送風部から前記第２酸化剤ガス通路への酸化剤ガスの流入を許容する状態と遮断する状態とを切り替え可能なガス流入切替部と、を備え、前記送風部から送られる酸化剤ガスは、前記第１酸化剤ガス通路に供給されるとともに、前記ガス流入切替部が許容状態にある場合に、前記第２酸化剤ガス通路に供給されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、燃料電池システムにおける発電性能の向上を図る技術を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１（Ａ）は、実施形態１に係る燃料電池システムを斜め上方から見た斜視図である。図１（Ｂ）は、燃料電池システムの筐体及び上蓋を除いた部分を斜め上方から見た斜視図である。図１（Ｃ）は、斜め上方から見た燃料電池システムを部分的に示す斜視図である。
【図２】図１（Ａ）のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【図３】燃料電池の概略構造を模式的に示す断面図である。
【図４】第３酸化剤ガス通路の近傍の概略構造を示す断面図である。
【図５】図５（Ａ）及び図５（Ｂ）は、第４酸化剤ガス通路の近傍の概略構造を示す断面図である。
【図６】図６（Ａ）−図６（Ｃ）は、燃料電池システムにおける空気流路の制御を説明するための模式図である。
【図７】図７（Ａ）−図７（Ｃ）は、実施形態１の変形例に係る燃料電池システムにおける空気流路の制御を説明するための模式図である。
【図８】図８（Ａ）−図８（Ｃ）は、実施形態２に係る燃料電池システムにおける空気流路の制御を説明するための模式図である。
【図９】図９（Ａ）−図９（Ｃ）は、実施形態３に係る燃料電池システムにおける空気流路の制御を説明するための模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。なお、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００１４】
（実施形態１）
図１（Ａ）は、実施形態１に係る燃料電池システムを斜め上方から見た斜視図である。図１（Ｂ）は、燃料電池システムの筐体及び上蓋を除いた部分を斜め上方から見た斜視図である。図１（Ｃ）は、斜め上方から見た燃料電池システムを部分的に示す斜視図である。図２は、図１（Ａ）のＡ−Ａ線に沿った断面図である。図３は、燃料電池の概略構造を模式的に示す断面図である。図４は、第３酸化剤ガス通路の近傍の概略構造を示す断面図である。図５（Ａ）及び図５（Ｂ）は、第４酸化剤ガス通路の近傍の概略構造を示す断面図である。なお、図１（Ａ）では、筐体内部を示すために筐体２から上蓋３が取り外された状態を示している。図１（Ｃ）では、筐体２に上蓋３が嵌め込まれた状態を示している。図５（Ａ）及び図５（Ｂ）では、筐体２の図示を省略している。
【００１５】
本実施形態に係る燃料電池システム１は、筐体２、燃料収容部１０、燃料供給部１２、燃料電池２０、送風部４０及び制御部５０を備える。本実施形態に係る燃料電池システム１は、燃料の供給にポンプなどの補機を使用しないパッシブ型の燃料電池システムである。
【００１６】
筐体２は、扁平な直方体形状を有し、燃料収容部１０、燃料供給部１２、燃料電池２０、送風部４０及び制御部５０をコンパクトに収容している。なお、筐体２の形状は特に限定されない。筐体２内の下部には、両方の主表面側に送風部４０が設けられている。筐体２の両主表面には、送風部４０の設置領域に対応する位置に開口部２ａが設けられている。送風部４０は、例えば遠心ファン（シロッコファン）で構成され、遠心ファンの回転軸が筐体２の主表面に対して略垂直となるように設けられている。送風部４０は、酸化剤ガスとしての空気を開口部２ａを介して外部から筐体２内に取り込み、後述する第４酸化剤ガス通路６８に空気を送出することができる。本実施形態では、筐体２の各主表面側に２つの送風部４０が設けられている。したがって、燃料電池システム１は、４つの送風部４０を有する。
【００１７】
筐体２の一方の主表面側に設けられた送風部４０と、他方の主表面側に設けられた送風部４０との間には、制御部５０が配置されている。制御部５０は、ハードウェア構成として、ＣＰＵ、ＲＯＭ、メモリ等を有し、送風部４０の動作を制御する。また、制御部５０は、後述する２つのガス流入切替部を制御する。制御部５０及び送風部４０の駆動に必要な電力は、例えば燃料電池２０で生成された電力によって賄うことができる。
【００１８】
筐体２内における送風部４０及び制御部５０の上方には、燃料収容部１０、燃料供給部１２及び燃料電池２０が収容されている。
【００１９】
燃料収容部１０は、燃料電池２０に供給される燃料を収容する。本実施形態では、燃料収容部１０は、扁平な直方体形状を有し、内部に水素吸蔵合金を収容している。水素吸蔵合金は、燃料としての水素の吸蔵（発熱反応）と、吸蔵した水素の放出（吸熱反応）とが可能であり、例えば、希土類系のＭｍＮｉ4.32Ｍｎ0.18Ａｌ0.1Ｆｅ0.1Ｃｏ0.3（Ｍｍはミッシュメタル）である。なお、水素吸蔵合金は、希土類系の合金に限られず、たとえばＴｉ−Ｍｎ系合金、Ｔｉ−Ｆｅ系合金、Ｔｉ−Ｚｒ系合金、Ｍｇ−Ｎｉ系合金、Ｚｒ−Ｍｎ系合金等であってもよい。具体的には、水素吸蔵合金としてＬａＮｉ５合金、Ｍｇ２Ｎｉ合金、Ｔｉ１＋ＸＣｒ２−ｙＭｎｙ（ｘ＝０．１〜０．３、ｙ＝０〜１．０）合金などを挙げることができる。水素吸蔵合金は、上述した水素吸蔵合金の粉末にポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）デイスパージョンなどの結着剤を混合し、プレス機で圧縮成形した圧縮成形体（ペレット）とすることができる。必要に応じて、圧縮成形後に焼結処理がなされていてもよい。なお、燃料収容部１０は、水素ガスを収容する水素ボンベであってもよい。また、燃料収容部１０は、燃料としてメタノールを収容してもよい。
【００２０】
燃料収容部１０の両主表面側には、燃料電池２０が設けられている。したがって、燃料電池システム１は、２つの燃料電池２０を備える。図３に示すように、各燃料電池２０は、複数の膜電極接合体２１を有する。複数の膜電極接合体２１は、基材２２に形成された開口内に設けられ、平面配列されている。基材２２は、ポリアクリレートなどの絶縁性の材料により形成される。
【００２１】
膜電極接合体２１は、電解質膜２３と、電解質膜２３の一方の面に設けられているカソード２４と、電解質膜２３の他方の面に設けられているアノード２５とを有する。電解質膜２３は、基材２２に設けられた開口部を充填するように設けられている。カソード２４には、酸化剤ガスとして例えば空気が供給される。一方、アノード２５には燃料ガスとして例えば水素が供給される。一対のカソード２４とアノード２５との間に電解質膜２３が狭持されることによりセルが構成され、各セルは水素と空気中の酸素との電気化学反応により発電する。本実施形態の燃料電池２０では、複数のセルが平面状に形成されている。
【００２２】
隣接する膜電極接合体２１の間には、インターコネクタ２６が設けられている。インターコネクタ２６は、基材２２を貫通している。隣接する２つの膜電極接合体２１において、一方の膜電極接合体２１のカソード２４がインターコネクタ２６の一端に接続され、他方の膜電極接合体２１のアノード２５がインターコネクタ２６の他端に接続されている。インターコネクタ２６は、カーボンなどの導電性の材料で形成されている。隣接する２つの膜電極接合体２１同士は、インターコネクタ２６により直列接続されている。
【００２３】
電解質膜２３は、湿潤状態において良好なイオン伝導性を示すことが好ましく、カソード２４とアノード２５との間でプロトンを移動させるイオン交換膜として機能する。電解質膜２３は、含フッ素重合体や非フッ素重合体等の固体高分子材料によって形成され、例えば、スルホン酸型パーフルオロカーボン重合体、ポリサルホン樹脂、ホスホン酸基又はカルボン酸基を有するパーフルオロカーボン重合体等を用いることができる。スルホン酸型パーフルオロカーボン重合体の例として、ナフィオン（デュポン社製：登録商標）１１２などが挙げられる。また、非フッ素重合体の例として、スルホン化された、芳香族ポリエーテルエーテルケトン、ポリスルホンなどが挙げられる。
【００２４】
カソード２４及びアノード２５は、イオン交換樹脂ならびに触媒粒子、場合によって炭素粒子を有する。カソード２４及びアノード２５が有するイオン交換樹脂は、触媒粒子と電解質膜２３を接続し、両者間においてプロトンを伝達する役割を持つ。このイオン交換樹脂は、電解質膜２３と同様の高分子材料から形成することができる。触媒金属としては、Ｓｃ、Ｙ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｖ、Ｎｂ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｏｓ、Ｉｒ、ランタノイド系列元素やアクチノイド系列の元素の中から選ばれる合金や単体が挙げられる。また触媒を担持する場合には炭素粒子として、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、カーボンナノチューブなどを用いてもよい。
【００２５】
なお、燃料電池２０の構造は特に限定されず、単セル構造であってもよい。また、燃料電池２０は、複数の燃料電池２０が電気的に接続されてなるモジュール構造をとってもよい。
【００２６】
燃料電池２０は、アノード２５が燃料収容部３０側、すなわち燃料電池システム１の内側を向くように配置されている。膜電極接合体２１のアノード２５側には、所定の空間を隔ててアノード用ハウジング２７が設けられている。アノード２５とアノード用ハウジング２７との間の空間は、燃料供給部１２に連結されており、燃料収容部１０から燃料供給部１２を介してアノード２５に供給される水素が流通する燃料ガス室２８を構成している。膜電極接合体２１のカソード２４側には、カソード２４と筐体２の主表面とで挟まれた空間が形成されている。
【００２７】
カソード２４と筐体２との間の空間は、送風部４０から送られカソード２４に供給される空気（酸化剤ガス）が流通する、第２酸化剤ガス通路６２を構成している。第２酸化剤ガス通路６２は、送風部４０から送られる空気をカソード２４に供給するための通路である。筐体２の側面には、各燃料電池２０のカソード２４と筐体２の主表面とで挟まれた２つの第２酸化剤ガス通路６２に対応する位置に開口部２ｂが設けられている。各第２酸化剤ガス通路６２は、開口部２ｂを介して筐体２の外部と連通している。
【００２８】
燃料電池２０のカソード２４側の主表面には、温度湿度検出部２９が設けられている。温度湿度検出部２９で得られた温度情報及び湿度情報に関する信号は、制御部５０に送信される。
【００２９】
燃料収容部１０の側方には、燃料供給部１２が設けられている。燃料供給部１２は、水素供給路及びレギュレータ（ともに図示せず）を主な構成として備える。水素供給路は、一端が燃料収容部１０の出口と連通し、他端が燃料ガス室２８を介して燃料電池２０のアノード２５と連通している。水素供給路の途中にレギュレータが設けられている。レギュレータにより、水素吸蔵合金から水素が放出される際に、燃料電池２０に供給される水素の圧力が低減される。これにより、アノード２５が保護される。
【００３０】
筐体２の上端には、上蓋３が嵌め込まれている。上蓋３の中央部には、燃料収容部１０の挿抜用の開口部３ａが設けられている。燃料電池システム１は、筐体２に上蓋３が嵌め込まれた状態で、開口部３ａを介して燃料収容部１０を抜き差しすることができる。すなわち、本実施形態の燃料収容部１０は、燃料カートリッジである。上蓋３は、各燃料電池２０の上方に位置する領域に排気口３ｂが設けられている。
【００３１】
燃料電池システム１は、各燃料電池２０のアノード２５側と燃料収容部１０との間に配置された第１酸化剤ガス通路６０を備える。第１酸化剤ガス通路６０は、一端が送風部４０の近傍に配置され、送風部４０から送られる空気（酸化剤ガス）が一端側から流入可能に構成されている。第１酸化剤ガス通路６０の他端は、排気口３ｂの近傍に配置されている。したがって、第１酸化剤ガス通路６０は、空気を燃料収容部１０及び燃料電池２０の主表面に沿って通過させる。
【００３２】
第２酸化剤ガス通路６２は、第１酸化剤ガス通路６０を経た空気が一端側から流入可能に構成されている。本実施形態では、第１酸化剤ガス通路６０の他端側、すなわち第１酸化剤ガス通路６０のガス流れ下流側と、第２酸化剤ガス通路６２の一端側、すなわち上蓋３側の端部側とを接続する第３酸化剤ガス通路６４が設けられている。第２酸化剤ガス通路６２は、第３酸化剤ガス通路６４を介して第１酸化剤ガス通路６０に接続されることで、第１酸化剤ガス通路６０を経た空気が流入するように構成されている。第３酸化剤ガス通路６４は、排気口３ｂに接続されている。
【００３３】
燃料電池システム１は、第１ガス流入切替部６６を備える。第１ガス流入切替部６６は、第１酸化剤ガス通路６０から第２酸化剤ガス通路６２への空気の流入を許容する状態と遮断する状態とを切り替え可能なガス流入切替部である。本実施形態では、第３酸化剤ガス通路６４と第２酸化剤ガス通路６２との接続部の近傍であって、第３酸化剤ガス通路６４と排気口３ｂの接続部よりも第２酸化剤ガス通路６２寄りの領域に、第１ガス流入切替部６６が設けられている。第１ガス流入切替部６６は、例えば電気的に弁の開閉が切り替え可能な電磁弁で構成されている。第１ガス流入切替部６６の開閉は、制御部５０により制御される。
【００３４】
図４に示すように、第１ガス流入切替部６６が遮断状態にある場合、第１酸化剤ガス通路６０を通る空気は、第３酸化剤ガス通路６４を経て排気口３ｂから外部へ排気される（矢印Ｗ）。一方、第１ガス流入切替部６６が許容状態にある場合、第１酸化剤ガス通路６０を通る空気は、一部が第３酸化剤ガス通路６４を経て排気口３ｂから排気され、残りが第３酸化剤ガス通路６４を経て第２酸化剤ガス通路６２に流入する（矢印Ｗ’）。第２酸化剤ガス通路６２に流入した空気は、一部が燃料電池２０のカソード２４に供給され、残りが開口部２ｂから外部へ排気される。
【００３５】
第２酸化剤ガス通路６２は、送風部４０から送られる空気が一端側、ここでは送風部４０側の端部から流入可能に構成されている。すなわち、第２酸化剤ガス通路６２は、送風部４０から送られる空気が、第３酸化剤ガス通路６４に接続された側とは反対の端部側、言い換えれば第１酸化剤ガス通路６０を経た空気が流入する端部とは反対の端部側から、第１酸化剤ガス通路６０を経ずに流入可能に構成されている。本実施形態では、第１酸化剤ガス通路６０及び第２酸化剤ガス通路６２の送風部４０側の端部は、第４酸化剤ガス通路６８にそれぞれ接続されている。第４酸化剤ガス通路６８は、端部が送風部４０の近傍に配置されており、この端部から、送風部４０が送り出した空気が流入する。第１酸化剤ガス通路６０及び第２酸化剤ガス通路６２には、第４酸化剤ガス通路６８を介して送風部４０からの空気が流入する。
【００３６】
燃料電池システム１は、第２ガス流入切替部７０を備える。第２ガス流入切替部７０は、送風部４０から第２酸化剤ガス通路６２への、第１酸化剤ガス通路６０を介さない空気の流入を許容する状態と遮断する状態とを切り替え可能なガス流入切替部である。すなわち、第２ガス流入切替部７０は、第３酸化剤ガス通路６４に接続された側とは反対の端部側からの第２酸化剤ガス通路６２への空気の流入を許容する状態と遮断する状態とを切り替え可能なガス流入切替部である。本実施形態では、第２酸化剤ガス通路６２と第４酸化剤ガス通路６８との接続部の近傍に、第２ガス流入切替部７０が設けられている。
【００３７】
第２ガス流入切替部７０は、例えば、回転軸と、回転軸に連結された、流路を塞ぐための板部材とを有する、逆止弁等の弁機構で構成されている。板部材は、流路を塞ぐ方向にばね等で付勢されている。第２ガス流入切替部７０の開閉は、制御部５０が送風部４０の送風量を制御することで切り替えられる。例えば、制御部５０は、送風部４０の送風量を小、中、大の３段階に調整する。第２ガス流入切替部７０は、送風量が大である場合に空気の圧力がばねの付勢力を上回って板部材が押し開かれ、許容状態となるように構成されている。
【００３８】
図５（Ａ）及び図５（Ｂ）に示すように、第２ガス流入切替部７０が遮断状態にある場合、送風部４０から送出された空気は、第４酸化剤ガス通路６８を経て第１酸化剤ガス通路６０に流入する（矢印Ｗ）。一方、第２ガス流入切替部７０が許容状態にある場合、第４酸化剤ガス通路６８を通る空気は、一部が第１酸化剤ガス通路６０に流入し、残りが第２酸化剤ガス通路６２に流入する（矢印Ｗ’）。第２酸化剤ガス通路６２に流入した空気は、一部が燃料電池２０のカソード２４に供給され、残りが開口部２ｂから外部へ排気される。
【００３９】
燃料収容部１０と各燃料電池２０との間には、ヒートシンク７２が設けられている。ヒートシンク７２は、第１平板部７３と、第２平板部７４と、第１フィン７５と、第２フィン７６とを有する。ヒートシンク７２は、熱伝導性が高い材料、例えば銅、ステンレス、アルミニウムなどの金属で形成されている。第１平板部７３、第２平板部７４、第１フィン７５及び第２フィン７６は、一体成形されていてもよい。
【００４０】
第１平板部７３は、燃料電池２０のアノード用ハウジング２７の外表面に当接している。第２平板部７４は、燃料収容部１０の主表面に当接している。２枚の第２平板部７４は、燃料収容部１０の収容室の側壁を形成している。第１フィン７５は、第１平板部７３及び第２平板部７４に当接している。第２フィン７６は、第１平板部７３から第２平板部７４に向けて突出し、第２平板部７４には非接触である。なお、第２フィン７６は、断熱材を介して第２平板部７４に当接していてもよい。
【００４１】
第１フィン７５及び第２フィン７６は、それぞれ複数設けられている。複数の第１フィン７５及び複数の第２フィン７６は、燃料電池２０の上端（上蓋３側の端部）から下端（送風部４０側の端部）にかけて延在している。また、複数の第１フィン７５及び複数の第２フィン７６は、左右方向に等間隔に配列されている。隣接する第１フィン７５の間の空間が、第１酸化剤ガス通路６０を形成している。したがって、第２フィン７６は、第１平板部７３から第１酸化剤ガス通路６０内に突出している。
【００４２】
第１フィン７５は、燃料電池２０で発生する熱を燃料収容部１０に伝熱するための伝熱部材として機能する。燃料電池２０で発生する熱の一部は、第１平板部７３、第１フィン７５及び第２平板部７４を介して燃料収容部１０に伝達される。第１フィン７５は、断熱材で被覆されていることが好ましい。これにより、第１フィン７５と、第１酸化剤ガス通路６０を通る空気との間の熱交換を防ぐことができるため、燃料電池２０の熱をより確実に燃料収容部１０に伝達することができる。燃料収容部１０に伝達された熱は、吸熱反応である水素吸蔵合金からの水素の放出に利用される。
【００４３】
第２フィン７６は、燃料電池２０で発生する熱を第１酸化剤ガス通路６０に放熱するための放熱部材として機能する。燃料電池２０で発生する熱の一部は、第１平板部７３を介して第２フィン７６に伝達される。そして、第２フィン７６と第１酸化剤ガス通路６０を通る空気との間で熱交換が行われて、酸化剤ガスとしての空気が加温される。また、燃料収容部１０が有する熱のうち、水素放出の吸熱反応に用いられない余剰分は、第２平板部７４を介して第１酸化剤ガス通路６０を通る空気に伝達される。これによっても空気が加温される。
【００４４】
続いて、燃料電池システム１における空気流路の制御について詳細に説明する。図６（Ａ）−図６（Ｃ）は、燃料電池システムにおける空気流路の制御を説明するための模式図である。なお、２つの燃料電池２０側でそれぞれ同一の空気流路の制御を実施可能であるため、ここでは一方の燃料電池２０側における空気流路の制御について説明する。
【００４５】
例えば、カソード２４への空気の供給が必要なく、第１酸化剤ガス通路６０のみに空気を通したい場合、図６（Ａ）に示すように、制御部５０は、第１ガス流入切替部６６を遮断状態とする。また、制御部５０は、送風部４０の送風量を小に設定する。これにより、第２ガス流入切替部７０の遮断状態が維持される。送風部４０から送られる空気は、第１酸化剤ガス通路６０に供給される。そして、この空気は、第１酸化剤ガス通路６０を通り、第３酸化剤ガス通路６４を経て排気口３ｂから排出される。第１酸化剤ガス通路６０に空気が通されることで、燃料電池２０及び／又は燃料収容部１０の熱が第１酸化剤ガス通路６０を通る空気に伝達されるため、燃料電池２０及び／又は燃料収容部１０の放熱性を高めることができる。なお、カソード２４への空気の供給が必要なく、第１酸化剤ガス通路６０にも空気を供給する必要がない場合、制御部５０は、送風部４０を停止させる。これにより送風部４０の送風量は０になる。
【００４６】
一方、カソード２４への空気の供給が必要である場合、図６（Ｂ）に示すように、制御部５０は、２つのガス流入切替部の状態を、一方が許容状態、他方が遮断状態となるように制御する。すなわち、制御部５０は、第１ガス流入切替部６６を許容状態にする。また、制御部５０は、送風部４０の送風量を中に設定する。これにより、第２ガス流入切替部７０の遮断状態が維持される。送風部４０から送り出された空気は、第１酸化剤ガス通路６０を通り、第３酸化剤ガス通路６４に到る。第１酸化剤ガス通路６０を通過して第３酸化剤ガス通路６４に流入した空気は、一部が排気口３ｂから排出され、残りが第２酸化剤ガス通路６２に供給される。第２酸化剤ガス通路６２に流入した空気は、一部が燃料電池２０のカソード２４に供給され、残りが開口部２ｂから外部へ排気される。
【００４７】
この制御では、燃料電池２０及び／又は燃料収容部１０の放熱性を高めることができるとともに、カソード２４に十分量の空気を供給することができる。また、カソード２４の近傍に滞留する高湿の空気を開口部２ｂから排気することができるため、フラッディングの発生を抑制することができる。また、カソード２４に供給される空気は、第１酸化剤ガス通路６０を通過しているため、燃料電池２０及び／又は燃料収容部１０によって加温されている。そのため、カソード２４でのフラッディングの発生をより抑制することができる。
【００４８】
また、カソード２４への空気の供給が必要である場合、図６（Ｃ）に示すように、制御部５０は、第１ガス流入切替部６６を遮断状態にするとともに、第２ガス流入切替部７０を許容状態にしてもよい。制御部５０は、送風部４０の送風量を大に設定することで、第２ガス流入切替部７０を許容状態に切り替える。送風部４０から送られる空気は、一部が第１酸化剤ガス通路６０に供給され、第３酸化剤ガス通路６４を経て排気口３ｂから排出される。また、残りの空気は、第４酸化剤ガス通路６８を経て第２酸化剤ガス通路６２に供給される。第２酸化剤ガス通路６２に流入した空気は、一部が燃料電池２０のカソード２４に供給され、残りが開口部２ｂから外部へ排気される。
【００４９】
この制御でも、燃料電池２０及び／又は燃料収容部１０の放熱性を高めることができるとともに、カソード２４に十分量の空気を供給することができる。また、カソード２４の近傍に滞留する高湿の空気を開口部２ｂから排気することができるため、フラッディングの発生を抑制することができる。また、カソード２４には、第１酸化剤ガス通路６０を未通過の空気が供給される。そのため、第１酸化剤ガス通路６０を通過した空気を供給する場合に比べて、低温の空気をカソード２４に供給することができる。これにより、ドライアウトの発生を抑制することができる。
【００５０】
制御部５０は、図６（Ｂ）に示す空気流路の制御と、図６（Ｃ）に示す空気流路の制御とを、温度湿度検出部２９から受信した信号を用いて適宜選択することができる。
【００５１】
以上説明したように、実施形態１の燃料電池システム１は、送風部４０から送られる空気が一端側から流入可能であり、この空気を燃料収容部１０の主表面に沿って通過させる第１酸化剤ガス通路６０と、第１酸化剤ガス通路６０を経た空気が一端側から流入可能であり、この空気をカソード２４に供給する第２酸化剤ガス通路６２とを備える。また、燃料電池システム１は、第１酸化剤ガス通路６０から第２酸化剤ガス通路６２への空気の流入を許容する状態と遮断する状態とを切り替え可能な第１ガス流入切替部６６を備える。このような構成において、送風部４０から送られる空気は、第１酸化剤ガス通路６０に供給されるとともに、第１ガス流入切替部６６が許容状態にある場合に、第１酸化剤ガス通路６０を通過した空気が第２酸化剤ガス通路６２に供給される。
【００５２】
そのため、送風部４０から送出された空気によって燃料電池２０及び／又は燃料収容部１０を冷却できるとともに、この冷却での熱交換により加温された空気を断続的にカソード２４に供給できる。これにより、カソード２４に十分量の空気を供給できるとともに、カソード２４でフラッディングが発生することを抑制できる。その結果、燃料電池システム１の発電性能の安定化を図ることができる。
【００５３】
また、本実施形態の燃料電池システム１は、第１酸化剤ガス通路６０と、送風部４０から送られる空気が一端側から第１酸化剤ガス通路６０を経ずに流入可能に構成され、この空気をカソード２４に供給する第２酸化剤ガス通路６２と、送風部４０から第２酸化剤ガス通路６２への空気の流入を許容する状態と遮断する状態とを切り替え可能な第２ガス流入切替部７０とを備える。このような構成において、送風部４０から送られる空気は、第１酸化剤ガス通路６０に供給されるとともに、第２ガス流入切替部７０が許容状態にある場合に、第１酸化剤ガス通路６０を通過することなく第２酸化剤ガス通路６２に供給される。
【００５４】
そのため、送風部４０から送出された空気によって燃料電池２０及び／又は燃料収容部１０を冷却できるとともに、カソード２４に十分量の空気を供給できる。また、カソード２４には、第１酸化剤ガス通路６０を通過せずに第２酸化剤ガス通路６２に流入した空気が供給されるため、第１酸化剤ガス通路６０を通過した空気を供給する場合に比べて、低温の空気を断続的にカソード２４に供給することができる。これにより、ドライアウトの発生を抑制することができる。その結果、燃料電池システム１の発電性能の安定化を図ることができる。
【００５５】
また、本実施形態の燃料電池システム１では、燃料電池２０及び／又は燃料収容部１０を冷却するための送風と、カソード２４への酸化剤ガスとしての空気の供給とを、同じ送風部４０で実施できる。そのため、冷却と酸化剤ガス供給とを別個の送風部で行う場合に比べて、燃料電池システムの小型化を図ることができる。
【００５６】
また、本実施形態の燃料電池システム１では、第２酸化剤ガス通路６２の一端側が第３酸化剤ガス通路６４を介して第１酸化剤ガス通路６０に接続され、反対の端部側が第４酸化剤ガス通路６８を介して送風部４０に接続されている。そして、制御部５０は、２つのガス流入切替部の状態を、一方が許容状態、他方が遮断状態となるように制御する。これにより、送風部４０から送られる空気を、第１酸化剤ガス通路６０で加温して第２酸化剤ガス通路６２に供給することも、加温せずに第２酸化剤ガス通路６２に供給することもできる。これにより、カソード２４に接する空気の温度及び湿度を高精度に調整でき、燃料電池システム１の発電性能をより一層向上させることができる。
【００５７】
本実施形態の燃料電池システム１において、第１酸化剤ガス通路６０は、アノード２５と燃料収容部１０との間に配置されている。そのため、第１酸化剤ガス通路６０を通過する空気を燃料収容部１０及び燃料電池２０で加温することができるため、カソード２４におけるフラッディングの発生をより確実に抑制することができる。
【００５８】
また、燃料電池システム１には第１フィン７５が設けられているため、燃料電池２０で発生する熱を燃料収容部１０により確実に伝熱することができる。これにより、燃料収容部１０における水素放出が安定化するため、燃料電池システム１の発電を安定化させることができる。さらに、燃料電池システム１には第２フィン７６が設けられているため、燃料電池２０で発生する熱を第１酸化剤ガス通路６０により確実に放熱することができる。これにより、第１酸化剤ガス通路６０を通る空気と燃料電池２０との間でより確実に熱交換することができる。また、燃料電池システム１は、カソード２４の状態に応じて、必要なときだけ空気を間欠的にカソード２４へ送ることができる。そのため、カソードへ常時空気を送るアクティブ型の燃料電池システムと比べて、空気供給に必要な補機の消費電力を削減することができる。
【００５９】
（変形例）
実施形態１に係る燃料電池システム１には、以下の変形例を挙げることができる。変形例に係る燃料電池システム１は、第１ガス流入切替部６６が逆止弁等の弁機構で構成され、第２ガス流入切替部７０が電磁弁で構成されている点を除き、実施形態１に係る燃料電池システム１の構成と共通する。以下、変形例に係る燃料電池システム１について、実施形態１と異なる構成を中心に説明する。
【００６０】
図７（Ａ）−図７（Ｃ）は、実施形態１の変形例に係る燃料電池システムにおける空気流路の制御を説明するための模式図である。変形例に係る燃料電池システム１では、第１ガス流入切替部６６は、回転軸と、回転軸に連結された板部材とを有する、逆止弁等の弁機構で構成されている。板部材は、流路を塞ぐ方向にばね等で付勢されている。第１ガス流入切替部６６の開閉は、制御部５０が送風部４０の送風量を制御することで切り替えられる。第１ガス流入切替部６６は、送風量が大である場合に空気の圧力がばねの付勢力を上回って板部材が押し開かれ、許容状態となるように構成されている。また、第２ガス流入切替部７０は、電気的に弁の開閉が切り替え可能な電磁弁で構成されている。第２ガス流入切替部７０の開閉は、制御部５０により制御される。
【００６１】
第１酸化剤ガス通路６０のみに空気を通したい場合、図７（Ａ）に示すように、制御部５０は、第２ガス流入切替部７０を遮断状態とする。また、制御部５０は、送風部４０の送風量を小に設定する。これにより、第１ガス流入切替部６６の遮断状態が維持される。送風部４０から送られる空気は、第１酸化剤ガス通路６０を通り、第３酸化剤ガス通路６４を経て排気口３ｂから排出される。なお、カソード２４への空気の供給が必要なく、第１酸化剤ガス通路６０にも空気を供給する必要がない場合、制御部５０は、送風部４０を停止させる。これにより送風部４０の送風量は０になる。
【００６２】
一方、カソード２４への空気の供給が必要である場合、図７（Ｂ）に示すように、制御部５０は、第２ガス流入切替部７０を許容状態にする。また、制御部５０は、送風部４０の送風量を中に設定する。これにより、第１ガス流入切替部６６の遮断状態が維持される。送風部４０から送り出された空気は、一部が第１酸化剤ガス通路６０に供給され、第３酸化剤ガス通路６４を経て排気口３ｂから排出される。また、残りの空気は、第４酸化剤ガス通路６８を経て第２酸化剤ガス通路６２に供給される。第２酸化剤ガス通路６２に流入した空気は、一部が燃料電池２０のカソード２４に供給され、残りが開口部２ｂから外部へ排気される。
【００６３】
また、カソード２４への空気の供給が必要である場合、図７（Ｃ）に示すように、制御部５０は、第２ガス流入切替部７０を遮断状態にするとともに、第１ガス流入切替部６６を許容状態にしてもよい。制御部５０は、送風部４０の送風量を大に設定することで、第１ガス流入切替部６６を許容状態に切り替える。送風部４０から送り出された空気は、第１酸化剤ガス通路６０を通り、第３酸化剤ガス通路６４に到る。第１酸化剤ガス通路６０を通過して第３酸化剤ガス通路６４に流入した空気は、一部が排気口３ｂから排出され、残りが第２酸化剤ガス通路６２に供給される。第２酸化剤ガス通路６２に流入した空気は、一部が燃料電池２０のカソード２４に供給され、残りが開口部２ｂから外部へ排気される。
【００６４】
制御部５０は、図７（Ｂ）に示す空気流路の制御と、図７（Ｃ）に示す空気流路の制御とを、温度湿度検出部２９から受信した信号を用いて適宜選択することができる。以上説明した変形例に係る燃料電池システム１によっても、実施形態１に係る燃料電池システム１と同様の効果を得ることができる。
【００６５】
（実施形態２）
実施形態２に係る燃料電池システム１は、排気口３ｂを開閉可能に塞ぐ弁部７８を備える点を除き、実施形態１に係る燃料電池システム１の構成と共通する。以下、実施形態２に係る燃料電池システム１について実施形態１と異なる構成を中心に説明する。
【００６６】
図８（Ａ）−図８（Ｃ）は、実施形態２に係る燃料電池システムにおける空気流路の制御を説明するための模式図である。実施形態２に係る燃料電池システム１は、排気口３ｂを開閉可能に塞ぐ弁部７８を備える。弁部７８の開閉は、制御部５０により制御される。制御部５０は、第１ガス流入切替部６６の状態切り替えと連動して、弁部７８の開閉を切り替える。
【００６７】
第１酸化剤ガス通路６０のみに空気を通したい場合、図８（Ａ）に示すように、制御部５０は、第２ガス流入切替部７０を遮断状態とする。また、制御部５０は、送風部４０の送風量を小に設定する。これにより、第１ガス流入切替部６６の遮断状態が維持される。また、制御部５０は、弁部７８を開状態にする。これにより、送風部４０から送られる空気は、第１酸化剤ガス通路６０を通り、第３酸化剤ガス通路６４を経て排気口３ｂから排出される。なお、カソード２４への空気の供給が必要なく、第１酸化剤ガス通路６０にも空気を供給する必要がない場合、制御部５０は、送風部４０を停止させる。これにより送風部４０の送風量は０になる。
【００６８】
一方、カソード２４への空気の供給が必要である場合、図８（Ｂ）に示すように、制御部５０は、第１ガス流入切替部６６を許容状態にする。また、制御部５０は、送風部４０の送風量を中に設定する。これにより、第２ガス流入切替部７０の遮断状態が維持される。また、制御部５０は、弁部７８を閉状態にする。送風部４０から送り出された空気は、第１酸化剤ガス通路６０を通り、第３酸化剤ガス通路６４に到る。第１酸化剤ガス通路６０を通過して第３酸化剤ガス通路６４に流入した空気は、略全てが第２酸化剤ガス通路６２に供給される。第２酸化剤ガス通路６２に流入した空気は、一部が燃料電池２０のカソード２４に供給され、残りが開口部２ｂから外部へ排気される。
【００６９】
また、カソード２４への空気の供給が必要である場合、図８（Ｃ）に示すように、制御部５０は、第１ガス流入切替部６６を遮断状態にするとともに、送風部４０の送風量を大に設定して第２ガス流入切替部７０を許容状態に切り替える。また、制御部５０は、弁部７８を閉状態にする。送風部４０から送り出された空気は、略全てが第４酸化剤ガス通路６８を経て第２酸化剤ガス通路６２に供給される。第２酸化剤ガス通路６２に流入した空気は、一部が燃料電池２０のカソード２４に供給され、残りが開口部２ｂから外部へ排気される。
【００７０】
制御部５０は、図８（Ｂ）に示す空気流路の制御と、図８（Ｃ）に示す空気流路の制御とを、温度湿度検出部２９から受信した信号を用いて適宜選択することができる。また、制御部５０は、第１ガス流入切替部６６及び第２ガス流入切替部７０の状態にかかわらず弁部７８を開状態のままにして、図６（Ｂ）及び図６（Ｃ）に示す実施形態１の空気流路の制御を組み合わせることもできる。
【００７１】
以上説明した実施形態２に係る燃料電池システム１によっても、実施形態１に係る燃料電池システム１と同様の効果を得ることができる。さらに、本実施形態では、第１ガス流入切替部６６を許容状態にするとともに弁部７８を閉状態にしているため、第２酸化剤ガス通路６２へ供給する空気の量を増大させることができる。これにより、カソード２４に接する空気の温度及び湿度をより一層高精度に調整でき、燃料電池システム１の発電性能をより一層向上させることができる。
【００７２】
（実施形態３）
実施形態３に係る燃料電池システム１は、燃料収容部１０の一方の主表面に燃料電池２０が接し、他方の主表面に第１酸化剤ガス通路６０が接する構造を備える点、第１ガス流入切替部６６及び第２ガス流入切替部７０がともに電磁弁で構成されている点、及び排気口３ｂを開閉可能に塞ぐ弁部７８を備える点を除き、実施形態１に係る燃料電池システム１の構成と共通する。以下、実施形態３に係る燃料電池システム１について実施形態１と異なる構成を中心に説明する。
【００７３】
図９（Ａ）−図９（Ｃ）は、実施形態３に係る燃料電池システムにおける空気流路の制御を説明するための模式図である。本実施形態に係る燃料電池システム１において、燃料収容部１０は、２つの燃料電池２０における一方の燃料電池２０側に配置される第１部分１０Ａと、他方の燃料電池２０側に配置される第２部分１０Ｂとを有する。本実施形態では、第１部分１０Ａと第２部分１０Ｂとは互いに分離されており、したがって、燃料電池システム１は２つの燃料収容部１０を備えている。そして、第１酸化剤ガス通路６０は、第１部分１０Ａと第２部分１０Ｂとの間に配置されている。第１酸化剤ガス通路６０は、空気を第１部分１０Ａ及び第２部分１０Ｂの主表面に沿って通過させる。これにより、第１部分１０Ａ及び／又は第２部分１０Ｂの熱で空気を加温することができる。
【００７４】
第１ガス流入切替部６６及び第２ガス流入切替部７０は、電気的に弁の開閉が切り替え可能な電磁弁で構成されている。第１ガス流入切替部６６及び第２ガス流入切替部７０の開閉は、制御部５０により制御される。また、燃料電池システム１は、排気口３ｂを開閉可能に塞ぐ弁部７８を備える。弁部７８の開閉は、制御部５０により制御される。
【００７５】
第１酸化剤ガス通路６０のみに空気を通したい場合、図９（Ａ）に示すように、制御部５０は、両方の燃料電池２０側の第１ガス流入切替部６６及び第２ガス流入切替部７０を遮断状態にする。また、制御部５０は、弁部７８を開状態にする。これにより、送風部４０から送られる空気は、第１酸化剤ガス通路６０を通り、第３酸化剤ガス通路６４を経て排気口３ｂから排出される。送風部４０の送風量は、第１部分１０Ａ及び第２部分１０Ｂの温度等に応じて、適宜設定することができる。なお、カソード２４への空気の供給が必要なく、第１酸化剤ガス通路６０にも空気を供給する必要がない場合、制御部５０は、送風部４０を停止させる。これにより送風部４０の送風量は０になる。
【００７６】
また、例えば、一方の燃料電池２０（図中右側の燃料電池）のカソード２４へ、未加温の空気を供給する場合、図９（Ｂ）に示すように、制御部５０は、他方の燃料電池２０（図中左側の燃料電池）側の第１ガス流入切替部６６及び第２ガス流入切替部７０を遮断状態にする。また、制御部５０は、右側の第２ガス流入切替部７０を許容状態にし、右側の第１ガス流入切替部６６を遮断状態にする。また、制御部５０は、弁部７８を閉状態にする。送風部４０から送り出された空気は、第４酸化剤ガス通路６８を経て右側の第２酸化剤ガス通路６２に供給される。第２酸化剤ガス通路６２に流入した空気は、一部が右側の燃料電池２０のカソード２４に供給され、残りが開口部２ｂから外部へ排気される。
【００７７】
また、例えば、左側の燃料電池２０のカソード２４へ加温された空気を供給する場合、図９（Ｃ）に示すように、制御部５０は、右側の第１ガス流入切替部６６及び第２ガス流入切替部７０を遮断状態にする。また、制御部５０は、左側の第１ガス流入切替部６６を許容状態にし、左側の第２ガス流入切替部７０を遮断状態にする。また、制御部５０は、弁部７８を閉状態にする。送風部４０から送り出された空気は、第１酸化剤ガス通路６０を通り、第３酸化剤ガス通路６４に到る。第３酸化剤ガス通路６４に流入した空気は、左側の第２酸化剤ガス通路６２に供給される。第２酸化剤ガス通路６２に流入した空気は、一部が左側の燃料電池２０のカソード２４に供給され、残りが開口部２ｂから外部へ排気される。
【００７８】
制御部５０は、図９（Ｂ）に示す空気流路の制御と、図９（Ｃ）に示す空気流路の制御とを、温度湿度検出部２９から受信した信号を用いて適宜選択することができる。また、制御部５０は、両側の第１ガス流入切替部６６及び第２ガス流入切替部７０の許容状態及び遮断状態を、適宜組み合わせることができる。そのため、第１酸化剤ガス通路６０を通過した空気を、両側の燃料電池２０に同時に、あるいはいずれか一方の燃料電池２０のみに供給することができる。また、第１酸化剤ガス通路６０を未通過の空気を、両側の燃料電池２０に同時に、あるいはいずれか一方の燃料電池２０のみに供給することができる。また、制御部５０は、第１ガス流入切替部６６及び第２ガス流入切替部７０の状態にかかわらず弁部７８を開状態のままにして、図６（Ｂ）及び図６（Ｃ）に示す実施形態１の空気流路の制御を組み合わせることもできる。
【００７９】
以上説明した実施形態３に係る燃料電池システム１によっても、実施形態１に係る燃料電池システム１と同様の効果を得ることができる。さらに、本実施形態では、第１ガス流入切替部６６を許容状態にするとともに弁部７８を閉状態にしているため、第２酸化剤ガス通路６２へ供給する空気の量を増大させることができる。これにより、カソード２４に接する空気の温度及び湿度をより一層高精度に調整でき、燃料電池システム１の発電性能をより一層向上させることができる。
【００８０】
なお、本実施形態に係る燃料電池システム１は、２つの燃料収容部１０（第１部分１０Ａと第２部分１０Ｂ）を備えているが、特にこれに限定されない。例えば、燃料収容部１０が筒状であり、筒の中心部分が第１酸化剤ガス通路６０を構成していてもよい。
【００８１】
本発明は、上述の各実施形態及び変形例に限定されるものではなく、当業者の知識に基づいて各種の設計変更等の変形を加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施形態及び変形例も本発明の範囲に含まれうるものである。また、上述した各実施形態及び変型例の各要素を適宜組み合わせたものも、本発明の範囲に含まれうる。
【００８２】
上述の各実施形態及び変形例では、パッシブ型の燃料電池システム１が例示されているが、燃料電池システムは補機等を有するアクティブ型の燃料電池システムであってもよい。また、燃料電池システム１に組み込まれるセルの大きさ、セルの配置、セル間や燃料電池間の電気的な接続形態等は、上述した各実施形態及び変形例の構成に限定されず、適宜変更可能である。例えば、燃料電池２０は、セルが積層されたスタック構造を有してもよい。また、制御部５０及び送風部４０の駆動に必要な電力は、燃料電池２０で生成された電力によって賄っているが、燃料電池システム１を二次電池を備える構成とし、二次電池によって電力を賄ってもよい。
【符号の説明】
【００８３】
１  燃料電池システム、  １０  燃料収容部、  １０Ａ  第１部分、  １０Ｂ  第２部分、  ２０  燃料電池、  ２４  カソード、  ２５  アノード、  ４０  送風部、  ５０  制御部、  ６０  第１酸化剤ガス通路、  ６２  第２酸化剤ガス通路、  ６４  第３酸化剤ガス通路、  ６６  第１ガス流入切替部、  ６８  第４酸化剤ガス通路、  ７０  第２ガス流入切替部。
【図１】
2014072057.tif 000003
【図２】
2014072057.tif 000004
【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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【図８】
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【図９】
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