(57)【要約】【課題】燃料電池システムの体積を最小化することかつ熱効率を上昇させることが可能な燃料電池システム用スタックを提供する。【解決手段】水素と酸素との反応によって電気エネルギーを発生させる電気発生部と，燃料から水素を発生させ，この水素を前記電気発生部へ供給する燃料処理ユニットとを含み，前記電気発生部と前記燃料処理ユニットとが一体に合体してなることを特徴とする燃料電池用スタックおよびこれを含む燃料電池システムに関する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素と酸素との反応によって電気エネルギーを発生させる電気発生部と，
燃料から水素を発生させ，この水素を前記電気発生部へ供給する燃料処理ユニットと，
を含み，
前記電気発生部と前記燃料処理ユニットとが一体に合体してなることを特徴とする，燃料電池用スタック。
【請求項２】
前記電気発生部の運転温度は，１２０℃〜２００℃であることを特徴とする，請求項１に記載の燃料電池用スタック。
【請求項３】
前記スタックは，前記電気発生部を複数備え，前記燃料処理ユニットが前記各電気発生部の間に位置する構造を取ることを特徴とする，請求項１または２に記載の燃料電池用スタック。
【請求項４】
膜／電極接合体（Ｍｅｍｂｒａｎｅ−ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ａｓｓｅｍｂｌｙ：ＭＥＡ）と，
水素移動チャネルおよび酸素移動チャネルを有しながら前記膜／電極接合体の両側面にそれぞれ密着配置されるセパレータとを含んでなる少なくとも１つの電気発生部と，
前記セパレータ移動チャネルの反対側の面に形成され，燃料から水素ガスを発生させこの水素ガスを前記電気発生部へ供給する改質部と，
を含むことを特徴とする，燃料電池用スタック。
【請求項５】
前記電気発生部を複数備える集合体構造からなる前記セパレータは，
前記膜／電極接合体の一面に密着する密着面に水素移動チャネルと，
前記膜／電極接合体の他面に密着する密着面に酸素移動チャネルと
を形成することを特徴とする，請求項４に記載の燃料電池用スタック。
【請求項６】
隣り合う前記電気発生部の間に形成された前記改質部において，
対向して密着する前記各セパレータの移動チャネルの反対側の面にチャネルに設けられることと，
前記２つの移動チャネルが合体して反応通路を形成することと
を特徴とする，請求項４または５に記載の燃料電池用スタック。
【請求項７】
前記反応通路は，前記セパレータの一端から反対側の他端まで複数形成することを特徴とする，請求項４〜６に記載の燃料電池用スタック。
【請求項８】
前記各反応通路の内面に酸化触媒と改質触媒を交番に連続して形成することを特徴とする，請求項４〜７に記載の燃料電池用スタック。
【請求項９】
前記１つの反応通路の内面に酸化触媒と，
隣り合う他の反応通路の内面に改質触媒と，
を形成することを特徴とする，請求項７に記載の燃料電池用スタック。
【請求項１０】
前記改質部は，前記各反応通路の間に蒸発通路を形成することを特徴とする，請求項６〜９に記載の燃料電池用スタック。
【請求項１１】
前記反応通路は，前記各セパレータに貫設される注入口と排出口を有し，この注入口と排出口とを連結するチャネルの形状からなることを特徴とする，請求項６〜１０に記載の燃料電池用スタック。
【請求項１２】
前記反応通路は，蛇行状からなることを特徴とする，請求項６〜１１に記載の燃料電池用スタック。
【請求項１３】
前記反応通路の内面に酸化触媒と改質触媒を交番に連続して形成することを特徴とする，請求項１２に記載の燃料電池用スタック。
【請求項１４】
前記反応通路は，中央部を基準として，
前記注入口側の内面に酸化触媒と，
前記排出口側の内面に改質触媒と，
を形成することを特徴とする，請求項１２に記載の燃料電池用スタック。
【請求項１５】
前記反応通路は，ストライプ状に形成され，この反応通路の内面に酸化触媒と改質触媒を交番に連続して形成することを特徴とする，請求項１１に記載の燃料電池用スタック。
【請求項１６】
膜／電極接合体と，
水素移動チャネルおよび酸素移動チャネルを有しながら前記膜／電極接合体の両側面にそれぞれ密着配置されるセパレータと，
を含んでなる少なくとも１つの電気発生部と，
前記セパレータに連結・設置され，燃料から水素ガスを発生させかつこの水素ガスを前記電気発生部へ供給する改質部と，
を含むことを特徴とする，燃料電池用スタック。
【請求項１７】
前記電気発生部を複数備え，これらの電気発生部による集合体構造からなり，前記セパレータは，前記膜／電極接合体の一面に密着する密着面に水素移動チャネルを形成し，前記膜／電極接合体の他面に密着する密着面に酸素移動チャネルを形成する請求項１６に記載の燃料電池用スタック。
【請求項１８】
前記改質部は，隣り合う前記電気発生部の間に介在される少なくとも１つの反応プレートを含むことを特徴とする，請求項１６または１７に記載の燃料電池用スタック。
【請求項１９】
前記反応プレートは，一端から反対側の他端まで貫設される複数の反応通路を有することを特徴とする，請求項１６〜１８に記載の燃料電池用スタック。
【請求項２０】
前記各反応通路の内面に酸化触媒と改質触媒を交番に連続して形成することを特徴とする，請求項１９に記載の燃料電池用スタック。
【請求項２１】
前記一つの反応通路の内面に酸化触媒を形成し，隣り合う他の反応通路の内面に改質触媒を形成することを特徴とする，請求項１９に記載の燃料電池用スタック。
【請求項２２】
前記反応プレートは，前記各反応通路の間に蒸発通路を形成することを特徴とする，請求項２１に記載の燃料電池用スタック。
【請求項２３】
前記改質部は，
一端から反対側の他端まで複数の第１反応通路を形成する第１反応プレートと，
前記第１反応プレートの一面に密着配置され，一端から反対側の他端まで複数の第２反応通路を形成する第２反応プレートと，
前記第１反応プレートの他面に密着配置され，一端から反対側の他端まで複数の第３反応通路を形成する第３反応プレートと，
を含むことを特徴とする，請求項１８に記載の燃料電池用スタック。
【請求項２４】
前記第１反応通路の内面に酸化触媒を形成し，前記第２，３反応通路の内面に改質触媒を形成することを特徴とする，請求項２３に記載の燃料電池用スタック。
【請求項２５】
前記第２反応通路と前記第３反応通路との間に蒸発通路を形成することを特徴とする，請求項２３または２４に記載の燃料電池用スタック。
【請求項２６】
水素と酸素との反応によって電気エネルギーを発生させる少なくとも１つの電気発生部および前記電気発生部が一体化し，燃料から水素ガスを発生させ，前記水素ガスを前記電気発生部に供給する燃料処理ユニットを含むスタックと，
前記燃料処理ユニットへ前記燃料を供給する燃料供給源と，
前記電気発生部と前記燃料処理ユニットへ前記酸素を供給する酸素供給源と，
を含むことを特徴とする，燃料電池システム。
【請求項２７】
前記燃料は，液体からなることを特徴とする，請求項２６に記載の燃料電池システム。
【請求項２８】
前記燃料は，メタノールと水との混合燃料であることを特徴とする，請求項２６または２７に記載の燃料電池システム。
【請求項２９】
前記電気発生部の運転温度は，１００℃〜２５０℃であることを特徴とする，請求項２６に記載の燃料電池システム。
【請求項３０】
前記スタックは，電気発生部を複数備え，これらの電気発生部による集合体構造からなり，前記燃料処理ユニットが前記各電気発生部の間に位置する構造を取ることを特徴とする，請求項２６に記載の燃料電池システム。
【請求項３１】
前記燃料供給源は，前記燃料を貯蔵する少なくとも１つの燃料タンクと，前記燃料タンクに連結・設置され，前記燃料を排出させる燃料ポンプとを含むことを特徴とする，請求項２６〜３０に記載の燃料電池システム。
【請求項３２】
前記酸素供給源は，少なくとも１つの空気ポンプであることを特徴とする，請求項２６〜３１に記載の燃料電池システム。
【請求項３３】
燃料から水素ガスを発生させ，水素と酸素との反応によって電気エネルギーを発生させるスタックと，
前記スタックへ前記燃料を供給する燃料供給源と，
前記スタックへ前記酸素を供給する酸素供給源と，
を含み，
前記スタックは，膜／電極接合体と，水素移動チャネルおよび酸素移動チャネルを有し，前記膜／電極接合体の両側面にそれぞれ密着配置されるセパレータとを含んでなる少なくとも１つの電気発生部と，
前記セパレータの移動チャネルの反対側の面に形成され，前記燃料から水素ガスを発生させ，この水素を前記電気発生部へ供給する改質部と，
を含むことを特徴とする，燃料電池システム。
【請求項３４】
前記スタックは，前記電気発生部を複数備え，これらの電気発生部による集合体構造からなり，
前記セパレータは，前記膜／電極接合体の一面に密着する密着面に水素移動チャネルを形成し，前記膜／電極接合体の他面に密着する密着面に酸素移動チャネルを形成することを特徴とする，請求項３３に記載の燃料電池システム。
【請求項３５】
前記改質部は，隣り合う前記電気発生部の間に形成されるもので，対向して密着する前記各セパレータの移動チャネルの反対側の面にチャネルが設けられるが，前記２つのチャネルが合体して反応通路を形成し，前記反応通路へ前記燃料を供給して前記燃料から水素を発生させ，この水素を前記電気発生部へ供給する構造を取ることを特徴とする，請求項３３または３４に記載の燃料電池システム。
【請求項３６】
燃料から水素ガスを発生させ，水素と酸素との反応によって電気エネルギーを発生させるスタックと，
前記スタックへ前記燃料を供給する燃料供給源と，
前記スタックへ前記酸素を供給する酸素供給源と，
を含み，
前記スタックは，膜／電極接合体と，
水素移動チャネルおよび酸素移動チャネルを有しながら前記膜／電極接合体の両側面にそれぞれ密着配置されるセパレータと
を含んでなる少なくとも１つの電気発生部と，
前記セパレータに連結・設置され，前記燃料から水素ガスを発生させかつこの水素ガスを前記電気発生部へ供給する改質部と，
を含むことを特徴とする，燃料電池システム。
【請求項３７】
前記スタック部は，前記電気発生部を複数備え，これらの電気発生部による集合体構造からなり，前記セパレータは，前記膜／電極接合体の一面に密着する密着面に水素移動チャネルを形成し，前記膜／電極接合体の他面に密着する密着面に酸素移動チャネルを形成することを特徴とする，請求項３６に記載の燃料電池システム。
【請求項３８】
前記改質部は，隣り合う前記電気発生部の間に介在される少なくとも１つの反応プレートを含むことを特徴とする，請求項３７に記載の燃料電池システム。
【請求項３９】
前記反応プレートは，一端から反対側の他端まで貫設される複数の反応通路を形成し，前記反応通路へ前記燃料を供給して前記燃料から水素ガスを発生させ，この水素ガスを前記電気発生部へ供給する構造を取ることを特徴とする，請求項３８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】
本発明は燃料電池用スタックおよびこれを含む燃料電池システムにかかり，特に改質機能を有するスタックおよびこれを含む燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
周知の如く，燃料電池（Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ）は，メタノール，エタノール，天然ガスなどの炭化水素系列の物質内に含有されている水素と，酸素との電気化学反応によって電気エネルギーを発生させる発電システムである。
【０００３】
このような燃料電池において，近来開発されている高分子電解質型燃料電池（ＰｏｌｙｍｅｒＥｌｃｔｒｏｌｙｔｅＭｅｍｂｒａｎｅＦｕｅｌＣｅｌｌ：以下「ＰＥＭＦＣ」という）は，卓越した出力特性を有し，作動温度が低いうえ，速い始動および応答特性を有するので，自動車などに用いられる移動用電源はもとより，公共建物などに用いられる分散用電源，電子機器などに用いられる小型電源などその応用範囲が広いという利点を持つ。
【０００４】
前記のようなＰＥＭＦＣ方式を採用した燃料電池システムは，スタック（ｓｔａｃｋ），改質器（Ｒｅｆｏｒｍｅｒ），燃料タンク，および燃料ポンプなどを備える。スタックは,複数の単位セルからなる電気発生集合体を形成し，燃料ポンプは燃料タンク内の燃料を改質器へ供給する。
【０００５】
改質器は，スタックに連結・設置され，燃料を改質して水素ガスを発生させるとともにこの水素ガスをスタックへ供給する。
【０００６】
したがって，従来の燃料電池システムは，燃料ポンプの作動により燃料タンク内の燃料を改質器へ供給し，この改質器で燃料を改質して水素を発生させる。
【０００７】
そして，前記水素をスタックへ供給し，空気を別途のポンプなどを介してスタックへ供給する。すると，スタックでは，前記水素と前記空気中の酸素とを電気化学的に反応させて電気エネルギーを発生させる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで，これまでの燃料電池システムにおいては，前記スタックと改質器が別途の構成物として備えられてお互い有機的な結合関係を持っており，このようなシステムの構成の際にその構成が複雑で設置面積が大きいため，システムの製造に難しさを伴ううえ，適用機器の大きさを減らすこともできないという問題点があった。
【０００９】
また，燃料電池の効率的な側面からみては，既存の燃料電池システムは，改質器とスタックが別個の部位で作用することにより，言い換えれば改質器とスタックが別個のボディからなっている状態でスタックが改質器からの水素ガスを受け入れて電気を生成する構成なので，それぞれから生成される熱を効率よく使用することが難しく，これにより全体的な熱効率を極大化していないという問題点があった。
【００１０】
本発明は，従来の燃料電池用スタックおよびこれを含む燃料電池システムが有する上記問題点に鑑みてなされたものであり，本発明の目的は，システムの体積を最小化しかつ熱効率を上昇させることが可能な，新規かつ改良されたスタックおよびこれを含む燃料電池システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するため，本発明の第１の観点によれば，水素と酸素との反応によって電気エネルギーを発生させる電気発生部と，燃料から水素を発生させ，この水素を前記電気発生部へ供給する燃料処理ユニットとを含み，前記電気発生部と前記燃料処理ユニットとが一体に合体してなる構造を取ることを特徴とする，燃料電池用スタックが提供される。
【００１２】
前記電気発生部の運転温度は，１２０℃〜２００℃とすることができる。
【００１３】
前記スタックは，前記電気発生部を複数備えた集合体構造からなり，前記燃料処理ユニットは前記各電気発生部の間に位置する。
【００１４】
また，本発明の他の観点によれば，膜／電極接合体（Ｍｅｍｂｒａｎｅ−ｅｌｅｃｔｒｏｄｅＡｓｓｅｍｂｌｙ：ＭＥＡ）と，水素移動チャネルおよび酸素移動チャネルを有しながら前記膜／電極接合体の両側面にそれぞれ密着配置されるセパレータとを含んでなる少なくとも１つの電気発生部，および前記セパレータの移動チャネルの反対側の面に形成され，燃料から水素ガスを発生させかつこの水素ガスを前記電気発生部へ供給する改質部を含むことを特徴とする，燃料電池用スタックが提供される。
【００１５】
前記スタックは，前記電気発生部を複数備えた集合体構造からなり，前記セパレータは，前記膜／電極接合体の一面に密着する密着面に水素移動チャネルを形成し，前記膜／電極接合体の他面に密着する密着面に酸素移動チャネルを形成してもよい。
【００１６】
前記改質部は，隣り合う前記電気発生部の間に形成されるもので，対向して密着する前記各セパレータの移動チャネルの反対側の面にチャネルが設けられるが，前記２つのチャネルが合体して反応通路を形成してもよい。
【００１７】
前記反応通路は，前記セパレータの一端から反対側の他端まで複数形成されてもよい。
【００１８】
前記各反応通路の内面に酸化触媒と改質触媒を交番に連続して形成してもよい。
【００１９】
前記一つの反応通路の内面に酸化触媒を形成し，隣り合う他の反応通路の内面に改質触媒を形成してもよい。
【００２０】
本発明にかかる燃料電池用スタックにおいて，前記改質部は，前記各反応通路の間に蒸発通路を形成してもよい。
【００２１】
本発明にかかる燃料電池用スタックにおいて，前記反応通路は，前記各セパレータに貫設される注入口と排出口を有しながら，この注入口と排出口とを連結するチャネルの形状からなってもよい。この場合，前記反応通路は蛇行状からなることができる。
【００２２】
前記反応通路の内面に酸化触媒と改質触媒を交番に連続して形成してもよい。
【００２３】
前記反応通路は，中央部を基準として，前記注入口側の内面に酸化触媒を形成し，前記排出口側の内面に改質触媒を形成してもよい。
【００２４】
前記反応通路は，ストライプ状に形成され，この反応通路の内面に酸化触媒と改質触媒を交番に連続して形成してもよい。
【００２５】
また，本発明の別の観点によれば，膜／電極接合体と，水素移動チャネルおよび酸素移動チャネルを有しながら，前記膜／電極接合体の両側面にそれぞれ密着配置されるセパレータとを含んでなる少なくとも１つの電気発生部，および前記セパレータに連結・設置され，燃料から水素ガスを発生させかつこの水素ガスを前記電気発生部へ供給する改質部を含むことを特徴とする，燃料電池用スタックが提供される。
【００２６】
前記スタックは，前記電気発生部を複数備えた集合体構造からなり，前記セパレータは，前記膜／電極接合体の一面に密着する密着面に水素移動チャネルを形成し，前記膜／電極接合体の他面に密着する密着面に酸素移動チャネルを形成してもよい。
【００２７】
前記改質部は，隣り合う前記電気発生部の間に介在される少なくとも一つの反応プレートを含んでもよい。この場合，前記反応プレートは，一端から反対側の他端まで貫設される複数の反応通路を備えてもよい。
【００２８】
前記各反応通路の内面に酸化触媒と改質触媒を交番に連続して形成してもよい。
【００２９】
前記一つの反応通路の内面に酸化触媒を形成し，隣り合う他の反応通路の内面に改質触媒を形成してもよい。
【００３０】
前記反応プレートは，前記各反応通路の間に蒸発通路を形成してもよい。
【００３１】
前記改質部は，一端から反対側の他端まで複数の第１反応通路を形成する第１反応プレートと，前記第１反応プレートの一面に密着配置され，一端から反対側の他端まで複数の第２反応通路を形成する第２反応プレートと，前記第１反応プレートの他面に密着配置され，一端から反対側の他端まで複数の第３反応通路を形成する第３反応プレートとを含んでもよい。
【００３２】
前記第１反応通路の内面に酸化触媒を形成し，前記第２版応通路および前記第３反応通路の内面に改質触媒を形成してもよい。この場合，本発明にかかる燃料電池用スタックは，前記第２反応通路と前記第３反応通路との間に蒸発通路を形成してもよい。
【００３３】
また，本発明の別の観点によれば，水素と酸素との反応によって電気エネルギーを発生させる少なくとも１つの電気発生部，および前記電気発生部と一体化し，燃料から水素ガスを発生させ，前記水素ガスを前記電気発生部へ供給する燃料処理ユニットを含むスタックと，前記燃料処理ユニットへ前記燃料を供給する燃料供給源と，前記電気発生部と前記燃料処理ユニットへ前記酸素を供給する酸素供給源とを含むことを特徴とする，燃料電池システムが提供される。
【００３４】
また，本発明にかかる燃料電池システムにおいて，前記スタックは，前記電気発生部を複数備え，これらの電気発生部による集合体構造からなり，前記燃料処理ユニットが前記各電気発生部の間に位置する構造を取っている。
【００３５】
また，本発明にかかる燃料電池システムにおいて，前記燃料供給源は，前記燃料を貯蔵する少なくとも１つの燃料タンクと，この燃料タンクに連結・設置され，前記燃料を排出させる燃料ポンプとを含んでもよい。
【００３６】
また，本発明にかかる燃料電池システムにおいて，前記酸素供給源は，少なくとも１つの空気ポンプとすることができる。
【００３７】
また，本発明の別の観点によれば，燃料から水素ガスを発生させ，水素と酸素との反応によって電気エネルギーを発生させるスタックと，前記スタックへ前記燃料を供給する燃料供給源と，前記スタックへ前記酸素を供給する酸素供給源とを含み，前記スタックは，膜／電極接合体と，水素移動チャネルおよび酸素移動チャネルを有しながら前記膜／電極接合体の両側面にそれぞれ密着配置されるセパレータとを含んでなる少なくとも１の電気発生部と，前記セパレータの移動チャネルの反対側の面に形成され，前記燃料から水素ガスを発生させかつこの水素を前記電気発生部へ供給する改質部とを含む特徴とする，燃料電池システムが提供される。
【００３８】
前記スタックは，電気発生部を複数備えた集合体構造からなり，前記セパレータは，前記膜／電極接合体の一面に密着する密着面に水素移動チャネルを形成し，前記膜／電極接合体の他面に密着する密着面に酸素移動チャネルを形成してもよい。前記改質部は，隣り合う前記電気発生部の間に形成されるもので，対向して密着する前記各セパレータの移動チャネルの反対側の面にチャネルが設けられるが，前記２つのチャネルが合体して反応通路を形成してもよい。
【００３９】
また，本発明の別の観点によれば，燃料から水素ガスを発生させ，水素と酸素との反応によって電気エネルギーを発生させるスタックと，前記スタックに前記燃料を供給する燃料供給源と，前記スタックへ前記酸素を供給する酸素供給源とを含み，前記スタックは，膜／電極接合体と，水素移動チャネルおよび酸素移動チャネルを有しながら前記膜／電極接合体の両側面にそれぞれ密着配置されるセパレータとを含んでなる少なくとも１つの電気発生部と，前記セパレータに連結・設置され，前記燃料から水素ガスを発生させかつこの水素ガスを前記電気発生部へ供給する改質部とを含むことを特徴とする，燃料電池システムが提供される。
【００４０】
前記スタック部は，前記電気発生部を複数備え，これらの電気発生部による集合体構造からなり，前記セパレータは，前記膜／電極接合体の一面に密着する密着面に水素移動チャネルを形成し，前記膜／電極接合体の他面に密着する密着面に酸素移動チャネルを形成してもよい。
【００４１】
前記改質部は，隣り合う前記電気発生部の間に介在される少なくとも１つの反応プレートを含むことができる。
【００４２】
前記反応プレートは，一端から反対側の他端まで貫設される複数の反応通路を形成してもよい。この場合，本発明にかかる燃料電池システムは，前記反応通路へ前記燃料を供給して前記燃料から水素ガスを発生させ，この水素ガスを前記電気発生部へ供給する構造を取っている。
【発明の効果】
【００４３】
以上のように，本発明によれば，燃料から水素ガスを発生させる改質部，および水素と酸素との反応によって電気エネルギーを発生させる電気発生部を一体に合体させてスタックを形成することにより，全体システムの体積を最小化することができるという効果がある。
【００４４】
また，本発明は，電気発生部から発生する熱を改質部へ伝達し，電気発生部の冷却と改質部の加熱を同時に行うことにより，全体システムの熱効率を極大化することができるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４５】
以下に添付図面を参照しながら，本発明にかかるスタックおよびこれを含む燃料電池システムの好適な実施形態について詳細に説明する。なお，本明細書および図面において，実質的に同一の機能構成を有する構成要素については，同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００４６】
（第１実施形態）
以下に添付図面を参照しながら，本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお，本明細書及び図面において，実質的に同一の機能構成を有する構成要素については，同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００４７】
図１は本発明の実施形態にかかる燃料電池システムの構成を概略的に示したブロック図である。
【００４８】
次に，図１を参照して燃料電池システム１００を説明する。燃料電池システム１００は，燃料を改質して水素を発生させ，この水素と酸化剤とを電気化学的に反応させて電気エネルギーを発生させる高分子電解質型燃料電池（ＰｏｌｙｍｅｒＥｌｅｃｔｒｏｄｅＭｅｍｂｒａｎｅＦｕｅｌＣｅｌｌ：ＰＥＭＦＣ）方式を採用している。
【００４９】
このような燃料電池システム１００において，電気を発生させるための燃料は，メタノール，エタノールまたは天然ガスなどの水素を含む気体または液状の燃料をとすることができる。本実施形態では，液状の燃料を例とする。
【００５０】
また，燃料電池システム１００において，水素と反応する酸化剤は，別途の貯蔵手段に貯蔵された酸素または空気中の酸素を使用することができる。本実施形態では，後者を例とする。
【００５１】
燃料電池システム１００は，燃料から水素を発生させ，この水素と酸素との反応によって電気エネルギーを発生させるスタック１０と，前記スタック１０へ燃料を供給する燃料供給源５０と，前記スタック１０へ酸素を供給する酸素供給源７０とを含む。
【００５２】
前記において，スタック１０は，燃料電池の作用によって電気エネルギーを発生させる電気発生ユニットと，前記燃料から水素を発生させる燃料処理ユニットとが一体に合体し，前記燃料の改質処理および水素と酸素との電気化学反応を行う構造であって，その具体的な構成については後述する。
【００５３】
燃料供給源５０は，前述した燃料，およびこの燃料と水との混合燃料（以下，便宜上「混合燃料」という）を前記スタック１０の燃料処理ユニットに供給するためのものである。この燃料供給源５０は，前記燃料を貯蔵する第１燃料タンク５１と，前記混合燃料を貯蔵する第２燃料タンク５２と，前記第１，２燃料タンク５１，５２に連結・設置され，前記燃料および前記混合燃料を排出させる燃料ポンプ５３とを含む。
【００５４】
酸素供給源７０は，酸素をスタック１０の電気発生ユニットと燃料処理ユニットに供給するためのものである。前記酸素供給源７０は，空気を吸入し，この吸入空気を前記スタック１０に供給する空気ポンプ７１を含む。
【００５５】
図２は，本発明の第１実施形態にかかる燃料電池用スタックの構成を示す分解斜視図，図３は，図２の結合断面構成図，図４は図２の改質部の構造を概略的に示したセパレータの正面構成図である。
【００５６】
前記スタック１０は，水素と酸素との電気化学反応によって電気エネルギーを発生させる複数の電気発生部２０を含む。
【００５７】
前記電気発生部２０は，後述する改質部３０から改質ガスを，酸素供給源７０から空気を供給され，前記改質ガス中の水素と空気中の酸素とを電気化学的に反応させて電気エネルギーを発生させる最小単位の燃料電池を構成する。
【００５８】
したがって，本実施形態では，前記最小単位の電気発生部２０を複数備え，これらを連続して配置することにより，電気発生部２０の集合体構造によるスタック１０を形成することができる。
【００５９】
ここで，前記電気発生部２０は，自動車または住宅発展用に使用する，高温の運転条件を有する燃料電池から構成するが，特に，前記改質部３０から供給される改質ガス中の一酸化炭素の濃度を低減させることが可能な，約１２０℃〜２００℃の運転温度条件を有する燃料電池から構成することできる。
【００６０】
具体的に，前記電気発生部２０は，膜／電極接合体２１を中心におき，その両面にセパレータ（同業界では「バイポーラプレート」という）２２を密着配置して構成できる。
【００６１】
前記膜／電極接合体２１は，水素と酸素との電気化学反応が起こる所定面積の活性領域を有しながら，一面にアノード電極，他面にカソード電極を備え，両電極の間に電解質膜を備える構造からなっている。アノード電極は，前記改質部３０から供給される水素ガス中の水素を酸化反応させ，水素イオン（プロトン）と電子に変換させる機能をする。カソード電極は，酸素供給源７０の稼動によって供給される空気中の酸素と前記アノード電極から移動した水素イオンとを還元反応させ，所定の温度の熱と水分を発生させる機能をする。そして，電解質膜は，アノード電極で生成された水素イオンをカソード電極へ移動させるイオン交換の機能をする。
【００６２】
ここで，前記アノード電極は，一酸化炭素の被毒抵抗性を持つ触媒物質からなるところ，前述したような電気発生部２０の運転温度条件による触媒活性で前記改質ガス中の一酸化炭素の濃度を低減させることが可能な通常の触媒物質からなる。
【００６３】
前記膜／電極接合体２１を挟んでその両面に密着配置される前記セパレータ２２は，膜／電極接合体２１のアノード電極とカソード電極を直列に連結させる伝導体の機能を有し，膜／電極接合体２１の酸化／還元反応に必要な水素ガスと空気を前記アノード電極とカソード電極に供給する通路の機能も有する。
【００６４】
本実施形態において，前記セパレータ２２は，膜／電極接合体２１に密着する面の反対側の面が，隣り合う電気発生部２０のセパレータ２２の膜／電極接合体の反対側の面に対向して密着する配置にすることがよい。
【００６５】
このような前記それぞれのセパレータ２２には，膜／電極接合体２１のアノード電極へ水素を供給するための水素移動チャネル２３と，膜／電極接合体２１のカソード電極へ空気を供給するための酸素移動チャネル２４が形成される。この際，前記水素移動チャネル２３は後述する改質部３０に連結され，前記酸素移動チャネル２４は酸素供給源７０の空気ポンプ７１に連結される。
【００６６】
前記それぞれのセパレータ２２には，水素移動チャネル２３と酸素移動チャネル２４へ水素ガスと空気を注入させるためのマニホールドタイプの第１，２注入口２２ａ，２２ｂと，それぞれのチャネル２３，２４を通過しながら膜／電極接合体２１に対し反応して残った水素ガスと空気を排出させるためのマニホールドタイプの第１，２排出口２２ｃ，２２ｄが形成される。
【００６７】
前記第１注入口２２ａは，酸素移動チャネル２４に連通せずかつ水素移動チャネル２３とは連通するように形成され，前記第２注入口２２ｂは，水素移動チャネル２３に連通せずかつ酸素移動チャネル２４とは連通するように形成され，前記第１排出口２２ｃは，酸素移動チャネル２４に連通せずかつ水素移動チャネル２３とは連通するように形成され，前記第２排出口２２ｄは，水素移動チャネル２３に連通せずかつ酸素移動チャネル２４とは連通するように形成される。この際，前記第１，２注入口２２ａ，２２ｂは，セパレータの一端に，前記第１，２排出口２２ｃ，２２ｄは，注入口と反対側のセパレータ面の他端にそれぞれ形成することができる。
【００６８】
このように構成されるスタック１０に本発明にかかる改質部３０を提供するが，この改質部３０は，複数の電気発生部２０の間に配置され，前記混合燃料から改質ガスを発生させ，この改質ガスを前記電気発生部２０へ供給する機能をする。
【００６９】
本発明において，前記改質部３０は，燃料と空気との酸化反応によってスタック１０全体を約２００℃まで予熱させ，混合燃料と空気との自熱反応（Ａｕｔｏ−ＴｈｅｒｍａｌＲｅａｃｔｉｏｎ：ＡＴＲ）および前記熱エネルギーによる混合燃料の水蒸気改質（Ｓｔｅａｍ Ｒｅｆｏｒｍｉｎｇ：ＳＲ）反応によって前記混合燃料から水素を発生させる構造になっている。
【００７０】
具体的に，前記改質部３０は，隣り合う電気発生部２０の間に形成され，純粋な燃料と空気，混合燃料と空気を通過させながら前記酸化反応，前記自熱反応および前記水蒸気改質反応を同時に行う反応通路３１を含む。
【００７１】
この反応通路３１は，隣り合う電気発生部２０に対し対向して密着するセパレータ２２の密着面にそれぞれ形成されるチャネル３１ａによって形成できる。この際，前記チャネル３１ａは，一つの電気発生部２０のセパレータ２２の膜／電極接合体２１に密着する面の反対面と，このセパレータ２２に対向して密着する隣接電気発生部２０のセパレータ２２の接面にそれぞれ形成できる。
【００７２】
したがって，一電気発生部２０のセパレータ２２と，この電気発生部２０に隣り合う他の電気発生部２０のセパレータ２２が対向する形で密着する過程で前記チャネル３１ａが合体することにより，本実施形態にかかる反応通路３１を形成することができる。この際，前記反応通路３１は，セパレータ２２の一端から反対側の他端まで貫設され，一端から純粋な燃料と空気，混合燃料と空気を注入し，前述した酸化反応，自熱反応および水蒸気改質反応によって発生する水素ガス，未反応燃料および水を反対側の他端から排出させるようになっている。
【００７３】
前記反応通路３１は，第１燃料タンク５１および空気ポンプ７１に連結され，第２燃料タンク５２と空気ポンプ７１に連結される。このような連結構造において，本実施形態にかかるスタック１０は，反応通路３１の一端に燃料と空気，混合燃料と空気が供給され，前記反応通路３１の反対側の他端から未反応燃料，水および水素ガスが排出されるように構成されたものを例示しながら，どのように燃料，混合燃料および空気が一端に供給されるかと，どのように水素ガス，未反応燃料および水が反対側の他端から排出されるかについての具体的な構成を省略している。これに関する構成は公知のものが適用できる。
【００７４】
本実施形態において，前記反応通路３１は，チャネル３１ａの内面に，アルミナからなる膜状の担体３２を形成し，この担体３２に触媒物質を担持して構成される酸化触媒３３と改質触媒３４をチャネル３１ａの長さ方向に沿って交番に連続して形成している（図４参照）。
【００７５】
この際，前記担体３２は，触媒物質を担持する機能の他にも，電気発生部２０からの電流が液状の燃料（混合燃料）を介して漏れることを絶縁する絶縁膜の機能をする。ここで，前記酸化触媒３３は，燃料と空気との酸化反応を促進させ，予め設定された温度範囲の熱エネルギーを発生させる通常の酸化触媒物質からなり，前記改質触媒３４は，混合燃料の水蒸気改質反応を促進させ，この混合燃料から水素を発生させる通常の改質触媒物質からなる。
【００７６】
一方，本実施形態にかかる燃料電池システム１００は，改質部３０の反応通路３１を介して排出される水素，未反応燃料および水を熱交換によってそれぞれ分離，回収し，前記水素を電気発生部２０へ供給する回収部材９０を含んでいる（図１参照）。
【００７７】
前記回収部材９０は，通常の構造の凝縮器または気液分離器をその例として挙げることができ，前記水素ガスを電気発生部２０へ供給するために，パイプラインを介してセパレータ２２の第１注入口２２ａと連結・設置される。
【００７８】
以下，このように構成される本発明の実施形態にかかる燃料電池システムの動作を詳細に説明する。
【００７９】
まず，本システム１００の初期起動の際，燃料ポンプ５３を稼動させ，第１燃料タンク５１に貯蔵された純粋な燃料を改質部３０の反応通路３１へ供給する。これと同時に，空気ポンプ７１を稼動させ，空気を前記反応通路３１へ供給する。すると，前記燃料と空気は反応通路３１を通過しながら酸化触媒３３によって酸化反応を起こす。
【００８０】
したがって，本実施形態にかかる改質部３０では，前記酸化反応によって燃料と空気が燃焼するにつれて，予め設定された温度範囲の熱エネルギーを発生させる。これにより，本実施形態にかかるスタック１０は，隣り合う電気発生部２０の間に改質部３０を備えることにより，前記熱エネルギーがそれぞれの電気発生部２０に伝達されるので，スタック１０全体の固有な運転条件に相応する温度範囲，例えば１２０℃〜２００℃に予熱される。このような状態で，燃料ポンプ５３の稼動によって，第２燃料タンク５２に貯蔵された混合燃料を改質部３０の反応通路３１へ供給する。これと同時に，空気ポンプ７１の稼動によって空気を前記反応通路３１へ供給する。すると，前記混合燃料は，反応通路３１を通過しながら，前述した熱エネルギーによって蒸発する。その途中，前記蒸発した混合燃料中に含有されている燃料の一部と空気とは酸化触媒３３によって自熱反応を起こす。
【００８１】
したがって，本実施形態にかかる改質部３０では，前記自熱反応によって燃料と空気とが燃焼するにつれて，スタック１０の運転温度条件に相応する熱エネルギー，および後述する水蒸気改質反応に必要な熱エネルギーを発生させる。この際，本システム１００は，改質部３０の反応通路３１へ供給される空気の量を空気弁体（図示せず）によって調節することができる。
【００８２】
そこで，本システム１００は，前記空気弁体の開閉量の度合いによって反応通路３１への空気供給量が異なるので，この空気供給量を選択的に調節して前記熱エネルギーの温度範囲を制御することができる。
【００８３】
これに加えて，本実施形態にかかる改質部３０では，改質触媒３４による前記蒸発した混合燃料の水蒸気改質反応によって水素を発生させる。この際，前記改質部３０は，改質触媒３４による混合燃料の水蒸気改質反応が吸熱反応なので，このような改質反応に必要な熱エネルギーの提供を前述したような燃料と空気との自熱反応を介して受けることができる。
【００８４】
このような場合，本システム１００は，前記反応通路３１へ供給される混合燃料の濃度または改質触媒３４の触媒量を選択的に調節することにより，前記熱エネルギーの温度範囲を制御することができる。
【００８５】
その後，前記水素は，反応通路３１の端部から排出されるが，この反応通路３１を通過しながら未反応燃料および水と共に排出される。したがって，前記水素，未反応燃料および水は回収部材９０によってお互い分離される。特に，前記水素はパイプラインを介してセパレータ２２の第１注入口２２ａへ供給される。
【００８６】
これと同時に，前記空気ポンプ７１の稼動によって空気をセパレータ２２の第２注入口２２ｂへ供給する。すると，前記水素ガスはセパレータ２２の水素移動チャネル２３を介して膜／電極接合体２１のアノード電極へ，前記空気はセパレータ２２の酸素移動チャネル２４を介して膜／電極接合体２１のカソード電極へそれぞれ供給される。
【００８７】
したがって，前記アノード電極では，水素の酸化反応によって前記水素を電子とプロトン（水素イオン）に分解する。前記プロトンは膜／電極接合体２１の電解質膜を介してカソード電極へ移動し，電子は電界質膜を介して移動せず，セパレータ２２または別途の端子部（図示せず）を介して隣接膜／電極接合体２１のカソード電極へ移動する。この際，電子の流れで電流を発生させる。
【００８８】
前記カソード電極では，電解質膜を介してカソード電極に移動した水素イオンと，空気中に含有されている酸素との還元反応によって所定温度の熱と水分を発生させる。これにより，本発明にかかる燃料電子システム１００は，このような一連の過程を繰り返し行うことにより，予め設定された出力量の電気エネルギーを所定のロード（例えば，ラップトップコンピュータ）へ出力させることができる。
【００８９】
一方，本発明にかかる燃料電池システム１００は，スタック１０全体の適正な運転温度範囲（約１２０℃〜２００℃）を保たせるために，上述したように前記発生部２０から発生する熱を持続的に冷却させる必要がある。本実施形態では，隣り合う電気発生部２０の間に改質部３０を備えているので，前記した熱は，電気発生部２０を介して改質部３０に伝達され，前述した燃料と空気との自熱反応によって発生する熱エネルギーと共に混合燃料の水蒸気改質反応に必要な熱エネルギーとして用いられる。
【００９０】
これは，電気発生部２０から発生する熱を前記混合燃料の水蒸気改質反応によって冷却させることができることを意味する。しかも，前記水蒸気改質反応に必要な熱エネルギー源の供給を燃料と空気との自熱反応に全く依存せず，前記電気発生部２０から発生する熱を前記熱エネルギー源として使用することができる。
【００９１】
一方，本発明にかかる燃料電池システム１００において，改質部３０から発生する改質ガス中には，副生成物としての一酸化炭素を微量含有しているが，電気発生部２０が１２０℃〜２００℃の高温運転条件を有しながら，膜／電極接合体２１のアノード電極が一酸化炭素の被毒抵抗性を有する触媒物質からなっているため，前記触媒の活性によって一酸化炭素の濃度を低減させることができる。
【００９２】
図５Ａ〜図５Ｅは本発明の第１実施形態にかかる改質部の変形例を概略的に示したセパレータの正面構成図である。
【００９３】
図５Ａを参照すると，本実施形態にかかる改質部３０Ａの第１変形例は，前記実施形態と同様に，セパレータ２２の一端から反対側の他端まで貫設される複数の反応通路３１Ａを備えるが，この反応通路３１Ａにおいて，一つの反応通路３１Ａの内面に酸化触媒３３Ａを，これと隣り合う他の反応通路３１Ａの内面に改質触媒３４Ａをそれぞれ形成し，前記それぞれの反応通路３１Ａに対し酸化触媒３３Ａと改質触媒３４Ａを交番に形成する構造になっている。
【００９４】
したがって，本変形例によれば，純粋な燃料と空気を前記一つの反応通路３１Ａに供給すると，前記酸化触媒３３Ａによる燃料と空気との酸化反応によって，予め設定された温度範囲の熱エネルギーを発生させる。
【００９５】
このような熱エネルギーは，前記他の反応通路３１Ａの改質触媒３４Ａに伝達される。そして，混合燃料を前記他の反応通路３１Ａに供給すると，この混合燃料が前記熱エネルギーを吸熱して蒸発し，改質触媒３４Ａによる混合燃料の水蒸気改質反応によって水素を発生させる。
【００９６】
図５Ｂを参照すると，本実施形態にかかる改質部１３０の第２変形例は，前記第１変形例の構造を基本としながら，それぞれの反応通路１３１の間に蒸発通路１３５を形成する構造になっている。
【００９７】
すなわち，第２変形例にかかる改質部１３０は，前記第１変形例と同様に，酸化触媒１３３を形成している反応通路１３１と，改質触媒１３４を形成している反応通路１３１との間に，蒸発通路１３５を形成している構成である。
【００９８】
ここで，前記蒸発通路１３５は，酸化触媒１３３による燃料と空気との酸化反応によって発生する熱エネルギーの提供を受けて混合燃料を蒸発させ，前記蒸発した混合燃料を，改質触媒１３４の形成されている反応通路１３１へ供給する機能をする。
【００９９】
したがって，本変形例によれば，純粋な燃料と空気を前記酸化触媒１３３の形成されている反応通路１３１へ供給すると，前記酸化触媒１３３による燃料と空気との酸化反応によって，予め設定された温度範囲の熱エネルギーを発生させる。
【０１００】
このような熱エネルギーは，本変形例による蒸発通路１３５に伝達される。そして，混合燃料を前記蒸発通路１３５に供給すると，この混合燃料は蒸発通路１３５を通過しながら，前記熱エネルギーによって蒸発する。
【０１０１】
これにより，前記蒸発した混合燃料は，改質触媒１３４の形成されている反応通路１３１を介して供給されるので，本変形例にかかる改質部１３０では，前記改質触媒１３４による混合燃料の水蒸気改質反応によって水素ガスを発生させる。
【０１０２】
図５Ｃを参照すると，本実施形態にかかる改質部２３０の第３変形例は，隣り合う電気発生部（図示せず）のセパレータ２２の接面に任意の間隔をおいて直線状に配置される複数の直線パスを形成し，この直線パスの両端が交互に連結されて全体的な形状が蛇行状からなる反応通路２３１を構成する。
【０１０３】
このような反応通路２３１は，各セパレータ２２に貫設される，注入口２３７と排出口２３９とを連結するチャネルの形状を有する。前記反応通路２３１の内面には，酸化触媒２３３と改質触媒２３４をこの反応通路２３１のパス方向に沿って交番に連続して形成してある。
【０１０４】
図５Ｃにおいて，２２ａ，２２ｂは，セパレータ２２の水素移動チャネル（図示せず）と酸素移動チャネル（図示せず）へ水素ガスと空気を注入させるためのマニホールドタイプの第１，２注入口を示し，２２ｃ，２２ｄは，前記各チャネルを通過しながら反応して残った水素ガスと空気を排出させるためのマニホールドタイプの第１，２排出口を示す。
【０１０５】
したがって，本変形例によれば，システムの初期起動の際に前記注入口２３７から反応通路２３１へ純粋な燃料と空気を供給すると，酸化触媒２３３による燃料と空気との酸化反応によって熱エネルギーを発生させ，この熱エネルギーによってスタック全体を予熱させることができる。
【０１０６】
このような状態で，前記反応通路２３１に混合燃料と空気を供給すると，混合燃料が前記熱エネルギーによって蒸発し，燃料の一部と空気との酸化触媒２３３による自熱反応によって熱エネルギーを発生させ，改質触媒２３４による前記蒸発した混合燃料の水蒸気改質反応によって水素ガスを発生させる。前記水素ガスは，排出口２３９から排出され，セパレータ２２の第１注入口２２ａに供給される。
【０１０７】
図５Ｄを参照すると，本実施形態にかかる改質部３３０の第４変形例は，前述した変形例と同様に注入口３３７と排出口３３９をチャネルの形で連結する反応通路３３１において，この反応通路３３１の中央部を基準として，注入口３３７側の反応通路３３１の内面に酸化触媒３３３を形成し，排出口３３９側の反応通路３３１の内面に改質触媒３３４を形成する構造になっている。
【０１０８】
したがって，本変形例によれば，注入口３３７から混合燃料と空気を注入すると，前記混合燃料中に含有されている燃料の一部と空気との酸化触媒３３３による酸化反応によって，予め設定された温度範囲の熱エネルギーを発生させる。
【０１０９】
これにより，混合燃料は，前記熱エネルギーによって蒸発し，本変形例による改質部３３０では，改質触媒３３４による前記蒸発した混合燃料の水蒸気改質反応によって水素ガスを発生させる。
【０１１０】
図５Ｅを参照すると，本実施形態に係改質部４３０の第５変形例は，第３，４変形例と同様の注入口４３７と排出口４３９との間にストライプ状の反応通路４３１を形成し，前記反応通路４３１の内面に酸化触媒４３３と改質触媒４３４を交番に連続して形成する構造になっている。
【０１１１】
したがって，本変形例によれば，システムの初期起動の際に前記注入口４３７から反応通路４３１へ純粋な燃料と空気を供給すると，酸化触媒４３３による燃料と空気との酸化反応によって熱エネルギーを発生させ，この熱エネルギーによってスタック全体を予熱させることができる。
【０１１２】
このような状態で，前記反応通路４３１に混合燃料と空気を供給すると，混合燃料が前記熱エネルギーによって蒸発し，燃料の一部と空気との酸化触媒４３３による自熱反応によって熱エネルギーを発生させ，改質触媒４３４による前記蒸発した混合燃料の水蒸気改質反応によって水素ガスを発生させる。
【０１１３】
（第２実施形態）
図６は，本発明の第２実施形態にかかる燃料電池用スタックの構成を示す分解斜視図である。
【０１１４】
図６を参照すると，本実施形態にかかる燃料電池用スタック５１０は，隣り合う電気発生部５２０のセパレータ５２２の間に反応プレート５４０を設置し，この反応プレート５４０に複数の反応通路５３１を形成する改質部５３０を構成することができる。この際，前記反応通路５３１は，反応プレート５４０の一端から反対側の他端まで貫設する。
【０１１５】
図７は図６の改質部を示した反応プレートの断面構成図である。
【０１１６】
図７を参照すると，前記改質部５３０は，反応プレート５４０に貫設される反応通路５３１の内面に，アルミナからなる膜状の担体（図示せず）を形成し，この担体に触媒物質を担持して構成される酸化触媒５３３と改質触媒５３４を反応通路５３１の長さ方向に沿って交番に連続して形成している。
【０１１７】
このように構成される本実施形態にかかるスタックの残りの構成および作用は前記実施形態と同様なので，その詳細な説明は略する。
【０１１８】
図８Ａおよび図８Ｂは，本発明の第２実施形態にかかる改質部の変形例を概略的に示した断面構成図である。
【０１１９】
図８Ａを参照すると，本実施形態にかかる改質部の第１変形例は，前記実施形態と同様に，反応プレート５４０Ａの一端から反対側の他端まで貫設される複数の反応通路５３１Ａを備え，この反応通路５３１Ａにおいて１つの反応通路５３１Ａの内面に酸化触媒５３３Ａを形成し，これと隣り合う他の反応通路５３１Ａの内面に改質触媒５３４Ａを形成し，それぞれの反応通路５３１Ａに対し酸化触媒５３３Ａと改質触媒５３４Ａを交番に形成する構造になっている。
【０１２０】
このように構成される本変形例にかかる改質部５３０Ａの残りの構成および作用は前述した図５Ａの変形例と同様なので，その詳細な説明は略する。
【０１２１】
図８Ｂを参照すると，本実施形態にかかる改質部５３０の第２変形例は，前記第１変形例の構造を基本としながら，反応プレート５４０Ｂに貫設されるそれぞれの反応通路５３１Ａの間に蒸発通路５３５を形成する構造になっている。すなわち，前記第１変形例と同様に，酸化触媒５３３Ａを形成している反応通路５３１Ａと，改質触媒５３４Ａを形成している反応通路５３１Ａとの間に蒸発通路５３５を形成する構造になっている。
【０１２２】
このように構成される本変形例にかかる改質部５３０Ｂの残りの構成および作用は前述した図５Ｂの変形例と同様なので，その詳細な説明は略する。
【０１２３】
（第３実施形態）
図９は本発明の第３実施形態にかかる燃料電池用スタックの構成を示す断面構成図である。
【０１２４】
図９を参照すると，本実施形態にかかる燃料電池用スタック６１０は，前記実施形態の構造を基本としながら，隣り合う電気発生部６２０のセパレータ６２２の間に複数の反応プレート６４１，６４２，６４３を介在した改質部６３０を構成することができる。
【０１２５】
本実施形態にかかる前記改質部６３０は，複数の第１反応通路６３１Ａを貫通して設けられる第１反応プレート６４１と，前記第１反応プレート６４１の一面に密着配置され，複数の第２反応通路６３１Ｂを貫通して設けられる第２反応プレート６４２と，前記第１反応プレート６４１の他面に密着配置され，複数の第３反応通路６３１Ｃを貫通して設けられる第３反応プレート６４３とを含むことができる。
【０１２６】
ここで，第１反応通路６３１Ａの内面には酸化触媒６３３を形成し，前記第２，３反応通路６３１Ｂ，６３１Ｃの内面には改質触媒６３４を形成している。このように構成される本実施形態にかかる燃料電池用スタック６１０の作用を説明すると，純粋な燃料と空気を第１反応プレート６４１の第１反応通路６３１Ａに供給する。すると，第１反応プレート６４１では，酸化触媒６３３による燃料と空気との酸化反応によって，予め設定された温度範囲の熱エネルギーを発生させる。このような熱エネルギーは，第１反応プレート６４１を介して第２，３反応プレート６４２，６４３へ伝達される。
【０１２７】
そして，混合燃料を前記第２，３反応プレート６４２，６４３の第２，３反応通路６３１Ｂ，６３１Ｃへ供給する。すると，混合燃料は前記熱エネルギーを吸熱して蒸発し，前記第２，３反応プレート６４２，６４３では，改質触媒６３４による混合燃料の水蒸気改質反応によって水素ガスを発生させる。
【０１２８】
（第４実施形態）
図１０は，本発明の第４実施形態にかかる燃料電池用スタックの構成を示す断面構成図である。
【０１２９】
図１０を参照すると，本実施形態にかかる燃料電池用スタック７１０は，前記実施形態の構造を基本としながら，第２，３反応プレート７４２，７４３の第２，３反応通路７３１Ｂ，７３１Ｃの間に蒸発通路７３５をそれぞれ形成する構造になっている。すなわち，第１反応プレート７４１の第１反応通路７３１Ａに酸化触媒７３３を形成し，その両側面に密着配置される第２，３反応プレート７４２，７４３の反応通路７３１Ｂ，７３１Ｃに改質触媒７３４を形成している改質部７３０において，改質部７３０それぞれの第２，３反応通路７３１Ｂ，７３１Ｃの間に蒸発通路７３５を付加的に形成する。このような蒸発通路７３５は，酸化触媒７３３による燃料と空気との酸化反応によって発生する熱エネルギーの提供を受けて混合燃料を蒸発させ，前記蒸発した混合燃料を第２，３反応通路７３１Ｂ，７３１Ｃへ供給する機能をする。
【０１３０】
したがって，本実施形態によれば，純粋な燃料と空気を第１反応通路７３１Ａへ供給すると，第１反応プレート７４１では，酸化触媒７３３による燃料と空気との酸化反応によって，予め設定された温度範囲の熱エネルギーを発生させる。このような熱エネルギーは，本実施形態にかかる蒸発通路７３５に伝達される。混合燃料を前記蒸発通路７３５に供給すると，この混合燃料は，蒸発通路７３５を通過しながら前記熱エネルギーによって蒸発する。
【０１３１】
これにより，前記蒸発した混合燃料は第２，３反応通路７３１Ｂ，７３１Ｃへ供給されるが，前記第２，３反応プレート７４２，７４３では，改質触媒７３４による混合燃料の水蒸気改質反応によって水素ガスを発生させる。
【０１３２】
以上，添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが，本発明はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば，特許請求の範囲に記載された範疇内において，各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり，それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【０１３３】
以上，添付図面を参照しながら本発明にかかる改質機能を有するスタックおよびこれを含む燃料電池システムの好適な実施形態について説明したが，本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば，特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり，それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【産業上の利用可能性】
【０１３４】
本発明は，燃料電池用スタックおよびこれを含む燃料電池システムに適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１３５】
【図１】実施形態にかかる燃料電池システムの構成を概略的に示すブロック図である
【図２】第１実施形態にかかる燃料電池用スタックの構成を示す分解斜視図である。
【図３】図２の結合断面構成図である。
【図４】図２の改質部の構造を概略的に示したセパレータの正面構成図である。
【図５Ａ】第１実施形態にかかる改質部の第１変形例を概略的に示したセパレータの正面構成図である。
【図５Ｂ】第１実施形態にかかる改質部の第２変形例を概略的に示したセパレータの正面構成図である。
【図５Ｃ】第１実施形態にかかる改質部の第３変形例を概略的に示したセパレータの正面構成図である。
【図５Ｄ】第１実施形態にかかる改質部の第４変形例を概略的に示したセパレータの正面構成図である。
【図５Ｅ】第１実施形態にかかる改質部の第５変形例を概略的に示したセパレータの正面構成図である。
【図６】第２実施形態にかかる燃料電池用スタックの構成を示した分解斜視図である
【図７】図６の改質部を示した反応プレートの断面構成図である。
【図８Ａ】第２実施形態にかかる改質部の第１変形例を概略的に示した断面構造図である。
【図８Ｂ】第２実施形態にかかる改質部の第２変形例を概略的に示した断面構造図である。
【図９】第３実施形態にかかる燃料電池用スタックの構成を示した断面構成図である
【図１０】第４実施形態にかかる燃料電池用スタックの構成を示した断面構成図である。
【符号の説明】
【０１３６】
１０      スタック
２０      電気発生部
２１      膜／電極接合体
２２      セパレータ
２２ａ    第１注入口
２２ｂ    第２注入口
２２ｃ    第１排出口
２２ｄ    第２排出口
２３      水素移動チャネル
２４      酸素移動チャネル
３０      改質部
３０Ａ    改質部
３１      反応通路
３１Ａ    反応通路
３２      担体
３３      酸化触媒
３４      改質触媒
３４Ａ    改質触媒
５０      燃料供給源
５１      第１燃料タンク
５２      第２燃料タンク
５３      燃料ポンプ
７０      酸素供給源
７１      空気ポンプ
９０      回収部材
１００    燃料電池システム
１３０    改質部
１３１    反応通路
１３３    酸化触媒
１３４    改質触媒
１３５    蒸発経路
２３０    改質部
２３１    反応通路
２３３    酸化触媒
２３４    改質触媒
２３７    注入口
２３９    排出口
３３０    改質部
３３１    反応通路
３３３    酸化触媒
３３４    改質触媒
３３７    注入口
３３９    排出口
４３０    改質部
４３１    反応通路
４３３    酸化触媒
４３４    改質触媒
４３７    注入口
４３９    排出口
５１０    スタック
５２０    電気発生部
５２１    膜／電極接合体
５２２    セパレータ
５３０    改質部
５３０Ａ  改質部
５３０Ｂ  改質部
５３１    反応通路
５３１Ａ  反応通路
５３３    酸化触媒
５３３Ａ  酸化触媒
５３４    改質触媒
５３４Ａ  改質触媒
５３５    蒸発通路
５４０    反応プレート
５４０Ａ  反応プレート
５４０Ｂ  反応プレート
６１０    スタック
６２０    電気発生部
６２２    セパレータ
６３０    改質部
６３１Ａ  反応通路
６３１Ｂ  反応通路
６３１Ｃ  反応通路
６３３    酸化触媒
６３４    改質触媒
６４１    第１反応プレート
６４２    第２反応プレート
６４３    第３反応プレート
７１０    スタック
７２０    電気発生部
７２２    セパレータ
７３０    改質部
７３１Ａ  反応通路
７３１Ｂ  反応通路
７３１Ｃ  反応通路
７３３    酸化触媒
７３４    改質触媒
７３５    蒸発通路
７４１    第１反応プレート
７４２    第２反応プレート
７４３    第３反応プレート
【図１】
2006261120.tif 000003
【図２】
2006261120.tif 000004
【図３】
2006261120.tif 000005
【図４】
2006261120.tif 000006
【図５Ａ】
2006261120.tif 000007
【図５Ｂ】
2006261120.tif 000008
【図５Ｃ】
2006261120.tif 000009
【図５Ｄ】
2006261120.tif 000010
【図５Ｅ】
2006261120.tif 000011
【図６】
2006261120.tif 000012
【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
2006261120.tif 000015
【図９】
2006261120.tif 000016
【図１０】
2006261120.tif 000017