(57)【要約】【課題】  水素発生器で生じさせた水素ガスに含まれる水蒸気による水素ガス流路の閉塞を回避し、安定した出力が得られる燃料電池システムを提供する。【解決手段】  燃料電池と、水素発生器と、燃料電池と水素発生器とを接続する接続部とを備え、水素発生器は、反応室と接続部との間に設けられ、反応部より低温であり、かつ接続部の温度以下に保たれる放熱部を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料極と酸化剤極と前記燃料極及び前記酸化剤極に挟持された電解質膜から構成される燃料電池と、
前記燃料極に供給する水素ガスを発生させる水素発生器と、
前記燃料電池と前記水素発生器とを接続する接続部とを備え、
前記水素発生器は、
前記水素ガスを発生させる反応が起こる反応部と、
前記反応部と前記接続部との間に設けられ、前記反応部より低温であり、かつ前記接続部の温度以下に保たれる放熱部と、
を備えることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
燃料極と酸化剤極と前記燃料極及び前記酸化剤極に挟持された電解質膜から構成される燃料電池と、
前記燃料極に供給する水素ガスを発生させる水素発生器と、
前記水素発生器は、
前記水素ガスを発生させる反応が起こる反応部と、
前記反応部と前記燃料電池との間に設けられ、前記反応部より低温であり、かつ前記燃料電池の温度以下に保たれる放熱部と、
を有することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項３】
前記接続部は前記燃料電池の温度以下に保たれていることを特徴とする、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記接続部と前記燃料電池との間には、前記接続部と前記燃料電池との温度が等しくなるように熱交換機構を備えることを特徴とする、請求項１または３に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記接続部と前記放熱部との間には、前記接続部と前記放熱部との温度が等しくなるように熱交換機構を備えることを特徴とする、請求項１または３または４のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記放熱部と前記燃料電池との間には、前記放熱部と前記燃料電池との温度が等しくなるように熱交換機構を備えることを特徴とする、請求項２に記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記放熱部には、放熱板を備えることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項８】
前記放熱部には、ヒートパイプを備える請求項１から４のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項９】
前記反応部と前記放熱部の間を断熱する構造を備える請求項１から６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】
燃料電池は、固体高分子電解質膜を挟んで燃料と酸化剤を有する発電部を備え、燃料側には例えば水素やメタノール等の燃料流体を供給し、酸化剤側には例えば酸素や空気といった酸化用流体を供給することにより、電気化学反応によって電力を発生する。
【０００３】
固体高分子電解質膜は、固体高分子電解質膜に含まれる水を介して、燃料から酸化剤にプロトンを移動させる。固体高分子電解質膜に含まれる水が不足すると、プロトンを移動させにくくなるため、燃料電池の電気化学反応が良好に行われず、燃料電池の出力性能が低下するという問題が生じる。この問題を解決するために、固体高分子電解質膜内の水が不足しないように、燃料電池から排出される排ガスに含まれる水分を、水透過膜を介して、供給ガスに移動させて、燃料ガスの加湿を行う加湿装置を有する燃料電池システムが特許文献１に開示されている。しかしながら特許文献１の燃料電池システムは、装置を複雑化する必要がある。
【０００４】
この点を鑑みて、燃料ガスを生成する際の反応熱を利用し、燃料ガスに加湿を行う燃料電池システムが特許文献２に開示されている。ケミカルハイドライドと呼ばれる金属水素化物を加水分解する方法や金属と塩基性あるいは酸性水溶液との発熱反応によって水素を得る際に、反応部や周囲の雰囲気は加熱され、温度が上昇する。この温度上昇により、水素が生成される化学反応と同時に水分の蒸発も起こるため、生成された燃料ガスである水素には、多量の水蒸気が含まれる。この燃料電池システムによると、特許文献１のような加湿の為の上記加湿装置様な複雑な装置の必要が無く、燃料電池システムの構成を簡素化し、小型化することが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−３１３３７８号公報
【特許文献２】特開２００３−２６４００２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述のように、反応部は高温となるため、生成した水素も高温となり、水素に含まれる水蒸気量が多くなる。この水蒸気を多量に含んだ水素ガスを燃料電池に供給する経路中で水素ガスの温度が低下し、水素ガスに含まれる水蒸気が経路中で凝縮して水になることにより、水素ガスの流通を妨げてしまう。
【０００７】
そこで、本発明は上記点に鑑みてなされたものであり、接続部及び燃料電池の水素ガスが流通する流路内での水蒸気の凝縮を抑制し、流路を閉塞することなく安定した水素ガス供給及び安定した出力を得ることができる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】
【０００８】
上記課題を解決するための本発明の第１の特徴は、燃料極と酸化剤極と燃料極及び酸化剤極に挟持された電解質膜から構成される燃料電池と、燃料極に供給する水素ガスを発生させる水素発生器と、燃料電池と水素発生器とを接続する接続部とを備え、水素発生器は、水素ガスを発生させる反応が起こる反応部と、反応部と接続部との間に設けられ、反応部より低温であり、かつ接続部の温度以下に保たれる放熱部とを備えることを要旨とする。
かかる特徴によれば、放熱部の温度が、反応部より低温であり、かつ接続部の温度以下に保たれるので、反応室で発生した水素ガスに含まれる水蒸気を放熱部で凝縮させ、接続部の手前で水蒸気を凝縮させることから、接続部及び燃料電池の水素ガスが流通する流路内での水蒸気の凝縮を抑制し、流路を閉塞することなく安定した水素ガス供給及び安定した出力を得ることができる。
【０００９】
本発明の第２の特徴は、燃料極と酸化剤極と燃料極及び酸化剤極に挟持された電解質膜から構成される燃料電池と、燃料極に供給する水素ガスを発生させる水素発生器とを備え、水素発生器は、水素ガスを発生させる反応が起こる反応部と、反応部と燃料電池との間に設けられ、反応部より低温であり、かつ燃料電池の温度以下に保たれる放熱部を有することを要旨とする。
かかる特徴によれば、放熱部の温度が、反応部より低温であり、かつ燃料電池の温度以下に保たれるので、反応室で発生した水素ガスに含まれる水蒸気を放熱部で凝縮させ、燃料電池の手前で水蒸気を凝縮させることから、燃料電池の水素ガスが流通する流路内での水蒸気の凝縮を抑制し、流路を閉塞することなく安定した水素ガス供給が可能であり、安定した燃料電池システムの出力を得ることができる。
【００１０】
本発明の第３の特徴は、本発明の第１の特徴に記載の燃料電池システムにおいて、接続部と反応部との間には、接続部と反応部との温度が等しくなるように熱交換機構を備えることを要旨とする。
かかる特徴によれば、接続部と反応部との温度が等しくなり、接続部の温度を放熱部の温度より高く維持することができるので、接続部や燃料電池の水素ガス流路内での水蒸気の凝縮を確実に抑制することができる。
【００１１】
本発明の第４の特徴は、本発明の第１または３の特徴に記載の燃料電池システムにおいて、接続部と燃料電池との間には、接続部と燃料電池との温度が等しくなるように熱交換機構を備えることを要旨とする。
かかる特徴によれば、接続部と燃料電池との温度が等しくなるので、接続部や燃料電池の水素ガス流路内での水蒸気の凝縮を確実に抑制することができる。
【００１２】
本発明の第５の特徴は、本発明の第１または３または４の特徴に記載の燃料電池システムにおいて、接続部と放熱部との間には、接続部と放熱部との温度が等しくなるように熱交換機構を備えることを要旨とする。
かかる特徴によれば、接続部と放熱部との温度が等しくなるので、接続部や燃料電池の水素ガス流路内での水蒸気の凝縮を確実に抑制することができる。
【００１３】
本発明の第６の特徴は、本発明の第２の特徴に記載の燃料電池システムにおいて、放熱部と燃料電池との間には、放熱部と燃料電池との温度が等しくなるように熱交換機構を備えることを要旨とする。
かかる特徴によれば、接続部と燃料電池との温度が等しくなるので、燃料電池の温度に見合った水蒸気を含む水素ガスを、燃料電池に供給することができ、かつ、接続部や燃料電池の水素ガス流路内での水蒸気の凝縮による、流路を閉塞を抑制することができる。
【００１４】
本発明の第７の特徴は、本発明の第１から４の特徴に記載の燃料電池システムにおいて、放熱部に、放熱板を備えることを要旨とする。
かかる特徴によれば、簡単な構造で放熱部の放熱を促進し、確実に放熱部の温度を下げることができる。
【００１５】
本発明の第８の特徴は、本発明の第１から４の特徴に記載の燃料電池システムにおいて、放熱部には、ヒートパイプを備えることを要旨とする。
かかる特徴によれば、簡単な構造で放熱部の放熱を促進し、確実に放熱部の温度を下げることができ、さらに燃料電池システムの構成を、燃料電池を使用する機器の形状に合わせた配置とすることができ、設計の自由度が向上する。
【００１６】
本発明の第９の特徴は、本発明の第１から６の特徴に記載の燃料電池システムにおいて、反応部と放熱部の間を断熱する構造を備えることを要旨とする。
かかる特徴によれば、反応部と放熱部の間が断熱され、反応室から放熱部への熱の移動を抑制することができるので、放熱部の温度を反応部よりも確実に低い温度とすることができる。これにより、放熱部で水素ガスに含まれる水蒸気を確実に凝縮させ、接続部や燃料電池の水素ガス流路での水蒸気の凝縮による閉塞を抑制できる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、水素ガスの加湿及び湿度調整を極めて簡易な構成で小型化が容易な燃料電池システムとすることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本実施の形態１に係る燃料電池システムの全体概略図である。
【図２】放熱部の変形例を示す概略図である。
【図３】放熱部の変形例を示す概略図である。
【図４】本実施の形態１に係る燃料電池システムの変更例１を示す全体概略図である。
【図５】本実施の形態１に係る燃料電池システムの変更例２を示す全体概略図である。
【図６】本実施の形態２に係る燃料電池システムの全体構成図である。
【図７】本実施の形態２に係る燃料電池システムの変更例を示す全体概略図である。
【図８】本発明の燃料電池システムの性能を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下に、本発明の実施の形態を説明する。
（実施の形態１）
図１に基づいて燃料電池システムの本実施の形態１を説明する。
図１は、本実施の形態１に係る燃料電池システムの全体概略図である。
図１に示すように、本実施の形態１に係る燃料電池システム１は、水素発生器２０と、燃料電池３０と、これら水素発生部２０と燃料電池３０とを接続する接続部３８とで構成されている。
【００２０】
水素発生器２０は、水素発生触媒溶液２１が貯蔵される溶液室２２と、水素発生物質２３が格納される反応室２４と、放熱部４０を有し、溶液室２２と反応室２４とは送液管２５によって接続されている。また、この送液管２５には、溶液室２２内の反応用溶液２１を反応室２４に供給するためのポンプ等である溶液供給手段２６が設けられている。
【００２１】
溶液室２２内の反応用溶液２１が、溶液供給手段２６によって送液管２５を介して反応室２４に送られ、反応室２４内で水素発生物質２３と反応用溶液２１とが反応することにより水素が発生する（水素発生反応）。そして、反応室２４で発生した水素ガスが放熱部４０に供給される。放熱部４０に供給された水素は、放熱部４０で冷却され、水素ガスに含まれる水蒸気の一部は、放熱部４０内で、凝縮する。水蒸気を一部奪われた水素ガスは、接続部３８の流路を通じて、燃料電池３０に供給され発電に使用される。このように、反応室２４で発生した素ガスに含まれる水蒸気の一部は、接続部３８の手前で凝縮される。
【００２２】
水素発生部２０で使用する水素発生物質としては、例えば、水素化ホウ素塩、水酸化アルミニウム塩、水酸化ホウ素ナトリウム、水酸化ホウ素リチウム、水酸化アルミニウムリチウム等が挙げられ、特に、水酸化ホウ素ナトリウムが好ましい。反応用溶液である水素発生触媒としては、例えば、硫酸、リンゴ酸、クエン酸水等が挙げられ、特に、リンゴ酸が好ましい。これら水素発生物質及び水素発生触媒は、特に限定されるものではなく、水素発生物質は加水分解型の金属水素化物であれば全て適用可能であり、水素発生触媒としては、例えば、有機酸および無機酸あるいはルテニウム等、水素発生触媒であれば全て適用可能である。さらに、水素発生物質が水素化ホウ素ナトリウム水溶液で水素発生触媒がリンゴ酸粉末というように、水素発生物質と水素発生触媒の組み合わせは、混合することによって水素を発生する物質であれば全て適用可能である。また、水素発生部２０は、マグネシウムやアルミニウムなどの金属やそれらを含む合金と塩基性あるいは酸性水溶液との反応によって水素を得るものであってもよい。さらに、アルコール、エーテル、ケトン類を水蒸気改質して水素を得るメタノール改質型や、ガソリン、灯油、天然ガスといった炭化水素を水蒸気改質して水素を得る炭化水素改質型など、加水により水素を発生する構成であってよい。
【００２３】
溶液供給手段２６は、溶液流路に反応用溶液を導入流通させるものであればよく、水素発生反応による圧力上昇を検知して送液を制御するものや、水素発生反応による圧力を利用して開閉する制御手段により送液を制御するものが適用される。
【００２４】
燃料電池３０は、酸化剤極３１、ＭＥＡ３２、燃料極３３から構成され、酸化剤極３１は酸化剤極エンドプレート３４と図示しないガス拡散層、集電体層を備え、ＭＥＡ３２は図示しない電解質の両面に触媒層がそれぞれ配置される構成である。燃料極３３は燃料極エンドプレート３５と燃料室３６と図示しないガス拡散層から構成される。また、燃料極３３には図示しない集電体層が含まれていてもよい。また、燃料極３３に集電体層を含まない構成とする場合は、燃料極エンドプレート３５に導線を接続して集電する構成としてもよい。
【００２５】
また図示しないが、燃料室３６には、発電時に内部に滞留する水を外部へ排出するための排出管が設けられている。さらに、燃料室３６には、燃料室３６内の不純ガス、例えば、窒素ガス、酸素ガス等を外部に排出するための、例えば、電磁弁、電動弁等からなる放出弁３９が設けられている。なお、この放出弁３９は、燃料室３６内が所定の圧力以上となると開放される逆止弁であってもよい。また、放出弁３９から排出されるガスを図示しない循環機構を介して、再び燃料室３６に導入することもできる。
【００２６】
また、図１では、燃料電池３０を一対の燃料極３３と酸化剤極３１とで構成される単セルとして示したが、複数の燃料電池を積層または、平面に配置し、電気的に直列または並列した複数セルの構成としてもよい。
また、排出路２７は、水蒸気を含む水素ガスを流通する為、凝縮水により、閉塞しない充分な断面積とする。
【００２７】
放熱部４０の温度は、反応室２４の温度より低温であり、かつ接続部３８の温度以下に保たれており、反応室２４で発生した水蒸気を含む水素ガスは、放熱部４０で冷却され、水素ガスに含まれる水蒸気は凝縮し、放熱部４０の温度下での飽和水蒸気量以下となる。  また、接続部３８の温度は、放熱部４０の温度以上であり、接続部３８での水素ガスに含まれる水蒸気の凝縮は起こらない。なお、放熱部４０の温度設定は、燃料電池４０の使用環境、設計に応じて、水素ガスに燃料電池３０の発電効率が低下しない程度の水蒸気を残すよう、適宜設定することが望ましい。
【００２８】
これにより、接続部３８の水素ガス流路での水蒸気の凝縮が防止され、凝縮水によって流路が閉塞し燃料電池３０への水素ガス供給を遮断すること無く安定して供給することができる。
【００２９】
放熱部４０は、反応室２４から排出路２７を介して水素ガスが導入される空間部４３と放熱部４０の外壁に備えられ、放熱部４０熱を外部に放熱する放熱機構４１を備える。放熱機構４１は、熱伝導の大きいアルミや銅などの金属板をカシメや、ろう付けして放熱表面積を大きくした、いわゆるヒートシンクを取り付けている。
【００３０】
放熱機構４１からの放熱部４０の外部への放熱により、放熱部４０の空間部４３は、反応室２４の温度より低く保たれる。これにより、放熱部４０に導入された水蒸気を含む水素ガスは、冷却され、空間部４３内で水蒸気が凝縮し、水素ガスは、放熱部４０の温度での飽和水蒸気量以下となる。
【００３１】
図２は、放熱部４０の変形例を示す概略図である。放熱部４０は、金属の押し出しで製作されたパイプ状のヒートシンクを用いることもできる。この構造によると、空間部４３と放熱機構４１であるヒートシンクが一体であり、空間部４３とヒートシンクを別体とした場合に生じる熱伝達のロスを縮小することで、より放熱効率を向上することができる。また、構成部品数の少ない簡単な放熱部４０を構成することができる。
【００３２】
また、図３に示す様に、放熱機構４１を放熱部４０と分離し、熱伝導性の高い材質のパイプ中に揮発性の液体（作動液）を封入したヒートパイプで接続した構造とすることも可能である。この構造によると、ヒートパイプは、パイプ内部を毛細管構造にすることにより、高低差がない場合でも利用が可能であり、水素ガス発生器の反応部２４、放熱部４０、接続部３８などの構成配置の自由度が向上し、燃料電池を使用する電子機器の形状に合わせた燃料電池システムを提供できる。
【００３３】
また、放熱部４０の水素ガス流路である空間部４３の内壁は、内側に突起した構造を有する。本実施の形態１では、空間部４３の内壁面から流路フィン４２が設けられている。
反応室２４の排出路２７から放熱部４０の空間部４３に導入された水素ガスに含まれる水蒸気は、空間部４３で冷却され、空間部４３の壁面に凝縮する。空間部４３内に流路フィン４２を設けることにより、空間部４３の壁面と水素ガスとの接触面積が大きくなり、より効率的に水素ガスの温度を放熱部４０の温度とすることができる。空間部４３に設けられる流路フィン４２の形状は、フィン状に限らず、円筒状の柱や、ハニカム構造体や多孔質体の様な、格子状の構造物でも同様の効果を得ることができる。
【００３４】
空間部４３の壁面や流路フィン４２などの構造体には、親水処理を施してある。本実施例では、親水化処理として、親水化処理用ポリマー（ポリアクリル酸ポリマー）をコーティングしている。この構成によると、壁面に水蒸気が凝縮した際に、壁面に広がり液滴となりにくく、液滴による空間部４３の閉塞を防ぐことができる。
【００３５】
また、空間部４３の壁面や構造体の表面は、疎水処理を施しても良い。疎水処理としては、ポリテトラフルオロエチレン（PTFE）などのフッ素系樹脂を塗布することなどで疎水性とすることができる。この構成によると、空間部４３の壁面や構造体の表面で凝縮した液滴が、重力や水素ガスの流れにより移動しやすくなり、壁面に留まりにくく、液滴による空間部４３の閉塞を防ぐことができる。
【００３６】
また、空間部４３から接続部３８に至る空間に気液分離膜４５が設けられている。この構成によると、気液分離膜４５によって、放熱部４０の空間部４３と接続部３８とが分離され、気液分離膜４５は防水性（撥水性）と通気性を同時に発揮する膜であり、気体（水素ガス）の流通だけが許容されて液体の流通が阻止され、空間部４３で凝縮した水が接続部３８に流出しない。空間部で凝縮した水を空間部にとどめることができ、接続部３８への流出を防止できる。
【００３７】
また、気液分離膜４５は、例えば樹脂材料を延伸して、直径が０．１〜１０μｍ程度の微細孔を形成し、微細孔を多数有する多孔質樹脂膜が用いることができる。具体的には、例えば４フッ化エチレン樹脂を延伸して微細孔を形成し、微細孔が形成された多孔質膜が挙げられる。
【００３８】
また、空間部４３に、繊維体やポリアクリル酸ナトリウムなどの吸水性ポリマーを配置することができる。この構成によると、空間部４３内で凝縮した水を吸収し保持することにより、接続部３８への凝縮した水の流出を防止することもできる。
【００３９】
また、空間部４３に滞留した水を、溶液室２２に移動させて水素発生反応に用いる反応用溶液に加えることができる。この構成によると、溶液室２２への空間部４３に滞留した水の移動は、空間部４３の内圧による駆動や、浸透膜を利用することができる。
【００４０】
接続部３８は、水素発生器２０から燃料電池３０に水素ガスを流通する水素ガス流通路４６に設けられる分離可能な接続バルブである。接続バルブは、分離時には水素ガスの漏洩を防止し、外部からの気体や固体の進入を防止する機能を有するものを適用できる。分離可能な接続バルブにより、水素発生器３０を交換可能なカートリッジとする燃料電池システムとすることができる。
【００４１】
接続部３８に備えられた水素ガス流通路４６は、水素に対する耐性を確保するためにSUS316Lなど耐食性の高い金属が用いられるが、これらの材料は熱伝導が小さく、放熱部４０と接続部３８の温度の差が大きくなる。そのため、水素ガス流通路４６をアルミや銅など熱伝導の大きい金属と接触、クラッドし、水素ガス流通路４６の熱伝導を高めることが望ましい。この構成により、放熱部４０から接続部３８の温度が維持され、接続部３８の温度が放熱部４０の温度よりも低下することを防止し、接続部３８での水蒸気の凝縮を抑制することができる。
【００４２】
また、接続部３８と放熱部４０との間の水素ガス流通路４６は、断熱構造により水素発生器及び燃料電池システムと外気との熱交換を遮断することが望ましい。断熱には、発泡樹脂を用いた。この構成により、接続部３８と放熱部４０との間の水素ガス流通路４６の温度が維持され、接続部３８の温度が放熱部４０の温度よりも低下することを防止でき、接続部での水蒸気の凝縮を抑制することができる。
【００４３】
燃料電池の発電は、電気化学反応と電気抵抗により、発熱を伴い、燃料電池内の水素ガス流路を含む燃料電池３０は、外気と比べて高温となる。水素ガス流通路３６は、水素に対する耐性を確保するためにSUS316Lなど耐食性の高い金属が用いられるが、熱伝導が小さく、放熱部と接続部の温度の差が大きくなる。そのため、水素ガス流通路４６をアルミや銅など熱伝導の大きい金属を接触、クラッドすることが望ましい。この構成により、水素ガス流通路３６の熱伝導を高めることにより、燃料電池の熱を、接続部３８に効率よく伝えることができる。また、、接続部３８の温度が発電部の温度に維持され、接続部３８の温度が放熱部４０の温度よりも低下することを防止でき、接続部３８での水蒸気の凝縮を抑制することができる。
【００４４】
接続部３８と燃料電池３０との間の水素ガス流通路３６は、断熱構造により水素発生器及び燃料電池システムと外気との熱交換を遮断することが望ましい。断熱には、発泡樹脂を用いた。これにより、接続部３８と燃料電池３０との間の水素ガス流通路３６の温度が維持され、接続部３８の温度が放熱部４０の温度よりも低下することを防止でき、接続部での水蒸気の凝縮を抑制することができる。
【００４５】
（実施の形態１の変更例１）
図４は、本実施の形態１に係る燃料電池システムの変更例１を示す全体概略図である。
図４に基づき本実施の形態１の変更例１を説明する。
【００４６】
本実施の形態１の変更例１は、放熱部４０から燃料電池３０に水素ガスを流通させる水素ガス流通路４６が反応室２４の内部を通る点及び接続部３８は、反応室２４に接触して配置されている点で、本実施の形態１と異なる。この構造によると、水素ガス流通路４６及びは、接続部３８は、反応室２４の熱で加熱される。よって、放熱部４０の空間部４３内で冷却され、放熱部４０の温度での飽和水蒸気量以下となった水素ガスが、水素ガス流通路４６及び接続部３８の中で、放熱部４０の温度よりも低下することを防止でき、水素ガス流通路４６及び接続部３８での水蒸気の凝縮を抑制することができる。
【００４７】
（実施の形態１の変更例２）
図５は、本実施の形態１に係る燃料電池システムの変更例２を示す全体概略図である。
図５に基づき本実施の形態１の変更例２を説明する。
【００４８】
本実施の形態１の変更例２は、反応室２４と放熱部４０が、断熱部２８により断熱されている点で、本実施の形態１と異なる。排出路２７は、断熱部２８で形成される。断熱部には、熱伝導率が小さく、水素の透過性の低いＰＴＦＥ樹脂を用いた。この構成により、反応室２４から放熱部４０への熱の移動を抑制することができるので、放熱部の温度を確実に反応部より低い温度とすることができる。また、排出路２７に樹脂を用いる場合、水素透過性が金属に比べ劣るが、図５の様に、樹脂で作成した排出路２７の壁厚を大きくすることにより、水素ガス流路部材として利用できる。
【００４９】
また、金属のパイプを排出路２７に用いる場合は、SUS316Lなどの耐腐食性が高く、熱伝導性の低い金属を使用することがのぞましい。さらにパイプの肉厚を薄くすることにより、断熱材を使用する場合と同様に、反応室２４から放熱部４０への熱の移動を抑制することができる。
【００５０】
以上に述べたように、本実施の形態１の燃料電池システム１では、放熱部４０を、反応室２４より低温で、かつ接続部３８の温度以下に保つことが可能で、大掛かりな機構を要することなく、反応室２４で発生した水素ガスに含まれる過剰な水蒸気を調整し、水素ガスが流通する流路内での水蒸気の凝縮によって流路を閉塞することなく、安定した水素ガス供給が可能であり、安定した燃料電池システム出力を得ることができる。
【００５１】
（実施の形態２）
図６は、本実施の形態２に係る燃料電池システムの全体概略図である。
図６には水素発生前の状態の本実施の形態２に係る燃料電池システムの全体の概略構成を示す。なお、本実施の形態１と同一部材には同一符号を付して重複する説明は省略する。
【００５２】
本実施の形態２は、燃料電池３０の熱を放熱部４０に伝える構造とした例である。まず、反応室２４で発生した水素ガスが放熱部４０に供給される。放熱部４０に供給された水素ガスは、放熱部４０で冷却され、水素ガスに含まれる水蒸気の一部は、放熱部４０内で、凝縮する。水素ガスは、燃料電池３０に供給され発電に使用される。このように、反応室２４で発生した素ガスに含まれる水蒸気の一部は、燃料電池３０の手前で凝縮される。
【００５３】
放熱部４０と燃料電池３０は、互いに接触するように配置されていることから、水素ガスが放熱部４０から燃料電池３０に供給された際に、水素ガスが流通する流路内での水蒸気の凝縮によって流路を閉塞することなく、安定した水素ガス供給が可能であり、安定した燃料電池システム出力を得ることができる。
【００５４】
また、このような構成では、放熱部４０の温度を燃料電池３０の温度とすることができるため、水素発生器２０から燃料電池３０に供給される水素ガスに含まれる水蒸気の量を、燃料電池３０の温度に見合った水蒸気量とすることができる。つまり、燃料電池３０の発電量が大きく、発熱が大きく燃料電池３０の温度が高いときに、水蒸気量の多い水素ガスを供給し、燃料電池３０の発電量が小さく、発熱も小さく燃料電池３０の温度が低いときには水蒸気量の少ない水素ガスを供給することが可能となり、安定した燃料電池出力を得ることができる。
【００５５】
（実施の形態２の変形例）
図７は、本実施の形態２に係る燃料電池システムの変更例を示す全体概略図である。
図７に基づき本実施の形態２の変更例を説明する。
【００５６】
本実施の形態２の変更例は、燃料電池３０が複数の単セルをスタック化した積層セル構造であり、積層した発電セルの中央に積層方向に積層セルを貫通する水素ガス流通路４６を配置し、さらに、水素ガス流通路４６の内部を貫通し、放熱部４０の空間部４３に配置された流路フィン４２に接続される熱伝体５１を配置している点で、本実施の形態２と異なる。
【００５７】
この構成によると、水素ガス流通路４６は、積層した発電セルの中央に積層方向に積層セルを貫通する様に配置されているので、水素ガス流通路４６の温度は、燃料電池３０の中央付近の外周部に比べ高い温度と等しくなる。さらに、水素ガス流通路４６の内部に熱伝体５１を配置し、熱伝体４６を放熱部４０の空間部４３に配置された流路フィン４２に接続することにより、燃料電池３０の温度を放熱部４０に効率よく伝え放熱部４０の温度が燃料電池３０の温度に近い温度で維持されるため、燃料電池３０の温度に見合った水蒸気を含む水素ガスを、燃料電池に供給することが可能であり、かつ、接続部や燃料電池の水素ガス流路内での水蒸気の凝縮を抑制することができる。
【００５８】
また、熱伝体５１をヒートパイプで接続した構造とすることにより、燃料電池の熱を、放熱部４０に、より効率よく伝えることができる。これにより、燃料電池３０の温度を放熱部４０に効率よく伝え放熱部４０の温度が燃料電池３０の温度に近い温度で維持されるため、燃料電池３０の温度に見合った水蒸気を含む水素ガスを、燃料電池に供給することが可能であり、かつ、接続部や燃料電池の水素ガス流路内での水蒸気の凝縮を抑制することができる。
【００５９】
また、放熱部４０にヒートシンク等の放熱機構を設けることにより、放熱部４０の放熱を促進し放熱部４０の温度を下げることにより、放熱部４０の温度を確実に燃料電池３０の温度より低くすることができる。このように、実施の形態２の変形例によると、さらに確実に水素ガス流通路４６での水蒸気の凝縮による流路の閉塞を抑制することができる。
【００６０】
図８は、従来の燃料電池システムと、本実施の形態１で示した構成である燃料電池システムの発電性能を比較したものである。従来の燃料電池システムでは、発電時間経過と共に出力電圧が上下に振れ、低下している。これに対し、本実施の形態１で示した構成とした燃料電池システムでは、出力電圧の振れや低下は、小さく、安定しており、安定した燃料電池出力を維持していることがわかる。
【符号の説明】
【００６１】
１   ： 燃料電池システム
２０ ： 水素発生器
２１ ： 反応用溶液
２２ ： 溶液室
２４ ： 反応室
２５ ： 送液管
２６ ： 送液手段
２７ ： 排出路
３０ ： 燃料電池
３１ ： 酸化剤極
３２ ： ＭＥＡ
３３ ： 燃料極極
３４ ： 酸化剤極エンドプレート
３５ ： 燃料極エンドプレート
３６ ： 燃料室
３８ ： 接続部
３９ ： 放出弁
４０ ： 放熱部
４１ ： 放熱機構
４２ ： 流路フィン
４３ ： 空間部
４５ ： 気液分離膜
４６ ： 水素ガス流通路
５１ ： 伝熱体
【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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【図８】
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