(57)【要約】【課題】燃料電池を間欠的に起動させることで発電効率を高めることができ、しかも長期間に渡って水素発生のための圧力を維持又は回復することが可能な発電装置を提供する。【解決手段】内部空間の圧力により反応液１ａを加圧して排出する加圧容器１と、加圧容器１から反応液１ａが供給され、その反応液１ａと反応して水素を発生させる水素発生剤２ａを気密状態で収容する反応容器２と、反応容器２から供給された水素で発電を行う燃料電池３と、燃料電池３から充電が可能であり、外部への出力を行なう蓄電手段３１と、燃料電池３を間欠的に起動させて蓄電手段３１を充電する制御を行なう制御手段と、少なくとも燃料電池３の間欠的な起動の際に、加圧容器１内の圧力が一定以上になるように、加圧容器１内の圧力を維持又は回復させる圧力調節機構と、を備える発電装置。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部空間の圧力により反応液を加圧して排出する加圧容器と、
前記加圧容器から反応液が供給され、その反応液と反応して水素を発生させる水素発生剤を気密状態で収容する反応容器と、
前記反応容器から供給された水素で発電を行う燃料電池と、
前記燃料電池から充電が可能であり、外部への出力を行なう蓄電手段と、
前記燃料電池を間欠的に起動させて前記蓄電手段を充電する制御を行なう制御手段と、
少なくとも前記燃料電池の間欠的な起動の際に、前記加圧容器内の圧力が一定以上になるように、前記加圧容器内の圧力を維持又は回復させる圧力調節機構と、
を備える発電装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記蓄電手段の電圧が下限設定値以下の場合に前記燃料電池を起動させ、前記蓄電手段の電圧が上限設定値以上の場合に前記燃料電池を停止させる制御を行なう請求項１に記載の発電装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記燃料電池を停止させる際に、前記蓄電手段の電圧が下限設定値以下であるかを判定する回路のみに電力を供給する制御を行なう請求項２に記載の発電装置。
【請求項４】
前記圧力調節機構は、
前記加圧容器からの液体の流入を許容する逆止弁を介して、前記反応容器と前記加圧容器に接続された反応液供給路と、
前記反応容器からの気体の流入を許容する逆止弁を介して、前記反応容器と前記加圧容器に接続された加圧用経路と、
その加圧用経路の前記逆止弁より上流側に設けられ、二次側の圧力を一定以下に調節する圧力調節弁と、
前記燃料電池に水素を供給する水素供給路に設けたノーマルクローズ型の第１電磁弁と、
を備える請求項１〜３いずれかに記載の発電装置。
【請求項５】
前記圧力調節機構は、更に、
前記反応液供給路の前記逆止弁より下流側に設けたノーマルクローズ型の第２電磁弁と、
その第２電磁弁を間欠的に開操作する弁制御部と、
を備える請求項４に記載の発電装置。
【請求項６】
前記加圧容器には、最初の起動時に、水素ガスより分子量の大きい気体が充填されている請求項４又は５に記載の発電装置。
【請求項７】
前記制御手段は、前記燃料電池の間欠的な起動の際に、予め前記燃料電池を予備起動して、前記反応容器の圧力を低下させることで、前記加圧容器から前記反応容器へ反応液を供給して、前記加圧容器内の圧力を回復させる請求項４又は５に記載の発電装置。
【請求項８】
前記蓄電手段を複数設けると共に、前記制御手段は、何れかの蓄電手段から外部へ出力を行ないながら、他の蓄電手段に燃料電池から充電するための制御を更に行なう請求項１〜７いずれかに記載の発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素発生手段から供給した水素により発電が可能な燃料電池を、間欠的に起動させて蓄電手段を充電することで、長期間に渡ってかつ効率良く蓄電手段から外部に電力供給することができる発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
水素発生剤と反応液との反応で発生させた水素を燃料電池に供給して発電を行う発電装置は、例えば、下記特許文献１に開示されている。特許文献１の発電装置は、一方の表面から燃料ガスが供給され、他方の表面から酸素が供給されることで発電を行なう複数の発電セルと、その複数の発電セルを前記一方の表面を内部に向けて保持することで、前記複数の発電セルと共に内部空間を形成するセル保持体と、そのセル保持体の前記内部空間に配置され、燃料ガスを発生させる燃料発生部と、を備えるものである。
【０００３】
この発電装置では、燃料発生部において最初に反応液を水素発生剤に供給した後、一定の速度で水素を発生させることで発電を行う方式を採用しており、電力消費量に応じで水素発生量を制御する方式は採用されていなかった。
【０００４】
また、電力消費量に応じた水素発生を簡易な装置構成で行える技術として、例えば、下記特許文献２に開示された発電装置が挙げられる。特許文献２の発電装置は、反応液を加圧して排出する加圧容器と、加圧容器から供給される反応液と反応して水素を発生させる水素発生剤を収容する反応容器と、発生した水素をアノード側供給部から供給して発電を行う燃料電池とを備えている。この発電装置では、燃料電池により水素が消費されると、反応容器内の圧力が下がることで、自然に反応液が反応容器に供給される。
【０００５】
このような燃料電池を用いた発電装置として、長期間に渡って燃料電池に水素を供給しながら、小電力で発電を行なうことに対するニーズ（例えば、地震計など）が存在する。しかし、燃料電池を用いた小電力の発電装置の場合、発電の制御のために消費する電力（無負荷時電力）が相対的に大きくなるため、効率の良い発電が行ないにくかった。
【０００６】
一方、特許文献３には、水素ボンベ等から供給した水素により発電が可能な燃料電池を、一定の時間をおいて起動させて蓄電手段を充電することで、長期間に渡って蓄電手段から外部に電力供給することができる発電装置が開示されている。しかし、水素ボンベ等から水素を供給する場合、その消費量に応じて、水素供給量を制御するのが煩雑であり、制御のための消費電力が余分に必要となるという問題があった。また、水素ボンベ等から水素を供給する場合、
水素ボンベの重量が大きいため可搬性において劣ることや大量の水素がリークする危険性があるため、安全対策として常時水素検知センサーを動かす消費電力が大きいなどの問題もあった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】国際特開ＷＯ２００９／１２２９１０号公報
【特許文献２】国際特開ＷＯ２００６／１０１２１４号公報
【特許文献３】特開２００７−２２８６８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
一方、特許文献２の発電装置では、水素が燃料電によって常に変動消費されることを前提としているため、長期間水素が消費されず、反応液が水素発生剤に供給されない場合には、水素発生による加圧を行なうことができず、水素のリークにより圧力が徐々に低下するという問題があった。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、燃料電池を間欠的に起動させることで発電効率を高めることができ、しかも長期間に渡って水素発生のための圧力を維持又は回復することが可能な発電装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的は、以下の如き本発明により達成できる。    
即ち、本発明の発電装置は、
内部空間の圧力により反応液を加圧して排出する加圧容器と、
前記加圧容器から反応液が供給され、その反応液と反応して水素を発生させる水素発生剤を気密状態で収容する反応容器と、
前記反応容器から供給された水素で発電を行う燃料電池と、
前記燃料電池から充電が可能であり、外部への出力を行なう蓄電手段と、
前記燃料電池を間欠的に起動させて前記蓄電手段を充電する制御を行なう制御手段と、
少なくとも前記燃料電池の間欠的な起動の際に、前記加圧容器内の圧力が一定以上になるように、前記加圧容器内の圧力を維持又は回復させる圧力調節機構と、
を備えることを特徴とする。
【００１１】
本発明の発電装置によると、加圧容器内の圧力と反応容器内の圧力との差により、加圧容器から反応液が供給されて、反応容器内で水素が発生し、水素を燃料とする燃料電池により発電が行われる。その際、制御手段により、燃料電池を間欠的に起動させて前記蓄電手段を充電する制御を行なうことで、燃料電池の停止時における電力消費量を抑制して、発電効率を高めることができる。また、燃料電池の間欠的な起動の際に、加圧容器内の圧力が一定以上になるように、加圧容器内の圧力を維持又は回復させる圧力調節機構を設けるため、長期間に渡る発電においても、水素発生のための圧力を維持又は回復することが可能となる。
【００１２】
上記において、前記制御手段は、前記蓄電手段の電圧が下限設定値以下の場合に前記燃料電池を起動させ、前記蓄電手段の電圧が上限設定値以上の場合に前記燃料電池を停止させる制御を行なうものであることが好ましい。このような制御を行なうことで、長期間に渡って蓄電手段に充電された電力量を一定以上に確保できる。このため、蓄電量を一定以上にしておく必要がある緊急用非常電源や、長期に渡って小電力で電力供給を続ける必要がある地震計、常時モニター用センサーシステム、などに好適に使用できるようになる。
【００１３】
このような制御において、前記制御手段は、前記燃料電池を停止させる際に、前記蓄電手段の電圧が下限設定値以下であるかを判定する回路のみに電力を供給する制御を行なうことが好ましい。このような制御を行なうことで、より確実に、燃料電池の停止時における電力消費量を抑制して、発電効率を高めることができる。
【００１４】
また、前記圧力調節機構は、前記加圧容器からの液体の流入を許容する逆止弁を介して、前記反応容器と前記加圧容器に接続された反応液供給路と、前記反応容器からの気体の流入を許容する逆止弁を介して、前記反応容器と前記加圧容器に接続された加圧用経路と、その加圧用経路の前記逆止弁より上流側に設けられ、二次側の圧力を一定以下に調節する圧力調節弁と、前記燃料電池に水素を供給する水素供給路に設けたノーマルクローズ型の第１電磁弁と、を備えることが好ましい。
【００１５】
この構成によると、第１電磁弁が閉じた状態で反応容器の圧力が低下しても、加圧容器内の圧力と反応容器内の圧力との差により、加圧容器から反応液が供給されて、反応容器内で水素が発生し、圧力調節弁と逆止弁を介して水素が加圧容器内に流入するため、加圧容器内を一定以上の圧力に維持することができる。また、二次側の圧力を一定以下に調節する圧力調節弁により、加圧容器の圧力が大きくなり過ぎるのを防止することができる。
【００１６】
上記において、前記圧力調節機構は、更に、前記反応液供給路の前記逆止弁より下流側に設けたノーマルクローズ型の第２電磁弁と、その第２電磁弁を間欠的に開操作する弁制御部と、を備えることが好ましい。この構成によると、弁制御部により第２電磁弁を間欠的に開操作することで、反応容器の圧力が低下しても、加圧容器内の圧力と反応容器内の圧力との差により、間欠的に、加圧容器から反応液が供給されて、反応容器内で水素が発生し、圧力調節弁と逆止弁を介して水素が加圧容器内に流入するため、より確実に加圧容器内を一定以上の圧力に維持することができる。このとき、例えば、加圧容器内の圧力又は反応容器内の圧力を検知して、一定以下の場合に弁制御部により第２電磁弁を開操作するようにしてもよい。これにより、より確実に、加圧容器内の圧力又は反応容器内の圧力を一定以上に維持することが可能となる。
【００１７】
また、前記加圧容器には、最初の起動時に、水素ガスより分子量の大きい気体が充填されていることが好ましい。これにより、長期保管時に加圧容器の方が反応容器より圧力が下がりにくくなり、加圧容器から反応容器に反応液を供給し易くなるため、上記の圧力調節がより確実に行なえるようになる。
【００１８】
また、前記制御手段は、前記燃料電池の間欠的な起動の際に、予め前記燃料電池を予備起動して、前記反応容器の圧力を低下させることで、前記加圧容器から前記反応容器へ反応液を供給して、前記加圧容器内の圧力を回復させることが好ましい。この制御を行なうことにより、加圧容器内と反応容器内の両方の圧力が大気圧近くまで低下しても、燃料電池を予備起動により、反応容器内を負圧にすることで、反応溶液を反応容器に供給して水素を発生させることができ、水素発生のための圧力の回復がより確実にできるようになる。
前記蓄電手段を複数設けると共に、前記制御手段は、何れかの蓄電手段から外部へ出力を行ないながら、他の蓄電手段に燃料電池から充電するための制御を更に行なうことが好ましい。この構成により、外部への出力と蓄電手段への充電とを独立して行なうことができるため、外部への出力による影響を避けながら、好適な条件で別の蓄電手段への充電を行なえるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の発電装置の第１実施形態の例を示す概略構成図
【図２】本発明の発電装置における燃料電池の一例を示す断面図
【図３】本発明の第１実施形態の発電装置における制御の例を示すフローチャート
【図４】本発明の発電装置の第２実施形態の例を示す概略構成図
【図５】本発明の第２実施形態の発電装置における制御の例を示すフローチャート
【図６】本発明の発電装置の第３実施形態の例を示す概略構成図
【図７】本発明の第３実施形態の発電装置における制御の例を示すフローチャート
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明の発電装置には、加圧容器内の圧力を維持又は回復させる圧力調節機構と、その制御の形態が異なる第１実施形態〜第３実施形態が存在する。以下、各実施形態に分けて説明する。
【００２１】
（第１実施形態）
本発明の発電装置は、図１に示すように、内部空間の圧力により反応液１ａを加圧して排出する加圧容器１と、加圧容器１から反応液１ａが供給され、反応液１ａと反応して水素を発生させる水素発生剤２ａを気密状態で収容する反応容器２と、水素を供給するアノード側供給部３ｄを有し、アノード３ａに供給された水素で発電を行う燃料電池３とを備えている。
【００２２】
また、本実施形態の発電装置は、加圧容器１から排出される反応液１ａを反応容器２に供給する反応液供給路４と、反応容器２に接続され反応容器２から排出される水素をアノード側供給部３ｄに供給する水素供給路５とを備えている。本実施形態では、水素供給経路５から分岐し、水素の流入を許容する逆止弁６ａを介して加圧容器１に接続された加圧用経路６を更に備える例を示す。このように、本発明では、水素供給経路５と加圧用経路６とが、途中まで兼用されていてもよく、また両者が別々に反応容器２に接続されていてもよい。
【００２３】
加圧容器１は、内部に収容した反応液１ａを加圧して排出する構造であればよく、密閉容器内に、直接反応液１ａを収容する形態でも、内部に設けた別の容器を介して反応液１ａを収容する形態でもよい。反応液としては、水素発生剤２ａと反応して水素を発生させるものであればよく、中性の水、酸水溶液、アルカリ水溶液などが用いられる。
【００２４】
膨張可能又は変形可能な内部容器を用いる場合、ゴム製や樹脂製などの袋、蛇腹部を有する容器、シリンジ型容器などが挙げられる。また、これらにバネ、弾性体などの付勢手段を組み合わせたものでもよい。
【００２５】
加圧容器１内の圧力は、大気圧以上であればよいが、好ましくはゲージ圧として、５００ｋＰａ以下の一定範囲、より好ましくは３００ｋＰａ以下の一定範囲で制御されていることが望ましい。このような圧力の制御は、系内に設ける安全弁の圧力設定によって制御することができる。
また、本実施形態のように、圧力調節弁５ａ（圧力レギュレータ）を設けて、圧力制御を、二次側の圧力に応じた弁の開閉によって、二次側の圧力一定以下に制御する圧力調節弁５ａを用いて行ってもよい。圧力調節弁５ａの二次側の設定圧力としては、例えば５０〜２００ｋＰａが挙げられる。
【００２６】
反応液供給路４は、加圧容器１からの液体の流入を許容する逆止弁４ａを介して、反応容器２と加圧容器１に接続されている。反応液供給路４に設けられる逆止弁４ａとしては、液体の一方向の流動のみを許容する弁であれば何れのものも使用可能である。ただし、装置全体の小型化を図る上で、一次側が二次側の圧力より大のときに開口し、小のときには閉口するくちばし状の弾性部材を備える逆止弁が好ましい。このような逆止弁４ａは、ダックビルと呼ばれており、各種のものが市販されている。ボールバルブを用いた小型の逆止弁もシステムの小型化には有効である。
【００２７】
反応液供給路４は、加圧容器１から排出される反応液１ａを反応容器２に供給するものであるが、反応液供給路４には、反応液１ａの流量を制限する流量制限部（図示省略）を有することが好ましい。これにより、圧力差により供給される反応液１ａの流量を適度に調整することができる。
【００２８】
流量制限部としては、反応液１ａの流量を制限できるものであればよく、開度調整が可能なものでもよいが、流量制限の性能の再現性を高める観点から、開度が固定されているものが好ましい。
【００２９】
流量制限部としては、具体的には、直径又は断面が一定の細管を用いることが好ましく、細管の内径又は内面積と長さによって、流動抵抗（圧力損失）を調節することができる。なお、反応液供給路４の配管を長さや太さを調整することにより、同様の流量制限を行うことが可能である。
【００３０】
流量制限部によって制限される反応液１ａの流量は、発電量や使用する水素発生剤などに応じて決定される。
【００３１】
反応容器２は、反応液１ａと反応して水素を発生させる水素発生剤２ａを収容するものである。反応容器２としては、密閉容器が用いられるが、水素発生剤２ａを収容する際に、開閉可能なものが好ましい。なお、反応容器２としては、水素発生剤２ａの反応でアルカリが生じる場合があるため、耐アルカリ性を有する材料を用いるのが好ましい。
【００３２】
反応容器２の容積は、反応時の水素発生剤２ａの膨張を考慮しつつ、初期の空気の量を減らす観点から、水素発生剤２ａの体積の１．２〜３倍が好ましく、１．５〜２倍がより好ましい。
【００３３】
水素発生剤２ａとしては、粒状等の水素発生物質を単独で使用する（樹脂包埋せずに使用する）ことも可能であるが、反応液との反応速度を制御する観点から、樹脂の母材中に粒状の水素発生物質を含有するものが好ましい。その際、使用する樹脂としては、反応を適度に調整する観点から、水溶性樹脂以外のものが好ましい。
【００３４】
水素発生物質としては、水素化カルシウム、水素化リチウム、水素化カリウム、水素化リチウムアルミニウム、水素化アルミニウムナトリウム、又は水素化マグネシウムなどの水素化金属、アルミニウム、鉄、マグネシウム、カルシウム等の金属、水素化ホウ素化合物等の金属水素錯化合物などが挙げられる。中でも、水素化金属が好ましく、特に水素化カルシウムが好ましい。水素化金属化合物、金属、金属水素錯化合物は、何れかを複数組み合わせて使用することもでき、また、それぞれを組み合わせて使用することも可能である。
【００３５】
即ち、水素発生剤としては、水溶性樹脂を除く樹脂の母材中に、粒状の水素化カルシウム（ＣａＨ２）を含有するものが特に好ましい。この水素発生剤では、粒状の水素化カルシウムが樹脂のマトリックス中に分散又は埋設された状態となり、これにより、水素化カルシウムの反応性が抑制され、水との反応の際の取り扱い性が改善される。また、水素発生物質として水素化カルシウムを使用することで、水等との反応性が高くなり、水等と反応した際に生成する反応物（水酸化カルシウム）の体積膨張率が高くなるため、樹脂母材を崩壊させる作用が大きくなり、水等との反応が自然に内部まで進行し易くなる。
【００３６】
水素発生物質の含有量は、好ましくは水素発生剤中６０重量％以上であるが、保形性を維持しつつ反応の際に樹脂母材を崩壊させる観点から、水素発生剤中、６０〜９０重量％であることが好ましく、７０〜８５重量％がより好ましい。
【００３７】
粒状の水素発生物質の平均粒径は、樹脂中への分散性や反応を適度に制御する観点から、１〜１００μｍが好ましく、２〜３０μｍがより好ましく、３〜１０μｍが更に好ましい。
【００３８】
水素化カルシウムに他の水素発生物質を添加する場合、その水素発生物質の含有量は、水素発生剤中、０〜２０重量％が好ましく、０〜１０重量％がより好ましく、０〜５重量％が更に好ましい。
【００３９】
樹脂としては、好ましくは水溶性樹脂以外のものが使用され、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂、耐熱性樹脂などが挙げられるが、熱硬化性樹脂が好ましい。熱硬化性樹脂を使用することで、一般的に樹脂母材がもろくなり易く、反応の際に樹脂母材がより容易に崩壊して、反応が自然に進行し易くなる。
【００４０】
なお、熱可塑性樹脂としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、アクリル樹脂、フッ素樹脂、ポリエステル、ポリアミドなどが挙げられる。また、耐熱性樹脂としては、芳香族系のポリイミド、ポリアミド、ポリエステルなどが挙げられる。
【００４１】
熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、アミノ樹脂、ポリウレタン樹脂、シリコーン樹脂、または熱硬化性ポリイミド樹脂等が挙げられる。なかでも、水素発生反応中に樹脂母材が適度な崩壊性を有する観点から、エポキシ樹脂が好ましい。熱硬化性樹脂を硬化させる際には、必要に応じて硬化剤や硬化促進剤などが適宜併用される。
【００４２】
樹脂の含有量は、好ましくは４０重量％未満であるが、保形性を維持しつつ反応の際に樹脂母材を崩壊させる観点から、水素発生剤中、５〜３５重量％が好ましく、１０〜３０重量％がより好ましい。
【００４３】
用いられる水素発生剤には、上記の成分以外の任意成分として、触媒、充填材、などのその他の成分を含有してもよい。触媒としては、水素発生剤用の金属触媒の他、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化カルシウムなどのアルカリ化合物も有効である。
【００４４】
水素発生剤２ａは、多孔質化された構造でもよいが、実質的に中実の構造が好ましい。つまり、本発明の水素発生剤は、空孔率（％）＝空孔体積／全体積×１００が５％以下が好ましく、２％以下がより好ましく、１％以下が更に好ましい。用いられる水素発生剤は、シート状、粒状（粉砕物）、塊状（成形品）など何れの形状でもよいが、粉砕を行う場合、その粒径は、１〜２０ｍｍが好ましく、５〜１０ｍｍがより好ましい。
【００４５】
水素供給路５は、反応容器２から排出される水素を燃料電池３のアノード側供給部３ｄに供給するものである。本実施形態では、更に水素供給路５に、ノーマルクローズ型の第１電磁弁５ｂを備えている。第１電磁弁５ｂとしては、気体に対して使用でき、電気信号により開閉操作が可能なものが何れも使用できる。
【００４６】
本発明では、発生した水素から、不純物であるアンモニアを除去するために、水素供給路５にアンモニア除去剤を設けてもよい。具体的には、シート状のアンモニア除去剤を容器内に充填したものを使用することができる。このようなアンモニア除去剤は、シート状に形成されたものが市販されているが、粒状の吸着剤等を通気性の袋に収容したものを使用することも可能である。
【００４７】
アンモニア除去剤としては、例えば、水素中のアンモニアを吸着除去する吸着剤（吸着・分解や反応吸着などの化学吸着を含む）、アンモニアを溶解除去する吸収剤、アンモニアを反応により除去する反応剤、アンモニアを分解（加熱分解・触媒反応分解等）により除去する分解手段、などが挙げられるが、アンモニアを物理吸着又は化学吸着により除去する吸着剤を備えることが好ましい。
【００４８】
中でも吸着剤が、物理吸着又は化学吸着によりアンモニアを除去するものであることがより好ましく、固体酸、活性炭（固体酸に相当するものを除く）、ゼオライト（固体酸に相当するものを除く）、及びモレキュラーシーブからなる群から選ばれる１種以上であることが更に好ましい。中でも、アンモニアの吸着除去能力やより高温で吸着可能な観点から、固体酸を用いることが好ましい。
【００４９】
固体酸としては、固体酸自体が粒状であるものや、粒状体に固体酸や液体酸を担持させたものなどがあるが、活性炭に金属塩を担持したものがコストや製造性などの観点からより好ましい。金属塩としては、硫酸塩、リン酸塩、塩化物塩、硝酸塩が挙げられ、塩を形成する金属としては、金属塩として酸性を示す金属が好適に使用できる。
【００５０】
活性炭（固体酸に相当するものも含む）としては、ＧＷ４８／１００、ＧＷ−Ｈ４８／１００、ＧＧ１０／２０、２ＧＧ、ＧＬＣ１０／３２、２ＧＳ、ＧＷ１０／３２、ＧＷ２０／４０、ＫＬＹ１０／３２、ＫＷ１０／３２、ＫＷ２０／４２（以上、クラレケミカル（株）製）、ＳＷＷＢ剤（アルカリ用）、ＷＢ剤、Ｓ剤（酸用）（以上、アニコジャパン（株）製）、４Ｔ−Ｂ、４Ｔ−Ｃ、４Ｇ−Ｈ、４ＳＡ、２ＧＳ、ＧＷ２０／４０４２（以上、クラレケミカル（株）製）などが挙げられ、好ましくは４Ｔ−Ｂ、ＳＷＷＢ剤（アルカリ用）、ＷＢ剤である。
【００５１】
ゼオライトとしては、ＢＸ、ＨＩＳＩＶ、Ｒ−３（以上、ユニオン昭和（株）製）などが挙げられ、好ましくはＢＸである。
【００５２】
モレキュラーシーブとしては、ゼオラムＡ−３、ゼオラムＡ−４（以上、東ソー（株）製）などが挙げられ、好ましくはゼオラムＡ−４である。
【００５３】
また、本発明では、水素供給路５等に安全弁を設けてもよい。その場合の安全弁は、一定以上の圧力でガスを開放するものであれば何れのものも使用可能である。小型化及び軽量化を図る観点から、安全弁としては、アンブレラ型、ダックビル型、金属製のボールバルブ型などの弁を用いることが好ましい。なお、安全弁の設定圧力は、系の耐圧性に応じて決定されるが、例えば３０〜５００ｋＰａ（特に２２０ｋＰａ）程度に設定される。
【００５４】
燃料電池３は、アノード３ａに供給された水素で発電を行うものであり、水素を供給するアノード側供給部３ｄを有している。燃料電池３には、ガスを排出するアノード側排出部３ｅを設けるのが好ましい。燃料電池３としては、水素を供給して発電を行うものが何れも使用できる。本発明では、スタック型の燃料電池を使用することも可能であるが、装置の小型化・軽量化の観点から、単位セルを平面状に配置したものが好ましい。なお、燃料電池３は、複数の単位セルを備えるものでよく、その場合、単位セル同士は接続部により直列又は並列に電気的に接続される。本実施形態では、単位セルが２４個直列に接続されたものが１系統並列接続されることで、電圧１４〜２４Ｖ、電力３０Ｗを可能にしている。
【００５５】
燃料電池３を構成する単位セルは、例えば、固体高分子電解質層３ｂと、この固体高分子電解質層３ｂの両側に設けられた第１電極層３ａ及び第２電極層３ｃと、これら電極層３ａ，３ｃの更に外側に各々配置された第１導電層及び第２導電層とを有する。本実施形態では、図２に示すように、第１導電層及び第２導電層が、第１電極層３ａ及び第２電極層３ｃを部分的に露出させる露出部を有する第１金属層１４及び第２金属層１５とからなる例を示す。これらの各層は、インサート成形により樹脂で一体化されていることが好ましい。インサート成形により単位セルを製造する方法は、国際公開ＷＯ２００９／１４５０９０号公報に詳述されている。
【００５６】
本実施形態の燃料電池３では、図２に示すように、単数又は複数の単位セルのアノード側を覆うように、空間形成部３ｇが単位セルと一体的に設けられ、空間形成部３ｇの内部にアノードに水素を供給するための空間３ｆが設けられている。空間形成部３ｇの両側の側壁には、水素を供給するアノード側供給部３ｄ及びガスを排出するアノード側排出部３ｅが形成されている。
【００５７】
固体高分子電解質層３ｂとしては、従来の固体高分子膜型の燃料電池に用いられるものであれば何れでもよいが、化学的安定性及び導電性の点から、超強酸であるスルホン酸基を有するパーフルオロカーボン重合体からなる陽イオン交換膜が好適に用いられる。このような陽イオン交換膜としては、ナフィオン（登録商標）が好適に用いられる。その他、例えば、ポリテトラフルオロエチレン等のフッ素樹脂からなる多孔質膜に上記ナフィオンや他のイオン伝導性物質を含浸させたものや、ポリエチレンやポリプロピレン等のポリオレフィン樹脂からなる多孔質膜や不織布に上記ナフィオンや他のイオン伝導性物質を担持させたものでもよい。
【００５８】
固体高分子電解質層３ｂの厚みは、薄くするほど全体の薄型化及び高出力化に有効であるが、イオン伝導機能、強度、ハンドリング性などを考慮すると、１０〜３００μｍが使用可能であるが、１5〜５０μｍが好ましい。
【００５９】
電極層３ａ，３ｃは、固体高分子電解質層３ｂの表面付近でアノード側およびカソード側の電極反応を生じさせるものであれば何れでもよい。なかでも、ガス拡散層としての機能を発揮して、燃料ガス、燃料液、酸化ガス及び水蒸気の供給・排出を行なうと同時に、集電の機能を発揮するものが好適に使用できる。電極層３ａ，３ｃとしては、同一又は異なるものが使用でき、その基材には電極触媒作用を有する触媒を担持させることが好ましい。触媒は、固体高分子電解質層３ｂと接する内面側に少なくとも担持させるのが好ましい。
【００６０】
電極層３ａ，３ｃの電極基材としては、例えば、カーボンペーパー、カーボン繊維不織布などの繊維質カーボン、導電性高分子繊維の集合体などの電導性多孔質材が使用できる。また、固体高分子電解質層３ｂに触媒を直接付着させたり、カーボンブラックなどの導電性粒子に担持させて固体高分子電解質層３ｂに付着させた電極層３ａ，３ｃを用いることも可能である。
【００６１】
一般に、電極層３ａ，３ｃは、このような電導性多孔質材にフッ素樹脂等の撥水性物質を添加して作製されるものであって、触媒を担持させる場合、白金微粒子などの触媒とフッ素樹脂等の撥水性物質とを混合し、これに溶媒を混合して、ペースト状或いはインク状とした後、これを固体高分子電解質膜と対向すべき電極基材の片面に塗布して形成される。
【００６２】
一般に、電極層３ａ，３ｃや固体高分子電解質層３ｂは、燃料電池に供給される還元ガスと酸化ガスに応じた設計がなされる。本発明では、酸化ガスとして空気が用いられると共に、還元ガスとして水素ガスを用いる。
【００６３】
空気が自然供給される側のカソード側の第２電極層３ｃ（本明細書では、アノード側を第１電極層、カソード側を第２電極層と仮定する）では、酸素と水素イオンの反応が生じて水が生成するため、かかる電極反応に応じた設計をするのが好ましい。
【００６４】
触媒としては、白金、パラジウム、ルテニウム、ロジウム、銀、ニッケル、鉄、銅、コバルト及びモリブデンから選ばれる少なくとも１種の金属か、又はその酸化物が使用でき、これらの触媒をカーボンブラック等に予め担持させたものも使用できる。
【００６５】
電極層３ａ，３ｃの厚みは、薄くするほど全体の薄型化に有効であるが、電極反応、強度、ハンドリング性などを考慮すると、１〜５００μｍが好ましく、１００〜３００μｍがより好ましい。電極層３ａ，３ｃと固体高分子電解質層３ｂとは、予め接着、融着、又は塗布形成等を行って積層一体化しておいてもよいが、単に積層配置されているだけでもよい。このような積層体は、膜／電極接合体（Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ａｓｓｅｍｂｌｙ：ＭＥＡ）として入手することもでき、これを使用してもよい。
【００６６】
アノード側電極層３ａの表面にはアノード側の第１金属層１４が配置され、カソード側電極層３ｃの表面にはカソード側の第２金属層１５が配置される（本明細書では、アノード側を第１金属層、カソード側を第２金属層と仮定する）。第１金属層１４は、第１電極層３ａを部分的に露出させる露出部を有するが、本実施形態では、アノード側金属層１４には燃料ガス等を供給するための開孔が設けられている例を示す。
【００６７】
第１金属層１４の露出部は、アノード側電極層３ａが露出可能であれば、その個数、形状、大きさ、形成位置などは何れでもよい。アノード側金属層１４の開孔１４ａは、例えば、規則的又はランダムに複数の円孔やスリット等を設けたり、または金属メッシュによって開孔を設けてもよい。開孔部分の面積が締める割合（開孔率）は、電極との接触面積とガスの供給面積のバランスなどの観点から、１０〜５０％が好ましく、１５〜３０％がより好ましい。
【００６８】
また、カソード側の第２金属層１５は、第２電極層３ｃを部分的に露出させる露出部を有するが、本実施形態では、カソード側金属層１５には、空気中の酸素を供給（自然吸気）するための多数の開孔１５ａが設けられている例を示す。開孔の形状、大きさ、開孔率等は、アノード側の第１金属層と同様である。
【００６９】
金属層としては、電極反応に悪影響がないものであれば何れの金属も使用でき、例えばステンレス板、ニッケル、銅、銅合金などが挙げられる。但し、導電性、コスト、形状付与性、加圧のための強度などの観点から、銅、銅合金、ステンレス板などが好ましい。また、上記の金属に金メッキなどの金属メッキを施したものでもよい。
【００７０】
なお、金属層の厚みは、薄くするほど全体の薄型化に有効であるが、導電性、コスト、重量、形状付与性、加圧のための強度などを考慮すると、１０〜１０００μｍが好ましく、５０〜２００μｍがより好ましい。
【００７１】
第１金属層１４及び第２金属層１５は、少なくとも一部が樹脂から露出することにより、その部分を電極として電気を外部に取り出すことができる。このため、樹脂成形体に対して、第１金属層１４及び第２金属層１５を一部露出させた端子部を設けてもよい。金属層の形成や開孔の形成は、プレス加工（プレス打ち抜き加工）を利用して行うことができる。
【００７２】
本発明においては、燃料電池３のアノード側排出部３ｅに、ガス排出経路が接続されており、ガス排出経路には検知セル２６と、排出制御弁である第２電磁弁２３ｂとが設けられていることが好ましい。検知セル２６は、単数又は少数の単位セルからなる燃料電池であり、ガス排出経路に十分な水素が存在するかを検知するための水素検知器である。
【００７３】
加圧用経路６は、圧力調節弁５ａと第１電磁弁５ｂとの間に介在する水素供給経路５から分岐しており、水素の流入を許容する逆止弁６ａを介して加圧容器１に接続される。本発明では、加圧用経路６に第４電磁弁を設けて、起動時に加圧用経路６内の空気を排出するようにしてもよい。
【００７４】
逆止弁６ａとしては、気体の一方向の流動のみを許容する弁であれば何れのものも使用可能である。ただし、装置全体の小型化を図る上で、一次側が二次側の圧力より大のときに開口し、小のときには閉口するくちばし状の弾性部材を備える逆止弁が好ましい。このような逆止弁６ａは、ダックビルと呼ばれており、各種のものが市販されている。ボールバルブを用いた小型の逆止弁もシステムの小型化には有効である。
【００７５】
本発明では、図１に示すように、燃料電池３から充電が可能であり、外部への出力を行なう蓄電手段３１と、燃料電池３を間欠的に起動させて蓄電手段３１を充電する制御を行なう制御手段を備えている。本実施形態において、制御手段は、蓄電手段３１の電圧を監視する電圧監視制御部２４と、蓄電手段３１の充放電を制御する充放電制御部２９と、これらを含めた制御を行なう主制御部２１とを含んでいる。
【００７６】
電圧監視制御部２４は、燃料電池３を停止させた状態において、蓄電手段３１の電圧が下限設定値以下であるかを判定する回路を含み、燃料電池３を停止した際、この回路のみに電力を供給する制御を行なう。本実施形態では、外部への出力を行なうための蓄電手段３１以外に、内部の補器類に電力を供給するための小電力蓄電手段３３を備えており、燃料電池３を停止した際、この小電力蓄電手段３３から、電圧監視制御部２４に電力が供給される。また、燃料電池３を起動した際には、小電力蓄電手段３３から、制御手段全体に電力が供給される。
【００７７】
また、燃料電池３の出力が入力されて所定の電圧で出力が可能な直流電圧変換器２８を有している。このような直流電圧変換器２８としては、例えば市販のチップと推奨回路によって構成された、ＤＣ／ＤＣコンバータが採用できる。
【００７８】
充放電制御部２９による蓄電手段３１の充電の制御は、一般的な二次電池の充電制御と同様の制御が可能であり、例えば定電圧充電、定電流充電、両者の組み合わせによる充電などを行なうことが可能である。また、充放電制御部２９による放電の制御は、蓄電手段３１のみからの放電とする方法や、大電力を供給する場合には、燃料電池３からの出力と、蓄電手段３１からの出力を同時に行なう方法も可能である。これらの充放電制御は、主制御部２１からの制御信号によって操作される。
【００７９】
次ぎに、制御手段による第１実施形態における制御について説明する。制御手段としては、以下の制御に関する演算と操作信号が出力可能であればよく、例えばマイコンユニット、プログラムシーケンサー、パソコン等が使用できる。以下、本実施形態の制御フローを図３に基づいて説明する。
【００８０】
ステップＳ０のスタート時には、初期のスタートルーチンが実行される。このスタートルーチンによる処理を実行するために、燃料電池３のガス排出経路に接続された電圧検出のための検知セル２６を利用することが好ましい。
【００８１】
本発明では、初期のスタートルーチンにおいて、必要に応じて弁を設けた反応液導入路７を経由して、シリンジ等の反応液供給器を用いて、水等の反応液１ａを反応容器２内に導入する。反応液１ａの導入後には、反応容器２は密閉された状態となる。つまり、本発明では、発電装置の使用開始時において、反応容器２に反応液１ａを供給可能な別の反応液供給器を更に備えることが好ましい。
【００８２】
最初に、第１電磁弁５ｂの開操作と、第３電磁弁２３ｂの開操作の信号を出力する処理が実行される。なお、操作信号のない状態（ノーマル）において、第１電磁弁５ｂは閉状態、第３電磁弁２３ｂは閉状態であるものを使用するのが好ましい。
【００８３】
次いで、検知セル２６の電圧が例えば２００ｍＶ以上であるか否かが判定される。電圧が２００ｍＶ以上である場合、第３電磁弁２３ｂの閉操作の信号の出力が行われる。これによりステップＳ１の起動ルーチンがスタートする。スタートルーチンを経て起動ルーチンがスタートする場合、第１電磁弁５ｂは開状態、第３電磁弁２３ｂは閉状態である。また、燃料電池３は、水素が供給されている状態となる。
【００８４】
ステップＳ１の起動ルーチンでは、まず、第１電磁弁５ｂの開操作を行なう信号の出力が行われる。これにより、燃料電池３に水素が供給され、水素による発電が行なわれる。このとき、燃料電池３の出力電圧を検出する回路を用いて、燃料電池３の出力電圧が例えば１８Ｖ以上であるか否かを判定して、出力電圧が２０Ｖ以上である場合に、ステップＳ２の充電制御を行なうようにしてもよい。
【００８５】
ステップＳ１の起動ルーチンの後に、ステップＳ２において、充放電制御部２９により、蓄電手段３１の充電とその制御が行なわれる。ステップＳ２において、蓄電手段３１の充電を行なう際には、小電力蓄電手段３３の充電を同時に行なうようにしてもよい。小電力蓄電手段３３は、通常、蓄電手段３１より容量が小さいため、蓄電手段３１より早く充電を完了することができる。
【００８６】
ステップＳ３では、電圧監視制御部２４により、まず、蓄電手段３１の電圧のサンプリングが行われる。蓄電手段３１の電圧Ｖが上限設定値Ｖ２以上の場合には、燃料電池３を停止させるステップＳ４に進むが、電圧Ｖが上限設定値Ｖ２未満の場合には、ステップＳ２の充電制御と、ステップＳ３の電圧判定とが継続して行なわれる。
【００８７】
ステップＳ４では、燃料電池３を停止させる。その際、主制御部２１から、第１電磁弁５ｂを閉状態とする操作信号が送られる。また、燃料電池３から蓄電手段３１への出力が、充放電制御部２９により解除される。
【００８８】
ステップＳ５では、電圧監視制御部２４により、まず、蓄電手段３１の電圧のサンプリングが行われる。蓄電手段３１の電圧Ｖが下限設定値Ｖ１以下の場合に燃料電池３を起動させるステップＳ１に戻って、蓄電手段３１の充電が再度行なわれるが、電圧Ｖが下限設定値Ｖ１未満の場合には、ステップＳ４の燃料電池３の停止と、ステップＳ５の電圧判定とが継続して行なわれる。
【００８９】
このように、燃料電池３を停止し、第１電磁弁５ｂを閉じた状態において、発電装置を長期間放置すると、反応容器２等の圧力が低下する傾向がある。本実施形態では、このように反応容器２の圧力が低下しても、加圧容器１内の圧力と反応容器２内の圧力との差により、加圧容器１から反応液１ａが供給されて、反応容器２内で水素が発生し、圧力調節弁５ａと逆止弁６ａを介して水素が加圧容器１内に流入するため、加圧容器１内を一定以上の圧力に維持することができる。また、二次側の圧力を一定以下に調節する圧力調節弁５ａにより、加圧容器１内の圧力が大きくなり過ぎるのを防止することができる。
【００９０】
本発明の発電装置は、蓄電量（電力量）を一定以上にしておく必要がある緊急用非常電源等や、長期に渡って小電力で電力供給を続ける必要がある地震計、常時モニター用センサーシステム、などに好適に使用できる。
【００９１】
緊急用非常電源等に使用する場合、蓄電手段３１の蓄電量を例えば満充電時の８０％以上に維持するのが好ましい。このためには、例えば蓄電手段３１の電圧の下限設定値Ｖ１（無負荷時）を、満充電時の９２％に設定し、蓄電手段３１の電圧の上限設定値Ｖ２（無負荷時）を、満充電時の８７％に設定するのが好ましい。また、蓄電手段３１の経時劣化に応じた電圧を設定することにより、より長期間に渡って、好適な蓄電量を維持することができる。ただしこれは、一例であって、蓄電池の種類や特性によってはこの数値に限定されるものではない。
【００９２】
また、地震計等に使用する場合、蓄電手段３１の蓄電量が例えば満充電時の５％程度になるまで使用を継続するのが好ましい。このためには、例えば蓄電手段３１の電圧の下限設定値Ｖ１（無負荷時）を、満充電時の７６％に設定し、蓄電手段３１の電圧の上限設定値Ｖ２（無負荷時）を、満充電時の９２％に設定するのが好ましい。また、蓄電手段３１の経時劣化に応じた電圧を設定することにより、より長期間に渡って、より好適に蓄電手段３１からの電力供給を行なうことができる。ただしこれは、一例であって、蓄電池の種類や特性によってはこの数値に限定されるものではない。
【００９３】
本発明では、例えば３０Ｗの燃料電池システムと、容量２００Ｗｈｒの蓄電手段とを利用して、停止状態での消費電力を０．０５Ｗとし、出力時のロスを３Ｗとすることで、例えば外部負荷が０．１Ｗのときに３９０４時間の運転時間、外部負荷が０．２Ｗのときに２２３３時間の運転時間を確保することができる。これに対して、３Ｗの燃料電池システムを利用して、継続して発電を行なった場合（水素は１００％利用）、外部負荷が０．１Ｗのときに２６６７時間の運転時間、外部負荷が０．２Ｗのときに２０００時間の運転時間しか確保できない。このように、本発明の発電装置は、トータルの発電効率が優れたものとなる。
【００９４】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態の発電装置は、第１実施形態と比較して、圧力調節機構の形態と、その制御の形態のみが異なるものである。
【００９５】
第２実施形態の圧力調節機構は、反応液供給路４の逆止弁４ａより下流側に設けたノーマルクローズ型の第２電磁弁４ｂと、その第２電磁弁４ｂを間欠的に開操作する弁制御部（主制御部２１）とを備えている。本実施形態では、反応容器２内の圧力を検出する反応容器圧検出器２２ａが設けられており、検出した圧力により第２電磁弁４ｂを間欠的に開操作する制御を行なう例を示す。なお、このような間欠的な開操作は、一定の周期で繰り返すことも可能である。
【００９６】
第２電磁弁４ｂとしては、液体に対して使用でき、電気信号により開閉操作が可能なものが何れも使用できる。本実施形態において、反応容器圧検出器２２ａは、反応容器２内の圧力を検出可能であればよく、反応容器２内においてその圧力を測定する場合の他、反応容器２に連通する経路などにおいて圧力を測定する場合を含んでいる。
【００９７】
反応容器圧検出器２２ａとしては、気体の圧力をダイヤフラム（ステンレスダイヤフラム、シリコンダイヤフラム、など）を介して、感圧素子で計測し、電気信号に変換し出力する圧力センサ等が使用できる。代表的な、圧力センサとしては、半導体ピエゾ抵抗拡散圧力センサ、静電容量形圧力センサなどが挙げられる。
【００９８】
水素供給路５は、反応容器２から排出される水素を燃料電池３のアノード側供給部３ｄに供給するものである。本実施形態では、水素供給路５に、反応容器圧検出器２２ａと、第１電磁弁５ｂと、二次側の圧力を一定以下に調節する圧力調節弁５ｃとを有する例を示す。また、水素供給路５から分岐した加圧用経路６には、二次側の圧力を一定以下に調節する圧力調節弁６ｂを有している。
【００９９】
圧力調節弁５ｃは、二次側の圧力に応じた弁の開閉によって、二次側の圧力一定以下に制御するものであり、その設定圧力としては、例えば１０〜１００ｋＰａ（特に５０ｋＰａ）が挙げられる。また、圧力調節弁６ｂは、二次側の圧力に応じた弁の開閉によって、二次側の圧力一定以下に制御するものであり、その設定圧力としては、例えば１０〜１００ｋＰａ（特に５０ｋＰａ）が挙げられる。
【０１００】
第２実施形態における制御では、図５に示すように、ステップＳ４からステップＳ５が、繰り返されて、燃料電池３が停止している状態において、ステップＳ１１により、停止後に所定時間が経過しているか否かが判定される。所定時間としては、例えば５〜１００時間などが設定可能である。所定時間が経過している場合には、ステップＳ１２が実行される。
【０１０１】
ステップＳ１２では、サンプリングにより、反応容器内の圧力Ｐが検出され、圧力Ｐが下限設定値Ｐ１未満である場合には、ステップＳ１３により、第２電磁弁４ｂの開操作を行なう制御信号が出力される。圧力Ｐが下限設定値Ｐ１以上の場合には、ステップＳ４に戻る。この下限設定値Ｐ１としては、例えば５〜４０ｋＰａが設定可能である。
【０１０２】
ステップＳ１３による第２電磁弁４ｂの開操作は、ステップＳ１２で圧力Ｐが下限設定値Ｐ１以上となるまで継続され、圧力Ｐが下限設定値Ｐ１以上となった場合、ステップＳ４に戻る。その結果、反応容器２の圧力が低下しても、第２電磁弁４ｂの開操作により、加圧容器１から反応液１ａが供給されて、反応容器２内で水素が発生して、水素が加圧容器１内に流入するため、加圧容器１内を一定以上の圧力に維持することができる。第２実施形態におけるその他の制御フローは、図３に示す第１実施形態と同様である。
【０１０３】
（第３実施形態）
本発明の第３実施形態の発電装置は、第１実施形態と比較して、圧力調節機構の形態と、その制御の形態のみが異なるものである。
【０１０４】
第３実施形態の圧力調節機構では、制御手段による燃料電池３の間欠的な起動の際に、予め燃料電池３を予備起動して、反応容器２の圧力を低下させることで、加圧容器１から反応容器２へ反応液１ａを供給して、加圧容器１内の圧力を回復させる制御を行なう。本実施形態では、反応容器２内の圧力を検出する反応容器圧検出器２２ａが設けられており、検出した圧力により上記の制御を行なう例を示す。
【０１０５】
第３実施形態における制御では、図７に示すように、ステップＳ４からステップＳ５が、繰り返されて、燃料電池３が停止している状態において、ステップＳ１１により、停止後に所定時間が経過しているか否かが判定される。所定時間としては、例えば５〜１００時間などである。所定時間が経過している場合には、ステップＳ１２が実行される。
【０１０６】
ステップＳ１２では、サンプリングにより、反応容器内の圧力Ｐが検出され、圧力Ｐが下限設定値Ｐ１未満である場合には、ステップＳ１４により、燃料電池３の予備起動ルーチンが実行される。圧力Ｐが下限設定値Ｐ１以上の場合には、ステップＳ４に戻る。この下限設定値Ｐ１としては、例えば２０〜４０ｋＰａが挙げられる。
【０１０７】
ステップＳ１４による燃料電池３の予備起動ルーチンは、ステップＳ１２で圧力Ｐが下限設定値Ｐ１以上となるまで継続され、圧力Ｐが下限設定値Ｐ１以上となった場合、ステップＳ４に戻る。その他のフローは、図３に示す第１実施形態と同様である。
【０１０８】
ステップＳ１４の燃料電池３の予備起動ルーチンでは、ステップＳ１の燃料電池３の起動ルーチンと同様の操作が実行される。具体的には、第１電磁弁５ｂの開操作を行なう信号の出力と、負荷の設定が行われる。これにより、反応容器２から燃料電池３に水素が供給され、水素による発電が行なわれると共に、反応容器２内の水素が消費されることで、内部の圧力が低下する。これによって、加圧容器１の方が反応容器２より圧力が高くなり、加圧容器１から反応容器２に反応液１ａが供給されて、水素が発生し、反応容器２内の圧力が上昇する。
【０１０９】
（他の実施形態）
（１）前述の実施形態では、初期の起動時に反応液導入路７を経由して、反応液１ａを反応容器２内に導入する例を示したが、加圧容器内を初期に加圧することも可能である。その場合、空気、窒素ガス、水素ガスなどを用いて加圧することができる。
【０１１０】
（２）前述の実施形態では、燃料電池を検知セル２６として用いて、ガス排出経路に十分な水素ガスが存在するかを検知する例を示したが、初期における水素ガスの検知は、ガスセンサ等によっても行うことが可能である。また、初期において水素ガスを検知する代わりに、燃料電池３の出力電圧等によっても、水素ガスの供給状態を知ることができる。
【０１１１】
（３）前述の実施形態では、単位セルのアノード側を覆うように、空間形成部が単位セルと一体的に設けられ、その内部にアノードに水素を供給するための空間が設けられている例を示したが、水素を供給するためのガス流路が、燃料電池に予め形成されたものを用いてもよい。
【０１１２】
また、このような燃料電池としては、少なくとも一方の側に、燃料等を供給するための流路を設けた単位セルが独立して構成された構成燃料電池、又はセパレータを介在させたスタックタイプの燃料電池などを使用することが可能である。
【０１１３】
（４）前述の実施形態では、加圧容器と反応容器に生じる圧力差によって、反応液を反応容器に供給することで、加圧容器内の圧力を維持又は回復させる圧力調節機構の例を示したが、本発明では、ポンプ等の送液手段を有する別の反応液供給路を別途設けて、強制的に反応液を供給することで、加圧容器内の圧力を維持又は回復させる圧力調節機構を構成することも可能である。
【０１１４】
例えば、図６に示す発電装置において、ポンプ等の送液手段を有する別の反応液供給路を、加圧容器１と反応容器２とに接続し、図７に示す制御において、ステップＳ１４の予備起動ルーチンに代えて、当該送液手段を一定時間駆動させる操作を行なうことで、加圧容器１内の圧力を維持又は回復させることができる。
【０１１５】
また、このような送液手段は、ステップＳ０のスタート時において、反応容器２に反応液１ａを供給する際にも、使用することができる。
【０１１６】
（５）前述の実施形態では、加圧容器１と反応容器２の内部を所定の気体で置換する操作について特に触れなかったが、加圧容器１内を置換することで、最初の起動時に、水素ガスより分子量の大きい気体が充填されていることが好ましい。具体的には、窒素ガス、アルゴンガス
、クリプトンなどが挙げられる。
【０１１７】
（６）前述の実施形態では、蓄電手段３１の他に、制御手段の駆動のために小電力蓄電手段３３を設ける例を示したが、本発明では、蓄電手段３１のみを設けて、その電力により制御手段を駆動させることも可能である。
逆に、少電力蓄電手段３３を蓄電手段３１と同等の電力容量に設定し、蓄電手段３１が外部出力専用で機能しているときには、他方の蓄電手段３１を燃料電池システムからの充電専用とすることで、燃料電池システムが外部負荷の大きさに依存しない形態での駆動方法も可能である。つまり、本発明では、２つ以上の蓄電手段３１を設けることが可能である。
【０１１８】
（７）前記の第３実施形態においては、反応容器圧検出器２２ａにより圧力を検出する場合の例を示したが、本発明では、反応容器圧検出器２２ａにより圧力を検出しない場合でも、予め燃料電池３を予備起動することで、加圧容器１内の圧力を回復させることができる。その場合、ステップＳ１２を省略して、所定時間の経過時に、ステップＳ１４の予備起動ルーチンを実行すればよい。
また、反応容器圧検出器２２ａの替わりに加圧容器圧検出器を経路６に設け、加圧容器圧の下限値による圧力回復方法を実施することも可能である。更に、加圧容器圧検出器が設けられている場合は、上記（４）で前述した送液手段の輸送媒体を空気として、加圧容器１の圧力を上昇させて反応容器２の圧力と差圧を生じさせて起動させることも可能である。
【０１１９】
また、ステップ１１において、所定時間の経過の判定を行なわずに、ステップＳ５で蓄電手段３１の電圧Ｖが下限設定値Ｖ１以下の場合に、ステップＳ１４の予備起動ルーチンを実行してから、燃料電池３を起動させるステップＳ１に戻るようにしてもよい。
【符号の説明】
【０１２０】
１    加圧容器
１ａ  反応液
２    反応容器
２ａ  水素発生剤
３    燃料電池
３ａ  電極層（アノード）
３ｂ  固体高分子電解質層
３ｃ  電極層（カソード）
３ｄ  アノード側供給部
３ｅ  アノード側排出部
４    反応液供給路
５    水素供給路
５ａ  圧力調節弁
５ｂ  第１電磁弁
５ｃ  圧力調節弁
６    加圧用経路
６ａ  逆止弁
６ｂ  圧力調節弁
１４    金属層（アノード側）
１４ａ  開孔
１５    金属層（カソード側）
１５ａ  開孔
２１    主制御部（制御手段）
２４    電圧監視制御部（制御手段）
２９    充放電制御部（制御手段）
【図１】
2015103426.tif 000003
【図２】
2015103426.tif 000004
【図３】
2015103426.tif 000005
【図４】
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【図５】
2015103426.tif 000007
【図６】
2015103426.tif 000008
【図７】
2015103426.tif 000009