(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化性ガスとの酸化反応によって燃料を発生する微粒子を含む燃料発生部を複数備え、
前記燃料発生部から供給される前記燃料を用いて発電を行う燃料電池部と、
前記燃料発生部と前記燃料電池部との間でガスを機械的なエネルギーを用いて強制的に循環させる循環器とを備え、
前記循環器のガス流入側と前記燃料電池部との間に前記燃料発生部を少なくとも一つ配設し、前記循環器のガス流出側と前記燃料電池部との間に前記燃料発生部を少なくとも一つ配設することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
第１の開口及び第２の開口が設けられている容器を複数備え、
前記容器各々が各々の前記燃料発生部を収容し、
前記燃料発生部のガス流入出方向を反転させることができ、
前記燃料発生部のガス流入出方向が正転方向のときに各々の前記第１の開口がガス供給口となり各々の前記第２の開口がガス排出口となり、
前記燃料発生部のガス流入出方向が逆転方向のときに各々の前記第１の開口がガス排出口となり各々の前記第２の開口がガス供給口とな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３】
前記燃料発生部と前記燃料電池部との間の配管経路及び前記燃料発生部と前記循環器との間の配管経路を切り替えることにより、前記燃料発生部のガス流入出方向を反転させることができる請求項２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記循環器がガス流入側とガス流出側とを互いに切り替えることができる循環器であり、
前記循環器のガス流入側とガス流出側とを互いに切り替えることにより、前記燃料発生部のガス流入出方向を反転させることができる請求項２に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記循環器のガス流入側と前記燃料電池部との間に配設され、前記燃料電池部からガスが供給され前記循環器にガスを供給する前記燃料発生部を選択し、前記循環器のガス流出側と前記燃料電池部との間に配設され、前記循環器からガスが供給され前記燃料電池部にガスを供給する前記燃料発生部を選択する選択部を備える請求項１〜４のいずれか一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、燃料発生部を備える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（例えば水素ガス）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】国際公開第２０１１／０４０１８２号
【特許文献２】国際公開第２０１１／０５２２８３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
発電および充電が可能な２次電池型燃料電池システムとして、燃料極と燃料発生部材が配置されている空間は密閉されており自然拡散にて反応を促進させるシステムが提案されている（特許文献１および特許文献２参照）。しかしながら、自然拡散では燃料ガスの反応速度が限られるため、高い出力電力が得られないという課題がある。そして、この課題を解決する場合に、でき得る限り出力を安定させることが望ましい。
【０００６】
本発明は、上記の状況に鑑み、出力を高くまた安定させ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】
【０００７】
上記目的を達成するために本発明に係る燃料電池システムは、化学反応により燃料を発生する複数の燃料発生部と、前記燃料発生部から供給される前記燃料を用いて発電を行う燃料電池部と、前記燃料発生部と前記燃料電池部との間でガスを機械的なエネルギーを用いて強制的に循環させる循環器とを備え、前記循環器のガス流入側と前記燃料電池部との間に前記燃料発生部を少なくとも一つ配設し、前記循環器のガス流出側と前記燃料電池部との間に前記燃料発生部を少なくとも一つ配設する構成（第１の構成）とする。
【０００８】
上記第１の構成によると、燃料発生部と燃料電池部との間でガスを強制的に循環させることができるので、自然拡散の場合に比べて燃料ガスの流速を速くすることができ、燃料を燃料電池部に十分に供給することができる。そのため、自然拡散の場合に比べて出力が大きくなる。
【０００９】
また、循環器のガス流入側とガス流出側ではガスの圧力脈動が避けられないが、上記第１の構成によると、循環器のガス流入側と燃料電池部との間に燃料発生部が少なくとも一つ配設され、循環器のガス流出側と燃料電池部との間に燃料発生部が少なくとも一つ配設されるので、ガスの圧力脈動が燃料発生部によって緩和され、燃料電池部に流入するガス及び燃料電池部から流出するガスは一定流に近いガスになる。これにより、燃料電池部における発電反応の均一性が向上し、出力が安定する。
【００１０】
また、上記第１の構成の燃料電池システムにおいて、前記燃料発生部のガス流入出方向を反転させることができる構成（第２の構成）としてもよい。
【００１１】
また、上記第２の構成の燃料電池システムにおいて、例えば、前記燃料発生部と前記燃料電池部との間の配管経路及び前記燃料発生部と前記循環器との間の配管経路を切り替えることにより、前記燃料発生部のガス流入出方向を反転させることができる構成（第３の構成）としてもよい。
【００１２】
また、上記第２の構成の燃料電池システムにおいて、例えば、前記循環器がガス流入側とガス流出側とを互いに切り替えることができる循環器であり、前記循環器のガス流入側とガス流出側とを互いに切り替えることにより、前記燃料発生部のガス流入出方向を反転させることができる構成（第４の構成）としてもよい。
【００１３】
また、上記第１〜第４のいずれかの構成の燃料電池システムにおいて、前記循環器のガス流入側と前記燃料電池部との間に配設される前記燃料発生部を選択し、前記循環器のガス流出側と前記燃料電池部との間に配設される前記燃料発生部を選択する選択部を備える構成（第５の構成）としてもよい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係る燃料電池システムによると、出力を高くまた安定させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１実施形態に係る燃料電池システムの概略構成を示す図である。
【図２】燃料発生部及びそれを収容する容器の一例を示す図である。
【図３】燃料発生部及びそれを収容する容器の一例を示す図である。
【図４】燃料発生部の他の例を示す図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係る燃料電池システムの概略を示す図である。
【図６】本発明の第３実施形態に係る燃料電池システムの概略構成を示す図である。
【図７】本発明の第３実施形態に係る燃料電池システムの概略構成を示す図である。
【図８】本発明の第４実施形態に係る燃料電池システムの概略構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
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。
【００１７】
＜第１実施形態＞
本発明の第１実施形態に係る燃料電池システムの概略構成を図１に示す。本発明の第１実施形態に係る燃料電池システムは、燃料発生部１＿１及び１＿２と、燃料電池部２と、循環器３と、燃料電池部２の温度を調節するヒーター４と、燃料発生部１＿１の温度を調節するヒーター４＿１と、燃料発生部１＿２の温度を調節するヒーター４＿２と、燃料電池部２及びヒーター４を収容する容器５と、燃料発生部１＿１及びヒーター４＿１を収容する容器６＿１と、燃料発生部１＿２及びヒーター４＿２を収容する容器６＿２と、燃料発生部１＿１及び１＿２と燃料電池部２との間でガスを循環させるための配管７とを備えている。
【００１８】
燃料発生部１＿１及び１＿２の材料としては、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（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、Ｒｄ、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１＿１及び１＿２として、Ｆｅを主体とする燃料発生部材を用いる。
【００１９】
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（還元性ガス）である水素ガスを生成することができる。
４Ｈ2Ｏ＋３Ｆｅ→４Ｈ2＋Ｆｅ3Ｏ4  …（１）
【００２０】
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１＿１及び１＿２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）
【００２１】
燃料発生部１＿１及び１＿２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１＿１及び１＿２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１＿１及び１＿２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。また、燃料発生部１＿１及び１＿２としては、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し、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構わない。
【００２２】
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。
【００２３】
循環器３は、燃料発生部１＿１及び１＿２と燃料電池部２との間でガスを機械的なエネルギーを用いて図１に示す矢印の方向で強制的に循環させるものであって、例えばコンプレッサ、ファン、ブロア、ポンプなどを用いることができる。循環器３では厳密な一定流を作り出すことが困難であり、循環器３のガス流入側とガス流出側ではガスの圧力脈動が避けられない。特にダイヤフラム式の循環器は、高圧と低圧を交互に繰り返すことで流体を移動させるため、ガスの圧力脈動が大きくなる。
【００２４】
容器５は、燃料極２Ｂに循環ガスを供給するための循環ガス供給口と、燃料極２Ｂから循環ガスを排出するための循環ガス排出口と、空気極２Ｃに空気を供給するための空気供給口と、空気極２Ｃから空気を排出するための空気排出口とを備えている。空気の流れは、例えば容器５の外部に設けられるファンなどによって制御するとよい。なお、空気の流れ方向は、図１に示す方向に限定されることはなく、図１に示す方向と逆であってもよい。また、本実施形態では、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よい。
【００２５】
容器６＿１及び６＿２はそれぞれ第１の開口及び第２の開口とを備えている。第１の開口及び第２の開口の一方は燃料発生部１＿１又は１＿２に循環ガスを供給するための循環ガス供給口となり、第１の開口及び第２の開口の他方は燃料発生部１＿１又は１＿２から循環ガスを排出するための循環ガス排出口となる。
【００２６】
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。
【００２７】
発電動作時には、スイッチＳＷ１をオンにし、スイッチＳＷ２をオフにすることで、燃料電池部２を負荷９に電気的に接続する。
【００２８】
例えば燃料を水素にした場合、本実施形態では、発電動作時に、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）
【００２９】
上記の（３）式の反応によって生成された電子は、燃料極２Ｂから負荷９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）
【００３０】
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。
【００３１】
そして、燃料発生部１＿１及び１＿２は、上記の（１）式に示すＦｅの酸化反応により、燃料電池部２から供給される水蒸気を消費して、水素ガスを発生させ、水素ガスを燃料電池部２に供給する。
【００３２】
なお、図１に示す本発明の第１実施形態に係る燃料電池システムは、発電動作のみならず充電動作も行うことができる２次電池型燃料電池システムである。充電動作時には、スイッチＳＷ１をオフにし、スイッチＳＷ２をオンにすることで、燃料電池部２を電源８に電気的に接続する。この場合、燃料電池部２が電気分解器として作動して、上記の（３）式及び（４）式の逆反応が起こり、燃料極２Ｂ側において水蒸気が消費され水素ガスが生成され、燃料発生部１＿１及び１＿２は、上記の（２）式に示す還元反応により、酸化鉄から鉄への変化を進めて鉄の残量を増やし、すなわち燃料発生部１＿１及び１＿２は再生されて、燃料電池部２から供給される水素ガスを消費して、水蒸気を発生させ、水蒸気を燃料電池部２に供給する。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
本発明の第１実施形態に係る燃料電池システムでは、燃料ガスは循環器３によって強制循環されるため、自然拡散の場合に比べて流速が速くなり、燃料極２Ｂで反応するための燃料を燃料極２Ｂに十分に供給することができる。そのため、自然拡散の場合に比べて出力が大きくなる。
【００３６】
しかしながら、上述した通り循環器３のガス流入側とガス流出側ではガスの圧力脈動が避けられない。この循環器３のガス流入側とガス流出側におけるガスの圧力脈動が、燃料電池部２に流入するガス及び燃料電池部２から流出するガスに大きく影響すると、燃料電池部における発電反応の不均一になり、出力が不安定になる。
【００３７】
そこで、本実施形態では、循環器３のガス流入側と燃料電池部２との間に燃料発生部１＿１を配設し、循環器３のガス流出側と燃料電池部２との間に燃料発生部１＿２を配設している。このような構成によると、循環器３のガス流入側におけるガスの圧力脈動が燃料発生部１＿１で生じる圧力損失によって緩和され、循環器３のガス流出側におけるガスの圧力脈動が燃料発生部１＿２で生じる圧力損失によって緩和され、燃料電池部２に流入するガス及び燃料電池部２から流出するガスは一定流に近いガスになる。これにより、燃料電池部２における発電反応の均一性が向上し、出力が安定する。
【００３８】
また、本実施形態では、燃料発生部１＿１に循環器３のガス流入側におけるガスの圧力脈動が伝搬し、燃料発生部１＿２に循環器３のガス流出側におけるガスの圧力脈動が伝搬するので、燃料発生部１＿１及び１＿２の燃料発生効率が向上する。このように燃料発生効率が向上する理由の詳細について図２及び図３を参照して説明する。
【００３９】
図２及び図３はそれぞれ、燃料発生部１＿１及び容器６＿１又は燃料発生部１＿２及び容器６＿２の一例を示している。図２及び図３では燃料発生部は複数の球状ペレット１０によって構成されており、容器６はガス流路を長くするための仕切板１１を備えている。図２及び図３ではガスの流れを矢印で模式的に示している。なお、図２及び図３ではペレットの形状が球状であるが、他の形状であっても構わない。
【００４０】
また、本実施形態では、容器６の循環ガス排出口又は循環ガス供給口に循環器３からのガスの圧力脈動が伝搬するので、圧力脈動によって生じる圧力差により図２に示すように容器６内の各所においてガス散乱が起こり、流体抵抗が大きい場所にも循環ガスが行き渡る。これにより、燃料発生部において循環ガスが到達せずに未反応になってしまう部分の割合が減少し、その結果、燃料発生効率が向上する。これに対して、容器６の循環ガス排出口又は循環ガス供給口にガスの圧力脈動が伝搬せずに一定流の循環ガスが流入出する場合、図３に示すように流体抵抗が小さい場所にのみ循環ガスが流れ、燃料発生部において循環ガスが到達せずに未反応になってしまう部分の割合が増加し、その結果、燃料発生効率が向上しない。
【００４１】
なお、燃料発生部を複数のペレットによって構成するのではなく、例えば図４に示すようなガス流路が形成されている成型体１２によって構成してもよい。なお、図４の例ではガス流路の断面形状が正方形であるが、他の形状であっても構わない。例えばガス流路の断面形状を正六角形にすれば、ハニカム構造の成型体になる。
【００４２】
燃料発生部を構成する成型体１２は多孔質体であるので、ガス流路よりも流体抵抗が大きい場所が成型体１２の内部に存在している。このため、燃料発生部１＿１及び１＿２が成型体によって構成されている場合も、燃料発生部１＿１及び１＿２がペレットによって構成されている場合と同様に、本実施形態の構成により、燃料発生部１＿１に循環器３のガス流入側におけるガスの圧力脈動が伝搬し、燃料発生部１＿２に循環器３のガス流出側におけるガスの圧力脈動が伝搬することで、燃料発生部１＿１及び１＿２の燃料発生効率が向上する。
【００４３】
また、本実施形態では、燃料発生部１＿１に循環器３のガス流入側におけるガスの圧力脈動が伝搬し、燃料発生部１＿２に循環器３のガス流出側におけるガスの圧力脈動が伝搬するので、燃料発生部１＿１及び１＿２の圧力損失が増加することを抑えることができる。このように圧力損失が増加することを抑えることができる理由の詳細について図３を参照して説明する。
【００４４】
燃料発生部１＿１及び１＿２は、上記の（１）式に示す酸化反応と上記の（２）式に示す還元反応が起こる度に体積が変化し、その体積変化に伴ってＦｅを主体とする微粒子がペレットや成型体等から脱落し、例えば図３に示す点線で囲った領域に溜まってガス流路を塞いでしまうおそれがある。ガス流路が塞がると、燃料発生部１＿１及び１＿２での圧力損失が増大してしまうので、循環器３が同じ能力で運転を続けた場合、ガスの循環流量が少なくなり、燃料電池部２の発電量が減少してしまうという問題が生じる。
【００４５】
ところが、本実施形態では、燃料発生部１＿１に循環器３のガス流入側におけるガスの圧力脈動が伝搬し、燃料発生部１＿２に循環器３のガス流出側におけるガスの圧力脈動が伝搬するので、ペレットや成型体等から脱落した微粒子に流動性があり、特定の場所（例えば図３に示す点線で囲った領域）に留まりにくくなっている。このため、燃料発生部１＿１及び１＿２の圧力損失が増加することを抑えることができる。
【００４６】
＜第２実施形態＞
本発明の第２実施形態に係る燃料電池システムの概略構成を図５に示す。本発明の第２実施形態に係る燃料電池システムは、循環器３をガス流入側とガス流出側とを互いに切り替えることができる循環器にした点を除いて、本発明の第１実施形態に係る燃料電池システムと同一である。
【００４７】
本実施形態において、循環器３は、燃料発生部１＿１及び１＿２と燃料電池部２との間でガスを図５に示す実線矢印の方向で強制的に循環させることができ、燃料発生部１＿１及び１＿２と燃料電池部２との間でガスを図５に示す点線矢印の方向で強制的に循環させることもできる。
【００４８】
本発明の第２実施形態に係る燃料電池システムは、本発明の第１実施形態に係る燃料電池システムと同様の効果を奏し、さらに次のような効果も奏する。
【００４９】
循環器３のガス流入側とガス流出側とを互いに切り替えて燃料発生部１＿１及び１＿２のガス流入出方向を反転させると、ガスの流れが反転するので、ペレットや成型体等から脱落して特定の場所（例えば図３に示す点線で囲った領域）に留まっていた微粒子が特定の場所から移動する可能性が高くなる。すなわち、一旦増加した燃料発生部１＿１及び１＿２の圧力損失を回復（減少）させることが期待できる。また、燃料発生部１＿１及び１＿２のガス流入出方向を反転させることにより、燃料発生部１＿１及び１＿２の劣化度合いを近づけることが可能になり、反転させない場合との比較において寿命を長くすることが可能となる。
【００５０】
＜第３実施形態＞
本発明の第３実施形態に係る燃料電池システムの概略構成を図６及び図７に示す。本発明の第３実施形態に係る燃料電池システムは、２方向切替バルブＶ１〜Ｖ８を設け、２方向切替バルブＶ１〜Ｖ８の切り替えを利用して  燃料発生部１＿１及び１＿２と燃料電池部２との間の配管経路及び燃料発生部１＿１及び１＿２と循環器３との間の配管経路を切り替えることにより、燃料発生部１＿１及び１＿２のガス流入出方向を反転させることができる点を除いて、本発明の第１実施形態に係る燃料電池システムと同一である。
【００５１】
２方向切替バルブＶ１〜Ｖ８は、例えば図６及び図７に示すように内部シリンダー１３の移動により第１方向のポート１４、第２方向のポート１５のどちらが開くかを切り替えることができる構成になっている。
【００５２】
図６に示す状態では、循環器３のガス流入側と燃料電池部２との間に燃料発生部１＿１が配設され、循環器３のガス流出側と燃料電池部２との間に燃料発生部１＿２が配設されることになり、図７に示す状態では、循環器３のガス流入側と燃料電池部２との間に燃料発生部１＿２が配設され、循環器３のガス流出側と燃料電池部２との間に燃料発生部１＿１が配設されることになる。そして、燃料発生部１＿１及び１＿２のそれぞれにおいて、図６に示す状態と図７に示す状態とでガス流入出方向が反転している。
【００５３】
したがって、本発明の第３実施形態に係る燃料電池システムは、本発明の第２実施形態に係る燃料電池システムと同様の効果を奏する。
【００５４】
＜第４実施形態＞
本発明の第４実施形態に係る燃料電池システムの概略構成を図８に示す。本発明の第４実施形態に係る燃料電池システムは、燃料発生部１＿１、ヒーター４＿１、及び容器４＿１を複数組備え、燃料発生部１＿２、ヒーター４＿２、及び容器４＿２を複数組備え、複数の燃料発生部１＿１の中から循環器３のガス流入側と燃料電池部２との間に配設される燃料発生部を選択し、複数の燃料発生部１＿２の中から循環器３のガス流出側と燃料電池部２との間に配設される燃料発生部を選択するための開閉バルブ１６を複数備える点を除き、本発明の第１実施形態に係る燃料電池システムと同一である。
【００５５】
本発明の第４実施形態に係る燃料電池システムは、本発明の第１実施形態に係る燃料電池システムと同様の効果を奏し、さらに例えば開閉バルブ１６の開閉によって選択される燃料発生部を順次切り替えることにより長時間連続して発電を行うことが可能となるという効果も奏する。また、使用中でない燃料発生部を新たなものと容易に交換することができる。
【００５６】
なお、各燃料発生部は開閉バルブ１６の開閉によって燃料電池部２と別の不図示の燃料電池や電気分解器との間でもガスの循環が可能であることが好ましい。このような構成にすれば、例えば、燃料電池部２が発電動作を行っている期間であっても、開閉バルブ１６の開閉によって選択されていない燃料発生部を燃料電池部２と別の不図示の燃料電池や電気分解器を用いて再生することが可能になる。
【００５７】
＜変形例＞
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１＿１及び１＿２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１＿１及び１＿２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。
【００５８】
また、上述した各実施形態では、燃料電池部２の燃料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の燃料として用いても構わない。
【００５９】
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。
【符号の説明】
【００６０】
１＿１、１＿２  燃料発生部
２  燃料電池部
２Ａ  電解質膜
２Ｂ  燃料極
２Ｃ  空気極
３  ポンプ
４、４＿１、４＿２  ヒーター
５、６、６＿１、６＿２  容器
７  配管
８  電源
９  負荷
１０  球状ペレット
１１  仕切板
１２  成型体
１３  内部シリンダー
１４  第１のポート
１５  第２のポート
１６  開閉バルブ
ＳＷ１、ＳＷ２  スイッチ
Ｖ１〜Ｖ８  ２方向切替バルブ
【図１】
0005772681.tif 000002
【図２】
0005772681.tif 000003
【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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