(57)【要約】【課題】燃料電池が休止中に空気極が密閉状態にあると、燃料電池の運転開始時に空気極に残留した燃料と空気が反応し、発熱が生じ、燃料電池の早期起動などに支障が生じる。【解決手段】発電停止時には、空気室４を密閉状態とすることにより、燃料の浪費を抑制する。燃料電池の運転開始時には、その直前に、カソード２側の通気口３を閉じた状態で、カソード２側が高電位となるように、外部電源７を燃料電池に電気的に接続し、カソード２側の残留燃料を酸化させる。これにより、燃料電池の運転を再開したときに、カソード２側の残留燃料の濃度が低下し、空気との反応によって生じる燃焼が抑制される。【選択図】図１
2008091045.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質膜と、
前記電解質膜の一方の面に設けられたアノードと、
前記電解質膜の他方の面に設けられたカソードと、
前記カソード側に設けられた空気室を密閉する密閉手段と、
発電停止時に、前記密閉手段により前記空気室が密閉された状態で、前記空気室に残留した液体燃料を低減させる残留燃料低減手段と、
を備えることを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
前記残留燃料低減手段が、前記液体燃料を電気化学的に酸化させることであることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池。
【請求項３】
外部電源を用いて前記カソードと前記アノードとの間に電位差が印加することにより、前記液体燃料を電気化学的に酸化させることを特徴とする請求項２に記載の燃料電池。
【請求項４】
前記外部電源が、蓄電手段、あるいは電池であることを特徴とする請求項３に記載の燃料電池。
【請求項５】
前記電解質膜、前記アノードおよび前記カソードを含む複数のセルを有し、
前記複数のセルの電気的な接続を直列と並列とで切り替え可能とするとともに、前記複数のセルが直列に接続されている場合には、前記空気室に空気を流入可能とし、前記複数のセルが並列に接続されている場合には、前記空気室を密閉状態とする可動部を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体燃料がアノードに供給される燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池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有り、特に近年、固体高分子形燃料電池の一形態として、ダイレクトメタノール燃料電池（Ｄｉｒｅｃｔ  Ｍｅｔｈａｎｏｌ  Ｆｕｅｌ  Ｃｅｌｌ：ＤＭＦＣ）が注目を集めている。ＤＭＦＣは、燃料であるメタノール水溶液を改質することなく直接アノードへ供給し、メタノール水溶液と酸素との電気化学反応により電力を得るものであり、この電気化学反応によりアノードからは二酸化炭素が、カソードからは生成水が、反応生成物として排出される。メタノール水溶液は水素に比べ、単位体積当たりのエネルギが高く、また、貯蔵に適しており、爆発などの危険性も低いため、自動車や携帯機器（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（書籍））などの電源への利用が期待されている。
【０００４】
特許文献１は、電解質膜の乾燥を防ぐこと、および空気極にクロスリークしたメタノールが空気と反応することを防止することを目的として、燃料電池が休止状態にある場合に閉じられるよろい戸が設けられた燃料電池を開示する。
【特許文献１】特開２００５−２２８６８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
燃料電池が休止中に空気室側が密閉状態にあると、燃料の濃度勾配が解消されるまで、空気極へ燃料が拡散する。この後、燃料の運転が再開されたときに、空気極の密閉状態が解除され空気極に空気が流入すると、吸気極に残留した燃料が空気と反応して燃焼する。燃焼反応による発熱は、燃料電池のハンドリング性を損なうだけでなく、燃料電池の電解質膜を乾燥させ、燃料電池の早期起動、安定動作が損なわれ、さらには、燃料電池の耐久性が低下する。
【０００６】
本発明はこうした課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、燃料電池の運転再開時の発熱を抑制し、燃料電池の早期起動ならびに安定動作を可能とする技術の提供にある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のある態様は、燃料電池である。当該燃料電池は、電解質膜と、電解質膜の一方の面に設けられたアノードと、電解質膜の他方の面に設けられたカソードと、カソード側に設けられた空気室を密閉する密閉手段と、発電停止時に、密閉手段により空気室が密閉された状態で、空気室に残留した液体燃料を低減させる残留燃料低減手段と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
この態様によれば、燃料電池の発電開始時に、空気室に残留した液体燃料の量が低減している状態が得られる。このため、空気室の密封状態が解除され、カソードに空気が流入してきた場合に、液体燃料の燃焼量が抑制され、発熱量が低減する。これにより、燃料電池のハンドリング性が向上する他、電解質膜の加湿状態を保持し、燃料電池の早期起動、動作安定化を図ることができ、ひいては、燃料電池を長寿命化させることができる。
【０００９】
上記態様において、残留燃料低減手段が、液体燃料を電気化学的に酸化させることであってもよい。この場合に、外部電源を用いてカソードとアノードとの間に電位差が印加することにより、液体燃料を電気化学的に酸化させてもよい。
また、上記態様において、外部電源が、蓄電手段、あるいは電池でってもよい。蓄電手段は、リチウム二次電池などの二次電池、キャパシタなどであってもよい。
【００１０】
また、上記態様において、電解質膜、アノードおよびカソードを含む複数のセルを有し、  複数のセルの電気的な接続を直列と並列とで切り替え可能とするとともに、複数のセルが直列に接続されている場合には、空気室に空気を流入可能とし、複数のセルが並列に接続されている場合には、空気室を密閉状態とする可動部を有してもよい。
【００１１】
なお、上述した各要素を適宜組み合わせたものも、本件特許出願によって特許による保護を求める発明の範囲に含まれうる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、燃料電池の運転開始時の発熱を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
（空気室残留燃料の除去原理）
まず、図１を用いて、空気室に残留した燃料（以下、残留燃料と呼ぶことがある）の除去原理について説明する。図１は、燃料電池の運転停止から再開までの燃料濃度プロファイルの変化を示している。図１において、実線ａは燃料濃度の分布を示す。まず、図１（Ａ）に示すように、燃料電池の運転時には、カソード２の通気口３は開いており、通気口３を通じて発電に必要な空気が空気室４に流通している。電解質膜５を介して、アノード６からカソード２にかけて燃料の濃度勾配が発生している。カソード２に透過した燃料はカソード２にて酸化されている。
【００１４】
続いて、図１（Ｂ）に示すように、燃料電池の発電が停止し、通気口３が閉じられ、空気室４が密閉状態になると、カソード２に残存する酸素により透過した燃料が酸化される。酸素が無くなるまで燃料は酸化され、酸素が無くなると、アノード６とカソード２の濃度勾配が解消されるまで、カソード２側に燃料が透過する。すなわち、空気室４が密閉されることにより、燃料の浪費が抑制されることに加えて、空気室４内での燃料濃度が高い状態となる。
【００１５】
次に、図１（Ｃ）に示すように、燃料電池の運転を再開する直前に、カソード２側の通気口３を閉じた状態で、カソード２側が高電位となるように、外部電源７を燃料電池に電気的に接続し、カソード２側の残留燃料を酸化させる。このとき、カソード２で生じる残留燃料の酸化反応は以下の式で表される。
【００１６】
（カソード）ＣＨ３ＯＨ＋Ｈ２Ｏ→ＣＯ２＋６Ｈ＋＋６ｅ−
（アノード）６Ｈ＋＋６ｅ−→３Ｈ２
残留燃料が酸化することにより、空気室４内の燃料濃度が徐々に低減する。
【００１７】
次に、図１（Ｄ）に示すように、空気室４内の燃料濃度がある程度まで減少した状態で、カソード２側の通気口３を開き、燃料電池の発電を再開する。このとき、空気室４内において、高濃度の燃料が空気および触媒にさらされないので、残留燃料の燃焼による過度な発熱が防止される。
【００１８】
（メタノールの酸化電位）
図２は、電位差とメタノールの酸化電流との関係を示すグラフである。２７℃、６０℃で、それぞれ電位差を変えてメタノールの酸化電流を測定した結果、アノードとカソードとの電位差は、０．４Ｖ以上であれば、燃料の酸化が進行することが確認された。電位差は、好ましくは、０．５Ｖ以上、さらに好ましくは０．６Ｖ以上であればよい。また、電位差は、カソード触媒粒子が安定する領域で操作されることが望ましく、たとえば、Ｐｔを使用している場合には、白金のｐＨ−電位図より、電位差は０．９Ｖ以下であることが望ましい。
【００１９】
図３は、電位差０．７Ｖを印加した場合におけるメタノールの酸化電流の経時変化を示すグラフである。図３からわかるように、酸化が始まるとメタノールの酸化電流は急激に減少し、酸化を開始してから約６秒で酸化電流は初期値から半分以下にまで低下する。その後、酸化電流は徐々に低下する。メタノールの酸化電流は、メタノールの量と比例関係にある。すなわち、メタノールの量は、短時間の酸化反応により急激に減少し、その後徐々に減少する。
【００２０】
（燃料電池モジュールの電気接続例）
図４は、発電時の４セル平面配列型の燃料電池１０の電気回路接続図である。発電時には、各セルが電気的に直列に接続されており、発電モジュールとしての電圧が個々のセルの電圧より高く設定されている。具体的には、図４のように、セル１１ａのカソード１２ａは隣接するセル１１ｂのアノード１４ｂに接続されている。また、セル１１ｂのカソード１２ｂは隣接のセル１１ｃのアノード１４ｃに接続されている。さらに、セル１１ｃのカソード１２ｃはセル１１ｄのアノード１４ｄに接続されている。セル１１ｄのカソード１２ｄが正極となり、セル１１ａのアノード１４ａが負極となる。
【００２１】
図５は、空気室に残留した燃料除去時の４セル平面配列型の燃料電池１０の電気回路接続図である。この場合には、所定の電位差を発生する外部電源としてのリチウム２次電池２０がＤＣ−ＤＣコンバータ２２を介して各セル１１ａ〜ｄに接続されている。各セル１１ａ〜ｄは、電気的に並列に接続されており、カソード１２ａ〜ｄはＤＣ−ＤＣコンバータ２２の高電位側の端子に接続し、アノード１４ａ〜ｄはＤＣ−ＤＣコンバータ２２の低電位側の端子に接続している。これにより、各セル１１ａ〜ｄにおける電位差が均等になるため、各セル１１ａ〜ｄにおける残留燃料の除去特性が均一化され、発電開始時の発電特性を安定化させることができる。
【００２２】
（燃料電池の構造）
（実施の形態１）
図６は、実施の形態１に係る燃料電池１００の発電時の構成を示す分解斜視図である。また、図７は、実施の形態１に係る燃料電池１００の発電時のインターコネクタとハウジングとの位置関係を示す斜視図である。
【００２３】
燃料電池１００は、電解質膜１１０の一方の面に、アノード１１２ａ〜ｄが配設され、アノード１１２ａ〜ｄの反対側にそれぞれカソード（図示せず）が設けられた構造を有する。電解質膜１１０、アノード１１２ａ〜ｄおよび各カソードに対応して設けられたカソードにより、セル１２０ａ〜ｄが構成されている。
【００２４】
電解質膜１１０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、アノードとカソード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１１０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などがあげられる。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あげられる。
【００２５】
アノード１１２ａ〜ｄおよびカソードは、触媒層（図示せず）および拡散層（図示せず）を含む。
【００２６】
触媒層は、イオン交換樹脂と、触媒を担持した炭素粒子すなわち触媒担持炭素粒子とから構成される。イオン交換樹脂は、触媒を担持した炭素粒子と電解質膜１１０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。イオン交換樹脂は、電解質膜１１０と同様の高分子材料から形成されてよい。担持される触媒には、例えば白金、ルテニウム、ロジウムなどの１種または２種を合金化したものなどがある。また触媒を担持する炭素粒子には、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がある。
【００２７】
アノード１１２ａ〜ｄの拡散層は、液体燃料をカソードの触媒層に供給する機能を持つ。また、アノード１１２ａ〜ｄの拡散層は、反応により生じる電荷を外部回路に移動させる機能や、反応により生じる二酸化炭素などの生成物を外部に放出する機能を持つ。一方、カソードの拡散層は、空気をカソードの触媒層に供給する機能を持つ。また、カソードの拡散層は、外部回路から供給される電荷を移動させる機能や、水などを外部に放出する機能を持つ。拡散層は、電子伝導性を有する多孔体で構成されることが好ましく、たとえばカーボンペーパーやカーボンクロスなどで構成される。
【００２８】
各セルのアノード側に、絶縁体からなるアノードハウジング１３０ａが設けられている。アノードハウジング１３０ａには、両主面を貫通する形で、集電体１４０ａ〜ｄがそれぞれセル１２０ａ〜ｄと対をなす位置に配置されている。集電体１４０ａ〜ｄは、それぞれ、アノード１１２ａ〜ｄと接触し、電気的に接続している。各集電体１４０ａ〜ｄには、液体燃料が流通するための貫通穴１４２が設けられている。
【００２９】
アノードハウジング１３０ａの外側に、絶縁体からなるアノードハウジング１３０ｂがさらに設けられている。アノードハウジング１３０ｂの内側には、集電体１４４ａ〜ｄが設けられている。アノードハウジング１３０ｂは、アノードハウジング１３０ａに対して相対的に移動可能に取り付けられている。各集電体１４４ａ〜ｄは、それぞれアノードハウジング１３０ｂの側面に露出する突起部１４６を有する。本実施の形態では、各突起部１４６は、各集電体１４４ａ〜ｄの図６および図７の紙面左側の端部に設けられている。
【００３０】
アノードハウジング１３０ｂおよび集電体１４４ａ〜ｄには、集電体１４０ａ〜ｄに設けられた貫通穴１４２と対応する貫通穴１４８が設けられている。発電時には、貫通穴１４２と貫通穴１４８の位置が一致し、液体燃料が各セルに供給可能になる。
【００３１】
一方、カソードハウジング１５０ａには、両主面を貫通する形で、集電体１６０ａ〜ｄがそれぞれセル１２０ａ〜ｄと対をなす位置に配置されている。集電体１６０ａ〜ｄは、それぞれ、各セル１２０ａ〜ｄのカソードと接触し、電気的に接続している。各集電体１６０ａ〜ｄには、空気および反応により生成した水が流通するための貫通穴１６２が設けられている。
【００３２】
カソードハウジング１５０ｂの内側には、集電体１６４ａ〜ｄが設けられている。カソードハウジング１５０ｂは、アノードハウジング１３０ｂと連動してカソードハウジング１５０ａに対して相対的に移動可能に取り付けられている。各集電体１６４ａ〜ｄは、それぞれカソードハウジング１５０ｂの側面に露出する突起部１６６を有する。本実施の形態では、各突起部１６６は、各集電体１６４ａ〜ｄの図６および図７の紙面右側の端部に設けられている。このため、セル１２０ｄを除くカソード側の突起部１６６は、隣接するセルに対応するアノード側の突起部１４６と近接した位置に設けられている。
【００３３】
カソードハウジング１５０ｂおよび集電体１６４ａ〜ｄには、集電体１６０ａ〜ｄに設けられた貫通穴１６２と対応する貫通穴１６８が設けられている。貫通穴１６２は、空気室を形成する。発電時には、貫通穴１６２と貫通穴１６８の位置が一致し、空気が各セルに供給可能になるとともに、反応により水が外部に排出される。
【００３４】
接続切替部１７０は、アノードハウジング１３０ａおよびカソードハウジング１５０ａの側面に固定されている。接続切替部１７０には、インターコネクタ１７２ａ〜ｃが配設されている。
【００３５】
発電時には、インターコネクタ１７２ａにより、セル１２０ａのカソードの突起部１６６とセル１２０ｂのアノードの突起部１４６とが電気的に接続する。また、インターコネクタ１７２ｂにより、セル１２０ｂのカソードの突起部１６６とセル１２０ｃのアノードの突起部１４６とが電気的に接続する。また、インターコネクタ１７２ｃにより、セル１２０ｃのカソードの突起部１６６とセル１２０ｄのアノードの突起部１４６とが電気的に接続する。これにより、各セル１２０ａ〜ｄが電気的に直列に接続される。
【００３６】
図８は、実施の形態１に係る燃料電池１００の残留燃料除去時の構成を示す分解斜視図である。また、図９は、実施の形態１に係る燃料電池１００の残留燃料除去時のインターコネクタとハウジングとの位置関係を示す斜視図である。残留燃料除去時には、アノードハウジング１３０ｂおよびカソードハウジング１５０ｂが連動してアノードハウジング１３０ａ、カソードハウジング１５０ａおよび接続切替部１７０に対して相対的に移動する。これにより、インターコネクタ１７２ａ〜ｃが、隣接するセルの突起部１４６と突起部１６６とが電気的に切断される位置にずれる。
【００３７】
また、アノードの集電体１４０ａとアノードの集電体１４０ｂとがアノードの集電体１４４ａによって電気的に接続される。同様に、アノードの集電体１４０ｂとアノードの集電体１４０ｃとがアノードの集電体１４４ｂによって電気的に接続され、アノードの集電体１４０ｃとアノードの集電体１４０ｄとがアノードの集電体１４４ｃによって電気的に接続される。一方、カソードの集電体１６０ａとカソードの集電体１６０ｂとがカソードの集電体１６４ａによって電気的に接続される。同様に、カソードの集電体１６０ｂとカソードの集電体１６０ｃとがカソードの集電体１６４ｂによって電気的に接続され、カソードの集電体１６０ｃとカソードの集電体１６０ｄとがカソードの集電体１６４ｃによって電気的に接続される。これにより、各セル１２０ａ〜ｄが電気的に並列に接続される。
【００３８】
また、貫通穴１４２の位置が貫通穴１４８の位置からずれるともに、貫通穴１６２の位置が貫通穴１６８の位置からずれることにより、各セルへの液体燃料の供給および空気の供給が遮断される。
【００３９】
以上説明したように、実施の形態１によれば、アノードハウジング１３０ｂおよびカソードハウジング１５０ｂをスライドさせることにより、各セルの電気的な接続を直列から並列に変えるとともに、カソードの空気室を開放状態から密閉状態に変えることができる。
【００４０】
（実施の形態２）
実施の形態１では、アノードおよびカソードの集電体を２層構造としたが、実施の形態２では、アノードおよびカソードの集電体を１層とし、燃料電池の側部のインターコネクタにより各セルの接続を直列から並列に変える。
【００４１】
図１０および図１１は、それぞれ、実施の形態２に係る燃料電池２００の構成を示す上方斜視図および下方斜視図である。
【００４２】
燃料電池は、平面状に配設されたセル２２０ａ〜ｄを有する。各セル２２０ａ〜ｄは、電解質膜２１０の一方の面に設けられたアノード（図示せず）と、電解質膜２１０の他方の面に設けられたカソード（図示せず）を有する。
【００４３】
各セル２２０ａ〜ｄのアノード側に絶縁体からなるアノードハウジング２３０が設けられている。アノードハウジング２３０には、各セル２２０ａ〜ｄに対応して、集電体２４０ａ〜ｄが組み込まれている（図１２参照）。各集電体２４０ａ〜ｄには、液体燃料および反応によって生成する二酸化炭素が流通する貫通穴２４２が設けられている。各集電体２４０ａ〜ｄは、図１３に示すように、燃料電池の一方の側面方向の両端部に先端が折り曲がった電極２４４ａ、ｂを有する。各電極２４４ａ、ｂは、燃料電池の側面部に露出している。
【００４４】
一方、各セル２２０ａ〜ｄのカソード側に絶縁体からなるカソードハウジング２５０が設けられている。カソードハウジング２５０には、各セル２２０ａ〜ｄに対応して、集電体２６０ａ〜ｄが組み込まれている。各集電体２６０ａ〜ｄには、空気および反応によって生成する水が流通する貫通穴２６２が設けられている。各集電体２６０ａ〜ｄは、アノードの集電体２４０ａ〜ｄと同様に、燃料電池の一方の側面方向の両端部に先端が折り曲がった電極２６４ａ、ｂを有する。各電極２６４ａ、ｂは、燃料電池の側面部に露出している。
【００４５】
図１４は、接続切替部２７０の外観を示す斜視図である。接続切替部２７０には、カソード側の集電体２６０ａ〜ｄと接する面に貫通穴２７２が設けられている。また、燃料電池の側部と接する側面に、アノードコネクタ２８０、カソードコネクタ２８２およびインターコネクタ２８４が設けられている。図１０には、発電時における燃料電池の側部と、接続切替部２７０の側面との位置関係が示されている。
【００４６】
図１５は、発電時における電極２４４ａ、ｂおよび電極２６４ａ、ｂの電気的な接続を示す。発電時には、隣接するセルがインターコネクタ２８４により電気的に直列に接続される。すなわち、セル２２０ａのアノード側の電極２４４ｂとセル２２０ｂのカソード側の電極２６４ａと、セル２２０ｂのアノード側の電極２４４ｂとセル２２０ｃのカソード側の電極２６４ａと、およびセル２２０ｃアノード側の電極２４４ｂとセル２２０ｄのカソード側の電極２６４ａとが、それぞれインターコネクタ２８４によって接続される。この状態では、図１４に示した貫通穴２７２が、カソード側の集電体２６０ａ〜ｄに設けられた貫通穴２６２と連通し、空気などが流通可能となっている。
【００４７】
図１６は、残留燃料除去時における電極２４４ａ、ｂおよび電極２６４ａ、ｂの電気的な接続を示す。残留燃料除去時には、隣接するセルがアノードコネクタ２８０およびカソードコネクタ２８２により電気的に並列に接続される。すなわち、セル２２０ａのアノード側の電極２４４ｂとセル２２０ｂのアノード側の電極２４４ａと、セル２２０ｂのアノード側の電極２４４ｂとセル２２０ｃのアノード側の電極２４４ａと、およびセル２２０ｃのアノード側の電極２４４ｂとセル２２０ｄのアノード側の電極２４４ａとが、それぞれアノードコネクタ２８０により接続される。一方、セル２２０ａのカソード側の電極２６４ｂとセル２２０ｂのカソード側の電極２６４ａと、セル２２０ｂのカソード側の電極２６４ｂとセル２２０ｃのカソード側の電極２６４ａと、およびセル２２０ｃのカソード側の電極２６４ｂとセル２２０ｄのカソード側の電極２６４ａとが、それぞれカソードコネクタ２８２により接続される。また、残留燃料除去時には、図１４に示した貫通穴２７２の位置が、カソード側の集電体２６０ａ〜ｄに設けられた貫通穴２６２の位置からずれることにより、空気などが流通が遮断される。
【００４８】
以上説明したように、実施の形態２によれば、接続切替部２７０をスライドさせることにより、各セルの電気的な接続を直列から並列に変えるとともに、カソードの空気室を開放状態から密閉状態に変えることができる。
【００４９】
（運転開始方法）
図１７は、燃料電池システムの構成を示す概略図である。燃料電池システム３００は、燃料電池３１０、操作部３２０、制御部３３０、ＤＣ−ＤＣコンバータ３４０、リチウム二次電池３５０、および移動機構３１２を有する。
【００５０】
燃料電池３１０は、実施の形態１または２のように、アノードハウジングなどの構成部材の一部をスライドさせることにより、各セルの電気的な接続を並列から直列に変えることができる構造を有する。構成部材の一部のスライドは、モータなどの移動機構３１２により電動で行うことができる。
【００５１】
操作部３２０は、ユーザが操作可能な運転開始ボタン、運転停止ボタンなどを有する。制御部３３０は、操作部３２０からユーザの操作に関する信号を受信する他、移動機構３１２を制御して構成部材の一部のスライドさせる。さらに、制御部３３０は、ＤＣ−ＤＣコンバータ３４０を制御して、燃料電池３１０の電力を用いてリチウム二次電池３５０を充電する状態と、リチウム二次電池３５０の電力を用いて燃料電池３１０の各セルに酸化電位を印加する状態とを切り替える。
【００５２】
図１８は、運転開始時の動作手順を示すフロー図である。まず、ユーザが操作部３２０を用いて燃料電池の運転開始を指示する（Ｓ１０）。運転開始が指示されると、制御部３３０は、空気室を密閉状態にしたまま、すなわち、各セルが電気的に並列に接続された状態で、ＤＣ−ＤＣコンバータ３４０およびリチウム二次電池３５０を用いて、空気室に残留した液体燃料に電位差（０．７Ｖ）を１０秒間、印加し、残留燃料を酸化する（Ｓ２０）。次に、制御部３３０は、リチウム二次電池３５０からの電圧の印加を停止し、移動機構３１２により燃料電池３１０の構成部材の一部をスライドさせて、空気の流入を可能とするとともに、各セルの電気的な接続を直列とする（Ｓ３０）。この後、各セルで発電が開始し、電力が取り出される（Ｓ４０）。以上の手順によれば、燃料電池の運転開始時に、ユーザの手を煩わすことなく、残留燃料を簡便かつ確実に低減し、燃料電池の長寿命化を図ることができる。なお、残留燃料の除去という観点からは、残留燃料の酸化時間をできるだけ長くした方が好ましいが、ユーザの使い勝手、および図３に示した酸化による残留燃料の減少曲線を考慮し、上記手順では、酸化時間を１０秒とした。
【００５３】
（その他の構成）
アノード側ハウジング内壁には、パラジウム、水素吸蔵合金などの水素吸蔵作用を有する材料からなる水素吸蔵層が設置されていることが望ましい。これによれば、残留燃料除去時に生成した水素を吸蔵し、系外に放出しないようにすることができる。さらに、発電時に伴う発熱により、水素吸蔵層から放出された水素を燃料として発電に利用することができるため、燃料電池の発電効率が向上する。
【００５４】
本発明は、上述の各実施の形態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の形態も本発明の範囲に含まれうるものである。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】燃料電池の運転停止から再開までの燃料濃度プロファイルの変化を示す図である。
【図２】電位差とメタノールの酸化電流との関係を示すグラフである。
【図３】電位差０．７Ｖを印加した場合における残留燃料の酸化電流の経時変化を示すグラフである。
【図４】発電時の４セル平面配列型の燃料電池の電気回路接続図である。
【図５】空気室に残留した燃料除去時の４セル平面配列型の燃料電池の電気回路接続図である。
【図６】実施の形態１に係る燃料電池の発電時の構成を示す分解斜視図である。
【図７】実施の形態１に係る燃料電池の発電時のインターコネクタとハウジングとの位置関係を示す斜視図である。
【図８】実施の形態１に係る燃料電池の残留燃料除去時の構成を示す分解斜視図である。
【図９】実施の形態１に係る燃料電池の残留燃料除去時のインターコネクタとハウジングとの位置関係を示す斜視図である。
【図１０】実施の形態２に係る燃料電池の構成を示す上方斜視図である。
【図１１】実施の形態２に係る燃料電池の構成を示す下方斜視図である。
【図１２】アノード側の集電体の構造を示す斜視図である。
【図１３】アノード側の集電体の端部の構造を示す斜視図である。
【図１４】接続切替部の外観を示す斜視図である。
【図１５】発電時におけるアノード側の電極、およびカソード側の電極の電気的な接続を示す。
【図１６】残留燃料除去時におけるアノード側の電極、およびカソード側の電極の電気的な接続を示す。
【図１７】燃料電池システムの構成を示す概略図である。
【図１８】運転開始時の動作手順を示すフロー図である。
【符号の説明】
【００５６】
１０  燃料電池、１１ａ〜ｄ  セル、１２ａ〜ｄ  カソード、１４ａ〜ｄ  アノード、１００  燃料電池、１１２ａ〜ｄ  アノード、１２０ａ〜ｄ  セル、１３０ａ、ｂ  アノードハウジング、１５０ａ、ｂ  カソードハウジング、１４０ａ〜ｄ、１４４ａ〜ｄ、１６０ａ〜ｄ、１６４ａ〜ｄ  集電体。
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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