(57)【要約】 【課題】      発電効率を最適化するとともに大幅な負荷変更ができ、小型化が可能な燃料電池システム及び燃料電池システムの制御方法を提供する。【解決手段】  複数の発電部１０１，１０２と、複数の発電部１０１，１０２から排出される排出物を回収し、排出物を燃料と混合させた混合液燃料を貯蔵する混合タンク５と、混合液燃料を複数の発電部１０１,１０２に送給する複数の送液ポンプ６ａ，６ｂと、複数の発電部１０１,１０２に接続する負荷２０のオン・オフを切り替えるスイッチ群１０３と、複数の発電部１０１，１０２の周囲の環境温度に基づいて、複数の発電部１０１，１０２のそれぞれに対する混合液燃料の送液を制御する制御装置１２とを備える。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の発電部と、
前記発電部から排出される排出物を回収し、前記排出物を燃料と混合させた混合液燃料を貯蔵する混合タンクと、
前記混合液燃料を前記発電部に送給する送液ポンプと、  
前記発電部に接続する負荷のオン・オフを切り替えるスイッチ群と、
前記発電部の周囲の環境温度に基づいて、複数の前記発電部のそれぞれに対する混合液燃料の送液を制御する制御装置
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】
前記制御装置が、前記環境温度と前記混合液燃料の温度差に基づいて、複数の前記発電部のそれぞれに対する混合液燃料の送液を制御す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】
前記発電部のそれぞれに隣接して配置された複数の冷却器を更に備え、
前記制御装置が、前記環境温度に基づいて、前記冷却器を制御することを特徴とする請求項１又は２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記制御装置が、前記複数の発電部中の任意の発電部の負荷をオフにした状態で、前記任意の発電部に前記混合液燃料を送給させることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記発電部毎の負荷のオン・オフ時間をカウントし、前記発電部毎の発電時間を管理する管理装置を更に備え、
前記制御装置が、前記発電時間に基づいて、前記スイッチ群を切り替えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記発電部毎に接続された前記送液ポンプを複数備え、
前記制御装置は、前記送液ポンプ毎に送液を制御することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記発電部への送液量を制御するためのバルブを更に備え、
前記制御装置は、前記バルブを用いて送液を制御する
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項８】
前記制御装置が、前記発電部に接続された二次電池の充電量に応じて前記スイッチ群を切り替えることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項９】
前記負荷の状態量を検出するための負荷検出器を更に有し、
前記制御装置が、前記負荷検出器の検出結果に基づいて前記スイッチ群を切り替えることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項１０】
前記発電部が、電気的に直列に接続されていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項１１】
前記燃料がメタノールを含み、前記排出物が水を含むことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項１２】
電気的に直列に接続された複数の発電部の中から任意の発電部を負荷に接続し、
燃料と前記発電部から回収される排出物とを混合した混合液燃料を、前記任意の発電部に送給して発電し、
前記任意の発電部の周囲の環境温度を測定し、
前記環境温度の測定結果に基づいて、前記任意の発電部に隣接する冷却器及び前記発電部への前記混合液燃料の供給を制御することを特徴とする燃料電池システムの制御方法。
【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係り、特に、アルコール等の液体燃料を直接発電部に供給して発電する直接型燃料電池に好適な燃料電池システム及び燃料電池システムの制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
アルコール等の液体燃料を直接発電部に供給する直接型燃料電池は、気化器や改質器等の補器が不要なため、携帯機器の小型電源等への利用が期待されている。このような直接型燃料電池としては、アルコール水溶液を発電部に直接供給してプロトンを取り出すと共に、発電部から排出された水等の排出物を発電部の上流側に配置された混合タンク等に循環させて再利用する循環型燃料電池システムが知られている。
【０００３】
循環型燃料電池システムは、発電部に供給するアルコール水溶液の濃度や温度等を制御することにより、発電部の発電効率や負荷等を最適範囲に調整することが可能である。しかし、濃度や温度等を調整する方法のみでは、発電効率や負荷等を比較的狭い範囲でしか調整することができない。
【０００４】
複数の燃料電池ブロックを直列又は並列に配置し、運転させる燃料電池ブロックを必要に応じて適宜選択して接続することにより、大幅な負荷調整を可能とする燃料電池システムが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
しかし、特許文献１に記載された燃料電池システムは、複数の燃料電池ブロックのそれぞれに対して燃料等を供給又は排出させるための補器をそれぞれ必要とするため、小型化が困難である。逆に、補器を省略すると、発電部から排出される排出物の回収が困難となるため、発電効率を最適化することができない。
【特許文献１】特開２００４−７９５３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、発電効率を最適化するとともに大幅な負荷変更ができ、小型化が可能な燃料電池システム及び燃料電池システムの制御方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本願発明の態様によれば、複数の発電部と、発電部から排出される排出物を回収し、排出物を燃料と混合させた混合液燃料を貯蔵する混合タンクと、混合液燃料を発電部に送給する送液ポンプと、発電部に接続する負荷のオン・オフを切り替えるスイッチ群と、発電部の周囲の環境温度に基づいて、複数の発電部のそれぞれに対する混合液燃料の送液を制御する制御装置とを備える燃料電池システムが提供される。
【０００８】
本願発明の他の態様によれば、電気的に直列に接続された複数の発電部の中から任意の発電部を負荷に接続し、燃料と発電部から回収される排出物とを混合した混合液燃料を、任意の発電部に送給して発電し、任意の発電部の周囲の環境温度を測定し、環境温度の測定結果に基づいて、任意の発電部に隣接する冷却器及び発電部への混合液燃料の供給を制御する燃料電池システムの制御方法が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、発電効率を最適化するとともに大幅な負荷変更ができ、小型化が可能な燃料電池システム及び燃料電池システムの制御方法が提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
次に、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載においては、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。以下に示す実施の形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の技術的思想は構成部品の構造、配置等を下記のものに特定するものではない。
【００１１】
（燃料電池システム）
図１に示すように、本発明の実施の形態に係る燃料電池システム１は、複数の発電部（第１発電部１０１、第２発電部１０２）と、複数の発電部１０１、１０２から排出される排出物を回収し、排出物を燃料と混合させた混合液燃料を貯蔵する混合タンク５と、混合液燃料を複数の発電部１０１、１０２に送給する複数の送液ポンプ６ａ、６ｂと、複数の発電部１０１、１０２に接続する負荷のオン・オフを切り替えるスイッチ群１０３と、複数の発電部１０１、１０２の周囲の環境温度に基づいて、複数の送液ポンプ６ａ，６ｂ等による発電部１０１、１０２への送液を制御する制御装置１２とを備える。
【００１２】
第１発電部１０１及び第２発電部１０２は、図２に例示するように、アノード極３１、カソード極３２、アノード極３１及びカソード極３２との間に配置された電解質膜３３を１単位とする発電セル３０を含む。発電セル３０の具体的な構成は特に限定されないが、アノード極３１は、燃料を流通させるための流路（図示省略）を備える。カソード極３２は、空気若しくは酸素を含む酸化剤を流通させるための流路（図示省略）を備える。アノード極３１の流路には、燃料が送給される。カソード極３２の流路には、空気が送給される。電解質膜３３としては、例えば、プロトン導電性の固体高分子膜が利用可能である。
【００１３】
発電セル３０の数は１つに限られず、実際には、発電セル３０を複数個積み重ねて所定の電圧や電流を得ることができる。発電セル３０を複数個積み重ねたものを「スタック」と呼んでいる。発電セル３０の数は、任意に変更可能である。
【００１４】
図１に示す第１発電部１０１及び第２発電部１０２は、給電対象機器２内の負荷２０に電気的に直列接続されており、スイッチ群１０３により、負荷２０のオン・オフの切り替えがなされる。「給電対象機器」とは、燃料電池システム１を用いて給電可能な電子機器、例えば、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）、パーソナル・デジタル・アシスタンス（ＰＤＡ）、デジタルカメラ、携帯電話等の様々な電子機器を含む。
【００１５】
負荷２０の負荷量は、第１発電部１０１及び第２発電部１０２と負荷２０との間に接続された負荷検出器１６により検出される。負荷検出器１６が検出した負荷量に応じて、制御装置１２が、スイッチ群１０３のオン・オフを制御し、第１発電部１０１及び第２発電部１０２のいずれか又は両方で発電させるかを制御する。負荷検出器１６と第１発電部１０１及び第２発電部１０２との間には、昇圧器１４が電気的に直列に接続されている。
【００１６】
図１においては、第１発電部１０１と第２発電部１０２からなる２つの発電部を用いた燃料電池システム１を例示しているが、発電部の数はいくつあってもよい。但し、発電部の数を多くする分だけ、発電部の駆動に必要な補器を多く必要とするため、小型化が困難になる。
【００１７】
図１に示す燃料電池システム１を、出力電力が３０Ｗ程度の小型電源等として利用する場合において必要な電力量と装置の大きさのバランスを考慮すれば、発電部の数は、第１発電部１０１及び第２発電部１０２の２系統とするのが好ましい。２系統の第１発電部１０１及び第２発電部１０２を備えることにより、発電部を１つのみ有する場合に比べて、負荷量を２倍に変更できると共に、小型化が有利な燃料電池システム１が提供できる。
【００１８】
なお、図１は、第１発電部１０１及び第２発電部１０２が、分散して配置された例を示しているが、第１発電部１０１と第２発電部１０２とが、物理的に積み上げられた構造であってもよい。
【００１９】
第１発電部１０１及び第２発電部１０２に隣接する領域には、第１発電部１０１及び第２発電部を冷却するための冷却器７ａ，７ｂが配置されている。冷却器７ａ，７ｂとしては、冷却ファン又は水冷ジャケット等が利用可能である。冷却器７ａ，７ｂの冷却能力は、制御装置１２により制御される。例えば、冷却器７ａ，７ｂとして冷却ファンを用いる場合は、制御装置１２が冷却ファンの回転数を変化させることにより、冷却器７ａ，７ｂの冷却濃度を制御できる。
【００２０】
第１発電部１０１及び第２発電部１０２の周囲には、第１発電部１０１及び第２発電部１０２が置かれた環境温度を測定するための環境温度計８が配置されている。環境温度計８の測定温度（環境温度）は、制御装置１２に出力される。例えば、環境温度が、予め設定された温度よりも高い場合には、制御装置１２が、冷却器７ａ，７ｂを冷却能力を制御して、第１発電部１０１及び第２発電部１０２が発電に最適な温度になるようにする。
【００２１】
燃料タンク３は、例えばメタノール又はエタノール等のアルコール液体燃料を収容する。アルコール液体燃料としては、例えば純度９９．９％以上のメタノール液、又は、濃度が１０ｍｏｌ／Ｌ以上のメタノールと水の混合溶液が好適である。燃料タンク３は、ラインＬ１を介して燃料ポンプ４に接続されている。
【００２２】
燃料ポンプ４は、ラインＬ２を介して混合タンク５に接続されている。燃料ポンプ４の動作は、制御装置１２により制御されている。例えば、制御装置１２が、燃料ポンプ４を駆動させると、燃料タンク３内の燃料が、ラインＬ１及びＬ２を通って混合タンク５に供給される。
【００２３】
混合タンク５内に収容される混合液燃料としては、初期濃度が１．５Ｍ〜２．５Ｍ程度の希釈メタノール水溶液が好適である。混合タンク５には、混合液燃料の温度を測定するための混合液温度計９が配置されている。混合液温度計９の測定温度は、制御装置１２により検出され、制御装置１２が、混合液温度計９が測定した測定温度と環境温度計８が測定した測定温度とを比較する。測定温度の差が、設定値より小さい場合は、冷却器７ａ，７ｂの冷却能力が十分でないことを示す。その場合、制御装置１２が、冷却器７ａ，７ｂの冷却能力を変化させ、混合液燃料の温度が発電に最適な温度となるように制御することができる。混合液温度計９は、混合液燃料を送給するラインＬ３及びラインＬ６等に配置してもよいし、混合液燃料が流通する他のラインに配置しても構わない。
【００２４】
混合タンク５は、第１発電部１０１の出口側に接続されたラインＬ５及び第２発電部１０２の出口側に接続されたラインＬ８に接続されている。ラインＬ５は、第１発電部１０１の排出物を混合タンク５に回収させるための流路である。ラインＬ８は、第２発電部１０２の排出物を混合タンク５に回収させるための流路である。ラインＬ５及びラインＬ８から回収される排出物としては、第１発電部１０１で使用されなかったメタノール水溶液や、水、二酸化炭素等の反応生成物が含まれる。
【００２５】
図１に示す燃料電池システム１において、ラインＬ５及びラインＬ８は、第１発電部１０１及び第２発電部１０２のアノード極の出口側に接続されるのが好ましい。ラインＬ５及びラインＬ８を第１発電部１０１及び第２発電部１０２のアノード極の出口側に接続することにより、アノード極で生成される排出物を効率良く回収できるため、スイッチ群１０３の切り替えによって第１発電部１０１及び第２発電部１０２にかける負荷量を大きく変動させた場合においても、生成された排出物を混合タンク５に効率良く回収できる。図１においては図示を省略しているが、カソード極において生成された排出物は、図示を省略したポンプ等により外部へ排出させる。
【００２６】
送液ポンプ６ａは、ラインＬ３を介して混合タンク５に、ラインＬ４を介して第１発電部１０１に接続されている。送液ポンプ６ｂは、ラインＬ６を介して混合タンク５に、ラインＬ７を介して第２発電部１０２に接続されている。送液ポンプ６ａ，６ｂの動作は、制御装置１２により制御されている。
【００２７】
スイッチ群１０３は、複数のスイッチを含み（図３〜図１０参照）、電気的に直列に接続された第１発電部１０１及び第２発電部１０２に接続する負荷２０を切り替える。スイッチ群１０３の切り替え例は、図３〜図１０において後述する。制御装置１２は、燃料電池システム１の燃料ポンプ４、送液ポンプ６ａ，６ｂ、冷却器７ａ，７ｂ、スイッチ群１０３の各動作を制御する、又は、混合タンク５の濃度等を発電に最適な濃度に制御する。
【００２８】
図１の燃料電池システム１は、状態検出装置１１、管理装置１３及びメモリ１８を更に備える。状態検出装置１１は、給電対象機器２の状態を検出し、検出結果を制御装置１２に出力し、出力結果に基づいて、第１発電部１０１及び第２発電部１０２の発電量を制御装置１２に制御させるための装置である。「給電対象機器２の状態」とは、例えば、給電対象機器２の運転状態、電池残量等を指す。
【００２９】
例えば、状態検出装置１１が、給電対象機器２の運転状態、即ち、給電対象機器２が起動状態、運転状態、停止状態、待機状態等のいずれの状態であるか、また給電対象機器２が運転状態である場合にはその負荷の大きさがどの程度であるか等を検出する。制御装置１２は、状態検出装置１１が検出した状態に応じて、スイッチ群１０３を制御して、第１発電部１０１及び第２発電部１０２のいずれか又は両方を発電させるかを決定する。
【００３０】
状態検出装置１１が、繰り返し充放電可能な二次電池２２の充電量に応じて、制御装置１２が、スイッチ群１０３を切り替えてもよい。例えば、二次電池２２の充電量が十分にあり、燃料電池システム１による発電を必要としない場合は、制御装置１２が、第１発電部１０１及び第２発電部１０２の負荷２０への接続を停止させる。逆に、二次電池２２の充電量が一定量以下である場合には、制御装置１２が、第１発電部１０１と第２発電部１０２の両方を駆動させて得られる最大電力を給電対象機器２に出力することもできる。なお、図１に示す状態検出装置１１は、給電対象機器２内に配置されても構わない。
【００３１】
管理装置１３は、第１発電部１０１及び第２発電部１０２に負荷２０が接続される時間を計算することにより、第１発電部１０１及び第２発電部１０２毎の総発電時間等を管理することができ、その管理情報を制御装置１２に出力する。制御装置１２は、管理装置１３から出力された管理情報に基づいて、第１発電部１０１及び第２発電部１０２への負荷２０の切り替えを制御する。
【００３２】
制御装置１２が、第１発電部１０１及び第２発電部１０２の総発電時間等に基づいて、負荷２０を切り替えることにより、第１発電部１０１及び第２発電部１０２の一方のみが長時間運転されることを回避できる。そのため、第１発電部１０１及び第２発電部１０２の寿命を操作することが可能となる。一方、場合によっては、第１発電部１０１及び第２発電部１０２のいずれか一方のみを長期間に運転させることにより、他方の寿命をより長くしたり、性能劣化速度を緩やかにすることも可能となる。
【００３３】
メモリ１８は、制御装置１２による制御に必要な各種情報や設定条件、環境温度計８及び混合液温度計９の温度検出結果や発電に最適な温度や濃度の設定値等を記憶する。
【００３４】
−スイッチ群１０３の第１の例−
図１に示すスイッチ群１０３の第１の例を図３に示す。なお、図３においては、燃料タンク３，燃料ポンプ４、混合タンク５、送液ポンプ６ａ，６ｂ、冷却器７ａ，７ｂ、環境温度計８及び混合液温度計９の図示を省略している。
【００３５】
図１に示すスイッチ群１０３は、図３に例示するように、第１発電部１０１に直列に接続されたスイッチ１０３ａ、第１発電部１０１及びスイッチ１０３ａに並列に接続されたスイッチ１０３ｂ、第２発電部１０２及び昇圧器１４との間に直列に接続されたスイッチ１０３ｄ、及び第２発電部１０２に並列に接続されたスイッチ１０３ｃを含む。
【００３６】
図３の制御装置１２が、スイッチ１０３ａ及びスイッチ１０３ｄをオン状態に切り替えると、図４に示すように、第１発電部１０１と第２発電部１０２とが、負荷２０に対して直列に接続され、燃料電池システム１における最大電力が出力可能となる。図３の制御装置１２が、スイッチ１０３ａ及びスイッチ１０３ｃをオン状態に切り替えると、図５に示すように、第１発電部１０１のみが、昇圧器１４及び負荷検出器１６を介して負荷２０に接続され、図４に示す場合の半分の電力が出力可能となる。図３の制御装置１２が、スイッチ１０３ｂ及びスイッチ１０３ｄをオン状態に切り替えると、図６に示すように、第２発電部１０２のみが、昇圧器１４及び負荷検出器１６を介して負荷２０に接続される。
【００３７】
図３に示す燃料電池システム１によれば、スイッチ１０３ａ〜１０３ｄの切り替えと行うだけで、発電に関わる他のパラメータを操作する必要がなく、且つ、負荷２０の変更による第１発電部１０１及び第２発電部１０２の運転状態も変えることなく、負荷２０の負荷量を、半分、或いは２倍に変化させることが可能となる。
【００３８】
−スイッチ群１０３による第２の接続例−
図１に示すスイッチ群１０３の第２の例を図７に示す。図７においては、図１の燃料タンク３，燃料ポンプ４、混合タンク５、送液ポンプ６ａ，６ｂ、冷却器７ａ，７ｂ、環境温度計８及び混合液温度計９の図示を省略している。
【００３９】
図７に示す燃料電池システム１は、２台の昇圧器１４及び昇圧器１５を備える。昇圧器１４と負荷検出器１６、昇圧器１５と負荷検出器１７の間には、ダイオードが配置されている。図１に示すスイッチ群１０３は、図７に示すように、第１発電部１０１に直列に接続されたスイッチ１１３ａ、第１発電部１０１に並列に接続されたスイッチ１１３ｂ、スイッチ１１３ｂ及び昇圧器１５に直列に接続されたスイッチ１１３ｃ、第２発電部１０２に直列に接続されたスイッチ１１３ｄ、スイッチ１１３ｄと昇圧器１４との間に直列に接続されたスイッチ１１３ｅを備える。
【００４０】
図７の制御装置１２が、スイッチ１１３ａ，１１３ｄ，１１３ｅをオン状態に切り替えると、図８に示すように、第１発電部１０１と第２発電部１０２とが直列に接続され、昇圧器１４及び負荷検出器１６を介して負荷２０に接続される。図７の制御装置１２が、スイッチ１１３ａ及びスイッチ１１３ｃをオン状態に切り替えると、図９に示すように、第１発電部１０１のみが、昇圧器１５及び負荷検出器１６を介して負荷２０に接続される。図７の制御装置１２が、スイッチ１１３ｂ及びスイッチ１１３ｄをオン状態に切り替えると、図１０に示すように、第２発電部１０２のみが、昇圧器１５及び負荷検出器１６を介して負荷２０に接続される。
【００４１】
図７に示す燃料電池システム１においても、制御装置１２が、スイッチ１１３ａ〜１１３ｅの切り替えを行うだけで、発電に関わる他のパラメータを操作する必要がなく、且つ、負荷２０の変更による第１発電部１０１及び第２発電部１０２の運転状態を変えることなく、負荷２０の負荷量を、半分或いは２倍にすることが可能となる。
【００４２】
−燃料混合液の送給制御−
図６又は図１０に示すように、第２発電部１０２のみが負荷２０に接続された場合における燃料混合液の送給状態の例を図１１に例示する。図１１に示す場合においては、送液ポンプ６ｂのみが駆動されており、送液ポンプ６ｂにより、ラインＬ６及びラインＬ７を通って混合タンク５内の燃料混合液が第２発電部１０２のアノード極に送給され、図示を省略したカソード極に空気が供給されて発電が行われる。
【００４３】
アノード極において生成された排出物と、アノード極において使用されなかった燃料混合液の一部は、ラインＬ８を介して混合タンク５へ回収される。この際、環境温度計８は、第２発電部１０２の周囲の環境温度を測定し、制御装置１２に出力する。制御装置１２は、環境温度に応じて冷却器７ｂの冷却能力を変化させて、第２発電部１０２を発電に最適な温度となるように制御する。
【００４４】
図５及び図９に示すように、第１発電部１０１のみが、負荷２０へ接続された場合は、図１２に示す送液ポンプ６ａが駆動され、混合タンク５内の燃料混合液が、ラインＬ３及びラインＬ４を通って第１発電部１０１のアノード極に送給されて、図示を省略したカソード極に空気が供給されて発電が行われる。
【００４５】
アノード極において生成された排出物と、アノード極において使用されなかった燃料混合液の一部は、ラインＬ５を介して混合タンク５へ回収される。この際、環境温度計８は、第１発電部１０１の周囲の環境温度を測定し、制御装置１２に出力する。制御装置１２は、環境温度に応じて冷却器７ａの冷却能力を変化させて、第１発電部１０１を発電に最適な温度となるように制御する。  
図１３及び図１４に示すように、第１発電部１０１又は第２発電部１０２のいずれか一方が負荷２０に接続されている場合においても、送液ポンプ６ａ，６ｂを用いて第１発電部１０１及び第２発電部１０２の両方に燃料混合液を送給させてもよい。
【００４６】
図１１及び図１２に示す例においては、環境温度が、所定値以下の場合には、冷却器７ａ，７ｂの冷却能力を制御するのみで、第１発電部１０１及び第２発電部１０２の温度を最適温度に制御可能である。しかしながら、環境温度、所定値を上回る場合には、例えば小型ファン等で外気を吹き付けても十分な冷却が困難となるため、冷却器７ａ，７ｂをサイズアップする必要が生じる。
【００４７】
環境温度が所定値を上回る場合には、図１３及び図１４に示すように、制御装置１２が、負荷２０を接続していない発電部に対して燃料混合液を送給するようにする。燃料混合液を循環させることにより、燃料混合液を冷却できるため、冷却器７ａ，７ｂをサイズアップすることなく、第１発電部１０１及び第１発電部１０２を発電に好適な温度に制御することができる。その結果、発電効率を最適化し、大幅な負荷変更ができるとともに、小型化が実現可能な燃料電池システムが提供できる。
【００４８】
なお、図１３及び図１４に示す例では、単に、送液ポンプ６ａ，６ｂを用いる例について説明をしたが、第１発電部１０１又は第２発電部１０２の負荷２０に接続されていない一方に接続された送液ポンプ６ａ又は６ｂの送液量を、環境温度に応じて変化させてもよい。この場合、第１発電部１０１を発電により最適な温度となるように制御することができる。
【００４９】
また、本実施の形態では、送液ポンプ６ａ，６ｂの複数の送液ポンプを用いる例について説明したが、送液ポンプ６ａ，６ｂに替えて、１つの送液ポンプとラインＬ３及びラインＬ６のいずれに混合タンク５内の燃料混合液を送液するかを選択可能な３方バルブの組み合わせ、又は、１つの送液ポンプとラインＬ３，Ｌ４の間及びラインＬ６，Ｌ７の間それぞれに設けられた流量調整バルブを用いることができる。
【００５０】
（制御方法）
燃料電池システム１を運転させる場合は、例えば、図１に示す燃料電池システム１を給電対象機器２に接続し、燃料電池部１０と給電対象機器２内の負荷２０とを電気的に接続する。制御装置１２は、給電対象機器２から種々の情報を取得する。例えば、状態検出装置１１が、給電対象機器２の状態を検出し、検出結果を制御装置１２に出力する。負荷検出器１６が、負荷２０の負荷量を検出し、制御装置１２に出力する。
【００５１】
制御装置１２が、負荷２０の負荷量及び給電対象機器２の状態の出力結果に応じて、スイッチ群１０３を切り替え、第１発電部１０１及び第２発電部１０２の中から任意の発電部を選択して負荷２０に接続する。ここでは、第１発電部１０１が負荷２０に接続される例を説明する。発電部の選択は、図１の管理装置１３から出力される第１発電部１０１及び第２発電部１０２に接続される負荷２０のオン・オフ時間、又は総発電時間に基づいて行うことにより、第１発電部１０１及び第２発電部１０２の寿命を調節できる。
【００５２】
引き続き、制御装置１２が、燃料ポンプ４及び送液ポンプ６ａを制御して、混合タンク５内の混合液燃料を、第１発電部１０１に送給して発電させる。発電に用いられなかった混合液燃料の一部と発電で生成された排出物は、ラインＬ５を介して混合タンク５に回収させる。第１発電部１０１の発電中は、環境温度計８により第１発電部１０１周辺の環境温度を測定し、測定結果を制御装置１２に出力させる。また、混合液温度計９により、混合液燃料の温度を測定し、測定結果を制御装置１２に出力させる。
【００５３】
制御装置１２は、例えば、メモリ１８に記憶された設定温度値を読み出して、環境温度と設定温度値との比較する、或いは、環境温度と混合液燃料の測定温度の差をメモリ１８に記憶された許容温度範囲と比較する。その比較結果に基づいて、制御装置１２が、冷却器７ａ，７ｂ及び第１発電部１０１及び第２発電部１０２への混合液燃料の供給を制御する。
【００５４】
実施の形態に係る燃料電池システム１の制御方法によれば、第１発電部１０１及び第２発電部１０２のアノード極から回収する水の量を安定的に操作しつつ、発電効率を最適値に設定しながら、大きな負荷量が可能で、且つ小型化が可能となる。
【００５５】
本発明は上記の実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。また、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は、上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によって定められる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の実施の形態に係る燃料電池システムの全体構成を例示するブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る発電セルの一例を例示する模式図である。
【図３】本発明の実施の形態に係るスイッチ群の第１の例を示すブロック図である。
【図４】図３のスイッチの切り替えの例を示すブロック図である。
【図５】図３のスイッチの切り替えの例を示すブロック図である。
【図６】図３のスイッチの切り替えの例を示すブロック図である。
【図７】本発明の実施の形態に係るスイッチ群の第２の例を示すブロック図である。
【図８】図７のスイッチの切り替えの例を示すブロック図である。
【図９】図７のスイッチの切り替えの例を示すブロック図である。
【図１０】図７のスイッチの切り替えの例を示すブロック図である。
【図１１】本発明の実施の形態に係る燃料電池システムの送給機構を例示するブロック図である。
【図１２】本発明の実施の形態に係る燃料電池システムの送給機構を例示するブロック図である。
【図１３】本発明の実施の形態に係る燃料電池システムの送給機構を例示するブロック図である。
【図１４】本発明の実施の形態に係る燃料電池システムの送給機構を例示するブロック図である。
【符号の説明】
【００５７】
１…燃料電池システム
２…給電対象機器
３…燃料タンク
４…燃料ポンプ
５…混合タンク
６ａ…送液ポンプ
６ｂ…送液ポンプ
７ａ…冷却器
７ｂ…冷却器
８…環境温度計
９…混合液温度計
１０…燃料電池部
１１…状態検出装置
１２…制御装置
１３…管理装置
１４…昇圧器
１５…昇圧器
１６…負荷検出器
１７…負荷検出器
１８…メモリ
２０…負荷
２２…二次電池
３０…発電セル
３１…アノード極
３２…カソード極
３３…電解質膜
１０１…第１発電部
１０２…第２発電部
１０３…スイッチ群
【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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