(57)【要約】【課題】  耐熱性、装置構成の複雑化等を考慮することなく高出力の発電が可能な燃料電池システム、及び燃料電池システムの動作方法を提供する。【解決手段】  液体燃料にて発電を行う燃料電池システムにおいて、開放型燃料電池１２０と、循環型燃料電池１１０とを備えたことより、循環型燃料電池の起動に必要な電力を開放型燃料電池から得ることができる。よって、２次電池等の他の電源を使用する必要がないことから、耐熱性、装置構成の複雑化等を考慮することなく、高出力の燃料電池システムを提供することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１アノード極（１２２）へ第１液体燃料（１８２）を、第１カソード極（１２３）へ第１空気（１８４）をそれぞれ自然供給することで発電を行う開放型燃料電池（１２０）と、
上記開放型燃料電池からの電力を利用して起動する燃料電池であって、第２アノード極（１１２）へ第２液体燃料（１８２）を接触させ、第２カソード極（１１３）へ第２空気（１８４）を強制的に供給することで発電を行う循環型燃料電池（１１０）と、
を備えたことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
上記循環型燃料電池は、上記第２カソード極へ上記第２空気の強制的供給を行う気体供給装置（１５４、１５６ｇ）を有し、上記気体供給装置は、上記開放型燃料電池にて生じた電力にて作動される、請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項３】
上記開放型燃料電池は、上記第１カソード極へ上記第１空気の自然供給を可能とする供給位置（２３４ｂ）と、上記第１空気の自然供給を停止する遮断位置（２３４ａ）との間で移動し、上記第１カソード極に隣接して設けられるシャッター（２３３）を有する、請求項１又は２記載の燃料電池システム。
【請求項４】
上記シャッターは、上記遮断位置から上記供給位置への移動は手動で行われる、請求項３記載の燃料電池システム。
【請求項５】
上記開放型燃料電池は、上記循環型燃料電池にて生じた電力にて駆動され上記供給位置から上記遮断位置へ上記シャッターを移動させるシャッター移動装置（２３５）をさらに有する、請求項３又は４記載の燃料電池システム。
【請求項６】
上記開放型燃料電池は、上記第１アノード極とは分離して配置され上記第１液体燃料を有する燃料タンク（１３３）と、上記燃料タンク及び上記第１アノード極を接続する接続部材（２４２）とを有する、請求項１から５のいずれかに記載の燃料電池システム。
【請求項７】
第１アノード極（１２２）へ第１液体燃料（１８２）を、第１カソード極（１２３）へ第１空気（１８４）をそれぞれ自然供給することで発電を行う開放型燃料電池（１２０）と、
第２アノード極（１１２）へ第２液体燃料（１８２）を、第２カソード極（１１３）へ第２空気（１８４）をそれぞれ強制的に供給することで発電を行う循環型燃料電池（１１０）と、
を備え、上記開放型燃料電池にて発電を行った後、上記開放型燃料電池にて生じた電力にて上記循環型燃料電池への上記第２液体燃料及び上記第２空気の強制的供給を行うことを特徴とする燃料電池システムの動作方法。
【請求項８】
上記開放型燃料電池は、上記第１カソード極へ上記第１空気の自然供給を可能とする供給位置（２３４ｂ）と、上記第１空気の自然供給を停止する遮断位置（２３４ａ）との間で移動するシャッター（２３３）をさらに有し、上記シャッターを上記遮断位置から上記供給位置へ移動させることで上記開放型燃料電池から電力を発生させる、請求項７記載の燃料電池システムの動作方法。
【請求項９】
上記循環型燃料電池の発電開始後、該発電量が規定値に達した後、上記シャッターを上記供給位置から上記遮断位置へ自動的に移動させて上記開放型燃料電池の発電を停止させる、請求項８記載の燃料電池システムの動作方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特にメタノール等の有機燃料をアノード極に直接供給しながら発電する燃料電池を用いた燃料電池システム、及び該燃料電池システムの動作方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、次世代のクリーンかつ高効率なエネルギー源として燃料電池が注目されている。中でも、固体高分子電解質を挟んでアノードとカソードを配置する固体高分子電解質型燃料電池（ＰＥＦＣ：Polymer Electrolyte Fuel Cell）は電気自動車用電源用途や家庭用分散型電源用途として注目されている。この固体高分子型燃料電池において、メタノールやジメチルエーテル等の有機燃料を直接アノード極に供給して発電する燃料電池、例えば直接型メタノール燃料電池（ＤＭＦＣ：Direct Methanol Fuel Cell）は、上記有機燃料を、水素を豊富に含むガスに改質するための改質機を必要としないため、構成が簡単となり携帯機器等の用途に注目され、開発が進められている。
【０００３】
ここで、直接型メタノール燃料電池は、以下に説明する主に２種類の形式が知られている。
一の形式の燃料電池は、開放型、自然吸気型等と呼ばれる形式の燃料電池であり、アノード極への燃料供給と、カソード極への空気供給とが自然に行われる（例えば特許文献１参照。）。又、他の形式の燃料電池は、循環型等と呼ばれる形式の燃料電池であり、この燃料電池は、アノード極への燃料供給、及びカソード極への空気供給をポンプやコンプレッサー等の補機を用いて強制的に行われる（例えば特許文献２参照。）。
【特許文献１】米国特許出願公開第２００２／００６４６９８号明細書
【特許文献２】米国特許第５５９９６３８号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記開放型、自然吸気型等と呼ばれる形式の燃料電池は、構成が簡単であるという利点がある一方、出力が小さいという課題がある。出力を大きくするためにはセル面積を大きくする必要があり、携帯性が損なわれる。又、この形式の燃料電池は、カソード極で生成される水の回収機構が存在しないため、生成した水が携帯機器等に付着する可能性がある。即ち、燃料電池が稼動したまま、例えばカバンやポケットに携帯機器を収納した場合、ポケットの中やカバンの中、並びに携帯機器が濡れる等の問題が発生する。
【０００５】
又、上記循環型等と呼ばれる形式の燃料電池は、上記補機により強制的に燃料や空気を燃料電池セル部に送り込めるため、燃料電池セルをスタック化することができ、高出力が得られる利点がある。一方、燃料電池が発電していないとき、上記ポンプやコンプレッサー等の補機を起動させるためには、２次電池等の別電源が必要となる。又、燃料電池は、発電時に熱を発生しＤＭＦＣの場合、約５０〜６０℃程度になる。上記２次電池として例えばリチウム電池等の場合、充電時に保証される耐熱温度は約４０℃であり、循環型燃料電池とリチウム電池等とを並設するときには、上記２次電池への熱の影響や安全性を考慮しなければならないという問題が生じる。一方、例えば太陽電池等、耐熱性を備えた２次電池の採用も考えられるが、燃料電池の構成が複雑化するという問題が生じる。
【０００６】
本発明は上述の問題点を解決するためになされたもので、例えばＤＭＦＣ等の、メタノール等の有機燃料をアノード極に直接液体のまま供給しながら発電する燃料電池において、耐熱性、装置構成の複雑化等を考慮することなく高出力の発電が可能な燃料電池システム、及び燃料電池システムの動作方法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は以下のように構成する。
即ち、本発明の第１態様の燃料電子システムは、第１アノード極へ第１液体燃料を、第１カソード極へ第１空気をそれぞれ自然供給することで発電を行う開放型燃料電池と、
上記開放型燃料電池からの電力を利用して起動する燃料電池であって、第２アノード極へ第２液体燃料を接触させ、第２カソード極へ第２空気を強制的に供給することで発電を行う循環型燃料電池と、
を備えたことを特徴とする。
【０００８】
上記循環型燃料電池は、上記第２カソード極へ上記第２空気の強制的供給を行う気体供給装置を有し、上記気体供給装置は、上記開放型燃料電池にて生じた電力にて作動されるように構成してもよい。
【０００９】
上記開放型燃料電池は、上記第１カソード極へ上記第１空気の自然供給を可能とする供給位置と、上記第１空気の自然供給を停止する遮断位置との間で移動し、上記第１カソード極に隣接して設けられるシャッターを有するように構成してもよい。
【００１０】
上記シャッターは、上記遮断位置から上記供給位置への移動は手動で行われるように構成してもよい。
【００１１】
上記開放型燃料電池は、上記循環型燃料電池にて生じた電力にて駆動され上記供給位置から上記遮断位置へ上記シャッターを移動させるシャッター移動装置をさらに有するように構成してもよい。
【００１２】
上記開放型燃料電池は、上記第１アノード極とは分離して配置され上記第１液体燃料を有する燃料タンクと、上記燃料タンク及び上記第１アノード極を接続する接続部材とを有するように構成してもよい。
【００１３】
さらに本発明の第２態様における燃料電池システム動作方法は、第１アノード極へ第１液体燃料を、第１カソード極へ第１空気をそれぞれ自然供給することで発電を行う開放型燃料電池と、
第２アノード極へ第２液体燃料を、第２カソード極へ第２空気をそれぞれ強制的に供給することで発電を行う循環型燃料電池と、
を備え、上記開放型燃料電池にて発電を行った後、上記開放型燃料電池にて生じた電力にて上記循環型燃料電池への上記第２液体燃料及び上記第２空気の強制的供給を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の第１態様の燃料電池システム、及び第２態様の燃料電池システムの動作方法によれば、液体燃料にて発電を行う燃料電池システムにおいて、開放型燃料電池と、循環型燃料電池とを備えたことより、循環型燃料電池の起動に必要な電力を開放型燃料電池から得ることができる。よって、２次電池等の他の電源を使用する必要がないことから、耐熱性、装置構成の複雑化等を考慮することなく、高出力の燃料電池システムを提供することができる。
【００１５】
又、開放型燃料電池にシャッターを備え該シャッターを移動させることで、開放型燃料電池を構成する第１カソード極への空気の自然供給及び遮断が可能となる。よって、開放型燃料電池のオン、オフを行うことができ、開放型燃料電池を非発電状態にすることで、開放型燃料電池からの水の発生と開放型燃料電池の劣化を抑制することが可能となる。
又、上記シャッターの移動を手動で行うことで、開放型燃料電池の起動に電力を不要とすることができる。
又、上記シャッターを移動させるシャッター移動装置を有することで、起動後、開放型燃料電池を人手を介さず自動的に非発電状態にすることができる。又、上記シャッターの閉め忘れを防止することもできる。
【００１６】
又、上記接続部材を有することで、第１アノード極と燃料タンクとを分離して配置することが可能となり、燃料電池システムの装置レイアウトの自由度を増すことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明の実施形態である燃料電池システム、及び該燃料電池システムの動作方法について図を参照しながら以下に説明する。尚、各図において同じ構成部分については同じ符号を付している。又、本実施形態の燃料電池システムは、動作電力で数Ｗ〜数百Ｗ程度の機器、例えばノート型パーソナルコンピュータ等の携帯機器に対して使用するのが好ましい。
第１実施形態；
図１には、本実施形態の燃料電池システム１００の構成を図示している。該燃料電池システム１００の基本構成は、開放型燃料電池１２０と、循環型燃料電池１１０とを備え、本実施形態ではさらに燃料タンク１３１、水タンク１３２、気液分離装置１４１、制御装置１６０、外部出力１７０、並びに配管及びバルブ１５６等を有する。
【００１８】
ここで開放型燃料電池１２０は、電解質膜１２１と、第１アノード極１２２と、第１カソード極１２３と、濃度調整された、第１液体燃料に相当する液体燃料１８２を第１アノード極１２２に接するように収納した燃料濃度調整タンク１３３とを備える。電解質膜１２１は、固体高分子電解質膜を有し、第１アノード極１２２と第１カソード極１２３とに挟まれて配置される。上記固体高分子電解質膜として、Dupont社製Nafion（商品名）といったパーフルオロスルホン酸系高分子材料にてなるものが好ましい。第１アノード極１２２は、液体燃料１８２を分解し電子を引き抜く触媒と、液体燃料１８２の拡散層と、集電体としてのセパレータとが積層された構造である。第１カソード極１２３は、プロトンと酸素との反応触媒と、空気の拡散層と、集電体としてのセパレータとが積層された構造である。第１アノード極１２２の上記触媒としては、例えばＰｔ−Ｒｕ等の炭素坦治貴金属触媒が好ましく、第１カソード極１２３の上記触媒としては、例えばＰｔ等の炭素坦治貴金属触媒が好ましい。第１アノード極１２２及び第１カソード極１２３は、少なくとも制御装置１６０、並びに後述のポンプ及びバルブ１５４に接続され、好ましくはさらに濃度計１２５、並びにポンプ及びバルブ１５１、１５２、１５３、１５５に接続される。
又、液体燃料１８２としては、メタノールやジメチルエーテル等の有機燃料を用いることができる。又、燃料濃度調整タンク１３３には、上記有機燃料の濃度を測定する濃度計１２５が設けられ、濃度データは、制御装置１６０へ供給される。
このように構成される開放型燃料電池１２０では、第１アノード極１２２には液体燃料１８２が強制的ではなく自然供給され、第１カソード極１２３には第１空気としての空気１８４が自然供給され、発電が行われる。開放型燃料電池１２０にて発生する電力は、最低限、制御装置１６０、並びに後述のポンプ及びバルブ１５３、１５４の消費電力を満たす。上記自然供給とは、後述の強制的供給に対向する用語であり、ポンプ等の補機を使用することなく、液体燃料及び空気を電極に接触させることをいい、上記強制的供給とは、ポンプ等の補機を使用して、液体燃料及び空気を電極に接触させることをいう。尚、空気１８４に代えて気体酸化剤を供給することもできる。
上述のように、液体燃料１８２を第１アノード極１２２に接するようにして燃料濃度調整タンク１３３を設けることで、構成要素の追加が最小限となり、燃料電池システム１００の構成を簡単にすることができる。
【００１９】
液体燃料１８２及び空気１８４が自然供給される開放型燃料電池１２０では、第１カソード極１２３には空気１８４を自然供給するため、例えば図２から図４に示すように、燃料濃度調整タンク１３３の一側面又は複数面に、好ましくは５面以下に、第１カソード極１２３を露出させた構造が採られる。即ち、図２に示すように、燃料濃度調整タンク１３３の一側面１３３ａに第１カソード極１２３を露出させて、かつ複数の、例えば図示するように３行２列で合計６つの単セル１２４ａ〜１２４ｆを設け、各単セル１２４ａ〜１２４ｆを直列に接続するように構成する。又、図３に示すように、燃料濃度調整タンク１３３の複数の側面に、例えば図示するように側面１３３ａ〜１３３ｃに、それぞれ複数の単セルの第１カソード極１２３を露出させて配置してもよい。この場合、各側面１３３ａ〜１３３ｃに配列される複数の単セル１２４は、各側面毎に、直列に接続される。尚、各単セル１２４を並列に接続してもよい。さらに又、図４に示すように、各側面１３３ａ〜１３３ｃに、一つずつ第１カソード極１２３を露出させて単セル１２４を配置してもよい。この場合、各側面１３３ａ〜１３３ｃに設けた３つの単セル１２４は、直列に接続される。
【００２０】
上記循環型燃料電池１１０は、電解質膜１１１と、第２アノード極１１２と、第２カソード極１１３とをケーシング１１６内に設けた構造を有し、第２アノード極１１２には、第２液体燃料に相当し本実施形態では上記液体燃料１８２と同一の液体燃料（以後、「液体燃料１８２」と記す）が、第２アノード極１１２内に形成されている燃料用通路に供給される。第２カソード極１１３には、第２空気としての空気１８４がポンプ及びバルブ１５４を設けた配管１５６ｇを通して、第２カソード極１１３内に設けられている空気用通路に強制的に送り込まれる。又、第２アノード極１１２及び第２カソード極１１３は、外部出力１７０、制御装置１６０、濃度計１２５、並びに、ポンプ及びバルブ１５１〜１５５に接続されている。尚、ポンプ及びバルブ１５４、並びに配管１５６ｇが気体供給装置の機能を果たす一例に相当する。
電解質膜１１１は、固体高分子電解質膜を有し、第２アノード極１１２と第２カソード極１１３とに挟まれて配置される。第２アノード極１１２は、液体燃料１８２を分解し電子を引き抜く触媒と、液体燃料１８２の拡散層と、集電体としてのセパレータとが積層された構造であり、例えばセパレータに上記燃料用通路が形成されている。又、第２カソード極１１３は、プロトンと酸素との反応触媒と、空気の拡散層と、集電体としてのセパレータとが積層された構造であり、例えばセパレータに上記空気用通路が形成されている。尚、電解質膜１１１の上記固体高分子電解質膜、第２アノード極１１２及び第２カソード極１１３の上記触媒は、上述した開放型燃料電池１２０における構成に同じである。又、図１では、図示の簡略化のため、循環型燃料電池１１０を単セル構造にて図示して上述の説明を行ったが、循環型燃料電池１１０は、発電量を上げるため、単セルを複数個積層したスタック構造を有するのが好ましい。
【００２１】
このように構成される循環型燃料電池１１０は、第２アノード極１１２と開放型燃料電池１２０の燃料濃度調整タンク１３３とが配管１５６ａ、１５６ｂにて連結され、配管１５６ｂには、第２アノード極１１２及び燃料濃度調整タンク１３３間で液体燃料１８２を循環させるためのポンプ及びバルブ１５３が設けられている。ポンプ及びバルブ１５３は、制御装置１６０にて動作制御される。よって燃料濃度調整タンク１３３と第２アノード極１１２との間で液体燃料１８２は循環され、循環型燃料電池１１０においては、第２アノード極１１２へ強制的に液体燃料１８２が供給され、第２カソード極１１３へ強制的に空気が供給されて、発電が行われる。
尚、ポンプ及びバルブ１５３、燃料濃度調整タンク１３３、並びに配管１５６ａ、１５６ｂが燃料供給装置の機能を果たす一例に相当する。
【００２２】
又、燃料濃度調整タンク１３３には、ポンプ及びバルブ１５１を設けた配管１５６ｃを介して燃料タンク１３１が接続されている。該燃料タンク１３１には、上記有機燃料の原燃料１８１、本実施形態ではメタノールの原液が収容されており、燃料濃度調整タンク１３３内の液体燃料１８２の濃度が設定濃度未満となったことが上記濃度計１２５にて検出されたとき、ポンプ及びバルブ１５１が制御装置１６０にて動作制御され、上記設定濃度になるまで原燃料１８１が燃料タンク１３１から燃料濃度調整タンク１３３へ供給される。
又、循環型燃料電池１１０の第２カソード極１１３は、配管１５６ｄを介して気液分離装置１４１に接続されており、気液分離装置１４１には、第２カソード極１１３を通過した空気１８４及び第２カソード極１１３にて生じる水１８３が供給される。気液分離装置１４１は、空気１８４と水１８３とを分離し、ポンプ及びバルブ１５５を設けた配管１５６ｅを通して、分離した水１８３を水タンク１３２へ供給する。水タンク１３２内には、水１８３が収容される。尚、ポンプ及びバルブ１５５は、制御装置１６０にて動作制御される。
又、上記燃料濃度調整タンク１３３は、ポンプ及びバルブ１５２を設けた配管１５６ｆを介して水タンク１３２と接続されており、燃料濃度調整タンク１３３内の液体燃料１８２の濃度が設定濃度を超えたことが上記濃度計１２５にて検出されたとき、ポンプ及びバルブ１５２が制御装置１６０にて動作制御され、上記設定濃度になるまで水１８３が水タンク１３２から燃料濃度調整タンク１３３へ供給される。
制御装置１６０は、上述したように、濃度計１２５、外部出力１７０、ポンプ及びバルブ１５１〜１５５と接続され、濃度計１２５からの燃料濃度調整タンク１３３の濃度測定値や、外部出力１７０からの循環型燃料電池１１０の出力値に基づいて、ポンプ及びバルブ１５１〜１５５へ信号を送出し、バルブの開閉及びポンプの駆動を制御する。
【００２３】
以上のように構成される燃料電池システム１００における動作方法について、以下に説明する。
図２等に示すように開放型燃料電池１２０の第１カソード極１２３には空気が自然供給され、開放型燃料電池１２０の第１アノード極１２２には燃料濃度調整タンク１３３から液体燃料１８２が自然供給されているため、開放型燃料電池１２０は、発電を行っている。開放型燃料電池１２０で発電された電気は、制御装置１６０、並びに、循環型燃料電池１１０の第２カソード極１１３につながる配管１５６ｇに設けられているポンプ及びバルブ１５４に供給される。開放型燃料電池１２０で発生した電力にさらに余裕があれば、開放型燃料電池１２０と循環型燃料電池１１０とを接続している配管１５６ｂに設けられているポンプ及びバルブ１５３にも開放型燃料電池１２０から電力を供給する。電力の余裕の有無は、制御装置１６０にて判断され、制御装置１６０からポンプ及びバルブ１５３へ電力供給がなされる。さらに開放型燃料電池１２０の発電量に余裕があるならば、他のポンプ及びバルブ１５１、１５２、１５５へ電力を供給してもよい。又、気液分離装置１４１が電力を使用するタイプの場合、該気液分離装置１４１へも電力を供給する。
【００２４】
開放型燃料電池１２０からの電力、及び制御装置１６０からの信号を受け、ポンプ及びバルブ１５４は、空気を循環型燃料電池１１０の第２カソード極１１３へ強制的に供給する。たとえポンプ及びバルブ１５３が動作しない状態においても、本実施形態では、循環型燃料電池１１０の第２アノード極１１２には液体燃料１８２が接している。よって、上記空気の強制的供給により、循環型燃料電池１１０は発電を開始することができる。尚、ポンプ及びバルブ１５３も動作することで、ポンプ及びバルブ１５３は、燃料濃度調整タンク１３３内の液体燃料１８２を循環型燃料電池１１０の第２アノード極１１２へ強制的に供給する。
循環型燃料電池１１０で発電された電力は、外部出力１７０、並びに制御装置１６０、濃度計１２５、ポンプ及びバルブ１５１〜１５５へ供給される。又、気液分離装置１４１が電力を使用するタイプの場合には、該気液分離装置１４１へも電力を供給する。
【００２５】
制御装置１６０は、濃度計１２５及び外部出力１７０からの信号を受け、開放型燃料電池１２０の燃料濃度調整タンク１３３と燃料タンク１３１とを接続している配管１５６ｃに設けられているポンプ及びバルブ１５１、及び燃料濃度調整タンク１３３と水タンク１３２とを接続している配管１５６ｆに設けられているポンプ及びバルブ１５２を制御する。該制御により、燃料濃度調整タンク１３３内の液体燃料１８２を、一定以上の量、例えば燃料濃度調整タンク１３３の容量の５０％以上の量に設定するとともに、一定の範囲の濃度、例えば、３〜１０ｗｔ％水溶液に調整する。又、ポンプ及びバルブ１５５を制御することで、気液分離装置１４１から水タンク１３２へ水１８３を供給する。
さらに又、制御装置１６０は、外部出力１７０の電圧に基づいて、循環型燃料電池１１０の出力が安定したか否かを判断する。
【００２６】
以上説明したように本実施形態の燃料電池システム１００によれば、開放型燃料電池１２０と循環型燃料電池１１０とを備えたことにより、循環型燃料電池１１０の起動に必要な電力を開放型燃料電池１２０から得ることができる。即ち、開放型燃料電池１２０にて発生した電気を少なくともポンプ及びバルブ１５４に供給して、循環型燃料電池１１０の第２カソード極１１３へ空気１８４を強制的に供給することで、循環型燃料電池１１０は発電を開始することができる。よって、循環型燃料電池１１０の起動に２次電池等の他の電源を使用する必要がないことから、耐熱性、装置構成の複雑化等を考慮することなく、高出力の燃料電池システムを提供することができる。
【００２７】
第２実施形態；
第２実施形態の燃料電池システム２００について以下に説明する。該燃料電池システム２００は、図５に示すように、上述の燃料電池システム１００を構成する開放型燃料電池１２０の第１カソード極１２３に接するようにして、シャッター機構部２３０を設けた構造を有する。ここで、シャッター機構部２３０を設けた開放型燃料電池１２０を開放型燃料電池２２０と符号する。その他の構成については、燃料電池システム１００の構成に同じである。
上記シャッター機構部２３０は、燃料濃度調整タンク１３３の側面に露出して設けられている第１カソード極１２３に対して、空気の自然供給又は遮断を行う部分であり、第１カソード極１２３への空気の自然供給又は遮断を行うことで、開放型燃料電池２２０に対して発電開始又は発電停止を行わせる部分である。
図６及び図７を参照してさらに詳しく説明する。シャッター機構部２３０は、通気口となる開口２３１を有するケーシング２３２と、該ケーシング２３２内であって開口２３１と第１カソード極１２３との間で、図６に示す遮断位置２３４ａ及び図７に示す供給位置２３４ｂを移動可能に設けられるシャッター２３３とを有し、さらに好ましくは、シャッター２３３を移動させ制御装置１６０にて動作制御されるシャッター移動装置２３５を備える。シャッター２３３には、上記開口２３１を覆う大きさにてなる閉止部２３３ａと、上記開口２３１に対応した大きさにてなる開口部２３３ｂとが形成される。尚、シャッター２３３において、遮断位置２３４ａから供給位置２３４ｂへの移動は、操作者が取っ手２３６を手動で動かすことで移動させることができる。
【００２８】
以上のような構成を有するシャッター機構部２３０によれば、図６に示すようにシャッター２３３を遮断位置２３４ａに配置することで、ケーシング２３２の開口２３１を、シャッター２３３の閉止部２３３ａが覆う。よって、第１カソード極１２３に対する空気の自然供給が遮断され、開放型燃料電池２２０における発電は停止する。一方、図７に示すようにシャッター２３３を供給位置２３４ｂに配置することで、ケーシング２３２の開口２３１と、シャッター２３３の開口部２３３ｂとが重なり、第１カソード極１２３に対して、開口２３１及び開口部２３３ｂを通して空気が自然供給可能となる。よって、開放型燃料電池２２０は、発電を開始する。
通常、シャッター２３３は、遮断位置２３４ａに位置するので、まず、開放型燃料電池２２０の発電を開始させるためには、操作者が取っ手２３６を手動で動かし、シャッター２３３を遮断位置２３４ａから供給位置２３４ｂへ移動させる。一方、開放型燃料電池２２０が発電を開始することで、上述したように循環型燃料電池１１０が発電を開始した後は、循環型燃料電池１１０からの電力にて、シャッター機構部２３０のシャッター移動装置２３５を作動させることができ、シャッター２３３を供給位置２３４ｂから遮断位置２３４ａへ移動させることができる。該移動のタイミングとしては、制御装置１６０が循環型燃料電池１１０からの電力安定を判断したとき、より具体的には電力値が設定期間に渡り規定値以上を維持したときとするのが好ましい。シャッター２３３が供給位置２３４ｂから遮断位置２３４ａへ移動することにより、開放型燃料電池２２０の発電が停止する。このように自動的にシャッター２３３を遮断位置２３４ａへ移動させることで、シャッター２３３の閉め忘れを防止し、開放型燃料電池２２０にて不必要な発電を続行させることを防止できる。よって、開放型燃料電池２２０からの水の発生、及び開放型燃料電池２２０の劣化を抑制することができる。
尚、開放型燃料電池２２０の発電停止後も、循環型燃料電池１１０の発電は継続しており、制御装置１６０、並びに濃度計１２５、ポンプ及びバルブ１５１〜１５５への電力供給は維持される。
【００２９】
このように、開放型燃料電池２２０の発電開始を、操作者が手動でシャッター２３３を移動させて行うことで、開放型燃料電池２２０の発電を開始させるために必要な電力をゼロにすることができる。又、循環型燃料電池１１０の出力を検出して、開放型燃料電池２２０のシャッター２３３を自動的に遮断位置２３４ａへ移動させることで、開放型燃料電池２２０は発電停止状態となるので、開放型燃料電池２２０からの水の発生、及び開放型燃料電池２２０の劣化を抑制することが可能となる。
【００３０】
尚、上述の各実施形態は、一例を示したものであり、その構成は、実施形態の構成に限定されるものではない。例えば各実施形態に記載していない別の補機があっても問題はない。
又、図８に示す開放型燃料電池２４０に示すように、電解質膜１２１、第１アノード極１２２、及び第１カソード極１２３から構成されるセル部分と、液体燃料１８２を収納する燃料濃度調整タンク１３３とを分離し、毛細管現象を利用して液体供給を行う接続部材２４２にて上記セル部分と燃料濃度調整タンク１３３とを接続する構成を採ることもできる。第１アノード極１２２には、接続部材２４２が接触している。このような開放型燃料電池２４０によれば、接続部材２４２を通して毛細作用により液体燃料１８２が自動的に第１アノード極１２２へ供給されることから、第１アノード極１２２と燃料濃度調整タンク１３３とを接して配置する必要がなくなる。よって、燃料電池システムのレイアウトの自由度を増すことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の実施形態である燃料電池システムの構成を示す図である。
【図２】図１に示す開放型燃料電池の一例を示す斜視図である。
【図３】図１に示す開放型燃料電池の他の例を示す斜視図である。
【図４】図１に示す開放型燃料電池の別の例を示す斜視図である。
【図５】図１に示す開放型燃料電池の他の実施形態を示す斜視図である。
【図６】図５に示す開放型燃料電池の動作を説明するための図である。
【図７】図５に示す開放型燃料電池の動作を説明するための図である。
【図８】図１に示す燃料電池システムの変形例を示す図である。
【符号の説明】
【００３２】
１００…燃料電池システム、１１０…循環型燃料電池、１１２…第２アノード極、
１１３…第２カソード極、１２０…開放型燃料電池、１２２…第１アノード極、
１２３…第１カソード極、１３３…燃料濃度調整タンク、１５３…ポンプ及びバルブ、
１５４…ポンプ及びバルブ、１５６ａ，１５６ｂ…配管、１５６ｇ…配管、
１８２…液体燃料、１８４…空気、２３３…シャッター、２３４ａ…遮断位置、
２３４ｂ…供給位置、２３５…シャッター移動装置、２４２…接続部材。
【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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