(57)【要約】【課題】発電効率、充電効率双方の向上を図ることができる２次電池型燃料電池システムを提供する。【解決手段】燃料発生装置１００と、燃料発生装置１００から供給される燃料に用いて発電を行う燃料電池装置２００とを備え、燃料発生装置１００と燃料電池装置２００との間で水素及び水蒸気を含むガスを循環させる２次電池型燃料電池システムであって、燃料発生装置１００に近接して配置される熱電変換素子４００を備え、システムの発電動作時に、熱電変換素子４００が燃料発生装置１００から放熱される熱エネルギーを電気エネルギーに変換し、システムの充電動作時に、熱電変換素子４００が通電によって供給された電気エネルギーを熱エネルギーに変換し、熱電変換素子４００によって変換された熱エネルギーが燃料発生装置１００の加熱に用いられる２次電池型燃料電池システム。【選択図】図３
2012119127.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
化学反応により水素を含む燃料を発生し、前記化学反応の逆反応により再生可能な燃料発生装置と、
前記燃料発生装置から供給される燃料を用いて発電を行う燃料電池装置とを備え、
前記燃料発生装置と前記燃料電池装置との間で水素及び水蒸気を含むガスを循環させる２次電池型燃料電池システムであって、
前記燃料発生装置及び前記燃料電池装置の少なくとも一方に近接して配置される熱電変換素子を少なくとも１つ備え、
前記２次電池型燃料電池システムの発電動作時に、前記熱電変換素子が、前記燃料発生装置及び前記燃料電池装置の少なくとも一方から放熱される熱エネルギーを電気エネルギーに変換し、
前記２次電池型燃料電池システムの充電動作時に、前記熱電変換素子が、通電によって供給された電気エネルギーを熱エネルギーに変換し、前記熱電変換素子によって変換された熱エネルギーが前記燃料発生装置及び前記燃料電池装置の少なくとも一方の加熱に用いられることを特徴とする２次電池型燃料電池システム。
【請求項２】
前記燃料発生装置と前記燃料電池装置とが別々の又は共通の容器に収容されており、前記熱電変換素子が前記容器の外面に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の２次電池型燃料電池システム。
【請求項３】
前記燃料発生装置と前記燃料電池装置とが別々の又は共通の容器に収容されており、前記容器の一部が前記熱電変換素子で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の２次電池型燃料電池システム。
【請求項４】
前記燃料発生装置が水素を発生する水素発生装置であり、
前記燃料電池装置が固体酸化物燃料電池であ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２次電池型燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発電動作だけでなく充電動作も行える２次電池型燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
水素と酸素から水を生成した際に電気を取り出す燃料電池の開発が近年盛んに行われている。燃料電池は、原理的には二酸化炭素を排出しないため、クリーンなエネルギー源として注目を浴びているだけでなく、原理的に取り出せる電力エネルギーの効率が高いため、省エネルギーになり、さらに、発電時に発生する熱を回収することにより（例えば特許文献１及び特許文献２参照）、熱エネルギーをも利用することができるといった特徴を有しており、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。
【０００３】
このような燃料電池は、例えば、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）とで両側から挟みこみ、さらにその外側を一対のセパレータで挟持して形成されたものを１つのセル構成としている。そして、このような構成のセルには、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。
【０００４】
燃料電池の利用形態は様々であるが、その一つにＥＶ（electric vehicle）に搭載され、ＥＶの動力源として利用される形態がある。このような利用形態では、ＥＶが移動体であるため、燃料電池を、外部から燃料が供給されるタイプではなく、再生可能な燃料発生装置を附属するタイプ（２次電池型）にする必要がある。
【０００５】
再生可能な燃料発生装置としては、化学反応により水素を含む燃料を発生し、前記化学反応の逆反応により再生可能な燃料発生装置が挙げられる。そして、化学反応により水素を含む燃料を発生し、前記化学反応の逆反応により再生可能な燃料発生装置としては、例えば基材料（主成分）が鉄であって、水との酸化反応により水素を発生し水素との還元反応により再生可能な水素発生装置が挙げられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−２３８２７２号公報（請求項１、請求項１０）
【特許文献２】特開２００７―２００７１０号公報（要約）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
燃料電池装置と、基材料（主成分）が鉄である水素発生装置とを備える２次電池型燃料電池システムの課題を具体的に説明するために、まず、化学反応におけるエネルギーのやり取りについて説明する。
【０００８】
ある化学反応が起こる際、その反応前後の化学的エネルギー（エンタルピ）の差ΔＨのエネルギーが放出もしくは吸収される。なお、ΔＨ＜０の場合は余ったエネルギーが放出され、ΔＨ＞０の場合は外部からエネルギーを取り込むことを意味し、通常これらのエネルギーは熱エネルギーとしてやり取りされるため、ΔＨ＜０であれば発熱反応、ΔＨ＞０であれば吸熱反応となる。
【０００９】
一方、エンタルピ変化ΔＨはギブスの自由エネルギー変化ΔＧとエントロピ変化ΔＳと絶対温度Ｔとを用いて、下記の（１）式のように表すことができる。
ΔＨ＝ΔＧ＋ＴΔＳ  …（１）
【００１０】
ΔＧ＜０の場合は、ΔＧの絶対値分のエネルギーを電気エネルギー等の仕事として取り出すことができる。これに対して、ＴΔＳは仕事として取り出すことができないエネルギーであり、ＴΔＳ＜０の場合は発熱し、ＴΔＳ＞０の場合は吸熱して、熱エネルギーのやり取りが起こる。
【００１１】
燃料電池装置と、基材料（主成分）が鉄である水素発生装置とを備える２次電池型燃料電池システムでは、燃料電池装置として、例えば、図１に示す通り、Ｏ２−を透過する固体電解質１を挟み、両側にそれぞれ酸化剤極２と燃料極３が形成されているＭＥＡ（Membrane Electrode Assembly；膜・電極接合体）構造をなす固体酸化物燃料電池を用いることができる。固体酸化物燃料電池では、発電動作時に、燃料極３において下記の（２）式の反応が起こる。
Ｈ２＋Ｏ２−→Ｈ２Ｏ＋２ｅ−  …（２）
【００１２】
上記の（２）式の反応によって生成された電子は、外部負荷４を通って、酸化剤極２に到達し、酸化剤極２において下記の（３）式の反応が起こる。
１／２Ｏ２＋２ｅ−→Ｏ２−  …（３）
【００１３】
そして、上記の（３）式の反応によって生成された酸素イオンは、固体電解質１を通って、燃料極３に到達する。上記の一連の反応を繰り返すことにより、固体酸化物燃料電池が発電動作を行うことになる。また、上記の（２）式から分かるように、発電動作時には、燃料極３側においてＨ２が消費されＨ２Ｏが生成されることになる。
【００１４】
上記の（２）式及び（３）式より、発電動作時における固体酸化物燃料電池での反応は下記の（４）式の通りになる。
Ｈ２＋１／２Ｏ２→Ｈ２Ｏ  ΔＧ＝-205kJ/mol  ＴΔＳ＝-41kJ/mol＠500℃ …（４）
【００１５】
一方、基材料（主成分）が鉄である水素発生装置は、下記の（５）式に示す酸化反応により、発電動作時に燃料電池装置の燃料極３側で生成されたＨ２Ｏを消費してＨ２を生成することができる。
３Ｆｅ＋４Ｈ２Ｏ→Ｆｅ３Ｏ４＋４Ｈ２  ΔＨ＝-115kJ/mol＠500℃  …（５）
【００１６】
また、システムの充電動作時には、燃料電池装置では、上記の（４）式の逆反応である下記の（６）式に示す電気分解反応が起こり、燃料極３側においてＨ２Ｏが消費されＨ２が生成され、基材料（主成分）が鉄である水素発生装置では、上記の（５）式に示す酸化反応の逆反応である下記（７）式に示す還元反応が起こり、燃料電池装置の燃料極３側で生成されたＨ２が消費されＨ２Ｏが生成される。
Ｈ２Ｏ→Ｈ２＋１／２Ｏ２  ΔＧ＝205kJ/mol  ＴΔＳ＝41kJ/mol＠500℃ …（６）
Ｆｅ３Ｏ４＋４Ｈ２→３Ｆｅ＋４Ｈ２Ｏ  ΔＨ＝115kJ/mol＠500℃  …（７）
【００１７】
ここで、燃料電池装置でのΔＧは電気エネルギーとして外部負荷４あるいは外部電源５（図１参照）とやり取りを行うため考慮しないこととし、熱エネルギーとしてやり取りされる燃料電池装置のＴΔＳ、水素発生装置のΔＨに着目すると、システムの発電動作時には燃料電池装置、水素発生装置の双方で発熱反応が起こり、システムの充電動作時には燃料電池装置、水素発生装置の双方で吸熱反応が起こる。
【００１８】
ここで、システムの発電動作時は過昇温による部材の劣化や損傷を防止するために、燃料電池装置及び水素発生装置で発生した熱エネルギーを放熱する必要がある。これは元々燃料電池装置及び水素発生装置がそれぞれ持っていた化学エネルギーを無駄に熱エネルギーとして外部に放出していることになるので、システムの発電効率が低下する。
【００１９】
また、システムの充電動作時は吸熱反応によって、燃料電池装置、水素発生装置の双方で温度が低下する。燃料電池装置では、温度が低下すると電解質のイオン導電率が低下し電気抵抗が増加する。システムの充電動作時に燃料電池装置に投入される電気エネルギーの一部は、電解質の電気抵抗によってジュール熱として失われてしまうため、電解質の電気抵抗の増加はシステムの発電効率の低下を招く。水素発生装置では、温度が低下すると図２に示すように水蒸気分圧比が低下し、燃料電池装置に供給される水蒸気が少ない状態になり、燃料電池装置において上記の（６）式に示す電気分解反応が効率良く行えなくなりシステムの発電効率が低下する。
【００２０】
なお、図２は水素発生装置内の水蒸気分圧比について説明する図である。水素発生装置内に鉄（Ｆｅ）と酸化鉄（Ｆｅ３Ｏ４）が混在する状態で、水素装置内に水素ガスと水蒸気ガスの混合気体が存在するとき、鉄の酸化反応の反応速度と酸化鉄の還元反応の反応速度とが一致する平衡状態で安定する。図２に示す曲線はこの平衡状態を示している。
【００２１】
上述した通り、発電時に発生する熱を回収することができる燃料電池が特許文献１及び特許文献２に開示されているが、特許文献１及び特許文献２に開示されている燃料電池は、再生可能な燃料発生装置を附属するタイプ（２次電池型）の燃料電池システムではなく、充電動作時に吸熱反応によりシステムの発電効率が低下するという問題を有していない。そして、当然の事ながらその問題を解決する手段は特許文献１及び特許文献２に開示も示唆もされていない。
【００２２】
本発明は、上記の状況に鑑み、発電効率、充電効率双方の向上を図ることができる２次電池型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】
【００２３】
上記目的を達成するために本発明に係る２次電池型燃料電池システムは、化学反応により水素を含む燃料を発生し、前記化学反応の逆反応により再生可能な燃料発生装置と、前記燃料発生装置から供給される燃料を用いて発電を行う燃料電池装置とを備え、前記燃料発生装置と前記燃料電池装置との間で水素及び水蒸気を含むガスを循環させる２次電池型燃料電池システムであって、前記燃料発生装置及び前記燃料電池装置の少なくとも一方に近接して配置される熱電変換素子を少なくとも１つ備え、前記２次電池型燃料電池システムの発電動作時に、前記熱電変換素子が、前記燃料発生装置及び前記燃料電池装置の少なくとも一方から放熱される熱エネルギーを電気エネルギーに変換し、前記２次電池型燃料電池システムの充電動作時に、前記熱電変換素子が、通電によって供給された電気エネルギーを熱エネルギーに変換し、前記熱電変換素子によって変換された熱エネルギーが前記燃料発生装置及び前記燃料電池装置の少なくとも一方の加熱に用いられる構成とする。
【００２４】
このような構成によると、システムの発電動作時に、燃料発生装置で発生し放熱される熱エネルギー及び燃料電池装置で発生し放熱される熱エネルギーの少なくとも一方を有効利用できるので、システムの発電効率が向上する。また、このような構成によると、システムの充電動作時に、燃料発生装置及び燃料電池装置の少なくとも一方が加熱され、燃料電池装置に供給される水蒸気が少ない状態にしないこと及び燃料電池装置で発生するジュール熱を小さくすることの少なくとも一方を達成できるので、システムの充電効率が向上する。
【００２５】
また、前記燃料発生装置と前記燃料電池装置とが別々の又は共通の容器に収容されており、前記熱電変換素子が前記容器の外面に設けられているようにしてもよい。
【００２６】
また、前記燃料発生装置と前記燃料電池装置とが別々の又は共通の容器に収容されており、前記容器の一部が前記熱電変換素子で構成されているようにしてもよい。
【００２７】
また、前記燃料発生装置が水素を発生する水素発生装置であり、前記燃料電池装置が固体酸化物燃料電池であるようにしてもよい。
【発明の効果】
【００２８】
本発明に係る２次電池型燃料電池システムによると、発電効率、充電効率双方の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】固体酸化物型燃料電池の概略構成を示す模式図である。
【図２】水素発生装置内の水蒸気分圧比について説明する図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係る２次電池型燃料電池システムの全体構成を示す図である。
【図４】熱電変換素子の構成例を示す図である。
【図５】本発明の第１実施形態に係る２次電池型燃料電池システムでの熱電変換素子の配置例を示す図である。
【図６】本発明の第２実施形態に係る２次電池型燃料電池システムの全体構成を示す図である。
【図７】本発明の第２実施形態に係る２次電池型燃料電池システムの変形例を示す図である。
【図８】本発明の第３実施形態に係る２次電池型燃料電池システムの全体構成を示す図である。
【図９】本発明の第３実施形態に係る２次電池型燃料電池システムの変形例を示す図である。
【図１０】本発明の第４実施形態に係る２次電池型燃料電池システムの全体構成を示す図である。
【図１１】本発明の第４実施形態に係る２次電池型燃料電池システムの変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
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。尚、本発明は、後述する実施形態に限られない。
【００３１】
＜第１実施形態＞
本発明の第１実施形態に係る２次電池型燃料電池システムの全体構成を図３に示す。図３に示す本発明の第１実施形態に係る２次電池型燃料電池システムは、化学反応により水素を含む燃料を発生し、前記化学反応の逆反応により再生可能な燃料発生装置１００と、酸素を含む酸化剤と燃料発生装置１００から供給される水素を含む燃料との反応により発電を行う燃料電池装置２００と、燃料発生装置１００と燃料電池装置２００との間でガスを循環させる循環経路３００とを備えている。燃料発生装置１００としては、例えば、基材料（主成分）が鉄である微粒子圧縮体からなる水素発生装置を用いることができる。燃料電池装置２００としては、例えば、図１に示すＭＥＡ構造をなす固体酸化物燃料電池を用いることができる。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。
【００３２】
また、図３に示す本発明の一実施形態に係る２次電池型燃料電池システムの燃料発生装置１００、燃料電池装置２００、及び循環経路３００には必要に応じて、温度を調節するヒーター、循環経路３００内のガスを循環させるためのポンプ、水素を含む燃料ガスの漏洩を検知するセンサー、各燃料発生器へのガス流量を個別に制御する流量制御器等を設けてもよい。ただし、後述する熱電変換素子４００を利用して燃料発生装置１００の温度を十分調節できるのであれば、部品点数低減による低コスト化及び省スペース化の観点から、燃料発生装置１００にヒーターを設けない構成であることが望ましい。同様に、後述する熱電変換素子５００を利用して燃料電池装置２００の温度を十分調節できるのであれば、部品点数低減による低コスト化及び省スペース化の観点から、燃料電池装置２００にヒーターを設けない構成であることが望ましい。
【００３３】
さらに、図３に示す本発明の第１実施形態に係る２次電池型燃料電池システムでは、燃料発生装置１００に近接して熱電変換素子４００が配置され、燃料電池装置２００に近接して熱電変換素子５００が配置されている。
【００３４】
熱電変換素子４００及び５００はそれぞれ、例えば、金属又は半導体材料からなる第１部材６と、金属又は半導体材料からなり第１部材６とは材質が異なる第２部材７とが第１電極８によってΠ字状に連結されたユニット９を複数備え、その複数のユニット９を第２電極１０によって連結し、端部の第１部材６に接続される第２電極１０に導線１１を接続し、端部の第２部材７に接続される第２電極１０に導線１２を接続した構成であり、第１電極８側と第２電極１０側との温度差により発電可能であるとともに、通電することにより第１電極８側及び第２電極１０側の一方から吸熱して他方に発熱可能である。第１部材６及び第２部材７は例えば一方をｐ型半導体にし他方をｎ型半導体にするとよい。
【００３５】
熱電変換素子４００は、システムの発電動作時には、燃料発生装置１００で発生し放熱される熱エネルギーを電気エネルギーに変換して発電する。これにより、燃料発生装置１００で発生し放熱される熱エネルギーを有効利用できるので、システムの発電効率が向上する。なお、例えばシステムの起動時には上記の（５）式の反応が起こるように燃料発生装置１００を予備加熱する必要があるため、システムの発電動作時において熱電変換素子４００が発電を行っていない期間が有ってもよい。熱電変換素子４００の発電電力は、例えば、システムに設けられる蓄電池（例えばリチウム二次電池）に貯蔵してシステムの充電動作時に用いてもよく、燃料電池装置２００の発電電力とともに負荷の駆動に用いてもよい。
【００３６】
また、熱電変換素子４００は、システムの充電動作時には、通電によって供給された電気エネルギーを熱エネルギーに変換してその熱エネルギーを燃料発生装置１００の加熱に用いる。これにより、燃料電池装置２００に供給される水蒸気が少ない状態になることを抑えることができるので、システムの発電効率の低下を抑えることができる。なお、例えばシステムが発電動作から充電動作に切り替わった直後で、燃料発生装置１００の温度が十分に高いときには燃料発生装置１００を加熱する必要がないため、システムの充電動作時において熱電変換素子４００が熱エネルギーの生成を行っていない期間が有ってもよい。
【００３７】
熱電変換素子５００は、システムの発電動作時には、燃料電池装置２００で発生し放熱される熱エネルギーを電気エネルギーに変換して発電する。燃料電池装置２００で発生し放熱される熱エネルギーを有効利用できるので、システムの発電効率が向上する。なお、例えばシステムの起動時には上記の（４）式の反応が起こるように燃料電池装置２００を予備加熱する必要があるため、システムの発電動作時において電変換素子５００が発電を行っていない期間が有ってもよい。熱電変換素子５００の発電電力は、例えば、システムに設けられる蓄電池（例えばリチウム二次電池）に貯蔵してシステムの充電動作時に用いてもよく、燃料電池装置２００の発電電力とともに負荷の駆動に用いてもよい。
【００３８】
また、熱電変換素子５００は、システムの充電動作時には、通電によって供給された電気エネルギーを熱エネルギーに変換してその熱エネルギーを燃料電池装置２００の加熱に用いる。これにより、燃料電池装置２００で発生するジュール熱を小さくすることができるので、システムの発電効率が向上する。なお、例えばシステムが発電動作から充電動作に切り替わった直後で、燃料電池装置２００の温度が十分に高いときには燃料電池装置２００を加熱する必要がないため、システムの充電動作時において熱電変換素子５００が熱エネルギーの生成を行っていない期間が有ってもよい。
【００３９】
熱電変換素子４００は、燃料発生装置１００から放熱される熱エネルギーの利用及び燃料発生装置１００の加熱を効率良く行うために、出来る限り燃料発生装置１００に近い位置に配置することが望ましい。同様に、熱電変換素子５００は、燃料電池装置２００から放熱される熱エネルギーの利用及び燃料電池装置２００の加熱を効率良く行うために、出来る限り燃料電池装置２００に近い位置に配置することが望ましい。したがって、例えば、図５に示すように、燃料発生装置１００を収容する容器６００の燃料発生装置１００が接触している部分の外面に熱電変換素子４００を配置し、燃料電池装置２００を収容する容器７００の燃料電池装置２００が接触している部分の外面に熱電変換素子５００を配置するとよい。なお、例えば容器が二重構造である場合には、内壁の外面に熱電変換素子を設けることが望ましい。また、容器６００が導電性材料である場合、必要に応じて燃料電池装置２００との接触面の一部又は全部に絶縁層を設けるようにする。
【００４０】
本実施形態では、燃料発生装置１００に近接する位置、燃料電池装置２００に近接する位置にそれぞれ熱電変換素子を設けたが、燃料発生装置１００に近接する位置、燃料電池装置２００に近接する位置のいずれか一方のみに熱電変換素子を設ける構成であってもよい。
【００４１】
＜第２実施形態＞
本発明の第２実施形態に係る２次電池型燃料電池システムの全体構成を図６に示す。図６に示す本発明の第２実施形態に係る２次電池型燃料電池システムは、循環経路３００を備えていない点及び燃料発生装置１００と燃料電池装置２００とが同一の容器８００に収容されている点以外は、図５に示す本発明の第１実施形態に係る２次電池型燃料電池システムと同様の構成であり、同様の効果を奏する。
【００４２】
本実施形態では、燃料発生装置１００に近接する位置、燃料電池装置２００に近接する位置にそれぞれ熱電変換素子を設けたが、燃料発生装置１００に近接する位置、燃料電池装置２００に近接する位置のいずれか一方のみに熱電変換素子を設ける構成であってもよい。また、図７に示すように、熱電変換素子４００を廃止し、容器８００の燃料発生装置１００が接触している部分の外面まで熱電変換素子５００を延伸して、燃料発生装置１００に近接する熱電変換素子と燃料電池装置２００に近接する熱電変換素子とを共通化してもよい。
【００４３】
また、本実施形態では、燃料発生装置１００と燃料電池装置２００との間に空間が存在するが、燃料発生装置１００と燃料電池装置２００の燃料極３とが接触するようにし燃料発生装置１００と燃料電池装置２００との間に空間が存在しない構成にしてもよい。
【００４４】
＜第３実施形態＞
本発明の第３実施形態に係る２次電池型燃料電池システムの全体構成を図８に示す。図８に示す本発明の第３実施形態に係る２次電池型燃料電池システムは、容器６００の一部が熱電変換素子４００で構成され、容器７００の一部が熱電変換素子５００で構成されている点以外は、図５に示す本発明の第１実施形態に係る２次電池型燃料電池システムと同様の構成であり、同様の効果を奏する。ただし、燃料電池装置２００と熱電変換素子５００とが導通しないように、燃料電池装置２００と熱電変換素子５００との間に絶縁層９００を設ける構成とする。
【００４５】
本実施形態では、燃料発生装置１００に近接する位置、燃料電池装置２００に近接する位置にそれぞれ熱電変換素子を設けたが、燃料発生装置１００に近接する位置、燃料電池装置２００に近接する位置のいずれか一方のみに熱電変換素子を設ける構成であってもよい。また、燃料電池装置２００と熱電変換素子５００との間に絶縁層９００を設ける構成とせずに、図９に示すように、燃料電池装置２００と熱電変換素子５００とが導通しないように、燃料電池装置２００と熱電変換素子５００とが向かい合わない配置にしてもよい。また、熱電変換素子で構成されている容器の一部での強度が十分でない場合には、補強部材を設けるようにしてもよい。
【００４６】
＜第４実施形態＞
本発明の第４実施形態に係る２次電池型燃料電池システムの全体構成を図１０に示す。図１０に示す本発明の第４実施形態に係る２次電池型燃料電池システムは、容器８００の一部が熱電変換素子５００で構成されている点以外は、図７に示す２次電池型燃料電池システムと同様の構成であり、同様の効果を奏する。ただし、燃料電池装置２００と熱電変換素子５００とが導通しないように、燃料電池装置２００と熱電変換素子５００との間に絶縁層９００を設ける構成とする。
【００４７】
なお、燃料電池装置２００と熱電変換素子５００との間に絶縁層９００を設ける構成とせずに、図１１に示すように、燃料電池装置２００と熱電変換素子５００とが導通しないように、燃料電池装置２００と熱電変換素子５００とが向かい合わない配置にしてもよい。また、熱電変換素子で構成されている容器の一部での強度が十分でない場合には、補強部材を設けるようにしてもよい。また、燃料発生装置１００に近接する位置、燃料電池装置２００に近接する位置のいずれか一方のみに熱電変換素子を設ける構成であってもよい。また、本実施形態では、燃料発生装置１００と燃料電池装置２００との間に空間が存在するが、燃料発生装置１００と燃料電池装置２００の燃料極３とが接触するようにし燃料発生装置１００と燃料電池装置２００との間に空間が存在しない構成にしてもよい。
【００４８】
＜変形例＞
上述した第１〜第４実施形態では、１つの燃料電池装置２００が発電も水の電気分解も行っているが、１つの燃料電池装置２００の代わりに、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）とを設けてもよい。ただし、この場合、システムの発電動作時に発電を行いシステムの充電動作時に装置の加熱を行う熱電変換素子は、燃料発生装置１００に近接して配置される熱電変換素子のみになる。
【符号の説明】
【００４９】
１  固体電解質
２  酸化剤極
３  燃料極
４  外部負荷
５  外部電源
６  第１部材
７  第２部材
８  第１電極
９  ユニット
１０  第２電極
１１  導線
１００  燃料発生装置
２００  燃料電池装置
３００  循環経路
４００、５００  熱電変換素子
６００、７００、８００  容器
【図１】
2012119127.tif 000003
【図２】
2012119127.tif 000004
【図３】
2012119127.tif 000005
【図４】
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【図５】
2012119127.tif 000007
【図６】
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【図７】
2012119127.tif 000009
【図８】
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【図９】
2012119127.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
2012119127.tif 000013