(57)【要約】【課題】充電時に水素発生部が継続的に効率良く還元を行うことができる２次電池型燃料電池システムを提供する。【解決手段】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器１と、発電機能及び水の電気分解機能を有するＳＯＦＣ５とを備え、水素発生部１とＳＯＦＣ５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２次電池型燃料電池システムの充電時に、ＳＯＦＣ５から送出されるガスに含まれている水蒸気を除去する脱水部７と、前記２次電池型燃料電池システムの充電時に、脱水部７によって除去された水蒸気を、ＳＯＦＣ５において再利用するために水素発生器１から送出されるガスと混合する再利用部８とを備える２次電池型燃料電池システム。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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部と、
前記水素発生部から供給される水素を燃料にして発電を行う発電機能及び前記水素発生部に供給する水素を生成するための水の電気分解を行う電気分解機能を有する発電・電気分解部とを備え、
前記水素発生部と前記発電・電気分解部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２次電池型燃料電池システムの充電時に、前記発電・電気分解部から送出されるガスに含まれている水蒸気を除去する脱水部と、
前記２次電池型燃料電池システムの充電時に、前記脱水部によって除去された水蒸気を、前記発電・電気分解部において再利用するために前記水素発生部から送出されるガスと混合する再利用部とを備え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】
前記水素発生部と前記発電・電気分解部との間で水素及び水蒸気を含むガスを循環させる循環経路を備え、
前記循環経路中の前記発電・電気分解部から前記水素発生部にガスが向かう経路上に前記脱水部が設けられ、
前記循環経路中の前記水素発生部から前記発電・電気分解部にガスが向かう経路上に前記再利用部が設けられ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】
前記脱水部と並列に設けられる第１バイパス経路と、
前記再利用部と並列に設けられる第２バイパス経路とを備え、
前記２次電池型燃料電池システムの発電時に前記第１バイパス経路及び前記第２バイパス経路にガスが流れ、前記２次電池型燃料電池システムの充電時に前記第１バイパス経路及び前記第２バイパス経路にガスが流れないことを特徴とする請求項２に記載の２次電池型燃料電池システム。
【請求項４】
前記脱水部が、冷却トラップにより、前記発電・電気分解部から送出されるガスに含まれている水蒸気を除去し、
前記再利用部が、前記脱水部の冷却トラップによって得られた水を加熱して水蒸気に戻してから、前記水素発生部から送出されるガスと混合す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。
【請求項５】
前記脱水部が、脱水剤により、前記発電・電気分解部から送出されるガスに含まれている水蒸気を除去し、
前記再利用部が、水分を含んだ前記脱水剤を再生する際に得られる水蒸気を前記水素発生部から送出されるガスと混合す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】
近年、携帯電話、携帯型情報端末、ノート型パーソナルコンピュータ、携帯型オーディオ、携帯型ビジュアル機器等の携帯用電子機器の多機能化、高性能化が進展するに伴い、その駆動用電池の大容量化に対する要求が高まってきている。従来、このような携帯用電子機器の駆動用電池としては、リチウム電池やニッカド電池が用いられているが、その容量は、限界に近づいており飛躍的な増大は望めない。そこで、リチウム電池やニッカド電池に代わりエネルギー密度が高く大容量化が可能な燃料電池の開発が盛んに行われている。
【０００３】
燃料電池は、水素と酸素から水を生成した際に電力を取り出すものであり、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、発電時の排出物が水のみであるため、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。
【０００４】
このような燃料電池は、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み、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。
【０００５】
ところが、外部から燃料が供給される燃料電池装置では、燃料（例えば水素）を供給するためのインフラ整備が必要である。また、燃料として比較的入手が容易なメタノールを用いる場合においてもその流通には年月を要するといった問題がある。
【０００６】
そこで、このような問題に対応するため、例えば、特許文献１で提案されている水素製造方法、すなわち、金属材と水とを反応させて上記金属材を酸化し、水素を発生させる酸化工程と、金属材と水素とを反応させて上記金属材を還元する還元工程とを交互に繰り返す水素製造方法を利用することができる。また、特許文献２には、水を分解して水素を発生する金属の酸化物を、炭化水素類を含む還元ガスで還元する工程において、還元反応により生成した排ガスから水を除去することが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−１５０２５６号公報
【特許文献２】特開２００４―３５９５３６号公報（段落００２４、００３７）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
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部を附属するタイプの２次電池型燃料電池システムでは、水素発生部と、前記水素発生部から供給される水素を燃料にして発電を行う発電機能及び前記水素発生部に供給する水素を生成するための水の電気分解を行う電気分解機能を有する発電・電気分解部との間で、水素及び水蒸気を含むガスを循環させる構成が考えられる。
【０００９】
このような構成の２次電池型燃料電池システムは、発電時に前記発電・電気分解部が水素を消費して水蒸気を発生させ、充電時に前記発電・電気分解部が水蒸気を消費して水素を発生させる。充電時に前記水素発生部が効率良く還元を行うためには、充電時に前記発電・電気分解部から前記水素発生部に供給されるガスに含まれる水蒸気を減少させる必要がある。
【００１０】
しかしながら、上記構成の２次電池型燃料電池システムにおいて、充電時に特許文献２のように単純に前記発電・電気分解部から前記水素発生部に供給されるガスから水蒸気を除去するだけの構成にすると、水蒸気の除去分に相当する水素分子が循環系から取り除かれることになり、最悪の場合充電動作を継続することができなくなってしまう。
【００１１】
本発明は、上記の状況に鑑み、充電時に水素発生部が継続的に効率良く還元を行うことができる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】
【００１２】
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、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部と、前記水素発生部から供給される水素を燃料にして発電を行う発電機能及び前記水素発生部に供給する水素を生成するための水の電気分解を行う電気分解機能を有する発電・電気分解部とを備え、前記水素発生部と前記発電・電気分解部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２次電池型燃料電池システムの充電時に、前記発電・電気分解部から送出されるガスに含まれている水蒸気を除去する脱水部と、前記２次電池型燃料電池システムの充電時に、前記脱水部によって除去された水蒸気を、前記発電・電気分解部において再利用するために前記水素発生部から送出されるガスと混合する再利用部とを備える構成としている。尚、前記発電・電気分解部は、例えば、前記水素発生部から供給される水素を燃料にして発電を行う発電動作と、前記水素発生部に供給する水素を生成するための水の電気分解を行う電気分解動作とを切り替える燃料電池を備える構成であってもよく、また、例えば、前記水素発生部から供給される水素を燃料にして発電を行う燃料電池と、前記水素発生部に供給する水素を生成するための水の電気分解を行う電気分解器とを別個に備える構成であってもよい。
【００１３】
このような構成によると、２次電池型燃料電池システムの充電時に、脱水部が発電・電気分解部から送出される混合ガスの水蒸気分圧比を落とすので、水素発生部内の水素分圧比が向上し、水素発生部での還元反応の効率及び反応速度が向上する。また、２次電池型燃料電池システムの充電時に、再利用部が、脱水部によって除去された水蒸気を水素発生部から送出されるガスと混合するので、発電・電気分解部内の水蒸気分圧比が向上し、水素発生部での還元反応の効率及び反応速度が向上する。また、脱水部によって除去された水蒸気が再利用部において再利用されており循環系外に排出されないので、水素発生部での継続的な還元反応を保証することができる。
【００１４】
したがって、充電時に水素発生部が継続的に効率良く還元を行うことができる。
【００１５】
また、前記水素発生部と前記発電・電気分解部との間で水素及び水蒸気を含むガスを循環させる循環経路を備え、前記循環経路中の前記発電・電気分解部から前記水素発生部にガスが向かう経路上に前記脱水部が設けられ、前記循環経路中の前記水素発生部から前記発電・電気分解部にガスが向かう経路上に前記再利用部が設けられるようにしてもよい。
【００１６】
また、前記脱水部と並列に設けられる第１バイパス経路と、前記再利用部と並列に設けられる第２バイパス経路とを備え、前記２次電池型燃料電池システムの発電時に前記第１バイパス経路及び前記第２バイパス経路にガスが流れ、前記２次電池型燃料電池システムの充電時に前記第１バイパス経路及び前記第２バイパス経路にガスが流れないようにしてもよい。
【００１７】
前記脱水部及び前記再利用部の具体的構成例としては、前記脱水部が、冷却トラップにより、前記発電・電気分解部から送出されるガスに含まれている水蒸気を除去し、前記再利用部が、前記脱水部の冷却トラップによって得られた水を加熱して水蒸気に戻してから、前記水素発生部から送出されるガスと混合する構成や、前記脱水部が、脱水剤により、前記発電・電気分解部から送出されるガスに含まれている水蒸気を除去し、前記再利用部が、水分を含んだ前記脱水剤を再生する際に得られる水蒸気を前記水素発生部から送出されるガスと混合する構成が挙げられる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によると、充電時に水素発生部が継続的に効率良く還元を行うことができる２次電池型燃料電池システムを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施形態に係る燃料電池システムの概略構成を示す模式図である。
【図２】固体酸化物型燃料電池（ＳＯＦＣ）の概略構成を示す模式図である。
【図３】鉄と酸化鉄とのエネルギの関係を示す図である。
【図４】水素発生器内の水蒸気分圧比について説明する図である。
【図５】図１を簡略化して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充電時の動作を説明する図である。
【図６】本発明の他の実施形態に係る燃料電池システムの概略構成を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
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。
【００２１】
＜２次電池型燃料電池システムの構成＞
図１は、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全体構成を示す図である。図１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は、鉄の微粒子圧縮体が収容された水素発生器１を備えている。さらに、図１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は、水素発生器１を加熱するヒーター２と、水素発生器１の温度を検出する温度センサ３と、水素発生器１の鉄残量を検出する残量センサ４とを備えている。残量センサ４は、例えば、鉄と酸化鉄の重量差を利用して、水素発生器１の重量変化から水素発生器１の鉄残量を検出するものを用いることができる。
【００２２】
図１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は、水素を燃料として発電し水を発生する燃料電池の一つである固体酸化物型燃料電池（ＳＯＦＣ）５も備えている。水素発生器１は、ガスを循環できるガス循環経路によってＳＯＦＣ５に接続されている。
【００２３】
上記循環経路には循環器６、脱水部７、再利用部８、及び三方弁９〜１２が設けられている。循環器６は、ブロア又はポンプであって、上記循環経路内のガスを強制循環させる。
【００２４】
脱水部７は、上記循環経路中のＳＯＦＣ５から水素発生器１にガスが向かう経路上に設けられる。そして、脱水部７と並列に第１バイパス経路１３が設けられ、第１バイパス経路１３のＳＯＦＣ５側端部と上記循環経路との接続部に三方弁９が設けられ、第１バイパス経路１３の水素発生器１側端部と上記循環経路との接続部に三方弁１０が設けられている。
【００２５】
再利用部８は、上記循環経路中の水素発生器１からＳＯＦＣ５にガスが向かう経路上に設けられる。そして、再利用部８と並列に第２バイパス経路１４が設けられ、第２バイパス経路１４の水素発生器１側端部と上記循環経路との接続部に三方弁１１が設けられ、第２バイパス経路１４のＳＯＦＣ５側端部と上記循環経路との接続部に三方弁１２が設けられている。
【００２６】
コントローラ１５は、システム全体の制御を行うものであり、温度センサ３から出力される温度情報及び残量センサ４から出力される残量情報を元に、ヒーター２、循環器６を個別に制御し、水素発生器１の反応条件を設定し、ＳＯＦＣ５に水素を供給してＳＯＦＣ５に発電動作を行わせ、負荷であるモータ１６を駆動させる。
【００２７】
また、コントローラ１５は、モータ１６の回生電力が発生した場合や外部電源入力端子１７に外部電源（不図示）からの電力が供給された場合に、ＳＯＦＣ５を電気分解器として作動させ、水素発生器１の再生を行ってシステムの充電を行う。
【００２８】
さらに、コントローラ１５は、三方弁９〜１２の制御も行っている。
【００２９】
コントローラ１５に接続されているリチウムイオン２次電池１８は、起動時にヒーター２等を動作させるための電力を供給するものであって、ＳＯＦＣ５の発電又は外部電源入力端子１７に外部電源（不図示）からの電力により再充電可能である。
【００３０】
＜ＳＯＦＣの構成及び動作＞
ＳＯＦＣ５は、図２に示す通り、Ｏ２−を透過する固体電解質１９を挟み、両側にそれぞれ酸化剤極２０と燃料極２１が形成されている３層構造をなしている。ＳＯＦＣ５では、発電動作時に、燃料極２１において下記の（１）式の反応が起こる。
Ｈ２＋Ｏ２−→Ｈ２Ｏ＋２ｅ−  …（１）
【００３１】
上記の（１）式の反応によって生成された電子は、負荷であるモータ１６を通って、酸化剤極２０に到達し、酸化剤極２０において下記の（２）式の反応が起こる。
１／２Ｏ２＋２ｅ−→Ｏ２−  …（２）
【００３２】
そして、上記の（２）式の反応によって生成された酸素イオンは、固体電解質１９を通って、燃料極２１に到達する。上記の一連の反応を繰り返すことにより、ＳＯＦＣ５が発電動作を行うことになる。また、上記の（１）式から分かるように、発電動作時には、燃料極２１側においてＨ２が消費されＨ２Ｏが生成されることになる。
【００３３】
一方、ＳＯＦＣ５では、電気分解器として作動する場合、上記の（１）式及び（２）式の逆反応が起こり、燃料極２１側においてＨ２Ｏが消費されＨ２が生成される。
【００３４】
上記のように燃料極２１側で消費されたり生成されたりするガス（水素ガス、水蒸気ガス）が、ＳＯＦＣ５の燃料極２１側と水素発生器１との間を循環する。
【００３５】
＜水素発生器での反応＞
水素発生器１は、鉄の微粒子圧縮体を収容しているので、下記の（３）式に示す酸化反応により、水素を発生することができる。
３Ｆｅ＋４Ｈ２Ｏ→Ｆｅ３Ｏ４＋４Ｈ２  …（３）
【００３６】
上記の（３）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残量が減っていくが、上記の（３）式の逆反応（還元反応）により、水素発生器１を再生することができ、システムを充電することができる。
【００３７】
ここで、鉄（Ｆｅ）と酸化鉄（Ｆｅ３Ｏ４）とのエネルギの関係を図３に示す。鉄（Ｆｅ）は酸化鉄（Ｆｅ３Ｏ４）よりもエネルギが高いので、鉄（Ｆｅ）が酸化鉄（Ｆｅ３Ｏ４）に変化する反応（酸化反応）は外部に熱を放出する発熱反応になり、酸化鉄（Ｆｅ３Ｏ４）が鉄（Ｆｅ）に変化する反応（還元反応）は吸熱反応になる。
【００３８】
また、反応が起こるには分子が活性化エネルギＥａ以上のエネルギを持つことが必要であるが、図３から分かるように、酸化反応の活性化エネルギＥａ（Ｆｅ→Ｆｅ３Ｏ４）よりも、逆の還元反応の活性化エネルギＥａ（Ｆｅ３Ｏ４→Ｆｅ）の方が大きい。すなわち、鉄の酸化反応よりも酸化鉄の還元反応の方が反応しにくい。
【００３９】
反応しやすさを示す反応速度定数ｋは、気体定数Ｒ、絶対温度Ｔ、頻度因子Ａ、及び活性化エネルギＥａを用いた下記の（４）式で表すことができる。そして、反応速度定数ｋと濃度との積で反応速度が与えられる。尚、周知の通り触媒を用いると、活性化エネルギＥａを下げることができる。
ｋ＝Ａexp（−Ｅａ／ＲＴ）  …（４）
【００４０】
上記の（４）式から分かるように、温度を上げると、指数関数的に反応速度ｋが上がることになる。実際上、水蒸気ガスによる鉄の酸化反応、水素ガスによる酸化鉄の還元反応が起きるためには、現在得られている触媒では、鉄の酸化反応で約８０℃以上、活性化エネルギがより大きい酸化鉄の還元反応で約３００℃以上の温度にすることが必要とされている。
【００４１】
将来触媒の改良により還元反応の活性化エネルギＥａが低減された場合、下記の（５）式を満たす条件下であれば還元反応が可能になる。ただし、下記の（５）式中の２００［ｋＪ］は現在得られている触媒を用いた還元の最も低い活性化エネルギであり、下記の（５）式中の５５０［Ｋ］は現在得られている触媒を用いて還元反応が可能となる最低温度である。
Ｔ＞（５５０／２００）Ｅａ  …（５）
【００４２】
＜水素発生器内の水蒸気分圧比＞
図４は、水素発生器１内の水蒸気分圧比について説明する図である。水素発生器１内に鉄（Ｆｅ）と酸化鉄（Ｆｅ３Ｏ４）が混在する状態で、水素発生器１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４に示す曲線はこの平衡状態を示している。したがって、平衡状態における水蒸気分圧比は、高温になるほど高くなる。例えば、３００℃の温度条件下で水蒸気分圧比１０％の混合ガスを水素発生器１に投入すると、平衡状態での水蒸気分圧比は４％（＜１０％）であるので、水蒸気を消費する鉄の酸化反応が優勢になり、最終的に水蒸気分圧比４％で安定し、見かけ上鉄の酸化反応が停止したようになる。これに対して、４００℃の温度条件下で水蒸気分圧比４％の混合ガスを水素発生器１に投入すると、平衡状態での水蒸気分圧比は１０％（＞４％）であるので、水蒸気を生成する酸化鉄の還元反応が優勢になり、最終的に水蒸気分圧比１０％で安定し、見かけ上酸化鉄の還元反応が停止したようになる。
【００４３】
＜２次電池型燃料電池システムの動作＞
次に、図１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動作について図１及び図５を参照して説明する。なお、図５は、図１を簡略化して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充電時の動作を説明する図である。
【００４４】
水素発生器１に水素を発生させて発電を行う場合、コントローラ１５は、水素発生器１をヒーター２によって加熱（ここでは４００℃に加熱）し、循環器６を起動してガスを循環させる。また、コントローラ１５の制御により、三方弁９がＳＯＦＣ５と第１バイパス経路１３とを連通状態にし、三方弁１０が第１バイパス経路１３と循環器６とを連通状態にし、三方弁１１が水素発生器１と第２バイパス経路１４とを連通状態にし、三方弁１２が第２バイパス経路１４とＳＯＦＣ５とを連通状態にする。ＳＯＦＣ５は、循環経路内にある水素ガスを消費し水蒸気ガスを発生させながら発電を行う。ここで、ＳＯＦＣ５で発生した水蒸気は、４００℃での平衡水蒸気分圧比の１０％よりも分圧比が高くなれば鉄の酸化反応が優勢になり、水素発生器１内で水蒸気ガスが水素ガスに置き換わり、水蒸気分圧比１０％、水素分圧比９０％の状態に戻ろうとする。この水素ガスが、再びＳＯＦＣ５で消費され水蒸気ガスが発生するというサイクルで発電が継続される。
【００４５】
一方、水素発生器１を再生してシステムの充電を行う場合、コントローラ１５は、水素発生器１をヒーター２によって加熱（ここでは４００℃）し、循環器６を起動してガスを循環させる。また、コントローラ１５の制御により、三方弁９がＳＯＦＣ５と脱水部７とを連通状態にし、三方弁１０が脱水部７と循環器６とを連通状態にし、三方弁１１が水素発生器１と再利用部８とを連通状態にし、三方弁１２が再利用部８とＳＯＦＣ５とを連通状態にする。そして、ＳＯＦＣ５を電気分解器として作動させる。この場合、ＳＯＦＣ５では上記の（１）式の逆反応が起こり、ＳＯＦＣ５は循環経路内にある水蒸気ガスを消費し水素ガスを発生させる。ここで、水素発生器１で発生した水蒸気の分圧比が４００℃での平衡水蒸気分圧比の１０％よりも低ければ酸化鉄の還元反応が優勢になり、水素発生器１内で水素ガスが水蒸気ガスに置き換わり、水蒸気分圧比１０％、水素分圧比９０％の状態に戻ろうとする。この水蒸気ガスが、再びＳＯＦＣ５で消費され水素ガスが発生するというサイクルで水素発生器１が再生されシステムの充電が継続される。
【００４６】
ＳＯＦＣ５での電気分解の効率及び反応速度を向上させるためには、ＳＯＦＣ５への水蒸気の供給量を多くする必要がある。また、水素発生器１での還元反応の効率及び反応速度を向上させるためには、水素発生器１への水素の供給により水素発生器１での水素分圧比を高くする必要があるが、ＳＯＦＣ５は上記の（１）式の逆反応で循環経路内にある水蒸気ガスを全て消費するわけではないため、ＳＯＦＣ５から送出されるガスは純粋な水素ガスではなく水素ガスと反応しなかった水蒸気ガスとの混合ガス（ここでは水素分圧比９５％、水蒸気分圧比５％の混合ガス）になっている。
【００４７】
そこで、図１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では、システムの充電時に、脱水部７が冷却トラップ（ここでは０℃の冷却トラップ）によりＳＯＦＣ５から送出される混合ガスの水蒸気分圧比を１％程度まで落としている。これにより、水素発生器１に供給される混合ガスの水素分圧比が９９％程度まで向上し（図５参照）、水素発生器１での還元反応の効率及び反応速度が向上する。脱水部７での冷却には、例えば、コントローラ１５によって制御されるペルチェ素子を用いることができる。
【００４８】
また、脱水部７の冷却トラップによってトラップされた水は、脱水部７から再利用部８に移送され、再利用部８において加熱されて水蒸気ガスに戻され、水素発生器１から送出されるガスと混合される。これにより、ＳＯＦＣ５に供給される混合ガスの水蒸気分圧比が１５％程度まで向上し（図５参照）、水素発生器１での還元反応の効率及び反応速度が向上する。また、脱水部７の冷却トラップによってトラップされた水が再利用部８において再利用されており上記循環経路から除去されないので、水素発生器１での継続的な還元反応を保証することができる。再利用部８での加熱には、例えば、コントローラ１５によって制御されるヒーターを用いることができる。
【００４９】
以上により、図１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では、充電時に水素発生器１が継続的に効率良く還元を行うことができる。
【００５０】
なお、本実施形態では、１つのＳＯＦＣ５が発電も水の電気分解も行っているが、水素発生器１が、燃料電池（例えば発電専用のＳＯＦＣ）と水の電気分解器（例えば水の電気分解専用のＳＯＦＣ）それぞれにガス循環経路上並列に接続される構成にしてもよい。また、水素発生器１の基材料（主成分）は、鉄に限定されず、水で酸化し水素で還元できるもの（例えばマグネシウム合金等）であればよい。
【００５１】
＜２次電池型燃料電池システムの他の構成＞
図６は、本発明の他の実施形態に係る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。なお、図６において図１と同一の部分には同一の符号を付す。図６に示す本発明の他の実施形態に係る２次電池型燃料電池システムは、循環輸送機構２２を備える点で図１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と異なり、さらに、脱水部７及び再利用部８の具体的な構成においても図１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と異なる。循環輸送機構２２は、脱水部７と再利用部８との間で粒状の脱水剤（ここでは酸化カルシウム）を循環輸送する。
【００５２】
図６に示す本発明の他の実施形態に係る２次電池型燃料電池システムの動作は、水素発生器１に水素を発生させて発電を行う場合、水素発生器１を再生してシステムの充電を行う場合ともに、図１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動作と基本的に同じである。
【００５３】
システムの充電時に、脱水部７において、
ＳＯＦＣ５から送出される混合ガス中の水蒸気と脱水剤である酸化カルシウムとが反応して水酸化カルシウムが生成される（下記の（６）式参照）。
ＣａＯ＋Ｈ２Ｏ→Ｃａ（ＯＨ）２  ・・・（６）
【００５４】
上記の（６）式の反応により、ＳＯＦＣ５から送出される混合ガスの水蒸気分圧比を落とすことができる。これにより、水素発生器１に供給される混合ガスの水素分圧比が向上し、水素発生器１での還元反応の効率及び反応速度が向上する。
【００５５】
また、上記の（６）式の反応により生成された水酸化カルシウムは、循環輸送機構２２によって脱水部７から再利用部８に輸送され、再利用部８において加熱されて水酸化カルシウムが水蒸気ガスと酸化カルシウムとに分離され（下記の（７）式参照）、水蒸気ガスは水素発生器１から送出されるガスと混合され、酸化カルシウムが循環輸送機構２２によって再利用部８から脱水部７に輸送される。
Ｃａ（ＯＨ）２→ＣａＯ＋Ｈ２Ｏ  ・・・（７）
【００５６】
これにより、ＳＯＦＣ５に供給される混合ガスの水蒸気分圧比が向上し、水素発生器１での還元反応の効率及び反応速度が向上する。また、脱水部７で除去された水が再利用部８において再利用されており上記循環経路から除去されないので、水素発生器１での継続的な還元反応を保証することができる。
【００５７】
以上により、図６に示す本発明の他の実施形態に係る２次電池型燃料電池システムでは、充電時に水素発生器１が継続的に効率良く還元を行うことができる。
【００５８】
なお、脱水剤は、酸化カルシウムに限定されず、再生可能なものであればよい。
【符号の説明】
【００５９】
１  水素発生器
２  ヒーター
３  温度センサ
４  残量センサ
５  固体酸化物型燃料電池（ＳＯＦＣ）
６  循環器
７  脱水部
８  再利用部
９〜１２  三方弁
１３  第１バイパス経路
１４  第２バイパス経路
１５  コントローラ
１６  モータ
１７  外部電源入力端子
１８  リチウムイオン２次電池
１９  固体電解質
２０  酸化剤極
２１  燃料極
２２  循環輸送機構
【図３】
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【図４】
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【図１】
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【図２】
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【図５】
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【図６】
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