(57)【要約】【課題】運転中の燃料電池から発生した熱を、次に運転する停止中の燃料電池に移すことによって、あらかじめ次に運転する燃料電池の温度を水が凍結しない温度以上に上昇させておくことで、燃料電池システムを長時間連続運転可能とする。【解決手段】複数の燃料電池を備えた燃料電池システムにおいて、前記すべての燃料電池には他の燃料電池の排気管が接続されていることを特徴とする。【選択図】図１
2009259407.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の燃料電池を備えた燃料電池システムにおいて、前記すべての燃料電池には他の燃料電池の排気管が接続されていることを特徴とする燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は複数の燃料電池を備えた燃料電池システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境問題や資源問題への対策が重要になっており、その対策のひとつとして燃料電池の開発が活発に行われている。燃料電池の中で、プロトン導電性固体高分子電解質を用いた固体高分子電解質型燃料電池（以下では「ＰＥＦＣ」と略す）や直接メタノール型燃料電池（以下では「ＤＭＦＣ」と略す）は、構造がシンプルで、小型化、軽量化が容易であるため、移動体用電源、家庭用コジェネレーション電源、携帯用電源として有望である。
【０００３】
これらの燃料電池の中でＤＭＦＣは、水素を用いるＰＥＦＣと比較して寿命が短いという問題があり、運転中に除々に特性が低下するため、長時間の運転が困難であった。特性が低下したＤＭＦＣを、無理に連続運転を続けると、燃料電池の劣化を早め、燃料電池が破壊されてしまうことになる。なお、特性が低下したＤＭＦＣは、一定時間停止しておけば特性が回復し、再運転が可能になるという特徴をもっている。
【０００４】
運転中のＤＭＦＣの特性低下および一定時間停止後に特性が回復する原因は解明されていないが、カソードのフラッディングやアノードの二酸化炭素の影響などであると考えられる。
【０００５】
運転停止中のＰＥＦＣが氷点下雰囲気に置かれた場合、ＰＥＦＣに含まれる水が凍結する可能性があり、氷点下雰囲気でのＰＥＦＣの起動および運転は困難であった。
【０００６】
また、運転停止中のＤＭＦＣが氷点下雰囲気に置かれた場合、ＤＭＦＣ内部のメタノール水溶液（希釈燃料）や反応生成水が凍結する可能性がある。この状態でＤＭＦＣを起動した場合、起動時にＤＭＦＣにメタノール水溶液が供給されず、ＤＭＦＣが破壊される恐れが生じる。さらに、凍結時の水の体積膨張により、固体高分子電解質膜の破壊や、メタノール水溶液の貯蔵タンクの破壊などにつながる。このため、氷点下雰囲気でのＤＭＦＣの起動および運転は非常に困難であった。
【０００７】
この対策として、ＰＥＦＣを氷点下の温度で起動させるためには、特許文献１で開示されているように、外部熱源を用いて燃料電池を加熱する第１の昇温工程と、燃料電池自体の発電により燃料電池を加熱する第２の昇温工程とを有し、起動時にはヒーターで冷媒を加熱してＰＥＦＣスタックに循環させ、ＰＥＦＣが一定の温度になったところでヒーターを止めて、ＰＥＦＣを運転し、その後はＰＥＦＣ自体の発熱によってＰＥＦＣスタックの温度を維持するという、燃料電池システムの起動および運転方法がある。
【特許文献１】特開２００５−０４４６６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
複数のＰＥＦＣを備えた燃料電池システムにおいて、低温環境下では、停止中のＰＥＦＣを起動する場合、そのＰＥＦＣを運転可能な温度まで暖める必要がある。
【０００９】
複数のＤＭＦＣを備えた燃料電池システムにおいては、それぞれのＤＭＦＣを交互に繰り返し運転または逐次運転して、燃料電池システムとしては長時間運転する。低温で保存されている停止状態の燃料電池システムを起動する場合、ＤＭＦＣを運転可能な温度（約６５℃）まで暖める必要がある。
【００１０】
運転停止中のＰＥＦＣやＤＭＦＣの温度を上昇させる方法としては、特許文献１で開示されているようにヒーターでＰＥＦＣやＤＭＦＣを加熱する方法がある。また、ＤＭＦＣの場合には、アノードに供給する希釈燃料に高濃度メタノール水溶液を用い、融点を低下させ、メタノール水溶液の凍結を防止する方法が考えられる。
【００１１】
しかし、ヒーターを用いてＰＥＦＣやＤＭＦＣを暖める方法では、ヒーターの消費電力が数百Ｗとなり、また、ヒーターは個々のＰＥＦＣやＤＭＦＣに必要であるため、ヒーター用の非常に大きな容量の起動用バッテリーが必要となる。
【００１２】
また、ＤＭＦＣにおいて高濃度メタノール水溶液を用いる方法では、希釈燃料の融点は下がるが、ＤＭＦＣには適切な量のメタノールを注入し、適度な燃料濃度に調整する必要があるが、燃料濃度が設定値よりも高い状態で停止した場合には、高分子電解質膜が溶出し、特性低下の原因にもなり、ＤＭＦＣが破壊される恐れも生じる。
【００１３】
そこで、本発明者は、複数の燃料電池を備えた燃料電池システムを氷点下を含む低温雰囲気下でも運転できる方法を鋭意検討した結果、運転中の燃料電池の熱を効率よく利用することで、低温雰囲気においても燃料電池システムが運転が可能となることを見出した。
【００１４】
本発明の目的は、低温雰囲気においても運転が可能となる燃料電池システムを提供することにある。
【００１５】
すなわち、運転中の燃料電池から発生した熱を、次に運転する停止中の燃料電池に移すことによって、あらかじめ次に運転する燃料電池の温度を水が凍結しない温度以上に上昇させておくことで、燃料電池システムを長時間連続運転可能とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
請求項１の発明は、複数の燃料電池を備えた燃料電池システムにおいて、前記すべての燃料電池には他の燃料電池の排気管が接続されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明になる燃料電池システムでは、いったんひとつの燃料電池を起動させた後には、燃料電池を加熱するためのヒーターなどの補機が不要であり、補機用の電源としての大容量バッテリーなどが不要となる。その結果、燃料電池システムを小型化・軽量化でき、エネルギー密度も大きくなるものである。
【００１８】
さらに、運転中の燃料電池の廃熱によって、停止中の次に運転する燃料電池を水が凍結しない温度以上に暖めておくことにより、燃料電池内の水やメタノール水溶液が凍結することがなく、すぐに次の燃料電池を起動することが可能となる。その結果、本発明の燃料電池システムは長時間の連続運転が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明は、複数の燃料電池を備えた燃料電池システムにおいて、燃料電池システムを構成するすべての燃料電池には他の燃料電池の排気管が接続されていることを特徴とする。すなわち、本発明は、運転中の燃料電池の排気ガスを有効利用することで、複数の燃料電池を備えた燃料電池システムを低温雰囲気下においても長時間運転可能とするものである。
【００２０】
本発明において、燃料電池がＰＥＦＣの場合、運転中のＰＥＦＣのアノード排気ガスおよびカソード排気ガスは加熱された状態で放出される。そこで、アノード排気ガスおよびカソード排気ガスの少なくとも一方を、次に運転する他のＰＥＦＣに送ることで、そのＰＥＦＣが加熱され、低温雰囲気下においても運転可能な温度まで高めておくことができる。
【００２１】
なお、ＰＥＦＣにおいて、セルスタックに、燃料ガスや酸素や空気などの酸化剤ガスを流す場合、ポンプは使わずに自然拡散によってもよいし、燃料ポンプや酸化剤ポンプを用いて強制的に流してもよい。
【００２２】
なお、個々のＰＥＦＣの排気管と他のＰＥＦＣを接続する場合、排気管はアノード側のみ、カソード側のみ、アノード側とカソード側の両方、のいずれでもよい。また、排気管の排気ガス排出口は、排気ガスが他のＰＥＦＣの周囲に流れるようにすればよいが、ＰＥＦＣセルスタックの近くに設置する方が効率的である。
【００２３】
さらに、排気管を他のＰＥＦＣに設けた放熱器に接続し、放熱器からの熱でＰＥＦＣ全体を暖めるようにしてもよい。また、排気管を放熱器の代わりに用いることもできる。なお、排気ガス中に高濃度の酸素や水素が含まれている場合には、排気管は放熱器に接続することが好ましい。
【００２４】
本発明の燃料電池システムが第１と第２の２台のＰＥＦＣを備えている場合、第１のＰＥＦＣの排気管を第２のＰＥＦＣに接続して、第１のＰＥＦＣの排気ガスで第２のＰＥＦＣを温めるだけでもよいし、第１のＰＥＦＣの排気管を第２のＰＥＦＣに接続し、同時に第２のＰＥＦＣの排気管を第１のＰＥＦＣに接続して、運転中のＰＥＦＣの排気ガスで停止中のＰＥＦＣを暖め、第１のＰＥＦＣと第２のＰＥＦＣを交互に運転してもよい。
【００２５】
さらに、本発明の燃料電池システムがＮ台（ただし、Ｎは３以上の整数とする）のＰＥＦＣを備えている場合、第１のＰＥＦＣの排気管を第２のＰＥＦＣに接続し、第２のＰＥＦＣの排気管を第３のＰＥＦＣに接続し、第（Ｎ−１）のＰＥＦＣの排気管を第ＮのＰＥＦＣに接続し、第ＮのＰＥＦＣの排気管を第１のＰＥＦＣに接続しておき、運転中のＰＥＦＣの排気ガスで停止中のＰＥＦＣを暖めてもよい。
【００２６】
さらに、第１のＰＥＦＣの排気管を第２と第３のＰＥＦＣに接続し、第２のＰＥＦＣの排気管を第３と第４のＰＥＦＣに接続するような構成とすることができる。すなわち、燃料電池システムを構成するすべての燃料電池には、他の燃料電池の排気管が複数接続されていてもよい。
【００２７】
本発明の燃料電池システムにおいては、燃料電池にＤＭＦＣを用いてもよい。ＤＭＦＣは、セルスタック、空気ポンプ、送液ポンプおよび放熱器を備え、前記空気ポンプからカソードに空気を送り、前記送液ポンプからアノードにメタノール水溶液を送るものである。そして、個々のＤＭＦＣのカソード排気管が他のＤＭＦＣに接続されていることを特徴とする。なお、この場合も、個々のＤＭＦＣのカソード排気管を他のＤＭＦＣに設けた放熱器に接続してもよい。
【００２８】
また、本発明のＤＭＦＣを複数併設した燃料電池システムは、運転中のＤＭＦＣのカソード排気を次に運転するＤＭＦＣに送ることにより、次に運転するＤＭＦＣの温度をあらかじめ上昇させておき、運転中のＤＭＦＣの特性低下時に次のＤＭＦＣを運転することにより、燃料電池システムを長時間運転が可能となる。
【００２９】
すなわち、本発明は、運転中のＤＭＦＣのカソードで温められた空気を効率よく利用することで、複数のＤＭＦＣを備えた燃料電池システムを、低温雰囲気においても運転可能とするものである。
【００３０】
本発明の第１実施形態として、２台のＤＭＦＣを備えた燃料電池システムについて、図１に基づいて説明する。図１において、１ａは第１のＤＭＦＣ、１ｂは第２のＤＭＦＣである。第１のＤＭＦＣ１ａにおいて、２ａはセルスタック、３ａは送液ポンプ、４ａは空気ポンプ、５ａはメタノールポンプ、６ａは水ポンプ、７ａは希釈燃料タンク、８ａは水タンク、９ａはメタノールタンク、１０ａは空気用放熱器、１１ａは排出空気輸送配管、１２ａは放熱器、１３ａは暖房用空気入口、１４ａは希釈燃料入口、１５ａは希釈燃料出口、１６ａは空気入口、１７ａは空気出口である。なお、第２のＤＭＦＣにおける記号２ｂ〜１７ｂは第１のＤＭＦＣにおける２ａ〜１７ａと同じものを示す。
【００３１】
第１のＤＭＦＣ１ａは、セルスタック２ａと空気ポンプ４ａと送液ポンプ３ａと放熱器１２ａとを備えている。同様に、第２のＤＭＦＣ１ｂは、セルスタック２ｂａと空気ポンプ４ｂと送液ポンプ３ｂと放熱器１２ｂとを備えている。セルスタック２ａは、希釈燃料入口１４ａ、希釈燃料出口１５ａ、空気入口１６ａ、空気出口１７ａを備えている。セルスタック２ｂも同様である。
【００３２】
そして、第１のＤＭＦＣ１ａの排出空気輸送配管１１ａは、第２のＤＭＦＣ１ｂの放熱器１２ｂに接続されており、第２のＤＭＦＣ１ｂの排出空気輸送配管１１ｂは、第１のＤＭＦＣ１ａの放熱器１２ａに接続されている。
【００３３】
第１実施形態の燃料電池システムは、まず、第１のＤＭＦＣ１ａを運転し、このＤＭＦＣの特性が劣化した時点で第２のＤＭＦＣ１ｂの運転に切り替え、第１のＤＭＦＣ１ａの運転を停止させる。さらに、第２のＤＭＦＣ１ｂの特性が劣化した時点で第１のＤＭＦＣ１ａの運転に切り替え、第１のＤＭＦＣ１ａと第２のＤＭＦＣ１ｂとを交互に運転することにより、燃料電池システムを長時間運転するものである。
【００３４】
なお、本発明の燃料電池システムは、燃料電池内部の液系が凍結していない状態で、初期起動を行うものとする。
【００３５】
メタノールタンク９ａに貯蔵された純メタノールは、メタノールポンプ５ａによって希釈燃料タンク７ａに供給される。同時に、水タンク８ａから水ポンプ６ａによって希釈燃料タンク７ａに水が供給され、希釈燃料タンク７ａにおいて適度な濃度の希釈燃料（メタノール水溶液）が形成される。この希釈燃料は、送液ポンプ３ａによってＤＭＦＣ２ａの希釈燃料入口１４ａに供給される。
【００３６】
一方、空気ポンプ４aによってＤＭＦＣ２ａの空気入口１６ａに空気が供給される。セルスタック２ａでは、希釈燃料のメタノールと空気中の酸素が反応して発電がおこなわれる。
【００３７】
未反応のメタノールは水とともに希釈燃料出口１５ａから出て、希釈燃料タンク７ａに戻される。未反応の空気はセルスタック２ａの空気出口１７ａから排出されるが、ＤＭＦＣ２ａでの電池反応の熱を吸収して、約７０℃になる。
【００３８】
排出された水を含む空気は空気用放熱器１０ａを通して冷却した後、水タンク８ａに入る。そして、排出空気の水と空気を分離し、水を水タンク８ａに戻した後、排出空気輸送配管１１ａを通り、第２のＤＭＦＣ１ｂの放熱器１２ｂに導入され、停止中の第２のＤＭＦＣ１ｂは起動可能な温度に暖められる。
【００３９】
第１のＤＭＦＣ１ａが一定時間運転の後、劣化した場合には、第２のＤＭＦＣ１ｂの運転を開始し、第１のＤＭＦＣ１ａの運転を停止する。第１のＤＭＦＣ１ａは停止中にその特性を回復する。そして、第２のＤＭＦＣ１ｂが一定時間運転の後、劣化した場合には、第１のＤＭＦＣ１ａの運転を開始し、第２のＤＭＦＣ１ｂの運転を停止する。
【００４０】
この  ように、本発明の燃料電池システムは、氷点下を含む低温においても、第１のＤＭＦＣと第２のＤＭＦＣとを交互に運転することにより、長時間運転することが可能となる。
【００４１】
つぎに、本発明の第２実施形態であるＮ台（ただし、Ｎは３以上の整数とする）のＤＭＦＣを備えた燃料電池システムについて説明する。第２実施形態の燃料電池システムでは、最初に運転をおこなうＤＭＦＣを「第１のＤＭＦＣ」、２番目に運転をおこなうＤＭＦＣを「第２のＤＭＦＣ」とし、以下同様にして、Ｎ番目に運転をおこなうＤＭＦＣを「第ＮのＤＭＦＣ」とし、第ＮのＤＭＦＣの次には第１のＤＭＦＣの運転をおこなうものとする。
【００４２】
第２実施形態の燃料電池システムにおいては、第ｎのＤＭＦＣのカソードで温められた未反応の空気が第（ｎ＋１）のＤＭＦＣの放熱器に導入されるように排出空気輸送配管が設けられる。ただし、ｎはＮ以下の正の整数とする。さらに、第ＮのＤＭＦＣのカソードで温められた未反応の空気が第１のＤＭＦＣの放熱器に導入されるように排出空気輸送配管が設けられている。
【００４３】
このようにして、第ｎのＤＭＦＣが運転中には、カソードで温められた未反応の空気が停止中の第（ｎ＋１）のＤＭＦＣの放熱器に導入され、第（ｎ＋１）のＤＭＦＣが作動可能な温度に暖められる。そして、第ｎのＤＭＦＣが一定時間運転の後劣化した場合には、第（ｎ＋１）のＤＭＦＣの運転を開始し、第ｎのＤＭＦＣの運転を停止する。このようにして、第１から第ＮのＤＭＦＣを順次運転し、第ＮのＤＭＦＣの次に第１のＤＭＦＣを運転することにより、燃料電池システムを長時間連続運転するものである。
【００４４】
なお、本発明において、ＤＭＦＣ内の排出空気の配管の材料は熱伝導の高い材料が好ましく、また、排出空気が水を含むため、耐水性材料を用いることが好ましい。なお、ＤＭＦＣ間の排出空気輸送配管の材料にはシリコン製チューブなどが適している。
【００４５】
さらに、本発明の第３実施形態の燃料電池システムについて説明する。第１実施形態の燃料電池システムで用いたＤＭＦＣにおいて、運転開始から劣化するまでの時間は、各ＤＭＦＣによってばらつきはあるものの、ほぼ一定時間内に入る。そこで、あらかじめｎ個のＤＭＦＣの運転試験をおこなっておき、劣化するまでの時間（ｈ１〜ｈｎ）を測定しておく。
【００４６】
そこでＤＭＦＣの運転時間ｈをｈ１〜ｈよりも短く設定し、ＤＭＦＣをｈ時間運転後に停止することにより、ＤＭＦＣの劣化を防止することができる。
【００４７】
本発明の第３実施形態の燃料電池システムは、第１実施形態の燃料電池システムと同じく第１のＤＭＦＣと第２のＤＭＦＣとを備えたものである。そして、第１のＤＭＦＣを運転し、上記のｈ時間経過後第２のＤＭＦＣの運転に切り替え、第１のＤＭＦＣの運転を停させ、さらに、第２のＤＭＦＣを運転し、ｈ時間経過後第１のＤＭＦＣの運転に切り替え、第１のＤＭＦＣと第２のＤＭＦＣとを交互に運転することにより、燃料電池システムを長時間運転するものである。
【実施例】
【００４８】
［実施例１］
実施例1の燃料電池システムは、第１のＤＭＦＣと第２のＤＭＦＣの２台のＤＭＦＣを備えたもので、その構成は図1に示したものと同じである。また、図1に示した２台のＤＭＦＣ１ａと１ｂの基本構成はまったく同じとしたので、詳しい構成についてはＤＭＦＣ１ａについてのみ説明する。
【００４９】
ＤＭＦＣ１ａの主な構成部品は、セルスタック２ａ、空気ポンプ４ａ、送液ポンプ３ａ、放熱器１２ａである。さらに、メタノールタンク９ａ、メタノールポンプ５ａ、希釈燃料タンク７ａ、水タンク８ａ、水ポンプ５ａ、空気用放熱器１０ａを備えており、それぞれの構成部品間は図１に示したように配管で接続されている。
【００５０】
セルスタック１ａは、上記アノード電極とカソード電極を接合したナフィオン膜と上記セパレータとを交互に１０セル積層し、全体を２枚のステンレス製端板ではさみ、ボルトを用いてはさみつけたものである。
【００５１】
空気ポンプ４ａから送られた空気は、セルスタック２ａの空気入口１６ａから入り、マニホールドを通して各単セルに供給され、セル内で反応後は空気出口１７ａから排出される。
【００５２】
同様に、送液ポンプ３ａから送られた希釈燃料（メタノール水溶液）は、希釈燃料入口１４ａから入り、マニホールドを通して各単セルに供給され、セル内で反応後は希釈燃料出口１５ａから排出され、希釈燃料タンク７ａに戻される。
【００５３】
なお、空気ポンプ４ａの最大送風能力は１２０リットル／ｍｉｎである。また、送液ポンプ３ａの最大送液能力は１リットル／ｍｉｎである。メタノールタンク９ａはポリエチレン製で、純メタノールが貯蔵されている。
【００５４】
希釈燃料タンク７ａの中では、メタノールポンプ５ａから送られてきた純メタノールと、セルスタックから排出された希釈燃料廃液と、水タンク８ａから水ポンプ６ａによって送られてきた水とが混合され、２〜３％メタノール水溶液に調整されて、セルスタック２ａに送られる。水ポンプ６ａはメタノールポンプ５ａと同じものを用いた。
【００５５】
放熱器１２aの入口は、暖房用空気入口１３ａとＤＭＦＣ２ｂの排出空気輸送配管１１ｂにつながっている。排出空気輸送配管１１ａおよび１１ｂにはシリコンチューブを用い、これ以外のＤＭＦＣ１ａ内のすべての配管はアルミニウム製とした。
【００５６】
セルスタック２ａの空気出口１７ａは、空気用放熱器１ａを経て水タンク８ａに接続されており、水タンク８ａとＤＭＦＣ１ｂの放熱器１２ｂとは排出空気輸送管１１ａで接続されている。
【００５７】
つぎに、−１０℃で長時間保存された状態のこの燃料電池システムを−１０℃の雰囲気で作動させる手順について説明する。
【００５８】
まず、外部暖房機を用いてＤＭＦＣ１ａの暖房用空気入口１３ａから７０℃に加熱した空気を約２０分間放熱器１２ａに供給して第１のＤＭＦＣ１ａを約６５℃にして、運転が可能な状態とする。
【００５９】
つぎに、送液ポンプ３ａ、空気ポンプ４ａ、メタノールポンプ５ａ、水ポンプ６ａを作動させて、メタノール濃度約３％とした希釈燃料（メタノール水溶液）と空気とをセルスタック２ａに送り、発電を開始する。
【００６０】
図２は第１のＤＭＦＣ１ａを運転した場合の、運転時間とセルスタックの端子電圧との関係を示したもので、端子電圧は運転開始後約２ｈｒは１０Ｖでほぼ一定であるが、２ｈｒをすぎると徐々に低下して６ｈｒでは約９Ｖとなる。
【００６１】
ＤＭＦＣ１ａの運転が始まると、セルスタック２ａの空気出口１７ａから排出された空気は、電池反応によって約７０℃となる。そこで、この排出空気を空気用放熱器１０ａを通して約６５℃まで下げ、水タンク８ａで水分を除いた後、排出空気輸送管１１ａを通って、第２のＤＭＦＣ１ｂの放熱器１２ｂに導入される。第１のＤＭＦＣ１ａを運転している間、その排出空気が第２のＤＭＦＣ１ｂを暖めるのに利用され、放熱器１２ｂから放出される排出空気は４５℃となった。この６５℃−４５℃のΔ２０℃が、第２のＤＭＦＣを暖めるために使用され、第２のＤＭＦＣ全体は約５℃となった。
【００６２】
第１のＤＭＦＣ１ａの運転開始後約６ｈｒ経過するとセルスタックの端子電圧が約９Ｖまで低下するので、第１のＤＭＦＣの運転を停止し、第２のＤＭＦＣ１ｂの運転に切り換える。この場合、第２のＤＭＦＣの温度は停止中に約１５℃まで暖められているので、希釈燃料ポンプ３ｂからメタノール水溶液を、空気ポンプ４ｂから空気を、それぞれセルスタック２ｂに供給すると、瞬時に発電が開始され、第２のＤＭＦＣ１ｂのセルスタックの端子電圧は図２と同様の経時変化を示す。
【００６３】
そして、第２のＤＭＦＣ１ｂを運転開始して約６ｈｒ経過後、セルスタックの端子電圧が約９Ｖまで低下した時点で、第２のＤＭＦＣ１ｂの運転を停止し、第１のＤＭＦＣ１ａの運転に切り換える。
【００６４】
第１のＤＭＦＣ１ａは約６ｈｒの停止中に特性が回復し、しかも第２のＤＭＦＣ１ｂの排出空気は、排出空気輸送管１１ｂを通り第１のＤＭＦＣ１ａの放熱器１２ａに導入されているので、約１５℃に暖められているため、瞬時に発電が開始される。
【００６５】
このようにして、約６ｈｒ交代で、第１のＤＭＦＣ１ａと第２のＤＭＦＣ１ｂとを交互に運転することにより、５００ｈｒ以上の運転が可能となる。なお、外部暖房機は最初に必要ではあるが、第１のＤＭＦＣを運転した後は不要となる。
【００６６】
［比較例１］
比較例１の燃料電池システムの構成は基本的に実施例１と同じであるが、第１のＤＭＦＣの排出空気輸送管１１ａは第２のＤＭＦＣの放熱器１２ａとつながっておらず、また、第２のＤＭＦＣの排出空気輸送管１１ｂは第１のＤＭＦＣの放熱器１２ａとつながっていない点が異なっている。そして、第２のＤＭＦＣの放熱器１２ｂには暖房用空気入口１３ｂが設けられ、これが外部暖房機とつながっているものである。
【００６７】
この燃料電池システムを−１０℃の雰囲気で作動させる場合、まず実施例１の燃料電池システムの場合と同じ手順で、第１のＤＭＦＣ１ａを作動させ、約６ｈｒ経過後には第１のＤＭＦＣの運転を停止し、第２のＤＭＦＣの運転に切り換える。ところが、第２のＤＭＦＣは−１０℃であるため、水タンク８ｂ内の水や希釈燃料タンク７ｂ内の希釈燃料が凍結した状態になっている。
【００６８】
そこで、外部暖房器から第２のＤＭＦＣの放熱器１２ｂへ、暖房空気入口１３ｂから加熱した空気を送って、第２のＤＭＦＣを暖めなければならない。そのため、余分な時間の暖房空気の導入が必要となり、ムダが多くなる。
【００６９】
また、第１のＤＭＦＣと第２のＤＭＦＣの運転を交互に切り換えるたびに、外部暖房器から次に運転するＤＭＦＣへの暖房空気を導入する必要があるため、燃料電池システムに常時外部暖房器を備えておく必要があり、燃料電池システム全体が大型で重くなるという問題が生じる。
【００７０】
［実施例２］
実施例２の燃料電池システムは３台のＤＭＦＣを備えたもので、個々のＤＭＦＣの構成は実施例１と同じである。３台のＤＭＦＣを第１のＤＭＦＣ、第２のＤＭＦＣ、第３のＤＭＦＣとし、第１のＤＭＦＣの排出空気は第２のＤＭＦＣの放熱器に導入され、第２のＤＭＦＣの排出空気は第３のＤＭＦＣの放熱器に導入され、第３のＤＭＦＣの排出空気は第１のＤＭＦＣの放熱器に導入されるようになっている。
【００７１】
そして、まず第１のＤＭＦＣを運転し、約６ｈｒ後に第２のＤＭＦＣの運転に切り換え、さらに６ｈｒ後には第１のＤＭＦＣの運転に切り換えて、燃料電池システムとしては長時間の連続運転をするものとする。
【００７２】
この燃料電池システムでは、運転中のＤＭＦＣからの加熱された排出空気が次に運転するＤＭＦＣの放熱器に導入されているため、次に運転するＤＭＦＣはいつでも運転可能な温度に保持されている。
【００７３】
したがって、２つのＤＭＦＣの間での運転を切り換えた場合、次のＤＭＦＣの運転が瞬時に可能となり燃料電池システムとしては出力の低下を招くことはない。また、外部暖房器は最初のＤＭＦＣの運転の時には必要であるが、いったんＤＭＦＣの運転を始めた後は不要となるので、燃料電池システムから切り離すことができ、携帯に便利な小型、軽量の燃料電池システムが得られるものである。
【００７４】
上記説明は、主にＰＥＦＣやＤＭＦＣについてのものであるが、本発明の燃料電池システムは、個々の燃料電池の排気ガスの熱を他の燃料電池を暖めるために利用するものであるため、ＰＥＦＣやＤＭＦＣ以外の燃料電池を用いる燃料電池システムにも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】２台のＤＭＦＣを備えた本発明の燃料電池システムの構成を示す図。
【図２】第１のＤＭＦＣを運転した場合の、運転時間とセルスタックの端子電圧との関係を示す図。
【符号の説明】
【００７６】
１ａ：第１のＤＭＦＣ
１ｂ：第２のＤＭＦＣ
２ａ、２ｂ：セルスタック
３ａ、３ｂ：送液ポンプ
４ａ、４ｂ：空気ポンプ
５ａ、５ｂ：メタノールポンプ
１１ａ、１１ｂ：排出空気輸送配管
１２ａ、１２ｂ：放熱器
【図１】
2009259407.tif 000003
【図２】
2009259407.tif 000004