(57)【要約】【課題】  燃料電池の停止後に水素供給装置から供給される水素や、水素供給経路内に残留する水素を効果的に利用すること。【解決手段】  酸素を還元する正極と、水素を酸化する負極と、前記正極と前記負極との間に配置される固体電解質膜とを有する単位セルを複数備えるとともに、複数の前記単位セルのそれぞれに水素を供給するための水素供給経路を備え、複数の前記単位セルの少なくとも一部を直列または並列に接続することにより構成された燃料電池と、前記燃料電池に連結された水素供給装置とを備え、前記燃料電池の前記単位セルのうちの少なくとも一つ以上が、その単位セルからの出力電圧を検出する電圧検出手段を有しており、前記燃料電池から外部負荷への電力供給の停止後、前記電圧検出手段で検出された前記単位セルからの出力電圧の値があらかじめ設定された電圧値まで低下するまでの間、前記燃料電池から予備負荷への電力供給を行う。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸素を還元する正極と、水素を酸化する負極と、前記正極と前記負極との間に配置される固体電解質膜とを有する単位セルを複数備えるとともに、複数の前記単位セルのそれぞれに水素を供給するための水素供給経路を備え、複数の前記単位セルの少なくとも一部を直列または並列に接続することにより構成された燃料電池と、
前記燃料電池に連結された水素供給装置とを備え、
前記燃料電池の前記単位セルのうちの少なくとも一つ以上が、その単位セルからの出力電圧を検出する電圧検出手段を有しており、
前記燃料電池から外部負荷への電力供給の停止後、前記電圧検出手段で検出された前記単位セルからの出力電圧の値があらかじめ設定された電圧値まで低下するまでの間、前記燃料電池から予備負荷への電力供給を行うことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記予備負荷が充電池である請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記燃料電池の全ての前記単位セルが、前記電圧検出手段を有している請求項１または２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記燃料電池の前記単位セルのうち、前記水素供給装置から最も遠い位置に配置された単位セルが前記電圧検出手段を有している請求項１または２に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記燃料電池での余剰水素を排出するガス排出部を有し、前記単位セルのうち、前記ガス排出部に最も近い位置に配置された単位セルが前記電圧検出手段を有している請求項１または２に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記水素供給経路内の水素の少なくとも一部を除去する水素除去手段をさらに有し、
前記電圧検出手段で検出された前記単位セルからの出力電圧の値があらかじめ設定された電圧値よりも低下した後に、前記水素除去手段によって前記燃料供給経路に残留する水素を除去する請求項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】
前記水素除去手段としての水素除去装置が、前記水素供給装置と前記燃料電池との間の前記水素供給経路に配置されている請求項６に記載の燃料電池システム。
【請求項８】
前記水素除去装置が、酸素を還元する正極と、水素を酸化する負極と、前記正極と前記負極との間に配置される固体電解質膜とを有する構造からなる請求項７に記載の燃料電池システム。
【請求項９】
前記単位セルの少なくとも１つを、他の前記単位セルと接続せず、前記水素除去手段として用いる請求項６に記載の燃料電池システム。
【請求項１０】
前記燃料電池の前記単位セルのうち、前記水素供給装置から最も遠い位置に配置された単位セルを、前記水素除去手段として用いる請求項９に記載の燃料電池システム。
【請求項１１】
前記燃料電池の前記単位セルのうち、前記ガス排出部に最も近い位置に配置された単位セルを、前記水素除去手段として用いる請求項９に記載の燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素を燃料とする燃料電池システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、パソコン、携帯電話などのコードレスの携帯用電子機器の普及に伴い、その電源である電池には、ますます小型化、高容量化が要望されている。現在、リチウムイオン二次電池は、エネルギー密度が高く、小型軽量化を図り得る電池として実用化されており、ポータブル電源としての需要が増大している。しかし、このリチウムイオン二次電池は出力容量に限界があり、一部の携帯用電子機器に対して、十分な連続使用時間を保証することができないという問題がある。
【０００３】
このような問題の解決に向けて、例えば固体高分子型燃料電池などの燃料電池の開発が進められている。燃料電池は、燃料および酸素の供給を行えば連続的に使用することが可能である。例えば、高分子電解質膜型燃料電池（ＰＥＭＦＣ：Ｐｏｌｙｍｅｒ  Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ  Ｍｅｍｂｒａｎｅ  Ｆｕｅｌｌ  Ｃｅｌｌ）は、電解質膜層としての水素イオン伝導性の高分子電解質膜と、その両面に配された触媒層と、更にその両面に配されたガス拡散層である多孔質の電極基材で構成された、電極・電解質一体化物（ＭＥＡ：Ｍｅｍｂｒａｎｅ  ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  ａｓｓｅｍｂｌｙ）である単位セルを複数有している。
【０００４】
燃料電池に供給される酸素は空気から取得され、燃料源である水素は、水素ガスボンベから供給する方法の他、水と、例えばアルミニウム、マグネシウム、ケイ素、亜鉛等の水素発生物質とを化学反応させて発生させる方法などが用いられている。
【０００５】
一方、現在の燃料電池は、正極と負極の劣化が原因となる寿命の問題を抱えており、これが実用化への課題の一つとなっている。すなわち、運転停止時に燃料電池内に残留する水素によって、正極および負極の触媒粒子の成長や、触媒粒子を担持させる炭素粉末の酸化反応などが生じ、これによって正極および負極が劣化してしまうのである。このような、正極および負極の劣化の機構については諸説があるが、電池内の水素により各ＭＥＡの開回路電圧が１Ｖ近くになるため、正極では触媒粒子が粗大化することによる電極表面積の低下や炭素粉末の酸化が起こり、負極では水素と漏れ込む酸素との燃焼反応などが生じて、正極と同様に触媒粒子の粗大化や炭素粉末の酸化が起こるのではないかと推測されている。
【０００６】
このため、運転停止時に燃料電池内に残留する水素を速やかに除去する方法が検討されており、その一例として、不活性ガスで燃料電池内の水素供給経路をパージする方法が提案されている。しかしながら、この方法は、不活性ガスを別途準備する必要があるため燃料電池システムが大きくなる問題がある。
【０００７】
また、燃料電池のそれぞれの単位セルに微少電流を流すことが出来る外部抵抗を接続する方法が提案されている。このような構成の燃料電池であれば、燃料電池内に残留した水素を速やかに消費して電池の寿命を延ばすことができる（特許文献１）。
【０００８】
さらに、燃料電池において燃料として使用される水素は、常温常圧下で空気の混合気体の燃焼限界（爆発限界）の下限値が４．０ｖｏｌ％であり、発電反応に寄与しない余剰水素の過剰な排出や漏れ等を十分に抑えなくてはならないという課題を有している。したがって、長寿命化の目的以外の面からも燃料電池システム内の残留水素を外部に排出することなく除去することが求められており、この要求に対応するために、燃料電池システム内に余剰水素の除去手段を設けることが行われている。
【特許文献１】特開２００３−１１５３０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、燃料電池システムへの水素の供給として、上記した水素発生物質と水とを化学反応させる方法を採用している場合など、化学反応を停止させるために水の供給を止めたとしても、水素の発生をすぐに停止することができない。また、燃料電池に水素を供給するための水素供給経路内に残留している水素はすぐに無くなってしまうものでもない。このため、上記のような燃料電池停止後に、燃料電池内部の余剰水素をそれぞれの単位セルで消費する方法では、燃料電池停止後に発生した水素や水素供給経路内に残留していた水素が、無駄に消費されることになってしまう。
【００１０】
そして、このような、燃料電池の水素供給経路内に残留する水素を無駄に消費してしまうという課題は、残留水素の除去を上記した燃料電池の単位セルにおいて行う方法以外の方法で行ったとしても生じる課題である。
【００１１】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、燃料電池システムにおいて、燃料電池の停止後に水素供給装置から供給される水素や、水素供給経路内に残留する水素を効果的に利用することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するために、本発明の燃料電池システムは、酸素を還元する正極と、水素を酸化する負極と、前記正極と前記負極との間に配置される固体電解質膜とを有する単位セルを複数備えるとともに、複数の前記単位セルのそれぞれに水素を供給するための水素供給経路を備え、複数の前記単位セルの少なくとも一部を直列または並列に接続することにより構成された燃料電池と、前記燃料電池に連結された水素供給装置とを備え、前記燃料電池の前記単位セルのうちの少なくとも一つ以上が、その単位セルからの出力電圧を検出する電圧検出手段を有しており、前記燃料電池から外部負荷への電力供給の停止後、前記電圧検出手段で検出された前記単位セルからの出力電圧の値があらかじめ設定された電圧値まで低下するまでの間、前記燃料電池から予備負荷への電力供給を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
上記本発明によれば、燃料電池から外部負荷への電力供給停止後にも、水素供給装置からしばらくの間供給される水素や、水素供給経路内に残留している水素を用いて発電を続け、予備負荷に電力供給することで効率的に活用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
上記のように、本発明にかかる燃料電池システムでは、酸素を還元する正極と、水素を酸化する負極と、前記正極と前記負極との間に配置される固体電解質膜とを有する単位セルを複数備えるとともに、複数の前記単位セルのそれぞれに水素を供給するための水素供給経路を備え、複数の前記単位セルの少なくとも一部を直列または並列に接続することにより構成された燃料電池と、前記燃料電池に連結された水素供給装置とを備え、前記燃料電池の前記単位セルのうちの少なくとも一つ以上が、その単位セルからの出力電圧を検出する電圧検出手段を有しており、前記燃料電池から外部負荷への電力供給の停止後、前記電圧検出手段で検出された前記単位セルからの出力電圧の値があらかじめ設定された電圧値まで低下するまでの間、前記燃料電池から予備負荷への電力供給を行う構成である。
【００１５】
このことにより、燃料電池停止後の残留水素を効率的に利用することができる。
【００１６】
さらに、前記予備負荷が充電池であることが好ましい。余剰水素で充電池を充電することで、次に燃料電池を動作させた場合に充電池に蓄えられた電力を活用することができる。
【００１７】
また、前記燃料電池の全ての前記単位セルが、前記電圧検出手段を有していることが好ましい。このようにすることで、燃料電池内に残留する余剰水素による発電の状況を正確に把握することができる。
【００１８】
また、前記燃料電池の前記単位セルのうち、前記水素供給装置から最も遠い位置に配置された単位セルが前記電圧検出手段を有していること、もしくは、前記燃料電池での余剰水素を排出するガス排出部を有し、前記単位セルのうち、前記ガス排出部に最も近い位置に配置された単位セルが前記電圧検出手段を有していることが好ましい。
【００１９】
このような、水素供給装置から最も遠い位置に配置された単位セルや、ガス排出部に最も近い位置に配置された単位セルでは、他の単位セルと比較して残留水素が早期に除去されるため、これらの単位セルの出力電圧を監視することで効率的に燃料電池内の残留水素の状況を把握することができる。
【００２０】
また、前記水素供給経路内の水素の少なくとも一部を除去する水素除去手段をさらに有し、前記電圧検出手段で検出された前記単位セルからの出力電圧の値があらかじめ設定された電圧値よりも低下した後に、前記水素除去手段によって前記燃料供給経路に残留する水素を除去することが好ましい。
【００２１】
このようにすることで、発電に使用できなくなったレベルの残留水素を除去し、燃料電池の長寿命化が図れ、また、経路外へ排出する水素量を低減することができる
さらに、前記水素除去手段としての水素除去装置が、前記水素供給装置と前記燃料電池との間の前記水素供給経路に配置されていること、そして、前記水素除去装置が、酸素を還元する正極と、水素を酸化する負極と、前記正極と前記負極との間に配置される固体電解質膜とを有する構造からなることが好ましい。
【００２２】
また、前記単位セルの少なくとも１つを、他の前記単位セルと接続せず、前記水素除去手段として用いることが好ましく、その場合に、前記燃料電池の前記単位セルのうち、前記水素供給装置から最も遠い位置に配置された単位セルを、前記水素除去手段として用いること、もしくは、前記燃料電池の前記単位セルのうち、前記ガス排出部に最も近い位置に配置された単位セルを、前記水素除去手段として用いることが好ましい。
【００２３】
以下、本発明にかかる燃料電池システムの実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の実施の形態での記載は本発明を制限するものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更実施をすることは、全て本発明の技術的範囲に包含される。
（実施の形態１）
図１に、本発明の第１の実施形態にかかる燃料電池システムの概略構成図を示す。図１に示すように、本発明の第１の実施形態にかかる燃料電池システムは、電気的に直列に接続された複数の単位セル１００を有する燃料電池１と、この燃料電池１に燃料である水素を供給する水素供給装置２，さらに、水素供給装置２と燃料電池１との間の水素供給経路８に設けられた水素除去手段である水素除去装置３とを有している。
【００２４】
水素供給装置２で生成された水素は、余剰分を水素除去装置４で除去された後、水素供給経路８を通って燃料電池１を構成する単位セル１００の負極に供給される。そして、燃料電池１００での余剰の水素は、ガス排出部９から放出される。
【００２５】
また、本実施形態にかかる燃料電池システムでは、燃料電池１の全ての単位セル１００に、それぞれの単位セルが発電する電圧を検出する電圧検出手段である電圧計９が設けられている。また、燃料電池１の出力を、携帯用電子機器等の本来の外部負荷５との間で接続／開放できるスイッチＳＷ１と、本発明の特徴である充電池などの予備負荷７との間を接続／開放できるスイッチＳＷ２と有し、燃料電池１の出力の供給先を適宜切り替えることができるようになっている。
【００２６】
さらに、それぞれの単位セル１００に設けられた電圧計９からの電圧値の情報は、マイコンなどの論理演算できる制御手段４に集められる。そして、制御手段４は、ＳＷ１とＳＷ２とを制御して燃料電池１からの出力を外部負荷５と予備負荷７とに切り替えたり、水素除去装置３での水素除去を行うか否かの判断行ったりするなど、燃料電池システム全体の制御を行っている。
【００２７】
次に、図２から図４を用いて、本実施形態にかかる燃料電池システムの詳細構造を説明する。
【００２８】
図２は、本実施形態にかかる燃料電池システムにおける燃料電池１の、主要構成の断面を示す模式図である。なお、図２においては、３つの単位セル１００が組み合わさって一つの燃料電池１を構成している状態を示すが、これはあくまで例示であって、一単位としての燃料電池における単位セル１００の数は３つに限らないし、また、複数の単位セル１００から構成される一単位の燃料電池を、複数接続して全体の燃料電池１とすることができることはいうまでもない。
【００２９】
図２に示す、本実施形態にかかる燃料電池１では、正極拡散層２１および正極触媒層２３からなる正極と、固体電解質膜２５と、負極拡散層２２および負極触媒層２４からなる負極とが、順次積層されて単位セル１００を構成し、これらの単位セル１００が３つ平面状に配置されている。
【００３０】
それぞれの単位セル１００の正極側には、正極集電プレート３７ａ、３７ｂ、正極絶縁プレート３３、および正極パネルプレート３１が順次配置されている。また、それぞれの単位セル１００の負極側には、負極集電プレート３８ａ、３８ｂ、負極絶縁プレート３４、および負極パネルプレート３２が順次配置されている。
【００３１】
そして、上記３つの単位セル１００が、正極パネルプレート３１と負極パネルプレート３２とに挟持されて一体化している。また、図２では図示していないが、隣り合う単位セル１００同士は、正極集電プレート３７ａ、３７ｂと負極集電プレート３８ａ、３８ｂとの電気的接続によって、直列に接続されている。
【００３２】
正極集電プレート３７ａ、３７ｂ、正極絶縁プレート３３および正極パネルプレート３１には、燃料電池１外の空気中の酸素を正極に導入するための酸素導入孔が複数設けられている。そして、正極集電プレート３７ａ、３７ｂの酸素導入孔、正極絶縁プレート３３の酸素導入孔、および正極パネルプレート３１の酸素導入孔により、正極パネルプレート３１の外表面から単位セル１００の正極拡散層２１にまで到達する正極側開口部４１が複数形成されており、これら正極側開口部４１から、燃料電池１の空気中の酸素が拡散により正極拡散層２１に供給される構造となっている。
【００３３】
また、図２に示す本実施形態にかかる燃料電池１では、負極集電プレート３８ａ、３８ｂ、負極絶縁プレート３４および負極パネルプレート３２に、燃料タンク部４０内の燃料である水素を負極に導入するための水素導入孔が複数設けられている。そして、負極集電プレート３８ａ、３８ｂの水素導入孔、負極絶縁プレート３４の水素導入孔、および負極パネルプレート３２の水素導入孔により、負極パネルプレート３２の燃料タンク部４０側表面から単位セル１００の負極拡散層２２にまで到達する負極側開口部４２が複数形成されており、これら負極側開口部４２から、燃料タンク部４０内の燃料である水素が負極拡散層２２に供給される構造となっている。
【００３４】
そして、本実施形態にかかる燃料電池１では、正極パネルプレート３１と負極パネルプレート３２、さらには燃料タンク部４０が、ネジ４３とナット４４によって一体化されて固定されている。なお、図２中の３９ａおよび３９ｂはシールである。
【００３５】
正極拡散層２１および負極拡散層２２は、多孔性の電子伝導性材料などから構成され、例えば、撥水処理を施した多孔質炭素シートなどが用いられる。なお、正極拡散層２１や負極拡散層２２の触媒層側には、更なる撥水性の向上と触媒層との接触性の向上を目的として、フッ素樹脂粒子（ＰＴＦＥ樹脂粒子など）を含む炭素粉末のペーストが塗布されている場合もある。
【００３６】
正極触媒層２３は、正極拡散層２１を介して拡散してきた酸素を還元する機能を有していて、例えば、触媒を担持した炭素粉末（触媒担持炭素粉末）と、プロトン伝導性材料とを含有している。また、必要に応じて、樹脂バインダをさらに含有していてもよい。
【００３７】
正極触媒層２３に含有される触媒としては、酸素を還元できるものであれば特に制限はないが、例えば、白金微粒子を用いることができる。また、触媒は、鉄、ニッケル、コバルト、錫、ルテニウムおよび金よりなる群から選ばれる少なくとも１種の金属元素と白金との合金で構成される微粒子などであってもよい。
【００３８】
触媒の担体である炭素粉末としては、例えば、ＢＥＴ比表面積が１０〜２０００ｍ2／ｇであり、平均粒子径が２０〜１００ｎｍのカーボンブラックなどが用いられる。炭素粉末への触媒の担持は、例えば、コロイド法などで行うことができる。
【００３９】
炭素粉末と触媒との含有比率としては、例えば、炭素粉末１００質量部に対して、触媒が５〜４００質量部であることが好ましい。このような含有比率であれば、十分な触媒活性を有する正極触媒層２３が構成できる。また、例えば、炭素粉末上に触媒を析出させる方法（例えば、コロイド法）で触媒担持炭素粉末が作製される場合には、炭素粉末と触媒とが上記の含有比率であれば、触媒の径が大きくなりすぎず、十分な触媒活性を得ることができる。
【００４０】
正極触媒層２３に含まれるプロトン伝導性材料としては、特に制限はないが、例えば、ポリパーフルオロスルホン酸樹脂、スルホン化ポリエーテルスルホン酸樹脂、スルホン化ポリイミド樹脂などのスルホン酸基を有する樹脂を用いることができる。ポリパーフルオロスルホン酸樹脂としては、具体的には、デュポン社製の「ナフィオン（登録商標）」、旭硝子社製の「フレミオン（登録商標）」、旭化成工業社製の「アシプレックス（商品名）」などが挙げられる。
【００４１】
そして、正極触媒層２３におけるプロトン伝導性材料の含有量は、触媒担持炭素粉末１００質量部に対して、２〜２００質量部であることが好ましい。プロトン伝導性材料が上記の量で含有されていれば、正極触媒層において十分なプロトン伝導性が得られ、電気抵抗値が大きくなりすぎず、電池性能の良好な燃料電池を得ることができる。
【００４２】
また、正極触媒層２３に用いられるバインダとしては、特に制限はないが、例えば、ＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＦＥＰ、テトラフルオロエチレン−エチレン共重合体（Ｅ／ＴＦＥ）、ポリビニリデンフルオライド（ＰＶＤＦ）およびポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）などのフッ素樹脂や、ポリエチレン、ポリプロピレン、ナイロン、ポリスチレン、ポリエステル、アイオノマー、ブチルゴム、エチレン・酢酸ビニル共重合体、エチレン・エチルアクリレート共重合体およびエチレン・アクリル酸共重合体などの非フッ素樹脂などを用いることができる。
【００４３】
正極触媒層２３におけるバインダの含有量は、触媒担持炭素粉末１００質量部に対して、０．０１〜１００質量部であることが好ましい。バインダが上記の量で含有されていれば、正極触媒層について十分な結着性が得られ、電気抵抗値が大きくなりすぎず、電池性能の良好な燃料電池を得ることができる。
【００４４】
次に、負極触媒層２４は、負極拡散層２２を介して拡散してきた燃料としての水素を酸化する機能を有している。負極触媒層２４は、例えば、触媒を担持した炭素粉末（触媒担持炭素粉末）と、プロトン伝導性材料とを含有している。必要に応じて、樹脂などのバインダをさらに含有していてもよい。
【００４５】
負極触媒層２４に用いられる触媒は、水素を酸化できれば特に制限はなく、例えば、正極触媒層２３に用いられる触媒として例示した上記の各触媒を用いることができる。負極触媒層２４に用いられる炭素粉末、プロトン伝導性材料、およびバインダについても、正極触媒層２３に用いられる炭素粉末、プロトン伝導性材料、およびバインダとして例示した上記の各材料を用いることができる。
【００４６】
固体電解質膜２５は、プロトンを輸送可能であり、かつ、電子伝導性を示さない材料で構成された膜であれば、特に制限はない。固体電解質膜２５を構成し得る材料としては、例えば、ポリパーフルオロスルホン酸樹脂、具体的には、デュポン社製の「ナフィオン（登録商標）」、旭硝子社製の「フレミオン（登録商標）」、旭化成工業社製の「アシプレックス（商品名）」などが挙げられる。その他、スルホン化ポリエーテルスルホン酸樹脂、スルホン化ポリイミド樹脂、硫酸ドープポリベンズイミダゾールなども、固体電解質膜２５の材料として用いることができる。
【００４７】
次に、図３を用いて、本実施形態にかかる燃料電池システムにおける水素供給装置２の具体的な構成を示す。図３は、本実施形態にかかる水素供給装置２の構成を示すブロック構成図である。
【００４８】
なお、図３に示す本実施形態にかかる水素供給装置は、水素発生物質に対して、連続的または断続的に水を供給し、水素発生物質と水とを反応させて水素を発生させる構造のものを示している。
【００４９】
本実施形態にかかる水素供給装置２は、水素発生物質５３を収容する水素発生物質収容容器５1と、水５４を収容する水収容容器５２を有しており、水素発生物質収容容器５１に、水収容容器５２から水５４を供給し、水素発生物質５３と水５４とを反応させて水素を発生させる。このため、水素発生物質収容容器５１は、水素発生物質５３と水５４との反応容器である水素発生容器としての役割も担っていることになる。水素発生物質収容容器５1で発生した水素は、水素導出パイプ５７、５９を経て水素除去装置３に供給され、さらに水素供給経路７を経て燃料電池１に供給される。
【００５０】
水収容容器５２から水素発生物質収容容器５１に水５４を供給する水供給パイプ５５には、水供給ポンプ５６が設けられている。なお、水収容容器５２に収容する水５４は、中性の水、酸性水溶液、アルカリ性水溶液などのいずれであってもよく、使用する水素発生物質５３との反応性などに応じて好適なものを選択すればよい。
【００５１】
水素発生物質収容容器５１および水収容容器５２は脱着式とすることもできる。これにより、水素発生物質収容容器５１内の水素発生物質５３が消費されつくしたり、水収容容器５２内の水５４がなくなったりした場合に、これらを取り外し、水素発生物質５３が充填された水素発生物質収容容器５１や水５４が充填された水収容容器５２を新たに取り付けることで、再び水素製造を行うことが可能となる。
【００５２】
水素発生物質収容容器５１に収容される水素発生物質５３としては、水５４と１２０℃以下の低温で反応して水素を発生し得るものであれば特に制限はない。例えば、アルミニウム、ケイ素、亜鉛、マグネシウムといった金属や、アルミニウム、ケイ素、亜鉛、およびマグネシウムの中の１種以上の元素を主体とする合金、さらには、金属水素化物などが好適に使用できる。
【００５３】
ここで、アルミニウム、ケイ素、亜鉛およびマグネシウムの中の１種以上の元素を主体とする合金を用いる場合には、主体となる合金の各元素以外の元素については特に限定されない。ここで、「主体」とは、合金全体に対して８０質量％以上、より好ましくは９０質量％以上含有されていることを意味する。なお、これらアルミニウム、ケイ素、亜鉛、マグネシウムといった金属や、アルミニウム、ケイ素、亜鉛、およびマグネシウムの中の１種以上の元素を主体とする合金は、常温では水と反応しにくいが、加熱することにより水との発熱反応が容易となる物質である。なお、常温とは、２０〜３０℃の範囲の温度を示すものとする。
【００５４】
ここで、水素発生物質と水との反応を詳細に説明する。例えば、アルミニウムと水の場合、水素および酸化生成物を生成する反応は次式のようになる。
【００５５】
２Ａｌ＋６Ｈ2Ｏ  →  Ａｌ2Ｏ3・３Ｈ2Ｏ＋３Ｈ2    （１）
２Ａｌ＋４Ｈ2Ｏ  →  Ａｌ2Ｏ3・Ｈ2Ｏ＋３Ｈ2      （２）
２Ａｌ＋３Ｈ2Ｏ  →  Ａｌ2Ｏ3＋３Ｈ2             （３）
なお、上記した金属や合金からなる水素発生物質は、表面に酸化皮膜を形成して安定化する。このため、水素発生物質の粒径をできるだけ小さくし、反応面積を大きくすることが好ましい。例えば、水素発生物質の形態としては、０．１〜１００μｍの粒径の粒状またはフレーク状であることが好ましく、粒径は、０．１〜５０μｍであることがより好ましい。水素発生物質の粒径が１００μｍ以下であることにより、スムーズに水素発生が起こるからである。
【００５６】
さらに水素発生物質の粒径を小さくすると水素発生速度が増加するが、０．１μｍより粒径が小さくなると、引火性が高まり取り扱いが困難になる。また、嵩密度が小さくなるため、水素発生物質の充填密度が低下し、エネルギー密度が低下しやすくなる。このため、水素発生物質の粒径は、０．１μｍ以上とすることが好ましい。
【００５７】
なお、ここで水素発生物質の粒径は、平均粒径であり、体積基準の積算分率５０％における粒子直径の値を意味している。平均粒径の測定方法としては、例えば、レーザー回折・散乱法などを用いることができる。具体的には、水などの液相に分散させた測定対象物質にレーザー光を照射することによって検出される散乱強度分布を利用した粒子径分布の測定方法である。レーザー回折・散乱法による粒子径分布測定装置としては、例えば、日機装株式会社製の「マイクロトラックＨＲＡ（製品名）」などを用いることができる。
【００５８】
また、水素発生物質として用い得る金属水素化物としては、例えば、水素化ホウ素ナトリウムまたは水素化ホウ素カリウムなどが挙げられる。これらの金属水素化物は、アルカリ水溶液中では比較的安定であるが、触媒が存在する場合、速やかに水と反応して水素を発生することができる。触媒としては例えばＰｔ、Ｎｉなどの金属や酸などを用いることができる。
【００５９】
例えば水素化ホウ素ナトリウムの場合、次式のように反応し、水素を発生することができる。
【００６０】
ＮａＢＨ4＋２Ｈ2Ｏ  →  ＮａＢＯ2＋４Ｈ2          （４）
なお、水素発生物質は、上記例示したものを１種単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
【００６１】
また、上記の水素発生物質を、水と反応して発熱する発熱物質（水素発生物質以外の物質）と共に用いることにより、低温（例えば５℃程度）の水を供給しても、前記発熱物質の発熱によって反応系内の温度を高めて、迅速な水素発生を可能とし得る。
【００６２】
水と反応して発熱する発熱物質は、例えば、酸化カルシウム、酸化マグネシウム、塩化カルシウム、塩化マグネシウム、硫酸カルシウムなどのように、水との反応により水酸化物となるものや、水和することにより発熱するアルカリ金属またはアルカリ土類金属の酸化物、塩化物、硫酸化合物などを例示することができる。また、水素化ホウ素ナトリウム、水素化ホウ素カリウム、水素化リチウムなどの金属水素化物などのように水との反応により水素を生成するものは、上記した通り、水素発生物質として使用することが可能であるが、上記した金属や合金を水素発生物質として使用する場合の発熱物質としても用いることができる。
【００６３】
なお、例えば発熱物質に関して、鉄粉のように酸素と反応して発熱するものも知られている。しかし、鉄粉を発熱物質として使用する場合には、反応時に酸素を導入しなければならず、前記のように水素発生物質と発熱物質が同一の反応容器内に配される場合は、発生する水素の純度が低下したり、水素発生物質が酸素によって酸化されて水素発生量が低下したりするなどの問題が生じやすくなる。そのため、発熱物質としては、水と反応して発熱する材料が好適に用いられる。
【００６４】
また、特に、水素発生物質としてアルミニウム、ケイ素、亜鉛、マグネシウムといった金属や、アルミニウム、ケイ素、亜鉛、およびマグネシウムの中の１種以上の元素を主体とする合金を使用する場合には、前記発熱物質を併用することが好ましい。他方、水素発生物質として前記の金属水素化物を用いる場合には、前記発熱物質を併用しなくても、比較的良好な速度で水素を製造できるが、発熱物質を併用して、さらに水素発生速度を高めてもよい。
【００６５】
水素発生物質と前記発熱物質を併用する場合には、水素発生物質収容容器に導入する水素発生物質と発熱物質の合計１００質量％中、水素発生物質の量を８５質量％以上とすることが好ましい。水素発生物質と発熱物質の合計中の水素発生物質量が少なすぎると、水素発生量が低下したり、発熱物質量が多すぎることによって発熱が激しくなり水素発生反応を制御し難くなったりするおそれがある。
【００６６】
なお、上記した発熱物質は、水素発生物質５３と均一または不均一に混合した混合物として水素発生物質収容容器５１に入れてもよく、水素発生物質５３と別に水素発生物質収容容器５１に入れてもよい。後者の場合には、例えば、発熱物質を、水素発生物質収容容器５１に水５４を供給する水供給パイプ５５の管口部近傍に偏在させて配置することが好ましい。このように発熱物質を配置することにより、より効率的に反応系内を加熱することができる。
【００６７】
水素発生物質収容容器５１は、水素を発生させる水素発生物質５３を収納可能であれば、その材質や形状は特に限定されないが、水５４の供給口や水素の導出口以外から水５４や水素が漏れない材質や形状が好ましい。具体的な容器の材質としては、水５４および水素を透過しにくく、かつ１２０℃程度に加熱しても容器が破損しない材質が好ましく、例えば、アルミニウム、鉄などの金属、ポリエチレン、ポリプロピレンなどの樹脂を用いることができる。また、容器の形状としては、角柱状、円柱状などが採用できる。
【００６８】
水収容容器５２については特に制限はなく、例えば、従来からの水素供給装置に用いられていた水５４を収容するタンクなどが採用できる。
【００６９】
水収容容器５２中の水５４が、水供給パイプ５５を通じて水素発生物質収容容器５１に供給されることで、水素発生物質収容容器５１内の水素発生物質５３と反応して水素を発生するが、水素発生物質収容容器５１内に存在する未反応の水が、発生した水素中に混入し、これらの混合物が水素導出パイプ５７を通じて水素製造装置２外に排出される場合がある。
【００７０】
このため、図３に示すように、本実施形態にかかる水素供給装置２には、燃料電池１や水素除去装置３へと水素を供給する水素導出パイプ５９の手前に、凝縮水分離器５８を設けている。凝縮水分離器５８は、水素導出パイプ５７を介して水素発生物質収容容器５１と連結されており、また、水素導出パイプ５９が取り付けられている。水素発生物質収容容器５１から排出された水素との混合物中の水は、水素導出パイプ５７内で冷却されることで凝縮水となる。この凝縮水を伴う水素が凝縮水分離器５８に導入されると、凝縮水が重力によって凝縮水分離器５８の下部に落下して分離される。
【００７１】
そして、図３に示すように、凝縮水分離器５８と水収容容器５２とを水回収パイプ６１で連結しておくことで、凝縮水分離器５８で分離した水を水収容容器５２に回収することができる。このように、凝縮水分離器５８で分離した水を回収することにより、水素発生のために使用する水の実質的な供給量を少なくすることが可能となり、水収容容器５２をよりコンパクトにすることができる。
【００７２】
なお、図３に示す具体例では、凝集水分離器を水素供給装置の一部として説明したが、これに限られるわけではなく、凝集水分離器を水素供給装置外のものとして用いてもよく、また、凝集水分離器自体は必ず必要なものではないため、必要に応じて適宜その採用を判断すればよい。
【００７３】
次に、図４を用いて、本実施形態にかかる燃料電池システムにおける水素除去手段である水素除去装置３の具体的な構成を示す。図４は、本実施形態にかかる水素除去装置３の主要断面構成を示す模式図である。
【００７４】
図４に示す水素除去装置は、正極と負極とを導通可能にした燃料電池１の単位セル１００と同じ構造のセル７０により構成されている。すなわちセル７０は、酸素を還元する正極触媒層７３と水素を酸化する負極触媒層７４とを有しており、さらに、正極触媒層７３と負極触媒層７４との間に固体電解質膜７５を備えている。また、正極触媒層７３の固体電解質膜７５側とは反対側の面には、積層された正極拡散層７１を有しており、負極触媒層７４の固体電解質膜７５側とは反対側の面には、積層された負極拡散層７２を有している。これらは図２で説明した燃料電池１の単位セル１００と同様の材料で構成することができる。
【００７５】
そして、セル７０は、正極拡散層７１の上部に配置された正極集電板８１と、負極拡散層７２の下部に配置された負極集電板８２とで挟持されており、正極集電板８１と負極集電板８２とは、例えばボルト９１とナット９２により固定されている。なお、８５はシリコンゴムなどからなるシール材であり、８６は水素が供給される燃料タンク部である。
【００７６】
そして、本実施形態にかかる水素除去装置３は、水素導出パイプ５９を介して水素供給装置２と連結され、水素供給経路８を介して燃料電池１と連結されている。
【００７７】
正極集電板８１および負極集電板８２は、例えば、白金、金などの貴金属や、ステンレス鋼などの耐食性金属、またはカーボンなどから構成されている。また、それらの材料に耐食性向上のために、表面にメッキや塗装が施されている場合もある。
【００７８】
正極集電板８１には複数の空気孔８３が形成されており、これら空気孔８３を通じて大気中の酸素がセル７０の正極に供給されるようになっている。一方、負極集電板８２には複数の水素導入孔８４が形成されており、これら水素導入孔８４を通じて水素導出パイプ５９から燃料タンク部８６へ導入された水素がセル７０の負極に供給される。
【００７９】
正極集電板８３の端部には正極リード線８７が、負極集電板８２の端部には負極リード線８８が、それぞれ接続されている。また、これらのリード線８７、８８は、抵抗８９およびスイッチ９０を介して接続されている。そして、水素除去装置３を動作させる場合には、図示しない制御部４からの制御信号によって、スイッチ９０をオンにしてセル７０の正極−負極間を導通させることで、水素供給装置２から水素除去装置３内に供給された水素を消費できる。これにより、水素除去装置３から水素供給経路８を経て燃料電池１へ向かう余剰の水素を除去することができる。
【００８０】
なお、図４に示す本実施形態にかかる水素除去装置３では、セル７０の正極と負極とを抵抗８９を介して接続する例を示したが、この抵抗８９としては、水素除去装置３の動作開始後、セル７０の正極−負極間の電圧が０．１Ｖ以下となるのに要する時間が１分以内となるような抵抗値を有するものを用いればよい。また、抵抗８９は必ず必要というわけではなく、抵抗を用いなくても同様の時間でセル７０の正極−負極間の電圧を０．１Ｖ以下に下げることができるのであれば、セル７０の正極と負極とは、抵抗を用いずにスイッチのみを介してリード体などで接続して、導通可能としてもよい。
【００８１】
ここで、本実施形態にかかる燃料電池システムが発電を行っているときの動作を説明する。水素供給装置２から供給される水素は水素除去装置３を経由して燃料電池１に送られるが、発電を行っているときには水素除去装置３は作動させず、水素は除去しない。そして、燃料電池１に送られた水素は直列に接続された単位セル１００それぞれに順に供給され、単位セル１００で発電が行われる。燃料電池１が発電した電力は、携帯用電子機器などの外部負荷５に供給され、これを動作させる。
【００８２】
次に、本実施形態にかかる燃料電池システムが発電を停止するときの動作を説明する。
本実施形態にかかる燃料電池システムが発電を停止するときには、まず水素供給装置２が停止される。本実施形態では、図３として示したように、水素発生物質と水との反応によって水素を発生させているため、図３の水供給ポンプ５６を停止することにより水素発生を停止する。この後、電圧検出手段である電圧計６により燃料電池１の単位セル１００の電圧を計測し、規定電圧より低い電圧の単位セル１００があるか否かを検出し、すべての単位セル１００の電圧が規定電圧よりも高いときは発電を継続する。なお、規定電圧としては、０Ｖ以上で通常の発電時の電圧と同等以下の任意の電圧とすることができる。
【００８３】
ここで、燃料電池システムを停止することとは、すなわち、本来の電力供給先である外部負荷５への電力供給が不要となったということであるため、制御手段４がＳＷ１を切り離して外部負荷５へ電力を供給する回路を切断し、代わりにＳＷ２を接続して予備負荷７へと電力を供給する回路を接続する。
【００８４】
本実施形態の場合のように、特に水素供給装置２が水素発生物質と水との反応によって水素を生成するものである場合には、新たな水の供給を停止した場合でも水素の生成反応自体は継続しているため、所定の時間内では、燃料電池１に対して水素が供給され続ける。また、水素供給装置２から供給された水素が、水素供給経路８の内部や、燃料電池１の燃料タンク部の内部に残存しているため、これらの水素が無くなるまでの間は、燃料電池の各単位セル１００での発電が継続され、その電圧は規定電圧よりも高い状態となる。
【００８５】
その後、発電により水素の消費が続くと１個以上の単位セル１００の電圧が低下し、規定電圧を下回る単位セル１００が出てくる。本実施形態では、少なくとも１つの単位セル１００の電圧が規定電圧を下回ったときには、予備負荷７への電力供給を停止し、水素除去装置３を作動させる。
【００８６】
次に、この燃料電池システムが発電を停止するときの動作を、図５に示すフローチャートを用いて改めて説明する。
【００８７】
燃料電池での発電が停止される場合には、最初のステップＳ１で、水素供給装置を停止する。
【００８８】
次に、電力の供給が不要となった外部負荷を燃料電池から切り離す（ステップＳ２）。
【００８９】
そして、制御手段が単位セルの電圧が規定値以上か判断する（ステップＳ３）。なお、本実施形態の場合は、燃料電池の全ての単位セルの電圧が検出され、全ての単位セルの電圧値が規定値以上か否かを判断する。
【００９０】
すべての単位セルの電圧が規定値以上の場合は、予備負荷である充電池への回路を、燃料電池と接続する（ステップＳ４）。この結果、残留している水素によって生じる電力を有効に活用して、予備負荷である充電池を充電することができる。
【００９１】
その後、制御手段は、所定の時間間隔を置いて単位セルのセル電圧を確認する（Ｓ３）。
ここで、全ての単位セルのセル電圧が規定値以上であった場合には、発電を継続する。
【００９２】
一方、いずれかの単位セルのセル電圧が所定値を下回った場合には、予備負荷である充電池回路への接続が開放されて、充電池回路がＯＦＦとなる（ステップＳ５）。
【００９３】
その後は、水素除去装置を動作させて、水素供給経路や燃料電池内部に残留している水素を除去する（ステップＳ６）。
【００９４】
制御手段が、燃料電池システム内の残留水素量を検出することができる手段を持っている場合は、その手段からの情報にしたがって、また、そのような残留水素量を検出する手段を有していない場合は、例えば所定時間が経過して、残留水素が十分に除去されたと判断されるタイミングで、燃料電池システムの動作を終了させる。
【００９５】
このような動作を行うことで、本実施形態にかかる燃料電池システムでは、通常の電力供給動作が完了した後に、システム内に残留している水素を有効に用いて発電を継続することで予備負荷である充電池を充電する。また、残留する水素の量が、発電を行うには十分ではない程度にまで減少した後は、速やかにシステム内の残留水素を除去することで、残留水素による正極と負極の劣化が原因で生じる燃料電池の寿命の低下を抑制すると共に、システム外への残留水素の放出を最低限に抑えることができる。
【００９６】
なお、予備負荷として用いた充電池に充電された電力は、次に燃料電池システムが動作する際に用いられる。例えば、水素供給装置での水素の発生を行うための水供給ポンプの動力源とすることができるし、また、燃料電池システムでは、その構造上、動作開始後すぐに必要な電力が得られないが、この初期段階での電気出力として用いることなども考えられる。
【００９７】
また、本実施形態では、予備負荷への電力供給後の余剰水素除去手段として、水素供給装置と燃料電池との間に設けた水素除去装置のみを用いる場合について説明した。しかし、本発明はこれに限らず、例えば燃料電池１の各単位セル１００に、その正極と負極とを接続して電力消費が行えるような構成、すなわち、図４に示した正極リード線８７，負極リード線８８，抵抗８９，スイッチ９０に相当する手段を設けることで、それぞれの単位セル１００を水素除去手段として用いることができる。
【００９８】
この場合には、燃料電池内で余剰水素の除去ができるので、燃料電池の正極と負極の劣化をより効果的に防止することができる。
（実施の形態２）
次に、本発明にかかる燃料電池システムの第２の実施形態について、図面を参照して説明する。
【００９９】
図６は、本発明にかかる燃料電池システムの第２の実施形態を示す概略構成図であり、電気的に直列に接続された複数の単位セル１００を有する燃料電池１と、この燃料電池１に燃料である水素を供給する水素供給装置２，さらに、水素供給装置２と燃料電池１との間の水素供給経路７に設けられた水素除去手段である水素除去装置３とを有している点など、基本的な構成は図１に示した、本発明の第１の実施形態にかかる燃料電池システムと同様である。このため、第１の実施形態と同じ部分には同じ符号を振り、詳細な説明は省略する。
【０１００】
本実施形態にかかる燃料電池システムが、第１の実施形態にかかる燃料電池システムと異なる点は、燃料電池１のそれぞれの単位セル１００のうち、最も水素発生装置から遠い位置に配置されている単位セル１００にのみ電圧検出手段である電圧計６が設けられていて、他の単位セル１００には電圧検出手段が設けられていないことである。なお、本実施形態においては、燃料電池１での単位セル１００の配列が一列に直列配置されているため、電圧計６が設けられている単位セル１００は、同時に、ガス排出部９に最も近い位置に配置された単位セル１００でもある。
【０１０１】
本実施形態においては、水素供給装置２で生成された水素が届きにくい、水素供給装置２から最も遠い位置に配置された単位セルで、他の単位セルと比較して早い段階で残余の水素が消費され、最も早くのセル電圧が低下しやすいという特性を利用して、電圧検出手段の数を減らすことができる。
【０１０２】
なお、本実施形態での特徴は、電圧検出手段として一つのセルの電圧値を用いることのみが、全ての単位セルの電圧を検出した上記第１の実施形態と異なるのみであるため、その動作においても、セル電圧の検出対象が、全ての単位セルなのか、水素供給装置から最も遠くに位置する単位セルなのかが異なる点以外は、上記第１の実施形態と全く同様である。したがって、動作の説明も省略することとする。
【０１０３】
なお、本実施形態では、図６に示すように、燃料電池１での単位セル１００の配置を一列の直列配置としたため、水素供給装置から最も遠い位置に配置された単位セルの特定は容易であったが、例えば、単位セルが複数列に分かれて配列されている場合には、その中で、最も水素供給装置から遠い位置に配置された単位セルの電圧を検出するようにすればよい。また、最も遠い位置に配置された単位セルが複数ある場合には、その複数のセルの電圧を検出し、その中のいずれか一つのセル電圧が所定値よりも低下した段階で、残留水素による予備負荷への電力供給を停止して、残留水素を除去するステップに進むような制御を行えばよい。
【０１０４】
また、水素供給装置からの距離のみではなく、ガス排出部との距離を考慮することで、セル電圧を検出すべきセルを特定することもできる。
（実施の形態３）
次に、本発明にかかる燃料電池システムの第３の実施形態について、図面を参照して説明する。
【０１０５】
図７は、本発明にかかる燃料電池システムの第３の実施形態を示す概略構成図であり、上記本発明の第２の実施形態として示した燃料電池システムとほとんど同じ構成となっている。
【０１０６】
この第３の実施形態が、図６に示した第２の実施形態と異なるのは、水素供給装置から最も遠い位置に配置された、電圧検出手段を有する単位セル１０が、燃料電池１内の他の単位セルと電気的に接続されていない点である。すなわち、本実施形態においては、電圧検出手段である電圧計６が設けられた単位セル１０は、外部負荷に電力を供給する発電には使われず、電圧計測のためのみに使われるのである。
【０１０７】
このようにすることで、電圧検出手段が設けられた単位セルは、他の発電に寄与する単位セルと全く同じ構造であってもよいし、また、水素による発電作用のみを他の単位セルと同じとすれば、例えば隣り合うセルとの電気的接続部分を省略することができるため、この場合にはこの電圧検出用の単位セルを小型化することも可能となる。
【０１０８】
また、この電圧検出用の単位セルのみを水素除去手段として用いることが考えられ、その場合には、発電用の単位セルと、電圧検出と水素除去のための単位セルとを明確に区分できるので、燃料電池を構成する単位セルの構成を簡素化することが可能となる。
【０１０９】
なお、本実施形態における燃料電池システムは、その動作を含めて基本部分は第２の実施形態に示した燃料電池システムと同一であるため、その説明は省略する。
【０１１０】
以上、本発明にかかる燃料電池システムについて、具体的な実施形態を説明してきたが、本発明はこれらの具体例に限定されるものではない。例えば、図２を用いて示した燃料電池の単位セルの構造などはあくまで一つの例であって、高分子電解質膜型燃料電池として知られている様々な具体的形態を採用することができる。
【０１１１】
また、水素供給装置についても、水素発生物質の具体例や、水と水素発生物質とを反応させる機構についても、図３はあくまで例示に過ぎない。また、水素供給の手段自体も、水素発生物質と水とを反応させる方法に限定されるものではなく、他の水素供給方法に本発明を適用することができる。特に、例えば水素貯蔵合金から水素を取り出す手法などのように、水素の供給がすぐに停止できない構成の場合には、本発明を適用することで燃料電池システム内での余剰水素の活用と除去を効果的に行うことができる。
【０１１２】
さらに、水素除去装置についても図４に示した構造に限られず、水素供給経路から所定量の水素を除去できる他の方法を用いることができる。
【０１１３】
また、図１，図６，図７に示す本発明にかかる燃料電池システムの概略構成図において、燃料電池１と外部負荷５、および、予備負荷７とをスイッチＳＷ１およびＳＷ２で接続／切り離しを行う形態を示したが、このスイッチはあくまで概念的なものであって、必ずしも回路素子としてのスイッチが存在するわけではない。外部負荷自体、予備負荷自体との接続と切り離しを行うことで、これらの負荷への電力供給のＯＮ／ＯＦＦを切り替えることもできる。
【０１１４】
また、予備負荷としては、充電池を用いる場合を説明したが、これに限らず、電力を供給すべき携帯用電子機器の主電源がＯＦＦとなっているときに用いられる予備電源を予備負荷とするなど、様々な活用方法が検討できる。
【産業上の利用可能性】
【０１１５】
本発明の燃料電池システムは、燃料電池の運転停止時におけるシステム内の残留水素を効果的に活用することができるため、システムの小型化も容易である。よって、本発明の燃料電池システムは、高機能のポータブル型電子機器の電源用途をはじめとして、従来の燃料電池が適用されている各種用途に好ましく用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１１６】
【図１】本発明の第１の実施形態にかか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】本発明の第１の実施形態にかかる燃料電池システムにおける燃料電池の断面構成を示す模式図である。
【図３】本発明の第１の実施形態にかかる燃料電池システムにおける水素供給装置の構成例を示す模式図である。
【図４】本発明の第１の実施形態にかかる燃料電池システムにおける水素除去装置の断面構成を示す模式図である。
【図５】本発明の第１の実施形態にかかる燃料電池システムでの余剰水素除去の動作を示すフローチャートである。
【図６】本発明の第２の実施形態にかかる燃料電池システムの概略構成を示す模式図である。
【図７】本発明の第３の実施形態にかかる燃料電池システムの概略構成を示す模式図である。
【符号の説明】
【０１１７】
１      燃料電池
２      水素供給装置
３      水素除去装置
４      制御手段
５      外部負荷
６      電圧計
７      予備負荷
８      水素供給経路
９      ガス排出部
１００  単位セル
【図１】
2009064718.tif 000003
【図２】
2009064718.tif 000004
【図３】
2009064718.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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