JP2002025589A

JP2002025589A - 燃料電池システム

Info

Publication number: JP2002025589A
Application number: JP2000206346A
Authority: JP
Inventors: Noriyuki Imada; 典幸今田; Yukihisa Taniguchi; 幸久谷口; Hiroyuki Kako; 宏行加来
Original assignee: Babcock Hitachi KK
Current assignee: Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 2000-07-07
Filing date: 2000-07-07
Publication date: 2002-01-25

Abstract

(57)【要約】【課題】燃料電池システムに必要な水蒸気を発生させ
る熱エネルギを低減して、全体の効率を向上させる。【解決手段】炭素系燃料を改質して水素を含む反応ガ
スを発生させる反応器3と、前記反応器3から排出される
前記反応ガス中のCOを低減するCO低減器（7、9）と、前
記CO低減器（7、9）から排出される反応ガスと酸素含有
ガスとを反応させて電気を発生する燃料電池1とを備え
てなる燃料電池システムにおいて、前記反応器3に供給
する酸化剤を加湿する加湿器（17、5）を設け、前記加
湿器5は、前記酸化剤が通流される空筒容器61と、該空
筒容器61内に水を供給するノズル63と、前記空筒容器61
内の下部に設けられた伝熱管（24、29）とを有して形成
され、前記伝熱管（24、29）に前記反応ガスと前記CO低
減器（7、9）の少なくとも一方により加熱された熱媒を
通流させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、炭素系燃料と水蒸
気から生成した水素を用いて電気を発生させる燃料電池
システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】燃料電池システムは、化学エネルギを電
極反応で直接電気エネルギに変換するシステムで、高い
発電効率を得るために様々な提案がされている。

【０００３】燃料電池システムの一例として、水素と酸
素を電極反応させて、直接電気エネルギを発生させるも
のが知られている。燃料ガスとしての水素は、改質器に
よって炭素系燃料であるメタンを改質して水素リッチな
改質ガスを発生させるようにしている。この改質器から
排出される改質ガスに含まれるCOは、燃料電池の性能低
下の原因となるので、H₂ガスに変換するCOコンバータ
と、このCOコンバータから排出される改質ガスに含まれ
る微量のCOをCO₂にするCO除去器が設けられている。ま
た、CO除去器から排出される改質ガスを改質ガス加湿器
により加湿し、この加湿された改質ガスと空気とを固体
高分子型燃料電池により反応させて電気を発生させてい
る。ここで、改質器と改質ガス加湿器に供給する水蒸気
は、燃料電池で使い残した水素あるいはメタンを燃焼さ
せて生成する水蒸気発生器が設けられている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来技術
では、改質器や改質ガス加湿器に供給する水蒸気の生成
に必要な熱量を得るために、燃料電池で使い残した水素
だけでは足らず、メタン等の燃料を燃焼させて熱量を補
充していることから、システムの熱効率を向上させる余
地があるという問題があった。

【０００５】例えば、発電出力50kWの燃料電池システム
を想定した場合、改質器に供給するメタンの量は、19．
0m³N／hとなる。このうち、3割程度は改質器内の温度を
一定に保つために使われ、残りが改質され水素となる燃
料である。一方、改質器に供給する水蒸気や燃料電池に
供給する改質ガスを加湿するための水蒸気を、水蒸気発
生器で生成するためには、それぞれ108MJ、126MJの熱量
が必要となる。ここで、改質器からCOコンバータ間で放
熱する廃熱80MJ、燃料電池の燃料極から捨てられる廃水
素の熱量50MJを使用しても、さらに、100MJほどの熱量
が足りない。そのため、燃料であるメタン3．5m³N／hを
燃焼させて熱量を補っているので、システム全体の効率
が低下する。

【０００６】本発明の課題は、燃料電池システムに必要
な水蒸気を発生させる熱エネルギを低減して、全体の効
率を向上させることである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
本発明の燃料電池システムは、炭素系燃料を改質して改
質ガスを発生させる改質器と、この改質器から排出され
る改質ガス中のCOを低減するCO低減器と、このCO低減器
から排出される改質ガスと空気中の酸素とを反応させて
電気を発生する燃料電池とを備えてなり、改質器に供給
する酸化剤である空気を加湿する加湿器を設け、この加
湿器は、空気が通流される空筒容器と、この空筒容器内
に水を供給するノズルと、空筒容器内の下部に設けられ
た伝熱管とを有して形成され、この伝熱管に改質ガスと
CO低減器の少なくとも一方により加熱された熱媒を通流
することを特徴とする。

【０００８】すなわち、改質器に供給する酸化剤である
空気は、改質反応に必要な熱を得るために、燃料である
メタンを燃焼させるためのものであるから、空気はメタ
ンの数倍の量になる。一方、空気を加湿して水蒸気を保
有させるようにすると、水蒸気発生器により水蒸気を発
生させるのに比べて比較的低温で改質器に必要な水蒸気
量を供給できる。その結果、水蒸気の発生に必要な熱量
が減少し、燃料電池システム全体の効率が向上する。特
に、空気の加湿に要する熱量が少なくなり、しかも比較
的低温でよいから、燃料電池システムの系内の余剰熱で
ある改質ガスの顕熱やCO低減器の反応熱を利用すること
ができ、系外から補充しなくてもよいから熱効率が向上
する。

【０００９】この場合において、必要な加湿量に応じ
て、伝熱管に通流する熱媒の流量を制御する制御手段を
設けることが好ましい。これによれば、燃料電池の負荷
に対応して改質器に供給する水蒸気量を制御できる。つ
まり、加湿器内の水の温度を制御して、加湿器内の空気
の温度を制御することによって、空気の温度により決ま
る飽和水蒸気量を制御して、改質器に供給する水蒸気量
を制御するのである。

【００１０】また、加湿器に導入される前に、酸化剤で
ある空気を加湿する低温加湿器を設けて、二段加湿とす
ることが好ましい。この低温加湿器を、空気が通流され
る空筒容器と、この空筒容器内に水を供給するノズルと
を有し、空筒容器の底部の水を吸引して加湿器のノズル
に供給するポンプを設けたものとすることができる。二
段の加湿器とすることにより、加湿効率を向上させるこ
とができる。

【００１１】ここで、加湿器に水を供給するノズルを設
け、このノズルにより上部から水を噴霧状に散布し、空
気または改質ガスを空筒容器の下部より供給して、空筒
容器を通流させて加湿することが好ましい。また、ノズ
ルより注入した水を空筒容器の底部に滞留させ、空気ま
たは改質ガスを、液面から十分に下方の空筒容器の下部
から供給して、滞留水の中をバブリングさせるようにし
てもよい。

【００１２】また、加湿器から排出される加湿された空
気を、改質器から排出される改質ガスで加熱する熱交換
器を設けるようにすることができる。このようにすれ
ば、加湿空気の投入に起因する改質器内の温度の低下を
抑制でき、改質反応の効率の低下を低減できるので好ま
しい。

【００１３】ここで、CO低減器が、COを低減するCOコン
バータとCOを除去するCO選択酸化器で構成されている場
合は、上記加湿器に設ける伝熱管を、第一と第二の伝熱
管に分け、それぞれの伝熱管にCOコンバータとCO選択酸
化器により加熱された熱媒を各々通流するようにする。
このようにすると、COコンバータの反応熱と、CO選択酸
化器の反応熱と、改質ガスの顕熱とを酸化剤である空気
を加湿する加湿器内の水の加熱に利用でき、更に燃料電
池システムの効率が向上する。

【００１４】また、燃料電池から排出される冷却水を、
燃料電池の改質ガス入口側に設けた改質ガス加湿器に供
給することとし、その少なくても一部を空気の前記加湿
器の加湿水として供給するようにすることが好ましい。
このようにすると、燃料電池で加熱された水を利用でき
るので、燃料電池システムの効率が一層向上する。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の第一の実施の形態
を図面に基づいて説明する。図1は、本発明の第一の実
施の形態に係る燃料電池システムの構成図である。

【００１６】図1に示すように、燃料電池1は、燃料であ
る水素と空気中の酸素とを反応させて電気を発生させる
ものであり、例えば、固体高分子型が用いられる。この
燃料電池1を有する燃料電池システムは、燃料電池1の燃
料である水素を含む改質ガスを発生させる改質器3と、
この改質器3で発生させた改質ガス中のCOを低減するCO
コンバータ7及びCO選択酸化器9と、このCO選択酸化器9
から排出される改質ガスを加湿する改質ガス加湿器11と
を備え、この改質ガス加湿器11により加湿された改質ガ
スを燃料電池1に供給するように構成されている。改質
器3には、コンプレッサ13で圧縮された炭素系燃料の一
例であるメタンが、改質器3から排出される改質ガスの
流路に配設された伝熱管15によって加熱されて供給され
る。また、改質器3には、コンプレッサ16により圧縮さ
れた空気が、低温加湿器17と高温加湿器5によって加湿
され、改質器3から排出される改質ガスの流路に配設さ
れた伝熱管19によって加熱されて供給される。これら改
質ガス加湿器11、低温加湿器17、高温加湿器5には、燃
料電池1から排出される冷却水4が、加湿水として供給さ
れる。ここで、高温加湿器5に供給される水は、伝熱管2
4、29の中を通流する熱媒により加熱される。これらの
熱媒は、COコンバータ7とCO選択酸化器9に備えられた伝
熱管23、27によって加熱され、ポンプ35、37と熱媒制御
弁25、31を介して循環されている。

【００１７】本実施の形態の基本的な特徴は、改質器3
に酸化剤として供給する空気を低温加湿器17と高温加湿
器5によって加湿することにより、改質に必要な水蒸気
を供給することにある。また、それらの低温加湿器17、
高温加湿器5及び改質ガス加湿器11に用いる加湿水に、
燃料電池1から排出される冷却水4を用いたことにある。

【００１８】以下、本実施の形態の燃料電池システムの
詳細構成について、動作とともに説明する。まず、燃料
電池システムの基本的な動作について説明する。

【００１９】改質器3に供給されるメタンは、コンプレ
ッサ13で昇圧されて、改質ガスの流路に設けられた伝熱
管15で、例えば400℃に加熱され改質器3に供給される。
改質器用の空気は、コンプレッサ16で昇圧されて、低温
加湿器17と高温加湿器5とで加湿される。加湿された空
気は、改質ガスの流路に設けられた伝熱管19で例えば40
0℃に加熱され改質器3に供給される。この改質器3の内
部には、燃焼用触媒と改質触媒が充填されており、燃焼
用触媒によってメタンを空気で部分酸化することにより
発生する熱を利用して、改質触媒でメタンを水素に改質
する反応が進行する。この反応は以下のようである。

【００２０】CH₄＋2O₂ → CO₂＋2H₂O （1） CH₄＋H₂O ←→ CO＋3H₂ （2） CO＋H₂O ←→ CO₂＋H₂ （3）ここで、（2），（3）式の反応が、水素を生成する改質
反応である。この反応は例えば800℃以上で進行する反
応なので、改質ガスの改質器3の出口部における温度
が、800℃になるように空気量を制御している。また、
この反応は吸熱反応であるために、連続的な熱の供給が
必要となる。この熱を供給する反応が（1）式であり、
本手法は部分酸化法と呼ばれる。改質反応に必要となる
水蒸気量は、改質反応に寄与するメタンの2倍である
が、改質器3の内部の水蒸気濃度が低い場合、改質器3の
内部で固定炭素（すす）が発生し、触媒の性能低下、伝
熱管の伝熱性能の低下、各部の閉塞等の原因となる。そ
のため、通常はメタン量の3倍から4倍の量の水蒸気を供
給して、固定炭素の発生を抑えている。また、（2），
（3）式は平衡反応であり、改質器3から生成される改質
ガスはCO₂とH₂だけでなく、少量のCOを含んでいるが、
このCOは、燃料電池1において性能の低下の原因とな
る。そのため、燃料電池1に供給される前にCOを取り除
く必要があり、CO低減器であるCOコンバータ7とCO選択
酸化器9を備えている。改質器3を排出された改質ガス
は、伝熱管15、19でメタン、改質器用の空気をそれぞれ
加熱する。空気とメタンを加熱して温度が低下した改質
ガスは、COコンバータ7に供給される。COコンバータ7で
は、（3）式の反応を選択的に進める触媒を用いて、CO
とH₂OからH ₂に変換し、改質ガスのCOの濃度を1％以下に
してCO選択酸化器9に供給している。CO選択酸化器9で
は、改質ガスに残っている1％以下のCOを取り除くため
に、微量の空気を供給して、COだけを選択的に酸化する
触媒を用いてCOを CO₂に変化させ、改質ガスのCOの濃度
を数十ppmまで減少させて、改質ガス加湿器11に供給し
ている。COの低減された改質ガスは、改質ガス加湿器11
により燃料電池1の反応に必要な飽和水蒸気濃度に加湿
されて燃料電池1に供給される。

【００２１】この改質ガスが供給される燃料電池1は、
固体高分子型燃料電池（PEFC）であり、燃料極（アノー
ド）38と空気極（カソード）39とを有し、この両電極の
間に固体高分子膜40が挟まれるように備えられ形成され
ている。燃料極38に水素含有ガスである改質ガスを供給
し、空気極39に空気を供給する。これにより、アノード
部でイオン化した水素が、電解質膜である固体高分子膜
40を透過し、カソード部で酸素と反応して水になる。こ
のときに、両電極間に電気が発生する。ここで、固体高
分子膜40の中を水素が移動する際に、固体高分子膜40が
適度な湿り気を有している必要があるので、改質ガス中
の含有水蒸気量を飽和状態になるようにしている。ま
た、燃料電池1の発電効率は40％程度で、残りの60％は
熱に変換される。燃料電池1で使用される固体高分子膜4
0は熱に弱いために、100℃以下に保持する必要があり、
燃料電池1の図示しないセルに冷却水4が供給され燃料電
池1が冷却される。

【００２２】ここで、本実施の形態の燃料電池システム
の特徴部の詳細構成について、動作とともに説明する。
改質ガス改質器11の実施の形態を図2に示す。図示のよ
うに、改質ガス加湿器11は、改質ガスが通流される空筒
容器41を有し、この空筒容器41の上部にノズル43を備え
て形成されている。燃料電池1を冷却した水は、ポンプ2
0によりノズル43に供給されて、上方より噴霧状に散布
され改質ガスを加湿する。ここで、改質ガスの加湿に寄
与しなかった水は、空筒容器41の底部に滞留するが、ポ
ンプ21により排出されるようになっている。このように
構成されることから、例えば50℃の冷却水4を、燃料電
池1に36L／minで供給すると、約80℃の水が燃料電池1か
ら排出される。燃料電池1を冷却して約80℃となった水
は、改質ガス加湿器11に供給される。ここで、改質ガス
加湿器11に供給される前の改質ガスは、温度が80℃、水
蒸気濃度が23％である（図6参照）。この改質ガスを改
質ガス加湿器11により80℃の飽和蒸気濃度（47％）に加
湿する。このとき、燃料電池1より供給された約80℃の
水は、蒸発潜熱の熱量を失い約66℃となって排出され
る。

【００２３】次に、本実施の形態の特徴部である低温加
湿器17と高温加湿器5まわりの構成について説明する。
低温加湿器17と高温加湿器5は、図3に示す実施の形態の
ように構成することができる。図示のように、低温加湿
器17は、空筒容器51を有し、この空筒容器51の上部にノ
ズル53を備えて形成されている。このノズル53には、ポ
ンプ21によって水が供給され、この水は空筒容器51の底
部より排出されるが、一部がポンプ22により高温加湿器
5に供給されるようになっている。また、空筒容器51の
底部からは、コンプレッサ16により空気が供給され、供
給された空気は上部から排出されるようになっている。
一方、高温加湿器5は、空筒容器61を有し、この空筒容
器61の上部にノズル63と、下部に伝熱管24、29を備えて
形成されている。低温加湿器17より排出された空気は、
空筒容器61の底部に供給され、上部より排出される。ま
た、ポンプ22より空筒容器61に供給された水は、循環ポ
ンプ65によりノズル63に供給されるようになっている。
伝熱管24、29は、COコンバータに備えられた伝熱管23と
CO選択酸化器に備えられた伝熱管27とそれぞれ連結さ
れ、熱媒である水の循環流路が形成されている。この伝
熱管23と伝熱管24で形成される循環流路に熱媒制御弁25
とポンプ35とが挿入され、伝熱管27と伝熱管29で形成さ
れる循環流路に熱媒制御弁31とポンプ37とが挿入されて
いる。

【００２４】このように構成されることから、低温加湿
器17と高温加湿器5は、改質器3に供給される空気を加湿
して、改質反応に必要な水蒸気を改質器3に供給するこ
とができる。これらの加湿器で使用される加湿用の水
は、燃料電池の冷却水であり、例えば50℃の水を冷却水
4として、燃料電池に36L／minで供給すると、80℃の水
が燃料電池1から排出される。この水は、改質ガス加湿
器11に供給され、蒸発潜熱の熱量を失い、66℃となり、
ポンプ21により低温加湿器17に供給される。低温加湿器
17に供給された水は、ノズル53から噴霧状に散布され空
気を加湿する。この散布された水は、蒸気になる際に潜
熱を吸熱するために温度が低下する。その温度は、供給
する空気の量と水の量との比によって決まるが、60℃程
度となり、空気に含まれる水蒸気の濃度は20〜25％とな
る。ここで、空気の加湿に寄与しなかった水は、空筒容
器51の底部に滞留する。この滞留している水の一部は、
ポンプ22により高温加湿器5に供給される。ここで、ポ
ンプ22により供給される水の量は、空筒容器61内に滞留
する水の量が一定になるように調整されている。高温加
湿器5に供給されない他の水は、空筒容器51の底部より
排出され、図示しない廃熱回収器に供給される。低温加
湿器17より排出された水は、廃熱回収器により熱回収が
行われて温度が例えば50℃となり、再び燃料電池1の冷
却水4として利用される。

【００２５】一方、低温加湿器17からポンプ22により高
温加湿器5に供給された水は、空筒容器61の底部に滞留
し、空筒容器61の下部に備えられた伝熱管24、29により
例えば80〜85℃に加熱される。この加熱された水は、循
環ポンプ65によりノズル63に供給されて、上方より噴霧
状に散布され、低温加湿器17によって加湿された空気を
更に加湿する。この加湿に寄与しなかった水は、空筒容
器61の底部に滞留される。定常状態では、改質器3に供
給する水蒸気量を燃料の3倍と設定しているので、空筒
容器61内の温度は80℃に設定している。これは、高温加
湿器5内の温度と、空気に加湿される水蒸気量との関係
（図4参照）に基づいて決めた設定値である。

【００２６】ここで、加湿により高温加湿器5で添加で
きる水蒸気の量は、高温加湿器5内の温度によって変化
するので、起動時及び負荷変動時において、S／C（水蒸
気量／燃料量）を変える必要がある場合は、この高温加
湿器5内の温度を変えることで対応できる。例えば、80
℃の場合、水蒸気の濃度は約47％となり、改質器3に供
給する水蒸気量に対するメタン量の比（S／C）＝3．0相
当の水蒸気を添加することとなる。このように、起動時
及び負荷変動時において、S／C（水蒸気量／燃料量）を
変える必要がある場合は、COコンバータ7やCO選択酸化
器9と高温加湿器5との熱交換量を調整すること対応でき
る。つまり、高温加湿器5に備えられた伝熱管24、29を
通流する熱媒の流量を熱媒制御弁25、31で制御すること
により、高温加湿器5内の温度を制御して、空気に添加
する水蒸気量を調整することができる。

【００２７】ここで、COコンバータ7は、伝熱管23と伝
熱管24とを通流する熱媒の流量を熱媒制御弁25により制
御することで、COコンバータ7から回収する熱量と高温
加湿器5に供給する熱量を制御して、それぞれの温度を
調節できるようにしている。COコンバータ7に充填され
た触媒の稼動温度は、一般に150℃〜250℃なので、COコ
ンバータ7内の温度が稼動温度になるように熱媒の流量
を制御して回収熱量を調整する。ここでは、改質ガスの
流路において、COコンバータ7の下流にあるCO選択酸化
器9の触媒の稼動温度範囲が一般に150℃以下であるの
で、COコンバータ7の出口部において改質ガスの温度が1
50℃になるように伝熱管23を通流する熱媒の流量を制御
して、回収熱量を調整している。なお、このCOコンバー
タ7の反応は、発熱反応であるため、この反応熱も熱媒
により回収され、高温加湿器5を加熱するために利用で
きる。

【００２８】また、CO選択酸化器9は、伝熱管27と伝熱
管29とを通流する熱媒の流量を熱媒制御弁31により制御
することで、CO選択酸化器9から回収する熱量と高温加
湿器5に供給する熱量を制御して、それぞれの温度を調
節できるようにしている。CO選択酸化器9に充填された
触媒の動作温度は、一般には150℃以下であり、CO選択
酸化器9内の温度が稼動温度になるように熱媒の流量を
制御して回収熱量を調整する。ここでは、燃料電池1に
供給する改質ガスの温度は例えば80℃が望ましいため、
CO選択酸化器9の出口部において改質ガスの温度が、80
℃になるように熱媒の流量を制御している。具体的に
は、CO選択酸化器9の出口部の図示しないガス温度計の
指示値をもとに、伝熱管27を通流する熱媒の量を制御し
ている。なお、このCO選択酸化器9の反応は、発熱反応
であるため、この反応熱も熱媒により回収され、高温加
湿器5を加熱するために利用できる。そのため、空気と
改質ガスを加湿する水の加熱に系内の余剰熱が利用で
き、運転に必要な水蒸気を得るために、投入する燃料の
例えば19％に相当する量の燃料を余分に投入していたも
のをなくすことができる。

【００２９】このような構成とすることにより、反応に
使用される空気や改質ガスを加湿して、システムの運転
に必要な水蒸気を供給できるので、水蒸気の発生に必要
な熱エネルギが低減されて、燃料電池システム全体の効
率を向上させることができる。また、燃料電池1で発生
する反応熱と、改質ガスの顕熱と、COコンバータ7の反
応熱と、CO選択酸化器9の反応熱とを、空気を加湿する
熱として利用できるようにしたため、系外からの熱量の
供給を必要とせず、反応に必要な水蒸気を供給すること
ができ、燃料電池システム全体の効率を一層向上させる
ことができる。また、高温加湿器5に備えられた伝熱管2
4、29に通流される熱媒の流量を、熱媒制御弁25、31に
より制御できるようにしたため、改質器3に供給する水
蒸気の量を運転負荷に応じて調整できる。更に、改質器
3に供給する空気を、低温加湿器17と高温加湿器5とによ
り二段階で加湿するようにしたため、加湿効率を向上さ
せることができる。

【００３０】また、上記第一の実施の形態の改質ガス加
湿器11、低温加湿器17、高温加湿器5の加湿器に代え
て、図5に示す加湿器のように構成することができる。
すなわち、同図に示すように、空筒容器73に水を滞留さ
せ、その滞留させた水の水面の十分に下方から、被加湿
気体を水の中にバブリングするようにして加湿してもよ
い。また、空気の加湿は、低温加湿器17と高温加湿器5
の二段としたが、これに限らず、一段でも三段以上でも
よい。

【００３１】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、燃
料電池システムに必要な水蒸気を発生させる熱エネルギ
を低減して、全体の効率を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の燃料電池システムの主要部の一実施形
態を示す構成図である。

【図２】改質ガス加湿器の一実施形態を示す図である。

【図３】低温加湿器と高温加湿器の一実施形態を示す構
成図である。

【図４】高温加湿器における高温加湿器内の温度と加湿
できる水蒸気との関係を示す図である。

【図５】加湿器の他の一実施形態を示す図である。

【図６】CO選択酸化器を排出された改質ガスのガス組成
の一例を示す図である。

【符号の説明】

１燃料電池３改質器５高温加湿器７ COコンバータ９ CO選択酸化器１１改質ガス加湿器１７低温加湿器１９、２３、２４、２７、２９伝熱管２０、２１、２２、３５、３７ポンプ２５、３１熱媒制御弁

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者加来宏行広島県呉市宝町３番36号バブコック日立株式会社呉研究所内Ｆターム(参考） 5H026 AA06 5H027 AA06 BA01 BA06 BA17 MM14

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】炭素系燃料を改質して水素を含む反応ガ
スを発生させる反応器と、前記反応器から排出される前
記反応ガス中のCOを低減するCO低減器と、前記CO低減器
から排出される反応ガスと酸素含有ガスとを反応させて
電気を発生する燃料電池とを備えてなる燃料電池システ
ムにおいて、前記反応器に供給する酸化剤を加湿する加
湿器を設け、前記加湿器は、前記酸化剤が通流される空
筒容器と、該空筒容器内に水を供給するノズルと、前記
空筒容器内の下部に設けられた伝熱管とを有して形成さ
れ、前記伝熱管に前記反応ガスと前記CO低減器の少なく
とも一方により加熱された熱媒を通流させることを特徴
とする燃料電池システム。
【請求項２】前記伝熱管に通流する熱媒の流量を、前
記酸化剤の加湿量に応じ制御する制御手段を設けたこと
を特徴とする請求項1に記載の燃料電池システム。
【請求項３】前記加湿器に導入される前に酸化剤を加
湿する低温加湿器を設け、該低温加湿器は、前記酸化剤
が通流される空筒容器と、該空筒容器内に水を供給する
ノズルとを有してなり、前記空筒容器の底部の水を吸引
して前記加湿器の前記ノズルに供給するポンプを設けて
なることを特徴とする請求項1または2に記載の燃料電池
システム。
【請求項４】前記加湿器から排出される加湿された酸
化剤を、前記反応器から排出される反応ガスで加熱する
熱交換器を設けたことを特徴とする請求項1乃至3のいず
れかに記載の燃料電池システム。
【請求項５】炭素系燃料を改質して水素を含む反応ガ
スを発生させる反応器と、前記反応器から排出される前
記反応ガス中のCOを低減するCOコンバータと、前記COコ
ンバータから排出される反応ガス中のCOを除去するCO除
去器と、前記CO除去器から排出される反応ガスと酸素含
有ガスとを反応させて電気を発生する燃料電池とを備え
てなる燃料電池システムにおいて、前記反応器に供給する酸化剤を加湿する第一と第二の加
湿器と、前記反応器から排出される反応ガスの流路に設けられ、
第二の加湿器から排出された酸化剤を加熱する熱交換器
と、前記燃料電池に供給される反応ガスを、該燃料電池から
排出される冷却水により加湿する反応ガス加湿器とを有
し、前記第一の加湿器は、前記酸化剤が通流される第一の空
筒容器と、該第一の空筒容器内に水を供給する第一のノ
ズルとを有し、該第一のノズルに前記反応ガス加湿器か
ら排出された水が供給され、前記第二の加湿器は、前記第一の加湿器により加湿され
た酸化剤が通流される第二の空筒容器と、該第二の空筒
容器内に水を供給する第二のノズルと、前記第二の空筒
容器内の下部に設けられた第一と第二の伝熱管とを有
し、前記第二のノズルに前記第一の加湿器に滞留する水
の少なくとも一部が供給され、前記第一と第二の伝熱管
は、各々前記COコンバータと前記CO除去器とにより加熱
された熱媒を通流し、該熱媒の流量は、前記酸化剤の加
湿量に応じて制御されることを特徴とする燃料電池シス
テム。