JP2002083617A - 燃料電池用燃料ガスの生成システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 燃料電池システムの小型化を図る。 【解決手段】 炭化水素化合物を改質して水素リッチな
燃料電池用燃料ガスを生成するシステムを構成する。改
質部において生成された水素を、水素分離膜を用いて分
離部に抽出し、水蒸気を含むパージガスによって燃料電
池に供給する。この際、燃料電池の上流側に設けた第１
の水分調整部でパージガス中の過剰な水分を水蒸気のま
ま吸収する。燃料電池のアノードオフガスには、第２の
水分調整部から水蒸気を放出し、パージガスとして利用
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、所定の原料から燃
料電池に供給される水素ガスを生成する燃料ガス生成シ
ステムに関する。

【０００２】

【従来の技術】水素イオンを透過する電解質層を挟んで
水素極と酸素極とを備え、水素極と酸素極でそれぞれ次
の反応式で表される反応を生じさせることによって、起
電力を発生する燃料電池が提案されている。 水素極：Ｈ₂→２Ｈ⁺＋２ｅ^- 酸素極：（１／２）Ｏ₂＋２Ｈ⁺＋２ｅ^-→Ｈ₂Ｏ

【０００３】こうした燃料電池を電源として利用するシ
ステムにおいては、水素極側に水素ガスを供給する必要
がある。水素ガスの供給には、水素吸蔵合金などを利用
して貯蔵された水素ガスを直接利用する方法と、燃料と
して用意されたメタノールおよび天然ガスなどの炭化水
素化合物から改質反応により取り出された水素を利用す
る方法とがある。天然ガスなどの燃料は、複数の反応に
よって段階的に水素リッチな燃料ガスに分解される。

【０００４】第１段階の反応は、改質反応と呼ばれ、次
式（１）（２）で表される。 Ｃ_nＨ_m＋ｎＨ₂Ｏ →ｎＣＯ＋（ｎ＋ｍ／２）Ｈ₂ …（１）； Ｃ_nＨ_m＋ｎ／２Ｏ₂ →ｎＣＯ＋ｍ／２Ｈ₂ …（２）； 改質反応では、一酸化炭素が生成される。

【０００５】第２段階の反応は、改質反応で生成された
一酸化炭素を水蒸気を利用して酸化するとともに水素を
生成する反応である。この反応は、シフト反応と呼ば
れ、次式（３）で表される。 ＣＯ＋Ｈ₂Ｏ→Ｈ₂＋ＣＯ₂ …（３）；

【０００６】場合によっては、この後に第３段階の反応
としてＣＯ酸化反応を行わせる場合がある。燃料ガスに
一酸化炭素が混入していると、電極が一酸化炭素により
被毒して安定した反応が阻害されるという弊害が生じる
おそれがある。ＣＯ酸化反応は、シフト反応で酸化され
ずに残った一酸化炭素に酸素を供給して、より確実に酸
化するための処理である。なお、シフト反応までで生成
された水素を分離して供給する構成も知られているが、
かかる場合においても、有毒なガスである一酸化炭素の
排出を抑えるため、水素が分離された残余のガスに対し
てＣＯ酸化反応を施す場合もある。

【０００７】このように化学反応を経て生成された水素
を用いる燃料電池システムでは、供給される燃料ガス中
の水素分圧を高めるとともに、燃料ガス中に水素以外の
有害成分が含まれることを回避する目的から、水素を分
離する機構を備えるシステムが提案されている。図９
は、従来技術としての燃料電池システムの概略構成を示
す説明図である。このシステムでは、原料タンク１０
０、水タンク１３０から蒸発器１１２を介して改質部１
１６に原料、水を供給する。改質部１１６において改質
反応により生成された水素は、水素分離膜１１８を用い
て分離部１２０に分離される。この際、水素の分離を効
率的に行うために、分離部には水タンク１３０の水を用
いて蒸発器１３２で生成された水蒸気が、水素運搬用ガ
ス（以下、「パージガス」と呼ぶ）として供給される。
分離部１２０に分離された水素は、パージガスとともに
凝縮器１２６に供給され、ここで余剰の水分が凝縮水と
して除去された後、燃料電池１２８に供給される。改質
部１１６で生成されたガスのうち、水素が分離された未
透過ガスは、燃焼部１２２で一酸化炭素および残った水
素が酸化された後、排気される。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の燃料電
池システムでは、水素運搬用の大量の水蒸気を生成する
ための大型の蒸発器や、過剰な水分を除去するための大
型の凝縮器を必要とし、燃料電池システムの大型化を招
いていた。近年では、燃料電池を車両などに搭載するこ
とも検討されている。かかる観点から、燃料電池システ
ムの大型化は特に看過し得ない課題と言える。

【０００９】本発明は、上述の課題を解決するためにな
されたものであり、燃料電池システムの小型化を図るこ
とを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段およびその作用・効果】上
述の課題の少なくとも一部を解決するため、本発明で
は、以下の構成を採用した。本発明の燃料ガス生成シス
テムは、化学的工程を経て所定の原料から水素を含有す
る混合ガスを生成する化学反応部と、前記混合ガスから
水素を分離する水素分離部と、前記水素分離部で分離さ
れた水素を運搬するための運搬用ガスを供給する運搬用
ガス供給部とを備え、燃料電池に供給する水素リッチな
燃料ガスを生成する燃料ガス生成システムであって、前
記運搬用ガスは、水蒸気を含み、前記運搬用ガス供給部
は、前記燃料電池の上流側に設けられ、前記運搬用ガス
中の水分を吸収するための第１の水分調整部と、前記燃
料電池から排出されるオフガスを前記運搬用ガスとして
前記水素分離部に供給するオフガス供給機構と、を備え
ることを要旨とする。

【００１１】本発明では、燃料ガスが供給される燃料電
池のアノードにおいて、水素イオンの移動を助ける等の
理由から水蒸気を含むパージガスを用いている。しか
し、燃料ガス中に過剰に水蒸気が存在する場合には、水
蒸気が電極内部で結露し、発電効率を低下させる。本発
明では、燃料電池に供給する前に第１の水分調整部によ
りパージガス中の水分を吸収することができるので、こ
の発電効率の低下を回避することができる。また、パー
ジガス中の過剰な水分を除去するための凝縮器が不要で
あるので、燃料電池システムの小型化を図ることができ
る。また、燃料電池から排出されるオフガスをパージガ
スとして再利用するので、パージガスを生成するための
機構を小型化し、燃料電池システムの小型化を図ること
ができる。なお、所定の原料としては、水素原子が含有
された種々の化合物、例えば、ガソリンや、メタノール
等のアルコール、エーテル、アルデヒド等の炭化水素化
合物を用いることができる。

【００１２】本発明の燃料ガス生成システムであって、
前記オフガス供給機構は、前記オフガス中に水分を放出
するための第２の水分調整部を備えるようにしてもよ
い。

【００１３】こうすることによって、パージガスとして
の水蒸気を発生させるための機構を従来よりも小型化す
ることができる。この結果、燃料ガス生成システムの小
型化を図ることができる。

【００１４】上記燃料ガス生成システムにおいて前記第
１および第２の水分調整部は、環境条件によって水分吸
収特性が変動する物質を有し、前記第１の水分調整部の
環境条件を前記運搬用ガス中の水分を吸収するように調
整する第１の環境条件調整部と、前記第２の水分調整部
の環境条件を前記オフガス中に水分を放出するように調
整する第２の環境条件調整部と、を備えるようにしても
よい。

【００１５】環境条件には、温度や圧力などがある。例
えば、温度によって水分吸収特性が変動する物質には、
ゼオライト（沸石）がある。ゼオライトは、その温度に
よって水分子との結合エネルギーが異なり、可逆脱水性
を有している。ゼオライトと水分子は、低温では結合し
やすく、高温では分離しやすい。即ち、ゼオライトは、
低温では水分を吸収しやすく、高温では水分を放出しや
すい。このような性質を有する物質を第１の水分調整部
および第２の水分調整部に用いることによって、パージ
ガス中およびオフガス中の水分量を調整することができ
る。

【００１６】環境条件調整部としては、例えば、一態様
として温度調整器を用いることができる。温度調整器の
温度を制御することによって、パージガス中の水分の吸
収とオフガスへの水分の放出とを制御することが可能で
ある。つまり、ゼオライトは、１００℃以上でも前述し
た性質を有するため、第１の水分調整部と第２の水分調
整部の温度を制御すれば、１００℃以上の高い温度範囲
においても水分の吸収および放出を制御することができ
る。

【００１７】上記燃料ガス生成システムにおいて、前記
第１の水分調整部と前記第２の水分調整部の前記燃料電
池に対する配置および動作状態を相互に入れ換える入換
機構と、前記第１または第２の水分調整部における含水
量に関与するパラメータに応じて前記入換機構を制御す
る入換制御部と、を備えるようにしてもよい。

【００１８】入換機構としては、第１の水分調整部と第
２の水分調整部とをユニットで入れ換えてもよいし、切
換えバルブを用いて、水分を吸収した第１の水分調整部
を第２の水分調整部として利用できるようにガス流路を
切換えると同時に、水分を放出した第２の水分調整部を
第１の水分調整部として利用できるようにガス流路を切
換えてもよい。この切換えの制御は、第１の水分調整部
および第２の水分調整部における含水量に関与するパラ
メータ、例えば、ガスまたは第１および第２の水分調整
部の温度や、ガスの湿度や圧力、第１または第２の水分
調整部に流れたガスの流量に応じて行う。これらのパラ
メータと第１の水分調整部および第２の水分調整部の含
水量との関係を、予め実験または解析により知見を得て
おくことにより、第１の水分調整部の水分が飽和した
り、第２の水分調整部の水分が乾燥する前に切換えを行
うことが可能である。こうすることにより、水分吸収部
と水分放出部の間で繰り返し水分の移動が可能となる。
この結果、パージガスとしての水蒸気の原料となる水を
蓄えるためのタンクを小型化することができ、燃料電池
システムの小型化を図ることができる。また、水分吸収
部と水分放出部の交換が不要となる効果もある。

【００１９】本発明のの燃料ガス生成装置において、前
記燃料電池のオフガスは、前記燃料電池のアノードから
排出されるアノードオフガスであるものとしてもよい。

【００２０】燃料電池のアノードから排出されるアノー
ドオフガスをパージガスとして用いることによって、燃
料ガス中の水素のうち発電に利用されなかった水素をパ
ージガスとして利用しつつ燃料電池に再度供給すること
ができるから、水素を無駄なく使用できる。

【００２１】本発明は、燃料電池システムとしての態様
の他、種々の態様で構成可能である。例えば、上述した
燃料ガス生成システムと、該燃料ガス生成システムによ
り生成された燃料ガスの供給を受けて発電を行う燃料電
池とを備える燃料電池システムとして構成することがで
きる。また、燃料ガスの生成方法としての態様で構成す
ることもできる。

【００２２】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について、実
施例に基づき以下の順序で説明する。 Ａ．燃料電池システム： Ｂ．ガス中の水分量調整： Ｃ．変形例：

【００２３】Ａ．燃料電池システム：図１は、実施例と
しての燃料電池システムの概略構成を示す説明図であ
る。この燃料電離システムは、原料タンク１０に蓄えら
れた原料を、分解して水素リッチな燃料ガスを生成する
燃料ガス生成システムと、生成された燃料ガス中の水素
と、空気中の酸素とを用いた電気化学反応により起電力
を得る燃料電池２８とから構成される。

【００２４】燃料電池２８は、リン酸型や溶融炭酸塩型
など種々のタイプの燃料電池を適用可能であるが、本実
施例では、比較的小型で発電効率に優れる固体高分子膜
型の燃料電池を適用した。燃料電池２８は、電解質膜、
カソード、アノード、およびセパレータとから構成され
るセルを複数積層して構成されている。電解質膜は、フ
ッ素系樹脂などの固体高分子材料で形成されたプロトン
伝導性のイオン交換膜である。カソードおよびアノード
は、共に触媒、カーボン、撥水性材料等の混合物からな
る電気化学反応を起こさせる反応層と、炭素繊維を織成
したカーボンクロスからなるガス拡散層により形成され
ている。セパレータは、カーボンを圧縮してガス不透過
とした緻密質カーボン、あるいは耐蝕性金属等のガス不
透過の導電性部材により形成されている。カソードおよ
びアノードとの間に燃料ガスおよび酸化ガスの流路を形
成する。酸化ガスは圧縮した空気が用いられ、燃料ガス
は原料タンク１０に貯蔵された原料から以下に説明する
燃料ガス生成システムにより生成される。

【００２５】原料から燃料ガスを生成するための燃料ガ
ス生成システムの概略構成は、次の通りである。原料に
は、ガソリンや、メタノール等のアルコール、エーテ
ル、アルデヒド等の炭化水素化合物が用いられる。原料
は水タンク３０から供給される水とともに、蒸発器１２
を通過して気化された状態で、あるいは直接噴霧するこ
とにより、化学的工程を施す化学反応部に供給される。
本実施例では、化学反応部として、先に式（１）（２）
で示した改質反応を施す改質部１６、燃焼部２２の２つ
のユニットを備える。

【００２６】改質部１６には、原料ガスに応じて、改質
反応を促進する触媒が担持されている。天然ガスを原料
ガスとする場合には、例えばニッケル触媒やロジウム貴
金属を改質触媒として用いることができ、メタノールを
原料として用いる場合には、ＣｕＯ−ＺｎＯ系触媒、Ｃ
ｕ−ＺｎＯ系触媒などが有効であることが知られてい
る。

【００２７】燃料ガス生成システムには、生成過程のガ
スから水素を分離するための機構が設けられている。こ
の機構は、改質部１６と一体的に構成されており、水素
分離膜１８を改質部１６と分離部２０で挟んだ構成とな
っている。水素分離膜１８は、パラジウムなどの水素選
択透過性を有する金属で構成された膜である。水素分離
膜１８は、パラジウム金属単体で構成することも可能で
あるが、本実施例では、セラミックで構成された多孔質
支持体の細孔中にパラジウムの微粒子を担持させて形成
された膜を用いた。本実施例の水素分離膜１８の構造に
ついて説明する。

【００２８】図２は水素分離膜１８の断面図である。本
実施例の水素分離膜１８は水素分離金属が担持された厚
さ０．１ｍｍ〜５ｍｍの多孔質支持体である。図示する
通り、水素分離膜１８の内部では多孔質支持体を構成す
るセラミック微粒子１８Ｂが数百Å程度の間隔を空けて
存在しており、細孔を形成している。この細孔内部に水
素分離金属であるパラジウム微粒子１８Ｃが担持されて
いる。図示の都合上、パラジウム微粒子１８Ｃは散在す
るように示されているが、実際には、多孔質支持体の細
孔を内部で塞ぐ程度に密に担持されている。但し、必ず
しも全ての細孔を塞いでいるとは限らない。水素を含有
する混合ガスが、セラミック微粒子１８Ｂの隙間を通過
する際に、パラジウム微粒子１８Ｃで塞がれたいずれか
の細孔を必然的に通過する程度に、パラジウム微粒子１
８Ｃが担持されていればよい。なお、担持する金属とし
ては、水素を選択的に透過する性質を有する種々の物質
を適用でき、パラジウムと銀の合金や、ランタンとニッ
ケルの合金などを用いることができる。また、セラミッ
ク微粒子としては、アルミナ、窒化珪素、シリカ等を用
いることができる。かかる水素分離膜１８は、予め形成
された多孔質支持体にパラジウム微粒子１８Ｃを溶かし
た溶剤を含浸させて焼成する含浸担持法や、多孔質支持
体を構成するセラミック微粒子とパラジウム微粒子を混
合したポリマーを焼成する方法などによって製造するこ
とができる。

【００２９】改質部１６で改質反応によって生成された
水素は、分離部２０との水素分圧差によって水素分離膜
１８を分離部２０側に通過する。水素以外のガスは水素
分離膜１８を通過し得ないため、燃焼部２２に供給され
る。本実施例では、分離部２０には、パージガスとして
水蒸気が供給され、水素の抽出を助けている。燃料ガス
生成システムには、水を蓄えるための水タンク３０が備
えられており、ここから供給される水が蒸発器３２で水
蒸気に気化されて分離部２０に供給される。また、後述
する第２の吸湿材４８から放出される水蒸気を含むアノ
ードオフガスもパージガスとして分離部２０に供給され
る。原料の一部は上流側から改質部１６，水素分離膜１
８，分離部２０と通過し、残りの未透過ガスは改質部１
６、燃焼部２２と通過することになる。

【００３０】図３は分離機構の概略構成を示す説明図で
ある。図中にハッチングを付して示した水素分離膜１８
を挟んで、上方に改質部１６、下方に分離部２０を示し
た。改質部１６には、図示する方向に原料ガスが供給さ
れ、内部で改質反応が生じる。その過程で生成された水
素は、逐次、水素分離膜１８を通って分離部２０側に抽
出される。下流側に排出された未透過ガスは、改質部１
６の下流に位置する燃焼部２２に供給され、燃焼が行わ
れる。

【００３１】パージガスは、改質部１６の全圧よりも分
離部２０の全圧が高くなるか若しくは等しい条件下で供
給される。但し、分離部２０の水素分圧は改質部１６よ
りも低い。このような圧力条件でパージガスを供給する
ことにより、水素分離膜１８にピンホールが存在する場
合でも、改質部１６で発生した一酸化炭素が分離部２０
側にリークするのを抑制することができる。また、この
ようなピンホールが存在すると、分離部２０側から改質
部１６側にパージガス中の水蒸気が通過し、改質反応に
供される利点もある。なお、水素分離効率の観点から
は、改質部１６の全圧が分離部２０の全圧よりも高いこ
とが望ましい。ピンホールが存在する可能性が低い場合
には、かかる圧力条件を適用してもよい。分離機構での
圧力条件は、特に断らない限り、以下の各実施例で同様
である。

【００３２】図３に示す通り、本実施例では、原料ガス
の流れ方向と、パージガスの流れ方向とを対向させるも
のとした。一般に水素分離膜１８での水素透過性能は、
改質ガスの供給面となる改質部１６側の面と、分離部２
０側の面との水素分圧差に依存する。改質部１６では、
下流に行くほど改質反応が進むため、水素分圧が高くな
る。一方、分離部２０では、上流ほどパージガス中の水
素分圧が低くなる。従って、両者の流れを対向させ、改
質部１６を流れる原料ガスの下流側と分離部２０を流れ
るパージガスの上流側とを近傍に位置させることによっ
て、この部位での水素分圧差を非常に大きくすることが
できる。この結果、水素の分離を効率的に行うことが可
能となる。

【００３３】図１に戻り、燃料ガス生成システムの概略
構成について引き続き説明する。燃料電池２８の上流側
および下流側には、パージガス中の水分量およびアノー
ドオフガス中の水分量を調整するための第１の吸湿材４
６と第２の吸湿材４８が備えられている。２つの吸湿材
４６，４８の上流と下流側には、それぞれ切換えバルブ
４２，４４が備えられている。これらを切換えることに
より、パージガスおよびアノードオフガスをいずれの吸
湿材を通過させるかが選択される。

【００３４】図４は、図１で破線で囲った吸湿材部の内
部でのガスの流れを示す説明図である。パージガスが第
１の吸湿材４６を通過するときは、アノードオフガスは
第２の吸湿材４８を通過するように、また、パージガス
が第２の吸湿材４８を通過するときは、アノードオフガ
スは第１の吸湿材４６を通過するように、２つの切換え
バルブ４２，４４が設けられている（図４（ａ），
（ｂ））。

【００３５】第１および第２の吸湿材４６，４８の上流
側には、第１の熱交換器３４と第２の熱交換器３６が備
えられている。本実施例では、第１の熱交換器３４は１
５０℃に設定されており、第２の熱交換器３６は３００
℃に設定されている。

【００３６】ここで、吸湿材の水分吸収についての温度
特性について説明する。本実施例の吸湿材には、ゼオラ
イトが用いられている。図５は、ゼオライトの水分吸収
についての温度特性を示す説明図である。図示するよう
に、温度が高いほど水分の吸着量が少なくなる。温度が
１５０℃のときは、比較的水分の吸着量が多く、温度が
３００℃のときは、比較的水分の吸着量が少ない。即
ち、１５０℃のゼオライトは、比較的水分を吸収しやす
く、３００℃のゼオライトは、比較的水分を放出しやす
い。

【００３７】パージガスが第１の吸湿材４６を通過し、
アノードオフガスが第２の吸湿材４８を通過するように
切換えバルブ４２，４４が選択されているとき、パージ
ガスは、第１の熱交換器３４で１５０℃に冷却され、第
１の吸湿材４６で水分の吸収が行われて、燃料ガスとし
て燃料電池２８に供給される。燃料ガス中の水蒸気を除
去してから燃料電池２８に供給することにより、燃料電
池２８の電極での結露を回避することができ、燃料電池
２８での発電を安定させることができる。アノードオフ
ガスは、第２の熱交換器３６で３００℃に加熱され、第
２の吸湿材４８を加熱し、水蒸気を放出させ、この水蒸
気とともに再度パージガスとして分離部２０に供給され
る。

【００３８】分離部２０に分離されずに残った未透過ガ
スは、改質部１６から燃焼部２２に供給される。先に式
（１）（２）で示した通り、改質反応では水素の他に一
酸化炭素が生成される。未透過ガスには一酸化炭素が多
く含まれることになる。燃焼部２２は、この未透過ガス
を燃焼することにより一酸化炭素を二酸化炭素に酸化
し、分離されずに残った水素を水蒸気に酸化する。燃焼
時の熱は、原料の加熱等に利用される。本実施例では、
水素を一旦分離した後の未透過ガスを燃焼するため、生
成された水素の大部分は酸化されずに燃料ガスに活用さ
れる。こうして、燃料電池２８の電極を被毒する有害な
物質である一酸化炭素の濃度が十分に低減され、窒素、
水蒸気、二酸化炭素、若干の酸素を含有したガスが生成
される。このガスは、大気中に排気される。

【００３９】Ｂ．バルブの切換え制御：次に、切換えバ
ルブ４２，４４の切換え制御について説明する。分離部
２０から吸湿材にいたるパージガスのラインには、流量
計４０が備えられている。ガスの温度、圧力、流量と吸
湿材の水分吸収量との関係は、予め実験によって分かっ
ている。本実施例では、パージガスおよびアノードオフ
ガスの温度は、１５０℃および３００℃に設定されてい
る。また、パージガスの圧力も予め設定されている。従
って、吸湿材へパージガスを流し始めてからのトータル
流量がどれだけになれば吸湿材の水分吸収が飽和する
か、吸湿材へアノードオフガスを流し始めてからのトー
タル流量がどれだけになれば吸湿材が乾燥するかが分か
っている。切換えバルブ４２，４４の切換えは、流量計
４０を通過したパージガスのトータル流量に応じて行わ
れる。

【００４０】図６は、２つの切換えバルブ４２，４４の
切換え処理の流れを示すフローチャートである。切換え
バルブ４２，４４が図４（ａ）の状態にあり、流量計４
０を流れたパージガスのトータル流量は０であるものと
する。燃料電池システムが稼動し、パージガスが流れ始
めると、流量計４０はパージガスの流量Ｑを測定する
（ステップＳ１００）。そして、流量Ｑと測定時間間隔
からトータル流量Ｑtotalが算出される（ステップＳ１
２０）。この間、第１の吸湿材４６には、パージガス中
の水分が吸収される。一方、第２の吸湿材４８からは水
分が放出される。トータル流量Ｑtotalが所定の閾値以
上になると（ステップＳ１４０）、第１の吸湿材４６の
水分吸収量が飽和したと判断されるため、２つの切換え
バルブ４２，４４を図４（ｂ）の状態になるように切換
え、トータル流量Ｑtotalをリセットする（ステップＳ
１６０）。２つの切換えバルブ４２，４４の切換え後
は、第１の吸湿材４６は、アノードガス中に水分を放出
するための吸湿材として機能する。一方、第２の吸湿材
４８は、パージガス中の水分を吸収するための吸湿材と
して機能する。以降、同様の処理を繰り返す。

【００４１】本実施例の燃料電池システムによれば、水
蒸気をパージガスとして利用するときに、凝縮器を用い
ずにパージガス中の過剰な水分を吸収することができ
る。従って、上述したように、エネルギ効率を向上し、
燃料電池システムの小型化を図ることができる。また、
燃料電池２８のアノードオフガス中に水蒸気を放出して
パージガスとして再利用できるので、蒸発器３２を小型
化したり、水タンク３０の容量を小さくすることができ
る。この結果、燃料電池システムの小型化を図ることが
できる。

【００４２】Ｃ．変形例：以上、本発明のいくつかの実
施の形態について説明したが、本発明はこのような実施
の形態になんら限定されるものではなく、その要旨を逸
脱しない範囲内において種々なる態様での実施が可能で
ある。例えば、以下のような変形例が可能である。

【００４３】Ｃ１．変形例１：上記実施例では、２つの
吸湿材４６，４８をそれぞれ第１の水分調整部または第
２の水分調整部として用いているが、第２の水分調整部
を用いない態様としてもよい。ただし、この場合、２つ
の切換えバルブ４２，４４およびこれらの切換え制御部
は不用である。パージガスは、吸湿材４６を通過し、燃
料ガスとして燃料電池２８のアノードに供給される。ア
ノードオフガスは、パージガスとして分離部２０に供給
される。この例では、吸湿材４６の水分吸収量が飽和す
ると、乾燥した吸湿材と交換される。

【００４４】Ｃ２．変形例２：上記実施例では、２つの
切換えバルブ４２，４４を用いてパージガス中の水分を
吸収するための吸湿材とアノードオフガス中に水分を放
出するための吸湿材との切換えを行っているが、吸湿材
をユニットで交換するようにしてもよい。

【００４５】Ｃ３．変形例３：上記実施例では、流量計
４０を用いて切換えバルブ４２，４４の切換えを行って
いるが、この代わりに、パージガスが通過した吸湿材の
下流側に湿度計を設け、パージガスの湿度をモニター
し、湿度が予め定められた所定値以上になったときに切
換えを行うようにしてもよい。吸湿材の吸湿力が十分に
あるときには、吸湿材を通過したガスの湿度はほぼ一定
であるが、水分が飽和してくるとガスの湿度が上昇する
ので、湿度の変化率をモニターして切換えを行ってもよ
い。

【００４６】Ｃ４．変形例４．燃料電池２８での水素の
利用率が上昇すると、アノードオフガスの流量は減少す
る。このような場合には、以下のような構成を採ること
が好ましい。図７は、変形例としての燃料電池システム
の概略構成を示す説明図である。燃料電池２８と熱交換
器３６との間に流量コントローラ４１を備えている。ま
た、アノードオフガスのラインに窒素を供給するための
窒素ボンベ１１が接続されている。こうすることによ
り、流量コントローラ４１の設定よって分離部２０に供
給するパージガス（アノードオフガスと窒素）の流量を
安定的に制御することが可能となる。なお、窒素の代わ
りに空気等の燃料電池２８での反応に影響を与えないガ
スを用いてもよい。

【００４７】Ｃ５．変形例５上記実施例では、改質部１
６での未透過ガスは燃焼部２２に供給され、燃焼が行わ
れ、排気されるが、これに限られるものではない。図８
は、変形例としての燃料電池システムの概略構成を示す
説明図である。変形例では、化学反応部として、改質部
１６の下流側に、改質反応で生成された一酸化炭素を酸
化して水素を生成するシフト部２４、更に残留した一酸
化炭素を酸化するＣＯ酸化部２６を設けている。そし
て、これらで生成された水素も分離部２０を通過したパ
ージガスと合流させて、燃料電池２８に供給する。こう
することによって、より効率的に水素を生成することが
できる。

【００４８】Ｃ６．変形例６：上記実施例では、ガス中
の水分の調整を２つの吸湿材４６，４８を用いて行って
いるが、３つ以上用いるようにしてもよい。

【００４９】Ｃ７．変形例７：上記実施例では、２つの
熱交換器３４，３６を用いてガスの冷却および加熱を行
っているが、２つの吸湿材４６，４８を直接加熱するよ
うにしてもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例としての燃料電池システムの概略構
成を示す説明図である。

【図２】水素分離膜１８の断面図である。

【図３】分離機構の概略構成を示す説明図である。

【図４】吸湿部の内部でのガスの流れを示す説明図であ
る。

【図５】ゼオライトの水分吸収についての温度特性を示
す説明図である。

【図６】２つの切換えバルブ４２，４４の切換え処理の
流れを示すフローチャートである。

【図７】変形例としての燃料電池システムの概略構成を
示す説明図である。

【図８】変形例としての燃料電池システムの概略構成を
示す説明図である。

【図９】従来技術としての燃料電池システムの概略構成
を示す説明図である。

【符号の説明】

１０…原料タンク １１…窒素ボンベ １２…蒸発器 １６…改質部 １８…水素分離膜 １８Ｂ…セラミック微粒子 １８Ｃ…パラジウム微粒子 ２０，２０Ａ…分離部 ２２…燃焼部 ２４…シフト部 ２６…ＣＯ酸化部 ２８…燃料電池 ３０…水タンク ３２…蒸発器 ３４，３６…熱交換器 ４０…流量計 ４１…流量コントローラ ４２，４４…切換えバルブ ４６，４８…吸湿材 １１０…原料タンク １１２…蒸発器 １１６…改質部 １１８…水素分離膜 １２０…分離部 １２２…燃焼部 １２６…凝縮器 １２８…燃料電池 １３０…水タンク １３２…蒸発器

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 化学的工程を経て所定の原料から水素を
   含有する混合ガスを生成する化学反応部と、前記混合ガ
   スから水素を分離する水素分離部と、前記水素分離部で
   分離された水素を運搬するための運搬用ガスを供給する
   運搬用ガス供給部とを備え、燃料電池に供給する水素リ
   ッチな燃料ガスを生成する燃料ガス生成システムであっ
   て、 前記運搬用ガスは、水蒸気を含み、 前記運搬用ガス供給部は、 前記燃料電池の上流側に設けられ、前記運搬用ガス中の
   水分を吸収するための第１の水分調整部と、 前記燃料電池から排出されるオフガスを前記運搬用ガス
   として前記水素分離部に供給するオフガス供給機構と、 を備える、燃料ガス生成システム。
2. 【請求項２】 請求項１記載の燃料ガス生成システムで
   あって、 前記オフガス供給機構は、前記オフガス中に水分を放出
   するための第２の水分調整部を備える、燃料ガス生成シ
   ステム。
3. 【請求項３】 請求項２記載の燃料ガス生成システムで
   あって、 前記第１および第２の水分調整部は、環境条件によって
   水分吸収特性が変動する物質を有し、 前記第１の水分調整部の環境条件を前記運搬用ガス中の
   水分を吸収するように調整する第１の環境条件調整部
   と、 前記第２の水分調整部の環境条件を前記オフガス中に水
   分を放出するように調整する第２の環境条件調整部と、 を備える、燃料ガス生成システム。
4. 【請求項４】 請求項３記載の燃料ガス生成システムで
   あって、 前記環境条件は温度である、燃料ガス生成システム。
5. 【請求項５】 請求項３記載の燃料ガス生成システムで
   あって、 前記第１の水分調整部と前記第２の水分調整部の前記燃
   料電池に対する配置および動作状態を相互に入れ換える
   入換機構と、 前記第１または第２の水分調整部における含水量に関与
   するパラメータに応じて前記入換機構を制御する入換制
   御部と、 を備える、燃料ガス生成システム。
6. 【請求項６】 請求項１記載の燃料ガス生成装置であっ
   て、 前記燃料電池のオフガスは、前記燃料電池のアノードか
   ら排出されるアノードオフガスである、燃料ガス生成装
   置。
7. 【請求項７】 請求項１ないし６のいずれかに記載の燃
   料ガス生成システムと、該燃料ガス生成システムにより
   生成された燃料ガスの供給を受けて発電を行う燃料電池
   とを備える、燃料電池システム。
8. 【請求項８】 燃料電池用の燃料ガスを生成する生成方
   法であって、 （ａ）化学的工程を経て所定の原料から水素を含有する
   混合ガスを生成する工程と、 （ｂ）前記混合ガスから水素を分離する工程と、 （ｃ）前記分離された水素を水蒸気を含む運搬用ガスを
   用いて運搬する工程と、 （ｄ）前記燃料電池の上流側で前記運搬用ガス中の水分
   を吸収する工程と、 （ｅ）前記燃料電池のオフガス中に水蒸気を放出して前
   記運搬用ガスとして供給する工程と、 を備える、燃料ガスの生成方法。