JP2002260702A - 改質装置及びこれを備える燃料電池システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 炭化水素系の原燃料から水素を製造する改質
装置において、プロセス効率の向上を図る。 【解決手段】 燃料電池システムの改質装置（30）に、
水蒸気供給器（50）を設ける。水蒸気供給器（50）に
は、原料ガス通路（54）と排ガス通路（55）とを水蒸気
透過膜（51）によって区画形成する。改質器（31）へ送
られる原燃料を原料ガス通路（54）へ導入し、空気極排
ガスを排ガス通路（55）へ導入する。水蒸気供給器（5
0）では、空気極排ガス中の水蒸気が水蒸気透過膜（5
1）を透過し、原燃料に対して水蒸気の状態で付与され
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、炭化水素系の原燃
料から水素を生成する改質装置、及び該改質装置で生成
した水素を燃料電池本体に供給して発電を行う燃料電池
システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、燃料電池に注目が集まっている。
この燃料電池は、燃料の酸化により生じる化学的エネル
ギを、熱にすることなく直接電気エネルギに変換するも
のである。燃料電池の燃料としては、一般に水素が広く
用いられている。燃料としての水素は、改質装置におい
てメタン等の炭化水素系の原燃料を改質することによっ
て得る場合が多い。この改質装置では、例えば水蒸気改
質反応によって水素を生成させている。水蒸気改質反応
の反応式は、下記の通りである。 Ｃ_nＨ_m＋ｎＨ₂Ｏ → ｎＣＯ＋(ｎ+ｍ/２)Ｈ₂ … 水蒸
気改質反応

【０００３】改質装置での水蒸気改質反応に供されるＨ
₂Ｏは、水蒸気の状態でなければならない。このため、
従来は、特開平１−１８６５７０号公報に開示されてい
るように、改質装置に蒸気発生器を設けていた。そし
て、蒸気発生器において、液体の状態のＨ₂Ｏ、即ち水
を蒸発させて水蒸気を生成し、得られた水蒸気を原燃料
へ供給するようにしていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、水蒸気
改質反応のための水蒸気を蒸気発生器で生成させる場合
には、蒸気発生器に対して水を蒸発させるための熱を供
給する必要がある。つまり、蒸気発生器に対し、Ｈ₂Ｏ
の蒸発潜熱を供給しなければならない。このため、Ｈ₂
Ｏの蒸発潜熱の分だけ水素の製造に要するエネルギが嵩
み、改質装置におけるプロセス効率が低下するという問
題があった。

【０００５】本発明は、かかる点に鑑みてなされたもの
であり、その目的とするところは、水素を製造する改質
装置においてプロセス効率の向上を図り、併せてプロセ
ス効率の高い改質装置を備える燃料電池システムを提供
することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明が講じた第１の解
決手段は、炭化水素系の原燃料から生成される水素を主
体とする改質ガスを燃料電池本体（10）へ供給する改質
装置を対象としている。そして、上記燃料電池本体（1
0）から排出された電池排ガスに含まれる水蒸気を炭化
水素系の原燃料へ供給して原料ガスを生成する加湿手段
（40）と、上記加湿手段（40）から原料ガスが供給され
て水蒸気改質反応により水素を生成する改質器（31）
と、吸熱反応である水蒸気改質反応の反応熱を上記改質
器（31）へ供給する反応熱供給手段（34）とを備えるも
のである。

【０００７】本発明が講じた第２の解決手段は、上記第
１の解決手段において、反応熱供給手段（34）は、燃料
電池本体（10）の燃料極（12）から排出された燃料極排
ガスの燃焼熱を改質器（31）へ供給するものである。

【０００８】本発明が講じた第３の解決手段は、上記第
１又は第２の解決手段において、加湿手段（40）は、電
池排ガスに含まれる水蒸気を透過させて原燃料へ供給す
る水蒸気透過膜（51）を備えるものである。

【０００９】本発明が講じた第４の解決手段は、上記第
３の解決手段において、水蒸気透過膜（51）は、親水性
の膜で構成されるものである。

【００１０】本発明が講じた第５の解決手段は、上記第
１又は第２の解決手段において、加湿手段（40）は、電
池排ガスに含まれる水蒸気を吸着する吸着剤を備え、該
吸着剤から脱着させた水蒸気を原燃料へ供給するもので
ある。

【００１１】本発明が講じた第６の解決手段は、上記第
１又は第２の解決手段において、加湿手段（40）は、電
池排ガスのうち燃料電池本体（10）の燃料極（12）から
排出された燃料極排ガスに含まれる水蒸気を原燃料へ供
給するものである。

【００１２】本発明が講じた第７の解決手段は、上記第
１又は第２の解決手段において、加湿手段（40）は、電
池排ガスのうち燃料電池本体（10）の空気極（11）から
排出された空気極排ガスに含まれる水蒸気を原燃料へ供
給するものである。

【００１３】本発明が講じた第８の解決手段は、燃料電
池システムを対象とし、上記第１，第２，第３，第４，
第５，第６又は第７の解決手段に係る改質装置（30）
と、上記改質装置（30）で生成した改質ガスが供給され
る燃料電池本体（10）とを備えるものである。

【００１４】本発明が講じた第９の解決手段は、上記第
８の解決手段において、改質装置（30）には、改質器
（31）から反応後のガスが供給されてシフト反応により
水素を生成する変成器（32）が設けられる一方、燃料電
池本体（10）の作動温度は、改質器（31）での水蒸気改
質反応及び変成器（32）でのシフト反応に必要な最少量
の水蒸気が含まれる原料ガスの露点温度よりも高くされ
ているものである。

【００１５】−作用− 上記第１の解決手段では、改質装置（30）で生成された
改質ガスが、燃料電池本体（10）の燃料極（12）へ供給
される。また、燃料電池本体（10）の空気極（11）に
は、空気が供給される。燃料電池本体（10）は、燃料で
ある改質ガス中の水素と、酸化剤である空気中の酸素と
を利用して発電を行う。その際、燃料電池本体（10）で
は、Ｈ₂Ｏが生成する。生成したＨ₂Ｏは、電池排ガスの
一成分として、水蒸気の状態で燃料電池本体（10）から
排出される。

【００１６】上記改質装置（30）には、改質器（31）と
加湿手段（40）とが設けられる。加湿手段（40）は、電
池排ガスに含まれる水蒸気を、水蒸気の状態で原燃料へ
供給する。この加湿手段（40）では、炭化水素系の原燃
料と水蒸気とを含む原料ガスが生成する。加湿手段（4
0）で生成した原料ガスは、改質器（31）へ供給され
る。

【００１７】改質器（31）では、原燃料とＨ₂Ｏが反応
する水蒸気改質反応によって、原燃料から水素が生成さ
れる。ここで、水蒸気改質反応は吸熱反応である。この
ため、改質器（31）に対し、水蒸気改質反応の反応熱に
相当する熱が反応熱供給手段（34）によって供給され
る。改質器（31）で生成した水素を主成分とする改質ガ
スは、改質装置（30）から燃料電池本体（10）へ供給さ
れる。

【００１８】上記加湿手段（40）は、実質上、凝縮及び
再蒸発過程を伴うことなく、電池排ガスに含まれる水蒸
気を原料ガスに対して水蒸気の状態で供給する。ここ
で、水蒸気透過膜を用いて加湿手段（40）を構成した場
合、電池排ガス中の水蒸気は、透過膜上で一旦凝縮して
液体の状態で透過膜内を拡散し、反対側へ透過した後に
再び蒸発して原燃料に付与されることとなる。この場
合、微視的に見れば、水蒸気が凝縮と再蒸発の過程を経
て原燃料に付与されることとなる。しかしながら、ここ
での凝縮と再蒸発の過程は外部との熱の授受を伴うこと
なく行われ、巨視的に見れば水蒸気透過膜を水蒸気がそ
のまま透過すると言える。従って、水蒸気透過膜を用い
た場合であっても、加湿手段（40）が実質的に凝縮及び
再蒸発過程を伴うことなく水蒸気を原燃料へ供給すると
言って差し支えない。

【００１９】上記第２の解決手段では、反応熱供給手段
（34）が燃料極排ガスを燃焼させる。ここで、燃料電池
本体（10）の燃料極（12）では、供給された改質ガス中
の水素が発電のために消費される。ところが、供給され
た水素が全て消費されるとは限らず、通常は燃料極排ガ
スに未利用の水素が含まれている。そこで、反応熱供給
手段（34）は、水素を含む燃料極排ガスを燃焼させ、得
られた燃焼熱を改質器（31）へ供給する。改質器（31）
では、供給された燃焼熱が水蒸気改質反応の反応熱とし
て利用され、吸熱反応である水蒸気改質反応が行われ
る。

【００２０】上記第３の解決手段では、加湿手段（40）
に水蒸気透過膜（51）が設けられる。電池排ガス中の水
蒸気は、水蒸気透過膜（51）を透過して原燃料へ供給さ
れる。つまり、水蒸気透過膜（51）を隔てて電池排ガス
と原燃料とを流通させることで、電池排ガス中の水蒸気
が原燃料に対して水蒸気の状態で付与される。

【００２１】上記第４の解決手段では、水蒸気透過膜
（51）として親水性の膜が用いられる。

【００２２】上記第５の解決手段では、加湿手段（40）
に吸着剤が設けられる。この吸着剤に電池排ガスを接触
させると、電池排ガス中の水蒸気が吸着剤に吸着され
る。その後、水蒸気を吸着した吸着剤を原燃料と接触さ
せれば、吸着剤から脱着した水蒸気が原燃料に付与され
る。

【００２３】上記第６の解決手段では、燃料極排ガスに
含まれる水蒸気が、加湿手段（40）によって原料ガスへ
供給される。例えば、燃料電池本体（10）の燃料極（1
2）において酸化生成物であるＨ₂Ｏが生成する場合に
は、燃料極排ガスに多量の水蒸気が含まれる。このよう
な場合、加湿手段（40）は、燃料極排ガスの水蒸気を原
燃料へ付与する。

【００２４】上記第７の解決手段では、空気極排ガスに
含まれる水蒸気が、加湿手段（40）によって原料ガスへ
供給される。例えば燃料電池本体（10）の空気極（11）
において酸化生成物であるＨ₂Ｏが生成する場合には、
空気極排ガスに多量の水蒸気が含まれる。このような場
合、加湿手段（40）は、空気極排ガスの水蒸気を原燃料
へ付与する。

【００２５】上記第８の解決手段では、改質装置（30）
と燃料電池本体（10）によって燃料電池システムが構成
される。改質装置（30）で生成した水素主体の改質ガス
は、燃料電池本体（10）へ供給される。燃料電池本体
（10）は、改質ガス中の水素を利用して発電を行う。ま
た、燃料電池本体（10）から排出される電池排ガスは、
改質装置（30）の加湿手段（40）において原燃料を加湿
するために利用される。

【００２６】上記第９の解決手段では、炭化水素系の原
燃料と水蒸気を含んだ原料ガスが、改質器（31）へ導入
される。改質器（31）では、水蒸気改質反応が行われ、
水素と共に一酸化炭素が生成する。つまり、改質器（3
1）からは、水素と一酸化炭素を含む反応後のガスが送
り出される。改質器（31）から出た反応後のガスは、変
成器（32）へ送られる。変成器（32）へ導入されるガス
には、水素や一酸化炭素と共に、改質器（31）で利用さ
れなかった水蒸気が残存する。変成器（32）では、シフ
ト反応が行われ、水素が生成すると同時に一酸化炭素が
減少する。

【００２７】本解決手段において、燃料電池本体（10）
は、所定の最低露点温度よりも高い温度で動作する。最
低露点温度とは、原燃料と水蒸気の混合物である原料ガ
ス中に改質器（31）での水蒸気改質反応および変成器
（32）でのシフト反応に最低限必要な量の水蒸気が含ま
れていると仮定した場合における、その原料ガスの露点
温度を意味する。

【００２８】燃料電池本体（10）から排出される電池排
ガスの温度は、燃料電池本体（10）の作動温度と等し
い。それ故、電池排ガスの温度も、最低露点温度よりも
高くなる。そして、本解決手段に係る加湿手段（40）で
は、最低露点温度よりも高温の電池排ガスから原燃料へ
水蒸気が供給される。

【００２９】

【発明の効果】本発明によれば、加湿手段（40）を設け
ることによって、電池排ガス中の水蒸気を原料ガスに対
して水蒸気の状態で付与できる。従って、水蒸気改質反
応のためのＨ₂Ｏを水（液体）の状態で供給する場合と
異なり、改質装置（30）に対してＨ₂Ｏの蒸発潜熱に相
当する熱を供給する必要が無くなる。つまり、原料ガス
に対してＨ₂Ｏを水（液体）の状態で供給する場合のよ
うに、水を蒸発させるために熱が消費されることはな
い。このため、改質装置（30）で水素を製造する際に消
費されるエネルギを削減でき、改質装置（30）のプロセ
ス効率を向上させることができる。

【００３０】特に、上記第２の解決手段によれば、燃料
極排ガス中に残存する水素の燃焼熱を、改質器（31）で
の水蒸気改質反応の反応熱として有効に利用できる。従
って、この解決手段によれば、改質装置（30）での消費
エネルギを更に削減し、改質装置（30）のプロセス効率
を一層向上させることができる。

【００３１】上記第３〜第５の解決手段によれば、水蒸
気透過膜（51）や吸着剤を用いることで、加湿手段（4
0）の構成を具体化できる。特に、上記第４の解決手段
で用いられる水蒸気透過膜（51）では、水蒸気透過膜
（51）の表面が液体である水の膜で覆われる。従って、
このような水蒸気透過膜（51）を用いると、表面を覆う
水の膜によって水蒸気以外のガスの透過が妨げられるた
め、水蒸気以外のガスをほとんど透過させずに水蒸気を
供給し得る加湿手段（40）を実現できる。

【００３２】上記第９の解決手段では、加湿手段（40）
において、最低露点温度よりも高温の電池排ガスから原
燃料水蒸気が供給される。このため、改質器（31）での
水蒸気改質反応および変成器（32）でのシフト反応に最
低限必要となる量の水蒸気を、原燃料に対して確実に付
与することができる。

【００３３】

【発明の実施の形態１】以下、本発明の実施形態を図面
に基づいて詳細に説明する。図１に示すように、本実施
形態１に係る燃料電池システムは、燃料電池本体（10）
と改質装置（30）を備えている。

【００３４】上記燃料電池本体（10）は、固体高分子電
解質型に構成されている。この燃料電池本体（10）に
は、触媒電極である空気極(カソード)（11）と、同じく
触媒電極である燃料極(アノード)（12）とが設けられて
いる。燃料電池本体（10）の空気極（11）には、その入
口側に空気供給管（20）が接続され、その出口側に空気
極排気管（24）が接続されている。一方、燃料電池本体
（10）の燃料極（12）には、その入口側に改質装置（3
0）が配管接続され、その出口側に燃料極排気管（25）
が接続されている。また、図示しないが、燃料電池本体
（10）は、冷却水によって冷却され、所定の作動温度に
保たれている。

【００３５】上記空気供給管（20）は、その始端が屋外
に開口し、その終端が燃料電池本体（10）の空気極（1
1）に接続されている。この空気供給管（20）は、屋外
から取り込んだ空気を空気極（11）へ供給する。また、
空気供給管（20）には、空気分岐管（22）が設けられて
いる。

【００３６】上記改質装置（30）は、原燃料から水素
（Ｈ₂）を製造し、得られた水素が主成分の改質ガスを
燃料電池本体（10）へ供給するものである。改質装置
（30）には、原燃料である天然ガスを供給するための原
燃料供給管（23）が接続されている。

【００３７】上記改質装置（30）には、ガスの流れに沿
って順に、水蒸気供給器（50）と、改質器（31）と、変
成器（32）と、選択酸化反応器（33）とが設けられてい
る。また、改質装置（30）には、燃焼器（34）が設けら
れている。

【００３８】上記水蒸気供給器（50）は、原燃料に水蒸
気を供給して原料ガスを生成する加湿手段（40）を構成
している。具体的に、水蒸気供給器（50）は、水蒸気透
過膜（51）を備えている。また、水蒸気供給器（50）に
は、原料ガス通路（54）と排ガス通路（55）とが水蒸気
透過膜（51）によって区画形成されている。水蒸気透過
膜（51）は親水性の膜であり、例えばポリビニルアルコ
ール膜、アルグン酸膜等が用いられる。また、水蒸気透
過膜（51）としては、スルホン酸基を持つポリマー膜、
例えばパーフルオロスルホン酸ポリマー膜を用いてもよ
い。図２に示すように、水蒸気透過膜（51）は、原料ガ
ス通路（54）側に配置される支持膜（52）と、排ガス通
路（55）側に配置される活性膜（53）とを一体化して構
成されている。

【００３９】上記水蒸気供給器（50）の原料ガス通路
（54）には、原燃料供給管（23）が接続され、原燃料で
ある天然ガスが導入される。一方、水蒸気供給器（50）
の排ガス通路（55）は、空気極排気管（24）の途中に配
置され、空気極排ガスが導入される。水蒸気供給器（5
0）では、排ガス通路（55）の空気極排ガスに含まれる
水蒸気が、水蒸気透過膜（51）を透過して原料ガス通路
（54）の原燃料に供給される。つまり、原料ガス通路
（54）では、原燃料と水蒸気の混合物である原料ガスが
生成する。空気極排気管（24）の終端は、燃料極排気管
（25）に接続されている。

【００４０】上記改質器（31）は、水蒸気供給器（50）
の原料ガス通路（54）と配管接続されている。改質器
（31）には、水蒸気供給器（50）から原料ガスが送り込
まれる。改質器（31）は、水蒸気改質反応に対して活性
を呈する触媒を備えている。改質器（31）では、水蒸気
改質反応が行われ、供給された原料ガスから水素が発生
する。その際、改質器（31）には、水蒸気改質反応の反
応熱として、燃焼器（34）で生じた燃焼熱が供給され
る。

【００４１】上記変成器（32）は、改質器（31）と配管
接続されている。変成器（32）には、改質器（31）から
水素と一酸化炭素（ＣＯ）を含むガスが送り込まれる。
また、変成器（32）へ送り込まれるガスには、水蒸気供
給器（50）で原料ガスに供給された水蒸気の一部が残存
している。変成器（32）は、シフト反応（一酸化炭素変
成反応）に活性を呈する触媒を備えている。変成器（3
2）では、シフト反応が行われ、ガス中の一酸化炭素が
減少すると同時に水素が増加する。

【００４２】上記選択酸化反応器（33）は、変成器（3
2）と配管接続されている。また、変成器（32）と選択
酸化反応器（33）との間の配管には、空気供給管（20）
の空気分岐管（22）が接続されている。選択酸化反応器
（33）には、変成器（32）からの水素及び一酸化炭素を
含むガスと空気分岐管（22）からの空気とが送り込まれ
る。選択酸化反応器（33）は、ＣＯ選択酸化反応に活性
を呈する触媒を備えている。選択酸化反応器（33）で
は、ＣＯ選択酸化反応によって、ガス中の一酸化炭素が
更に削減される。そして、選択酸化反応器（33）から出
た水素主体のガスが、改質ガスとして燃料電池本体（1
0）の燃料極（12）へ供給される。

【００４３】上記燃焼器（34）は、燃料極排気管（25）
を介して燃料電池本体（10）の燃料極（12）と接続され
ている。燃焼器（34）には、燃料極（12）から排出され
た燃料極排ガスと、水蒸気供給器（50）で水蒸気を奪わ
れた空気極排ガスとが送り込まれる。燃料極排ガスに
は、燃料電池本体（10）で利用されなかった水素が含ま
れている。そこで、燃焼器（34）は、燃料極排ガス中に
残存する水素を燃焼させ、得られた燃焼熱を改質器（3
1）へ供給する。つまり、燃焼器（34）は、改質器（3
1）に対して水蒸気改質反応の反応熱を供給する反応熱
供給手段を構成している。燃焼器（34）で生じた燃焼排
ガスは、屋外へ排気される。

【００４４】−運転動作− 上記燃料電池システムの運転動作を説明する。

【００４５】改質装置（30）において、水蒸気供給器
（50）の原料ガス通路（54）には、原燃料供給管（23）
を通じて原燃料が送り込まれる。この原燃料は、炭化水
素であるメタン（ＣＨ₄）を主成分とする天然ガスであ
る。一方、水蒸気供給器（50）の排ガス通路（55）に
は、空気極排気管（24）を通じて空気極排ガスが導入さ
れる。この空気極排ガスには、多量の水蒸気が含まれて
いる。水蒸気供給器（50）では、排ガス通路（55）の空
気極排ガスに含まれる水蒸気が、水蒸気透過膜（51）を
透過して原料ガス通路（54）の原燃料に付与される。

【００４６】具体的に、水蒸気供給器（50）の水蒸気透
過膜（51）では、排ガス通路（55）に面する活性膜（5
3）の表面で空気極排ガス中の水蒸気が凝縮し、液体の
状態で活性膜（53）の内部を拡散して支持膜（52）側へ
移動し、その後に蒸発して原燃料へ水蒸気の状態で付与
される（図２参照）。このように、微視的に見れば、水
蒸気透過膜（51）を透過する際にＨ₂Ｏが相変化する。
しかしながら、この相変化は外部との熱の授受を伴わな
いため、巨視的に見れば水蒸気がそのままの状態で水蒸
気透過膜（51）を透過すると言っても差し支えない。つ
まり、水蒸気供給器（50）において、実質上は凝縮や再
蒸発の過程を経ることなく、空気極排ガスの水蒸気が原
燃料へ供給される。

【００４７】改質器（31）には、メタンと水蒸気を含ん
だ原料ガスが送り込まれる。改質器（31）では、水蒸気
改質反応が行われて水素と一酸化炭素が生成する。改質
器（31）で行われる水蒸気改質反応の反応式は、次に示
す通りである。 ＣＨ₄＋Ｈ₂Ｏ → ＣＯ＋３Ｈ₂ … 水蒸気改質反応

【００４８】改質器（31）から流出した反応後のガス
は、変成器（32）へ送られる。変成器（32）へ導入され
るガスには、改質器（31）での水蒸気改質反応により生
成した水素と一酸化炭素が含まれている。また、このガ
スには、水蒸気供給器（50）において供給されたものの
水蒸気改質反応に用いられなかった水蒸気が残存してい
る。変成器（32）では、シフト反応が行われ、一酸化炭
素が減少すると同時に水素が増加する。シフト反応の反
応式は、次の通りである。 ＣＯ＋Ｈ₂Ｏ → ＣＯ₂＋Ｈ₂ … シフト反応

【００４９】変成器（32）から選択酸化反応器（33）へ
送られるガスは、水素が主成分となっているものの、未
だに一酸化炭素を含んでいる。この一酸化炭素は、燃料
極（12）の触媒毒となる。そこで、選択酸化反応器（3
3）は、ＣＯ選択酸化反応によってガス中の一酸化炭素
を更に削減する。ＣＯ選択酸化反応の反応式は、次の通
りである。 ＣＯ＋１/２Ｏ₂ → ＣＯ₂ … ＣＯ選択酸化反応 そして、選択酸化反応器（33）で一酸化炭素を削減され
たガスは、改質ガスとして燃料電池本体（10）の燃料極
（12）へ供給される。

【００５０】燃料電池本体（10）には、燃料極（12）へ
改質ガスが供給され、空気極（11）へ空気が供給され
る。燃料電池本体（10）は、改質ガス中の水素を燃料と
し、空気中の酸素を酸化剤として発電を行う。具体的
に、燃料電池本体（10）では、燃料極（12）及び空気極
（11）の電極表面において下記の電池反応が行われる。 燃料極：２Ｈ₂ → ４Ｈ⁺＋４ｅ^- 空気極：Ｏ₂＋４Ｈ⁺＋４ｅ^- → ２Ｈ₂Ｏ この電池反応により、改質ガスに含まれる水素の燃焼反
応の化学エネルギが電気エネルギに変換される。また、
燃料電池本体（10）からは、電池排ガスとして空気極排
ガスと燃料極排ガスが排出される。

【００５１】燃料電池本体（10）の空気極（11）から排
出される空気極排ガスの中には、電池反応に使われなか
った余剰酸素と電池反応によって生じたＨ₂Ｏが、水蒸
気の状態で存在している。この空気極排ガスは、空気極
排気管（24）を通じて水蒸気供給器（50）の排ガス通路
（55）へ導入される。上述のように、水蒸気供給器（5
0）では、空気極排ガス中の水蒸気が原燃料に対して水
蒸気の状態で付与される。

【００５２】一方、燃料電池本体（10）の燃料極（12）
から排出される燃料極排ガスには、電池反応に使用され
なかった水素が残存している。この燃料極排ガスは、燃
料極排気管（25）を通じて燃焼器（34）へ導入される。
燃焼器（34）は、燃料極排ガス中の水素を燃焼させ、得
られた燃焼熱を改質器（31）に付与する。改質器（31）
に付与された燃焼熱は、吸熱反応である水蒸気改質反応
の反応熱として利用される。

【００５３】−改質装置のプロセス効率− 改質装置（30）のプロセス効率について、本実施形態１
のように原燃料へＨ₂Ｏを水蒸気の状態で供給する場合
と、従来のように原燃料へＨ₂Ｏを水（液体）の状態で
供給する場合とを比較する。プロセス効率とは、燃料電
池本体（10）で利用される水素の低発熱量を改質装置
（30）に供給される原燃料の低発熱量で除して得られる
値を、百分率で表したものである。

【００５４】ここでは、本実施形態１で原燃料として用
いている天然ガスの主成分がメタンである点を考慮し、
原燃料をメタンと仮定して比較を行う。また、下記の反
応式，に示すように、メタンの低発熱量は８０３kJ
/molであり、水素の低発熱量は２４２kJ/molである。
尚、以下の反応式において、Ｈ₂Ｏ(gas)は水蒸気を意味
し、Ｈ₂Ｏ(liq)は液体である水を意味する。 ＣＨ₄＋２Ｏ₂ → ＣＯ₂＋２Ｈ₂Ｏ(gas)＋８０３kJ/mol … Ｈ₂＋１/２Ｏ₂ → Ｈ₂Ｏ(gas)＋２４２kJ/mol …

【００５５】本実施形態１において、改質器（31）で
は、水蒸気改質反応が行われる。反応熱を表示する場
合、水蒸気改質反応は下記の反応式で示される。 ＣＨ₄＋Ｈ₂Ｏ(gas) → ＣＯ＋３Ｈ₂−２０７kJ/mol …

【００５６】また、変成器（32）では、シフト反応が行
われる。このため、反応式の右辺のＣＯがＨ₂Ｏと反
応し、更に水素が生成する。反応熱を表示する場合、シ
フト反応は下記の反応式で示される。 ＣＯ＋Ｈ₂Ｏ(gas) → ＣＯ₂＋Ｈ₂＋４１kJ/mol …

【００５７】上記反応式，の辺々を足しあわせる
と、改質器（31）及び変成器（32）における反応が１つ
の反応式で表示される。ただし、反応式に示すように
シフト反応は発熱反応であるが、シフト反応の反応温度
は水蒸気改質反応の反応温度よりも低いため、シフト反
応の反応熱を水蒸気改質反応の反応熱として利用するこ
とはできない。従って、反応式の反応熱に反応式の
反応熱を加えることは出来ず、改質器（31）及び変成器
（32）での反応は下記の反応式のように表される。 ＣＨ₄＋２Ｈ₂Ｏ(gas) → ＣＯ₂＋４Ｈ₂−２０７kJ/mol …

【００５８】上記反応式で示される反応は吸熱反応で
あるため、燃焼器（34）で水素を燃焼させて改質器（3
1）に反応熱を供給する必要がある。その場合、燃焼器
（34）で燃焼させなければならない水素の量は、上記反
応式より、２０７／２４２＝０.８６mol となる。一
方、燃料電池本体（10）で発電に利用できる水素の量
は、４−０.８６＝３.１４mol となる。尚、ここに示す
水素量の値は、何れもメタン１mol あたりの値である。
従って、改質装置（30）へ供給されたメタン１molから
生成した水素のうち燃料電池本体（10）で発電に利用さ
れる分の低発熱量は、（２４２×３.１４）kJ となる。

【００５９】本実施形態１では、水蒸気供給器（50）に
おいて、原燃料にＨ₂Ｏを水蒸気の状態で供給してい
る。このため、燃焼器（34）から改質器（31）へＨ₂Ｏ
の蒸発潜熱を供給する必要はない。従って、本実施形態
１の改質装置（30）におけるプロセス効率は、（２４２
×３.１４）／８０３＝０.９４６であることから９４.
６％となる。

【００６０】これに対し、従来のように原燃料へＨ₂Ｏ
を水（液体）の状態で供給する場合には、水の蒸発潜熱
を考慮する必要がある。Ｈ₂Ｏの蒸発潜熱は４４kJ/mol
であり、水が蒸発する過程は下記の反応式で表され
る。 Ｈ₂Ｏ(liq) → Ｈ₂Ｏ(gas)−４４kJ/mol …

【００６１】また、Ｈ₂Ｏの蒸発潜熱としては、反応式
に示すシフト反応の反応熱を利用することが出来る。
従って、この場合の改質器（31）及び変成器（32）にお
ける反応は、反応式，の辺々を足しあわせてシフト
反応の反応熱を考慮することにより、下記の反応式の
ように表される。 ＣＨ₄＋２Ｈ₂Ｏ(liq) → ＣＯ₂＋４Ｈ₂−(２０７＋２×４４−４１)kJ/mol …

【００６２】上記反応式で示される反応は吸熱反応で
あるため、燃焼器（34）で水素を燃焼させて改質器（3
1）に反応熱を供給する必要がある。その場合、燃焼器
（34）で燃焼させなければならない水素の量は、上記反
応式より、(２０７＋２×４４−４１)／２４２＝１.
０５mol となる。一方、燃料電池本体（10）で発電に利
用できる水素の量は、４−１.０５＝２.９５mol とな
る。尚、ここに示す水素量の値は、何れもメタン１mol
あたりの値である。従って、改質装置（30）へ供給され
たメタン１mol から生成した水素のうち燃料電池本体
（10）で発電に利用される分の低発熱量は、（２４２×
２.９５）kJ となる。従って、本実施形態１の改質装置
（30）におけるプロセス効率は、（２４２×２.９５）
／８０３＝０.８８９であることから８８.９％となる。

【００６３】以上説明したように、原燃料にＨ₂Ｏを水
（液体）の状態で供給する従来の改質装置ではプロセス
効率が８８.９％であるのに比べ、原燃料にＨ₂Ｏを水蒸
気の状態で供給する本実施形態１の改質装置（30）では
プロセス効率が９４.６％にまで向上する。

【００６４】−燃料電池本体の作動温度− 上述のように、燃料電池本体（10）は、冷却水により冷
却されており、その作動温度が所定値に保たれている。
具体的に、本実施形態１において、燃料電池本体（10）
の作動温度は９２℃に設定されている。従って、燃料電
池本体（10）から排出される燃料極排ガスや空気極排ガ
スの温度も９２℃程度となる。本実施形態１の改質装置
（30）では、約９２℃の空気極排ガスが水蒸気供給器
（50）の原料ガス通路（54）へ導入される。

【００６５】燃料電池本体（10）の作動温度を９２℃に
設定した理由について説明する。改質器（31）での水蒸
気改質反応と変成器（32）でのシフト反応を行うには、
メタン１mol に対してＨ₂Ｏが２mol 必要となる（反応
式参照）。１mol のメタンと２mol のＨ₂Ｏとを含む
原料ガスを仮定すると、この原料ガスの露点温度は約８
９℃である。そして、水蒸気供給器（50）へ導入する空
気極排ガスの温度が上記仮定した原料ガスの露点温度よ
りも高ければ、改質器（31）での水蒸気改質反応および
変成器（32）でのシフト反応に最低限必要な量のＨ₂Ｏ
を、水蒸気供給器（50）において原料ガスに供給するこ
とが可能となる。

【００６６】ただし、実際には、改質器（31）における
メタン転化率の低下や炭素析出を回避するべく、原燃料
に対してＨ₂Ｏを過剰に供給することが多い。具体的に
は、メタン１mol に対してＨ₂Ｏを２.３〜２.５mol 程
度供給するのが通常である。そこで、１mol のメタンと
２.５mol のＨ₂Ｏとを含む原料ガスを仮定すると、この
原料ガスの露点温度は約９０℃である。従って、この点
を考慮すると、水蒸気供給器（50）へ導入する空気極排
ガスの温度を９０℃よりも高くする必要が生じる。

【００６７】更に、上記水蒸気供給器（50）において水
蒸気を原燃料へ供給するには、空気極排ガスの水蒸気が
水蒸気透過膜（51）を透過しなければならない。そのた
めには、排ガス通路（55）における空気極排ガスの水蒸
気分圧が、原料ガス通路（54）における原料ガスの水蒸
気分圧よりも高くなければならない。そこで、改質器
（31）におけるメタン転化率の低下等を回避する点や、
水蒸気透過膜（51）の両側における水蒸気分圧差を確保
する点を考慮し、空気極排ガスの温度が９２℃程度とな
るように燃料電池本体（10）の作動温度を９２℃に設定
している。

【００６８】−実施形態１の効果− 本実施形態１によれば、加湿手段（40）としての水蒸気
供給器（50）を設けることによって、電池排ガス中の水
蒸気を原燃料に対して水蒸気の状態で付与できる。従っ
て、水蒸気改質反応のためのＨ₂Ｏを水（液体）の状態
で供給する場合と異なり、改質装置（30）に対して水の
蒸発潜熱に相当する熱を供給して水を蒸発させる必要が
無くなる。つまり、原燃料にＨ₂Ｏを水（液体）の状態
で供給する場合のように、Ｈ₂Ｏの蒸発潜熱として熱が
消費されることはない。このため、改質装置（30）で水
素を製造する際に消費されるエネルギを削減でき、改質
装置（30）のプロセス効率を向上させることができる。

【００６９】また、本実施形態１によれば、燃料極排ガ
ス中に残存する水素の燃焼熱を、改質器（31）での水蒸
気改質反応の反応熱として有効に利用できる。この結
果、改質装置（30）での消費エネルギを更に削減し、改
質装置（30）のプロセス効率を一層向上させることがで
きる。

【００７０】また、本実施形態１では、水蒸気供給器
（50）の水蒸気透過膜（51）を親水性の膜により構成し
ており、水蒸気透過膜（51）における排ガス通路（55）
側の表面が水（液体）の膜で覆われる。従って、水蒸気
以外のガスが水蒸気透過膜（51）を透過しようとして
も、水蒸気透過膜（51）の表面の水膜が水蒸気以外のガ
スの透過を阻止する。このため、本実施形態１によれ
ば、水蒸気以外のガスをほとんど透過させることなく、
水蒸気を確実に原燃料へ供給可能な水蒸気供給器（50）
を実現できる。

【００７１】また、本実施形態１では、燃料電池本体
（10）の作動温度を所定温度に設定し、原燃料に充分な
量の水蒸気を供給可能な温度の空気極排ガスを、水蒸気
供給器（50）の排ガス通路（55）へ供給している。この
ため、改質器（31）での水蒸気改質反応および変成器
（32）でのシフト反応に最小限必要となる量の水蒸気
を、原燃料に対して確実に付与することができる。

【００７２】

【発明の実施の形態２】本発明の実施形態２は、上記実
施形態１の構成を変更し、燃料電池本体（10）から排出
される空気極排ガス及び燃料極排ガスの両方を水蒸気供
給器（50）へ供給するようにしたものである。ここで
は、上記実施形態１と異なる点について説明する。

【００７３】図３に示すように、本実施形態２に係る改
質装置（30）には、電池排ガス管（27）が設けられてい
る。また、この改質装置（30）では、空気極排気管（2
4）及び燃料極排気管（25）の構成が上記実施形態１と
異なっている。具体的に、空気極排気管（24）及び燃料
極排気管（25）の出口端は、それぞれ電池排ガス管（2
7）の入口端に接続されている。電池排ガス管（27）の
出口端は、燃焼器（34）に接続されている。また、電池
排ガス管（27）の途中には、水蒸気供給器（50）の排ガ
ス通路（55）が配置されている。

【００７４】燃料電池本体（10）の運転中は、空気極
（11）から空気極排気管（24）へ空気極排ガスが排出さ
れ、燃料極（12）から燃料極排気管（25）へ燃料極排ガ
スが排出される。その後、空気極排ガスと燃料極排ガス
は、共に電池排ガス管（27）へ入って合流する。空気極
排ガスと燃料極排ガスの混合ガスは、電池排ガス管（2
7）を流れて水蒸気供給器（50）の排ガス通路（55）へ
導入される。

【００７５】水蒸気供給器（50）では、排ガス通路（5
5）の混合ガスに含まれる水蒸気が水蒸気透過膜（51）
を透過して原料ガス通路（54）側へ移動する。原料ガス
通路（54）では、水蒸気透過膜（51）を透過した水蒸気
が原燃料に付与されて原料ガスが生成する。排ガス通路
（55）において水蒸気を奪われた混合ガスは、燃焼器
（34）へ送られる。燃焼器（34）では、混合ガス中に残
存する水素が燃焼する。

【００７６】ここで、燃料電池本体（10）では、上記の
電池反応により空気極（11）側で水蒸気が生成するが、
生成した水蒸気の一部は燃料極（12）へ移動する。従っ
て、燃料極（12）から排出される燃料極排ガスにも、電
池反応により生じた水蒸気が含まれる。そこで、本実施
形態２では、空気極排ガスだけでなく燃料極排ガスをも
水蒸気供給器（50）へ送り込み、電池反応により生じた
水蒸気を確実に原料ガスへ供給するようにしている。

【００７７】

【発明の実施の形態３】本発明の実施形態３は、上記実
施形態１が空気極排ガス中の水蒸気を原燃料へ供給する
のに代えて、燃料極排ガス中の水蒸気を原燃料へ供給す
るようにしたものである。また、本実施形態３では、空
気極排ガス中の水蒸気を利用して、燃料電池本体（10）
の空気極（11）へ供給される空気を加湿している。ここ
では、上記実施形態１と異なる部分について、図４を参
照しながら説明する。

【００７８】本実施形態３に係る改質装置（30）におい
て、水蒸気供給器（50）の排ガス通路（55）は、燃料極
排気管（25）の途中に設けられている。燃料電池本体
（10）から排出された燃料極排ガスは、燃料極排気管
（25）を通って排ガス通路（55）へ導入される。水蒸気
供給器（50）では、燃料極排ガス中の水蒸気が、水蒸気
透過膜（51）を透過して原料ガス通路（54）の原燃料に
付与される。

【００７９】燃料極排気管（25）における水蒸気供給器
（50）と燃焼器（34）の間には、燃焼用空気管（26）が
接続されている。燃焼用空気管（26）は、燃焼器（34）
での燃焼に必要となる空気を供給するためのものであ
る。水蒸気供給器（50）の排ガス通路（55）から出た燃
料極排ガスは、燃焼用空気管（26）からの空気と共に燃
焼器（34）へ送り込まれる。燃焼器（34）では燃料極排
ガス中の水素が燃焼し、発生した燃焼排ガスが屋外へ排
気される。この点は、上記実施形態１と同様である。

【００８０】本実施形態３に係る改質装置（30）には、
空気加湿器（60）が設けられている。空気加湿器（60）
は、水蒸気透過膜（61）を備えている。この水蒸気透過
膜（61）は、水蒸気供給器（50）に設けられているもの
と同様に、親水性の膜により構成されている。また、空
気加湿器（60）には、供給空気通路（62）と空気極排ガ
ス通路（63）とが水蒸気透過膜（61）によって区画形成
されている。

【００８１】上記空気加湿器（60）の供給空気通路（6
2）は、空気供給管（20）における空気分岐管（22）の
始端と燃料電池本体（10）の空気極（11）との間に配置
されている。この供給空気通路（62）には、空気供給管
（20）を空気極（11）に向かって流れる空気が導入され
る。一方、空気加湿器（60）の空気極排ガス通路（63）
は、空気極排気管（24）の途中に配置されている。この
空気極排ガス通路（63）には、空気極（11）から排出さ
れた空気極排ガスが導入される。尚、本実施形態３にお
いて、空気極排気管（24）の終端は屋外に開口してい
る。

【００８２】空気加湿器（60）の空気極排ガス通路（6
3）へ導入される空気極排ガスには、上述の電池反応に
より生じた水蒸気が含まれている。空気極排ガス通路
（63）の空気極排ガスに含まれる水蒸気は、水蒸気透過
膜（61）を透過して供給空気通路（62）側へ移動する。
水蒸気透過膜（61）を透過した水蒸気は、供給空気通路
（62）を流れる空気に付与される。供給空気通路（62）
において加湿された空気は、その後に燃料電池本体（1
0）の空気極（11）へ送られる。

【００８３】本実施形態３に係る燃料電池本体（10）
は、上記実施形態１と同様に固体高分子電解質型に構成
されている。この固体高分子電解質型の燃料電池本体
（10）では、電解質内のプロトン伝導抵抗を小さくする
ために、電解質を水で濡れた状態にしておくのが望まし
い。そのためには、空気極（11）へ送られる空気を予め
加湿して、水蒸気飽和状態としておく必要がある。そこ
で、本実施形態３では、改質装置（30）に空気加湿器
（60）を設け、電池反応により生じた空気極排ガス中の
水蒸気を利用して、空気極（11）へ供給される空気を加
湿している。

【００８４】また、本実施形態３に係る空気加湿器（6
0）では、水蒸気透過膜（61）を用いているため、空気
極排ガス中のＨ₂Ｏを水蒸気の状態で空気へ供給するこ
とができる。つまり、空気極（11）へ供給される空気を
加湿する場合であっても、水（液体）を蒸発させて水蒸
気を作る必要はない。従って、改質装置（30）の動作に
要するエネルギを増大させることなく、空気極（11）へ
供給される空気の加湿を行うことができる。

【００８５】

【発明のその他の実施の形態】上記の各実施形態につい
ては、以下のような構成としてもよい。

【００８６】−第１変形例− 上記の各実施形態では水蒸気透過膜（51）を用いて水蒸
気供給器（50）を構成しているが、これに代えて、吸着
剤を担持させたハニカムロータ（56）を用いて水蒸気供
給器（50）を構成してもよい。本変形例に係る水蒸気供
給器（50）について、図５を参照しながら説明する。図
５は、上記実施形態１に係る改質装置（30）に対して、
本変形例を適用したものである。ここでは、上記実施形
態１と異なる点について説明する。

【００８７】本変形例に係る水蒸気供給器（50）は、ハ
ニカムロータ（56）を備えている。また、この水蒸気供
給器（50）には、吸着ゾーン（57）と脱着ゾーン（58）
とが形成されている。吸着ゾーン（57）は、空気極排気
管（24）の途中に設けられている。一方、脱着ゾーン
（58）は、原燃料供給管（23）が接続されると共に、改
質器（31）と配管接続されている。

【００８８】上記ハニカムロータ（56）は、円板形のハ
ニカム状に形成され、その厚さ方向に空気が貫流可能に
構成されている。このハニカムロータ（56）の表面に
は、ゼオライト等の吸着剤が付着されている。ハニカム
ロータ（56）は、その一部分が吸着ゾーン（57）を横断
すると同時に、残りの部分が脱着ゾーン（58）を横断す
る姿勢で配置されている。また、ハニカムロータ（56）
は、図外のモータ等によって中心軸周りに回転駆動され
ている。

【００８９】吸着ゾーン（57）では、ハニカムロータ
（56）の一部分が空気極排ガスと接触し、空気極排ガス
中の水蒸気が吸着剤に吸着される。ここで、空気極排ガ
スの温度は燃料電池本体（10）の作動温度（９２℃）と
ほぼ等しく、更には水蒸気が吸着剤に吸着される際に吸
着熱を放熱する。このため、吸着ゾーン（57）では、ハ
ニカムロータ（56）の吸着剤に水蒸気が吸着されると同
時に、空気極排ガスとの接触や吸着熱によってハニカム
ロータ（56）の温度が上昇する。

【００９０】吸着ゾーン（57）で水蒸気を吸着したハニ
カムロータ（56）の部分は、ハニカムロータ（56）全体
の回転に伴って脱着ゾーン（58）へと移動する。脱着ゾ
ーン（58）では、ハニカムロータ（56）の一部分が原燃
料と接触する。脱着ゾーン（58）へ送り込まれる原燃料
は低湿度状態であるため、吸着剤から水蒸気が脱着し、
脱着した水蒸気が原料ガスに付与される。つまり、脱着
ゾーン（58）では、原燃料が加湿されて原料ガスが生成
する。また、吸着剤から水蒸気が脱着する際には、水蒸
気がハニカムロータ（56）から熱を奪うため、ハニカム
ロータ（56）の温度が低下する。

【００９１】その後、ハニカムロータ（56）の一部分は
再び吸着ゾーン（57）へと移動し、上記の動作を繰り返
す。このようにして、空気極排ガス中の水蒸気が、原燃
料に対して水蒸気の状態で付与される。

【００９２】−第２変形例− 上記の各実施形態では、燃焼器（34）へ燃料極排ガスを
供給して燃料極排ガス中の水素を燃焼させているが、こ
れに代えて、燃焼器（34）へ天然ガスを燃料として別途
供給するようにしてもよい。本変形例に係る改質装置
（30）について、図６を参照しながら説明する。図６
は、上記実施形態１に係る改質装置（30）に対して、本
変形例を適用したものである。ここでは、上記実施形態
１と異なる点について説明する。

【００９３】本変形例に係る改質装置（30）には、燃料
分岐管（28）が設けられている。燃料分岐管（28）は、
その入口端が原燃料供給管（23）に接続され、出口端が
燃焼器（34）に接続されている。また、本変形例に係る
改質装置（30）では、空気極排気管（24）の出口端が燃
料分岐管（28）に接続されている。

【００９４】原燃料供給管（23）を流れる原燃料として
の天然ガスは、その一部が燃料分岐管（28）へ流入す
る。燃料分岐管（28）へ流入した天然ガスは、空気極排
気管（24）からの空気極排ガスと混合された後に燃焼器
（34）へ導入される。燃焼器（34）では、導入された天
然ガスが燃焼し、得られた燃焼熱が水蒸気改質反応の反
応熱として改質器（31）に供給される。

【００９５】更に、本変形例に係る改質装置（30）に
は、オフガスバーナ（35）と給気管（29）とが設けられ
ている。オフガスバーナ（35）には、燃料極排気管（2
5）が接続されている。一方、給気管（29）は、その入
口端が空気供給管（20）に接続され、出口端が燃料極排
気管（25）に接続されている。

【００９６】空気供給管（20）を流れる空気は、その一
部が給気管（29）を通じて燃料極排気管（25）へ導入さ
れる。燃料極排気管（25）を流れる燃料極排ガスは、給
気管（29）からの空気と混合された後にオフガスバーナ
（35）へ導入される。オフガスバーナ（35）では、燃料
極排ガス中に残存する水素が燃焼する。その際、給湯需
要等がある場合には、オフガスバーナ（35）で得られた
燃焼熱によって水を加熱し、温水を生成するようにして
もよい。

【００９７】−第３変形例− 上記の各実施形態では、水蒸気供給器（50）において、
改質器（31）での水蒸気改質反応および変成器（32）で
のシフト反応に必要となるＨ₂Ｏの全てを原料ガスに供
給するようにしている。これに対し、水蒸気改質反応お
よびシフト反応に必要なＨ₂Ｏの一部を水蒸気供給器（5
0）において原燃料に供給し、不足する分のＨ₂Ｏを水
（液体）の状態で原料ガスに供給するようにしてもよ
い。

【００９８】図７に示すように、本変形例に係る改質装
置（30）では、水蒸気供給器（50）と改質器（31）との
間の配管に水供給管（45）が接続される。この水供給管
（45）は、水蒸気供給器（50）から改質器（31）に向け
て流れる原料ガスに対してＨ ₂Ｏを水（液体）の状態で
供給するためのものである。尚、図７は、本変形例を上
記実施形態２に適用したものである。

【００９９】本変形例に係る改質装置（30）では、改質
器（31）での水蒸気改質反応および変成器（32）でのシ
フト反応に必要なＨ₂Ｏの一部が、水蒸気供給器（50）
において原燃料へ水蒸気の状態で供給される。水蒸気改
質反応およびシフト反応に必要な残りのＨ₂Ｏは、改質
ガスに対して水供給管（45）から水（液体）の状態で供
給される。水供給管（45）から供給された水（液体）の
蒸発潜熱は、燃焼器（34）から供給される燃焼熱によっ
て賄われる。つまり、本変形例において、燃焼器（34）
は、水蒸気改質反応の反応熱と水（液体）の蒸発潜熱と
の両方を改質器（31）へ供給する。

【０１００】本変形例では、改質器（31）での水蒸気改
質反応および変成器（32）でのシフト反応に必要なＨ₂
Ｏの一部を、水蒸気の状態で原燃料へ付与している。従
って、改質器（31）での水蒸気改質反応および変成器
（32）でのシフト反応に必要なＨ₂Ｏの全てを液体の状
態で原燃料へ供給する従来の改質装置に比べれば、改質
装置（30）で水素を製造するのに必要なエネルギ量を削
減できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態１に係る燃料電池システムの概略構成
図である。

【図２】実施形態１に係る水蒸気供給器の水蒸気透過膜
を概略的に示す拡大断面図である。

【図３】実施形態２に係る燃料電池システムの概略構成
図である。

【図４】実施形態３に係る燃料電池システムの概略構成
図である。

【図５】その他の実施形態の第１変形例に係る燃料電池
システムの概略構成図である。

【図６】その他の実施形態の第２変形例に係る燃料電池
システムの概略構成図である。

【図７】その他の実施形態の第３変形例に係る燃料電池
システムの概略構成図である。

【符号の説明】

（10） 燃料電池本体 （11） 空気極 （12） 燃料極 （30） 改質装置 （31） 改質器 （32） 変成器 （34） 燃焼器（反応熱供給手段） （40） 加湿手段 （51） 水蒸気透過膜

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松井 伸樹 大阪府堺市築港新町３丁12番地 ダイキン 工業株式会社堺製作所臨海工場内 (72)発明者 米本 和生 大阪府堺市金岡町1304番地 ダイキン工業 株式会社堺製作所金岡工場内 Ｆターム(参考） 4G040 EA03 EA06 EB03 EB32 EB33 FA02 FB02 FC01 FE06 4G140 EA03 EA06 EB03 EB32 EB37 FA02 FB02 FC01 FE06 5H027 AA02 BA01 BA05 BA09 BA17 CC06 KK46 MM14

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 炭化水素系の原燃料から生成される水素
   を主体とする改質ガスを燃料電池本体（10）へ供給する
   改質装置であって、 上記燃料電池本体（10）から排出された電池排ガスに含
   まれる水蒸気を炭化水素系の原燃料へ供給して原料ガス
   を生成する加湿手段（40）と、 上記加湿手段（40）から原料ガスが供給されて水蒸気改
   質反応により水素を生成する改質器（31）と、 吸熱反応である水蒸気改質反応の反応熱を上記改質器
   （31）へ供給する反応熱供給手段（34）とを備えている
   改質装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の改質装置において、 反応熱供給手段（34）は、燃料電池本体（10）の燃料極
   （12）から排出された燃料極排ガスの燃焼熱を改質器
   （31）へ供給している改質装置。
3. 【請求項３】 請求項１又は２記載の改質装置におい
   て、 加湿手段（40）は、電池排ガスに含まれる水蒸気を透過
   させて原燃料へ供給する水蒸気透過膜（51）を備えてい
   る改質装置。
4. 【請求項４】 請求項３記載の改質装置において、 水蒸気透過膜（51）は、親水性の膜で構成されている改
   質装置。
5. 【請求項５】 請求項１又は２記載の改質装置におい
   て、 加湿手段（40）は、電池排ガスに含まれる水蒸気を吸着
   する吸着剤を備え、該吸着剤から脱着させた水蒸気を原
   燃料へ供給している改質装置。
6. 【請求項６】 請求項１又は２記載の改質装置におい
   て、 加湿手段（40）は、電池排ガスのうち燃料電池本体（1
   0）の燃料極（12）から排出された燃料極排ガスに含ま
   れる水蒸気を原燃料へ供給している改質装置。
7. 【請求項７】 請求項１又は２記載の改質装置におい
   て、 加湿手段（40）は、電池排ガスのうち燃料電池本体（1
   0）の空気極（11）から排出された空気極排ガスに含ま
   れる水蒸気を原燃料へ供給している改質装置。
8. 【請求項８】 請求項１乃至７の何れか１記載の改質装
   置（30）と、 上記改質装置（30）で生成した改質ガスが供給される燃
   料電池本体（10）とを備えている燃料電池システム。
9. 【請求項９】 請求項８記載の燃料電池システムにおい
   て、 改質装置（30）には、改質器（31）から反応後のガスが
   供給されてシフト反応により水素を生成する変成器（3
   2）が設けられる一方、 燃料電池本体（10）の作動温度は、改質器（31）での水
   蒸気改質反応及び変成器（32）でのシフト反応に必要な
   最少量の水蒸気が含まれる原料ガスの露点温度よりも高
   くされている燃料電池システム。