JP2004111238A

JP2004111238A - 燃料電池システム

Info

Publication number: JP2004111238A
Application number: JP2002272888A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Numao; 沼尾　康弘; Yasukazu Iwasaki; 岩崎　靖和
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2002-09-19
Filing date: 2002-09-19
Publication date: 2004-04-08
Anticipated expiration: 2022-09-19
Also published as: JP4221981B2

Abstract

【課題】簡便な構成で、かつ効率的に燃料電池スタックを発電をさせる。
【解決手段】燃料電池スタック２を発電させるために、燃焼部１１により改質部１２での改質に必要な熱を与えて改質部１２により改質し、水素を水素分離膜１３を介して水素透過部１４に送る。そして、水素透過部１４の水素を燃料電池スタック２に供給すると共に空気を供給して発電させ、燃料電池スタック２に冷却水を供給する。この燃料電池システムでは、水素ガス流路の水素ガス供給方向と、冷却水流路の冷却水循環方向とを、燃料電池スタック内の少なくとも一部にて略同一方向とし、燃料電池スタックの水素ガス入口における水素ガスの飽和水蒸気圧よりも、燃料電池スタックの水素ガス出口における水素ガスの飽和水蒸気圧を高くして、水蒸気を多く含んで燃料電池スタック２から排出された水素ガスを水素透過部１４に戻す。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固体高分子膜を備えた燃料電池スタックに、燃料を改質して生成した水素ガスを供給する改質器を備えた燃料電池システムに関し、主として車両等の移動体の駆動源となる電力を発生させる燃料電池システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、改質型燃料電池システムとしては、図８に示すように、改質に必要な熱を発生させる燃焼層１０１と、この燃料層１０１に隣接して設けられて燃料の改質をおこなう触媒を含む改質層１０２と、改質層１０２との間を水素分離膜１０３で仕切られた水素透過層１０４よりなるメンブレン型水素製造装置１００を備えたものが知られている。
【０００３】
この改質型燃料電池システムでは、蒸気を水素透過層１０４及び改質層１０２に供給すると共に、燃料を改質層１０２及び燃焼層１０１に供給する。そして、改質層１０２にて生成された水素は、改質層１０２と水素透過層１０４との水素分圧によって、水素分離膜１０３を介して水素透過層１０４に送られる。これにより、水素透過層１０４から燃料電池スタック１１１の水素極１１１ａに水素が送られ、空気極１１１ｂに空気が送られることで、燃料電池スタック１１１に発電反応をさせる。水素極１１１ａから排出された排出ガスは、ポンプ１１２により昇圧されて水素極１１１ｂの水素ガス入口又は水素透過層１０４に戻される。
【０００４】
また、燃焼層１０１には、燃料と共に、空気極１１１ｂから排出された空気及び改質層１０２からの水素ガス以外のガスが供給される。これにより、燃焼層１０１では、改質層１０２にて発生した電池反応に不要なＣＯ_２、ＣＯやＣＨ_４等を燃焼し、熱として回収し、改質部１０２での改質に必要な熱とする。
【０００５】
このような燃料電池システムでは、燃料電池スタック１１１の水素極１１１ａから排出されたアノード排ガスをメンブレン型水素製造装置１００に戻す構成であり、改質層１０２の水素分圧を水素透過層１０４より高くなるようにガス流量を調整している。
【０００６】
また、このような改質型燃料電池システムとしては、スイープガスとして蒸気を含むガスを水素透過層１０４に供給する構成としており、水素透過層１０４の蒸気圧を高くすることにより、水素透過層１０４の水素圧を低くし、改質層１０２に対する水素透過層１０４の水素圧を低くしていた。
【０００７】
【特許文献１】
特開平１１−１２６６２６号公報
【特許文献２】
特開平７−２３５３２０号公報
【特許文献３】特開２００１−１４３７３３号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、車両等の移動体の動力源のうち、環境の観点から望ましいものとして、高効率のポテンシャルが高い燃料電池スタック１１１が挙げられ、移動体用の燃料電池スタック１１１として有力と目されている固体高分子電解質型の燃料電池スタックは一般に水素と酸素を用いて発電を行う。
【０００９】
燃料電池スタック１１１の燃料となる水素は、高圧水素タンクや吸蔵合金等の貯蔵媒体から水素を供給する場合や、天然ガス、アルコール、ガソリン等の燃料を改質して水素を発生させて供給する場合等が考えられる。メンブレン型水素製造装置１００は、水素分離膜１０３を使用した高効率のポテンシャルを有する改質システムであるが、水素透過層１０４にスイープガスを供給することにより水素の分離効率を向上させるため、スイープガスの供給方法が重要な課題の一つとなっている。
【００１０】
ここで、上記特開平１１−１２６６２６号公報に開示された技術は、溶融炭酸塩型燃料電池を燃料電池スタック１１１として用いて発電させること前提としたもので、改質層１０２の水素分圧が水素透過層１０４より高くなるようにポンプ１１２によってアノード排ガス流量を調整するとしている。
【００１１】
このような改質型燃料電池システムの構成を固体高分子型燃料電池に適用する場合、電極触媒の一酸化炭素による被毒が問題となることが考えられる。
【００１２】
また、特開平７−２３５３２０号公報に開示された技術は、定置用の燃料電池スタック１１１を使用して発電させることを前提としたものであり、スイープガスに用いる水蒸気の供給源については言及されていない。すなわち、この技術では、移動体において特有の限られた空間に各装置を配置し、限られた水の量でシステムを成立させる点で具体化が困難という問題点がある。
【００１３】
また、特開２００１−１４３７３３号公報に開示された技術では、カソード排出ガス中に含まれる水蒸気を、水蒸気透過膜を用いて水蒸気を分離して、スイープガスとして水素透過層１０４に供給する構成とするものもあるが、システムが煩雑になるという問題点があった。
【００１４】
そこで、本発明は、上述した実情に鑑みて提案されたものであり、簡便な構成で、かつ効率的に発電をさせることができる燃料電池システムを提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明では、固体高分子膜からなる電解層の両主面に電極層を配し、一方の電極層側に水素ガス流路を配設すると共に他方の電極層側に酸化ガス流路を備え、上記水素ガス流路に隣接した冷却水流路を備えた単セルを複数積層して構成された燃料電池スタックを発電させるために、燃焼部により改質部での改質に必要な熱を与えて改質部により改質し、水素を水素分離膜を介して水素透過部に送る。そして、この燃料電池システムでは、改質装置の水素透過部の水素を水素ガス循環装置により燃料電池スタックに供給すると共に酸化ガスを供給して発電させ、冷却水循環装置によって燃料電池スタックに冷却水を供給する。
【００１６】
このような燃料電池システムでは、水素ガス循環装置による水素ガス流路の水素ガス供給方向と、冷却水循環装置による冷却水流路の冷却水循環方向とを、燃料電池スタック内の少なくとも一部にて略同一方向とし、冷却水が入口から出口に向かうに従って冷却水温度が上昇することに伴って、水素ガスが入口から出口に向かうに従って水素ガス温度が上昇させる。これにより、燃料電池スタックの水素ガス入口における水素ガスの飽和水蒸気圧よりも、燃料電池スタックの水素ガス出口における水素ガスの飽和水蒸気圧を高くして、水蒸気を多く含んで燃料電池スタックから排出された水素ガスを水素ガス循環装置によって水素透過部に戻すことで、上述の課題を解決する。
【００１７】
【発明の効果】
本発明に係る燃料電池システムによれば、燃料電池スタックの水素ガス入口における水素ガスの飽和水蒸気圧よりも、燃料電池スタックの水素ガス出口における水素ガスの飽和水蒸気圧を高くして、水蒸気を多く含んで燃料電池スタックから排出された水素ガスを水素透過部に戻すことができ、水素透過部の水素分圧を下げて効率的に改質部にて改質した水素を取り出すことができる。したがって、この燃料電池システムによれば、簡便な構成で、かつ効率的に燃料電池スタックに発電をさせることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１実施形態〜第６実施形態について図面を参照して説明する。
【００１９】
［第１実施形態］
［燃料電池システムの構成］
本発明は、例えば図１に示すように構成された第１実施形態に係る燃料電池システムに適用される。なお、本実施形態では、燃料電池システムとして水蒸気により燃料を改質する水蒸気改質型に本発明を適用した場合について説明する。
【００２０】
この燃料電池システムでは、例えばバーナを有する燃焼部１１、改質用触媒を有する改質部１２、例えばパラジウム合金膜を有する水素透過膜１３及び水素透過部１４を備えたメンブレン型水素製造装置１を備える。このメンブレン型水素製造装置１は、燃料電池スタック２に供給する水素ガスを生成するために、燃料及び空気が燃焼部１１に供給されて、改質部１２にて燃料を改質するのに必要な熱を発生させる。この状態にて、改質部１２に燃料及び水が供給されると、燃焼部１１による熱によって水が蒸気化し、改質部１２にて
ＣＨ_２＋２Ｈ_２Ｏ→４Ｈ_２＋ＣＯ_２
という化学反応をして水素及びＣＯ_２等のガスを発生させる。
【００２１】
また、本例において、燃料電池スタック２は、固体高分子膜からなる電解層の両主面に電極層を配し、さらにその両外面の一方に水素流路を、他方に空気流路を備えたセパレータを配設し、さらに空気に流路に隣接して配置された冷却水流路をもつ冷却層を一組として単セルとし、該単セルを複数積層して形成して構成されている。
【００２２】
改質部１２にて発生させたガスのうち、水素は、改質部１２と水素透過部１４との水素分圧差によって水素透過膜１３を介して水素透過部１４に供給される。また、改質部１２にて発生させたガスのうちの水素以外のガスは、燃焼部１１に送られて燃焼される。
【００２３】
また、外部からの空気は、燃料電池スタック２の空気極入口２ａに供給され、燃料電池スタック２内部の空気流路２１を介して燃料電池スタック２の空気極に供給される。そして、燃料電池スタック２に供給された空気は燃料電池スタック２の発電反応に使用されて、空気極出口２ｂから排出されて、コンデンサ３に送られる。このコンデンサ３には、燃料電池スタック２からの排空気と共に、燃焼部１１からの排空気も供給される。コンデンサ３では、燃料電池スタック２からの排空気及び燃焼部１１からの排空気から水分を回収して、改質部１２における燃料改質用の水にする。
【００２４】
水素透過部１４に送られた水素は、ポンプ４を駆動することにより、水素透過部１４から引き抜かれて燃料電池スタック２の水素極入口２ｃに供給される。ここで、燃料電池スタック２には、内部の水素流路２２の末端部分にて水素が枯渇しないように、ポンプ４によって発電に必要な水素量よりも多い水素が供給される。
【００２５】
これにより、燃料電池スタック２により空気及び水素を使用した電気化学反応を発生させる。そして、燃料電池スタック２にて使用されずに水素極出口２ｄから排出された排出ガス（スイープガス）は、気液分離器５に供給される。気液分離器５では、スイープガスの水分を回収し、改質部１２における燃料改質用の水とする。気液分離器５から排出されたスイープガスは、ポンプ４を介して再度水素透過部１４に供給され、水素分が再度使用される。
【００２６】
また、この燃料電池システムにおいては、燃料電池スタック２内に冷却水流路２３が設けられている。冷却水は、冷却水ポンプ６によって循環されて、冷却水流路２３を通り、ラジエータ７に供給されて再度冷却水ポンプ６に送られる。この冷却水は、ラジエータ７を通過するときに冷風ファン８によって所望の温度とされる。
【００２７】
このような冷却系では、冷却水流路２３を流れる冷却水循環方向と、空気極入口２ａから空気極出口２ｂに流れる空気供給方向とが略逆方向となっている。また、この冷却系では、冷却水循環方向と、水素極入口２ｃから水素極出口２ｄに流れる水素供給方向とが略同一方向となっている。
【００２８】
このように冷却水循環方向と空気供給方向とが略逆方向となっているのは、空気に含まれる水を回収しやすくするためである。すなわち、空気極入口２ａ付近の冷却水温度よりも空気極出口２ｂ付近の冷却水温度が低く、空気極入口２ａから供給された空気は、空気極出口２ｂに向かうに従って温度が低くなってコンデンサ３に供給されることになり、コンデンサ３での水回収を容易とする。
【００２９】
また、冷却水循環方向と水素供給方向とが略同一方向となっているのは、水素透過部１４に再度供給するスイープガスに含有する水蒸気量を多くするためである。すなわち、水素極入口２ｃ付近の冷却水温度よりも、水素極出口２ｄ付近の冷却水温度が高くなると共に、燃料電池スタック２内にて電気化学反応に寄与した水素が反応が進むに従い温度が上昇する。すると、水素の飽和水蒸気圧が温度の関数であるため、水素に含有する水蒸気量が水素極入口２ｃから水素極出口２ｄに進むに従って上昇する。これにより、水素は、水素極出口２ｄ付近にて温度及び湿度の高いスイープガスとして燃料電池スタック２から排出されることになる。
【００３０】
［第１実施形態の効果］
以上詳細に説明したように、第１実施形態に係る燃料電池システムによれば、燃料電池スタック２内での水素通過方向と、冷却水循環方向とを略同一にすることにより、水素極入口２ｃ付近よりも水素極出口２ｄ付近での水素ガスの温度を効率的に上昇させることができるので、水素極出口２ｄから排出されるスイープガスの飽和水蒸気圧を上昇させることができ、多量の水蒸気を含むスイープガスを水素極出口２ｄから取り出すことができる。したがって、この燃料電池システムによれば、多量の水蒸気を含むスイープガスを水素透過部１４に供給することにより、水蒸気によって水素透過部１４の水素分圧を下げることができるため、改質部１２の水素分圧と水素透過部１４の水素分圧とを大きくして改質部１２にて生成した水素を効率的に水素透過部１４に取り出すことができる。
【００３１】
したがって、この燃料電池システムによれば、燃料を改質するに際しての水素圧力を下げると共に、水素透過部１４の水素分圧を下げるためにポンプ４等の補機の駆動量を大きくする必要なく消費電力を低減することができるので、燃料電池スタック２への水素供給効率を向上させることができる。
【００３２】
また、この燃料電池システムによれば、水蒸気を水素透過部１４に供給する別の機構を設ける必要なく、簡単な構成で上述の効果を実現することができる。
【００３３】
［第２実施形態］
つぎに、第２実施形態に係る燃料電池システムについて説明する。なお、上述の第１実施形態と同様の部分については同一符号を付することによりその詳細な説明を省略する。
【００３４】
この燃料電池システムでは、図２（Ａ）及び図２（Ｂ）に示すような２種類の燃料電池スタック２を複数備えて構成されている。図２（Ａ）に示す第１の燃料電池スタック２Ａは、第１実施形態と同様に、冷却水循環方向と水素供給方向とが略同一方向となっており、冷却水循環方向と空気供給方向とが略逆方向となっている。一方、図２（Ｂ）に示す第２の燃料電池スタック２Ｂは、冷却水循環方向と、水素供給方向及び空気供給方向とが略逆方向となっている。
【００３５】
このような２種類の第１の燃料電池スタック２Ａ及び第２の燃料電池スタック２Ｂを備える燃料電池システムでは、第１の燃料電池スタック２Ａから排出された水素をスイープガスとして使用するために水素透過部１４に戻す構成にする。一方、第２の燃料電池スタック２Ｂから排出された水素は、他の用途に使用する。
【００３６】
この他の用途とは、例えば、第１の燃料電池スタック２Ａ及び第２の燃料電池スタック２Ｂの発電応答性を補填する。すなわち、第２の燃料電池スタック２Ｂから排出された水素を図示しないバッファタンクに充填しておき、第１の燃料電池スタック２Ａ及び第２の燃料電池スタック２Ｂに要求される発電量が急激に増加した場合に、バッファタンク内の水素を第１の燃料電池スタック２Ａ及び第２の燃料電池スタック２Ｂに供給する。
【００３７】
また、更に他の用途としては、例えば燃料を脱硫する際に使用する水素にしても良い。
【００３８】
このような第２実施形態に係る燃料電池システムによれば、２種類の構成が異なる第１の燃料電池スタック２Ａ及び第２の燃料電池スタック２Ｂを備えるようにしたので、第１実施形態と同様の効果を発揮すると共に、燃料電池スタック２に関するレイアウト設計の自由度を増加させることができる。
【００３９】
［第３実施形態］
また、上述の燃料電池システムにおいて、燃料電池スタック２として図３に示すように構成したものを使用しても、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００４０】
第３実施形態に係る燃料電池システムにおける燃料電池スタック２は、水素流路２２と冷却水流路２３とを隣接させ、水素流路２２と冷却水流路２３を略同一方向又は略逆方向に組み合わせて構成されている。本例では、水素流路２２ａと冷却水流路２３ａ、水素流路２２ｂと冷却水流路２３ｂを略同一方向とし、水素流路２２ｃと冷却水流路２３ｃとを略逆方向としている。この燃料電池スタック２は、例えば単セルごとに水素流路２２及び冷却水流路２３を設ける。
【００４１】
このような燃料電池スタック２を備えた第３実施形態に係る燃料電池システムでは、水素透過部１４に戻すスイープガスに要求される水蒸気の含有量に応じて、水素供給方向と冷却水循環方向とを同一とする数を調整することができる。
【００４２】
［第４実施形態］
つぎに、第４実施形態に係る燃料電池システムについて説明する。なお、上述の実施形態と同様の部分については同一符号を付することによりその詳細な説明を省略する。
【００４３】
第４実施形態に係る燃料電池システムは、図示しない制御装置を備え、当該制御装置により図４に示す処理を実行することで、ポンプ４を制御する。
【００４４】
図４によれば、先ず、制御装置は、ステップＳ１において、燃料電池システムを搭載する車両のアクセル開度を検知してステップＳ２に処理を進める。
【００４５】
ステップＳ２においては、制御装置により、ステップＳ１にて検出したアクセル開度から燃料電池スタック２に要求される要求負荷Ｅｄ及び単位時間当たりの要求負荷変化Ｄｅを読み込む。ここで、アクセル開度に応じた要求負荷Ｅｄを予めマップ化して制御装置内のメモリに記憶しておく。そして制御装置は、ステップＳ１にて検知したアクセル開度に応じた要求負荷Ｅｄを読み出し、直前の要求負荷Ｅｄに対する差分を求めることにより要求負荷変化Ｄｅを求める。
【００４６】
次のステップＳ３においては、制御装置により、水素透過部１４に供給するスイープガスの流量を決定する。このとき、制御装置では、ステップＳ２にて求めた要求負荷変化Ｄｅが所定の値Ｃ以下の場合は穏やかな負荷変動と判断してステップＳ４に処理を進め、図示しないメモリに格納された図５に示す流量マップのラインＡを読み込む。そして、制御装置では、ラインＡを参照して要求負荷Ｅｄに応じたポンプ流量を設定する。
【００４７】
一方、要求負荷変化Ｄｅが所定の値Ｃを越える場合は急な負荷変動と判断してステップＳ５に処理を進め、図示しないメモリに格納された図５に示す流量マップのラインＢを読み込む。そして、制御装置では、要求負荷Ｅｄに応じたポンプ流量を設定する。
【００４８】
次のステップＳ６においては、制御装置により、ステップＳ４又はステップＳ５にて設定したポンプ流量となるようにポンプ４の吐出量を制御することで水素透過部１４に供給するスイープガスの流量を制御して処理を終了する。
【００４９】
このような動作をする第４実施形態に係る燃料電池システムによれば、スイープガスの流量を制御するので、水素透過部１４に戻す水素利用率を燃料電池スタック２の要求負荷に応じて変化させることができる。
【００５０】
また、この燃料電池システムによれば、例えばポンプ４の吐出量を増加させることにより水素透過部１４に供給するスイープガスの水蒸気を増加させることができ、改質部１２に対する水素透過部１４の水素分圧を低くして、改質部１２にて生成した水素を効率的に水素透過部１４に供給させることができ、水素の発生率を高めることができる。
【００５１】
［第５実施形態］
つぎに、第５実施形態に係る燃料電池システムについて説明する。なお、上述の実施形態と同様の部分については同一符号を付することによりその詳細な説明を省略する。
【００５２】
第５実施形態に係る燃料電池システムは、図６に示すように、燃料電池スタック２から排出されたスイープガスを水素透過部１４に循環させる循環流路３１から分岐した分岐流路３２を設け、この分岐流路３２と、改質部１２と燃焼部１１とを挿通するガス流路３３とを接続した点で、上述の実施形態に係る燃料電池システムとは異なる。
【００５３】
このような燃料電池システムでは、例えば分岐流路３２にパージ弁３４を設け、循環流路３１を流れるスイープガス中の不純物の濃縮を解消するパージ時にパージ弁３４を開状態にする。これにより、循環流路３１を流れているスイープガスを分岐流路３２及びガス流路３３を介して燃焼部１１に供給して、スイープガス中の不純物を燃焼させることができる。また、燃焼部１１に供給されたスイープガスに含まれる水素も燃焼されて、改質部１２での改質に必要な熱として回収して改質反応を促して、更に水素を有効に利用することができる。
【００５４】
［第６実施形態］
また、上述の燃料電池システムにおいて、燃料電池スタック２として図７に示すように構成したものを使用しても、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００５５】
この燃料電池スタック２は、冷却水と水素との流れる方向が一部において略同一方向とするように冷却水流路２３及び水素流路２２が形成されている。本例では、燃料電池スタック２内において、水素の流れる方向に対して冷却水の流れる方向が斜めになり、一部において水素の流れる方向と冷却水が流れる方向とが略同一方向となるように水素流路２２及び冷却水流路２３が形成されている。
【００５６】
このような燃料電池スタック２を使用した場合であっても、冷却水入口における冷却水温度よりも冷却水出口における冷却水温度を高くして、燃料電池スタック２の水素入口における水素ガス温度よりも水素出口における水素ガス温度を高くすることができ、第１実施形態と同様に、スイープガスに含まれる水蒸気量を増加させることができる。
【００５７】
なお、上述の実施の形態は本発明の一例である。このため、本発明は、上述の実施形態に限定されることはなく、この実施の形態以外であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能であることは勿論である。
【００５８】
すなわち、例えば、改質部１２と水素透過部１４との間を水素分離膜１３で仕切られたよりなるメンブレン型水素製造装置１を使用した説明をしたが、改質部分と水素分離膜による分離部分を切り離して別体としても、本発明が適用可能である。
【００５９】
また、改質部分をオートサーマルリフォーミングとし、その後段に水蒸気によりＣＯ成分を除去する反応器部分に水素分離膜を設けた燃料電池システムにおいても本発明を適用することができる。
【００６０】
更に、燃料電池スタック２内の流れ方向については、水素ガスと冷却水とが略同一方向に流れる部分を、燃料電池スタック２の同一セパレータ面内で分割した構成にしても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した第１実施形態に係る燃料電池システムの構成を示すブロック図である。
【図２】本発明を適用した第２実施形態に係る燃料電池システムにおいて、（Ａ）は冷却水循環方向と水素供給方向とが略同一方向となっており、冷却水循環方向と空気供給方向とが略逆方向となっている燃料電池スタックを示す図であり、（Ｂ）は冷却水循環方向と、水素供給方向及び空気供給方向とが略逆方向となっている燃料電池スタックを示す図である。
【図３】本発明を適用した第３実施形態に係る燃料電池システムにおける燃料電池スタックの構成を示す図である。
【図４】本発明を適用した第４実施形態に係る燃料電池システムの制御装置により実行する処理を示すフローチャートである。
【図５】燃料電池スタックの要求負荷（出力）に対するポンプの吐出流量のマップを説明するための図である。
【図６】本発明を適用した第５実施形態に係る燃料電池システムの構成を示すブロック図である。
【図７】本発明を適用した第６実施形態に係る燃料電池システムに備えられる燃料電池スタックの構成を示す図である。
【図８】従来の改質型燃料電池システムの構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１　メンブレン型水素製造装置
２　燃料電池スタック
３　コンデンサ
４　ポンプ
５　気液分離器
６　冷却水ポンプ
７　ラジエータ
８　冷風ファン
１１　燃焼部
１２　改質部
１３　水素透過膜
１４　水素透過部
２１　空気流路
２２　水素流路
２３　冷却水流路
３１　循環流路
３２　分岐流路
３３　ガス流路

Claims

固体高分子膜からなる電解層の両主面に電極層を配し、一方の電極層側に水素ガス流路を配設すると共に他方の電極層側に酸化ガス流路を備え、上記水素ガス流路に隣接した冷却水流路を備えた単セルを複数積層して構成された燃料電池スタックと、
燃料を改質して水素ガスを生成する改質部と、この改質部に必要な熱を発生させる燃焼部と、上記改質部と水素分離膜を介して接続された水素透過部とを有する改質装置と、
上記改質装置にて生成した水素を上記水素透過部から取り出して上記燃料電池スタックに供給すると共に、上記燃料電池スタックから排出された排出ガスを上記改質装置の水素透過部に循環させる水素ガス循環装置と、
上記燃料電池スタックの冷却水流路に冷却水を供給する冷却水循環装置とを備え、
上記水素ガス循環装置による上記水素ガス流路の水素ガス供給方向と、上記冷却水循環装置による上記冷却水流路の冷却水循環方向とを、上記燃料電池スタック内の少なくとも一部にて略同一方向としたことを特徴とする燃料電池システム。
複数の燃料電池スタックを有し、
少なくとも一つの燃料電池スタックは、上記水素ガス流路の水素ガス供給方向と、上記冷却水流路の冷却水循環方向とが、上記燃料電池スタック内の少なくとも一部にて略同一方向とされていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
上記水素ガス循環装置は、上記燃料電池スタックに要求される負荷に応じて上記水素透過部に循環させる排出ガス量を変化させることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
上記燃料電池スタックから排出された排出ガスを上記燃焼部に循環させる水素ガス循環流路を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
固体高分子膜からなる電解層の両主面に電極層を配し、上記一方の電極層側に水素ガス流路を配設すると共に他方の電極層側に酸化ガス流路を備え、上記水素ガス流路に隣接した冷却水流路を備えた単セルを複数積層して構成された燃料電池スタックと、
燃料を改質して水素ガスを生成する改質部と、この改質部に必要な熱を発生させる燃焼部と、上記改質部と水素分離膜を介して接続された水素透過部とを有する改質装置と、
上記改質装置にて生成した水素を上記水素透過部から取り出して上記燃料電池スタックに供給すると共に、上記燃料電池スタックから排出された排出ガスを上記改質装置の水素透過部に循環させる水素ガス循環装置と、
上記燃料電池スタックの冷却水流路に冷却水を供給する冷却水循環装置とを備え、
水素ガスが冷却水の熱を受け取るように上記燃料電池システム内の上記水素ガス流路及び冷却水流路を配設したことを特徴とする燃料電池システム。