JP2004111268A

JP2004111268A - Fuel cell system

Info

Publication number: JP2004111268A
Application number: JP2002273646A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Makino; 牧野　眞一
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: JP4000971B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To realize a stable humidification of a fuel cell system of a hydrogen circulation type while enabling an efficient hydrogen circulation. <P>SOLUTION: Exhaust hydrogen exhausted from a fuel electrode of a fuel cell stack 1 is made circulate by a circulation channel 4 and a circulating means 5, and is mixed with supply hydrogen newly supplied from a hydrogen supply means 2, which is supplied to the fuel electrode of the fuel cell stack 1 as mixed hydrogen. Here, the mixed hydrogen is humidified by moisture contained in the exhaust hydrogen before mixting by having it moved to the mixture hydrogen with the use of a water permeating humidifier 3. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池本体に水素及び空気を供給して発電させる燃料電池システムに関し、特に、燃料電池本体で未使用の水素を燃料電池本体の入口側へと循環させる水素循環型の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、燃料電池本体の燃料極（水素極）に水素ガス、空気極に空気をそれぞれ供給して、燃料電池本体において水素と酸素とを電気化学的に反応させて発電電力を得るものである。このような燃料電池システムは、例えば自動車の動力源等としての実用化に大きな期待が寄せられており、現在、実用化に向けての研究開発が盛んに行われている。
【０００３】
燃料電池システムに用いられる燃料電池本体としては、特に自動車に搭載する上で好適なものとして、固体高分子タイプの燃料電池本体が知られている。この固体高分子タイプの燃料電池本体は、燃料極と空気極との間に膜状の固体高分子が設けられたものであり、この固体高分子膜が水素イオン伝導体として機能するようになっている。この固体高分子タイプの燃料電池本体では、燃料極で水素ガスが水素イオンと電子とに分離される反応が起き、空気極で酸素ガスと水素イオンと電子とから水を生成する反応が行われる。このとき、固体高分子膜がイオン伝導体として機能し、水素イオンは固体高分子膜を空気極に向かって移動することになる。
【０００４】
ところで、固体高分子膜をイオン伝導体として機能させるためには、この固体高分子膜にある程度の水分を含ませておく必要がある。このため、このような固体高分子タイプの燃料電池本体を用いた燃料電池システムでは、水素ガスや空気を加湿装置により加湿した状態で燃料電池本体に供給することで、燃料電池本体の固体高分子膜を加湿することが一般に行われている。
【０００５】
固体高分子膜を加湿する方法としては種々の方法が知られているが、特に燃料消費量節減や出力特性の改善等の観点から、燃料電池本体で未使用の水素ガスを燃料電池本体へと循環させて再利用する水素循環型の燃料電池システムが有効である。この水素循環型の燃料電池システムでは、燃料電池本体外部に接続した負荷で消費する電力に要する水素量より幾分多めの水素ガスを燃料電池本体の燃料極へと供給して、未使用の水素ガスを燃料極出口から排出させ、この排出水素をポンプやエゼクタ等の循環装置を用いて循環させる。そして、この循環装置で循環させた排出水素を水素供給源から新たに供給される水素と混合させて、燃料電池本体にて再利用するようにしている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００６】
以上のような水素循環型の燃料電池システムでは、水蒸気を多く含んだ状態で燃料電池本体の燃料極出口から排出される排出水素が水素供給源からの乾燥している水素に混合されて、混合水素として燃料電池本体の燃料極へ供給されるので、燃料電池本体の固体高分子膜を効果的に加湿することができる。
【０００７】
また、この水素循環型の燃料電池システムでは、燃料電池本体の燃料極に対して多めの水素ガスが供給されて一定以上のストイキ比が確保されるので、フラッディングの防止を図る上でも有効である。
【０００８】
【特許文献１】
特開平９−２２７１４号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、以上のような水素循環型の燃料電池システムにおいて、燃料電池本体から排出される排出水素は、その温度が８０〜９０℃程度の高温となっており、相対湿度も１００％に近い状態となっている。そのため、この排出水素の見かけ上の分子量は、純水素の場合に比べてかなり大きくなっている。
【００１０】
上述したように、フラッティング防止のためには、ある一定以上のストイキ比で水素を燃料電池本体の燃料極に供給する必要があるが、循環装置にエゼクタを用いた場合、見かけ上の分子量が大きい排出水素を十分に循環させることができなくなるという不都合がある。例えば、水素供給源から供給される水素の状態が同じである場合には、吸引する気体の分子量が大きくなると吸引量が小さくなり、排出水素に含まれる水分の分だけ水素を循環させることができなくなり、循環される水素量が大幅に低下する。
【００１１】
また、循環装置にポンプを用いた場合には、排出水素に含まれる水分が持つ質量に対しても仕事を行わなければならず、同じ水素循環流量を維持しようとすると、水分の分だけポンプの負荷が大きくなるという問題がある。
【００１２】
本発明は、このような従来技術の有する欠点を解消するために提案されたものであり、水素循環型の燃料電池システムにおいて、エゼクタを効率的に動作させたりポンプの負荷を低減する等、効率的な水素循環を可能とし、同時に安定した加湿を実現することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の燃料電池システムは、燃料電池本体の燃料極から排出された排出水素を循環させるための循環経路及び循環手段を備え、水素供給手段から新たに供給される供給水素に前記排出水素を混合した混合水素を燃料極へ供給する水素循環型の燃料電池システムである。そして、このような水素循環型の燃料電池システムにおいて、水透過型加湿装置を用いて、混合前の排出水素に含まれる水分を燃料極に供給される混合水素中に移動させてこれを加湿するようにしたものである。
【００１４】
本発明の燃料電池システムでは、排出水素が循環手段に導入される前に、この排出水素に含まれる水分が水透過型加湿装置によって混合水素中へと移動されるので、循環手段へ導入される排出水素に含まれる水分が大幅に減少することになる。そして、この排出水素の見かけ上の分子量は小さくなり、水分に起因する質量も減少する。その結果、循環手段への負荷が小さくなり、排出水素が効率的に循環される。同時に、排出水素に含まれる水分も加湿水として有効利用されることになる。
【００１５】
また、この燃料電池システムは、排出水素を循環させることによって循環経路内に蓄積していく不純物や窒素等を除去するために、必要に応じて排出水素を外部に排出してパージを行う構成としてもよい。この場合、従来のシステムではパージに伴って水分まで外部に排出されることで、加湿用の水が不足することも懸念されるが、本発明の燃料電池システムでは、外部へ排出する前に排出水素に含まれる水分が回収されるので、水分まで外部に排出されることはなく、回収した水が加湿水として有効利用されることになる。
【００１６】
【発明の効果】
本発明においては、水透過型加湿装置を用いて排出水素に含まれる水分を燃料極に供給される混合水素中に移動させているので、循環手段へ導入される排出水素に含まれる水分を大幅に減少させることができ、循環手段であるエゼクタを効率的に動作させたり、ポンプの負荷を低減させることができる。したがって、排出水素を効率良く循環させて水素循環量を増加させ、効率的な発電を実現することができる。
【００１７】
また、特に、不純物や窒素等が蓄積した排出水素をパージで外部に排出する場合、排出水素中の水分が予め回収されるので、排出水素と共に水分も外部へ排出したときに懸念される水不足の問題を未然に回避できる。したがって、水不足の条件となった場合に新たに水を生成するような運転状態をあえて作る必要がなく、トータルでの運転効率や燃費等の観点からも、事前に水を回収する本発明の燃料電池システムは非常に有利である。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１９】
（第１の実施形態）
本実施形態は、電気自動車の燃料電池システムに本発明を適用した例であり、最も基本となる構成を有するものである。
【００２０】
本実施形態の燃料電池システムの要部構成を図１に示す。この図１に示す燃料電池システムは、水素循環型の燃料電池システムとして構成されており、燃料電池スタック（燃料電池本体）１と、この燃料電池スタック１の燃料極に供給する水素の供給源である水素供給手段２と、水分の移動を行う水透過型加湿装置３と、燃料電池スタック１の燃料極から排出される排出水素の循環経路４と、及び排出水素を強制的に循環させる循環手段５（例えば、エゼクタやポンプ等）とを備えている。なお、この燃料電池システムには、以上の各構成要素の他、燃料電池スタック１の空気極に酸化剤である空気を供給するための空気供給系や、燃料電池スタック１に供給する水素及び酸素の流量や圧力を制御する手段等も設けられているが、これらは本発明の要部と直接関係しない部分であるので、ここでは図示及び詳細な説明を省略する。
【００２１】
燃料電池スタック１は、水素が供給される燃料極と酸素（空気）が供給される空気極とが電解質・電極触媒複合体を挟んで重ね合わされた発電セルが多段積層された構造を有し、電気化学反応により化学エネルギーを電気エネルギーへと変換する。燃料極では、水素が供給されることで水素イオンと電子に解離し、水素イオンは電解質を通り、電子は外部回路を通って電力を発生させて、空気極にそれぞれ移動する。空気極では、供給された空気中の酸素と前記水素イオン及び前記電子が反応して水が生成され、外部に排出される。
【００２２】
燃料電池スタック１の電解質としては、高エネルギー密度化、低コスト化、軽量化等を考慮して、例えば固体高分子電解質が用いられる。高分子固体電解質は、例えばフッ素樹脂系イオン交換膜等、イオン（プロトン）伝導性の高分子膜からなるものであり、飽和含水することによりイオン伝導性電解質として機能することから、この燃料電池スタック１においては水を供給して加湿することが必要になる。
【００２３】
水素供給手段２は、例えば高圧水素タンク等の水素貯蔵手段を有し、流量及び圧力が制御された水素ガスを燃料電池スタック１の燃料極に供給するようになっている。ここで、本実施形態の燃料電池システムでは、この水素供給手段２から供給される水素ガス（以下、供給水素という。）のみならず、発電に寄与することなく燃料電池スタック１から排出された水素ガス（以下、排出水素という。）も循環経路４及び循環手段５によって循環させて、燃料電池スタック１の燃料極に供給するようにしている。すなわち、燃料電池スタック１からの排出水素を循環させて、水素供給手段２から新たに供給される供給水素に混合させ、この混合水素を燃料電池スタック１の燃料極に供給するようにしている。
【００２４】
このとき、燃料電池スタック１からの排出水素を水分を多く含んだままの状態で循環利用しようとすると、循環手段５に大きな負荷がかかることになる。そこで、本実施形態では、水透過型加湿装置３を用いて、排出水素中の水分を予め水透過型加湿装置３によって燃料電池スタック１の燃料極に供給される混合水素側に移動させておき、排出水素中の水分を減らすようにしている。
【００２５】
水透過型加湿装置３は、湿潤気体に含まれる水分を乾燥気体に水分交換するものであり、例えば中空糸膜を用いたものが知られている。このような中空糸膜を用いた水透過型加湿装置３の一例を図２に示す。この図２に示す水透過型加湿装置３は、ハウジング２１内に中空糸膜の束を水分交換部２２として設けたものであり、この水分交換部２２を中心部を通る内装管とし、その周囲に円環状の空間２３が設けられた、いわゆる２重管構造を有している。そして、この水透過型加湿装置３は、流入口２４から湿潤した気体が導入されて、水分交換部２２で水分を放出した後、排出口２５から排出されるようになっている。一方、流入口２６からは乾燥気体が導入され、この乾燥気体が水分交換部２２の周囲の空間２３を通過する過程で加湿されて排出口２７から排出されるようになっている。
【００２６】
以上のような構造の水透過型加湿装置３では、湿潤気体を中空糸膜の束である水分交換部２２を通過させることにより、湿潤気体中の水分が中空糸膜の毛管作用によって分離され、中空糸膜の毛管と透過して中空糸膜の外側、すなわち水分交換部２２の周囲の空間２３に移動する。一方、乾燥気体を水分交換部２２の周囲の空間２３に送り込むと、ここには湿潤気体から分離された水分が移動してきており、この水分によって乾燥気体が加湿されることになる。
【００２７】
本実施形態の燃料電池システムでは、以上のような水透過型加湿装置３の流入口２４及び排出口２５（吸湿側）が燃料電池スタック１の燃料極出口側と前記循環手段５の間に接続されてオフガス側３２とされ、流入口２６及び排出口２７（加湿側）が前記循環手段５と燃料電池スタック１の燃料極入口側の間に接続されてスイープガス側３１とされている。
【００２８】
以上のような構成の燃料電池システムにおいては、水素供給手段２から供給された供給水素と循環手段５によって循環してきた循環水素とが混合され、この混合水素は、水透過型加湿装置３のスイープガス側３１に導入されることで加湿及び昇温されて、燃料電池スタック１に導入される。また、燃料電池スタック１で消費されなかった余分な高温多湿の排出水素が、水透過型加湿装置３のオフガス側３２へ導入されることで、この排出水素中に含まれる水分と熱がスイープガス側３１へと移動する。このため、オフガス側３２を通過した排出水素は、水分が大幅に減少した状態で循環経路４を循環することになる。また、水透過型加湿装置３では、水分だけでなく熱も同時に移動するため、オフガス側３２を通過した排出水素の温度は降下し、飽和蒸気圧が減少するので、水素に含まれる水分量はより少なくなる。
【００２９】
水透過型加湿装置３のオフガス側３２を通過することで水分の少なくなった排出水素は、循環手段５の作用によって、水素供給手段２からの新たな供給水素と混合されることになる。このとき、燃料電池スタック１でのフラッティング防止等の理由により、燃料電池スタック１に供給する水素量は、ある一定以上のストイキ比を確保することが要求されるが、本実施形態の燃料電池システムでは、以上のように、循環する排出水素中に存在する余分な水分の量が少なくされて、その分、より多くの水素を循環させることができるので、ストイキ比の確保が容易となる。
【００３０】
（第２の実施形態）
本実施形態は、上述した第１の実施形態の構成に加えて、排出水素を外部に排出するためのパージ弁が設けられた点を特徴とするものである。なお、基本的な構成は先の第１の実施形態と同様であるので、ここでは説明を省略する。
【００３１】
本実施形態の燃料電池システムの要部構成を図３に示す。この図３に示す燃料電池システムでは、循環経路４内に蓄積される不純物等を排出水素と共に外部に排出させるためのパージ弁１７が、循環経路４の中途部に設けられている。
【００３２】
循環経路４及び循環手段５によって排出水素を循環させるようにした場合、循環経路４内には不純物や窒素等が蓄積して水素分圧が降下し、燃料電池スタック１の効率が低下する場合がある。このような問題の対策として、本実施形態では循環経路４の中途部にパージ弁１７を設けて、必要に応じてパージを行うことで循環経路４内に蓄積された不純物や窒素等を除去するようにしている。この場合、燃料電池スタック１からの排出水素をそのまま外部に排出するようにすると、排出水素と同時に水分も外部へ排出されてしまう。そこで、本実施形態の燃料電池システムでは、水透過型加湿装置３のオフガス側３２をパージ弁１７の上流に設けることで、排出水素に含まれる水分を、パージ時に水素供給手段２から供給される供給水素へと移動させ、循環経路４内からパージ弁１７を介して外部へと水分が排出されることを防止するようにしている。
【００３３】
以上のように、本実施形態の燃料電池システムによれば、不純物や窒素などが蓄積した水素をパージにより外部へ排出する前に、水透過型加湿装置３を用いて供給側へ水分を移動するようにしているので、外部へ水を捨てることに起因して加湿不足が生じるといった問題を未然に回避することができる。
【００３４】
（第３の実施形態）
本実施形態は、図４に示すように、上述した第２の実施形態と同様の構成において、循環手段としてエゼクタ６を用いた例である。
【００３５】
エゼクタ６は、吸引する気体の分子量が大きくなると吸引量が小さくなる。そのため、循環手段としてエゼクタ６を用いた場合には、循環水素中に水分が多く含まれていると、その分だけ水素を循環させることができなくなり、循環される水素量が大幅に低下することになる。そこで、本実施形態の燃料電池システムでは、水透過型加湿装置３を用いて循環水素中の水分を予め混合水素側へと移動させ、エゼクタ６に供給される循環水素中には水分が少ない状態となるようにしている。これにより、本実施形態の燃料電池システムは、エゼクタ６を効率的に動作させて排出水素の循環量を大きくし、効率的な発電を実現することができる。
【００３６】
（第４の実施形態）
本実施形態は、図５に示すように、上述した第２の実施形態と同様の構成において、循環手段としてポンプ７を用いた例である。
【００３７】
循環手段としてポンプ７を用いた場合、循環水素に水分が多く含まれていると、この水分が持つ質量に対してもポンプ７が仕事を行わなければならず、その分だけポンプの負荷が大きくなる。そこで、本実施形態の燃料電池システムでは、水透過型加湿装置３を用いて循環水素中の水分を予め混合水素側へと移動させ、ポンプ７に供給される循環水素中には水分が少ない状態となるようにしている。これにより、本実施形態の燃料電池システムは、ポンプ７を駆動するモータに余分な水分に対して仕事をさせる必要がなく、少ない仕事量で所定の水素循環量を達成して、効率的な発電を実現することができる。
【００３８】
（第５の実施形態）
本実施形態は、図６に示すように、第２の実施形態の構成に加えて、燃料電池スタック１で生成した水を回収する生成水回収手段９と、この生成水回収手段９により回収した生成水を水透過型加湿装置３に供給するための生成水供給経路１０及び生成水供給手段１１とが設けられた点を特徴とするものである。また、本実施形態において、水透過型加湿装置３には、供給される生成水を効率的にスイープガス側３１に移行するために多孔質材料８が設けられている。
【００３９】
本実施形態の燃料電池システムでは、燃料電池スタック１の発電に伴って生成される生成水が、生成水回収手段９（例えば気水分離器など）により燃料電池スタック１の排空気または排水素から回収されるようになっている。そして、精製水回収手段９により回収された生成水が、生成水供給手段１１によって、生成水供給経路１０を通じて水透過型加湿装置３に供給され、多孔質材料８に浸透して混合水素の加湿に用いられるようになっている。
【００４０】
ストイキ比が小さい運転条件では、循環している水分が少ないため、この循環している水分だけでは燃料電池スタック１の運転を継続するために必要な水分量が確保できず、加湿不足が生じる場合もある。このような場合に、本実施形態の燃料電池システムでは、燃料電池スタック１からの生成水を水透過型加湿装置３に供給して、燃料電池１に供給される混合水素を加湿することできる。したがって、本実施形態の燃料電池システムでは、加湿不足が懸念される運転条件においても混合水素を十分に加湿して、円滑な運転を維持することが可能である。
【００４１】
（第６の実施形態）
本実施形態は、図７に示すように、第５の実施形態の構成に加えて、生成水供給経路１０を流れる生成水を加熱するための加熱手段１４が設けられた点を特徴とするものである。
【００４２】
本実施形態の燃料電池システムにおいて、加熱手段１４の熱源としては、例えば、燃料電池スタック１を冷却した後の高温の冷却水が用いられる。この場合、加熱手段１４は、燃料電池スタック１の冷却経路１３に組み込まれる。そして、冷却経路１３を流れる冷却水が、この加熱手段１４で生成水を加熱した後、ラジエータ１２で冷却されて、燃料電池スタック１へ循環される。
【００４３】
水透過型加湿装置３に供給される生成水を加熱手段１４によって加熱すると、生成水が気化しやすくなるため、加湿不足が生じたときに速やかに生成水で混合水素を加湿することができる。したがって、本実施形態の燃料電池システムでは、加湿不足が懸念される運転条件下で混合水素の加湿を速やかに行って、円滑な運転を維持することが可能である。
【００４４】
なお、加熱手段１４の熱源としては、燃料電池スタック１を冷却した後の高温の冷却水に限らず、強電部品を冷却した後の冷却水や電熱ヒータ、コンプレッサによって加圧され高温となった空気等を利用することも可能である。
【００４５】
（第７の実施形態）
本実施形態は、図８に示すように、第５の実施形態の構成に加えて、水透過型加湿装置３のスイープガス側３１を加熱するための加熱手段１５が設けられた点を特徴とするものである。
【００４６】
本実施形態の燃料電池システムにおいて、加熱手段１５の熱源としては、例えば、上述した第６の実施形態の燃料電池システムにおける加熱手段１４と同様に、燃料電池スタック１を冷却した後の高温の冷却水が用いられる。この場合、加熱手段１５は、燃料電池スタック１の冷却経路１３に組み込まれ、冷却経路１３を流れる冷却水が、この加熱手段１５で水透過型加湿装置３のスイープガス側３１を加熱した後、ラジエータ１２で冷却され、燃料電池スタック１へ循環される。
【００４７】
水透過型加湿装置３のスイープガス側３１を加熱手段１５によって加熱すると、このスイープガス側３１に供給される混合水素が加熱されて生成水が気化しやすくなるため、加湿不足が生じたときに速やかに生成水で混合水素を加湿することができる。したがって、本実施形態の燃料電池システムでは、加湿不足が懸念される運転条件下で混合水素の加湿を速やかに行って、円滑な運転を維持することが可能である。
【００４８】
なお、本実施形態においても、加熱手段１５の熱源としては、燃料電池スタック１を冷却した後の高温の冷却水に限らず、強電部品を冷却した後の冷却水や電熱ヒータ、コンプレッサによって加圧され高温となった空気等を利用することが可能である。
【００４９】
（第８の実施形態）
本実施形態は、図９に示すように、第２の実施形態の構成に加えて、水素供給手段２と循環手段５との間に、供給水素を加熱するための加熱手段１６が設けられた点を特徴とするものである。
【００５０】
本実施形態の燃料電池システムにおいて、加熱手段１６の熱源としては、例えば、上述した第６の実施形態及び第７の実施形態の燃料電池システムにおける加熱手段１４，１５と同様に、燃料電池スタック１を冷却した後の高温の冷却水が用いられる。この場合、加熱手段１６は、燃料電池スタック１の冷却経路１３に組み込まれ、冷却経路１３を流れる冷却水が、この加熱手段１６で供給水素を加熱した後、ラジエータ１２で冷却され、燃料電池スタック１へ循環される。
【００５１】
水素供給手段２から供給される供給水素の温度が循環水素の温度よりも低い場合、供給水素と循環水素とが循環手段５にて合流して混合水素とされた後に、混合水素中の水分が凝縮して気体の水分量が少なくなってしまう。そこで、本実施形態の燃料電池システムでは、水素供給手段２と循環手段５との間に加熱手段１６を設け、この加熱手段１６により供給水素を加熱することで、混合水素中の水分の凝縮を避けるようにしている。したがって、本実施形態の燃料電池システムでは、循環水素を十分な水分量で加湿して、円滑な運転を維持することが可能である。
【００５２】
なお、本実施形態においても、加熱手段１６の熱源としては、燃料電池スタック１を冷却した後の高温の冷却水に限らず、強電部品を冷却した後の冷却水や電熱ヒーター、コンプレッサによって加圧され高温となった空気等を利用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した第１の実施形態の燃料電池システムの要部構成を示す図である。
【図２】水透過型加湿装置の一例を模式的に示す断面図である。
【図３】第２の実施形態の燃料電池システムの要部構成を示す図である。
【図４】第３の実施形態の燃料電池システムの要部構成を示す図である。
【図５】第４の実施形態の燃料電池システムの要部構成を示す図である。
【図６】第５の実施形態の燃料電池システムの要部構成を示す図である。
【図７】第６の実施形態の燃料電池システムの要部構成を示す図である。
【図８】第７の実施形態の燃料電池システムの要部構成を示す図である。
【図９】第８の実施形態の燃料電池システムの要部構成を示す図である。
【符号の説明】
１　燃料電池スタック
２　水素供給手段
３　水透過型加湿装置
４　循環経路
５　循環手段
６　エゼクタ
７　ポンプ
８　多孔質材料
９　生成水回収手段
１４，１５，１６　加熱手段
１７　パージ弁
３１　水透過型加湿装置スイープガス側
３２　水透過型加湿装置オフガス側[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a fuel cell system that supplies hydrogen and air to a fuel cell body to generate power, and more particularly to a hydrogen circulation type fuel cell system that circulates unused hydrogen in the fuel cell body to the inlet side of the fuel cell body. About.
[0002]
[Prior art]
A fuel cell system supplies hydrogen gas to a fuel electrode (hydrogen electrode) of a fuel cell body and air to an air electrode, and electrochemically reacts hydrogen and oxygen in the fuel cell body to obtain power generation. It is. Such fuel cell systems are expected to be put to practical use, for example, as power sources for automobiles, and research and development for practical use are being actively conducted.
[0003]
As a fuel cell main body used in a fuel cell system, a solid polymer type fuel cell main body has been known as a fuel cell main body particularly suitable for mounting on an automobile. This solid polymer type fuel cell body has a membrane solid polymer provided between a fuel electrode and an air electrode, and this solid polymer membrane comes to function as a hydrogen ion conductor. ing. In the polymer electrolyte fuel cell main body, a reaction occurs in which hydrogen gas is separated into hydrogen ions and electrons at the fuel electrode, and a reaction is performed at the air electrode to generate water from oxygen gas, hydrogen ions, and electrons. . At this time, the solid polymer membrane functions as an ion conductor, and hydrogen ions move through the solid polymer membrane toward the air electrode.
[0004]
By the way, in order for the solid polymer membrane to function as an ion conductor, it is necessary that the solid polymer membrane contains a certain amount of moisture. For this reason, in a fuel cell system using such a solid polymer type fuel cell main body, hydrogen gas or air is supplied to the fuel cell main body in a humidified state by a humidifier, whereby the solid polymer type of the fuel cell main body is supplied. It is common practice to humidify the membrane.
[0005]
Various methods are known as a method for humidifying a solid polymer membrane.In particular, from the viewpoint of reducing fuel consumption and improving output characteristics, hydrogen gas unused in the fuel cell body is transferred to the fuel cell body. A hydrogen circulation type fuel cell system that circulates and reuses is effective. In this hydrogen circulation type fuel cell system, a slightly larger amount of hydrogen gas than the amount of hydrogen required for power consumed by a load connected to the outside of the fuel cell main body is supplied to the fuel electrode of the fuel cell main body, and unused hydrogen is supplied. The gas is discharged from the fuel electrode outlet, and the discharged hydrogen is circulated using a circulating device such as a pump or an ejector. Then, the discharged hydrogen circulated by the circulation device is mixed with hydrogen newly supplied from a hydrogen supply source, and is reused in the fuel cell main body (for example, see Patent Document 1).
[0006]
In the hydrogen circulation type fuel cell system as described above, hydrogen discharged from the fuel electrode outlet of the fuel cell body in a state containing a large amount of water vapor is mixed with dry hydrogen from a hydrogen supply source, and mixed. Since hydrogen is supplied to the fuel electrode of the fuel cell main body, the solid polymer membrane of the fuel cell main body can be effectively humidified.
[0007]
Further, in this hydrogen circulation type fuel cell system, a large amount of hydrogen gas is supplied to the fuel electrode of the fuel cell main body, and a stoichiometric ratio equal to or higher than a certain value is secured, which is effective in preventing flooding. .
[0008]
[Patent Document 1]
JP-A-9-22714
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in the hydrogen circulation type fuel cell system described above, the temperature of the discharged hydrogen discharged from the fuel cell body is as high as about 80 to 90 ° C., and the relative humidity is close to 100%. Has become. Therefore, the apparent molecular weight of this discharged hydrogen is considerably larger than that of pure hydrogen.
[0010]
As described above, in order to prevent flooding, it is necessary to supply hydrogen to the fuel electrode of the fuel cell body at a certain stoichiometric ratio or higher, but when an ejector is used in the circulation device, the apparent molecular weight is reduced. There is a disadvantage that large discharged hydrogen cannot be sufficiently circulated. For example, when the state of hydrogen supplied from the hydrogen supply source is the same, the suction amount decreases as the molecular weight of the gas to be suctioned increases, and hydrogen can be circulated by the amount of water contained in the discharged hydrogen. And the amount of circulated hydrogen is greatly reduced.
[0011]
In addition, when a pump is used for the circulation device, work must be performed on the mass of water contained in the discharged hydrogen, and if the same hydrogen circulation flow rate is to be maintained, the pump must be operated by the amount of water. There is a problem that the load increases.
[0012]
The present invention has been proposed in order to solve such disadvantages of the prior art. In a hydrogen circulation type fuel cell system, the efficiency of the ejector is reduced by efficiently operating the ejector and reducing the load on the pump. It is intended to enable efficient hydrogen circulation and at the same time to realize stable humidification.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
The fuel cell system of the present invention includes a circulation path and a circulation unit for circulating the exhaust hydrogen discharged from the fuel electrode of the fuel cell body, and mixes the exhaust hydrogen with the supply hydrogen newly supplied from the hydrogen supply unit. This is a hydrogen circulation type fuel cell system for supplying the mixed hydrogen to the fuel electrode. And in such a hydrogen circulation type fuel cell system, the water contained in the discharged hydrogen before mixing is moved to the mixed hydrogen supplied to the fuel electrode and humidified by using the water permeable humidifier. It is like that.
[0014]
In the fuel cell system of the present invention, before the discharged hydrogen is introduced into the circulation means, the water contained in the discharged hydrogen is moved into the mixed hydrogen by the water permeable humidifier, so that the water is introduced into the circulation means. The water contained in the discharged hydrogen will be greatly reduced. Then, the apparent molecular weight of the discharged hydrogen decreases, and the mass due to moisture also decreases. As a result, the load on the circulation means is reduced, and the discharged hydrogen is efficiently circulated. At the same time, the moisture contained in the discharged hydrogen is effectively used as humidification water.
[0015]
In addition, this fuel cell system has a configuration in which the discharged hydrogen is discharged to the outside and purged as necessary in order to remove impurities, nitrogen, and the like accumulated in the circulation path by circulating the discharged hydrogen. Is also good. In this case, in the conventional system, there is a concern that the water for humidification may be insufficient due to the water being discharged to the outside in accordance with the purge, but in the fuel cell system of the present invention, the water is discharged before the water is discharged to the outside. Since the water contained in the hydrogen is recovered, the water is not discharged to the outside, and the recovered water is effectively used as humidifying water.
[0016]
【The invention's effect】
In the present invention, since the water contained in the discharged hydrogen is moved into the mixed hydrogen supplied to the fuel electrode by using the water permeable humidifier, the water contained in the discharged hydrogen introduced into the circulation means is greatly reduced. It is possible to efficiently operate the ejector, which is the circulation means, and reduce the load on the pump. Therefore, it is possible to efficiently circulate the discharged hydrogen and increase the amount of hydrogen circulation, thereby realizing efficient power generation.
[0017]
In particular, in the case where the discharged hydrogen in which impurities and nitrogen are accumulated is discharged to the outside by purging, the water in the discharged hydrogen is recovered in advance. Problems can be avoided. Therefore, there is no need to intentionally create an operation state in which water is newly generated in the case of a water shortage condition, and the fuel of the present invention for recovering water in advance from the viewpoint of total operation efficiency and fuel efficiency. Battery systems are very advantageous.
[0018]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0019]
(1st Embodiment)
This embodiment is an example in which the present invention is applied to a fuel cell system of an electric vehicle, and has the most basic configuration.
[0020]
FIG. 1 shows a main configuration of the fuel cell system according to the present embodiment. The fuel cell system shown in FIG. 1 is configured as a hydrogen circulation type fuel cell system, and includes a fuel cell stack (fuel cell main body) 1 and a supply source of hydrogen supplied to a fuel electrode of the fuel cell stack 1. A certain hydrogen supply means 2, a water permeable humidifier 3 for transferring moisture, a circulation path 4 for discharged hydrogen discharged from the fuel electrode of the fuel cell stack 1, and a circulation means for forcibly circulating the discharged hydrogen. 5 (for example, an ejector and a pump). The fuel cell system includes, in addition to the above components, an air supply system for supplying air as an oxidant to the air electrode of the fuel cell stack 1, and hydrogen and oxygen supplied to the fuel cell stack 1. Although means for controlling the flow rate and pressure of the apparatus are also provided, they are not directly related to the main part of the present invention, and therefore illustration and detailed description are omitted here.
[0021]
The fuel cell stack 1 has a structure in which power generation cells in which a fuel electrode to which hydrogen is supplied and an air electrode to which oxygen (air) is supplied are stacked with an electrolyte / electrode catalyst composite interposed therebetween are multi-tiered. An electrochemical reaction converts chemical energy into electrical energy. At the fuel electrode, when hydrogen is supplied, hydrogen is dissociated into hydrogen ions and electrons. The hydrogen ions pass through the electrolyte, and the electrons generate electric power through an external circuit and move to the air electrode. At the air electrode, oxygen in the supplied air reacts with the hydrogen ions and the electrons to generate water, which is discharged to the outside.
[0022]
As the electrolyte of the fuel cell stack 1, for example, a solid polymer electrolyte is used in consideration of high energy density, low cost, light weight, and the like. The polymer solid electrolyte is made of an ion (proton) conductive polymer membrane such as a fluororesin ion exchange membrane, and functions as an ion conductive electrolyte when saturated with water. In case 1, it is necessary to supply water and humidify.
[0023]
The hydrogen supply unit 2 has a hydrogen storage unit such as a high-pressure hydrogen tank, and supplies a hydrogen gas whose flow rate and pressure are controlled to the fuel electrode of the fuel cell stack 1. Here, in the fuel cell system of the present embodiment, not only the hydrogen gas supplied from the hydrogen supply means 2 (hereinafter referred to as “supplied hydrogen”) but also the hydrogen discharged from the fuel cell stack 1 without contributing to power generation. The gas (hereinafter, referred to as exhaust hydrogen) is also circulated by the circulation path 4 and the circulating means 5 so as to be supplied to the fuel electrode of the fuel cell stack 1. That is, the hydrogen discharged from the fuel cell stack 1 is circulated and mixed with the supply hydrogen newly supplied from the hydrogen supply means 2, and the mixed hydrogen is supplied to the fuel electrode of the fuel cell stack 1.
[0024]
At this time, if the hydrogen discharged from the fuel cell stack 1 is circulated and used in a state of containing a large amount of water, a large load is applied to the circulating means 5. Therefore, in the present embodiment, the water in the discharged hydrogen is previously moved to the mixed hydrogen side supplied to the fuel electrode of the fuel cell stack 1 by the water permeable humidifier 3 using the water permeable humidifier 3. , To reduce the water content in the discharged hydrogen.
[0025]
The water permeable humidifier 3 exchanges moisture contained in a humid gas into a dry gas, and for example, a device using a hollow fiber membrane is known. FIG. 2 shows an example of a water permeable humidifier 3 using such a hollow fiber membrane. The water permeable humidifier 3 shown in FIG. 2 has a bundle of hollow fiber membranes provided as a water exchange section 22 in a housing 21. Has a so-called double pipe structure in which an annular space 23 is provided. The water-permeable humidifier 3 is configured such that the moistened gas is introduced from the inflow port 24, the moisture is released in the moisture exchange section 22, and then discharged from the discharge port 25. On the other hand, a dry gas is introduced from the inflow port 26, is humidified in the process of passing through the space 23 around the water exchange section 22, and is discharged from the discharge port 27.
[0026]
In the water permeable humidifier 3 having the above-described structure, the moisture in the wet gas is separated by the capillary action of the hollow fiber membrane by passing the wet gas through the moisture exchange unit 22 which is a bundle of the hollow fiber membranes. The light passes through the capillary of the hollow fiber membrane and moves to the outside of the hollow fiber membrane, that is, the space 23 around the water exchange part 22. On the other hand, when the dry gas is sent to the space 23 around the moisture exchange section 22, the moisture separated from the wet gas moves there, and the dry gas is humidified by this moisture.
[0027]
In the fuel cell system of the present embodiment, the inflow port 24 and the discharge port 25 (hygroscopic side) of the water permeable humidifier 3 as described above are connected between the fuel electrode outlet side of the fuel cell stack 1 and the circulation means 5. Then, the inlet 26 and the outlet 27 (humidifying side) are connected between the circulation means 5 and the fuel electrode inlet side of the fuel cell stack 1 to form the sweep gas side 31.
[0028]
In the fuel cell system configured as described above, the supply hydrogen supplied from the hydrogen supply means 2 and the circulating hydrogen circulated by the circulation means 5 are mixed, and the mixed hydrogen is swept by the water permeable humidifier 3. It is humidified and heated by being introduced into the gas side 31, and is introduced into the fuel cell stack 1. In addition, excess hot and humid exhausted hydrogen not consumed in the fuel cell stack 1 is introduced into the off-gas side 32 of the water permeable humidifier 3 so that the moisture and heat contained in the exhausted hydrogen are swept gas. Move to side 31. For this reason, the discharged hydrogen that has passed through the off-gas side 32 circulates through the circulation path 4 in a state where the water content is significantly reduced. In addition, in the water permeable humidifier 3, since not only moisture but also heat moves at the same time, the temperature of the discharged hydrogen passing through the off-gas side 32 decreases, and the saturated vapor pressure decreases. Less.
[0029]
The discharged hydrogen whose moisture has been reduced by passing through the off-gas side 32 of the water permeable humidifier 3 is mixed with fresh hydrogen supplied from the hydrogen supply means 2 by the action of the circulation means 5. At this time, the amount of hydrogen supplied to the fuel cell stack 1 is required to have a certain stoichiometric ratio or more for the reason of preventing flooding in the fuel cell stack 1 and the like. As described above, in the system, the amount of excess water present in the circulating exhaust hydrogen is reduced, and more hydrogen can be circulated accordingly, so that the stoichiometric ratio can be easily secured.
[0030]
(Second embodiment)
This embodiment is characterized in that, in addition to the configuration of the above-described first embodiment, a purge valve for discharging discharged hydrogen to the outside is provided. Since the basic configuration is the same as that of the first embodiment, the description is omitted here.
[0031]
FIG. 3 shows a main configuration of the fuel cell system according to the present embodiment. In the fuel cell system shown in FIG. 3, a purge valve 17 for discharging impurities and the like accumulated in the circulation path 4 to the outside together with the discharged hydrogen is provided in the middle of the circulation path 4.
[0032]
When the exhaust hydrogen is circulated by the circulation path 4 and the circulation means 5, impurities and nitrogen and the like are accumulated in the circulation path 4 and the hydrogen partial pressure drops, and the efficiency of the fuel cell stack 1 may decrease. is there. As a countermeasure against such a problem, in the present embodiment, a purge valve 17 is provided in the middle of the circulation path 4 and purging is performed as necessary to remove impurities, nitrogen, and the like accumulated in the circulation path 4. Like that. In this case, if the hydrogen discharged from the fuel cell stack 1 is directly discharged to the outside, water is discharged to the outside simultaneously with the discharged hydrogen. Therefore, in the fuel cell system of the present embodiment, by providing the off-gas side 32 of the water permeable humidifier 3 upstream of the purge valve 17, the water contained in the discharged hydrogen is supplied from the hydrogen supply means 2 at the time of purging. The hydrogen is moved to the supply hydrogen, and the water is prevented from being discharged from the circulation path 4 to the outside via the purge valve 17.
[0033]
As described above, according to the fuel cell system of the present embodiment, water is moved to the supply side by using the water permeable humidifier 3 before the hydrogen in which impurities and nitrogen are accumulated is discharged to the outside by purging. Thus, the problem of insufficient humidification caused by discarding water to the outside can be avoided beforehand.
[0034]
(Third embodiment)
This embodiment is, as shown in FIG. 4, an example in which an ejector 6 is used as a circulating means in a configuration similar to that of the above-described second embodiment.
[0035]
In the ejector 6, the suction amount decreases as the molecular weight of the gas to be suctioned increases. Therefore, when the ejector 6 is used as the circulating means, if a large amount of water is contained in the circulating hydrogen, it becomes impossible to circulate the hydrogen by that much, and the amount of circulated hydrogen is greatly reduced. become. Therefore, in the fuel cell system of the present embodiment, the water in the circulating hydrogen is moved to the mixed hydrogen side in advance by using the water permeable humidifier 3 so that the circulating hydrogen supplied to the ejector 6 has a small amount of water. It is to be. As a result, the fuel cell system according to the present embodiment can efficiently operate the ejector 6 to increase the circulation amount of the discharged hydrogen and realize efficient power generation.
[0036]
(Fourth embodiment)
As shown in FIG. 5, the present embodiment is an example in which a pump 7 is used as a circulating means in the same configuration as the above-described second embodiment.
[0037]
When the pump 7 is used as the circulating means, if the circulating hydrogen contains a large amount of water, the pump 7 must perform work even for the mass of the water, and the load on the pump increases by that much. Become. Therefore, in the fuel cell system according to the present embodiment, the water in the circulating hydrogen is moved to the mixed hydrogen side in advance by using the water permeable humidifier 3 so that the circulating hydrogen supplied to the pump 7 has a low water content. It is to be. As a result, the fuel cell system according to the present embodiment does not require the motor that drives the pump 7 to work on excess moisture, achieves a predetermined amount of hydrogen circulation with a small amount of work, and efficiently generates power. Can be realized.
[0038]
(Fifth embodiment)
In the present embodiment, as shown in FIG. 6, in addition to the configuration of the second embodiment, generated water recovery means 9 for recovering water generated in the fuel cell stack 1 and recovered by the generated water recovery means 9. It is characterized in that a generated water supply path 10 and a generated water supply means 11 for supplying generated water to the water permeable humidifier 3 are provided. Further, in the present embodiment, the water permeable humidifier 3 is provided with the porous material 8 for efficiently transferring the supplied water to the sweep gas side 31.
[0039]
In the fuel cell system of the present embodiment, the generated water generated by the power generation of the fuel cell stack 1 is generated by the generated water recovery means 9 (for example, a steam separator) from the exhaust air or the exhaust hydrogen of the fuel cell stack 1. It is to be collected. The generated water recovered by the purified water recovery means 9 is supplied to the water permeable humidifier 3 through the generated water supply path 10 by the generated water supply means 11, and penetrates the porous material 8 to humidify the mixed hydrogen. It has been used for.
[0040]
Under the operating condition with a small stoichiometric ratio, the amount of circulating water is small, so that the circulating water alone cannot secure the amount of water necessary to continue the operation of the fuel cell stack 1, resulting in insufficient humidification. There is also. In such a case, in the fuel cell system of the present embodiment, the water generated from the fuel cell stack 1 can be supplied to the water permeable humidifier 3 to humidify the mixed hydrogen supplied to the fuel cell 1. Therefore, in the fuel cell system of the present embodiment, it is possible to sufficiently humidify the mixed hydrogen and maintain a smooth operation even under an operating condition in which insufficient humidification is a concern.
[0041]
(Sixth embodiment)
This embodiment is characterized in that, as shown in FIG. 7, in addition to the configuration of the fifth embodiment, a heating means 14 for heating the generated water flowing through the generated water supply path 10 is provided. It is.
[0042]
In the fuel cell system of the present embodiment, as the heat source of the heating means 14, for example, high-temperature cooling water after cooling the fuel cell stack 1 is used. In this case, the heating means 14 is incorporated in the cooling path 13 of the fuel cell stack 1. Then, the cooling water flowing through the cooling path 13 heats the generated water by the heating means 14, is cooled by the radiator 12, and is circulated to the fuel cell stack 1.
[0043]
When the produced water supplied to the water permeable humidifier 3 is heated by the heating means 14, the produced water is easily vaporized, so that when the humidification is insufficient, the mixed hydrogen can be humidified with the produced water promptly. Therefore, in the fuel cell system of the present embodiment, it is possible to humidify the mixed hydrogen quickly under operating conditions where there is a concern that humidification may be insufficient, and to maintain smooth operation.
[0044]
The heat source of the heating means 14 is not limited to the high-temperature cooling water after cooling the fuel cell stack 1, but also the cooling water after cooling the high-power components, the electric heater, and the high-temperature air pressurized by the compressor. Etc. can also be used.
[0045]
(Seventh embodiment)
This embodiment is characterized in that, as shown in FIG. 8, in addition to the configuration of the fifth embodiment, a heating means 15 for heating the sweep gas side 31 of the water permeable humidifier 3 is provided. To do.
[0046]
In the fuel cell system according to the present embodiment, the heat source of the heating unit 15 is, for example, a high-temperature cooling after cooling the fuel cell stack 1, similarly to the heating unit 14 in the fuel cell system according to the above-described sixth embodiment. Water is used. In this case, the heating means 15 is incorporated in the cooling path 13 of the fuel cell stack 1, and after the cooling water flowing through the cooling path 13 heats the sweep gas side 31 of the water permeable humidifier 3 by the heating means 15, Cooled by the radiator 12 and circulated to the fuel cell stack 1.
[0047]
When the sweep gas side 31 of the water permeable humidifier 3 is heated by the heating means 15, the mixed hydrogen supplied to the sweep gas side 31 is heated, and the generated water is easily vaporized. The mixed hydrogen can be quickly humidified with the generated water. Therefore, in the fuel cell system of the present embodiment, it is possible to humidify the mixed hydrogen quickly under operating conditions where there is a concern that humidification may be insufficient, and to maintain smooth operation.
[0048]
Also in the present embodiment, the heat source of the heating means 15 is not limited to the high-temperature cooling water after cooling the fuel cell stack 1, but also the cooling water after cooling the high-power components, the electric heater, and the compressor. It is possible to use air that has been heated to a high temperature.
[0049]
(Eighth embodiment)
In the present embodiment, as shown in FIG. 9, in addition to the configuration of the second embodiment, a heating unit 16 for heating the supplied hydrogen is provided between the hydrogen supply unit 2 and the circulation unit 5. It is characterized by points.
[0050]
In the fuel cell system of the present embodiment, the heat source of the heating means 16 is, for example, the fuel cell stack 1 like the heating means 14 and 15 in the above-described fuel cell systems of the sixth and seventh embodiments. Is used after cooling. In this case, the heating means 16 is incorporated in the cooling path 13 of the fuel cell stack 1, and the cooling water flowing through the cooling path 13 heats the supplied hydrogen by the heating means 16, and then is cooled by the radiator 12, Circulated to 1.
[0051]
When the temperature of the supply hydrogen supplied from the hydrogen supply means 2 is lower than the temperature of the circulating hydrogen, after the supply hydrogen and the circulating hydrogen are combined by the circulating means 5 to form a mixed hydrogen, the moisture in the mixed hydrogen is reduced. It condenses and the water content of the gas decreases. Therefore, in the fuel cell system according to the present embodiment, a heating unit 16 is provided between the hydrogen supply unit 2 and the circulation unit 5, and the heating unit 16 heats the supplied hydrogen to condense the moisture in the mixed hydrogen. I try to avoid it. Therefore, in the fuel cell system of the present embodiment, it is possible to humidify the circulating hydrogen with a sufficient amount of water and maintain a smooth operation.
[0052]
Also in the present embodiment, the heat source of the heating means 16 is not limited to high-temperature cooling water after cooling the fuel cell stack 1, but also cooling water after cooling high-power components, an electric heater, and a compressor. It is possible to use air that has been heated to a high temperature.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a main configuration of a fuel cell system according to a first embodiment to which the present invention is applied.
FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing one example of a water-permeable humidifier.
FIG. 3 is a diagram illustrating a main configuration of a fuel cell system according to a second embodiment.
FIG. 4 is a diagram illustrating a main configuration of a fuel cell system according to a third embodiment.
FIG. 5 is a diagram showing a main configuration of a fuel cell system according to a fourth embodiment.
FIG. 6 is a diagram showing a main configuration of a fuel cell system according to a fifth embodiment.
FIG. 7 is a diagram showing a main configuration of a fuel cell system according to a sixth embodiment.
FIG. 8 is a diagram illustrating a main configuration of a fuel cell system according to a seventh embodiment.
FIG. 9 is a diagram showing a main configuration of a fuel cell system according to an eighth embodiment.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fuel cell stack 2 Hydrogen supply means 3 Water permeable humidifier 4 Circulation route 5 Circulation means 6 Ejector 7 Pump 8 Porous material 9 Generated water recovery means 14, 15, 16 Heating means 17 Purge valve 31 Water permeable humidifier sweep Gas side 32 Water permeable humidifier Off-gas side

Claims

A circulation path and circulation means for circulating the exhaust hydrogen discharged from the fuel electrode of the fuel cell body, and a mixed hydrogen obtained by mixing the discharged hydrogen with the supply hydrogen newly supplied from the hydrogen supply means to the fuel electrode In the fuel cell system to be supplied,
A fuel cell system, wherein water contained in discharged hydrogen before mixing is moved into mixed hydrogen supplied to the fuel electrode using a water permeable humidifier.

The humidifying side of the water permeable humidifier is connected between the outlet of the fuel electrode and the circulating means, and the humidifying side is connected between the circulating means and the inlet of the fuel electrode. Item 2. The fuel cell system according to Item 1.

3. The fuel cell system according to claim 1, wherein the circulation unit is an ejector.

The fuel cell system according to claim 1, wherein the circulation unit is a pump.

A purge valve for discharging the discharged hydrogen to the outside is provided in the circulation path of the discharged hydrogen, located downstream of the installation position of the water permeable humidifier and upstream of the circulation means. The fuel cell system according to any one of claims 1 to 4, wherein:

It is characterized by comprising a generated water collecting means for collecting generated water accompanying the power generation of the fuel cell body, and a generated water supplying means for supplying the generated water collected by the generated water collecting means to the water permeable humidifier. The fuel cell system according to any one of claims 1 to 5, wherein

7. The fuel cell system according to claim 6, wherein at least a part of the water permeable humidifier is formed of a porous material, and the generated water is supplied to the porous material.

The fuel cell system according to claim 6, further comprising a heating unit configured to heat generated water supplied to the water permeable humidifier.

The fuel cell system according to claim 6, further comprising a heating unit configured to heat the mixed hydrogen introduced into the water permeable humidifier.

The fuel cell system according to any one of claims 1 to 9, wherein heating means for heating the supplied hydrogen is provided between the hydrogen supply means and the circulation means.

Cooling means for circulating a refrigerant between the fuel cell main body and a heat exchanger to cool the fuel cell main body is provided, and the refrigerant heated by the fuel cell main body is used as a heat source of the heating means. The fuel cell system according to any one of claims 8 to 10, wherein: