JP2008226663A - 燃料電池システム - Google Patents

Abstract

【課題】システム効率を低下させることなく、第１の燃焼器から排出される余剰分の水素ガスを確実に処理できる燃料電池システムを提供する。
【解決手段】炭素および水素を含有する有機化合物からなる燃料と水とを反応させ、水素含有ガスに変換する改質器と、改質器で得られた水素含有ガスと酸素含有ガスとを反応させて発電する第１の燃料電池と、第１の燃料電池の燃料極から排出される排出ガス中の水素を燃焼させ、改質器へ熱を供給する第１の燃焼器と、第１の燃焼器へ酸素含有ガスを供給し、酸素含有ガスの流量に応じて改質器の温度を制御する第１の酸素含有ガス供給手段と、第１の燃焼器の下流に設けられ、第１の燃焼器から排出される水素含有ガスと酸素含有ガスとを反応させて発電する第２の燃料電池と、第２の燃料電池の下流に設けられた第２の燃焼器とを有する燃料電池システム。
【選択図】 図１

Description

本発明は燃料電池システムに関する。

近年、パーソナルコンピューターや携帯電話などの電子機器の小型化は目覚しいものがある。これら電子機器の小型化とともに、電源として燃料電池を使用することが試みられている。燃料電池は燃料と酸化剤を供給するのみで発電することができ、燃料のみを交換すれば連続して発電できるという利点を有するため、小型電子機器の電源として極めて有効である。このような燃料電池に関しては、メタノールをアノードに直接供給することで発電する直接型メタノール燃料電池や、有機燃料を改質器により水素ガスに改質してその水素ガスを固体高分子型燃料電池のアノードに供給することにより発電する燃料改質型燃料電池などが提案されている。例えばノートパソコンなどのような小型の電子機器類に燃料改質型の燃料電池システムを適用する場合、小型化を図るとともに、熱に弱い部品やオペレータを保護するために燃料電池や改質器の発熱による熱が過度に電子機器や外部へ伝達されないようにする必要がある。そのために、燃料電池や改質器を断熱容器内に内包することが行われており、断熱容器として真空断熱容器が提案されている（例えば特許文献１、２参照）。

また、燃料電池による発電に使用されなかった余剰分の水素を触媒燃焼などにより燃焼させ、改質器に熱を供給する燃料電池システムが多く提案されている。この場合、燃料電池での水素の利用率が低いと、触媒燃焼器へ導入される余剰水素が多くなり、燃焼熱の供給を受けた改質器が運転温度以上になるという問題がある。そのため、燃料電池スタックから排出されるガス成分と流量を検出して、触媒燃焼器へ供給する空気量を制御することにより燃焼触媒温度を許容温度に保つシステムが提案されている（例えば特許文献３）。
特開２００１−８９１０４号公報 特開２００３−３２７４０５号公報 特開２００２−３１６８０１号公報

特許文献３に開示されているシステムでは、改質器の温度が上昇した場合に、触媒燃焼器へ導入する空気量を制御することにより、燃料電池アノードオフガス中の水素を不完全燃焼させて改質器温度を許容温度に保つようにしている。しかし、触媒燃焼器での不完全燃焼に伴って排出される余剰分の水素ガスの処理に関しては考慮されていない。また、触媒燃焼器の触媒の劣化や、触媒燃焼器のポンプの故障などによって、水素が処理されずに環境中に排出されることも考えられる。水素が環境中に放出されると火災や爆発の危険が生じる。また最近では、水素がオゾン層の破壊をもたらすことも懸念されている。このため、燃焼器から排出される余剰分の水素ガスを確実に処理し、システム効率を低下させないことが要求される。

本発明の目的は、空気量を調整することにより燃焼器の温度を制御し、かつシステム効率を低下させることなく燃焼器から排出される余剰分の水素ガスを確実に処理できる燃料電池システムを提供することにある。

本発明の一態様に係る燃料電池システムは、
炭素および水素を含有する有機化合物からなる燃料と水とを反応させ、水素含有ガスに変換する改質器と、
前記改質器で得られた水素含有ガスと酸素含有ガスとを電気化学的に反応させることによって発電する第１の燃料電池と、
前記第１の燃料電池の燃料極から排出される排出ガス中に残留する水素を燃焼させ、前記改質器へ熱を供給する第１の燃焼器と、
前記第１の燃焼器へ酸素含有ガスを供給し、前記酸素含有ガスの流量に応じて前記改質器の温度を制御する第１の酸素含有ガス供給手段と、
前記第１の燃焼器の下流に設けられ、前記第１の燃焼器から排出される残留水素含有ガスと酸素含有ガスとを電気化学的に反応させることによって発電する第２の燃料電池と、
前記第２の燃料電池の下流に設けられた第２の燃焼器と
を具備したことを特徴とする。

本発明によれば、第１の燃焼器で不完全燃焼したときにのみ、余剰分の水素を第２の燃焼器により燃焼させる燃料電池システムを提供することができる。

以下、本発明の実施形態を図面に従い説明する。

（第１の実施形態）
図１に、第１の実施形態に係る燃料改質システムを適用した燃料電池システムの概略構成図を示す。

図１に示すように、容器１および流量調節器２を含む燃料系と、第１の燃料電池２０との間に、燃料改質システムを収容した真空断熱容器３０が設けられている。燃料改質システムは、気化器４、改質器３、ＣＯシフト器５、ＣＯ除去器６、第１の燃焼器７を含む。

容器１は、炭素および水素を含有する有機化合物からなる燃料と水とを収容している。容器１としては、例えば燃料改質システムに着脱可能な圧力容器を用いることができる。容器１を樹脂のような透明材料で構成すると、内容量が目視により確認できるため好ましい。有機化合物としては、ジメチルエーテル（ＤＭＥ）、ブタン、液化天然ガス（ＬＮＧ）、メタノールなどが用いられる。例えば、ジメチルエーテル（ＤＭＥ）は、飽和蒸気圧が大気圧より高く、常温で約６気圧である。ジメチルエーテルと水とを水蒸気改質に適した１：３から１：５のモル比で混合した液体は、飽和蒸気圧が常温で約４気圧程度である。このため、ジメチルエーテルと水とを密封した容器１には、約４気圧ほどの飽和蒸気圧が常に作用している。容器１には、燃料および水の流量を調節する流量調節器２が接続されている。流量調節器２を制御することにより、容器１から燃料および水が加圧されて一定量流出する。

このように、燃料の飽和蒸気圧を利用して燃料および水を改質器に送給する構成になっているので、水を送給するためのポンプを省略することができ、かつ燃料と水の安定供給が可能であり、システムの全体的構成の簡素化して小型化を図ることができる。したがって、ポータブル電源のほか、ノート型パソコンといった携帯用や小型の電子機器に用いる電源としてきわめて有効である。

真空断熱容器３０内の気化器４および改質器３について説明する。気化器４は配管などにより流量調節器２に接続されている。改質器３は配管などにより気化器４に接続されている。流量調節器２からの燃料および水は、配管を介して気化器４へ導入され、気化器４で加熱されて気化される。気化器４から改質器３へ送られた燃料および水と燃料は、水素を含有する気体（改質ガス）に改質される。改質器３の内部には気化した燃料が通過するサーペンタイン形状や平行流路形状の流路が設けられている。流路の内壁面には気化した燃料の改質ガスへの改質反応を促進するための改質触媒が設けられている。

燃料がジメチルエーテルを含む場合は、改質触媒としては、Ｐｄ／ＺｎＯとγ−アルミナとの混合物、白金−アルミナ系触媒（Ｐｔ／Ａｌ₂Ｏ₃）などを用いることができる。このような改質触媒は、（１）式に示すジメチルエーテルの水蒸気改質反応を促進する。白金−アルミナ系触媒は、Ｐｔ担持量が０．２５ｗｔ％以上１．０ｗｔ％以下であることが好ましい。
ＣＨ₃ＯＣＨ₃＋３Ｈ₂Ｏ→６Ｈ₂＋２ＣＯ₂ （１）。

この場合、化学量論の観点からジメチルエーテルと水の流量比（モル比）を１：３にすることが望ましいように見える。しかし、燃料電池システムでは、流量比が１：３に近いと一酸化炭素の生成量が増大してしまう。一方、水を余剰に用いても後述するシフト反応や発電に用いることができる。このため、ジメチルエーテルと水の流量比を１：３．５以上にすることが好ましい。ただし、水の流量が多すぎると気化器４において燃料を加熱・気化する際のエネルギーが増大するため、両者の混合比は１：５．０以下が好ましく、１：４．０以下がより好ましい。

燃料としてメタノールを用いる場合、改質触媒としては、Ｃｕ／ＺｎＯ／γ−アルミナ、Ｐｄ／ＺｎＯ、白金−アルミナ系触媒（Ｐｔ／Ａｌ₂Ｏ₃）などを用いることができる。このような改質触媒は、（２）式に示すメタノールの水蒸気改質反応を促進する。
ＣＨ₃ＯＨ＋Ｈ₂Ｏ→３Ｈ₂＋ＣＯ₂ （２）。

改質器３の耐食性を向上させたい場合は、貴金属を用いることが効果的である。改質触媒の効率的な温度範囲は２００〜４００℃である。したがって、改質触媒の表面温度が２００〜４００℃となるように、改質器３を温度制御することが好ましい。

改質器３の構造について説明する。改質器３を構成する反応容器の少なくとも一部は、熱伝導率の高い材質で形成することが望ましい。これは、第１の燃焼器７の内部で発生する燃焼熱を、改質器３の内部へ効率よく伝達するためである。熱伝導率の高い材質の例として、アルミニウム、銅、アルミニウム合金、または銅合金が挙げられる。また、熱伝導度はアルミニウム、銅、アルミニウム合金、または銅合金より低いが、耐食性に優れたステンレス合金を用いることもできる。反応容器は、一般的な機械加工方法や成型方法を用いて形成することができる。機械加工方法としては、例えば放電加工、フライス加工などを用いることができる。成型方法としては、例えば鍛造加工や鋳造加工などを用いることができる。さらに、例えば鋳造加工により入口配管、出口配管が設けられていない反応容器を成型し、ドリル加工などの機械加工方法により貫通孔を設けた後に、管状部材を溶接するなど、機械加工方法と成型方法を組み合わせて用いることもできる。

なお、ここでは改質器３を例にとって説明したが、後述するＣＯシフト器５、ＣＯ除去器６、第１の燃焼器７および第２の燃焼器８についても、触媒の種類や反応速度に応じて流路の幅や長さが異なるが、その他の構造については改質器３と同様であるので、構造についての説明は簡略化する。

改質器３にはＣＯシフト器５を設けることが出来る。

ＣＯシフト器５について説明する。ＣＯシフト器５は供給路１０を介して改質器３に接続されている。改質器３からの改質ガスには、水素のほかに副生物として二酸化炭素や一酸化炭素が含まれる。一酸化炭素は燃料電池セルのアノード触媒を劣化させ、燃料電池システムの発電性能を低下させる原因となる。このため、ＣＯシフト器５で一酸化炭素を二酸化炭素と水素へシフト反応させ、ＣＯ濃度を低減するとともに水素生成量の増加を図る。ＣＯシフト器５の内部には、改質ガスが通過する流路が設けられており、流路の内壁面には改質ガスに含まれる一酸化炭素のシフト反応を促進するシフト触媒が設けられている。ＣＯシフト器５内部の改質ガスが通過する流路は、改質器３と同様に、サーペンタイン形状や平行流路形状になっている。流路の内壁面に設けられるシフト触媒は、（３）式に示すシフト反応を促進する。
ＣＯ＋Ｈ₂Ｏ→Ｈ₂＋ＣＯ₂ （３）。

シフト触媒には、たとえばＰｔを含む貴金属が担持された固体塩基が用いられる。Ｐｔの代わりにＰｄ、Ｒｕのいずれかを用いてもよい。固体塩基には、たとえばＣｅ、Ｒｅが担持されたアルミナを用いられる。Ｃｅ、Ｒｅが担持されたアルミナの代わりに、Ｋ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｌａのいずれかが担持されたアルミナを用いてもよい。シフト触媒のほかにＣｕ／ＺｎＯ系の公知の触媒を用いてもよい。ＣＯシフト器５の耐食性を向上させたい場合は、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｕを含む貴金属が担持された触媒を用いることが好ましい。シフト触媒の効率的な温度範囲は２００〜４００℃である。したがって、シフト触媒の表面温度が２００〜３００℃となるように、ＣＯシフト器５を温度制御することが好ましい。

ＣＯ除去器６について説明する。ＣＯ除去器６は供給路１１を介してＣＯシフト器５に接続されている。ＣＯシフト器５でシフト反応を受け、ＣＯ除去器６に送られた改質ガスには、未だ１％から２％程度の一酸化炭素が含まれている。上述したように、ＣＯは燃料電池システムの発電性能を低下させる原因となる。このため、第１の燃料電池セル２０へ水素を含む気体を供給する前に、ＣＯ除去器６で一酸化炭素を濃度１００ｐｐｍ以下になるまで除去する。ＣＯ除去器６の内部には、改質ガスが通過する流路が設けられており、流路の内壁面には例えば一酸化炭素のメタン化反応を促進するメタネーション触媒が設けられている。ＣＯ除去器６内部の改質ガスが通過する流路は、改質器３またはＣＯシフト器５と同様に、サーペンタイン形状や平行流路形状になっている。流路の内壁面に設けられるメタネーション触媒は、（４）に示すメタネーション反応を促進し、一酸化炭素を１００ｐｐｍ以下に低下させる。

ＣＯ＋３Ｈ₂→ＣＨ₄＋Ｈ₂Ｏ （４）。

メタネーション触媒には、Ｒｕ／Ａｌ₂Ｏ₃、Ｒｕ／ゼオライト、またはＲｕ／Ａｌ₂Ｏ₃、Ｒｕ／ゼオライトを主成分とし、Ｍｇ、Ｃａ、Ｋ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｒｅから選ばれる少なくとも１種の元素が担持された触媒を用いることが好ましい。

断熱容器３０について説明する。断熱容器３０は、真空の中空部を囲む内壁と外壁により一つの面に開口部を有する偏平形状に形成されている。断熱容器３０の内部には上述した各部材が収納され、その開口部には断熱部材３１が設けられている。断熱部材３１は、例えば、ミネラルウール；セラミックファイバー；ケイ酸カルシウム；真空断熱材（例えば、セラミックファイバーあるいはケイ酸カルシウムの層の両面にＡｌ層を積層したもの）；発泡ウレタン；タイル；硬質ウレタンフォーム；無機質ファイバーで補強したセラッミクス粉末で、０．１μｍ以下の非閉鎖のセル構造物（例えば、日本マイクロサーム株式会社製の商品名マイクロサーム）などから形成される。特に、無機質ファイバーで補強したセラッミクス粉末で、０．１μｍ以下の非閉鎖のセル構造物を用いると、１５０℃の高温でも十分な耐熱性を得ることができる。なお、断熱容器３０は偏平形状に限らず、正方形状や円筒形状にしてもよい。

第１の燃料電池２０について説明する。第１の燃料電池２０は、高分子電解質膜２１ａと、高分子電解質膜２１ａの一方の面に形成された燃料極（アノード極）２１ｂと、高分子電解質膜２１ａの他方の面に形成された酸化剤極２１ｃ（カソード極）とを備えている。第１の燃料電池２０の燃料極２１ｂは、断熱部材３１を貫通する改質ガス取り出し管１２を介してＣＯ除去器６に接続されている。第１の燃料電池２０は、改質ガス中の水素と大気中の酸素とを反応させて発電を行う。第１の燃料電池２０には、酸化剤極（カソード極）２１ｃへ空気を送る空気供給手段（送気ファン）４０が接続されている。

高分子電解質膜２１ａとしては、たとえばスルホン酸基またはカルボン酸基などの陽イオン交換基を有するフルオロカーボン重合体、例えばＮａｆｉｏｎ（Ｄｕ Ｐｏｎｔ社の登録商標）などからなるプロトン導電性を有する膜が用いられる。この多孔質シートに、スルホン酸型パーフルオロカーボン重合体や、その重合体で被覆された微粒子を含有させてもよい。燃料極２１ｂおよび酸化剤極２１ｃとしては、たとえばＰｔが担持されたカーボンブラック粉末をポリ四弗化エチレン（ＰＴＦＥ）などの撥水性樹脂結着材で保持させた多孔質シートが用いられる。

燃料極２１ｂに供給された水素は、下記（５）式に示すように反応する。
Ｈ₂→２Ｈ＋＋２ｅ^- （５）。
酸化剤極２１ｃに供給された酸素は、下記（６）式に示すように反応する。

１／２Ｏ₂＋２Ｈ⁺＋２ｅ^-→Ｈ₂Ｏ （６）。

また、その他の高分子電解質膜として、リン酸をドープした、ポリベンゾイミダゾール多孔質膜（ＰＢＩ）を用いることが出来る。

第１の燃焼器７について説明する。第１の燃焼器７は改質器３を加熱するために設けられている。第１の燃焼器７は、断熱部材３１を貫通する取り入れ管１３を介して第１の燃料電池２０の燃料極に接続されている。第１の燃焼器７には、第１の燃料電池２０の燃料極から排出される排出ガス（アノードオフガス）が供給される。第１の燃料電池２０では水素と酸素が反応して水が生成するが、その排出ガスには未反応の残留水素が含まれている。第１の燃焼器７はこの未反応の残留水素を大気中の酸素を用いて燃焼させ、発生する燃焼熱を利用して、気化器４、改質器３、ＣＯシフト器５およびＣＯ除去器６を加熱する。気化器４、改質器３、ＣＯシフト器５、ＣＯ除去器６および第１の燃焼器７を真空断熱容器３０に収容しているのは、加熱の効率、温度の均一化および周囲の耐熱性の低い部品（電子回路など）の保護のためである。第１の燃焼器７には、燃焼ガスを外部に放出するための排出管１４が接続され、断熱部材３１を貫通して外部に引き出されている。

第１の燃焼器７の内部には、サーペンタイン形状や平行流路形状の流路が設けられている。流路の内壁面には、例えばＰｔまたはＰｄ、もしくはＰｔおよびＰｄなどの貴金属が担持されたアルミナなどの燃焼触媒が設けられている。燃焼触媒に貴金属を用いるのは、燃料電池の停止時に、付帯設備なしに燃焼触媒の酸化、劣化を防止するためである。第１の燃焼器７はヒータを併用するものであってもよい。ヒータとしては、例えば、アルミニウム板にセラミックヒータを貼り付けたもの、アルミニウム板にロッドヒータを埋め込んだものなどが挙げられる。

改質器３の加熱手段として第１の燃焼器７を利用する燃料改質システムにおいては、第１の燃料電池２０での水素の利用率が低い場合に第１の燃焼器７へ導入される余剰水素が多くなり、その燃焼の結果として改質器３が過熱して運転温度以上になるという問題に対する対策を講じる必要がある。この対策として、改質器３の温度を検出し、第１の空気供給手段４１から第１の燃焼器７へ供給する空気量を制御する。こうすることによって、第１の燃料電池２０の負荷変動が大きく急激な変化が生じる場合でも、供給する燃料の量を変えることなしに改質器３を許容温度に保つことができる。

第１の燃焼器７において、酸素不足による不完全燃焼が起こると、水素やＣＯを含むガスが排出される。このとき、上述したように、第１の燃焼器７の少なくとも一部にＰｔまたはＰｄやＲｈやＲｕやＡｕ、もしくはＰｔおよびＰｄおよびＲｈおよびＲｕおよびＡｕなどの貴金属が担持されたアルミナなどのＣＯを選択的に燃焼させる選択酸化触媒として知られているものを用いると、排出ガス中の一酸化炭素を低減することができる。このことは、第２の燃料電池２５の出力を安定させるのに有利に働く。また、万が一、配管等が破損した場合に、漏洩ガス中にＣＯが存在しないため、安全性の向上をはかることも出来る。

第１の燃焼器７で不完全燃焼を起こった場合に排出される可能性がある余剰の水素を燃焼させるために、第１の燃焼器７に下流に余剰の水素を燃焼させる第２の燃焼器を設けることが考えられる。第２の燃焼器を設けた場合、第２の燃焼器へ空気を供給するためのエアポンプなどを設置する必要がある。第２の燃焼器での発熱を冷却ファンで冷却したり、第２の燃焼器で発生した水を凝縮させて液体として回収したりする必要もある。これら第２の燃焼器の動作に伴って必要とされるエアポンプや冷却ファンを外部からの電力によって駆動させると、システム効率を低下させることになる。

本発明においては、第１の燃焼器７の下流に第２の燃料電池２５および第２の燃焼器８を設けることにより、第１の燃焼器７の排出ガス中に残留水素が存在する場合にのみ、外部からの制御を必要とすることなく、第２の燃焼器８を作動させて残留水素を処理することができる。また、第２の燃焼器８の動作に伴って必要とされる機器の駆動力を第２の燃料電池２５の発電でまかなうことによって、システムのエネルギー効率を向上させることができる。

第２の燃料電池２５について説明する。第２の燃料電池２５は、高分子電解質膜２６ａと、高分子電解質膜２６ａの一方の面に形成された燃料極（アノード極）２６ｂと、高分子電解質膜２６ａの他方の面に形成された酸化剤極（カソード極）２６ｃとを備えている。第２の燃料電池２５には、第１の燃焼器７の排出ガス取り入れ管１４が接続されており、これを通して第１の燃焼器７の排ガスが第２の燃料電池２５に導入される。こうして、第１の燃焼器７の排出ガス中の残留水素を燃料として、第２の燃料電池２５によって発電することができる。第２の燃料電池２５にはエアーブリージングタイプのものを用いてもよい。第２の燃料電池２５へ空気を供給するには、独立した第３の酸素供給手段（エアポンプ）４５を設け、この第３の空気供給手段（エアポンプ）４５の電力を第２の燃料電池２５の発電によってまかなうようにしてもよい。また、第２の燃料電池２５へ空気を供給するために、後述する第２の空気供給手段（エアポンプ）４２を用いてもよい。

このとき、第１の燃焼器７の排出ガス中の残留水素をそのまま第２の燃焼器８に導入して燃焼させると、水素のエネルギーを熱に変換することになり、発熱の点でも不都合である。これに対して、第２の燃料電池２５を用いて残留水素のエネルギーを電気に変換すると、発熱を抑えるとともにエネルギーを利用しやすい電気の形で得ることができる。

第２の燃焼器８について説明する。第１の燃焼器７の排出ガス中に残留水素が含まれている場合、第２の燃料電池２５の水素の利用率は実質上１００％とはならないため、燃料電池２５から排出されるガスにも未反応の残留水素ガスが含まれる。第２の燃料電池２５での未反応の残留水素を燃焼して環境中に排出させないようにするために、第２の燃料電池２５の下流に第２の燃焼器８を設けて配管１５で接続し、第２の燃料電池２５のアノード排ガスを第２の燃焼器８へ導入する。第２の燃焼器８には、燃焼に必要な空気を送る第２の空気供給手段（エアポンプ）４２が接続されている。この第２の空気供給手段（エアポンプ）４２の駆動力は第２の燃料電池２５の発電によってまかなわれる。第２の空気供給手段（エアポンプ）４２の代わりに、第３の空気供給手段（エアポンプ）４５から第２の燃料電池２５を経て排出される、第２の燃料電池２５のカソードオフガスを第２の燃焼器８へ供給しても良い。こうすることによって、ポンプの数を減少させ、システムの効率を図ることが出来る。燃料電池のカソードにはアノードに供給する水素の量と反応する酸素の２倍程度供給することが一般的であり、第２の燃料電池２５のカソードオフガス中の余剰酸素で、第２の燃料電池２５のアノードオフガス中の酸素を完全燃焼させることが可能である。

第２の燃焼器８の内部には、第１の燃焼器７と同様に、サーペンタイン形状や平行流路形状の流路が設けられている。流路の内壁面には、例えばＰｔまたはＰｄ、もしくはＰｔおよびＰｄなどの貴金属が担持されたアルミナなどの燃焼触媒が設けられている。

第２の燃焼器８での燃焼によって温度上昇のおそれがあるため、第２の燃焼器８による発熱を冷却ファン４３によって冷却する。この冷却ファン４３の駆動力は第２の燃料電池２５によってまかなわれる。第２の燃焼器８が温度上昇しやすい場合には放熱のためのフィンを設けてもよい。

第２の燃焼器８から排出されるガスは水蒸気を含むため、環境中に高温の水蒸気を排出することが好ましくない場合には、第２の燃焼器８の下流に凝縮器９を設けて水蒸気を除去してもよい。このとき凝縮器９を冷却ファン４４によって冷却する。この冷却ファン４４の駆動力は第２の燃料電池２５によってまかなわれる。このように、凝縮器９を冷却する冷却ファン４４を駆動するために第２の燃料電池２５の電力を用いるようにすると、第２の燃焼器８によって水蒸気が発生し、凝縮器９の冷却が必要な場合にのみ凝縮器９の冷却が行われるため効率的である。

以上で説明した第２の空気供給手段（エアポンプ）４２、冷却ファン４３、冷却ファン４４などの消費電力は小さく、第２の燃料電池２５の発電によって十分まかなえるので、システムのエネルギー効率を向上させることができる。

本発明の実施形態における燃料電池システムの構成図。

符号の説明

１…容器、２…流量調節器、３…改質器、４…気化器、５…ＣＯシフト器、６…ＣＯ除去器、７…第１の燃焼器、８…第２の燃焼器、９…凝縮器、１０…供給路、１１…供給路、１２…改質ガス取り出し管、１３…、１４…、１５…、２０…第１の燃料電池、２１ａ…高分子電解質膜、２１ｂ…燃料極（アノード極）、２１ｃ…酸化剤極（カソード極）、２５…第１の燃料電池、２６ａ…高分子電解質膜、２６ｂ…燃料極（アノード極）、２６ｃ…酸化剤極（カソード極）、３０…断熱容器、３１…断熱部材、４０…空気供給手段、４１…第１の空気供給手段、４２…第２の空気供給手段、４３…冷却ファン、４４…冷却ファン、４５…第３の酸素供給手段。

Claims (5)

1. 炭素および水素を含有する有機化合物からなる燃料と水とを反応させ、水素含有ガスに変換する改質器と、
   前記改質器で得られた水素含有ガスと酸素含有ガスとを電気化学的に反応させることによって発電する第１の燃料電池と、
   前記第１の燃料電池の燃料極から排出される排出ガス中に残留する水素を燃焼させ、前記改質器へ熱を供給する第１の燃焼器と、
   前記第１の燃焼器へ酸素含有ガスを供給し、前記酸素含有ガスの流量に応じて前記改質器の温度を制御する第１の酸素含有ガス供給手段と、
   前記第１の燃焼器の下流に設けられ、前記第１の燃焼器から排出される残留水素含有ガスと酸素含有ガスとを電気化学的に反応させることによって発電する第２の燃料電池と、
   前記第２の燃料電池の下流に設けられた第２の燃焼器と
   を具備したことを特徴とする燃料電池システム。
2. 前記第２の燃料電池の発電によって生じた電力で動作するように接続され、前記第２の燃焼器に酸素含有ガスを供給する第２の酸素含有ガス供給手段を具備したことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
3. 前記第２の燃料電池の発電によって生じた電力で動作するように接続され、前記第２の燃料電池の酸化剤極に酸素含有ガスを供給する第３の酸素含有ガス供給手段を具備したことを特徴とする請求項１または２に記載の燃料電池システム。
4. 前記第２の燃料電池の発電によって生じた電力で動作するように接続され、前記第２の燃焼器を冷却させる第１の冷却手段を具備したことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
5. 前記第２の燃焼器の下流に設けられた凝縮器と、
   前記第２の燃料電池の発電によって生じた電力で動作するように接続され、前記凝縮器を冷却させる第２の冷却手段と
   を具備したことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の燃料電池システム。

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