JP2018116848A

JP2018116848A - 燃料電池システム

Info

Publication number: JP2018116848A
Application number: JP2017006970A
Authority: JP
Inventors: 加藤　英明; Hideaki Kato; 英明加藤
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2017-01-18
Filing date: 2017-01-18
Publication date: 2018-07-26

Abstract

【課題】電解質膜の水分量を適正に維持できるようにする。【解決手段】電解質膜１０１の一面側に供給される酸化剤ガスと電解質膜の他面側に供給される燃料ガスとを電気化学反応させて発電する燃料電池スタック１０と、燃料電池スタックに供給する酸化剤ガスを加圧する加圧部３０と、を備える。さらに、加圧部により加圧された酸化剤ガスを燃料電池スタックに供給する酸化剤ガス供給路３に配置された気化配管４１および気化配管３に水を供給する水供給部４２を有し、加圧部３０により加圧された酸化剤ガスの熱で水供給部４２により供給された水を気化させる気化器４０と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、燃料電池システムに関するものである。

従来、特許文献１に記載された燃料改質装置がある。この燃料改質装置は、噴霧器から燃料導入室に液体炭化水素と水とを混合した予混合燃料を噴霧する際に、燃料導入室に改質用ガス流路から空気を含む高温ガスを供給し、この高温ガスが有する熱を利用して、噴霧された予混合燃料を気化させるようにしている。

特開２００４−３１５３０４号公報

ところで、このような燃料電池システムの燃料電池スタックは、空気極と水素極の間に挟まれた電解質膜を有しており、空気極側に酸化剤ガスが供給され、水素極側に燃料ガスが供給される。また、このような燃料電池システムにおいては、一般的に酸化剤ガスとして空気を使用する。しかし、空気中に含まれる酸素の割合は２１％程度となっており、空気中には酸化剤ガスと燃料ガスとの電気化学反応に寄与しない窒素や二酸化炭素等のガスが７９％程度含まれる。つまり、酸化剤ガスと燃料ガスとの電気化学反応に必要な酸素を供給するために、電気化学反応に寄与しない多量の窒素や二酸化炭素等を燃料電池に供給している。

このように、燃料電池に多量の空気を供給すると、燃料電池スタック内の電解質膜の空気極側表面の水分が多量の空気の対流により流されてしまうため、燃料電池スタック内の電解質膜の空気極側表面が乾燥してしまうといった問題がある。

このように電解質膜の空気極側表面が乾燥してしまうと、電解質膜中のプロトン移動が阻害され、燃料電池の発電効率が大きく低下するといった問題がある。

なお、上記特許文献１に記載された装置は、予混合燃料を気化させるものであり、このような燃料電池スタック内の電解質膜の空気側表面が乾燥するのを防止するといったことはできない。

本発明は上記問題に鑑みたもので、電解質膜の水分量を適正に維持できるようにすることを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、燃料電池システムであって、電解質膜（１０１）の一面側に供給される酸化剤ガスと電解質膜の他面側に供給される燃料ガスとを電気化学反応させて発電する燃料電池スタック（１０）と、燃料電池スタックに供給する酸化剤ガスを加圧する加圧部（３０）と、加圧部により加圧された酸化剤ガスを燃料電池スタックに供給する酸化剤ガス供給路（３）と、酸化剤ガス供給路に配置された気化配管（４１、５１）および気化配管に水を供給する水供給部（４２）を有し、加圧部により加圧された酸化剤ガスの熱で水供給部により供給された水を気化させる気化器（４０）と、を備えている。

このような構成によれば、気化器は、酸化剤ガス供給路に配置された気化配管（４１、５１）および気化配管に水を供給する水供給部（４２）を有し、加圧部により加圧された酸化剤ガスの熱で水供給部により供給された水を気化させるので、気化器から水蒸気を含んだ湿度の高い空気が燃料電池１０に供給される。したがって、電解質膜の水分量を適正に維持することができる。

なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

本発明の第１実施形態に係る燃料電池システムの全体構成を示した図である。燃料電池セルのみ模式的な断面図である。第１実施形態に係る燃料電池システムの気化器の概略断面図である。第２実施形態に係る燃料電池システムの気化器の概略断面図である。第３実施形態に係る燃料電池システムの気化器の概略断面図である。第４実施形態に係る燃料電池システムの全体構成を示した図である。第４実施形態に係る燃料電池システムの気化器の概略断面図である。第５実施形態に係る燃料電池システムの気化器の概略断面図である。第６実施形態に係る燃料電池システムの気化器の概略断面図である。第７実施形態に係る燃料電池システムの気化器の概略断面図である。第８実施形態に係る燃料電池システムの気化器の概略断面図である。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態に係る燃料電池システムについて図１〜図３を用いて説明する。本実施形態の燃料電池システムは、電気自動車の一種である燃料電池車両に搭載されており、図示しない車両走行用電動モータ、二次電池、車両用各種補機類等電気負荷に電力を供給するものである。

燃料電池１０は、燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応を利用して電力を発生するものである。本実施形態では、燃料ガスとして水素を用い、酸化剤ガスとして空気中の酸素を用いる。本実施形態では、燃料電池１０として、固体高分子電解質型のものを採用している。

燃料電池１０は、基本単位となるセル１０ａを複数積層配置したスタック構造となっている。複数のセル１０ａのうち、隣り合うセル１０ａは、互いに電気的に直列に接続されて構成されている。

図２に示すように、セル１０ａは、電解質膜１０１の両側を一対の触媒電極層１０２ａ、１０２ｂで挟んで構成される膜電極接合体１００、膜電極接合体１００の両側に配置された一対のガス拡散層１０３ａ、１０３ｂ、これらを狭持するセパレータ１１０を備える。

電解質膜１０１は、含水性を有する炭化フッ素経や炭化水素系などの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構成されている。また、一対の触媒電極層１０２ａ、１０２ｂは、それぞれ電極を構成している。具体的には、一対の触媒電極層１０２ａ、１０２ｂは、アノード電極を構成するアノード側触媒電極層１０２ａ、およびカソード電極を構成するカソード側触媒電極層１０２ｂで構成されている。

セパレータ１１０は、例えば、導電性を有するカーボン製の基材で構成されている。各セパレータ１１０には、アノード側触媒電極層１０２ａに対向する部位に、燃料ガスが流れる水素流路１１１が形成され、カソード側触媒電極層１０２ｂに対向する部位に、酸化剤ガスが流れる空気流路１１２が形成されている。

各セル１０ａは、燃料ガスおよび酸化剤ガスが供給されると、以下の水素と酸素との電気化学反応により、電気エネルギを出力する。

（アノード極側）Ｈ₂→２Ｈ⁺＋２ｅ^-
（カソード極側）２Ｈ⁺＋１／２Ｏ₂＋２ｅ^-→Ｈ₂Ｏ
燃料電池１０の空気流路１１２の一端側は、空気を燃料電池１０に供給するための空気供給配管３と接続されている。空気供給配管３は、酸化剤ガスを燃料電池スタック１０に供給する酸化剤ガス供給路に相当する。

また、燃料電池１０の空気流路１１２の他端側は、燃料電池１０にて電気化学反応を終えた余剰空気およびカソード電極で生成された生成水を燃料電池１０の外部へ排出するための空気排出配管４と接続されている。

燃料電池１０の水素流路１１１の一端側は、燃料ガスである水素を燃料電池１０に供給する水素供給配管１と接続されている。また、燃料電池１０の水素流路１１１の他端側は、アノード電極側に溜まった生成水を微量な水素とともに燃料電池１０から外部へ排出する水素排出配管２と接続されている。水素供給配管１の最上流部には、高圧水素が充填された水素タンク２０が設けられている。

空気排出配管４には、燃料電池１０のカソード電極で生成された生成水を回収する水回収器６０が設けられている。水回収器６０は、気体と液体とを分離する気液分離器により構成されている。燃料電池１０の電気化学反応で生成された生成水は、この水回収器６０に貯留される。

空気供給配管３の最上流部には、大気中から吸入した空気を圧縮して吐出する空気圧縮機３０が設けられている。空気圧縮機３０は、加圧部に相当する。空気圧縮機３０は、空気を加圧するエアーコンプレッサにより構成されている。空気圧縮機３０により圧縮された高圧、高温の空気は空気供給配管３を通って燃料電池１０の空気流路１１２に供給される。

空気供給配管３には、気化器４０が設けられている。気化器４０は、水回収器６０により回収された生成水を気化させて空気圧縮機３０により圧縮された高温の空気に水蒸気として含ませる。

気化器４０と燃料電池１０との間の空気供給配管３には、温度検出器７０および湿度検出器７１が設けられている。温度検出器７０は、燃料電池１０に導入される空気の温度を検出し、検出した温度を示す信号を制御部（ＥＣＵ）２００に出力する。湿度検出器７１は、燃料電池１０に導入される空気の湿度を検出し、検出した湿度を示す信号を制御部２００に出力する。

制御部２００は、ＣＰＵ、メモリ、Ｉ／Ｏ等を備えたコンピュータとして構成されており、メモリに記憶されたプログラムに従って各種処理を実施する。制御部２００は、温度検出器７０により検出された空気の温度および湿度検出器７１により検出された空気の湿度に基づいて後述する気化器４０の噴射部４２から気化配管４１に噴射する適切な水供給量を算出し、算出した水供給量の水が気化器４０の気化配管４１に噴射されるよう噴射部４２を制御する。

気化器４０は、空気供給配管３に配置され、空気供給配管３を流れる空気の熱で水回収器６０により回収された生成水を気化させる。

図３に示すように、気化器４０は、気化配管４１、噴射部４２、気化部４３および断熱材４４を有している。なお、図１では、空気圧縮機３０と気化器４０とが空気供給配管３を介して接続されているよう示してあるが、実際には空気圧縮機３０と気化器４０は直接接続されている。

気化配管４１は、筒状を成している。気化配管４１は、樹脂または金属により構成されている。

気化配管４１の底部には、水回収器６０により回収された生成水の気化を促進する気化部４３が設けられている。気化部４３は、比較的表面積の大きな多孔質状の部材４３ａで構成されている。本実施形態の多孔質状の部材４３ａは、多孔質状の金属布（アルミ布）により構成されている。

気化配管４１の上部には、開口部が形成されており、この開口部には噴射部４２が設けられている。噴射部４２は、配管を介して水回収器６０と接続されている。噴射部４２は、水供給部に相当する。

気化配管４１の周囲には、気化配管４１内を流れる空気の放熱を抑制するための断熱材４４が設けられている。

次に、燃料電池システムの作動について説明する。水素タンク２０から水素供給配管１を介して燃料電池１０に水素が供給されるとともに空気圧縮機３０から空気供給配管３を介して燃料電池１０に空気中の酸素が供給されると燃料電池１０は発電を開始する。

そして、燃料電池１０から空気排出配管４を介して電気化学反応によって生成された生成水や不純物が空気と共に排出され、生成水や不純物は水回収器６０に貯まる。

制御部２００は、温度検出器７０により検出された空気の温度および湿度検出器７１により検出された空気の湿度に基づいて後述する気化器４０の噴射部４２から気化配管４１に噴射する適切な水供給量を算出し、算出した水供給量が気化器４０の気化配管４１に噴射されるよう噴射部４２を制御する。すると、噴射部４２は、水回収器６０に貯まった水を吸い込んで気化配管４１の気化部４３へ向けて噴射する。

気化配管４１内には、空気圧縮機３０から高圧、高温の空気が流れているため、気化配管４１の気化部４３は高温となっている。したがって、気化配管４１の気化部４３へ向けて噴射された生成水は、気化配管４１の気化部４３で気化する。そして、気化器４０を通った空気は水蒸気を含んだ湿度の高い空気となる。このような加湿された空気が空気供給配管３を通って燃料電池１０に供給される。

上記したように、燃料電池システムは、電解質膜１０１の一面側に供給される酸化剤ガスと電解質膜の他面側に供給される燃料ガスとを電気化学反応させて発電する燃料電池スタック１０を備えている。また、燃料電池スタックに供給する酸化剤ガスを加圧する加圧部３０と、加圧部３０により加圧された酸化剤ガスを燃料電池スタックに供給する酸化剤ガス供給路３と、を備えている。さらに、酸化剤ガス供給路３に配置された気化配管４１および気化配管４１に水を供給する水供給部４２を有し、加圧部３０により加圧された酸化剤ガスの熱で水供給部４２により供給された水を気化させる気化器４０を備えている。

このような構成によれば、気化器４０は、酸化剤ガス供給路３に配置された気化配管４１および気化配管４１に水を供給する水供給部４２を有し、加圧部３０により加圧された酸化剤ガスの熱で水供給部４２により供給された水を気化させる。このため、気化器４０から水蒸気を含んだ湿度の高い空気が燃料電池１０に供給される。したがって、電解質膜の水分量を適正に維持することができる。

また、気化配管４１には、水供給部により供給された水の気化を促進させる気化部４３が設けられ、水供給部は、気化部へ向けて水を噴射する。

このように、気化配管４１には、水供給部４２により供給された水の気化を促進させる気化部４３が設けられ、水供給部４２は、気化部４３へ向けて水を噴射する。これによれば、より効率的に水供給部４２により供給された水を気化させることができる。

気化部４３は、多孔質状の部材４３ａにより構成されている。このように、比較的表面積の大きな多孔質状の部材４３ａにより気化部４３を構成することができる。

また、気化配管４１の周りには、該気化配管４１を断熱す断熱材４４が設けられている。このように、気化配管４１の周りには、該気化配管４１を断熱する断熱材４４が設けられているので、気化に伴う気化配管４１の温度低下が抑制され、水供給部により供給された水の気化量の低下を抑制することができる。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態に係る燃料電池システムについて図４を用いて説明する。上記第１実施形態では、気化部４３を多孔質状の部材４３ａで構成したが、本実施形態では、気化部４３を放熱フィン４３ｂで構成している。

放熱フィン４３ｂは、板状を成しており、一面側に凹凸が形成されている。放熱フィン４３ｂは、気化配管４１の底部に設けられている。放熱フィン４３ｂは、アルミニウム等の金属により構成されている。放熱フィン４３ｂは、気化配管４１内を流れる空気と生成水との熱交換を促進する。これにより生成水の気化量を増加させることが可能となる。

このように、気化部４３は、比較的表面積の大きな放熱フィン４３ｂにより構成されている。したがって、水供給部４２により供給された水を効率的に気化させることができる。

（第３実施形態）
本発明の第３実施形態に係る燃料電池システムについて図５を用いて説明する。上記第２実施形態では、気化部４３を放熱フィン４３ｂで構成するとともに気化配管４１の周囲に断熱材４４を設けたが、本実施形態では、気化部４３を放熱フィン４３ｂで構成し、さらに、気化配管４１と断熱材４４の間に加熱源２４を設けている。

本実施形態の加熱源２４は、電気ヒータにより構成されている。加熱源２４には、図示しないバッテリから電力が供給される。加熱源２４は、気化配管４１を周囲から加熱する熱交換器である。

気化部４３の温度は生成水の気化熱により低下するが、加熱源２４により気化配管４１が加熱されるので気化部４３の温度低下を抑制することができる。さらに、気化配管４１の周囲に設けられた断熱材４４により、気化部４３の温度低下が抑制される。

上記したように、気化配管４１には、該気化配管４１を加熱する加熱部４５が設けられている。このように、気化配管４１には、該気化配管４１を加熱する加熱部４５が設けられているので、気化に伴う気化配管４１の温度低下が抑制され、水供給部により供給された水の気化量の低下を抑制することができる。

（第４実施形態）
本発明の第４実施形態に係る燃料電池システムについて図６〜図７を用いて説明する。図６に示すように、本実施形態の燃料電池システムは、第１実施形態の燃料電池システムに対し、さらに、触媒燃焼器５０、温度センサ７４、流量調整弁８０、８１および開閉弁７５を有している。

触媒燃焼器５０は、空気圧縮機３０から吐出された空気中の酸素と水素タンク２０から供給される水素の触媒反応を促進させて後述する気化配管５１を加熱昇温させるものである。

温度センサ７４は、触媒燃焼器５０から排出されたガスの温度を検出し、検出した温度を示す信号を制御部２００へ出力する。

流量調整弁８０は、空気圧縮機３０から触媒燃焼器５０へ流入する空気の流量を調整する調整弁である。流量調整弁８０は、制御部２００からの信号に応じて弁開度を変化させる。

流量調整弁８１は、水素タンク２０から触媒燃焼器５０へ流入する水素の流量を調整する調整弁である。流量調整弁８１は、制御部２００からの信号に応じて弁開度を変化させる。

開閉弁７５は、触媒燃焼器５０内における触媒反応により生成された生成水やガスを排出するための弁である。開閉弁７５は、制御部２００からの信号に応じて弁を開閉する。

図７に示すように、本実施形態の気化配管５１は、加圧部により加圧された酸化剤ガスが流れる内側配管５１ａと、内側配管が隙間を介して内挿されるとともに酸化剤ガスと燃料ガスを混合した混合ガスが流れる外側配管５１ｂと、を有する二重配管により構成されている。

気化部４３は、内側配管５１ａの内周面に固定されている。本実施形態の気化部４３は、内側配管５１ａの内周面から内側に突出している。内側配管５１のうち気化部５１ａが設けられた内周面の外側の外周面に触媒燃焼器５０が設けられている。触媒燃焼器５０は、例えば、白金等の触媒５２により構成されている。

触媒燃焼器５０は、内側配管５１ａと外側配管５１ｂの間の空間にて酸化剤ガスと燃料ガスを混合した混合ガスに触媒反応を発生させて内側配管を加熱する。触媒燃焼器５０は、空気圧縮機３０から吐出された空気中の酸素と水素タンク２０から供給される水素の触媒反応を促進させて内側配管５１ａを加熱昇温させる。

また、制御部２００は、流量調整弁８０および流量調整弁８１を開くよう指示する。流量調整弁８０が開弁状態になると空気圧縮機３０から触媒燃焼器５０の内側配管５１ａと外側配管５１ｂの間の空間へ空気が流入し、さらに、流量調整弁８１ｇあ開弁状態になると水素タンク２０から触媒燃焼器５０の内側配管５１ａと外側配管５１ｂの間の空間に水素が流入する。

このとき、触媒燃焼器５０にて空気圧縮機３０から吐出された空気中の酸素と水素タンク２０から供給される水素の触媒反応が促進され内側配管５１ａが加熱昇温される。この加熱により噴射部４２から噴射された水の気化が促進される。

上記したように、気化配管５１は、加圧部３０により加圧された酸化剤ガスが流れる内側配管５１ａと、内側配管５１ａが隙間を介して内挿されるとともに酸化剤ガスと燃料ガスを混合した混合ガスが流れる外側配管５１ｂと、を有する二重配管により構成されている。

そして、内側配管５１ａと外側配管５１ｂの間の空間に酸化剤ガスと燃料ガスを混合した混合ガスに触媒反応を発生させて内側配管５１ａを加熱する触媒燃焼器５０を備えている。

これによれば、触媒燃焼器５０により内側配管５１ａが加熱されるので、噴射部４２から噴射された水の気化を促進させることができる。

また、気化器４０は、水供給部４２により供給された水の気化を促進させる気化部４３を有し、気化部４３は、内側配管５１ａの内周面に設けられている。そして、触媒燃焼器５０は、内側配管５１ａのうち気化部４３が設けられた内周面の外側の外周面に設けることができる。

（第５実施形態）
本発明の第５実施形態の燃料電池システムについて図８を用いて説明する。上記第４実施形態では、気化部４３が内側配管５１ａの内周面に固定されているが、本実施形態では、気化部４３が内側配管５１ａの内周面に埋設されている。

このように、気化部４３が内側配管５１ａの内周面に埋設されているので、気化部４３が内側配管５１ａの内周面に固定されている場合と比較して、内側配管５１ａを流れる空気の通風抵抗となりにくくすることができる。

（第６実施形態）
本発明の第６実施形態の燃料電池システムについて図９を用いて説明する。上記第４実施形態では、内側配管５１ａと外側配管５１ｂの間の空間にて空気に含まれる酸素と水素を混合した混合ガスが流れるよう構成されている。

これに対し、本実施形態の燃料電池システムは、内側配管と外側配管の間の空間には、触媒燃焼部５２を含む空間と触媒燃焼部５２を含まない空間に仕切る仕切部５４が設けられている。そして、空気に含まれる酸素と水素は、仕切部５４により仕切られた２つの空間のうち触媒燃焼部５２を含む空間を流れるよう構成されている。

さらに、仕切部５４により仕切られた２つの空間のうち触媒燃焼部５２を含む空間には、この区間を流れる空気に含まれる酸素と水素を混合した混合ガスを拡散させるガス拡散部材５３が設けられている。

ガス拡散部材５３は、弾性変形して触媒燃焼部５２に密着し、かつ、例えば、樹脂性の繊維のような断熱性の高い材質のもので構成されている。ガス拡散部材５３は、仕切部５４により仕切られた２つの空間のうち触媒燃焼部５２を含む空間を埋めるように設けられている。ガス拡散部材５３は、燃料電池内に一般的に設けられているガス拡散部材（ＧＤＬ）と同様の構成をしている。

上記した仕切部５４を設けた場合、仕切部５４を設けていない場合と比較して空気に含まれる酸素と水素を混合した混合ガスの密度を高くすることができ、空気に含まれる酸素と水素との燃焼効率を向上することができる。

また、上記ガス拡散部材５３により空気に含まれる酸素と水素を混合した混合ガスが十分に撹拌され、触媒反応を安定して発生させることが可能となる。

（第７実施形態）
本発明の第７実施形態の燃料電池システムについて図１０を用いて説明する。本実施形態の燃料電池システムは、図１０に示すように、内側配管５１ａ内に気化部４３を囲う囲い部４６が設けられている。なお、内側配管５１ａ内には図１０の紙面垂直方向に高圧の空気が流れる。

このように、内側配管５１ａ内に気化部４３を囲う囲い部４６が設けられているので、噴射部４２から噴射された生成水を集中的に気化部４３に吹き付けることができる。

（第８実施形態）
本発明の第８実施形態の燃料電池システムについて図１１を用いて説明する。本実施形態の燃料電池システムは、内側配管５１ａの内周面に噴射部４２から噴射された生成水を気化部４３へと案内する溝５１０が形成されている。溝５１０は、内側配管５１ａの内周面に沿うように周方向に形成されている。

上方に配置された水供給部４２から水を供給すると、この水は、内側配管５１ａの内周面に形成された溝に沿って下方へ流れて気化部４３に到達する。そして、気化部で気化され、第１配管内を流れる空気と混合される。

これによれば、水供給部４２から水が内側配管５１ａの内周面に形成された溝に沿って流れるので、内側配管５１ａを流れる空気の通風抵抗となることなく気化部４３に到達することができる。

（他の実施形態）
（１）上記各実施形態では、燃料電池を電源として走行する燃料電池車両に搭載された燃料電池システムについて説明したが、燃料電池車両に搭載されるものに限定されるものではない。

（２）上記各実施形態では、燃料ガスとして水素を用い、酸化剤ガスとして空気中の酸素を用いたが、燃料ガスおよび酸化剤ガスは、これら以外のものを採用してもよい。

（３）上記各実施形態では、燃料ガスと空気に含まれる酸化剤ガスとの電気化学反応によって生成された生成水を水回収器６０で回収し、回収した生成を気化部４３に噴射、あたは供給するよう構成した。これに対し、このような電気化学反応によって生成された生成水以外の水を気化部４３に噴射または供給するよう構成してもよい。

（４）上記各実施形態では、上方に配置された水供給部から下方向に配置された気化器４０に向けて水を供給するよう構成したが、水供給部から横方向に水を供給するよう構成してもよい。

（５）上記実施形態では、多孔質状の金属布により気化部４３を構成したが、ウール状の部材、発泡体、マット状の部材により気化部４３を構成してもよい。

なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。また、上記各実施形態は、互いに無関係なものではなく、組み合わせが明らかに不可な場合を除き、適宜組み合わせが可能である。また、上記各実施形態において、実施形態を構成する要素は、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。また、上記各実施形態において、実施形態の構成要素の個数、数値、量、範囲等の数値が言及されている場合、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではない。また、上記各実施形態において、構成要素等の材質、形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に特定の材質、形状、位置関係等に限定される場合等を除き、その材質、形状、位置関係等に限定されるものではない。

３酸化剤ガス供給路
４酸化剤ガス排出路
１０燃料電池スタック
３０空気圧縮機
４０気化器
４１気化配管
４２水供給部
４３気化部
４４断熱材

Claims

燃料電池システムであって、
電解質膜（１０１）の一面側に供給される酸化剤ガスと前記電解質膜の他面側に供給される燃料ガスとを電気化学反応させて発電する燃料電池スタック（１０）と、
前記燃料電池スタックに供給する前記酸化剤ガスを加圧する加圧部（３０）と、
前記加圧部により加圧された前記酸化剤ガスを前記燃料電池スタックに供給する酸化剤ガス供給路（３）と、
前記酸化剤ガス供給路に配置された気化配管（４１、５１）および前記気化配管に水を供給する水供給部（４２）を有し、前記加圧部により加圧された前記酸化剤ガスの熱で前記水供給部により供給された水を気化させる気化器（４０）と、を備えた燃料電池システム。
前記気化配管には、前記水供給部により供給された水の気化を促進させる気化部（４３）が設けられ、
前記水供給部は、前記気化部へ向けて前記水を噴射する請求項１に記載の燃料電池システム。
前記気化部は、多孔質状の部材（４３ａ）により構成されている請求項２に記載の燃料電池システム。
前記気化部は、放熱フィン（４３ｂ）により構成されている請求項２に記載の燃料電池システム。
前記気化配管の周りには、該気化配管を断熱す断熱材（４４）が設けられている請求項１ないし４のいずれか１つに記載の燃料電池システム。
前記気化配管には、該気化配管を加熱する加熱部（４５）が設けられている請求項１ないし５のいずれか１つに記載の燃料電池システム。
前記気化配管は、前記加圧部により加圧された前記酸化剤ガスが流れる内側配管（５１ａ）と、前記内側配管が隙間を介して内挿されるとともに前記酸化剤ガスと前記燃料ガスを混合した混合ガスが流れる外側配管（５１ｂ）と、を有する二重配管により構成されており、
前記内側配管と前記外側配管の間の空間に前記酸化剤ガスと前記燃料ガスを混合した混合ガスに触媒反応を発生させて前記内側配管を加熱する触媒燃焼器（５０）を備えた請求項１に記載の燃料電池システム。
前記気化器は、前記水供給部により供給された水の気化を促進させる気化部（４３）を有し、
前記気化部は、前記内側配管の内周面に設けられ、
前記内側配管のうち前記気化部が設けられた内周面の外側の外周面に、前記酸化剤ガスと前記燃料ガスによる触媒燃焼を促進させる触媒燃焼部（５２）が形成されている請求項７に記載の燃料電池システム。
前記内側配管と前記外側配管の間の空間には、前記触媒燃焼部を含む空間と前記触媒燃焼部を含まない空間に仕切る仕切部（５４）が設けられており、
前記酸化剤ガスと前記燃料ガスは、前記仕切部により仕切られた２つの空間のうち前記触媒燃焼部を含む空間を流れる請求項８に記載の燃料電池システム。
前記仕切部により仕切られた２つの空間のうち前記触媒燃焼部を含む空間に、該空間を流れる前記酸化剤ガスと前記燃料ガスを拡散させるガス拡散部材（５３）が配置されている請求項９に記載の燃料電池システム。