JP2019175758A - 燃料電池システム - Google Patents

Abstract

【課題】加圧吸気を燃料電池に供給する燃料電池システムにおいて、ラジエータの搭載スペースを確保し、加圧吸気の過冷却を抑制し、燃料電池冷却系の負荷増大を抑制する。【解決手段】酸素と水素とを電気化学反応させて発電する燃料電池１０と、酸素を含んだ空気を燃料電池１０に供給する空気供給通路３０と、空気供給通路３０に設けられ、燃料電池１０に加圧した加圧吸気を供給する空気供給部３２と、空気供給通路３０における空気供給部３２と燃料電池１０との間に設けられ、加圧吸気と、電気化学反応に用いられた後で燃料電池１０から排出される排出空気とを熱交換させる排気熱交換部３３とを設ける。【選択図】図１

Description

本発明は、加圧吸気を燃料電池に供給する燃料電池システムに関する。

従来より、燃料電池の発電効率向上を目的として、コンプレッサで圧縮された空気を加圧吸気として燃料電池に供給することが行われている。空気は圧縮されると温度上昇するため、コンプレッサと燃料電池との間にインタークーラを設け、コンプレッサで圧縮された加圧吸気をインタークーラで冷却した後、燃料電池に供給する燃料電池システムが知られている（特許文献１、２参照）。

特許文献１では、加圧吸気の冷却に空冷インタークーラ及び水冷インタークーラを用いており、加圧吸気の過冷却抑制のために、加圧吸気が空冷インタークーラをバイパス可能になっている。また、特許文献２では、加圧吸気の冷却に水冷インタークーラを用いることで、空冷インタークーラを用いる場合よりもコンパクトで、かつ加圧吸気の過冷却を抑制できるようになっている。

特開２０１４−１２０３３６号公報 特開２０１７−１５２２１２号公報

しかしながら、特許文献１の燃料電池システムを例えば車両に搭載する場合には、空冷インタークーラ及びラジエータが近接して配置されるため、搭載スペースの制約からラジエータの必要冷却性能を確保することが困難となる。また、過冷却抑制のために空冷インタークーラのバイパス通路を設定しているため、空気通路の構成が複雑化する。

また、特許文献２の構成では、水冷インタークーラで熱交換した熱はラジエータで放熱する必要があり、燃料電池冷却系の負荷が増大してしまう。さらに、水冷インタークーラでろう付けに用いられたフラックスが冷却水に溶け出し、冷却水の導電率が向上するおそれがある。

本発明は上記点に鑑み、加圧吸気を燃料電池に供給する燃料電池システムにおいて、ラジエータの搭載スペースを確保し、加圧吸気の過冷却を抑制し、燃料電池冷却系の負荷増大を抑制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に記載の発明では、酸素と水素とを電気化学反応させて発電する燃料電池（１０）と、酸素を含んだ空気を燃料電池に供給する空気供給通路（３０）と、空気供給通路に設けられ、燃料電池に加圧した加圧吸気を供給する空気供給部（３２）と、空気供給通路における空気供給部と燃料電池との間に設けられ、加圧空気と、電気化学反応に用いられた後で燃料電池から排出される排出空気とを熱交換させる排気熱交換部（３３）と、を備えることを特徴とする。

これにより、燃料電池の排出空気を有効利用して、加圧吸気を燃料電池の作動温度に近づけることができる。排気熱交換部は、外部からの風の導入や送風ファンを考慮する必要がないため、ラジエータの搭載スペースを確保することができ、ラジエータの必要冷却性能を確保することができる。また、加圧吸気との熱交換に燃料電池の排出空気を用いることで、加圧吸気の過冷却を抑制できる。また、排気熱交換部は加圧吸気との熱交換に冷却水を用いないため、燃料電池冷却系の負担増大を抑制できる。

なお、上記各構成要素の括弧内の符号は、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。

第１実施形態の燃料電池システムを示す概念図である。 第２実施形態の燃料電池システムを示す概念図である。 第３実施形態の燃料電池システムを示す概念図である。 第４実施形態の燃料電池システムを示す概念図である。 第４実施形態の燃料電池システムを示す概念図である。 第５実施形態の燃料電池システムを示す概念図である。 第５実施形態の燃料電池システムを示す概念図である。 第６実施形態の燃料電池システムを示す概念図である。

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）
以下、本発明の第１実施形態について図面に基づいて説明する。本第１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る。

図１に示すように、燃料電池システムは、水素と酸素との電気化学反応を利用して電力を発生する燃料電池１０を備えている。燃料電池１０は、図示しないインバータ等の電気機器に電力を供給する。インバータは、燃料電池１０から供給された直流電流を交流電流に変換して走行用モータ（負荷）に供給してモータを駆動する。

本第１実施形態では、燃料電池１０として固体高分子電解質型燃料電池を用いている。燃料電池１０は、基本単位となるセルが複数積層されたスタック構造となっている。各セルは、電解質膜がカソード極とアノード極で挟まれた構成となっている。

燃料電池１０には、空気供給通路３０を介して酸化剤ガスである空気が供給され、水素供給通路５０を介して燃料ガスである水素が供給される。燃料電池１０では、以下の水素と酸素の電気化学反応が起こり電気エネルギが発生する。

（アノード極側）Ｈ₂→２Ｈ⁺＋２ｅ^-
（カソード極側）２Ｈ₊＋１／２Ｏ₂＋２ｅ^-→Ｈ₂Ｏ
この電気化学反応のためには、燃料電池１０内の電解質膜は、水分を含んだ湿潤状態となっている必要がある。このため、燃料電池１０に供給される水素および空気を加湿し、これらの加湿されたガスを燃料電池１０に供給することで、燃料電池１０内の電解質を加湿する。燃料電池１０に供給される水素および空気の加湿は、図示しない加湿装置等によって行うことができる。

燃料電池１０は発電の際、上記電気化学反応により熱が発生する。燃料電池１０は運転中に、発電効率向上のために所定の作動温度（例えば８０℃程度）に維持する必要がある。また、燃料電池１０内部の電解質膜は、所定の許容上限温度を超えると、高温により破壊されるため、燃料電池１０を許容温度以下に保持する必要がある。

燃料電池システムは、燃料電池１０に熱媒体としての冷却水を循環供給する冷却水通路２０を備えている。冷却水通路２０には、ラジエータ２１が設けられている。ラジエータ２１は、燃料電池１０により高温となった冷却水と、外気とを熱交換させ、燃料電池１０で発生した熱を外部に放出する熱交換器である。

燃料電池システムには、燃料電池１０に酸素を含んだ空気を供給するための空気供給通路３０が設けられている。空気供給通路３０には、最上流部にエアフィルタ３１が設けられ、その下流側に空気供給装置３２が設けられている。

本実施形態では、空気供給装置３２として空気圧縮機を用いており、加圧した空気を加圧吸気として燃料電池１０に供給している。空気供給装置３２は、圧縮機モータ（図示せず）と機械的に接続されている。空気供給装置３２で加圧された加圧吸気は、断熱圧縮によって温度が上昇している。

空気供給通路３０における空気供給装置３２と燃料電池１０の間には、排気インタークーラ３３が設けられている。排気インタークーラ３３は、燃料電池１０の排出空気によって、空気供給装置３２で加圧された加圧吸気を冷却する。なお、排気インタークーラ３３が本発明の排気熱交換部に相当している。

燃料電池１０に供給された空気に含まれる酸素は、上述の電気化学反応に用いられる。燃料電池１０に供給された空気のうち、電気化学反応に用いられなかった成分は、空気排出通路３４を介して排出空気として燃料電池１０から排出される。また、燃料電池１０では電気化学反応により生成水が発生する。燃料電池１０の生成水は、排出空気に含まれた状態で、空気排出通路３４を介して燃料電池１０から排水として排出される。

空気排出通路３４には、第１空気バルブ３５が設けられている。第１空気バルブ３５は背圧調整弁であり、燃料電池１０内の空気の圧力を調整するために用いられる。

空気供給通路３０におけるインタークーラ３３の下流側には、バイパス通路３６が分岐している。バイパス通路３６は、空気供給装置３２の加圧吸気を燃料電池１０をバイパスさせるための通路である。バイパス通路３６の下流側は、空気排出通路３４に接続されている。このため、インタークーラ３３を通過した加圧吸気は、バイパス通路３６を介して空気排出通路３４に流れることが可能となっている。

空気供給通路３０におけるバイパス通路３６との分岐点より下流側に第２空気バルブ３７が設けられている。バイパス通路３６には、第３空気バルブ３８が設けられている。

第２空気バルブ３７を開放し、第３空気バルブ３８を閉鎖した場合には、空気供給装置３３の加圧吸気が燃料電池１０に流れ、空気排出通路３４には燃料電池１０の排出空気が流れる。第２空気バルブ３７を閉鎖し、第３空気バルブ３８を開放した場合には、空気供給装置３３の加圧吸気がバイパス通路３６を介してバイパス空気として空気排出通路３４に流れる。このため、空気排出通路３４には、排出空気またはバイパス空気のいずれかが流れる。

空気排出通路３４におけるバイパス通路３６との合流部の下流側には、上述した排気インタークーラ３３が設けられている。燃料電池１０の排出空気は、排気インタークーラ３３を通過する。排気インタークーラ３３は、空気供給通路３０を流れる加圧吸気と、空気排出通路３４を流れる排出空気との間で熱交換を行う。

本実施形態では、空気供給装置３２の加圧吸気は、例えば２００℃近くまで温度上昇する。一方、燃料電池１０の排出空気は、燃料電池１０の温度と同程度となっており、例えば１００℃以下になっていると推測される。つまり、本実施形態では、加圧吸気よりも燃料電池１０の排出空気の方が低温となっている。

このため、排気インタークーラ３３では、燃料電池１０の排出空気によって加圧吸気を冷却することができる。さらに、燃料電池１０の排出空気が加圧吸気との熱交換によって温度上昇すると、排出空気に含まれる燃料電池１０の生成水が気化するため、生成水の蒸発潜熱によっても、加圧吸気が冷却される。

空気排出通路３４の最下流部には、マフラー３９が設けられている。マフラー３９から燃料電池１０の排出空気及び生成水が外部に排出される。

燃料電池システムには、燃料電池１０に水素を供給するための水素供給通路５０が設けられている。水素供給通路５０の最上流部には、水素供給装置５１が設けられている。本実施形態では、水素供給装置５１として高圧の水素が充填された高圧水素タンクを用いている。

水素供給通路５０における水素供給装置５１と燃料電池１０との間には、水素バルブ５２が設けられている。水素バルブ５２を開放することで、水素供給装置５１の水素を減圧して燃料電池１０に供給することができる。水素供給装置５１から供給される水素は、断熱膨張によって温度が低下している。

燃料電池１０に供給された水素は、上述の電気化学反応に用いられる。電気化学反応に用いられなかった未反応の水素は、水素排出通路５３を介して燃料電池１０から水素排ガスとして排出される。燃料電池１０で電気化学反応により生成した生成水は、アノード極側にも移動し、水素排ガスに含まれた状態で水素排出通路５３からも排出される。

燃料電池システムには、図示しない制御装置が設けられている。制御装置は、燃料電池システムを構成する各制御対象機器の作動を制御する。制御装置は、ＣＰＵ、ＲＯＭ及びＲＡＭ等を含む周知のマイクロコンピュータとその周辺回路を備えている。制御装置は、ＲＯＭに記憶されている制御プログラムに基づいて、各制御対象機器の作動を制御することができる。

以上説明した本実施形態によれば、燃料電池１０の排出空気を利用して空気供給装置３２で加圧された加圧吸気を冷却する排気インタークーラ３３を設けている。これにより、燃料電池１０の排出空気を有効利用して、空気供給装置３２の加圧吸気を燃料電池１０の作動温度に近づくように冷却することができ、燃料電池１０の発電効率を向上させることができる。

排気インタークーラ３３は、空気供給装置３２の加圧吸気を外気によって冷却する空冷インタークーラと比較して、外部からの風の導入や送風ファンを考慮した搭載スペースを必要としない。このため、排気インタークーラ３３はラジエータ２２に近接して配置する必要がなく、ラジエータ２２の搭載スペースを確保することができ、ラジエータ２２の必要冷却性能を確保することができる。

また、燃料電池１０の排出空気の温度は燃料電池１０の温度と同程度である。このため、排気インタークーラ３３で排出空気によって空気供給装置３２の加圧吸気を冷却する際に、加圧吸気の過冷却を抑制できる。このため、排気インタークーラ３３では、過冷却抑制のためのバイパス通路を設ける必要がない。

また、排気インタークーラ３３は、空気供給装置３２の加圧吸気を冷却するために冷却水を用いない。このため、排気インタークーラ３３は、水冷インタークーラに比較して、ラジエータ２１の負荷が小さくなる。このため、ラジエータ２１の必要冷却性能を低減でき、燃料電池冷却系の負担増大を抑制できる。さらに、排気インタークーラ３３は、内部を冷却水が流れないので、冷却水回路中にイオンを増加させる溶解フラックスの発生量を低減できる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。以下、上記第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。

図２に示すように、本第２実施形態の燃料電池システムには、排気インタークーラ３３に水を供給する水供給装置４０が設けられている。水供給装置４０は、例えば水を貯蔵するタンク部と、タンク部に貯蔵された水を噴射する噴射ノズルによって構成することができる。タンク部に貯蔵する水は、外部から補給してもよく、燃料電池１０の生成水を回収して用いてもよい。なお、水供給装置４０が本発明の水供給部に相当している。

水供給装置４０は、排気インタークーラ３３に流入する燃料電池１０の排出空気または排気インタークーラ３３の表面の少なくともいずれかに水を供給する。排出空気に水を供給した場合には、水の顕熱によって燃料電池１０の排出空気を冷却することができ、さらに水の蒸発に伴う潜熱によっても排出空気の温度を低下させることができる。排気インタークーラ３３の表面に水を供給した場合には、水の顕熱および潜熱によって排気インタークーラ３３の温度を低下させることができる。

水供給装置４０から排気インタークーラ３３への水の供給は、排気インタークーラ３３の冷却性能を一時的に増大させる必要がある場合に行えばよい。例えば、燃料電池１０の高負荷時など、燃料電池１０への空気供給量が増大する場合に、水供給装置４０から排気インタークーラ３３への水の供給を行うことができる。

以上説明した本第２実施形態によれば、排気インタークーラ３３に水を供給する水供給装置４０を設けることで、排気インタークーラ３３による加圧吸気の冷却性能を向上させることができる。

また、燃料電池１０の排出空気は空冷インタークーラで用いる外気よりも温度が高いため、水供給装置４０で排出空気に水を供給する場合には、外気に水を供給する場合よりも水の蒸発速度が速くなる。このため、本第２実施形態の排気インタークーラ３３によれば、水の蒸発潜熱を効率よく利用することが可能となる。

また、排気インタークーラ３３は同程度の体格を有する水冷インタークーラよりも冷却性能が低くなるのが通常であるのに対し、本第２実施形態のように排気インタークーラ３３に水供給装置４０から水供給を行うことによって、一時的に排気インタークーラ３３の冷却性能を水冷インタークーラよりも高くすることができる。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について説明する。以下、上記各実施形態と異なる部分についてのみ説明する。

図３に示すように、本第３実施形態の燃料電池システムには、複数の空気供給装置３２、４１が設けられており、燃料電池１０に供給される空気を多段で加圧する。第１空気供給装置３２で加圧された空気は、第２空気供給装置４１でさらに加圧される。

本第３実施形態の燃料電池システムには、複数の排気インタークーラ３３、４２が設けられている。これらの排気インタークーラ３３、４２は、同一の構成を備えている。

複数の排気インタークーラ３３、４２は、複数の空気供給装置３２、４１に対応して設けられている。具体的には、第１排気インタークーラ３３は第１空気供給装置３２の下流側に配置され、第２排気インタークーラ４２は第２空気供給装置４１の下流側に配置されている。第１空気供給装置３２で加圧された加圧吸気は第１排気インタークーラ３３で冷却され、第２空気供給装置４１で加圧された加圧吸気は第２排気インタークーラ４２で冷却される。

以上説明した本第３実施形態によれば、複数の空気供給装置３２、４１による多段加圧システムにおいても、複数の排気インタークーラ３３、４２を設けることで、空気供給装置３２、４１で加圧された加圧吸気を適切に冷却することができる。

（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態について説明する。以下、上記各実施形態と異なる部分についてのみ説明する。

図４、図５に示すように、本第４実施形態の燃料電池システムには、上記第３実施形態と同様、複数の空気供給装置３２、４１が設けられている。また、本第４実施形態の燃料電池システムには、排気インタークーラ３３に加えて、水冷インタークーラ４３が設けられている。水冷インタークーラ４３には、冷却水通路２０を流れる熱媒体としての冷却水が循環するようになっている。なお、水冷インタークーラ４３が本発明の熱媒体熱交換部に相当している。

冷却水通路２０の冷却水は、空気供給装置３２、４１の加圧吸気よりも低温となっている。水冷インタークーラ４３は、冷却水と加圧吸気との間で熱交換し、加圧吸気を冷却する。本第４実施形態では、排気インタークーラ３３の冷却能力が不足する場合に、水冷インタークーラ４３が補助的に用いられる。例えば、排気インタークーラ３３による冷却では、空気供給装置３２、４１の加圧吸気が所定温度まで温度低下しない場合に、排気インタークーラ３３の冷却能力が不足していると判断できる。

排気インタークーラ３３および水冷インタークーラ４３は、複数の空気供給装置３２、４１に対応して設けられている。図４に示す例では、第１空気供給装置３２の下流側に排気インタークーラ３３が配置され、第２空気供給装置４１の下流側に水冷インタークーラ４３が配置されている。図５に示す例では、第１空気供給装置３２の下流側に水冷インタークーラ４３が配置され、第２空気供給装置４１の下流側に排気インタークーラ３３が配置されている。

以上説明した本第４実施形態によれば、複数の空気供給装置３２、４１による多段加圧システムにおいて、排気インタークーラ３３に加えて水冷インタークーラ４３を設けることで、排気インタークーラ３３の冷却能力が不足する場合に、水冷インタークーラ４３によって冷却能力を補うことができ、空気供給装置３２、４１で加圧された空気を適切に冷却することができる。

（第５実施形態）
次に、本発明の第５実施形態について説明する。以下、上記各実施形態と異なる部分についてのみ説明する。

図６、図７に示すように、本第５実施形態の燃料電池システムには、上記第３、第４実施形態と同様、複数の空気供給装置３２、４１が設けられている。また、本第５実施形態の燃料電池システムには、排気インタークーラ３３に加えて、空冷インタークーラ４４が設けられている。空冷インタークーラ４４には、冷却風供給機構であるファン４４ａを備えており、外気が導入される。なお、空冷インタークーラ４４が本発明の外気熱交換部に相当している。

外気は、空気供給装置３２、４１で加圧された加圧吸気よりも低温となっている。空冷インタークーラ４４は、外気と加圧吸気との間で熱交換し、加圧吸気を冷却する。本第５実施形態では、排気インタークーラ３３の冷却能力が不足する場合に、空冷インタークーラ４４が補助的に用いられる。例えば、排気インタークーラ３３による冷却では、加圧吸気の温度が所定温度まで低下しない場合に、排気インタークーラ３３の冷却能力が不足していると判断できる。

排気インタークーラ３３および空冷インタークーラ４４は、複数の空気供給装置３２、４１に対応して設けられている。図６に示す例では、第１空気供給装置３２の下流側に排気インタークーラ３３が配置され、第２空気供給装置４１の下流側に空冷インタークーラ４４が配置されている。図７に示す例では、第１空気供給装置３２の下流側に空冷インタークーラ４４が配置され、第２空気供給装置４１の下流側に排気インタークーラ３３が配置されている。

以上説明した本第５実施形態によれば、複数の空気供給装置３２、４１による多段加圧システムにおいて、排気インタークーラ３３に加えて空冷インタークーラ４４を設けることで、排気インタークーラ３３の冷却能力が不足する場合に、空冷インタークーラ４４によって冷却能力を補うことができ、空気供給装置３２、４１で加圧された空気を適切に冷却することができる。

（第６実施形態）
次に、本発明の第６実施形態について説明する。以下、上記各実施形態と異なる部分についてのみ説明する。

図８に示すように、本第６実施形態の排気インタークーラ４５は、上記第１実施形態の排気インタークーラ３３に比較して、冷却風供給機構であるファン４５ａが設けられている点が異なっている。本第６実施形態の排気インタークーラ４５は、ファン４５ａを作動させることで外気を導入可能となっている。つまり、本第６実施形態の排気インタークーラ４５は、燃料電池１０の排出空気による加圧吸気の冷却に加え、外気によっても加圧吸気を冷却することができる。

ファン４５ａによる排気インタークーラ４５への外気の供給は、排気インタークーラ４５の冷却性能を一時的に増大させる必要がある場合に行えばよい。例えば、燃料電池１０の高負荷時など、燃料電池１０への空気供給量が増大する場合に、ファン４５ａを作動させて排気インタークーラ４５への外気の供給を行うことができる。

以上説明した本第６実施形態によれば、排気インタークーラ４５に外気を供給するファン４５ａを設けることで、排気インタークーラ４５による加圧吸気の冷却性能を向上させることができる。

また、本第６実施形態によれば、燃料電池１０の排出空気およびファン４５ａによる冷却風が多い場合には、排気インタークーラ４５の冷却性能を水冷インタークーラよりも高くすることができる。

（他の実施形態）
本発明は上述の実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、以下のように種々変形可能である。また、上記各実施形態に開示された手段は、実施可能な範囲で適宜組み合わせてもよい。

（１）上記各実施形態では、本発明の燃料電池システムを車両に搭載した例について説明したが、これに限らず、本発明の燃料電池システムを車両用以外の用途にも用いてもよい。

（２）上記各実施形態では、排気インタークーラ３３、４２、４５によって空気供給装置３２の加圧吸気を冷却する例について説明したが、これに限らず、排気インタークーラ３３によって加圧吸気を加熱してもよい。空気供給装置３２の加圧吸気が燃料電池１０の排出空気よりも低温である場合には、排気インタークーラ３３、４２、４５で燃料電池１０の排出空気によって加圧吸気を加熱することができる。これにより、加圧吸気が温度上昇して燃料電池１０の作動温度に近づき、燃料電池１０の発電効率を向上させることができる。

（３）上記第３実施形態では、複数の空気供給装置３２、４１に対して複数の排気インタークーラ３３、４２を設けたが、これに限らず、１個の空気供給装置に対して複数の排気インタークーラを設けてもよく、複数の空気供給装置に対して１個の排気インタークーラを設けてもよい。

（４）上記第４実施形態では、複数の空気供給装置３２、４１に対して排気インタークーラ３３および水冷インタークーラ４３を設けたが、これに限らず、１個の空気供給装置に対して排気インタークーラ３３および水冷インタークーラ４３を設けてもよい。

また、上記第５実施形態では、複数の空気供給装置３２、４１に対して排気インタークーラ３３および空冷インタークーラ４４を設けたが、これに限らず、１個の空気供給装置に対して排気インタークーラ３３および空冷インタークーラ４４を設けてもよい。

（５）上記第４実施形態では、２個の空気供給装置３２、４１に対して排気インタークーラ３３および水冷インタークーラ４３を設けたが、これに限らず、３以上の空気供給装置に対して排気インタークーラ３３および水冷インタークーラ４３を設けてもよい。この場合、一部の空気供給装置に対して排気インタークーラを設け、残りの空気供給装置に対して水冷インタークーラを設ければよい。

また、上記第５実施形態では、２個の空気供給装置３２、４１に対して排気インタークーラ３３および空冷インタークーラ４４を設けたが、これに限らず、３以上の空気供給装置に対して排気インタークーラ３３および空冷インタークーラ４４を設けてもよい。この場合、一部の空気供給装置に対して排気インタークーラを設け、残りの空気供給装置に対して空冷インタークーラを設ければよい。

（６）上記第４実施形態では、水冷インタークーラ４３で燃料電池１０の冷却水を用いて加圧吸気を冷却するようにしたが、これに限らず、水冷インタークーラ４３で燃料電池冷却係とは別系統の冷却水を用いて加圧吸気を冷却するようにしてもよい。

１０ 燃料電池
３０ 空気供給通路
３２ 空気供給装置（空気供給部）
３３ 排気インタークーラ（排気熱交換部）
４０ 水供給装置（水供給部）
４２ 排気インタークーラ（排気熱交換部）
４３ 水冷インタークーラ（熱媒体熱交換部）
４４ 空冷インタークーラ（外気熱交換部）
４５ 排気インタークーラ（排気熱交換部）
４５ａ ファン（外気供給部）

Claims (13)

1. 酸素と水素とを電気化学反応させて発電する燃料電池（１０）と、
   酸素を含んだ空気を前記燃料電池に供給する空気供給通路（３０）と、
   前記空気供給通路に設けられ、加圧した空気を前記燃料電池に加圧吸気として供給する空気供給部（３２、４１）と、
   前記空気供給通路における前記空気供給部と前記燃料電池との間に設けられ、前記加圧吸気と、前記電気化学反応に用いられた後で前記燃料電池から排出される排出空気とを熱交換させる排気熱交換部（３３、４２、４５）と、
   を備える燃料電池システム。
2. 前記排気熱交換部は、前記排出空気によって前記加圧吸気を冷却する請求項１に記載の燃料電池システム。
3. 前記排気熱交換部（４５）に外気を供給する外気供給部（４５ａ）を備え、
   前記排気熱交換部は、前記排出空気及び前記外気供給部から供給される外気によって前記加圧吸気を冷却する請求項１または２に記載の燃料電池システム。
4. 前記排気熱交換部（３３、４２）は複数設けられている請求項１ないし３のいずれか１つに記載の燃料電池システム。
5. 前記空気供給部は複数設けられており、
   複数の前記空気供給部は複数の前記排気熱交換部に対応して複数設けられている請求項４に記載の燃料電池システム。
6. 前記加圧吸気と外気とを熱交換して前記加圧吸気を冷却する外気熱交換部（４４）を備える請求項１ないし４のいずれか１つに記載の燃料電池システム。
7. 前記空気供給部は複数設けられており、
   複数の前記空気供給部のうち一部の前記空気供給部から供給される前記加圧吸気は前記排気熱交換部で冷却され、残りの前記空気供給部から供給される前記加圧吸気は前記外気熱交換部で冷却される請求項６に記載の燃料電池システム。
8. 前記外気熱交換部による前記加圧吸気の冷却は、前記排気熱交換部で前記加圧吸気を冷却した場合に、前記加圧吸気の温度が所定温度まで低下しない場合に行われる請求項７に記載の燃料電池システム。
9. 前記加圧吸気と熱媒体とを熱交換して前記加圧吸気を冷却する熱媒体熱交換部（４３）を備える請求項１ないし４のいずれか１つに記載の燃料電池システム。
10. 前記空気供給部は複数設けられており、
    複数の前記空気供給部のうち一部の前記空気供給部から供給される前記加圧吸気は前記排気熱交換部で冷却され、残りの前記空気供給部から供給される前記加圧吸気は前記熱媒体熱交換部で冷却される請求項９に記載の燃料電池システム。
11. 前記熱媒体熱交換部による前記加圧吸気の冷却は、前記排気熱交換部で前記加圧吸気を冷却した場合に、前記加圧吸気の温度が所定温度まで低下しない場合に行われる請求項１０に記載の燃料電池システム。
12. 前記排気熱交換部に水を供給する水供給部（４０）を備え、
    前記水供給部は、前記加圧吸気と熱交換する前記排出空気および前記排気熱交換部の表面の少なくともいずれかに水を供給する請求項１ないし１１のいずれか１つに記載の燃料電池システム。
13. 前記排気熱交換部は、前記排出空気によって前記加圧吸気を加熱する請求項１に記載の燃料電池システム。

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