JP4221981B2

JP4221981B2 - Fuel cell system

Info

Publication number: JP4221981B2
Application number: JP2002272888A
Authority: JP
Inventors: 康弘沼尾; 靖和岩崎
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2002-09-19
Filing date: 2002-09-19
Publication date: 2009-02-12
Anticipated expiration: 2022-09-19
Also published as: JP2004111238A

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、冷却水の温度が燃料電池スタックの入口から出口に向かうに従って上昇することに伴って、水素ガスの温度を燃料電池スタックの入口から出口に向かうに従って上昇させ、水素ガス循環装置は、燃料電池スタックの水素ガス出口と水素透過部との間に設けられ燃料電池スタックから排出された排出ガスを水素透過部に吐出するポンプを備え、燃料電池スタックに要求される負荷が高いほどポンプから吐出する流量を多くし、この流量の増加割合を上記燃料電池スタックに要求される負荷変動が高いほど大きくなるように、水素透過部に循環させる排出ガス量を変化させることで、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、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００１９】
［第１参考形態］
［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１参考形態に係る燃料電池システムに適用される。なお、本参考形態では、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１参考形態の効果］
以上詳細に説明したように、第１参考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２参考形態］
つぎに、第２参考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１参考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１参考形態と同様に、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】
このような第２参考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１参考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。
【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２参考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１参考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３参考形態］
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１参考形態と同様の効果を得ることができる。
【００４０】
第３参考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３参考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】
［実施形態］
つぎに、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、上述の参考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】
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４参考形態］
つぎに、第４参考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４参考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５参考形態］
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１参考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１参考形態と同様に、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１参考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２参考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３参考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４参考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５参考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[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a fuel cell system including a reformer that supplies hydrogen gas generated by reforming a fuel to a fuel cell stack including a solid polymer membrane, and mainly relates to a drive source for a moving body such as a vehicle. The present invention relates to a fuel cell system that generates electric power.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as shown in FIG. 8, a reforming fuel cell system reforms fuel by being provided adjacent to a combustion layer 101 that generates heat necessary for reforming and the fuel layer 101. One having a membrane-type hydrogen production apparatus 100 including a reforming layer 102 containing a catalyst and a hydrogen permeable layer 104 partitioned between the reforming layer 102 by a hydrogen separation membrane 103 is known.
[0003]
In this reformed fuel cell system, steam is supplied to the hydrogen permeable layer 104 and the reformed layer 102, and fuel is supplied to the reformed layer 102 and the combustion layer 101. Then, the hydrogen generated in the reforming layer 102 is sent to the hydrogen permeable layer 104 through the hydrogen separation membrane 103 by the hydrogen partial pressure of the reformed layer 102 and the hydrogen permeable layer 104. Thereby, hydrogen is sent from the hydrogen permeable layer 104 to the hydrogen electrode 111a of the fuel cell stack 111, and air is sent to the air electrode 111b, thereby causing the fuel cell stack 111 to generate a power. The exhaust gas discharged from the hydrogen electrode 111a is pressurized by the pump 112 and returned to the hydrogen gas inlet or the hydrogen permeable layer 104 of the hydrogen electrode 111b.
[0004]
In addition to the fuel, gas other than the air discharged from the air electrode 111 b and the hydrogen gas from the reforming layer 102 is supplied to the combustion layer 101. As a result, the combustion layer 101 burns CO ₂ , CO, CH _4, etc. that are unnecessary for the cell reaction generated in the reforming layer 102, collects them as heat, and heat necessary for reforming in the reforming unit 102. And
[0005]
In such a fuel cell system, the anode exhaust gas discharged from the hydrogen electrode 111 a of the fuel cell stack 111 is returned to the membrane-type hydrogen production apparatus 100, and the hydrogen partial pressure of the reforming layer 102 is higher than that of the hydrogen permeable layer 104. The gas flow rate is adjusted so that
[0006]
In addition, such a reforming fuel cell system is configured to supply a gas containing steam as a sweep gas to the hydrogen permeable layer 104. By increasing the vapor pressure of the hydrogen permeable layer 104, the hydrogen permeable layer 104 is provided. The hydrogen pressure of the hydrogen permeable layer 104 relative to the reformed layer 102 was lowered.
[0007]
[Patent Document 1]
JP-A-11-126626 [Patent Document 2]
Japanese Patent Laid-Open No. 7-235320 [Patent Document 3]
JP 2001-143733 A
[Problems to be solved by the invention]
By the way, among the power sources of moving bodies such as vehicles, a fuel cell stack 111 having a high efficiency potential is preferable from the viewpoint of the environment, and is considered to be promising as a fuel cell stack 111 for moving bodies. A solid polymer electrolyte fuel cell stack generally generates power using hydrogen and oxygen.
[0009]
Hydrogen serving as fuel for the fuel cell stack 111 is supplied when hydrogen is supplied from a storage medium such as a high-pressure hydrogen tank or a storage alloy, or hydrogen is generated by reforming a fuel such as natural gas, alcohol, or gasoline. Cases can be considered. The membrane-type hydrogen production apparatus 100 is a reforming system having a high efficiency potential using the hydrogen separation membrane 103, but in order to improve the hydrogen separation efficiency by supplying the sweep gas to the hydrogen permeable layer 104, the sweep type hydrogen production apparatus 100 The gas supply method is one of the important issues.
[0010]
Here, the technique disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-126626 is based on the premise that electric power is generated using a molten carbonate fuel cell as the fuel cell stack 111, and the hydrogen partial pressure of the reforming layer 102 is The anode exhaust gas flow rate is adjusted by the pump 112 so as to be higher than the hydrogen permeable layer 104.
[0011]
When such a reformed fuel cell system configuration is applied to a solid polymer fuel cell, it is considered that the poisoning of the electrode catalyst by carbon monoxide becomes a problem.
[0012]
The technique disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 7-235320 is based on the premise that power is generated using the stationary fuel cell stack 111, and mention is made of the supply source of water vapor used for the sweep gas. Not. In other words, this technique has a problem that it is difficult to realize the system in that each device is arranged in a limited space peculiar to the moving body and the system is established with a limited amount of water.
[0013]
Further, in the technique disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2001-143733, the water vapor contained in the cathode exhaust gas is separated into water vapor using a water vapor permeable membrane and supplied to the hydrogen permeable layer 104 as a sweep gas. However, there is a problem that the system becomes complicated.
[0014]
Therefore, the present invention has been proposed in view of the above-described circumstances, and an object thereof is to provide a fuel cell system capable of generating power efficiently with a simple configuration.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
In the present invention, electrode layers are arranged on both main surfaces of an electrolytic layer made of a solid polymer membrane, a hydrogen gas channel is provided on one electrode layer side, and an oxidizing gas channel is provided on the other electrode layer side. In order to generate power in a fuel cell stack configured by stacking a plurality of single cells each having a cooling water flow path adjacent to the hydrogen gas flow path, the combustion section gives heat necessary for reforming in the reforming section. The reforming unit reforms and sends hydrogen to the hydrogen permeation unit through the hydrogen separation membrane. In this fuel cell system, hydrogen in the hydrogen permeation section of the reformer is supplied to the fuel cell stack by the hydrogen gas circulation device, and the oxidizing gas is supplied to generate power, and cooling water is supplied to the fuel cell stack by the cooling water circulation device. Supply.
[0016]
In such a fuel cell system, the hydrogen gas supply direction of the hydrogen gas flow path by the hydrogen gas circulation device and the cooling water circulation direction of the cooling water flow path by the cooling water circulation device are substantially the same in at least a part of the fuel cell stack. And the temperature of the cooling water rises from the inlet to the outlet of the fuel cell stack, and the temperature of the hydrogen gas rises from the inlet to the outlet of the fuel cell stack. A pump is provided between the hydrogen gas outlet of the battery stack and the hydrogen permeation section, and discharges the exhaust gas discharged from the fuel cell stack to the hydrogen permeation section. The higher the load required for the fuel cell stack, the higher the discharge from the pump. to increasing the flow rate, so the rate of increase of the flow rate becomes larger the higher the load change required to the fuel cell stack, hydrogen By changing the exhaust gas amount is recycled to the over-section, to solve the problems described above.
[0017]
【The invention's effect】
According to the fuel cell system of the present invention, the saturated water vapor pressure of the hydrogen gas at the hydrogen gas outlet of the fuel cell stack is made higher than the saturated water vapor pressure of the hydrogen gas at the hydrogen gas inlet of the fuel cell stack to increase the amount of water vapor. In addition, the hydrogen gas discharged from the fuel cell stack can be returned to the hydrogen permeation section, and the hydrogen partial pressure in the hydrogen permeation section can be lowered to efficiently take out the reformed hydrogen in the reforming section. Therefore, according to this fuel cell system, it is possible to cause the fuel cell stack to generate power efficiently with a simple configuration.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0019]
[First Reference Form]
[Configuration of fuel cell system]
The present invention is applied to a fuel cell system according to a first reference embodiment configured as shown in FIG. 1, for example. In this reference embodiment, a case where the present invention is applied to a steam reforming type in which fuel is reformed by steam as a fuel cell system will be described.
[0020]
In this fuel cell system, for example, a membrane type hydrogen production apparatus 1 including a combustion section 11 having a burner, a reforming section 12 having a reforming catalyst, for example, a hydrogen permeable membrane 13 having a palladium alloy film and a hydrogen permeable section 14 is provided. Prepare. This membrane-type hydrogen production apparatus 1 is necessary for reforming fuel in the reforming unit 12 by supplying fuel and air to the combustion unit 11 in order to generate hydrogen gas to be supplied to the fuel cell stack 2. Generate heat. In this state, when fuel and water are supplied to the reforming unit 12, water is vaporized by heat from the combustion unit 11, and CH ₂ + 2H ₂ O → 4H ₂ + CO ₂ in the reforming unit 12.
To generate gas such as hydrogen and CO ₂ .
[0021]
Further, in this example, the fuel cell stack 2 is provided with electrode layers on both main surfaces of an electrolytic layer made of a solid polymer membrane, and further includes a hydrogen channel on one of both outer surfaces and an air channel on the other. In addition, a cooling layer having a cooling water flow path disposed adjacent to the flow path in the air is combined into a single cell, and a plurality of the single cells are stacked.
[0022]
Of the gas generated in the reforming unit 12, hydrogen is supplied to the hydrogen permeable unit 14 through the hydrogen permeable membrane 13 due to a hydrogen partial pressure difference between the reformed unit 12 and the hydrogen permeable unit 14. Moreover, gases other than hydrogen among the gases generated in the reforming unit 12 are sent to the combustion unit 11 and burned.
[0023]
Air from the outside is supplied to the air electrode inlet 2 a of the fuel cell stack 2 and is supplied to the air electrode of the fuel cell stack 2 via the air flow path 21 inside the fuel cell stack 2. The air supplied to the fuel cell stack 2 is used for the power generation reaction of the fuel cell stack 2, discharged from the air electrode outlet 2 b, and sent to the capacitor 3. Exhaust air from the fuel cell stack 2 and exhaust air from the combustion unit 11 are also supplied to the capacitor 3. In the capacitor 3, moisture is recovered from the exhaust air from the fuel cell stack 2 and the exhaust air from the combustion unit 11, and is used as fuel reforming water in the reforming unit 12.
[0024]
The hydrogen sent to the hydrogen permeation unit 14 is extracted from the hydrogen permeation unit 14 by driving the pump 4 and supplied to the hydrogen electrode inlet 2 c of the fuel cell stack 2. Here, the fuel cell stack 2 is supplied with more hydrogen than the amount of hydrogen required for power generation by the pump 4 so that the hydrogen is not depleted at the end portion of the internal hydrogen flow path 22.
[0025]
Thereby, an electrochemical reaction using air and hydrogen is generated by the fuel cell stack 2. The exhaust gas (sweep gas) discharged from the hydrogen electrode outlet 2 d without being used in the fuel cell stack 2 is supplied to the gas-liquid separator 5. In the gas-liquid separator 5, the moisture of the sweep gas is recovered and used as fuel reforming water in the reforming unit 12. The sweep gas discharged from the gas-liquid separator 5 is supplied again to the hydrogen permeation unit 14 via the pump 4 and the hydrogen content is used again.
[0026]
Further, in this fuel cell system, a cooling water flow path 23 is provided in the fuel cell stack 2. The cooling water is circulated by the cooling water pump 6, passes through the cooling water passage 23, is supplied to the radiator 7, and is sent to the cooling water pump 6 again. This cooling water is brought to a desired temperature by the cold air fan 8 when passing through the radiator 7.
[0027]
In such a cooling system, the cooling water circulation direction flowing through the cooling water passage 23 and the air supply direction flowing from the air electrode inlet 2a to the air electrode outlet 2b are substantially opposite directions. In this cooling system, the cooling water circulation direction is substantially the same as the hydrogen supply direction flowing from the hydrogen electrode inlet 2c to the hydrogen electrode outlet 2d.
[0028]
The reason that the cooling water circulation direction and the air supply direction are substantially opposite in this way is to facilitate recovery of water contained in the air. That is, the cooling water temperature near the air electrode outlet 2b is lower than the cooling water temperature near the air electrode inlet 2a, and the temperature of the air supplied from the air electrode inlet 2a decreases toward the air electrode outlet 2b. Thus, water recovery by the condenser 3 is facilitated.
[0029]
Further, the cooling water circulation direction and the hydrogen supply direction are substantially the same direction in order to increase the amount of water vapor contained in the sweep gas supplied again to the hydrogen permeable portion 14. That is, the temperature of the cooling water near the hydrogen electrode outlet 2d becomes higher than the temperature of the cooling water near the hydrogen electrode inlet 2c, and the temperature rises as the hydrogen that has contributed to the electrochemical reaction proceeds in the fuel cell stack 2. To do. Then, since the saturated water vapor pressure of hydrogen is a function of temperature, the amount of water vapor contained in hydrogen increases as it proceeds from the hydrogen electrode inlet 2c to the hydrogen electrode outlet 2d. As a result, hydrogen is discharged from the fuel cell stack 2 as a sweep gas having a high temperature and humidity near the hydrogen electrode outlet 2d.
[0030]
[Effect of the first reference embodiment]
As described in detail above, according to the fuel cell system according to the first reference embodiment, the hydrogen passage direction in the fuel cell stack 2 and the coolant circulation direction are made substantially the same so that the vicinity of the hydrogen electrode inlet 2c. Since the temperature of the hydrogen gas in the vicinity of the hydrogen electrode outlet 2d can be increased more efficiently, the saturated water vapor pressure of the sweep gas discharged from the hydrogen electrode outlet 2d can be increased, and a large amount of water vapor is contained. The sweep gas can be taken out from the hydrogen electrode outlet 2d. Therefore, according to this fuel cell system, by supplying a sweep gas containing a large amount of water vapor to the hydrogen permeation unit 14, the hydrogen partial pressure of the hydrogen permeation unit 14 can be lowered by the water vapor. The hydrogen partial pressure and the hydrogen partial pressure of the hydrogen permeation unit 14 are increased, and the hydrogen generated in the reforming unit 12 can be efficiently taken out to the hydrogen permeation unit 14.
[0031]
Therefore, according to this fuel cell system, it is consumed without lowering the hydrogen pressure when reforming the fuel and increasing the driving amount of the auxiliary equipment such as the pump 4 in order to reduce the hydrogen partial pressure of the hydrogen permeation section 14. Since electric power can be reduced, the efficiency of supplying hydrogen to the fuel cell stack 2 can be improved.
[0032]
Moreover, according to this fuel cell system, the above-described effects can be realized with a simple configuration without providing another mechanism for supplying water vapor to the hydrogen permeation section 14.
[0033]
[Second Reference Form]
Next, a fuel cell system according to a second reference embodiment will be described. In addition, about the part similar to the above-mentioned 1st reference form, the detailed description is abbreviate | omitted by attaching | subjecting the same code | symbol.
[0034]
This fuel cell system includes a plurality of two types of fuel cell stacks 2 as shown in FIGS. 2 (A) and 2 (B).
In the first fuel cell stack 2A shown in FIG. 2A, the cooling water circulation direction and the hydrogen supply direction are substantially the same as in the first reference embodiment, and the cooling water circulation direction and the air supply direction are the same. The direction is almost opposite. On the other hand, in the second fuel cell stack 2B shown in FIG. 2B, the cooling water circulation direction, the hydrogen supply direction, and the air supply direction are substantially opposite.
[0035]
According to the fuel cell system according to this second reference embodiment, since two kinds of configuration is to include a different first fuel cell stack 2A and the second fuel cell stack 2B, similarly to the first reference embodiment As a result, the degree of freedom in layout design for the fuel cell stack 2 can be increased.
[0036]
The other uses include, for example, supplementing the power generation responsiveness of the first fuel cell stack 2A and the second fuel cell stack 2B. That is, hydrogen discharged from the second fuel cell stack 2B is filled in a buffer tank (not shown), and the amount of power generation required for the first fuel cell stack 2A and the second fuel cell stack 2B increases rapidly. In this case, hydrogen in the buffer tank is supplied to the first fuel cell stack 2A and the second fuel cell stack 2B.
[0037]
As another application, for example, hydrogen used for desulfurizing the fuel may be used.
[0038]
According to such a fuel cell system according to the second embodiment, since the first fuel cell stack 2A and the second fuel cell stack 2B having two different configurations are provided, the same as in the first embodiment. As a result, the degree of freedom in layout design for the fuel cell stack 2 can be increased.
[0039]
[Third Reference Form]
Further, in the above-described fuel cell system, even when the fuel cell stack 2 configured as shown in FIG. 3 is used, the same effect as that of the first reference embodiment can be obtained.
[0040]
In the fuel cell stack 2 in the fuel cell system according to the third reference embodiment, the hydrogen flow path 22 and the cooling water flow path 23 are adjacent to each other, and the hydrogen flow path 22 and the cooling water flow path 23 are combined in substantially the same direction or substantially in the reverse direction. It is configured. In this example, the hydrogen channel 22a and the cooling water channel 23a, the hydrogen channel 22b and the cooling water channel 23b are set in substantially the same direction, and the hydrogen channel 22c and the cooling water channel 23c are set in substantially opposite directions. For example, the fuel cell stack 2 includes a hydrogen flow path 22 and a cooling water flow path 23 for each single cell.
[0041]
In the fuel cell system according to the third reference embodiment provided with such a fuel cell stack 2, the hydrogen supply direction and the cooling water circulation direction are set according to the water vapor content required for the sweep gas returned to the hydrogen permeation unit 14. The number to be the same can be adjusted.
[0042]
[ Embodiment ]
Next, the fuel cell system according to the embodiment will be described. In addition, about the part similar to the above-mentioned reference form, the detailed description is abbreviate | omitted by attaching | subjecting the same code | symbol.
[0043]
The fuel cell system according to the embodiment includes a control device (not shown), and controls the pump 4 by executing the processing shown in FIG. 4 by the control device.
[0044]
According to FIG. 4, first, in step S1, the control device detects the accelerator opening of the vehicle on which the fuel cell system is mounted, and proceeds to step S2.
[0045]
In step S2, the control device reads the required load Ed required for the fuel cell stack 2 and the required load change De per unit time from the accelerator opening detected in step S1. Here, the required load Ed corresponding to the accelerator opening is mapped in advance and stored in a memory in the control device. Then, the control device reads the required load Ed corresponding to the accelerator opening detected in step S1, and obtains the required load change De by obtaining a difference with respect to the immediately preceding required load Ed.
[0046]
In the next step S3, the flow rate of the sweep gas supplied to the hydrogen permeation unit 14 is determined by the control device. At this time, in the control device, if the required load change De obtained in step S2 is equal to or less than the predetermined value C, it is determined that the load change is gentle, and the process proceeds to step S4. The line A of the flow map shown in FIG. Then, the control device sets a pump flow rate corresponding to the required load Ed with reference to the line A.
[0047]
On the other hand, when the required load change De exceeds the predetermined value C, it is determined that the load is suddenly changed, and the process proceeds to step S5, and the line B of the flow map shown in FIG. 5 stored in a memory (not shown) is read. And in a control apparatus, the pump flow volume according to the request | requirement load Ed is set.
[0048]
In the next step S6, the control device controls the flow rate of the sweep gas supplied to the hydrogen permeation section 14 by controlling the discharge amount of the pump 4 so as to be the pump flow rate set in step S4 or step S5. To finish the process.
[0049]
According to the fuel cell system according to the embodiment that operates as described above, since the flow rate of the sweep gas is controlled, the hydrogen utilization rate returned to the hydrogen permeation unit 14 can be changed according to the required load of the fuel cell stack 2. it can.
[0050]
Further, according to this fuel cell system, for example, by increasing the discharge amount of the pump 4, the water vapor of the sweep gas supplied to the hydrogen permeation unit 14 can be increased, and the hydrogen of the hydrogen permeation unit 14 relative to the reforming unit 12 can be increased. By reducing the partial pressure, the hydrogen generated in the reforming unit 12 can be efficiently supplied to the hydrogen permeating unit 14, and the hydrogen generation rate can be increased.
[0051]
[ Fourth Reference Form]
Next, a fuel cell system according to a fourth reference embodiment will be described. In addition, about the part similar to the above-mentioned form , the detailed description is abbreviate | omitted by attaching | subjecting the same code | symbol.
[0052]
As shown in FIG. 6, the fuel cell system according to the fourth reference embodiment is provided with a branch channel 32 branched from a circulation channel 31 that circulates the sweep gas discharged from the fuel cell stack 2 to the hydrogen permeation unit 14, The branched flow path 32 is different from the fuel cell system according to the above-described embodiment in that a gas flow path 33 that passes through the reforming section 12 and the combustion section 11 is connected.
[0053]
In such a fuel cell system, for example, a purge valve 34 is provided in the branch flow path 32, and the purge valve 34 is opened at the time of purging to eliminate the concentration of impurities in the sweep gas flowing through the circulation flow path 31. Thereby, the sweep gas flowing through the circulation flow path 31 can be supplied to the combustion unit 11 via the branch flow path 32 and the gas flow path 33, and the impurities in the sweep gas can be burned. Further, hydrogen contained in the sweep gas supplied to the combustion unit 11 is also combusted and recovered as heat necessary for reforming in the reforming unit 12 to promote the reforming reaction, and further effectively use hydrogen. be able to.
[0054]
[ Fifth Reference Form]
Further, in the above-described fuel cell system, even when the fuel cell stack 2 configured as shown in FIG. 7 is used, the same effect as that of the first reference embodiment can be obtained.
[0055]
In the fuel cell stack 2, a cooling water channel 23 and a hydrogen channel 22 are formed so that the flowing directions of the cooling water and hydrogen are substantially the same in part. In this example, in the fuel cell stack 2, the direction in which the cooling water flows is slanted with respect to the direction in which the hydrogen flows, and the direction in which the hydrogen flows and the direction in which the cooling water flows are substantially in the same direction. A hydrogen channel 22 and a cooling water channel 23 are formed.
[0056]
Even when such a fuel cell stack 2 is used, the cooling water temperature at the cooling water outlet is made higher than the cooling water temperature at the cooling water inlet, so that the hydrogen gas temperature at the hydrogen inlet of the fuel cell stack 2 is higher. The hydrogen gas temperature at the hydrogen outlet can be increased, and the amount of water vapor contained in the sweep gas can be increased as in the first reference embodiment.
[0057]
The above-described embodiment is an example of the present invention. For this reason, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made depending on the design and the like as long as the technical idea according to the present invention is not deviated from this embodiment. Of course, it is possible to change.
[0058]
That is, for example, the description has been given using the membrane-type hydrogen production apparatus 1 in which the reforming unit 12 and the hydrogen permeation unit 14 are partitioned by the hydrogen separation membrane 13, but the reforming portion and the separation portion by the hydrogen separation membrane are used. The present invention can also be applied to a separate body separated.
[0059]
The present invention can also be applied to a fuel cell system in which the reforming portion is autothermal reforming and a hydrogen separation membrane is provided in the reactor portion where CO components are removed by steam at the subsequent stage.
[0060]
Further, with respect to the flow direction in the fuel cell stack 2, a portion in which hydrogen gas and cooling water flow in substantially the same direction may be divided on the same separator surface of the fuel cell stack 2.
[Brief description of the drawings]
1 is a block diagram showing a configuration of a fuel cell system according to a first referential embodiment according to the present invention.
In the fuel cell system according to a second referential embodiment according to the invention; FIG, (A) is a cooling water circulation direction and the hydrogen supply direction has become substantially the same direction, and the cooling water circulation direction and the air supply direction It is a figure which shows the fuel cell stack which has become a substantially reverse direction, (B) is a figure which shows the fuel cell stack by which the cooling water circulation direction, the hydrogen supply direction, and the air supply direction are substantially reverse directions.
3 is a diagram showing a configuration of a fuel cell stack in a fuel cell system according to a third referential embodiment according to the present invention.
FIG. 4 is a flowchart showing processing executed by a control device of a fuel cell system according to an embodiment to which the present invention is applied.
FIG. 5 is a diagram for explaining a map of a pump discharge flow rate with respect to a required load (output) of a fuel cell stack.
FIG. 6 is a block diagram showing a configuration of a fuel cell system according to a fourth reference embodiment to which the present invention is applied.
FIG. 7 is a diagram showing a configuration of a fuel cell stack provided in a fuel cell system according to a fifth reference embodiment to which the present invention is applied.
FIG. 8 is a block diagram showing a configuration of a conventional reforming fuel cell system.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Membrane type hydrogen production apparatus 2 Fuel cell stack 3 Capacitor 4 Pump 5 Gas-liquid separator 6 Cooling water pump 7 Radiator 8 Cold air fan 11 Combustion part 12 Reforming part 13 Hydrogen permeable membrane 14 Hydrogen permeation part 21 Air flow path 22 Hydrogen flow Path 23 Cooling water flow path 31 Circulation flow path 32 Branch flow path 33 Gas flow path

Claims

An electrode layer is disposed on both main surfaces of an electrolytic layer made of a solid polymer membrane, a hydrogen gas channel is provided on one electrode layer side, and an oxidizing gas channel is provided on the other electrode layer side. A fuel cell stack configured by stacking a plurality of single cells each having a cooling water flow path adjacent to the flow path;
A reforming section that reforms fuel to generate hydrogen gas, a combustion section that generates heat necessary for the reforming section, and a hydrogen permeation section that is connected to the reforming section through a hydrogen separation membrane. A reformer having
Hydrogen gas generated by the reformer is taken out from the hydrogen permeation section and supplied to the fuel cell stack, and the exhaust gas discharged from the fuel cell stack is circulated to the hydrogen permeation section of the reformer A circulation device;
A cooling water circulation device for supplying cooling water to the cooling water flow path of the fuel cell stack,
The hydrogen gas supply direction of the hydrogen gas flow path by the hydrogen gas circulation device and the cooling water circulation direction of the cooling water flow path by the cooling water circulation device are substantially the same direction at least in a part of the fuel cell stack, As the temperature of the cooling water increases from the inlet to the outlet of the fuel cell stack, the temperature of the hydrogen gas increases from the inlet to the outlet of the fuel cell stack,
The hydrogen gas circulation device includes a pump that is provided between a hydrogen gas outlet of the fuel cell stack and the hydrogen permeation portion and discharges exhaust gas discharged from the fuel cell stack to the hydrogen permeation portion. The higher the load required for the battery stack, the higher the flow rate discharged from the pump, and the increase rate of this flow rate is circulated through the hydrogen permeation section so that the higher the load fluctuation required for the fuel cell stack, the greater A fuel cell system characterized by changing the amount of exhaust gas.

Having a plurality of fuel cell stacks,
In at least one fuel cell stack, the hydrogen gas supply direction of the hydrogen gas flow channel and the cooling water circulation direction of the cooling water flow channel are substantially the same in at least a part of the fuel cell stack. The fuel cell system according to claim 1.

2. The fuel cell system according to claim 1, further comprising a hydrogen gas circulation flow path for circulating the exhaust gas discharged from the fuel cell stack to the combustion unit.