JP4955913B2 - Fuel cell system - Google Patents

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Description

本発明は,水素を含有する水素含有燃料ガスを利用して発電を行う燃料電池を備えた燃料電池システムに関する。   The present invention relates to a fuel cell system including a fuel cell that generates power using a hydrogen-containing fuel gas containing hydrogen.

従来より、水素を含有する水素含有燃料ガスを利用して発電を行う燃料電池を備えた燃料電池システムとして、例えば特許文献1あるいは特許文献2に示すものがある。
上記燃料電池には適切な作動温度があるため、上記燃料電池の温度をこの作動温度領域内に保つよう、温度レベル、分布を制御する必要がある。
そのために、上記燃料電池システムにおいては、気体あるいは液体の冷却媒体を流通させて、燃料電池の温度上昇を防ぎ、温度制御を行っている。
Conventionally, as a fuel cell system including a fuel cell that generates power using a hydrogen-containing fuel gas containing hydrogen, for example, there is one shown in Patent Document 1 or Patent Document 2.
Since the fuel cell has an appropriate operating temperature, it is necessary to control the temperature level and distribution so as to keep the temperature of the fuel cell within this operating temperature range.
Therefore, in the above fuel cell system, a gas or liquid cooling medium is circulated to prevent the temperature of the fuel cell from increasing and temperature control is performed.

一方、燃料電池の作動温度を例えば300℃以上の所定領域とする場合も考えられる。
このような高温の温度領域を作動温度とする燃料電池としては、例えば特許文献3に示すものがある。この燃料電池においては、改質器を用いて炭化水素等を改質して上記水素含有燃料ガスを生成する場合に、該水素含有燃料ガスの温度を大幅に冷却させる必要がないなどの利点がある。上記改質器において生成される水素含有燃料ガスは400℃以上の高温にあるが、上記燃料電池の作動温度もこれと同等の高温であるからである。
On the other hand, there may be a case where the operating temperature of the fuel cell is set to a predetermined region of, for example, 300 ° C. or higher.
An example of a fuel cell having such a high temperature range as an operating temperature is disclosed in Patent Document 3. In this fuel cell, when the hydrocarbon-containing fuel gas is generated by reforming hydrocarbon or the like using a reformer, there is an advantage that the temperature of the hydrogen-containing fuel gas does not need to be significantly cooled. is there. This is because the hydrogen-containing fuel gas produced in the reformer is at a high temperature of 400 ° C. or higher, but the operating temperature of the fuel cell is also a high temperature equivalent thereto.

しかし、上記のような高温で作動する燃料電池の温度制御に、例えば炭化水素系等の有機系の液体冷媒を用いると、炭化などの問題が生ずるおそれがある。このように、有機系の液体冷媒は、300℃を超える温度領域においては耐熱性の観点から使用が困難となるおそれがある。
一方、気体の冷却媒体を用いると、熱容量が小さいために、冷却媒体の流量を非常に大きくする必要があると共に、上記冷却媒体を適量使用した場合には燃料電池内を循環する間に温度が大きく上昇してしまうために、燃料電池内において温度分布が発生しやすいという問題がある。これにより、燃料電池の均一な温度制御が困難となる。
However, when an organic liquid refrigerant such as a hydrocarbon is used for temperature control of a fuel cell that operates at a high temperature as described above, problems such as carbonization may occur. Thus, the organic liquid refrigerant may be difficult to use from the viewpoint of heat resistance in a temperature range exceeding 300 ° C.
On the other hand, when a gaseous cooling medium is used, since the heat capacity is small, it is necessary to make the flow rate of the cooling medium very large, and when an appropriate amount of the cooling medium is used, the temperature is increased while circulating in the fuel cell. Since the temperature rises greatly, there is a problem that temperature distribution tends to occur in the fuel cell. Thereby, uniform temperature control of the fuel cell becomes difficult.

燃料電池の内部において温度分布が発生すると、熱応力が発生し、燃料電池の耐久性が低下するおそれがある。
また、燃料電池内における局所的な温度低下は、電解質導電率の低下や水素脆化などの要因となり、また、局所的な温度上昇は、金属拡散による劣化の要因となって燃料電池の耐久性の低下の原因となるおそれがある。
When a temperature distribution is generated inside the fuel cell, thermal stress is generated, which may reduce the durability of the fuel cell.
In addition, a local temperature drop in the fuel cell causes factors such as a decrease in electrolyte conductivity and hydrogen embrittlement, and a local temperature rise causes deterioration due to metal diffusion. It may cause a decrease in

特開2003−151599号公報JP 2003-151599 A 特開2001−223017号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2001-2223017 特開2004−146337号公報JP 2004-146337 A

本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、作動温度が300℃以上の燃料電池の均一な温度分布制御を効率的に行うことができる燃料電池システムを提供しようとするものである。   The present invention has been made in view of such conventional problems, and is intended to provide a fuel cell system capable of efficiently performing uniform temperature distribution control of a fuel cell having an operating temperature of 300 ° C. or higher. is there.

本発明は、水素を含有する水素含有燃料ガスを利用して、300℃以上の作動温度で発電を行う燃料電池を備えた燃料電池システムにおいて、
該燃料電池システムは、上記燃料電池を冷却するための冷却媒体を液体状態で循環させる冷媒循環流路を有しており、
記冷却媒体は、300℃以上の温度で液体状態にある無機系冷媒を用いてなり、
かつ、上記冷媒循環流路と連通され、上記無機系冷媒との熱交換を行なうための熱交換手段が備えられたタンクを有し、
該タンクは、システム停止時には上記無機系冷媒を回収し、システムの定常作動時には上記冷媒循環流路を流通する上記無機系冷媒を上記熱交換手段により熱交換することを特徴とする燃料電池システムにある(請求項1、実施例7参照)。
The present invention relates to a fuel cell system including a fuel cell that generates power at an operating temperature of 300 ° C. or higher using a hydrogen-containing fuel gas containing hydrogen.
The fuel cell system has a refrigerant circulation channel for circulating a cooling medium for cooling the fuel cell in a liquid state,
Upper Symbol cooling medium is made using an inorganic refrigerant in the liquid state at 300 ° C. or higher,
And a tank that is in communication with the refrigerant circulation channel and includes a heat exchange means for exchanging heat with the inorganic refrigerant,
The tank collects the inorganic refrigerant when the system is stopped, and heat-exchanges the inorganic refrigerant flowing through the refrigerant circulation passage by the heat exchanging means when the system is in steady operation. ( Refer to claim 1 and Example 7 ).

次に、本発明の作用効果につき説明する。
上記燃料電池システムにおいては、上記燃料電池を冷却するための冷却媒体として、無機系冷媒を用いている。無機系冷媒は無機物により構成されているため熱安定性に優れ、300℃以上という高温においても変質することがない。
それ故、上記無機系冷媒は、作動温度を300℃以上の所定領域とする燃料電池を温度制御するための冷却媒体として、充分に機能することができる。
Next, the effects of the present invention will be described.
In the fuel cell system, an inorganic refrigerant is used as a cooling medium for cooling the fuel cell. Since the inorganic refrigerant is composed of an inorganic substance, it has excellent thermal stability and does not deteriorate even at a high temperature of 300 ° C. or higher.
Therefore, the inorganic refrigerant can sufficiently function as a cooling medium for controlling the temperature of the fuel cell in which the operating temperature is a predetermined region of 300 ° C. or higher.

また、上記無機系冷媒は、300℃以上において液体の状態に保つことができる。それ故、上記冷却媒体を熱容量の大きい状態で冷媒循環流路に流通させることができるため、燃料電池との熱交換効率を高くすることができる。そして、燃料電池を通過する間における冷却媒体の温度上昇を抑制することができるため、燃料電池内部の温度分布の均一化を図ることができる。
また、本発明においては、上記冷媒循環流路と連通され、上記無機系冷媒との熱交換を行なうための熱交換手段が備えられたタンクを有し、該タンクは、システム停止時には上記無機系冷媒を回収し、システムの定常作動時には上記冷媒循環流路を流通する上記無機系冷媒を上記熱交換手段により熱交換するという構成を採用している。
そのため、冷却媒体を上記タンクにおいて熱交換を行うことができ、熱交換効率の向上を図ることができる。
また、タンクに回収された冷却媒体は、表面積が小さくなるため冷却されにくく、固形化が抑制される。それ故、例えば、システム停止時に冷却媒体をタンクに回収することにより、冷却媒体の固形化を抑制することができる。
また、システムの定常作動時においては、冷却媒体をタンクに順次送り込んでタンク内で熱交換を行ない集中的に温度調整できると共に、温度調整された冷却媒体を順次冷媒循環流路に循環させることができる。
The inorganic refrigerant can be kept in a liquid state at 300 ° C. or higher. Therefore, since the cooling medium can be circulated through the refrigerant circulation passage with a large heat capacity, the efficiency of heat exchange with the fuel cell can be increased. And since the temperature rise of the cooling medium while passing through the fuel cell can be suppressed, the temperature distribution inside the fuel cell can be made uniform.
In the present invention, the tank further includes a tank that is in communication with the refrigerant circulation flow path and includes heat exchange means for exchanging heat with the inorganic refrigerant. A configuration is adopted in which the refrigerant is collected and the inorganic refrigerant flowing through the refrigerant circulation passage is heat-exchanged by the heat exchanging means at the time of steady operation of the system.
Therefore, heat exchange can be performed for the cooling medium in the tank, and heat exchange efficiency can be improved.
Moreover, since the cooling medium collected in the tank has a small surface area, it is difficult to be cooled and solidification is suppressed. Therefore, for example, by collecting the cooling medium in the tank when the system is stopped, solidification of the cooling medium can be suppressed.
In addition, during steady operation of the system, the cooling medium can be sequentially sent to the tank, heat exchange can be performed in the tank, the temperature can be adjusted intensively, and the temperature-adjusted cooling medium can be circulated through the refrigerant circulation passage sequentially. it can.

以上のごとく、作動温度が300℃以上の燃料電池の均一な温度分布制御を効率的に行うことができる燃料電池システムを提供することができる。   As described above, it is possible to provide a fuel cell system capable of efficiently performing uniform temperature distribution control of a fuel cell having an operating temperature of 300 ° C. or higher.

本発明(請求項1)において、上記無機系冷媒は、無機物で構成された冷媒であって、例えば、硝酸カリウム(KNO3)と亜硝酸ナトリウム(NaNO2)と硝酸ナトリウム(NaNO3)との混合物からなるものがある。また、その混合比としては、例えば、硝酸カリウム(KNO3)53重量%、亜硝酸ナトリウム(NaNO2)40重量%、硝酸ナトリウム(NaNO3)7重量%とすることができる。この組成の無機系冷媒は、融点が約142℃となる。 In the present invention (Claim 1), the inorganic refrigerant is an inorganic refrigerant, for example, a mixture of potassium nitrate (KNO 3 ), sodium nitrite (NaNO 2 ), and sodium nitrate (NaNO 3 ). There is something that consists of. The mixing ratio can be, for example, 53% by weight of potassium nitrate (KNO 3 ), 40% by weight of sodium nitrite (NaNO 2 ), and 7% by weight of sodium nitrate (NaNO 3 ). The inorganic refrigerant having this composition has a melting point of about 142 ° C.

また、上記燃料電池は、上記水素含有燃料ガスが供給されるアノード流路と、酸素を含有する酸素含有ガスが供給されるカソード流路と、該カソード流路と上記アノード流路との間に配設された電解質体とを有しており、該電解質体は、上記アノード流路に供給された上記水素含有燃料ガス中の水素を透過させるための水素分離金属層と、該水素分離金属層を透過した上記水素を水素プロトンの状態にして透過させて上記カソード流路に到達させるためのセラミックスからなるプロトン伝導体層とを積層してなることが好ましい(請求項2)。   In addition, the fuel cell includes an anode flow path to which the hydrogen-containing fuel gas is supplied, a cathode flow path to which an oxygen-containing gas containing oxygen is supplied, and between the cathode flow path and the anode flow path. A hydrogen separation metal layer for allowing hydrogen in the hydrogen-containing fuel gas supplied to the anode channel to pass therethrough, and the hydrogen separation metal layer. It is preferable to laminate a proton conductor layer made of ceramics for allowing the hydrogen that has permeated to reach the cathode flow path in the form of hydrogen protons.

この場合には、上記燃料電池を、例えば400〜600℃、或いは400〜500℃の高温状態で作動させることができる。
即ち、上記燃料電池は、上記水素分離金属層と上記プロトン伝導体層とを積層してなる電解質体を備えており、セラミックスからなる上記プロトン伝導体層は水分を含浸させずに用いることができるため、上記のような高温状態で作動させることができる。
In this case, the fuel cell can be operated at a high temperature of, for example, 400 to 600 ° C or 400 to 500 ° C.
That is, the fuel cell includes an electrolyte body formed by laminating the hydrogen separation metal layer and the proton conductor layer, and the proton conductor layer made of ceramic can be used without being impregnated with moisture. Therefore, it can be operated in a high temperature state as described above.

そのため、改質器を用いて炭化水素等を改質して上記水素含有燃料ガスを生成する場合に、例えば400℃以上の高温の水素含有燃料ガスを大幅に冷却させることなく、上記燃料電池に供給することができる。
そして、かかる燃料電池システムに本発明を適用することにより、燃料電池の均一な温度制御を効率的に行うことができ、本発明の作用効果を充分に発揮することができる。
Therefore, when reforming hydrocarbons or the like using a reformer to produce the hydrogen-containing fuel gas, the fuel cell can be used without significantly cooling the high-temperature hydrogen-containing fuel gas of, for example, 400 ° C. or higher. Can be supplied.
And by applying this invention to this fuel cell system, uniform temperature control of a fuel cell can be performed efficiently and the effect of this invention can fully be exhibited.

また、上記無機系冷媒は、上記燃料電池の作動温度域で液体状態にある無機系冷媒であることが好ましい(請求項3)。
この場合には、例えば300〜600℃、400〜600℃、或いは400〜500℃という上記の水素分離膜型の燃料電池の作動温度領域において、冷却媒体を液体状態に保つことができるため、上記燃料電池の温度分布制御を効率的に行うことができる。
The inorganic refrigerant is preferably an inorganic refrigerant that is in a liquid state in the operating temperature range of the fuel cell.
In this case, for example, the cooling medium can be kept in a liquid state in the operating temperature region of the hydrogen separation membrane type fuel cell of 300 to 600 ° C., 400 to 600 ° C., or 400 to 500 ° C. The temperature distribution control of the fuel cell can be performed efficiently.

また、上記無機系冷媒は、硝酸カリウム、亜硝酸ナトリウム、硝酸ナトリウムの少なくとも1種を含むことが好ましい(請求項4)。
この場合には、300℃以上の高温においても変質することなく液体状態に保つことができる冷却媒体を容易に得ることができる。
The inorganic refrigerant preferably contains at least one of potassium nitrate, sodium nitrite, and sodium nitrate.
In this case, a cooling medium that can be maintained in a liquid state without being deteriorated even at a high temperature of 300 ° C. or higher can be easily obtained.

また、上記冷媒循環流路の少なくとも一部あるいは該冷媒循環流路と連通された部位には、上記冷却媒体との熱交換を行うための熱交換手段が設けてあることが好ましい(請求項5)。
この場合には、上記冷却媒体の温度制御を行うことができ、冷却媒体の流通を円滑にすると共に、燃料電池の冷却効率を向上させることができる。
In addition, it is preferable that heat exchange means for exchanging heat with the cooling medium is provided in at least a part of the refrigerant circulation channel or a portion communicating with the refrigerant circulation channel. ).
In this case, the temperature control of the cooling medium can be performed, the circulation of the cooling medium can be made smooth, and the cooling efficiency of the fuel cell can be improved.

即ち、無機系冷媒からなる上記冷却媒体は、例えば常温まで温度が下がると固形化するという性質を有する。それ故、冷却媒体の円滑な流通を確保するために、冷却媒体の温度低下を防いで固形化を防いだり、固形化した冷却媒体を融解して液化する必要がある。
特に、システム停止時には、冷却媒体が温度低下して固形化することがあり、システムの始動時にこの固形化した冷却媒体に融解熱を供給して液化し、冷却媒体の流通を確保する必要がある。
一方、システムの定常作動時においては、上記冷却媒体が燃料電池から受けた熱量を除去して、温度制御性を向上させる必要もある。
That is, the cooling medium made of an inorganic refrigerant has a property of solidifying when the temperature is lowered to room temperature, for example. Therefore, in order to ensure smooth circulation of the cooling medium, it is necessary to prevent the cooling medium from lowering its temperature and prevent solidification, or to melt and solidify the solidified cooling medium.
In particular, when the system is stopped, the cooling medium may be solidified due to a decrease in temperature, and when the system is started, it is necessary to supply the heat of fusion to the solidified cooling medium to liquefy it to ensure circulation of the cooling medium. .
On the other hand, during the steady operation of the system, it is also necessary to improve the temperature controllability by removing the amount of heat received by the cooling medium from the fuel cell.

そこで、上記のごとく冷却媒体との熱交換を行うための熱交換手段を設ける。これにより、冷却媒体の固形化防止、融解、或いは熱量除去を効率的に行い、冷却媒体の円滑な流通を確保すると共に冷却効率を向上させることができる。
また、冷却媒体の熱量除去の円滑化に伴う冷却効率の向上により、冷却媒体の流通量を少なくすることもできる。これにより、低温の冷却媒体の温度上昇や、固形化した冷却媒体の融解を短時間で行うことができる。
Therefore, heat exchange means for performing heat exchange with the cooling medium as described above is provided. Thereby, solidification prevention of a cooling medium, melting | dissolving, or heat removal can be performed efficiently, and the cooling efficiency can be improved while ensuring the smooth distribution | circulation of a cooling medium.
In addition, the circulation amount of the cooling medium can be reduced by improving the cooling efficiency accompanying the smooth removal of the heat amount of the cooling medium. Thereby, the temperature rise of a low-temperature cooling medium and the melting | dissolving of the solidified cooling medium can be performed in a short time.

また、上記熱交換手段は、上記冷却媒体の固形化を防止し、或いは固形化した上記冷却媒体を融解することができるよう構成されていることが好ましい(請求項6)。
この場合には、上述したごとく、確実に上記冷却媒体を液体状態で円滑に循環させることができる。
Moreover, it is preferable that the said heat exchange means is comprised so that solidification of the said cooling medium can be prevented or the solidified said cooling medium can be fuse | melted (Claim 6).
In this case, as described above, the cooling medium can be reliably circulated smoothly in the liquid state.

また、上記熱交換手段は、気体或いは液体の熱交換用流体を用いて上記冷却媒体との熱交換を行うことが好ましい(請求項7)。
この場合には、容易に冷却媒体の温度調節を行うことができる。
また、場合によっては、上記冷却媒体との熱交換を行った熱交換用流体を有効利用して、システム内の熱バランスをとることにより、燃料電池システムのシステム効率を向上させることもできる。
The heat exchanging means preferably exchanges heat with the cooling medium using a gas or liquid heat exchanging fluid.
In this case, the temperature of the cooling medium can be easily adjusted.
In some cases, the system efficiency of the fuel cell system can be improved by effectively utilizing the heat exchange fluid that has exchanged heat with the cooling medium to balance the heat in the system.

また、上記熱交換手段は、上記冷媒循環流路と並行して上記熱交換用流体を流通させる熱交換流路を有してなるものであってもよい(請求項8)。
この場合には、燃料電池システムの構成を簡単にすることができると共に、充分な熱交換効率を確保することができる。
上記熱交換手段は、例えば、上記冷媒循環流路を内側に配し、上記熱交換流路を外側に配した二重管を構成することによって実現することもでき、また、その逆の構成によって実現することもできる。また、複数の冷媒循環流路と複数の熱交換流路とを交互に積層してなる積層管によって、上記熱交換手段を構成することもできる。
また、上記熱交換流路は、上記冷媒循環流路の全長にわたって形成されていてもよいし、一部に形成されていてもよい。
In addition, the heat exchange means may include a heat exchange flow path for circulating the heat exchange fluid in parallel with the refrigerant circulation flow path (Claim 8).
In this case, the configuration of the fuel cell system can be simplified and sufficient heat exchange efficiency can be ensured.
The heat exchange means can be realized, for example, by configuring a double pipe in which the refrigerant circulation channel is arranged on the inner side and the heat exchange channel is arranged on the outer side, and vice versa. It can also be realized. In addition, the heat exchange means can be configured by a laminated tube in which a plurality of refrigerant circulation channels and a plurality of heat exchange channels are alternately laminated.
The heat exchange channel may be formed over the entire length of the refrigerant circulation channel or may be formed in part.

また、上記熱交換手段は、上記タンクにおいて、上記冷却媒体と上記熱交換用流体との間の熱交換を行うよう構成してあってもよい(請求項9)。
この場合には、冷却媒体をタンクに回収した状態で集中して熱交換を行うことができるため、熱交換効率の向上を図ることができる。
また、タンクに回収された冷却媒体は、表面積が小さくなるため冷却されにくく、固形化が抑制される。それ故、例えば、システム停止時に冷却媒体をタンクに回収することにより、冷却媒体の固形化を抑制することができる。
また、システムの定常作動時において、冷却媒体をタンクに順次送り込んでタンク内で集中的に温度調整すると共に、温度調整された冷却媒体を順次冷媒循環流路に循環させることもできる。
Further, the heat exchange means is the upper Northern link, may be each other configured to perform heat exchange between the cooling medium and the heat exchange fluid (claim 9).
In this case, heat exchange can be performed in a concentrated manner with the cooling medium collected in the tank, so that the heat exchange efficiency can be improved.
Moreover, since the cooling medium collected in the tank has a small surface area, it is difficult to be cooled and solidification is suppressed. Therefore, for example, by collecting the cooling medium in the tank when the system is stopped, solidification of the cooling medium can be suppressed.
Further, during steady operation of the system, the cooling medium can be sequentially fed into the tank and the temperature can be intensively adjusted in the tank, and the temperature-adjusted cooling medium can be sequentially circulated through the refrigerant circulation passage.

また、上記熱交換手段は、上記冷却媒体と上記熱交換用流体とをそれぞれ内部に流通させて上記冷却媒体と上記熱交換用流体との間で熱交換させる熱交換ユニットを有するものであってもよい(請求項10)。
この場合には、上記熱交換ユニットにおいて、冷却媒体と熱交換用流体とを集中して熱交換させることができるため、熱交換効率の向上を図ることができる。
また、燃料電池システムの定常作動時においても冷却媒体と熱交換用流体との熱交換を行うことができる。
The heat exchanging means includes a heat exchanging unit that causes the cooling medium and the heat exchanging fluid to circulate inside to exchange heat between the cooling medium and the heat exchanging fluid. (Claim 10).
In this case, in the heat exchange unit, the cooling medium and the heat exchange fluid can be concentrated to exchange heat, so that the heat exchange efficiency can be improved.
Further, heat exchange between the cooling medium and the heat exchange fluid can be performed even during steady operation of the fuel cell system.

また、上記熱交換用流体として、上記熱交換手段とは別の熱交換手段によって温度調整された流体を用いることができる(請求項11)。
この場合には、冷却媒体の温度制御を充分に行うことができる。
上記熱交換用流体の温度調整は、例えばラジエータ等の放熱器によって外部空気と熱交換させることにより行うことができる。
また、上記熱交換用流体として、温度調整が容易な流体を用いることにより、上記冷却媒体の詳細な温度調整が可能となる。
Further, as the heat exchanging fluid, a fluid whose temperature is adjusted by a heat exchanging means different from the heat exchanging means can be used.
In this case, it is possible to sufficiently control the temperature of the cooling medium.
The temperature of the heat exchange fluid can be adjusted, for example, by exchanging heat with external air using a radiator such as a radiator.
Further, by using a fluid whose temperature can be easily adjusted as the heat exchange fluid, the temperature of the cooling medium can be adjusted in detail.

また、上記熱交換用流体として、燃焼生成した燃焼ガスを用いることができる(請求項12)。
この場合には、上記冷却媒体の温度低下を防ぎ固形化を防いだり、固形化した冷却媒体を融解、液化することができる。また、燃焼生成した上記燃焼ガスは、上記熱交換用流体として用いると共に、燃料電池等、上記燃料電池システムの各要素に供給することもできる。これにより、燃料電池システムの高温部の熱を効率的に回収してシステム内部の他の要素において有効に利用することで、システム外部への放熱ロスを低減でき、システム効率の向上を図ることができる。
In addition, combustion gas generated by combustion can be used as the heat exchange fluid.
In this case, it is possible to prevent the cooling medium from being lowered in temperature and prevent solidification, and to melt and liquefy the solidified cooling medium. Further, the combustion gas generated by combustion can be used as the heat exchange fluid and can be supplied to each element of the fuel cell system such as a fuel cell. As a result, by efficiently recovering the heat of the high temperature part of the fuel cell system and effectively using it in other elements inside the system, heat loss to the outside of the system can be reduced, and system efficiency can be improved. it can.

また、上記燃料電池は、上記水素含有燃料ガスが供給されるアノード流路と、酸素を含有する酸素含有ガスが供給されるカソード流路と、該カソード流路と上記アノード流路との間に配設された電解質体とを有しており、上記熱交換用流体として、上記カソード流路へ供給する前の上記酸素含有ガスを用いることができる(請求項13)。
この場合には、上記冷却媒体の熱を上記熱交換用流体に熱交換することができ、燃料電池の定常作動時における冷却媒体の温度上昇を防ぐことができる。これにより、燃料電池の温度制御を行うことができる。
また、上記酸素含有ガスは、上記冷却媒体との熱交換によって熱量を受けて温度上昇する。それ故、上記酸素含有ガスは、高温の状態で燃料電池のカソード流路へ供給されるため、燃料電池のカソード流路の入口における温度低下を防ぎ、温度分布の不均一化を抑制することができる。
In addition, the fuel cell includes an anode flow path to which the hydrogen-containing fuel gas is supplied, a cathode flow path to which an oxygen-containing gas containing oxygen is supplied, and between the cathode flow path and the anode flow path. The oxygen-containing gas before being supplied to the cathode channel can be used as the heat exchange fluid.
In this case, heat of the cooling medium can be exchanged with the heat exchange fluid, and an increase in the temperature of the cooling medium during steady operation of the fuel cell can be prevented. Thereby, temperature control of the fuel cell can be performed.
The oxygen-containing gas rises in temperature upon receiving heat from heat exchange with the cooling medium. Therefore, since the oxygen-containing gas is supplied to the cathode flow path of the fuel cell at a high temperature, it is possible to prevent a temperature drop at the inlet of the cathode flow path of the fuel cell and to prevent uneven temperature distribution. it can.

また、上記燃料電池システムは、改質用燃料から水素含有燃料ガスを生成する改質反応流路と、該改質反応流路を加熱するための加熱流路とを有する改質器を備えており、上記熱交換用流体として、上記加熱流路へ供給する前の改質器燃焼用ガスを用いることができる(請求項14)。
この場合には、上記冷却媒体の熱を上記熱交換用流体に放出することができ、燃料電池の定常作動時における冷却媒体の温度上昇を防ぐことができる。これにより、燃料電池の温度制御を行うことができる。
また、上記改質器燃焼用ガスは、上記冷却媒体との熱交換によって熱量を受けて温度上昇する。それ故、上記改質器燃焼用ガスは、高温の状態で改質器の加熱流路へ供給される。そのため、改質器においてシステム外部から供給すべき改質器燃焼用ガスへの供給熱量を抑制することができる。
The fuel cell system further includes a reformer having a reforming reaction channel that generates hydrogen-containing fuel gas from the reforming fuel, and a heating channel that heats the reforming reaction channel. The reformer combustion gas before being supplied to the heating flow path can be used as the heat exchange fluid.
In this case, the heat of the cooling medium can be released to the heat exchange fluid, and an increase in the temperature of the cooling medium during steady operation of the fuel cell can be prevented. Thereby, temperature control of the fuel cell can be performed.
Further, the temperature of the reformer combustion gas rises by receiving heat from heat exchange with the cooling medium. Therefore, the reformer combustion gas is supplied to the heating passage of the reformer at a high temperature. Therefore, the amount of heat supplied to the reformer combustion gas to be supplied from outside the system in the reformer can be suppressed.

また、上記燃料電池システムは、改質用燃料から水素を含有する水素含有燃料ガスを生成する改質反応流路と、該改質反応流路を加熱するための加熱流路とを有する改質器を備えており、上記熱交換用流体として、上記加熱流路から排出される改質器燃焼オフガスを用いることができる(請求項15)。
この場合には、上記改質器燃焼オフガスの熱量を利用して、上記冷却媒体の温度低下を防ぎ固形化を防いだり、固形化した冷却媒体を融解、液化することができる。
また、上記改質器燃焼オフガスの熱量をそのままシステム外部へ放出せずに、上記冷却媒体への熱供給用として回収することにより、システム効率の向上を図ることができる。
The fuel cell system includes a reforming reaction channel that generates hydrogen-containing fuel gas containing hydrogen from the reforming fuel, and a reforming channel that has a heating channel for heating the reforming reaction channel. The reformer combustion off-gas discharged from the heating flow path can be used as the heat exchange fluid.
In this case, the heat quantity of the reformer combustion off-gas can be used to prevent the cooling medium from lowering its temperature and prevent solidification, or to melt and liquefy the solidified cooling medium.
Further, the system efficiency can be improved by collecting the heat of the reformer combustion off-gas as it is for supplying heat to the cooling medium without directly releasing it to the outside of the system.

また、上記熱交換手段は、上記冷却媒体を直接加熱するヒータを有してなるものであってもよい(請求項16)。
この場合には、上記冷却媒体を直接加熱して、上記冷却媒体の温度低下を防ぎ固形化を防いだり、固形化した冷却媒体を融解、液化することができる。
The heat exchange means may include a heater that directly heats the cooling medium.
In this case, the cooling medium can be directly heated to prevent a decrease in temperature of the cooling medium to prevent solidification or to melt and liquefy the solidified cooling medium.

また、上記熱交換手段は、電気ヒータを有してなるものとすることができる(請求項17)。
この場合には、上記冷却媒体を急速に加熱することができる。また、電気ヒータは、加熱制御が容易であるため、上記冷却媒体の温度制御を詳細に行うことができる。
The heat exchanging means may include an electric heater.
In this case, the cooling medium can be heated rapidly. Further, since the electric heater is easy to control the heating, the temperature control of the cooling medium can be performed in detail.

また、上記熱交換手段は、触媒燃焼ヒータを有してなるものとすることができる(請求項18)。
この場合にも、上記冷却媒体を急速に加熱することができる。また、上記冷却媒体の温度制御を詳細に行うことができる。
The heat exchanging means may include a catalytic combustion heater (claim 18).
Also in this case, the cooling medium can be rapidly heated. Further, the temperature control of the cooling medium can be performed in detail.

また、上記燃料電池システムは、上記冷媒循環流路を2系統設けてなり、一方の上記冷媒循環流路には上記無機系冷媒を循環させ、他方の上記冷媒循環流路にはガス冷媒を循環させることができる(請求項19)。
この場合には、ガス冷媒によっても補助的に燃料電池の冷却を行うことができるため、冷却効率を向上させることができる。これにより、冷却媒体の流量を少なくすることができ、ひいては、冷却媒体の温度上昇や、固形化した冷却媒体の融解を、容易に行うことができる。
また、記無機系冷媒は、常温まで温度が下がると固形化することが好ましい(請求項20)。
この場合には、冷却媒体の円滑な流通を確保することができる。
Further, the fuel cell system is provided with two refrigerant circulation passages, and the inorganic refrigerant is circulated through one of the refrigerant circulation passages, and the gas refrigerant is circulated through the other refrigerant circulation passage. (Claim 19).
In this case, since the fuel cell can be supplementarily cooled by the gas refrigerant, the cooling efficiency can be improved. As a result, the flow rate of the cooling medium can be reduced, and as a result, the temperature of the cooling medium can be increased and the solidified cooling medium can be easily melted.
Further, the inorganic refrigerant is preferably solidified when the temperature is lowered to room temperature.
In this case, smooth circulation of the cooling medium can be ensured.

参考例1
本発明の参考例にかかる燃料電池システムにつき、図1〜図4を用いて説明する。
本例の燃料電池システム1は、水素を含有する水素含有燃料ガス51を利用して発電を行う燃料電池3を備えている。
燃料電池システム1は、上記燃料電池3を冷却するための冷却媒体41を液体状態で循環させる冷媒循環流路4を有している。
そして、上記冷却媒体41は無機系冷媒である。
( Reference Example 1 )
A fuel cell system according to a reference example of the present invention will be described with reference to FIGS.
The fuel cell system 1 of this example includes a fuel cell 3 that generates power using a hydrogen-containing fuel gas 51 containing hydrogen.
The fuel cell system 1 has a refrigerant circulation passage 4 that circulates a cooling medium 41 for cooling the fuel cell 3 in a liquid state.
The cooling medium 41 is an inorganic refrigerant.

上記無機系冷媒としては、硝酸カリウム(KNO3)と亜硝酸ナトリウム(NaNO2)と硝酸ナトリウム(NaNO3)との混合物からなるものを用いる。また、その混合比としては、硝酸カリウム(KNO3)53重量%、亜硝酸ナトリウム(NaNO2)40重量%、硝酸ナトリウム(NaNO3)7重量%とすることができる。この組成の無機系冷媒は、融点が約142℃となる。 As the inorganic refrigerant, a refrigerant composed of a mixture of potassium nitrate (KNO 3 ), sodium nitrite (NaNO 2 ), and sodium nitrate (NaNO 3 ) is used. The mixing ratio can be 53 wt% potassium nitrate (KNO 3 ), 40 wt% sodium nitrite (NaNO 2 ), and 7 wt% sodium nitrate (NaNO 3 ). The inorganic refrigerant having this composition has a melting point of about 142 ° C.

なお、本例では、無機系冷媒として、硝酸カリウム、亜硝酸ナトリウム、硝酸ナトリウムを用いたが、上記冷却媒体41に使用できる無機系冷媒は、これらに限定されず、水素分離膜型燃料電池の作動温度(例えば300〜600℃)で液体状態にある無機物であればよい。   In this example, potassium nitrate, sodium nitrite, and sodium nitrate are used as the inorganic refrigerant. However, the inorganic refrigerant that can be used for the cooling medium 41 is not limited thereto, and the operation of the hydrogen separation membrane fuel cell is not limited thereto. Any inorganic material that is in a liquid state at a temperature (for example, 300 to 600 ° C.) may be used.

上記燃料電池3は、図1、図2に示すごとく、上記水素含有燃料ガス51が供給されるアノード流路32と、酸素を含有する酸素含有ガス52が供給されるカソード流路33と、該カソード流路33と上記アノード流路32との間に配設された電解質体31とを有している。該電解質体31は、上記アノード流路32に供給された水素含有燃料ガス51中の水素を透過させるための水素分離金属層311と、該水素分離金属層311を透過した水素を水素プロトンの状態にして透過させてカソード流路33に到達させるためのセラミックスからなるプロトン伝導体層312とを積層してなる。   As shown in FIGS. 1 and 2, the fuel cell 3 includes an anode channel 32 to which the hydrogen-containing fuel gas 51 is supplied, a cathode channel 33 to which an oxygen-containing gas 52 containing oxygen is provided, An electrolyte body 31 is provided between the cathode channel 33 and the anode channel 32. The electrolyte body 31 includes a hydrogen separation metal layer 311 for allowing hydrogen in the hydrogen-containing fuel gas 51 supplied to the anode flow path 32 to pass through, and hydrogen that has passed through the hydrogen separation metal layer 311 in a hydrogen proton state. Then, a proton conductor layer 312 made of ceramics for passing through and reaching the cathode channel 33 is laminated.

上記水素分離金属層311は、パラジウム(Pd)とバナジウム(V)との積層金属からなる。なお、水素分離金属層311は、パラジウムのみでもよく、これを含有する合金とすることもできる。また、水素分離金属層311は、3気圧のアノードガス供給条件下において、電流密度に換算して10A/cm2を超える水素透過性能(水素分離性能)を有している。こうして、水素分離金属層311の導電抵抗は無視できる程度に小さくしている。
また、上記プロトン伝導体層312は、セラミックスとしてのペロブスカイト型酸化物からなる。そして、プロトン伝導体層312の導電抵抗は、固体高分子型電解質膜の導電抵抗と同じくらいになるまで小さくしている。また、ペロブスカイト型酸化物としては、例えば、BaCeO3系のもの、SrCeO3系のものがある。
The hydrogen separation metal layer 311 is made of a laminated metal of palladium (Pd) and vanadium (V). Note that the hydrogen separation metal layer 311 may be made of only palladium or an alloy containing the palladium. Further, the hydrogen separation metal layer 311 has a hydrogen permeation performance (hydrogen separation performance) exceeding 10 A / cm 2 in terms of current density under an anode gas supply condition of 3 atm. Thus, the conductive resistance of the hydrogen separation metal layer 311 is made small enough to be ignored.
The proton conductor layer 312 is made of a perovskite oxide as a ceramic. The conductive resistance of the proton conductor layer 312 is reduced until it is about the same as the conductive resistance of the solid polymer electrolyte membrane. As the perovskite-type oxide, such as those of BaCeO 3 system, there is a SrCeO 3 system.

また、図2に示すごとく、上記電解質体31は、上記プロトン伝導体層312における上記アノード流路32の側の表面に形成したアノード電極321(陽極)と、上記プロトン伝導体層312における上記カソード流路33の側の表面に形成したカソード電極331(陰極)とを有している。また、アノード電極321とカソード電極331との間には、上記燃料電池3から電力を取り出すための電池出力線36が接続されている。   As shown in FIG. 2, the electrolyte body 31 includes an anode electrode 321 (anode) formed on the surface of the proton conductor layer 312 on the anode flow channel 32 side, and the cathode of the proton conductor layer 312. It has a cathode electrode 331 (cathode) formed on the surface on the channel 33 side. A battery output line 36 for taking out electric power from the fuel cell 3 is connected between the anode electrode 321 and the cathode electrode 331.

また、上記プロトン伝導体層312におけるアノード電極321は、上記水素分離金属層311を構成するパラジウムにより構成している。また、上記プロトン伝導体層312におけるカソード電極331は、Pt系の電極触媒により構成している。なお、アノード電極321も、Pt系の電極触媒により構成することもできる。
上記燃料電池3の作動温度は400〜600℃、好ましくは400〜500℃であり、この温度範囲に燃料電池3の温度を保つように、図1に示すごとく、冷却媒体41を冷媒循環流路4に流通させている。
Further, the anode electrode 321 in the proton conductor layer 312 is made of palladium constituting the hydrogen separation metal layer 311. The cathode electrode 331 in the proton conductor layer 312 is composed of a Pt-based electrode catalyst. The anode electrode 321 can also be composed of a Pt-based electrode catalyst.
The operating temperature of the fuel cell 3 is 400 to 600 ° C., preferably 400 to 500 ° C. In order to keep the temperature of the fuel cell 3 in this temperature range, as shown in FIG. 4 is distributed.

また、図1に示すごとく、上記燃料電池システム1は、改質用燃料50から水素含有燃料ガス51を生成する改質反応流路21と、該改質反応流路21を加熱するための加熱流路22とを有する改質器2を備えている。
また、上記加熱流路22においては、改質器燃焼用ガス54を供給してこれを燃焼させることにより、改質反応流路21を加熱する。
上記改質用燃料50としては、炭化水素燃料を用いる。また、上記改質器燃焼用ガス54としては、改質原料の炭化水素燃料を用いる。また、これに代えて、或いはこれと共に、未使用H2、加熱CO、CH4などを含むアノードオフガス511を加熱流路22に供給し、燃焼させることもできる。
As shown in FIG. 1, the fuel cell system 1 includes a reforming reaction channel 21 that generates a hydrogen-containing fuel gas 51 from the reforming fuel 50, and heating for heating the reforming reaction channel 21. A reformer 2 having a flow path 22 is provided.
Further, the reforming reaction channel 21 is heated by supplying the reformer combustion gas 54 and burning it in the heating channel 22.
As the reforming fuel 50, a hydrocarbon fuel is used. As the reformer combustion gas 54, a hydrocarbon fuel as a reforming raw material is used. Alternatively, or together with this, the anode off-gas 511 containing unused H 2 , heated CO, CH 4, etc. can be supplied to the heating channel 22 and burned.

また、上記冷媒循環流路4には、上記冷却媒体41との熱交換を行うための熱交換手段6が設けてある。該熱交換手段6は、気体或いは液体の熱交換用流体61を用いて上記冷却媒体41との熱交換を行う。
上記熱交換用流体61は、上記冷媒循環流路4と並行して配設された熱交換流路60を流通する。
The refrigerant circulation channel 4 is provided with heat exchange means 6 for exchanging heat with the cooling medium 41. The heat exchange means 6 performs heat exchange with the cooling medium 41 using a gas or liquid heat exchange fluid 61.
The heat exchange fluid 61 circulates through the heat exchange channel 60 disposed in parallel with the refrigerant circulation channel 4.

上記熱交換手段6は、図3に示すごとく、上記冷媒循環流路4を外側に配し、上記熱交換流路60を内側に配した二重管を構成することによって実現することができる。また、その逆の構成によって実現することもできる。
また、図4に示すごとく、複数の冷媒循環流路4と複数の熱交換流路60とを交互に積層してなる積層管によって、上記熱交換手段6を構成することもできる。
なお、図3、図4においては、冷媒循環流路4内の冷却媒体41が固形化した状態を描いている。
As shown in FIG. 3, the heat exchanging means 6 can be realized by constituting a double pipe in which the refrigerant circulation channel 4 is arranged outside and the heat exchange channel 60 is arranged inside. Moreover, it is also realizable by the reverse structure.
As shown in FIG. 4, the heat exchanging means 6 can also be constituted by a laminated tube in which a plurality of refrigerant circulation channels 4 and a plurality of heat exchange channels 60 are alternately laminated.
3 and 4 show a state in which the cooling medium 41 in the refrigerant circulation passage 4 is solidified.

また、上記熱交換流路60は、図1に示すごとく、上記冷媒循環流路4の全長にわたって形成されている。ただし、熱交換流路60は、冷媒循環流路4の一部に形成することもできる。
上記熱交換用流体61として用いる流体については、以下の参考例2〜6において具体的に示す。
The heat exchange flow path 60 is formed over the entire length of the refrigerant circulation flow path 4 as shown in FIG. However, the heat exchange channel 60 may be formed in a part of the refrigerant circulation channel 4.
The fluid used as the heat exchange fluid 61 will be specifically described in Reference Examples 2 to 6 below.

また、図1に示すごとく、上記改質器2と燃料電池3との間には、燃料ガス用熱交換器11が配設されており、改質器2において生成した水素含有燃料ガス51の温度を調整して、燃料電池3に送り込むよう構成されている。また、上記燃料ガス用熱交換器11においては、燃料電池3のカソード流路33から排出されたカソードオフガス521との間で熱交換させることにより、上記水素含有燃料ガス51の温度を調整する。   As shown in FIG. 1, a fuel gas heat exchanger 11 is disposed between the reformer 2 and the fuel cell 3, and the hydrogen-containing fuel gas 51 generated in the reformer 2 The temperature is adjusted and sent to the fuel cell 3. In the fuel gas heat exchanger 11, the temperature of the hydrogen-containing fuel gas 51 is adjusted by exchanging heat with the cathode off gas 521 discharged from the cathode flow path 33 of the fuel cell 3.

図1に示すごとく、上記燃料ガス用熱交換器11を通過して高温の状態となっているカソードオフガス521は、改質器2の改質反応流路21に導かれる。これにより、燃料電池3における反応に使用されなかったカソードオフガス521中の残存酸素とガス顕熱により輸送される熱を、改質反応流路21において有効に利用することができる。   As shown in FIG. 1, the cathode offgas 521 that has passed through the fuel gas heat exchanger 11 and is in a high temperature state is guided to the reforming reaction channel 21 of the reformer 2. As a result, the oxygen remaining in the cathode offgas 521 that has not been used for the reaction in the fuel cell 3 and the heat transported by gas sensible heat can be effectively utilized in the reforming reaction channel 21.

また、燃料電池3のアノード流路32から排出された高温のアノードオフガス511は、改質器2の加熱流路22に導かれる。これにより、燃料電池3の電解質体31における水素分離金属層311を透過しなかったアノードオフガス511中の残存水素とガス顕熱により輸送される熱を、加熱流路22において有効に利用することができる。
また、上記改質器2の加熱流路22から排出された改質器燃焼オフガス541は、燃料電池システム1の外部に排出される。
なお、図1は燃料電池システム1の模式図であり、冷媒循環流路4や熱交換流路60等の流路に設けられた、各種ポンプ、各種バルブ、各種弁、その他の要素については記載を省略してある。
Further, the high temperature anode off gas 511 discharged from the anode flow path 32 of the fuel cell 3 is guided to the heating flow path 22 of the reformer 2. Thus, the residual hydrogen in the anode off-gas 511 that has not permeated the hydrogen separation metal layer 311 in the electrolyte body 31 of the fuel cell 3 and the heat transported by gas sensible heat can be effectively used in the heating flow path 22. it can.
Further, the reformer combustion off-gas 541 discharged from the heating flow path 22 of the reformer 2 is discharged outside the fuel cell system 1.
FIG. 1 is a schematic diagram of the fuel cell system 1, and various pumps, various valves, various valves, and other elements provided in the refrigerant circulation flow path 4 and the heat exchange flow path 60 are described. Is omitted.

次に、本例の作用効果につき説明する。
上記燃料電池システム1においては、上記燃料電池3を冷却するための冷却媒体41として、無機系冷媒を用いている。無機系冷媒は無機物により構成されているため熱安定性に優れ、300℃以上という高温においても変質することがない。
それ故、上記無機系冷媒は、作動温度を300℃以上の所定領域(本例の場合は400〜600℃)とする燃料電池3を温度制御するための冷却媒体41として、充分に機能することができる。
Next, the function and effect of this example will be described.
In the fuel cell system 1, an inorganic refrigerant is used as the cooling medium 41 for cooling the fuel cell 3. Since the inorganic refrigerant is composed of an inorganic substance, it has excellent thermal stability and does not deteriorate even at a high temperature of 300 ° C. or higher.
Therefore, the inorganic refrigerant sufficiently functions as a cooling medium 41 for controlling the temperature of the fuel cell 3 in which the operating temperature is a predetermined region of 300 ° C. or higher (400 to 600 ° C. in this example). Can do.

また、上記無機系冷媒は、300℃以上において液体の状態に保つことができる。即ち、本例の無機系冷媒の融点は約142℃であり、300℃以上においては液体状態である。
それ故、上記冷却媒体41(無機系冷媒)を熱容量の大きい状態で冷媒循環流路4に流通させることができるため、燃料電池3との熱交換効率を高くすることができる。そして、燃料電池3を通過する間における冷却媒体41の温度上昇を抑制することができるため、燃料電池3内部の温度分布の均一化を図ることができる。
The inorganic refrigerant can be kept in a liquid state at 300 ° C. or higher. That is, the melting point of the inorganic refrigerant of this example is about 142 ° C., and is in a liquid state at 300 ° C. or higher.
Therefore, since the cooling medium 41 (inorganic refrigerant) can be circulated through the refrigerant circulation passage 4 with a large heat capacity, the efficiency of heat exchange with the fuel cell 3 can be increased. And since the temperature rise of the cooling medium 41 during passing through the fuel cell 3 can be suppressed, the temperature distribution inside the fuel cell 3 can be made uniform.

また、上記燃料電池3は、図2に示すごとく、上記水素分離金属層311と上記プロトン伝導体層312とを積層してなる電解質体31を有する燃料電池である。
そのため、上記燃料電池3を、400〜600℃、或いは400〜500℃の高温状態で作動させることができる。即ち、上記燃料電池3は、上記水素分離金属層311と上記プロトン伝導体層312とを積層してなる電解質体311を備えており、セラミックスからなる上記プロトン伝導体層312は水分を含浸させずに用いることができるため、上記のような高温状態で作動させることができる。
The fuel cell 3 is a fuel cell having an electrolyte body 31 formed by laminating the hydrogen separation metal layer 311 and the proton conductor layer 312 as shown in FIG.
Therefore, the fuel cell 3 can be operated at a high temperature of 400 to 600 ° C. or 400 to 500 ° C. That is, the fuel cell 3 includes an electrolyte body 311 in which the hydrogen separation metal layer 311 and the proton conductor layer 312 are laminated, and the proton conductor layer 312 made of ceramic is not impregnated with moisture. Therefore, it can be operated at a high temperature as described above.

そのため、改質器2を用いて炭化水素(改質用燃料50)を改質して生成された、400〜600℃という高温の水素含有燃料ガス51を大幅に冷却させることなく、上記燃料電池3に供給することができる。
そして、かかる燃料電池システム1に本発明を適用することにより、燃料電池3の温度制御を効率的に行い、内部温度分布の均一化を図ることができる。
Therefore, the fuel cell is produced without significantly cooling the hydrogen-containing fuel gas 51 having a high temperature of 400 to 600 ° C. generated by reforming the hydrocarbon (reforming fuel 50) using the reformer 2. 3 can be supplied.
Then, by applying the present invention to such a fuel cell system 1, the temperature control of the fuel cell 3 efficiently performed, Ru can be made uniform internal temperature distribution.

また、特にこのような燃料電池3においては、温度分布が内部に生ずると、熱応力の発生による耐久性の低下の要因となるが、上記のごとく温度分布の均一化を図ることにより、燃料電池3の耐久性を向上させることができる。また、この均一温度場の実現により、燃料電池3内における水素脆化や金属拡散等の不具合も防止することができる。   In particular, in such a fuel cell 3, if a temperature distribution is generated inside, it may cause a decrease in durability due to the generation of thermal stress. However, by making the temperature distribution uniform as described above, 3 durability can be improved. Also, by realizing this uniform temperature field, problems such as hydrogen embrittlement and metal diffusion in the fuel cell 3 can be prevented.

また、図1に示すごとく、上記冷媒循環流路4には、上記熱交換手段6を設けてあるため、上記冷却媒体41の温度制御を行うことができ、冷却媒体41の流通を円滑にすると共に、燃料電池3の冷却効率を向上させることができる。
即ち、無機系冷媒からなる上記冷却媒体41は、その融点が約142℃であるため、例えば常温まで温度が下がると固形化するという性質を有する。それ故、冷却媒体41の円滑な流通を確保するために、冷却媒体41の温度低下を防いで固形化を防いだり、固形化した冷却媒体41(図3、図4参照)を融解して液化する必要がある。
Further, as shown in FIG. 1, since the heat exchange means 6 is provided in the refrigerant circulation channel 4, the temperature of the cooling medium 41 can be controlled, and the circulation of the cooling medium 41 is made smooth. At the same time, the cooling efficiency of the fuel cell 3 can be improved.
That is, since the cooling medium 41 made of an inorganic refrigerant has a melting point of about 142 ° C., for example, it has a property of solidifying when the temperature falls to room temperature. Therefore, in order to ensure a smooth distribution of the cooling medium 41, the temperature of the cooling medium 41 is prevented from lowering to prevent solidification, or the solidified cooling medium 41 (see FIGS. 3 and 4) is melted and liquefied. There is a need to.

特に、システム停止時には、冷却媒体41が温度低下して固形化することがあり、システムの始動時にこの固形化した冷却媒体41(図3、図4参照)に融解熱を供給して液化し、冷却媒体41の流通を確保する必要がある。
一方、システムの定常作動時においては、上記冷却媒体41が燃料電池3から受けた熱量を除去して、温度制御性を向上させる必要もある。
In particular, when the system is stopped, the cooling medium 41 may decrease in temperature and solidify. When the system is started, the solidified cooling medium 41 (see FIGS. 3 and 4) is supplied with heat of fusion to liquefy, It is necessary to ensure the circulation of the cooling medium 41.
On the other hand, during the steady operation of the system, it is necessary to improve the temperature controllability by removing the amount of heat received from the fuel cell 3 by the cooling medium 41.

そこで、上記のごとく冷却媒体41との熱交換を行うための熱交換手段6を設ける。これにより、冷却媒体41の固形化防止、融解、或いは熱量除去を効率的に行い、冷却媒体41の円滑な流通を確保すると共に冷却効率を向上させることができる。
また、冷却媒体41の熱量除去の円滑化に伴う冷却効率の向上により、冷却媒体41の流通量を少なくすることもできる。これにより、低温の冷却媒体41の温度上昇や、固形化した冷却媒体41(図3、図4参照)の融解を短時間で行うことができる。
Therefore, the heat exchange means 6 for performing heat exchange with the cooling medium 41 as described above is provided. Thereby, solidification prevention of the cooling medium 41, melting | dissolving, or heat removal can be performed efficiently, smooth circulation of the cooling medium 41 can be ensured, and cooling efficiency can be improved.
Further, the circulation amount of the cooling medium 41 can be reduced by improving the cooling efficiency accompanying the smooth removal of the heat quantity of the cooling medium 41. Thereby, the temperature rise of the low-temperature cooling medium 41 and the melting of the solidified cooling medium 41 (see FIGS. 3 and 4) can be performed in a short time.

また、上記熱交換手段6は、気体或いは液体の熱交換用流体61を用いて上記冷却媒体41との熱交換を行うため、容易に冷却媒体41の温度調節を行うことができる。
また、場合によっては、上記冷却媒体41との熱交換を行った熱交換用流体61を有効利用して、システム内の熱バランスをとることで、燃料電池システム1のシステム効率を向上させることもできる。
Moreover, since the heat exchanging means 6 performs heat exchange with the cooling medium 41 using a gas or liquid heat exchanging fluid 61, the temperature of the cooling medium 41 can be easily adjusted.
In some cases, the system efficiency of the fuel cell system 1 can be improved by effectively using the heat exchange fluid 61 that has exchanged heat with the cooling medium 41 to balance the heat in the system. it can.

また、上記熱交換手段6は、上記冷媒循環流路4と並行して熱交換用流体61を流通させる熱交換流路60を有してなるため、燃料電池システム1の構成を簡単にすることができると共に、充分な熱交換効率を確保することができる。
即ち、図3に示すような二重管や、図4に示すような積層管によって、上記熱交換手段6を構成することにより、燃料電池システム1の構成を簡単にすると共に、熱交換効率を向上させることができる。
また、上記熱交換流路60は、上記冷媒循環流路4の全長にわたって形成されているため、充分な伝熱面積を確保でき、充分な熱交換効率を得ることができる。また、冷媒循環流路4の経路中のいずれの部位において冷却媒体41が固形化しても、これを容易に融解して液化することができる。
Further, since the heat exchanging means 6 has a heat exchanging channel 60 for circulating the heat exchanging fluid 61 in parallel with the refrigerant circulating channel 4, the configuration of the fuel cell system 1 is simplified. And sufficient heat exchange efficiency can be secured.
That is, by configuring the heat exchanging means 6 with a double tube as shown in FIG. 3 or a laminated tube as shown in FIG. 4, the configuration of the fuel cell system 1 is simplified and the heat exchange efficiency is improved. Can be improved.
Moreover, since the said heat exchange flow path 60 is formed over the full length of the said refrigerant | coolant circulation flow path 4, sufficient heat transfer area can be ensured and sufficient heat exchange efficiency can be acquired. Moreover, even if the cooling medium 41 solidifies in any part in the path | route of the refrigerant | coolant circulation flow path 4, this can be melt | dissolved easily and liquefied.

以上のごとく、作動温度が300℃以上の燃料電池の均一な温度分布制御を効率的に行うことができる燃料電池システムを提供することができる。   As described above, it is possible to provide a fuel cell system capable of efficiently performing uniform temperature distribution control of a fuel cell having an operating temperature of 300 ° C. or higher.

参考例2
本例は、図5に示すごとく、熱交換用流体61として、燃料電池3のカソード流路33へ供給する前の酸素含有ガス52を用いた燃料電池システム1の例である。
即ち、熱交換流路60に、上記酸素含有ガス52を熱交換用流体61として流通させる。そして、酸素含有ガス52は、冷却媒体41との熱交換を行った後に、燃料電池3のカソード流路33に供給される。
その他は、参考例1と同様である。
( Reference Example 2 )
This example is an example of the fuel cell system 1 using an oxygen-containing gas 52 before being supplied to the cathode flow path 33 of the fuel cell 3 as the heat exchange fluid 61 as shown in FIG.
That is, the oxygen-containing gas 52 is circulated through the heat exchange channel 60 as the heat exchange fluid 61. The oxygen-containing gas 52 is supplied to the cathode flow path 33 of the fuel cell 3 after performing heat exchange with the cooling medium 41.
Others are the same as in Reference Example 1 .

この場合には、上記冷却媒体41の熱を上記熱交換用流体61に放出することができ、燃料電池3の定常作動時における冷却媒体41の温度上昇を防ぐことができる。これにより、燃料電池3の温度制御を行うことができる。
また、上記酸素含有ガス52は、上記冷却媒体41との熱交換によって熱量を受けて温度上昇する。それ故、上記酸素含有ガス52は、高温の状態で燃料電池3のカソード流路33へ供給されるため、燃料電池3における温度分布の不均一化を抑制することができる。
その他、参考例1と同様の作用効果を有する。
In this case, the heat of the cooling medium 41 can be released to the heat exchanging fluid 61, and the temperature rise of the cooling medium 41 during steady operation of the fuel cell 3 can be prevented. Thereby, the temperature control of the fuel cell 3 can be performed.
The oxygen-containing gas 52 rises in temperature by receiving heat from heat exchange with the cooling medium 41. Therefore, since the oxygen-containing gas 52 is supplied to the cathode flow path 33 of the fuel cell 3 in a high temperature state, the temperature distribution in the fuel cell 3 can be prevented from being uneven.
In addition, the same effects as those of Reference Example 1 are obtained.

参考例3
本例は、図6に示すごとく、熱交換用流体61として、改質器2の加熱流路22へ供給する前の改質器燃焼用ガス54を用いた燃料電池システム1の例である。
即ち、熱交換流路60に、上記改質器燃焼用ガス54を熱交換用流体61として流通させる。そして、改質器燃焼用ガス54は、冷却媒体41との熱交換を行った後に、改質器2の加熱流路22に供給される。
その他は、参考例1と同様である。
( Reference Example 3 )
This example is an example of the fuel cell system 1 using the reformer combustion gas 54 before being supplied to the heating flow path 22 of the reformer 2 as the heat exchange fluid 61 as shown in FIG.
That is, the reformer combustion gas 54 is circulated as a heat exchange fluid 61 through the heat exchange flow path 60. The reformer combustion gas 54 is supplied to the heating flow path 22 of the reformer 2 after performing heat exchange with the cooling medium 41.
Others are the same as in Reference Example 1 .

この場合には、上記冷却媒体41の熱を上記熱交換用流体61に放出することができ、燃料電池3の定常作動時における冷却媒体41の温度上昇を防ぐことができる。これにより、燃料電池3の温度制御を行うことができる。
また、上記改質器燃焼用ガス54は、上記冷却媒体41との熱交換によって熱量を受けて温度上昇する。それ故、上記改質器燃焼用ガス54は、高温の状態で改質器2の加熱流路22へ供給される。そのため、このガス顕熱により輸送される熱を有効利用することで、改質器2においてシステム外部から供給すべき改質器燃焼用ガス54への供給熱量を抑制することができる。
その他は、参考例1と同様である。
In this case, the heat of the cooling medium 41 can be released to the heat exchanging fluid 61, and the temperature rise of the cooling medium 41 during steady operation of the fuel cell 3 can be prevented. Thereby, the temperature control of the fuel cell 3 can be performed.
Further, the reformer combustion gas 54 receives a heat amount by heat exchange with the cooling medium 41 and rises in temperature. Therefore, the reformer combustion gas 54 is supplied to the heating flow path 22 of the reformer 2 at a high temperature. Therefore, the amount of heat supplied to the reformer combustion gas 54 to be supplied from the outside of the system in the reformer 2 can be suppressed by effectively using the heat transported by the gas sensible heat.
Others are the same as in Reference Example 1 .

参考例4
本例は、図7に示すごとく、熱交換用流体61として、熱交換手段6とは別の熱交換手段12によって温度調整された流体を用いた燃料電池システム1の例である。
上記熱交換用流体61の温度調整は、例えばラジエータ等の放熱器(熱交換手段12)によって外部空気と熱交換させることにより行うことができる。
その他は、参考例1と同様である。
( Reference Example 4 )
This example is an example of the fuel cell system 1 using a fluid whose temperature is adjusted by a heat exchanging means 12 different from the heat exchanging means 6 as the heat exchanging fluid 61 as shown in FIG.
The temperature of the heat exchanging fluid 61 can be adjusted by exchanging heat with external air using a radiator (heat exchanging means 12) such as a radiator.
Others are the same as in Reference Example 1 .

この場合には、冷却媒体41の温度制御を充分に行うことができる。
また、上記熱交換用流体61として、温度調整が容易な流体を用いることにより、上記冷却媒体41の詳細な温度調整が可能となる。
その他、参考例1と同様の作用効果を有する。
In this case, the temperature control of the cooling medium 41 can be sufficiently performed.
Further, by using a fluid whose temperature can be easily adjusted as the heat exchanging fluid 61, the temperature of the cooling medium 41 can be adjusted in detail.
In addition, the same effects as those of Reference Example 1 are obtained.

参考例5
本例は、図8に示すごとく、熱交換用流体61として、改質器2の加熱流路22から排出される改質器燃焼オフガス541を用いた燃料電池システム1の例である。
即ち、熱交換流路60に、上記改質器燃焼オフガス541を熱交換用流体61として流通させる。そして、改質器燃焼オフガス541は、冷却媒体41との熱交換を行った後に燃料電池システム1の外部に排出される。
その他は、参考例1と同様である。
( Reference Example 5 )
This example is an example of the fuel cell system 1 using the reformer combustion off-gas 541 discharged from the heating flow path 22 of the reformer 2 as the heat exchange fluid 61 as shown in FIG.
That is, the reformer combustion off-gas 541 is circulated through the heat exchange channel 60 as the heat exchange fluid 61. The reformer combustion off-gas 541 is discharged outside the fuel cell system 1 after performing heat exchange with the cooling medium 41.
Others are the same as in Reference Example 1 .

この場合には、上記改質器燃焼オフガス541の熱量を利用して、上記冷却媒体41の温度低下を防ぎ固形化を防いだり、固形化した冷却媒体41を融解、液化することができる。
また、上記改質器燃焼オフガス541の熱量をそのままシステム外部へ放出せずに、上記冷却媒体41への熱供給用として回収することにより、システム効率の向上を図ることができる。
その他、参考例1と同様の作用効果を有する。
In this case, the amount of heat of the reformer combustion off-gas 541 can be used to prevent the cooling medium 41 from lowering in temperature and prevent solidification, or to melt and liquefy the solidified cooling medium 41.
In addition, the system efficiency can be improved by collecting the heat of the reformer combustion off-gas 541 as it is for supplying heat to the cooling medium 41 without releasing it to the outside of the system as it is.
In addition, the same effects as those of Reference Example 1 are obtained.

参考例6
本例は、図9〜図12に示すごとく、熱交換用流体61として、燃焼生成した燃焼ガス55を用いた燃料電池システム1の例である。
上記燃焼ガス55は、未使用のH2と可燃性のCO、CH4を含むアノードオフガスを燃焼することにより燃焼生成することができる。
( Reference Example 6 )
This example is an example of the fuel cell system 1 using the combustion gas 55 generated by combustion as the heat exchange fluid 61 as shown in FIGS.
The combustion gas 55 can be generated by burning an anode off gas containing unused H 2 , combustible CO, and CH 4 .

例えば、図10に示すごとく、システム起動時における燃焼ガス55を、改質器2の改質反応流路21、燃料ガス用熱交換器11、及び燃料電池3のアノード流路32を順次通過させた後、熱交換用流体61として熱交換流路60に導入するよう構成してもよい。そして、冷却媒体41と熱交換した後の燃焼ガス55は、改質器2の加熱流路22に導入することができる。   For example, as shown in FIG. 10, the combustion gas 55 at the time of system startup is sequentially passed through the reforming reaction channel 21 of the reformer 2, the fuel gas heat exchanger 11, and the anode channel 32 of the fuel cell 3. After that, the heat exchange fluid 61 may be introduced into the heat exchange channel 60. The combustion gas 55 after heat exchange with the cooling medium 41 can be introduced into the heating flow path 22 of the reformer 2.

また、図11に示すごとく、上記燃焼ガス55を、改質器2の改質反応流路21、燃料ガス用熱交換器11、及び燃料電池3のアノード流路32を順次通過させた後、更に改質器2の加熱流路22を通過させ、その後、熱交換用流体61として熱交換流路60に導入するよう構成してもよい。そして、冷却媒体41と熱交換した後の燃焼ガス55は、燃料電池システム1の外部に排出する。   Further, as shown in FIG. 11, after the combustion gas 55 is sequentially passed through the reforming reaction channel 21 of the reformer 2, the heat exchanger 11 for fuel gas, and the anode channel 32 of the fuel cell 3, Furthermore, the heating channel 22 of the reformer 2 may be passed, and then introduced into the heat exchange channel 60 as the heat exchange fluid 61. Then, the combustion gas 55 after heat exchange with the cooling medium 41 is discharged outside the fuel cell system 1.

また、図12に示すごとく、上記燃焼ガス55を、改質器2の改質反応流路21を通過させた後、燃料ガス用熱交換器11を通す代わりに熱交換流路60を通して、燃料電池3のアノード流路32に導入するよう構成してもよい。その後、上記燃焼ガス55は改質器2の加熱流路22に導入される。
その他は、参考例1と同様である。
Further, as shown in FIG. 12, after the combustion gas 55 has passed through the reforming reaction channel 21 of the reformer 2, the fuel gas 55 is passed through the heat exchange channel 60 instead of the fuel gas heat exchanger 11. You may comprise so that it may introduce into the anode flow path 32 of the battery 3. FIG. Thereafter, the combustion gas 55 is introduced into the heating flow path 22 of the reformer 2.
Others are the same as in Reference Example 1 .

本例の場合には、上記冷却媒体41の温度低下を防ぎ固形化を防いだり、固形化した冷却媒体41(図3、図4参照)を融解、液化することができる。
また、上述のごとく、燃焼生成した上記燃焼ガス55は、上記熱交換用流体61として用いると共に、燃料電池3や改質器2等、上記燃料電池システム1の各要素に供給することもできる。これにより、燃料電池システム1の高温部の熱を効率的に回収し、システム内部の他の要素において有効に利用することで、システム外部への放熱ロスを低減することができ、システム効率の向上を図ることができる。
その他、参考例1と同様の作用効果を有する。
In the case of this example, the cooling medium 41 can be prevented from being lowered in temperature and solidified, and the solidified cooling medium 41 (see FIGS. 3 and 4) can be melted and liquefied.
Further, as described above, the combustion gas 55 generated by combustion can be used as the heat exchange fluid 61 and can be supplied to each element of the fuel cell system 1 such as the fuel cell 3 and the reformer 2. As a result, the heat of the high temperature part of the fuel cell system 1 can be efficiently recovered and effectively used in other elements inside the system, so that the heat dissipation loss to the outside of the system can be reduced and the system efficiency is improved. Can be achieved.
In addition, the same effects as those of Reference Example 1 are obtained.

(実施例
本例は、本発明にかかる実施例であり、図13〜図20に示すごとく、冷媒循環流路4と連通され冷却媒体41を貯蔵するためのタンク14において、冷却媒体41と熱交換用流体61との間の熱交換を行うよう、熱交換手段6を構成した燃料電池システム1の例である。
本例の燃料電池システム1においては、システム停止時においては、ポンプによる吸引や、冷媒循環流路4へのガス圧送等により、冷却媒体41を全て上記タンク14に回収する。また、システム起動時に、ポンプやコンプレッサ、エジェクタ等を用いて、タンク14内の冷却媒体41を冷媒循環流路4に送り込む。
(Example 1 )
This example is an embodiment according to the present invention, and as shown in FIGS. 13 to 20, the cooling medium 41 and the heat exchange fluid in the tank 14 that is in communication with the refrigerant circulation passage 4 and stores the cooling medium 41. This is an example of the fuel cell system 1 in which the heat exchanging means 6 is configured to exchange heat with 61.
In the fuel cell system 1 of this example, when the system is stopped, the cooling medium 41 is all collected in the tank 14 by suction by a pump, gas pressure feeding to the refrigerant circulation passage 4, or the like. Further, when the system is started, the cooling medium 41 in the tank 14 is sent into the refrigerant circulation passage 4 using a pump, a compressor, an ejector or the like.

また、システムの定常作動時には、タンク14と冷媒循環流路4との間のバルブを閉じて、冷却媒体41を上記冷媒循環流路4において循環させてもよいし、タンク14にも冷却媒体41を循環させ、タンク14内において冷却媒体41を温度調整しつつ冷媒循環流路4に送り込むこともできる。
そして、タンク14内に配した流路に熱交換用流体61を流通させることにより、冷却媒体41との熱交換を行う。この流路はタンク14の周囲に配してもよい。
Further, at the time of steady operation of the system, the valve between the tank 14 and the refrigerant circulation channel 4 may be closed to circulate the cooling medium 41 in the refrigerant circulation channel 4. It is also possible to circulate the refrigerant and send it to the refrigerant circulation passage 4 while adjusting the temperature of the cooling medium 41 in the tank 14.
Then, heat exchange with the cooling medium 41 is performed by causing the heat exchange fluid 61 to flow through the flow path disposed in the tank 14. This flow path may be arranged around the tank 14.

上記タンク14における冷却媒体41と熱交換用流体61との間の熱交換は、以下に示すごとく種々の方法によって行うことができる。
例えば、図13に示すごとく、上記熱交換用流体61として、燃料電池3のカソード流路33へ供給する前の酸素含有ガス52を用いることができる。この場合、酸素含有ガス52をタンク14内の流路に導入し、冷却媒体41との熱交換を行った後に、上記カソード流路33に供給する。
この構成においては、システムの定常作動時において、冷却媒体41をタンク14に順次送り込んでタンク14内で集中的に温度調整すると共に、温度調整された冷却媒体41を順次冷媒循環流路4に循環させる。
Heat exchange between the cooling medium 41 and the heat exchange fluid 61 in the tank 14 can be performed by various methods as described below.
For example, as shown in FIG. 13, the oxygen-containing gas 52 before being supplied to the cathode flow path 33 of the fuel cell 3 can be used as the heat exchange fluid 61. In this case, the oxygen-containing gas 52 is introduced into the flow path in the tank 14, heat exchange with the cooling medium 41 is performed, and then supplied to the cathode flow path 33.
In this configuration, during the steady operation of the system, the cooling medium 41 is sequentially fed into the tank 14 and the temperature is intensively adjusted in the tank 14, and the temperature-adjusted cooling medium 41 is sequentially circulated through the refrigerant circulation passage 4. Let

また、図14に示すごとく、熱交換用流体61として、改質器2の加熱流路22へ供給する前の改質器燃焼用ガス54を用いることもできる。即ち、タンク14内の流路に、上記改質器燃焼用ガス54を熱交換用流体61として流通させる。そして、改質器燃焼用ガス54は、冷却媒体41との熱交換を行った後に、改質器2の加熱流路22に供給される。
この構成においても、システムの定常作動時において、冷却媒体41をタンク14内で集中的に温度調整しつつ、順次冷媒循環流路4に循環させる。
Further, as shown in FIG. 14, the reformer combustion gas 54 before being supplied to the heating flow path 22 of the reformer 2 can be used as the heat exchange fluid 61. That is, the reformer combustion gas 54 is circulated as a heat exchange fluid 61 through the flow path in the tank 14. The reformer combustion gas 54 is supplied to the heating flow path 22 of the reformer 2 after performing heat exchange with the cooling medium 41.
Also in this configuration, during the steady operation of the system, the cooling medium 41 is circulated through the refrigerant circulation passage 4 sequentially while the temperature is intensively adjusted in the tank 14.

また、図15に示すごとく、熱交換用流体61として、熱交換手段6とは別の熱交換手段12によって温度調整された流体を用いることもできる。即ち、ラジエータ等の放熱器によって外部空気と熱交換させることにより温度調整した流体をタンク14内の流路に送る。
この構成においても、システムの定常作動時において、冷却媒体41をタンク14内で集中的に温度調整しつつ、順次冷媒循環流路4に循環させる。
Further, as shown in FIG. 15, a fluid whose temperature is adjusted by a heat exchanging means 12 different from the heat exchanging means 6 can be used as the heat exchanging fluid 61. That is, a fluid whose temperature is adjusted by heat exchange with external air by a radiator such as a radiator is sent to the flow path in the tank 14.
Also in this configuration, during the steady operation of the system, the cooling medium 41 is circulated through the refrigerant circulation passage 4 sequentially while the temperature is intensively adjusted in the tank 14.

また、図16に示すごとく、熱交換用流体61として、改質器2の加熱流路22から排出される改質器燃焼オフガス541を用いることもできる。即ち、タンク14内の流路に、上記改質器燃焼オフガス541を熱交換用流体61として流通させる。そして、改質器燃焼オフガス541は、タンク14内の冷却媒体41との熱交換を行った後に燃料電池システム1の外部に排出される。
この構成においては、システム停止時に、冷却媒体41を全て上記タンク14に回収して、システム始動時に、冷却媒体41をタンク14内で集中的に昇温して冷媒循環流路4に送り込む。
Further, as shown in FIG. 16, the reformer combustion off-gas 541 discharged from the heating flow path 22 of the reformer 2 can be used as the heat exchange fluid 61. That is, the reformer combustion off-gas 541 is circulated as the heat exchange fluid 61 through the flow path in the tank 14. The reformer combustion off-gas 541 is discharged to the outside of the fuel cell system 1 after performing heat exchange with the cooling medium 41 in the tank 14.
In this configuration, when the system is stopped, all the cooling medium 41 is collected in the tank 14, and when the system is started, the temperature of the cooling medium 41 is concentrated in the tank 14 and sent to the refrigerant circulation passage 4.

また、図17〜図20に示すごとく、熱交換用流体61として、燃焼生成した燃焼ガス55を用いることもできる。即ち、上記参考例6(図9〜図12)に準ずる構成である。
この構成においても、システム停止時に、冷却媒体41を全て上記タンク14に回収して、システム始動時に、冷却媒体41をタンク14内で集中的に昇温して冷媒循環流路4に送り込む。
Moreover, as shown in FIGS. 17-20, the combustion gas 55 produced | generated by combustion can also be used as the fluid 61 for heat exchange. That is, it is the structure according to the reference example 6 (FIGS. 9 to 12).
Also in this configuration, when the system is stopped, all the cooling medium 41 is collected in the tank 14, and when the system is started, the cooling medium 41 is intensively heated in the tank 14 and sent to the refrigerant circulation passage 4.

具体的には、例えば、図18に示すごとく、システム起動時における燃焼ガス55を、改質器2の改質反応流路21、燃料ガス用熱交換器11、及び燃料電池3のアノード流路32を順次通過させた後、熱交換用流体61としてタンク14内の流路に導入するよう構成してもよい。そして、冷却媒体41と熱交換した後の燃焼ガス55は、燃料電池システム1の外部に排出する。   Specifically, for example, as shown in FIG. 18, the combustion gas 55 at the time of starting the system is changed into a reforming reaction channel 21 of the reformer 2, a fuel gas heat exchanger 11, and an anode channel of the fuel cell 3. Alternatively, the heat exchange fluid 61 may be introduced into the flow path in the tank 14 after sequentially passing through 32. Then, the combustion gas 55 after heat exchange with the cooling medium 41 is discharged outside the fuel cell system 1.

また、図19に示すごとく、上記燃焼ガス55を、改質器2の改質反応流路21、燃料ガス用熱交換器11、及び燃料電池3のアノード流路32を順次通過させた後、更に改質器2の加熱流路22を通過させ、その後、熱交換用流体61としてタンク14内の流路に導入するよう構成してもよい。   Further, as shown in FIG. 19, after the combustion gas 55 is sequentially passed through the reforming reaction channel 21 of the reformer 2, the heat exchanger 11 for fuel gas, and the anode channel 32 of the fuel cell 3, Further, the heating passage 22 of the reformer 2 may be passed, and then introduced into the passage in the tank 14 as the heat exchange fluid 61.

また、図20に示すごとく、上記燃焼ガス55を、改質器2の改質反応流路21を通過させた後、燃料ガス用熱交換器11を通す代わりにタンク14内の流路を通して、燃料電池3のアノード流路32に導入するよう構成してもよい。その後、燃焼ガス55を改質器2の加熱流路22に導入する。
その他は、参考例1と同様である。
Further, as shown in FIG. 20, after the combustion gas 55 has passed through the reforming reaction channel 21 of the reformer 2, instead of passing through the fuel gas heat exchanger 11, through the channel in the tank 14, You may comprise so that it may introduce into the anode flow path 32 of the fuel cell 3. FIG. Thereafter, the combustion gas 55 is introduced into the heating flow path 22 of the reformer 2.
Others are the same as in Reference Example 1 .

実施例の場合には、冷却媒体41をタンク14に回収した状態で集中して熱交換を行うことができるため、熱交換効率の向上を図ることができる。
また、タンク14に回収された冷却媒体41は、表面積が小さくなるため冷却されにくく、固形化が抑制される。それ故、例えば、システム停止時に冷却媒体41をタンク14に回収することにより、冷却媒体41の固形化を抑制することができる。
その他、参考例1と同様の作用効果を有する。また、本例において示した種々の構成の燃料電池システム1においては、それぞれに対応した参考例2〜6と同様の作用効果を有する。
In the case of the present embodiment , heat exchange can be performed in a concentrated manner in a state where the cooling medium 41 is collected in the tank 14, so that the heat exchange efficiency can be improved.
Moreover, since the cooling medium 41 collected in the tank 14 has a small surface area, it is difficult to be cooled and solidification is suppressed. Therefore, for example, by collecting the cooling medium 41 in the tank 14 when the system is stopped, the solidification of the cooling medium 41 can be suppressed.
In addition, the same effects as those of Reference Example 1 are obtained. In addition, the fuel cell system 1 having various configurations shown in the present example has the same functions and effects as those of Reference Examples 2 to 6 corresponding to the respective configurations.

参考例7
本例は、図21〜図28に示すごとく、冷却媒体41と熱交換用流体61とをそれぞれ内部に流通させて冷却媒体41と熱交換用流体61との間で熱交換させる熱交換ユニット62によって、熱交換手段6を構成した燃料電池システム1の例である。
即ち、冷媒循環流路4の一部に熱交換ユニット62を組み込む。
上記熱交換ユニット62としては、例えば、プレートフィン型熱交換器や、フィンアンドチューブ型熱交換器などがある。
( Reference Example 7 )
In this example, as shown in FIG. 21 to FIG. 28, the heat exchanging unit 62 that causes the cooling medium 41 and the heat exchanging fluid 61 to circulate inside and exchanges heat between the cooling medium 41 and the heat exchanging fluid 61. This is an example of the fuel cell system 1 constituting the heat exchanging means 6.
That is, the heat exchange unit 62 is incorporated into a part of the refrigerant circulation flow path 4.
Examples of the heat exchange unit 62 include a plate fin type heat exchanger and a fin and tube type heat exchanger.

上記熱交換ユニット62における冷却媒体41と熱交換用流体61との間の熱交換は、以下に示すごとく種々の方法によって行うことができる。
例えば、図21に示すごとく、上記熱交換用流体61として、燃料電池3のカソード流路33へ供給する前の酸素含有ガス52を用いることができる。この場合、酸素含有ガス52を熱交換ユニット62に導入し、冷却媒体41との熱交換を行った後に、上記カソード流路33に供給する。
The heat exchange between the cooling medium 41 and the heat exchange fluid 61 in the heat exchange unit 62 can be performed by various methods as described below.
For example, as shown in FIG. 21, the oxygen-containing gas 52 before being supplied to the cathode flow path 33 of the fuel cell 3 can be used as the heat exchange fluid 61. In this case, the oxygen-containing gas 52 is introduced into the heat exchange unit 62, and after heat exchange with the cooling medium 41, the oxygen-containing gas 52 is supplied to the cathode channel 33.

また、図22に示すごとく、熱交換用流体61として、改質器2の加熱流路22へ供給する前の改質器燃焼用ガス54を用いることもできる。即ち、熱交換ユニット62に、上記改質器燃焼用ガス54を熱交換用流体61として流通させる。そして、改質器燃焼用ガス54は、冷却媒体41との熱交換を行った後に、改質器2の加熱流路22に供給される。   Further, as shown in FIG. 22, the reformer combustion gas 54 before being supplied to the heating flow path 22 of the reformer 2 can be used as the heat exchange fluid 61. That is, the reformer combustion gas 54 is circulated through the heat exchange unit 62 as the heat exchange fluid 61. The reformer combustion gas 54 is supplied to the heating flow path 22 of the reformer 2 after performing heat exchange with the cooling medium 41.

また、図23に示すごとく、熱交換用流体61として、熱交換手段6とは別の熱交換手段12によって温度調整された流体を用いることもできる。即ち、ラジエータ等の放熱器によって外部空気と熱交換させることにより温度調整した流体を熱交換ユニット62に送る。   Further, as shown in FIG. 23, a fluid whose temperature is adjusted by the heat exchanging means 12 different from the heat exchanging means 6 can be used as the heat exchanging fluid 61. That is, a fluid whose temperature is adjusted by heat exchange with external air by a radiator such as a radiator is sent to the heat exchange unit 62.

また、図24に示すごとく、熱交換用流体61として、改質器2の加熱流路22から排出される改質器燃焼オフガス541を用いることもできる。即ち、熱交換ユニット62に、上記改質器燃焼オフガス541を熱交換用流体61として流通させる。そして、改質器燃焼オフガス541は、タンク14内の冷却媒体41との熱交換を行った後に燃料電池システム1の外部に排出される。   Further, as shown in FIG. 24, the reformer combustion off-gas 541 discharged from the heating flow path 22 of the reformer 2 can be used as the heat exchange fluid 61. That is, the reformer combustion off-gas 541 is circulated through the heat exchange unit 62 as the heat exchange fluid 61. The reformer combustion off-gas 541 is discharged to the outside of the fuel cell system 1 after performing heat exchange with the cooling medium 41 in the tank 14.

また、図25〜図28に示すごとく、熱交換用流体61として、燃焼生成した燃焼ガス55を用いることもできる。即ち、上記参考例6(図9〜図12)に準ずる構成である。
具体的には、例えば、図26に示すごとく、システム起動時における燃焼ガス55を、改質器2の改質反応流路21、燃料ガス用熱交換器11、及び燃料電池3のアノード流路32を順次通過させた後、熱交換用流体61として熱交換ユニット62に導入するよう構成してもよい。そして、冷却媒体41と熱交換した後の燃焼ガス55は、更に、改質器2の加熱流路22に導入することができる。
Further, as shown in FIGS. 25 to 28, the combustion gas 55 produced by combustion can be used as the heat exchange fluid 61. That is, it is the structure according to the reference example 6 (FIGS. 9 to 12).
Specifically, for example, as shown in FIG. 26, the combustion gas 55 at the time of system startup is changed into a reforming reaction channel 21 of the reformer 2, a fuel gas heat exchanger 11, and an anode channel of the fuel cell 3. Alternatively, the heat exchange unit 61 may be configured to introduce the heat exchange fluid 61 into the heat exchange unit 62 after sequentially passing through the heat exchanger 32. The combustion gas 55 after heat exchange with the cooling medium 41 can be further introduced into the heating flow path 22 of the reformer 2.

また、図27に示すごとく、上記燃焼ガス55を、改質器2の改質反応流路21、燃料ガス用熱交換器11、及び燃料電池3のアノード流路32を順次通過させた後、更に改質器2の加熱流路22を通過させ、その後、熱交換用流体61として熱交換ユニット62に導入するよう構成してもよい。   Further, as shown in FIG. 27, after the combustion gas 55 is sequentially passed through the reforming reaction channel 21 of the reformer 2, the heat exchanger 11 for fuel gas, and the anode channel 32 of the fuel cell 3, Further, the heating passage 22 of the reformer 2 may be passed, and then introduced into the heat exchange unit 62 as the heat exchange fluid 61.

また、図28に示すごとく、上記燃焼ガス55を、改質器2の改質反応流路21を通過させた後、燃料ガス用熱交換器11を通す代わりに熱交換ユニット62を通して、燃料電池3のアノード流路32に導入するよう構成してもよい。その後、燃焼ガス55を改質器2の加熱流路22に導入する。
その他は、参考例1と同様である。
Further, as shown in FIG. 28, after the combustion gas 55 has passed through the reforming reaction flow path 21 of the reformer 2, the fuel cell is passed through the heat exchange unit 62 instead of the fuel gas heat exchanger 11. It may be configured to be introduced into the three anode flow paths 32. Thereafter, the combustion gas 55 is introduced into the heating flow path 22 of the reformer 2.
Others are the same as in Reference Example 1 .

本例の場合には、上記熱交換ユニット62において、冷却媒体41と熱交換用流体61とを集中して熱交換させることができるため、熱交換効率の向上を図ることができる。
また、燃料電池システム1の定常作動時においても冷却媒体41と熱交換用流体61との熱交換を行うことができる。
その他、参考例1と同様の作用効果を有する。また、本例において示した種々の構成の燃料電池システム1においては、それぞれに対応した参考例2〜6と同様の作用効果を有する。
In the case of this example, in the heat exchanging unit 62, the cooling medium 41 and the heat exchanging fluid 61 can be concentrated to exchange heat, so that the heat exchanging efficiency can be improved.
In addition, heat exchange between the cooling medium 41 and the heat exchange fluid 61 can be performed even during steady operation of the fuel cell system 1.
In addition, the same effects as those of Reference Example 1 are obtained. In addition, the fuel cell system 1 having various configurations shown in the present example has the same functions and effects as those of Reference Examples 2 to 6 corresponding to the respective configurations.

参考例8
本例は、図29に示すごとく、熱交換手段6として、冷却媒体41を直接加熱するヒータ63を有してなる、燃料電池システム1の例である。
上記ヒータ63としては、電気ヒータ又は触媒燃焼ヒータを用いる。
また、電気ヒータを用いる場合には、例えば、冷媒循環流路4の周囲に、シースヒータや金属抵抗式膜状ヒータ等を巻き付けることによって配設することができる。
( Reference Example 8 )
This example is an example of the fuel cell system 1 having a heater 63 that directly heats the cooling medium 41 as the heat exchange means 6 as shown in FIG.
As the heater 63, an electric heater or a catalytic combustion heater is used.
Moreover, when using an electric heater, it can arrange | position, for example by winding a sheath heater, a metal resistance type | mold film-like heater, etc. around the refrigerant | coolant circulation flow path 4. FIG.

また、触媒燃焼ヒータを用いる場合には、例えば、冷媒循環流路4の配管の外周面に、Pt系、Pd系、Ru系等の触媒を塗布して、気化した炭化水素やバッファに保存した水素を供給することにより触媒燃焼させ、発熱させる。
その他は、参考例1と同様である。
When a catalytic combustion heater is used, for example, a Pt-based, Pd-based, or Ru-based catalyst is applied to the outer peripheral surface of the refrigerant circulation passage 4 and stored in vaporized hydrocarbon or buffer. By supplying hydrogen, the catalyst is combusted to generate heat.
Others are the same as in Reference Example 1 .

本例の場合には、上記冷却媒体41を直接加熱して、上記冷却媒体41の温度低下を防ぎ固形化を防いだり、固形化した冷却媒体を融解、液化することができる。
また、電気ヒータや触媒燃焼ヒータを用いることにより、上記冷却媒体41を急速に加熱することができる。また、加熱制御が容易であるため、上記冷却媒体41の温度制御を詳細に行うことができる。
その他、参考例1と同様の作用効果を有する。
In the case of this example, the cooling medium 41 can be directly heated to prevent a decrease in temperature of the cooling medium 41 to prevent solidification, or to melt and liquefy the solidified cooling medium.
Moreover, the cooling medium 41 can be rapidly heated by using an electric heater or a catalytic combustion heater. Moreover, since heating control is easy, the temperature control of the cooling medium 41 can be performed in detail.
In addition, the same effects as those of Reference Example 1 are obtained.

(実施例
本例は、図30、図31に示すごとく、冷媒循環流路4a、4bを2系統設けてなり、一方の冷媒循環流路4aには無機系冷媒41aを循環させ、他方の冷媒循環流路4bにはガス冷媒41bを循環させた燃料電池システム1の例である。
具体的には、図30に示すごとく、上記2つの冷媒循環流路4a、4bを燃料電池3に通すと共に、熱交換ユニット42にも通す。また、この燃料電池システム1にはタンク14も配設されており、タンク14内において、無機系冷媒41aとガス冷媒41bとの熱交換を行うことができるよう構成されている。これにより、タンク14において固形化した無機系冷媒41aを、高温のガス冷媒41bによって融解させることもできる。
なお、上記ガス冷媒41bとしては、アノード流路32から排出されたアノードオフガス511を用いる。また、図示は省略したが、ガス冷媒41bとして、カソード流路33から排出されるカソードオフガスを用いる構成とすることもできる。
(Example 2 )
In this example, as shown in FIG. 30 and FIG. 31, two refrigerant circulation channels 4a and 4b are provided. An inorganic refrigerant 41a is circulated in one refrigerant circulation channel 4a, and the other refrigerant circulation channel is provided. 4b shows an example of the fuel cell system 1 in which the gas refrigerant 41b is circulated.
Specifically, as shown in FIG. 30, the two refrigerant circulation channels 4 a and 4 b are passed through the fuel cell 3 and also through the heat exchange unit 42. The fuel cell system 1 is also provided with a tank 14, and is configured so that heat exchange between the inorganic refrigerant 41 a and the gas refrigerant 41 b can be performed in the tank 14. Thereby, the inorganic refrigerant 41a solidified in the tank 14 can be melted by the high-temperature gas refrigerant 41b.
As the gas refrigerant 41b, the anode off-gas 511 discharged from the anode channel 32 is used. In addition, although not shown, a cathode off gas discharged from the cathode flow path 33 may be used as the gas refrigerant 41b.

また、参考までに、図31に示すごとく、改質器2の加熱流路22に供給する前の改質器燃焼用ガス54を、燃料電池3におけるガス冷媒41bとして用いることもできる。これにより、該ガス冷媒41bによって、燃料電池3の冷却を補助的に行いつつ、燃料電池3から熱量を受けたガス冷媒41bとしての改質器燃焼用ガス54を、高温の状態で改質器2の加熱流路22に供給することができる。
その他は、参考例1と同様である。
For reference, as shown in FIG. 31, the reformer combustion gas 54 before being supplied to the heating flow path 22 of the reformer 2 can be used as the gas refrigerant 41 b in the fuel cell 3. Thus, the reformer combustion gas 54 as the gas refrigerant 41b, which receives the amount of heat from the fuel cell 3, is cooled in the high temperature state while the fuel cell 3 is cooled by the gas refrigerant 41b. Two heating channels 22 can be supplied.
Others are the same as in Reference Example 1 .

本例の場合には、ガス冷媒41bによっても補助的に燃料電池3の冷却を行うことができるため、冷却能力を向上させることができる。これにより、無機系冷媒41aの流量を少なくすることができ、ひいては、無機系冷媒41aの温度上昇や、固形化した無機系冷媒41a(図3、図4参照)の融解を、容易に行うことができる。
その他、参考例1と同様の作用効果を有する。
In the case of this example, since the fuel cell 3 can be supplementarily cooled by the gas refrigerant 41b, the cooling capacity can be improved. As a result, the flow rate of the inorganic refrigerant 41a can be reduced, and as a result, the temperature of the inorganic refrigerant 41a is increased and the solidified inorganic refrigerant 41a (see FIGS. 3 and 4) is easily melted. Can do.
In addition, the same effects as those of Reference Example 1 are obtained.

参考例1における、燃料電池システムの模式図。The schematic diagram of the fuel cell system in the reference example 1. FIG. 参考例1における、燃料電池の説明図。Explanatory drawing of the fuel cell in the reference example 1. FIG. 参考例1における、熱交換手段としての二重管の断面図。Sectional drawing of the double pipe | tube as a heat exchange means in the reference example 1. FIG. 参考例1における、熱交換手段としての積層管の断面図。Sectional drawing of the laminated pipe as a heat exchange means in the reference example 1. FIG. 参考例2における、燃料電池システムの模式図。The schematic diagram of the fuel cell system in the reference example 2. FIG. 参考例3における、燃料電池システムの模式図。The schematic diagram of the fuel cell system in the reference example 3. FIG. 参考例4における、燃料電池システムの模式図。The schematic diagram of the fuel cell system in the reference example 4. FIG. 参考例5における、燃料電池システムの模式図。The schematic diagram of the fuel cell system in the reference example 5. FIG. 参考例6における、第1の燃料電池システムの模式図。The schematic diagram of the 1st fuel cell system in the reference example 6. FIG. 参考例6における、第2の燃料電池システムの模式図。The schematic diagram of the 2nd fuel cell system in the reference example 6. FIG. 参考例6における、第3の燃料電池システムの模式図。The schematic diagram of the 3rd fuel cell system in the reference example 6. FIG. 参考例6における、第4の燃料電池システムの模式図。The schematic diagram of the 4th fuel cell system in reference example 6. FIG. 実施例における、第1の燃料電池システムの模式図。 1 is a schematic diagram of a first fuel cell system in Embodiment 1. FIG. 実施例における、第2の燃料電池システムの模式図。FIG. 3 is a schematic diagram of a second fuel cell system according to the first embodiment. 実施例における、第3の燃料電池システムの模式図。FIG. 3 is a schematic diagram of a third fuel cell system in the first embodiment. 実施例における、第4の燃料電池システムの模式図。4 is a schematic diagram of a fourth fuel cell system in Embodiment 1. FIG. 実施例における、第5の燃料電池システムの模式図。The schematic diagram of the 5th fuel cell system in Example 1. FIG. 実施例における、第6の燃料電池システムの模式図。The schematic diagram of the 6th fuel cell system in Example 1. FIG. 実施例における、第7の燃料電池システムの模式図。The schematic diagram of the 7th fuel cell system in Example 1. FIG. 実施例における、第8の燃料電池システムの模式図。The schematic diagram of the 8th fuel cell system in Example 1. FIG. 参考例7における、第1の燃料電池システムの模式図。The schematic diagram of the 1st fuel cell system in the reference example 7. FIG. 参考例7における、第2の燃料電池システムの模式図。The schematic diagram of the 2nd fuel cell system in the reference example 7. FIG. 参考例7における、第3の燃料電池システムの模式図。The schematic diagram of the 3rd fuel cell system in the reference example 7. FIG. 参考例7における、第4の燃料電池システムの模式図。The schematic diagram of the 4th fuel cell system in reference example 7. FIG. 参考例7における、第5の燃料電池システムの模式図。FIG. 10 is a schematic diagram of a fifth fuel cell system in Reference Example 7 . 参考例7における、第6の燃料電池システムの模式図。The schematic diagram of the 6th fuel cell system in reference example 7. FIG. 参考例7における、第7の燃料電池システムの模式図。The schematic diagram of the 7th fuel cell system in the reference example 7. FIG. 参考例7における、第8の燃料電池システムの模式図。The schematic diagram of the 8th fuel cell system in the reference example 7. FIG. 参考例8における、燃料電池システムの模式図。The schematic diagram of the fuel cell system in the reference example 8. FIG. 実施例における、燃料電池システムの模式図。FIG. 3 is a schematic diagram of a fuel cell system in Example 2 . 実施例いて参考までに示す、他の燃料電池システムの模式図。The schematic diagram of the other fuel cell system shown in Example 2 for reference .

符号の説明Explanation of symbols

1 燃料電池システム
14 タンク
2 改質器
21 改質反応流路
22 加熱流路
3 燃料電池
31 電解質体
311 水素分離金属層
312 プロトン伝導体層
32 アノード流路
33 カソード流路
4 冷媒循環流路
41 冷却媒体
51 水素含有燃料ガス
6 熱交換手段
60熱交換流路
61 熱交換用流体
62 熱交換ユニット
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fuel cell system 14 Tank 2 Reformer 21 Reformation reaction flow path 22 Heating flow path 3 Fuel cell 31 Electrolyte body 311 Hydrogen separation metal layer 312 Proton conductor layer 32 Anode flow path 33 Cathode flow path 4 Refrigerant circulation flow path 41 Cooling medium 51 Hydrogen-containing fuel gas 6 Heat exchange means 60 Heat exchange flow path 61 Heat exchange fluid 62 Heat exchange unit

Claims (20)

水素を含有する水素含有燃料ガスを利用して、300℃以上の作動温度で発電を行う燃料電池を備えた燃料電池システムにおいて、
該燃料電池システムは、上記燃料電池を冷却するための冷却媒体を液体状態で循環させる冷媒循環流路を有しており、
記冷却媒体は、300℃以上の温度で液体状態にある無機系冷媒を用いてなり、
かつ、上記冷媒循環流路と連通され、上記無機系冷媒との熱交換を行なうための熱交換手段が備えられたタンクを有し、
該タンクは、システム停止時には上記無機系冷媒を回収し、システムの定常作動時には上記冷媒循環流路を流通する上記無機系冷媒を上記熱交換手段により熱交換することを特徴とする燃料電池システム。
In a fuel cell system including a fuel cell that generates power at an operating temperature of 300 ° C. or higher using a hydrogen-containing fuel gas containing hydrogen,
The fuel cell system has a refrigerant circulation channel for circulating a cooling medium for cooling the fuel cell in a liquid state,
Upper Symbol cooling medium is made using an inorganic refrigerant in the liquid state at 300 ° C. or higher,
And a tank that is in communication with the refrigerant circulation channel and includes a heat exchange means for exchanging heat with the inorganic refrigerant,
The tank collects the inorganic refrigerant when the system is stopped, and heat-exchanges the inorganic refrigerant flowing through the refrigerant circulation passage by the heat exchanging means when the system is in steady operation .
請求項1において、上記燃料電池は、上記水素含有燃料ガスが供給されるアノード流路と、酸素を含有する酸素含有ガスが供給されるカソード流路と、該カソード流路と上記アノード流路との間に配設された電解質体とを有しており、該電解質体は、上記アノード流路に供給された上記水素含有燃料ガス中の水素を透過させるための水素分離金属層と、該水素分離金属層を透過した上記水素を水素プロトンの状態にして透過させて上記カソード流路に到達させるためのセラミックスからなるプロトン伝導体層とを積層してなることを特徴とする燃料電池システム。   2. The fuel cell according to claim 1, wherein the fuel cell includes an anode channel to which the hydrogen-containing fuel gas is supplied, a cathode channel to which an oxygen-containing gas containing oxygen is supplied, the cathode channel and the anode channel. An electrolyte body disposed between the hydrogen separation metal layer for allowing hydrogen in the hydrogen-containing fuel gas supplied to the anode flow path to pass therethrough, and the hydrogen body. A fuel cell system comprising: a proton conductor layer made of ceramics for laminating the hydrogen that has passed through the separation metal layer in a hydrogen proton state and allowing the hydrogen to reach the cathode channel. 請求項2において、上記無機系冷媒は、上記燃料電池の作動温度域で液体状態にある無機系冷媒であることを特徴とする燃料電池システム。   3. The fuel cell system according to claim 2, wherein the inorganic refrigerant is an inorganic refrigerant in a liquid state in an operating temperature range of the fuel cell. 請求項1〜3のいずれか一項において、上記無機系冷媒は、硝酸カリウム、亜硝酸ナトリウム、硝酸ナトリウムの少なくとも1種を含むことを特徴とする燃料電池システム。   4. The fuel cell system according to claim 1, wherein the inorganic refrigerant includes at least one of potassium nitrate, sodium nitrite, and sodium nitrate. 5. 請求項1〜4のいずれか一項において、上記冷媒循環流路の少なくとも一部あるいは該冷媒循環流路と連通された部位には、上記冷却媒体との熱交換を行うための熱交換手段が設けてあることを特徴とする燃料電池システム。   5. The heat exchange means for performing heat exchange with the cooling medium is provided in at least a part of the refrigerant circulation passage or a portion communicating with the refrigerant circulation passage according to claim 1. A fuel cell system provided. 請求項5において、上記熱交換手段は、上記冷却媒体の固形化を防止し、或いは固形化した上記冷却媒体を融解することができるよう構成されていることを特徴とする燃料電池システム。   6. The fuel cell system according to claim 5, wherein the heat exchange means is configured to prevent the cooling medium from solidifying or to melt the solidified cooling medium. 請求項5又は6において、上記熱交換手段は、気体或いは液体の熱交換用流体を用いて上記冷却媒体との熱交換を行うことを特徴とする燃料電池システム。   7. The fuel cell system according to claim 5, wherein the heat exchange means performs heat exchange with the cooling medium using a gas or liquid heat exchange fluid. 請求項7において、上記熱交換手段は、上記冷媒循環流路と並行して上記熱交換用流体を流通させる熱交換流路を有してなることを特徴とする燃料電池システム。   8. The fuel cell system according to claim 7, wherein the heat exchanging means has a heat exchanging passage for circulating the heat exchanging fluid in parallel with the refrigerant circulation passage. 請求項7又は8において、上記熱交換手段は、上記タンクにおいて、上記冷却媒体と上記熱交換用流体との間の熱交換を行うよう構成してなることを特徴とする燃料電池システム。 According to claim 7 or 8, the heat exchange means is the upper Northern tank, a fuel cell system characterized by being configured to perform heat exchange between the cooling medium and the heat exchange fluids. 請求項7〜9のいずれか一項において、上記熱交換手段は、上記冷却媒体と上記熱交換用流体とをそれぞれ内部に流通させて上記冷却媒体と上記熱交換用流体との間で熱交換させる熱交換ユニットを有することを特徴とする燃料電池システム。   The heat exchange means according to any one of claims 7 to 9, wherein the heat exchange means exchanges heat between the cooling medium and the heat exchange fluid by causing the cooling medium and the heat exchange fluid to flow inside. A fuel cell system comprising a heat exchanging unit. 請求項7〜10のいずれか一項において、上記熱交換用流体として、上記熱交換手段とは別の熱交換手段によって温度調整された流体を用いることを特徴とする燃料電池システム。   11. The fuel cell system according to any one of claims 7 to 10, wherein a fluid whose temperature is adjusted by a heat exchange means different from the heat exchange means is used as the heat exchange fluid. 請求項7〜11のいずれか一項において、上記熱交換用流体として、燃焼生成した燃焼ガスを用いることを特徴とする燃料電池システム。   The fuel cell system according to any one of claims 7 to 11, wherein combustion gas generated by combustion is used as the heat exchange fluid. 請求項7〜12のいずれか一項において、上記燃料電池は、上記水素含有燃料ガスが供給されるアノード流路と、酸素を含有する酸素含有ガスが供給されるカソード流路と、該カソード流路と上記アノード流路との間に配設された電解質体とを有しており、上記熱交換用流体として、上記カソード流路へ供給する前の上記酸素含有ガスを用いることを特徴とする燃料電池システム。   13. The fuel cell according to claim 7, wherein the fuel cell includes an anode flow path to which the hydrogen-containing fuel gas is supplied, a cathode flow path to which an oxygen-containing gas containing oxygen is supplied, and the cathode flow. An electrolyte body disposed between the channel and the anode channel, and the oxygen-containing gas before being supplied to the cathode channel is used as the heat exchange fluid. Fuel cell system. 請求項7〜13のいずれか一項において、上記燃料電池システムは、改質用燃料から水素含有燃料ガスを生成する改質反応流路と、該改質反応流路を加熱するための加熱流路とを有する改質器を備えており、上記熱交換用流体として、上記加熱流路へ供給する前の改質器燃焼用ガスを用いることを特徴とする燃料電池システム。   The fuel cell system according to any one of claims 7 to 13, wherein the fuel cell system includes a reforming reaction channel that generates a hydrogen-containing fuel gas from the reforming fuel, and a heating flow for heating the reforming reaction channel. And a reformer combustion gas before being supplied to the heating flow path as the heat exchange fluid. 請求項7〜14のいずれか一項において、上記燃料電池システムは、改質用燃料から水素を含有する水素含有燃料ガスを生成する改質反応流路と、該改質反応流路を加熱するための加熱流路とを有する改質器を備えており、上記熱交換用流体として、上記加熱流路から排出される改質器燃焼オフガスを用いることを特徴とする燃料電池システム。   15. The fuel cell system according to claim 7, wherein the fuel cell system heats a reforming reaction channel that generates a hydrogen-containing fuel gas containing hydrogen from a reforming fuel, and the reforming reaction channel. A fuel cell system comprising a reformer having a heating flow path for use, and using a reformer combustion off-gas discharged from the heating flow path as the heat exchange fluid. 請求項5〜15のいずれか一項において、上記熱交換手段は、上記冷却媒体を直接加熱するヒータを有してなることを特徴とする燃料電池システム。   16. The fuel cell system according to any one of claims 5 to 15, wherein the heat exchange means includes a heater that directly heats the cooling medium. 請求項16において、上記熱交換手段は、電気ヒータを有してなることを特徴とする燃料電池システム。   The fuel cell system according to claim 16, wherein the heat exchange means includes an electric heater. 請求項16又は17において、上記熱交換手段は、触媒燃焼ヒータを有してなることを特徴とする燃料電池システム。   18. The fuel cell system according to claim 16 or 17, wherein the heat exchange means includes a catalytic combustion heater. 請求項1〜18のいずれか一項において、上記燃料電池システムは、上記冷媒循環流路を2系統設けてなり、一方の上記冷媒循環流路には上記無機系冷媒を循環させ、他方の上記冷媒循環流路にはガス冷媒を循環させることを特徴とする燃料電池システム。   19. The fuel cell system according to claim 1, wherein the fuel cell system includes two systems of the refrigerant circulation passages, the inorganic refrigerant is circulated in one refrigerant circulation passage, and the other A fuel cell system characterized in that a gas refrigerant is circulated in a refrigerant circulation passage. 請求項1〜19のいずれか一項において、上記無機系冷媒は、常温まで温度が下がると固形化することを特徴とする燃料電池システム。  The fuel cell system according to any one of claims 1 to 19, wherein the inorganic refrigerant is solidified when the temperature is lowered to room temperature.
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