JP5396421B2 - 燃料電池システム - Google Patents

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Description

本発明は、燃料電池システムに関し、より詳しくは、燃料と水の供給を受けて改質ガスを生成する改質器および改質器に水を供給する水タンクに関する。
燃料電池システムは基本的に燃料電池スタック、燃料供給部、および酸化剤供給部を含む。燃料電池スタックは燃料供給部と酸化剤供給部からそれぞれ燃料（炭化水素系燃料、純粋水素、または水素が豊富な改質ガス）と酸化剤（空気または純粋酸素）の供給を受け、燃料と酸化剤の電気化学的反応を用いて電気エネルギーを生成する。
高分子電解質型燃料電池の場合、燃料電池システムは炭化水素系燃料を改質（ｒｅｆｏｒｍｉｎｇ）して水素が豊富な改質ガスを生成する改質器をさらに含む。高分子電解質型燃料電池は改質器および付帯装置を追加的に設置しなければならない複雑さがあるが、エネルギー密度が大きく、出力が高いため、家庭用のような固定設置型に適する。
高分子電解質型燃料電池に使用される改質器としては、水蒸気改質器、部分酸化型改質器、および自己熱反応型改質器がある。このうち、水蒸気改質器は改質ガスの水素濃度が高く、長時間運転安定性に優れている。水蒸気改質器は炭化水素系燃料と水蒸気の熱エネルギーによる化学触媒反応が行われる改質部と、改質部の化学触媒反応を促進するために改質部を７５０℃以上の温度で加熱する燃焼部（バーナー）とを含む。
改質部は燃料タンクに連結され、燃料ポンプの作動により燃料タンクに貯蔵された炭化水素系燃料の供給を受ける。改質部はまた、水タンクに連結され、水ポンプの作動により水タンクに貯蔵された水の供給を受ける。燃焼部は燃料ポンプに貯蔵された炭化水素系燃料と外部空気の供給を受けて燃料と空気を燃焼させることによって熱エネルギーを発生する。
前述した燃料電池システムにおいて、外気温度が零下に下がると水タンクの水が氷に変わる。この場合、燃料電池システムを使用することができず、再使用するためにはプラスの気温で氷が溶けるまで待ったり、水タンクに熱線を設置するなど氷を溶かすための対策が必要である。しかしながら、プラスの気温で氷を溶かすためには多大な時間がかかり、熱線を設置する場合には熱線駆動に必要な追加電力が要求されるため、燃料電池システムの発電効率が低下する。
本発明の一側面は、発電効率を低めないながらも水タンクの凍結を予防して零下の気温でも安定的に作動することができる燃料電池システムを提供することにその目的がある。
本発明の一側面による燃料電池システムは、燃料電池スタック；前記燃料電池スタックに連結された酸化剤供給部；改質ガス配管を通じて前記燃料電池スタックに連結され、改質部と燃焼部を含む改質器；前記改質器に連結された燃料タンク；流入口と排出口を含み、前記排出口は前記改質器に連結された、水タンク；および前記改質器から連結され、前記水タンクと接触したり貫通するように配置された少なくとも一つのガス配管を含む。
前記少なくとも一つのガス配管は前記改質ガス配管を含み、前記改質ガス配管は前記改質部に連結される。前記改質ガス配管は、前記改質部と前記水タンクとの間に位置する第１移送部；熱交換部；および前記熱交換部に連結された第２移送部を含んでも良い。前記熱交換部は前記水タンク内に位置しても良い。前記熱交換部は非線形であることを特徴としても良く、前記熱交換部の少なくとも一部分はコイル形態で巻かれた形状を有しても良い。
前記少なくとも一つのガス配管は前記燃焼部に連結された燃焼ガス配管を含み、前記燃焼ガス配管は、前記燃焼部と前記水タンクとの間に位置する第１排出部；第１熱交換部；および前記第１熱交換部に連結された第２排出部を含んでも良い。前記第１熱交換部は前記水タンク内部に位置しても良く、前記第１熱交換部は前記水タンクの内表面に接触するように構成されても良い。前記第１熱交換部は非線形であることを特徴としても良く、前記第１熱交換部は前記水タンクの外表面に接触するように構成されても良い。前記第１熱交換部はコイル形態で巻かれた形状を有しても良い。
前記改質ガス配管は、前記改質部と前記水タンクとの間に位置する第１移送部；第２熱交換部；および前記第２熱交換部に連結された第２移送部を含んでも良い。前記第２熱交換部は前記水タンク内部に位置しても良く、前記第２熱交換部は非線形からなっても良い。前記第２熱交換部の少なくとも一部分はコイル形態で巻かれた形状を有しても良い。前記第１熱交換部と前記第２熱交換部は前記水タンク内部に位置しても良く、前記第１熱交換部は前記水タンクの内壁に接触し、前記第２熱交換部は前記水タンクの内壁に接触するように形成されても良い。前記第１熱交換部は前記水タンクの外壁に接触し、前記第２熱交換部は前記水タンクの外壁に接触するように形成されても良く、前記第１熱交換部は前記水タンク内部に位置し、前記第２熱交換部は前記水タンクの外壁に接触するように形成されても良い。前記第２熱交換部は前記水タンク内部に位置し、前記第１熱交換部は前記水タンクの外壁に接触するように形成されても良い。
本発明の実施形態によれば、燃焼ガス配管と改質ガス配管の熱交換作用により水タンクの温度を高めて水タンクの凍結を予防することができる。その結果、零下の気温でも燃料電池システムが安定的に作動することができる。本実施形態の構造では別途の熱線が必要ないため、熱線駆動に必要な追加電力が要求されず、燃料電池システムの発電効率を向上させることができる。
本発明の第１実施形態による燃料電池システムの構成図である。 図１に示した燃料電池システム中の水タンクの断面図である。 本発明の第２実施形態による燃料電池システムの構成図である。 本発明の第３実施形態による燃料電池システムの構成図である。 本発明の第４実施形態による燃料電池システム中の水タンクの断面図である。 本発明の第５実施形態による燃料電池システム中の水タンクの断面図である。 本発明の第６実施形態による燃料電池システム中の水タンクの断面図である。 本発明の第７実施形態による燃料電池システム中の水タンクの断面図である。 本発明の第８実施形態による燃料電池システム中の水タンクの断面図である。
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者が容易に実施することができるように詳しく説明する。しかしながら、本発明は多様な異なる形態で具現することができ、ここで説明する実施形態に限定されない。図面において、本発明を明確に説明するために、説明上不要な部分は省略し、明細書全体を通して同一または類似する構成要素については同一の図面符号を付した。
図面において、説明の明確化のために層または領域のサイズは誇張して示されても良い。一つの層または要素が他の層または基材の「上」にあるということは、直接的に上にあったり、その間にさらに他の層を介在していると理解されるだろう。そして、一つの層が他の層の「下」にあるということは、直接的に下にあったり、その間に一つ以上のさらに他の層を介在していると理解されるだろう。ひいては、一つの層が二つの層の「間」にあるということは、その一つの層が二つの層の間のただ一の層であったり、その間に一つ以上のさらに他の層が介在していると理解されるだろう。
図１は、本発明の第１実施形態による燃料電池システムの構成図であり、図２は、図１に示した燃料電池システム中の水タンクの断面図である。
図１と図２を参照すれば、第１実施形態の燃料電池システム１００は、燃料電池スタック１０、改質器２０、燃料タンク３０、水タンク４０、および酸化剤供給部５０を含む。改質器２０と燃料タンク３０および水タンク４０が燃料電池システム１００の燃料供給部を構成する。燃料電池システム１００は水素が豊富な改質ガスを使用して電気エネルギーを生成する高分子電解質型燃料電池（Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ、ＰＥＭＦＣ）である。
燃料電池スタック１０は、外部から供給される改質ガスと酸化剤（空気または純粋酸素）との電気化学的反応により電気エネルギーを生成する。燃料電池スタック１０は、複数の単位セルが積層された構造として、一つの単位セルは膜−電極接合体（Ｍｅｍｂｒａｎｅ−Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ａｓｓｓｅｍｂｌｙ、ＭＥＡ）とその両側に位置する一対のセパレータからなる。
膜−電極接合体は、電解質膜と、電解質膜の一面に位置するアノード電極と、電解質膜の反対側一面に位置するカソード電極とを含む。一対のセパレータは、アノード電極と向き合ってアノード電極に改質ガスを供給するアノードセパレータと、カソード電極と向き合ってカソード電極に酸化剤を供給するカソードセパレータとを含む。
アノード電極は酸化反応により燃料中の水素を電子と水素イオンに分離させ、カソード電極は還元反応により酸化剤中の酸素を電子と酸素イオンに分離させる。電解質膜はアノード電極の水素イオンをカソード電極に移動させるイオン交換機能を有する。膜−電極接合体は、水素と酸素の電気化学的反応により電気エネルギーを生成し、電気生成反応の副産物として水が発生する。
酸化剤供給部５０は、燃料電池スタック１０に酸化剤を供給する。酸化剤は酸素タンク（図示せず）に貯蔵された酸素や外部空気であっても良い。酸化剤供給部５０は、酸素を含む空気を燃料電池スタック１０に供給する空気圧縮器（図示せず）から構成されても良い。
改質器２０は、炭化水素系燃料を改質（ｒｅｆｏｒｍｉｎｇ）して水素が豊富な改質ガスを生成し、これを燃料電池スタック１０に供給する。改質器２０は、水蒸気改質器として、炭化水素系燃料と水蒸気との化学反応、つまり、熱エネルギーによる化学触媒反応により水素を主成分とする改質ガスを生成する。水蒸気改質方式は外部から多量の熱エネルギーの供給を受けなければならないが、改質ガス供給が安定的であり、高濃度の水素ガスを生成することができる。
改質器２０は、改質部２１、燃焼部（バーナー）２２、一酸化炭素低減部２３、燃焼ガス配管２４、および改質ガス配管２５を含む。
改質部２１は、燃料タンク３０および水タンク４０に連結されて燃料タンク３０および水タンク４０からそれぞれ炭化水素系燃料と水の供給を受ける。改質部２１は、供給を受けた炭化水素系燃料と水から熱エネルギーによる化学触媒反応により改質ガスを生成する。
燃焼部２２は、改質部２１に熱エネルギーを供給して改質部２１を７５０℃以上の温度に上昇させる。このために、燃焼部２２は、燃料タンク３０に連結されて燃料タンク３０から炭化水素系燃料および空気ポンプ（図示せず）により空気の供給を受け、供給を受けた炭化水素系燃料と空気を燃焼させて熱エネルギーを発生する。燃焼ガス配管２４は燃焼部２２に連結され、燃焼部２２作用時に発生する燃焼ガスを外気に排出する。
改質部２１で行われる化学触媒反応は吸熱反応であるため、燃焼部２２が改質部２１に熱エネルギーを供給して化学触媒反応が円滑に行われるようにする。このように燃料タンク３０に貯蔵された炭化水素系燃料の一部は改質部２１に供給されて改質ガスを生成することに使用され、炭化水素系燃料の残りの一部は燃焼部２２に供給されて改質部２１の化学触媒反応に必要な熱エネルギーを生成することに使用される。
燃料タンク３０は、メタノール、エタノール、液化天然ガス、液化石油ガス、ガソリン、またはブタンガスのように液状または気状で存在する炭化水素系燃料を貯蔵する。燃料タンク３０に貯蔵された炭化水素系燃料は燃料ポンプ（図示せず）により改質部２１と燃焼部２２に供給される。燃料ポンプとしては、空圧ポンプ、ダイヤフラムポンプ、およびモータポンプのような多様な種類のポンプが使用されても良い。
水タンク４０は、改質部２１に供給するための水６０を貯蔵する。水タンク４０の上部には外部から水の供給を受ける水流入口４１（図１には図示せず）が形成され、水タンク４０の下部には貯蔵された水を改質部２１に供給する水排出口４２が形成されても良い。水タンク４０に貯蔵された水６０は、水ポンプ（図示せず）により改質部２１に供給される。水ポンプとしては、空圧ポンプ、ダイヤフラムポンプ、およびモータポンプのような多様な種類のポンプが使用されても良い。
改質部２１で排出される１次改質ガスは、主成分である水素ガスとともに少量の一酸化炭素、二酸化炭素、およびメタンガスを含む。高温用燃料電池である溶融炭酸塩燃料電池と固体酸化物燃料電池は水素とともに一酸化炭素も燃料として使用されても良い。しかしながら、高分子電解質型燃料電池では、一酸化炭素が膜−電極接合体のアノード電極およびカソード電極として使用される白金触媒を被毒させて燃料電池スタック１０の性能を低下させるため、高分子電解質型燃料電池において改質ガス中の一酸化炭素の濃度を１０ｐｐｍ以下に低めなければならない。
一酸化炭素低減部２３は、改質ガス配管２５を通じて改質部２１に連結されて改質部２１から一酸化炭素が含まれた１次改質ガスの供給を受ける。一酸化炭素低減部２３は、水性ガス変換部と一酸化炭素浄化部を含んでも良い。
水性ガス変換部では、一酸化炭素を水蒸気と反応させて水素をより多く生成する水性反応（ｗａｔｅｒ ｇａｓ ｓｈｉｆｔ）を通じて一酸化炭素濃度を０．５％〜１％に低める。水性反応はほぼ４００℃条件で一酸化炭素濃度を４％程度に低める高温水性反応と、ほぼ２００℃条件で一酸化炭素濃度を０．５％〜１％に低める低温水性反応とに区分されても良い。改質部２１で使用して残った水蒸気を水性ガス変換部に供給して水性反応に必要な水蒸気を提供しても良い。
一酸化炭素浄化部は、選択的酸化反応部またはメタン化反応部からなっても良い。選択的酸化反応部は、少量の空気の提供を受けて選択的に一酸化炭素のみ酸化除去する。メタン化反応部は、一酸化炭素と水素を反応させて再びメタンに転換させる。一酸化炭素低減部は、１次改質ガスに含まれた一酸化炭素を１０ｐｐｍ以下に低減させ、一酸化炭素が低減された２次改質ガスを燃料電池スタック１０に供給する。
燃焼ガス配管２４の温度はほぼ８０℃〜９０℃であっても良い。本実施形態の燃料電池システム１００において、水タンク４０は燃焼ガス配管２４の熱を用いて内部温度を上昇させることによって水の凍結を防止する。このために、燃焼ガス配管２４は水タンク４０の内部を通過する構造からなる。つまり、燃焼ガス配管２４は燃焼部２２と水タンク４０との間に位置する第１排出部２６１と、水タンク４０の内部に位置する熱交換部２７と、水タンク４０の外部に位置する第２排出部２６２とを含む。前記第１排出部２６１と第２排出部２６２はそれぞれ配管構造を含んでも良い。
熱交換部２７は、一部または全体が非線形（ｎｏｎ−ｌｉｎｅａｒ）の形状であっても良い。例えば、前記熱交換部２７の一部分は湾曲されたり折り曲げられてなっても良い。熱交換部２７は、水タンク４０を貫通する部分を除いて水タンク４０の内壁と所定の距離を置いて離れて位置しても良い。熱交換部２７の一部または全体が非線形の形状からなることによって、水と接触する熱交換部２７の長さを拡張させて水の凍結を効果的に予防することができる。
熱交換部２７は、ジグザグ形で折り曲げられたりコイルのように巻かれた形で形成されても良い。図２では、ジグザグ形で折り曲げられた熱交換部２７を例に挙げて示した。熱交換部２７の形状は図２に示した例に限定されずに多様に変形可能である。
このように本実施形態の燃料電池システム１００は、内部で発生する熱を用いて水タンク４０の凍結を予防するため、零下の気温でも安定的に稼動され得る。また、水タンク４０に別途の熱線を設置する必要がなく、熱線駆動に必要な追加電力が要求されないため、燃料電池システム１００の発電効率を向上させることができる。
図３は、本発明の第２実施形態による燃料電池システムの構成図である。
図３を参照すれば、第２実施形態の燃料電池システム２００は、燃焼ガス配管２４の代わりに改質ガス配管２５の熱を用いて水タンク４０の内部温度を上昇させる構造からなる。第２実施形態の燃料電池システム２００は、燃焼ガス配管２４および改質ガス配管２５の構造を除いては前述した第１実施形態の燃料電池システムと同一の構成からなる。第１実施形態と同一の部材については同一の図面符号を使用する。
改質部２１と一酸化炭素低減部２３を連結する改質ガス配管２５は、前記燃料電池システム２００が運転される時、ほぼ８０℃〜９０℃の温度を有する。水タンク４０は改質部２１と一酸化炭素低減部２３との間に位置し、改質ガス配管２５は水タンク４０の内部を通過する構造からなる。つまり、改質ガス配管２５は、改質部２１と水タンク４０との間に位置する第１移送部２８１と、水タンク４０の内部に位置する熱交換部２９と、水タンク４０と一酸化炭素低減部２３との間に位置する第２移送部２８２とを含む。前記第１移送部２８１と第２移送部２８２はそれぞれ配管構造を含んでも良い。
熱交換部２９は一部または全体が非線形の形状であっても良い。例えば、前記熱交換部２９の一部分は湾曲されたり折り曲げられてなっても良い。熱交換部２９は、水タンク４０を貫通する部分を除いては水タンク４０の内壁と所定の距離を置いて離れて位置しても良い。熱交換部２９の一部または全体が非線形の形状からなることによって、水と接触する熱交換部２９の長さを拡張させて水の凍結を効果的に予防することができる。図３と図４には示さなれていないが、前記水タンク４０は水流入口４１と水排出口４２の両方を備えても良い。
熱交換部２９は、ジグザグ形で折り曲げられたりコイルのように巻かれた形で形成されても良い。図３ではジグザグ形で折り曲げられた熱交換部２９を例に挙げて示した。熱交換部２９の形状は図３に示した例に限定されずに多様に変形可能である。
図４は、本発明の第３実施形態による燃料電池システムの構成図である。
図４を参照すれば、第３実施形態の燃料電池システム３００は、燃焼ガス配管２４と改質ガス配管２５の熱を全て用いて水タンク４０の内部温度を上昇させる構造からなる。第３実施形態の燃料電池システム３００は、燃焼ガス配管２４および改質ガス配管２５の構造を除いては前述した第１実施形態の燃料電池システムと同一の構成からなる。第１実施形態と同一の部材については同一の図面符号を使用する。
水タンク４０は改質部２１と一酸化炭素低減部２３との間に位置し、燃焼ガス配管２４と改質ガス配管２５は水タンク４０の内部を通過する構造からなる。つまり、燃焼ガス配管２４は、燃焼部２２と水タンク４０との間に位置する第１排出部２６１と、水タンク４０の内部に位置する熱交換部２７と、水タンク４０の外部に位置する第２排出部２６２とを含む。改質ガス配管２５は、改質部２１と水タンク４０との間に位置する第１移送部２８１と、水タンク４０の内部に位置する熱交換部２９と、水タンク４０と一酸化炭素低減部２３との間に位置する第２移送部２８２とを含む。
２つの熱交換部２７、２９は一部または全体が非線形の形状であっても良い。熱交換部２７、２９は水タンク４０を貫通する部分を除いては水タンク４０の内壁と所定の距離を置いて離れて位置しても良い。熱交換部２７、２９の一部または全体が非線形の形状からなることによって、水と接触する熱交換部２７、２９の長さを拡張させて水の凍結を効果的に予防することができる。２つの熱交換部２７、２９は互いに接したり離れて位置しても良く、図４では２つの熱交換部２７、２９が離れて位置する場合を例に挙げて示した。
熱交換部２７、２９はジグザグ形で折り曲げられたりコイルのように巻かれた形で形成されても良い。図４ではジグザグ形で折り曲げられた熱交換部２７、２９を例に上げて示した。熱交換部２７、２９の形状は図４に示した例に限定されずに多様に変形可能である。
第３実施形態の燃料電池システム３００は、燃焼ガス配管２４と改質ガス配管２５の熱を全て用いて水タンク４０の温度を高めることによって、前述した第１実施形態および第２実施形態よりも熱利用効率を高めて水タンク４０の凍結をより効果的に予防することができる。前述した第１実施形態〜第３実施形態の燃料電池システム１００、２００、３００は、燃焼ガス配管２４および／または改質ガス配管２５の構造変更のみで水タンク４０の凍結を予防することができるため、水タンク４０の凍結防止のための別途の装置を必要としない。
図５は、本発明の第４実施形態による燃料電池システム中の水タンクの断面図である。
図５を参照すれば、第４実施形態の燃料電池システムは、燃焼ガス配管２４１の熱交換部２７１または改質ガス配管２５１の熱交換部２９１が水タンク４０の内壁と接するように配置されたことを除いては前述した第１実施形態または第２実施形態の燃料電池システムと同一の構成からなる。第１実施形態または第２実施形態の燃料電池システムと同一の部材については同一の図面符号を使用する。例えば、図５は前記燃焼ガス配管２４１（改質ガス配管２５１）の第１排出部２６１（第１移送部２８１）と第２排出部２６２（第２移送部２８２）も示している。
熱交換部２７１、２９１は水タンク４０の内壁に沿ってコイルのように巻かれた形で配置されても良い。この場合、熱交換部２７１、２９１の巻き回数を調節することによって水タンク４０と接する熱交換部２７１、２９１の長さを容易に調節することができる。熱交換部２７１、２９１は水タンク４０の内壁および水タンク４０に貯蔵された水６０の全てと接触するため、熱交換部２７１、２９１内部を流れる燃焼ガスまたは改質ガスの熱を水タンク４０および水タンク４０に貯蔵された水６０に同時に伝達する。
図６は、本発明の第５実施形態による燃料電池システム中の水タンクの断面図である。
図６を参照すれば、第５実施形態の燃料電池システムは、燃焼ガス配管２４２の熱交換部２７２または改質ガス配管２５２の熱交換部２９２が水タンク４０の外壁と接するように配置されたことを除いて前述した第１実施形態または第２実施形態の燃料電池システムと同一の構成からなる。第１実施形態または第２実施形態の燃料電池システムと同一の部材については同一の図面符号を使用する。例えば、図６は前記燃焼ガス配管２４２（改質ガス配管２５２）の第１排出部２６１（第１移送部２８１）と第２排出部２６２（第２移送部２８２）も示している。
熱交換部２７２、２９２は水タンク４０の外壁に沿ってコイルのように巻かれた形で配置される。この場合、熱交換部２７２、２９２の巻き回数を調節することによって水タンク４０と接する熱交換部の長さを容易に調節することができる。熱交換部２７２、２９２は水タンク４０の外壁と接触するため、熱交換部２７２、２９２内部を流れる燃焼ガスまたは改質ガスの熱を水タンク４０に伝達して水タンク４０の温度を高めた後、水タンク４０に貯蔵された水６０の温度を高める。
図７は、本発明の第６実施形態による燃料電池システム中の水タンクの断面図である。
図７を参照すれば、第６実施形態の燃料電池システムは、燃焼ガス配管２４３の熱交換部２７３と改質ガス配管２５３の熱交換部２９３が水タンク４０の内壁と接するように配置されたことを除いては前述した第３実施形態の燃料電池システムと同一の構成からなる。第３実施形態の燃料電池システムと同一の部材については同一の図面符号を使用する。例えば、図７は前記燃焼ガス配管２４３の第１排出部２６１と第２排出部２６２を示しており、また、改質ガス配管２５３の第１移送部２８１と第２移送部２８２を示している。
２つの熱交換部２７３、２９３は互いに距離を置いて水タンク４０の内壁に沿ってコイルのように巻かれた形で配置されても良い。熱交換部２７３、２９３は水タンク４０の内壁および水タンク４０に貯蔵された水の全てと接触するため、熱交換部２７３、２９３内部を流れる燃焼ガスおよび改質ガスの熱を水タンク４０および水タンク４０に貯蔵された水に同時に伝達する。
図７では熱交換部２７３、２９３の区分のために、便宜上、燃焼ガス配管２４３の内部に陰影表示を入れたが、燃焼ガス配管２４３の内部は詰まっておらず、燃焼ガス排出のための通路が形成されている。
図８は、本発明の第７実施形態による燃料電池システム中の水タンクの断面図である。
図８を参照すれば、第７実施形態の燃料電池システムは、燃焼ガス配管２４４の熱交換部２７４と改質ガス配管２５４の熱交換部２９４が水タンク４０の外壁と接するように配置されたことを除いては前述した第３実施形態の燃料電池システムと同一の構成からなる。第３実施形態の燃料電池システムと同一の部材については同一の図面符号を使用する。例えば、図８は前記燃焼ガス配管２４４の第１排出部２６１と第２排出部２６２を示しており、また、改質ガス配管２５４の第１移送部２８１と第２移送部２８２を示している。
２つの熱交換部２７４、２９４は互いに距離を置いて水タンク４０の外壁に沿ってコイルのように巻かれた形で配置されても良い。熱交換部２７４、２９４は水タンク４０の外壁と接触するため、熱交換部２７４、２９４内部を流れる燃焼ガスおよび改質ガスの熱を水タンク４０に伝達して水タンク４０の温度を高めた後、水タンク４０に貯蔵された水の温度を高める。
図８では熱交換部２７４、２９４の区分のために、便宜上、燃焼ガス配管２４４の内部に陰影表示を入れたが、燃焼ガス配管２４４の内部は詰まっておらず、燃焼ガス排出のための通路が形成されている。
図９は、本発明の第８実施形態による燃料電池システム中の水タンクの断面図である。
図９を参照すれば、第８実施形態の燃料電池システムは、燃焼ガス配管２４５の熱交換部２７５と改質ガス配管２５５の熱交換部２９５のうちのいずれか一つが水タンク４０の内壁と接するように配置され、他の一つが水タンク４０の外壁と接するように配置されたことを除いては前述した第３実施形態の燃料電池システムと同一の構成からなる。第３実施形態の燃料電池システムと同一の部材については同一の図面符号を使用する。例えば、図９は前記燃焼ガス配管２４５の第１排出部２６１と第２排出部２６２を示しており、また、改質ガス配管２５５の第１移送部２８１と第２移送部２８２を示している。
図９では燃焼ガス配管２４５の熱交換部２７５が水タンク４０の外壁と接し、改質ガス配管２５５の熱交換部２９５が水タンク４０の内壁と接する場合を例に挙げて示した。２つの熱交換部２７５、２９５はそれぞれ水タンク４０の外壁および内壁に沿ってコイルのように巻かれた形で配置されても良い。前記２つの熱交換部２７５、２９５から伝達された熱は前記水タンク４０と前記水タンク４０内の水６０を温めることができる。
以上で本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されるのではなく、特許請求の範囲と発明の詳細な説明および添付図面の範囲内で多様に変形して実施することが可能であり、これも本発明の範囲に属することは当然である。
１００、２００、３００…燃料電池システム
１０…燃料電池スタック
２０…改質器
２１…改質部
２２…燃焼部
２３…一酸化炭素低減部
２４…燃焼ガス配管
２５…改質ガス配管
２６１…第１排出部
２７、２９…熱交換部
２６２…第２排出部
２８１…第１移送部
２８２…第２移送部
３０…燃料タンク
４０…水タンク
５０…酸化剤供給部

Claims (6)

  1. 燃料電池スタック；
    前記燃料電池スタックに連結された酸化剤供給部；
    改質ガス配管を通じて前記燃料電池スタックに連結され、改質部と燃焼部を含む改質器；
    前記改質器に連結された燃料タンク；
    流入口と排出口を含み、前記排出口は前記改質器に連結された水タンク；および
    前記改質器から連結され、前記水タンクと接触したり貫通するように配置された少なくとも一つのガス配管；
    を含み、
    前記少なくとも一つのガス配管は、前記改質部に連結された前記改質ガス配管と、前記燃焼部に連結された燃焼ガス配管とを含み、
    前記燃焼ガス配管は、
    前記燃焼部と前記水タンクとの間に位置する第１排出部；
    第１熱交換部；および
    前記第１熱交換部に連結された第２排出部
    を含み、
    前記改質ガス配管は、
    前記改質部と前記水タンクとの間に位置する第１移送部；
    前記水タンク内に位置する第２熱交換部；および
    前記第２熱交換部に連結された第２移送部
    を含み、
    前記第２移送部は、前記改質器から前記燃料電池スタックへ至る前記改質ガスの経路において、前記改質ガス配管を通過する改質ガスの一酸化炭素低減部の上流に配置される、燃料電池システム。
  2. 前記第２熱交換部は非線形であることを特徴とする、請求項１に記載の燃料電池システム。
  3. 前記第２熱交換部の少なくとも一部分はコイル形態で巻かれた形状を有する、請求項１に記載の燃料電池システム。
  4. 前記第１熱交換部は前記水タンク内部に位置する、請求項１に記載の燃料電池システム。
  5. 前記第１熱交換部は前記水タンクの内壁に接触し、前記第２熱交換部は前記水タンクの内壁に接触するように形成される、請求項４に記載の燃料電池システム。
  6. 前記第１熱交換部は前記水タンクの外壁に接触するように形成される、請求項１に記載の燃料電池システム。
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