(57)【要約】      （修正有）【課題】両極の反応ガス流路に配置されたタービンを軸により接続したコンプレッサーを備える燃料電池システムにおいて、コンプレッサーの収容ケース内のうちタービンの収容部分から漏洩した反応ガスの滞留を抑制する。【解決手段】燃料電池システムは、燃料電池７０と、第１の反応ガスを燃料電池に供給する第１のガス供給部９１、９５と、第２の反応ガスを燃料電池に供給する第２のガス供給部９０，９４と、第１の反応ガスの流路に配置された第１のタービン２０と、第２の反応ガスの流路に配置された第２のタービン３０と、第１のタービンと第２のタービンとを接続する回転軸４０と、第１のタービンと第２のタービンと回転軸とを収容する収容ケース５０と、収容ケースの内側に配置され、第１の反応ガスと第２の反応ガスとのうち少なくとも一方を除去するガス除去部材２００と、を有するコンプレッサーと、を備える。【選択図】図１
2010192192.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池システムであって、
第１の反応ガスと第２の反応ガスとを用いて発電する燃料電池と、
前記第１の反応ガスを前記燃料電池に供給する第１のガス供給部と、
前記第２の反応ガスを前記燃料電池に供給する第２のガス供給部と、
前記第１の反応ガスの流路に配置された第１のタービンと、前記第２の反応ガスの流路に配置された第２のタービンと、前記第１のタービンと前記第２のタービンとを接続する回転軸と、前記第１のタービンと前記第２のタービンと前記回転軸とを収容する収容ケースと、前記収容ケースの内側に配置され、前記第１の反応ガスと前記第２の反応ガスとのうち少なくとも一方を除去するガス除去部材と、を有するコンプレッサーと、
を備える、燃料電池システム。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池システムにおいて、
前記第１の反応ガスは、酸素を含み、
前記ガス除去部材は、酸素を吸着可能な部材であり、前記回転軸の表面と、前記収容ケースのうち前記回転軸に対応する部分である回転軸対応部の内側表面と、のうち少なくとも一方に配置されている、燃料電池システム。
【請求項３】
請求項２に記載の燃料電池システムにおいて、
前記ガス除去部材は、前記回転軸の表面において前記第１のタービン側の表面と、前記回転軸対応部の内側表面において前記第１のタービン側の表面と、のうち少なくとも一方に配置されている、燃料電池システム。
【請求項４】
請求項１に記載の燃料電池システムにおいて、
前記第２の反応ガスは、水素を含み、
前記ガス除去部材は、水素を燃焼させるための酸化触媒であり、
前記ガス除去部材は、前記第１のタービン表面と、前記回転軸の表面と、前記収容ケースのうち前記第１のタービンに対応する部分の内側表面と、前記収容ケースのうち前記回転軸に対応する部分である回転軸対応部の内側表面と、のうち少なくとも１つに配置されている、燃料電池システム。
【請求項５】
請求項４に記載の燃料電池システムにおいて、
前記ガス除去部材は、前記回転軸の表面において前記第１のタービン側の表面と、前記回転軸対応部の内側表面において前記第１のタービン側の表面と、のうち少なくとも一方に配置されている、燃料電池システム。
【請求項６】
請求項１に記載の燃料電池システムにおいて、
前記第１の反応ガスは、酸素を含み、
前記第２の反応ガスは、水素を含み、
前記ガス除去部材は、酸素を吸着可能な酸素吸着部材と、水素を燃焼させるための酸化触媒と、を有し、
前記酸素吸着部材は、前記回転軸の表面において前記第２のタービン側の表面と、前記収容ケースのうち前記回転軸に対応する部分である回転軸対応部の内側表面において前記第２のタービン側の表面と、のうち少なくとも一方に配置され、
前記酸化触媒は、前記回転軸の表面において前記第１のタービン側の表面と、前記回転軸対応部の内側表面において前記第１のタービン側の表面と、のうち少なくとも一方に配置されている、燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池システムにおける反応ガスの供給技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体高分子電解質型の燃料電池では、水素ガス等のアノード側反応ガスと空気等のカソード側反応ガスとが所定の圧力で供給される。これら反応ガスの供給技術として、一方の反応ガスの圧力エネルギーを利用して駆動するコンプレッサーを用いて、他方の反応ガスを圧縮して供給する技術が提案されている（特許文献１，２）一般に、コンプレッサーは、両極の反応ガスの流路にそれぞれタービンを配置し、これら２つのタービンを回転軸を介して接続する構成を有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−３１２４４号公報
【特許文献２】特開２００７−２００７３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記コンプレッサーでは、収容ケース（ハウジング）内において、一方のタービンの収容部分から反応ガスが漏れ出て、軸や他方のタービンの収容部分において滞留するおそれがあった。各収容部分の間にシール部材を設ける構成とした場合においても、シール部の経年劣化等により反応ガスが漏れ出て滞留するおそれがあった。
【０００５】
本発明は、両極の反応ガス流路に配置されたタービンを軸により接続したコンプレッサーを備える燃料電池システムにおいて、コンプレッサーの収容ケース内のうちタービンの収容部分から漏洩した反応ガスの滞留を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
【０００７】
［適用例１］燃料電池システムであって、第１の反応ガスと第２の反応ガスとを用いて発電する燃料電池と、前記第１の反応ガスを前記燃料電池に供給する第１のガス供給部と、前記第２の反応ガスを前記燃料電池に供給する第２のガス供給部と、前記第１の反応ガスの流路に配置された第１のタービンと、前記第２の反応ガスの流路に配置された第２のタービンと、前記第１のタービンと前記第２のタービンとを接続する回転軸と、前記第１のタービンと前記第２のタービンと前記回転軸とを収容する収容ケースと、前記収容ケースの内側に配置され、前記第１の反応ガスと前記第２の反応ガスとのうち少なくとも一方を除去するガス除去部材と、を有するコンプレッサーと、を備える、燃料電池システム。
【０００８】
適用例１の燃料電池システムでは、収容ケースの内側にガス除去部材が配置されているので、収容ケースにおいて、第１のタービンの収容部分から第１の反応ガスが漏洩した場合に漏洩した第１の反応ガスを除去できる、又は、第２のタービンの収容部分から第２の反応ガスが漏洩した場合に漏洩した第２の反応ガスを除去できる。したがって、収容ケース内における、第１のタービン又は第２のタービンの収容部分から漏洩した反応ガスの滞留を抑制できる。
【０００９】
［適用例２］適用例１に記載の燃料電池システムにおいて、前記第１の反応ガスは、酸素を含み、前記ガス除去部材は、酸素を吸着可能な部材であり、前記回転軸の表面と、前記収容ケースのうち前記回転軸に対応する部分である回転軸対応部の内側表面と、のうち少なくとも一方に配置されている、燃料電池システム。
【００１０】
このような構成により、収容ケースにおいて第１のタービンを収容する部分から回転軸対応部に第１の反応ガスが漏れ出た場合において、漏れ出た第１の反応ガスに含まれる酸素を回転軸対応部において除去することができる。
【００１１】
［適用例３］適用例２に記載の燃料電池システムにおいて、前記ガス除去部材は、前記回転軸の表面において前記第１のタービン側の表面と、前記回転軸対応部の内側表面において前記第１のタービン側の表面と、のうち少なくとも一方に配置されている、燃料電池システム。
【００１２】
このような構成により、ガス除去部材の使用量を抑えて、燃料電池システムの製造コストを抑えることができる。
【００１３】
［適用例４］適用例１に記載の燃料電池システムにおいて、前記第２の反応ガスは、水素を含み、前記ガス除去部材は、水素を燃焼させるための酸化触媒であり、前記ガス除去部材は、前記第１のタービン表面と、前記回転軸の表面と、前記収容ケースのうち前記第１のタービンに対応する部分の内側表面と、前記収容ケースのうち前記回転軸に対応する部分である回転軸対応部の内側表面と、のうち少なくとも１つに配置されている、燃料電池システム。
【００１４】
このような構成により、収容ケースにおいて第２のタービンを収容する部分から回転軸対応部に第２の反応ガスが漏れ出た場合において、漏れ出た第２の反応ガスに含まれる水素を回転軸対応部において除去することができる。
【００１５】
［適用例５］適用例４に記載の燃料電池システムにおいて、前記ガス除去部材は、前記回転軸の表面において前記第１のタービン側の表面と、前記回転軸対応部の内側表面において前記第１のタービン側の表面と、のうち少なくとも一方に配置されている、燃料電池システム。
【００１６】
このような構成により、ガス除去部材の使用量を抑えて、燃料電池システムの製造コストを抑えることができる。
【００１７】
［適用例６］適用例１に記載の燃料電池システムにおいて、前記第１の反応ガスは、酸素を含み、前記第２の反応ガスは、水素を含み、前記ガス除去部材は、酸素を吸着可能な酸素吸着部材と、水素を燃焼させるための酸化触媒と、を有し、前記酸素吸着部材は、前記回転軸の表面において前記第２のタービン側の表面と、前記収容ケースのうち前記回転軸に対応する部分である回転軸対応部の内側表面において前記第２のタービン側の表面と、のうち少なくとも一方に配置され、前記酸化触媒は、前記回転軸の表面において前記第１のタービン側の表面と、前記回転軸対応部の内側表面において前記第１のタービン側の表面と、のうち少なくとも一方に配置されている、燃料電池システム。
【００１８】
このような構成により、回転軸対応部に第１の反応ガス及び第２の反応ガスが漏れ出た場合において、漏れ出た第１の反応ガスに含まれる酸素を、酸素吸着部材において吸着される前に酸化触媒において用いることができ、漏れ出た第２の反応ガスに含まれる水素を燃焼により除去することができる。また、酸化触媒における燃焼に用いられなかった余剰酸素を、酸素吸着部材により除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施例としての燃料電池システムの構成を示す説明図である。
【図２】第１の実施例における酸素吸収剤２００の他の配置例を示す説明図である。
【図３】第２の実施例における燃料電池システムの構成を示す説明図である。
【図４】第２の実施例における酸化触媒３００の他の配置例を示す説明図である。
【図５】第３の実施例における燃料電池システムの構成を示す説明図である。
【図６】第３の実施例における酸素吸収剤２００及び酸化触媒３００の他の配置例を示す説明図である。
【図７】第４の実施例における燃料電池システムの構成を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
Ａ．第１の実施例：
図１は、本発明の一実施例としての燃料電池システムの構成を示す説明図である。燃料電池システム１００は、燃料電池７０と、エアコンプレッサー８２と、水素タンク８３と、コンプレッサー１０と、バルブ９９と、カソードガス供給流路９１と、第１のカソードガス排出流路９２と、第２のカソードガス排出流路９３と、アノードガス供給流路９５と、第１のアノードガス排出流路９６と、第２のアノードガス排出流路９７と、アノードガス循環流路９８とを備えている。
【００２１】
燃料電池７０は、固体高分子電解質型の燃料電池であり、膜電極接合体（Membrane Electrode Assembly：ＭＥＡ）を有する単セルが複数積層されて構成されている。燃料電池７０には、カソード側反応ガスとして空気が、アノード側反応ガスとして水素ガスが、それぞれ供給される。エアコンプレッサー８２は、モーター駆動によるいわゆる遠心式のエアコンプレッサーであり、大気から空気を取り入れて圧縮して燃料電池７０に供給する。水素タンク８３は、高圧水素ガスを貯蔵しており、水素ガスを燃料電池７０に供給する。なお、アノードガス供給流路９５には、図示しないレギュレーターが配置され、水素ガスが所定の圧力で燃料電池７０に供給される。
【００２２】
コンプレッサー１０は、収容ケース５０と、２つのシール部６２，６３と、第１のタービン２０と、第２のタービン３０と、タービン軸４０とを備えている。収容ケース５０は、タービン軸収容部５１と、第１タービン収容部５２と、第２タービン収容部５３とからなる。
【００２３】
タービン軸収容部５１は、内部空間にタービン軸４０を収容する。ここで、タービン軸収容部５１の内側表面のうち、第１のタービン２０側の表面には、酸素吸収剤２００が配置されている。酸素吸収剤２００は、第１タービン収容部５２から漏れ出た空気に含まれる酸素を吸着する。酸素吸収剤２００としては、例えば、活性炭や、ゼオライトや、カーボンモレキュラーシーブなどを用いることができる。酸素吸収剤２００の配置方法としては、例えば、予めタービン軸収容部５１の製造時において内側表面に接着剤を塗布し、粒状活性炭を散布する方法を採用することができる。
【００２４】
第１タービン収容部５２は、内部空間に第１のタービン２０を収容する。第１タービン収容部５２は、第１のカソードガス排出流路９２及び第２のカソードガス排出流路９３と、それぞれ連通している。第２タービン収容部５３は、内部空間に第２のタービン３０を収容する。第２タービン収容部５３は、第１のアノードガス排出流路９６及び第２のアノードガス排出流路９７と、それぞれ連通している。
【００２５】
シール部６２は、第１タービン収容部５２とタービン軸収容部５１との接続部分に配置され、これら収容部５２，５３の間の気密性を確保する。同様に、シール部６３は、第２タービン収容部５３とタービン軸収容部５１との接続部分に配置され、これら収容部５３，５１間の気密性を確保する。これらシール部６２，６３としては、例えば、シリコンゴムやブチルゴム等の樹脂材料を用いることができる。
【００２６】
第１のタービン２０は、第１のカソードガス排出流路９２を介して燃料電池７０から排出されるカソード側オフガス（余剰空気）を受けて回転する。ここで、カソード側オフガスの圧力はアノード側オフガスの圧力よりも高くなるように構成されている。この構成は、例えば、エアコンプレッサー８２のインペラの回転速度を調整して空気の圧力を高めることによって実現できる。また、例えば、アノードガス供給流路９５に設けられたレギュレーター（図示省略）を調整して水素ガスの圧力を低くすることによって実現できる。第２のタービン３０は、第１のアノードガス排出流路９６を介して排出されるアノード側オフガス（余剰水素ガス）を加圧（圧縮）する。第２のタービン３０は、タービン軸４０を介して伝達される第１のタービン２０の回転力によって回転する。タービン軸４０は、一端において第１のタービン２０と接続し、他端において第２のタービン３０と接続し、第１のタービン２０の回転力を第２のタービン３０に伝達する。なお、第１のタービン２０と第２のタービン３０とタービン軸４０とは、いずれもニッケルやコバルト等を含む合金や、合成樹脂等により形成することができる。バルブ９９は、第２のアノードガス排出流路９７に配置されており、燃料電池７０における燃焼反応により生じた不純物を排出する。
【００２７】
カソードガス供給流路９１は、エアコンプレッサー８２と燃料電池７０とを接続する。また、第１のカソードガス排出流路９２は燃料電池７０と第１タービン収容部５２とを、アノードガス供給流路９５は水素タンク８３と燃料電池７０とを、第１のアノードガス排出流路９６は燃料電池７０と第２タービン収容部５３とを、それぞれ接続する。第２のカソードガス排出流路９３は、第１タービン収容部５２と接続されている。第２のアノードガス排出流路９７は、第２タービン収容部５３と接続されている。アノードガス循環流路９８は、第２のアノードガス排出流路９７とアノードガス供給流路９５とを連通する。
【００２８】
前述のエアコンプレッサー８２は、請求項における第１のガス供給部に相当する。また、水素タンク８３は請求項における第２のガス供給部に、空気は請求項における第１の反応ガスに、水素ガスは請求項における第２の反応ガスに、それぞれ相当する。
【００２９】
両極の反応ガスの流れについて説明する。エアコンプレッサー８２により圧縮された空気は、カソードガス供給流路９１を介して燃料電池７０に供給され、電気化学反応に用いられる。燃料電池７０において電気化学反応に用いられなかった余剰空気は、第１のカソードガス排出流路９２に排出されて第１タービン収容部５２に流入する。第１タービン収容部５２に流入する空気は、第１のタービン２０を回転させた後、第２のカソードガス排出流路９３を介して大気へと排出される。
【００３０】
一方、水素タンク８３からレギュレータ（図示省略）を介して排出された水素ガスは、アノードガス供給流路９５を介して燃料電池７０に供給され、電気化学反応に用いられる。燃料電池７０において電気化学反応に用いられなかった余剰水素ガスは、第１のアノードガス排出流路９６に排出されて第２タービン収容部５３に流入する。第２タービン収容部５３に流入する余剰水素ガスは、第２のタービン３０によって圧縮されて第２のアノードガス排出流路９７に排出される。第２のアノードガス排出流路９７に排出された余剰水素ガスは、バルブ９９の開度に応じてアノードガス循環流路９８または大気へと流出する。アノードガス循環流路９８に流入した水素ガスは、アノードガス供給流路９５へと戻され、燃料電池７０において再利用される。なお、アノードガス循環流路９８に気液分離器を配置して、還流する水素ガスに含まれる水分を除去することもできる。
【００３１】
図２は、第１の実施例における酸素吸収剤２００の他の配置例を示す説明図である。配置例１において、酸素吸収剤２００は、タービン軸収容部５１の内側表面の全面に亘って配置されている。このようにすることで、多量の酸素を吸着することができる。配置例２において、酸素吸収剤２００は、タービン軸４０の表面において第１のタービン２０側の表面に配置されている。このようにしても、タービン軸収容部５１内に漏れ出した空気に含まれる酸素を吸着することができる。また、第１のタービン２０側の表面のみに配置するので、酸素吸収剤２００の使用量を抑えることができる。
【００３２】
配置例３において、酸素吸収剤２００は、タービン軸４０の表面において第２タービン収容部５３に露出している部分を除く他の部分に配置されている。このようにすることで、多量の酸素を吸着することができる。なお、タービン軸４０の表面において、第２タービン収容部５３に露出している部分に酸素吸収剤２００が配置されていないのは、かかる部分に活性炭などを配置した場合、第２タービン収容部５３に流入する水素ガスを吸着してしまうからである。
【００３３】
配置例４において、酸素吸収剤２００は、タービン軸収容部５１の内側表面において第１のタービン２０側の表面と、タービン軸４０の表面において第１のタービン２０側の表面とに配置されている。このようにすることで、多量の酸素を吸着することができる。なお、上述した配置例１〜４に限らず、これら配置例１〜４を組み合わせることもできる。
【００３４】
以上説明したように、第１の実施例の燃料電池システム１００では、タービン軸収容部５１の内側表面及びタービン軸４０の表面の少なくとも一部に酸素吸収剤２００が配置されている。したがって、経年劣化等によりシール部６２のシールが破れ、空気（酸素）が第１タービン収容部５２からタービン軸収容部５１に漏れ出た場合でも、漏れ出た酸素をタービン軸収容部５１の内部において除去することができる。それゆえ、タービン軸収容部５１内部における漏れ出た空気に含まれる酸素の滞留を抑制できる。
【００３５】
また、タービン軸収容部５１の内側表面或いはタービン軸４０の表面のうち、第１のタービン２０側にのみ酸素吸収剤２００を配置することにより、塗布量を抑えつつ、第１タービン収容部５２から漏れ出る空気に含まれる酸素を吸着することができる。したがって、コンプレッサー１０の製造コストを抑制できる。
【００３６】
Ｂ．第２の実施例：
図３は、第２の実施例における燃料電池システムの構成を示す説明図である。第２の実施例の燃料電池システム１００ａは、酸素吸着剤に代えて酸化触媒が配置されている点と、酸化触媒の配置場所と、において燃料電池システム１００（図１）と異なり、他の構成は第１の実施例と同じである。
【００３７】
燃料電池システム１００ａでは、第１のタービン２０の表面に酸化触媒３００が配置されている。酸化触媒３００は、水素ガスの燃焼（酸化）を促すことにより、水素ガスを除去することができる。酸化触媒３００としては、例えば、金や白金等の貴金属を採用することができる。酸化触媒３００の配置方法としては、例えば、第１のタービン２０を合金で形成する構成では、白金を電気メッキして第１のタービン２０表面に白金層を形成する方法を採用することができる。また、例えば、第１のタービン２０を合成樹脂等の非金属で形成する構成では、蒸着やスパッタに代表されるＰＶＤと呼ばれる方法を採用することができる。
【００３８】
図４は、第２の実施例における酸化触媒３００の他の配置例を示す説明図である。配置例１において、酸化触媒３００は、タービン軸４０の表面において第１のタービン２０側の表面に配置されている。このようにしても、第２タービン収容部５３からタービン軸収容部５１に漏洩した水素ガスを、タービン軸収容部５１内部において燃焼させて除去することができる。なお、酸化触媒３００を第１タービン収容部５２の近くに配置することにより、シール部６２からわずかに漏れ出た空気に含まれる酸素を酸化触媒３００における燃焼反応に利用できる。配置例２において、酸化触媒３００は、タービン軸収容部５１の内側表面において第１のタービン２０側の表面に配置されている。この例でも、配置例１と同様な効果を奏する。
【００３９】
配置例３において、酸化触媒３００は、第１タービン収容部５２の内側表面に配置されている。このようにしても前述の図３の例と同様な効果を奏する。配置例４において、酸化触媒３００は、第１のタービン２０の表面と、第１タービン収容部５２の内側表面と、タービン軸４０の表面において第１のタービン２０側の表面と、タービン軸収容部５１の内側表面において第１のタービン２０側の表面とに配置されている。このような構成により、多量の水素ガスを除去することができる。なお、上述した配置例１〜４に限らず、これら配置例１〜４を組み合わせることもできる。
【００４０】
以上説明したように、第２の実施例の燃料電池システム１００ａでは、第１のタービン２０の表面と、第１タービン収容部５２の内側表面と、タービン軸４０の表面において第１のタービン２０側の表面と、タービン軸収容部５１の内側表面において第１のタービン２０側の表面とのうち、少なくとも１箇所に酸化触媒３００が配置されている。従って、仮に、シール部６２，６３のシールが破れ、水素ガスが第２タービン収容部５３から、空気（酸素）が第１タービン収容部５２から、それぞれタービン軸収容部５１に漏れ出た場合でも、漏れ出た水素ガス及び空気（酸素）の滞留を抑制できる。
【００４１】
Ｃ．第３の実施例：
図５は、第３の実施例における燃料電池システムの構成を示す説明図である。第３の実施例の燃料電池システム１００ｂは、酸素吸着剤と酸化触媒とがいずれも配置されている点において、燃料電池システム１００（図１）と異なり、他の構成は第１の実施例と同じである。
【００４２】
燃料電池システム１００ｂでは、タービン軸４０の表面において、第１のタービン２０側に酸化触媒３００が配置され、第２のタービン３０側に酸素吸収剤２００が配置されている。このような構成により、第１タービン収容部５２からタービン軸収容部５１に空気が漏れ出た場合に、タービン軸収容部５１内部において空気に含まれる酸素を除去することができる。また、第２タービン収容部５３からタービン軸収容部５１に水素ガスが漏れ出た場合に、タービン軸収容部５１内部において水素ガスを除去することができる。
【００４３】
酸化触媒３００の配置位置をタービン軸４０の表面において第１のタービン２０側とし、酸素吸収剤２００の配置位置をタービン軸４０の表面において第２のタービン３０側としているのは以下の理由による。漏洩した水素ガスを酸化触媒３００において燃焼させるためには酸素が必要となる。したがって、酸化触媒３００の配置位置を、タービン軸４０の表面において第１のタービン２０側とすることにより、第１タービン収容部５２からタービン軸収容部５１に漏れ出た酸素を、触媒燃焼に利用することができるからである。仮に、図５の例とは逆に、タービン軸４０の表面において、第１のタービン２０側に酸素吸収剤２００を、第２のタービン３０側に酸化触媒３００を、それぞれ配置した場合、第１タービン収容部５２からタービン軸収容部５１に漏れ出た空気に含まれる酸素は、酸素吸収剤２００に吸着されてしまい、酸化触媒３００に至らなくなる。それゆえ、酸化触媒３００において燃焼を起こすことができず、第２タービン収容部５３からタービン軸収容部５１に漏れ出た水素ガスを除去することができない。なお、酸素吸収剤２００をタービン軸４０の表面において第２タービン収容部５３側に配置することにより、第２タービン収容部５３からの水素ガスの漏洩の有無に関わらず、第１タービン収容部５２から漏洩した空気に含まれる酸素を除去できる。具体的には、水素ガスの漏洩がない場合には、漏洩した酸素を酸素吸収剤２００において吸着でき、また、水素ガスが漏洩した場合には、酸化触媒３００における燃焼に用いられなかった余剰酸素を酸素吸収剤２００において吸着できる。
【００４４】
図６は、第３の実施例における酸素吸収剤２００及び酸化触媒３００の他の配置例を示す説明図である。配置例１では、タービン軸４０の表面において、酸化触媒３００は第１のタービン２０側に、酸素吸収剤２００は第２のタービン３０側に、それぞれ配置されている。このようにしても、図５の例と同様な効果を得ることができる。配置例２では、タービン軸４０の表面及びタービン軸収容部５１の内側表面において、酸化触媒３００は第１のタービン２０側に、酸素吸収剤２００は第２のタービン３０側に、それぞれ配置されている。このようにすることで、多量の酸素及び水素ガスを除去することができる。
【００４５】
配置例３において、酸素吸収剤２００は、配置例１と同じ場所に配置され、酸化触媒３００は、配置例１と同じ場所に加えて、第１タービン収容部５２の内側表面にも配置されている。このようにすることで、多量の水素ガスを除去することができる。配置例４において、酸素吸収剤２００は、配置例２と同じ位置に配置され、酸化触媒３００は、配置例２と同じ場所に加えて、第１のタービン２０の表面及び第１タービン収容部５２の内側表面にも配置されている。このようにすることで、多量の水素ガスを除去することができる。
【００４６】
以上の構成を有する第３の実施例の燃料電池システム１００ｂは、第１の実施例の燃料電池システム１００及び第２の実施例の燃料電池システム１００ａと同じ効果を有する。また、タービン軸４０の表面又はタービン軸収容部５１の内側表面において、第１のタービン２０側に酸化触媒３００を配置し、第２のタービン３０側に酸素吸収剤２００を配置しているので、タービン軸収容部５１に漏れ出た酸素を、酸素吸収剤２００において吸着される前に酸化触媒３００において用いることができ、第２タービン収容部５３から漏れ出た水素ガスを除去することができる。
【００４７】
Ｄ．第４の実施例：
図７は、第４の実施例における燃料電池システムの構成を示す説明図である。第４の実施例の燃料電池システム１００ｃは、以下の５点において燃料電池システム１００（図１）と異なり、他の構成は第１の実施例と同じである。すなわち、エアコンプレッサー８２がない点と、コンプレッサー１０の配置位置が燃料電池７０の上流側である点と、第２のカソードガス供給路９０及び第２のアノードガス供給路９４を備えている点と、第２のタービン３０の駆動力をタービン軸４０に伝達して第１のタービン２０を回転させる点と、アノードガス循環流路９８にポンプ１０１を備えている点とが異なる。第４の実施例において、コンプレッサー１０は、第１の実施例とは異なり、水素タンク８３から供給される水素ガスの圧力エネルギーによって駆動され、燃料電池７０に供給する空気を圧縮する。
【００４８】
なお、本実施例では、水素ガスは、請求項における第１の反応ガスに相当する。また、空気は請求項における第２の反応ガスに、水素タンク８３は請求項における第１のガス供給部に、第１のカソードガス供給流路９１は請求項における第２のガス供給部に、それぞれ相当する。
【００４９】
第２のカソードガス供給路９０は、第１タービン収容部５２と燃料電池７０とを接続する。なお、便宜上、前述のカソードガス供給流路９１を第１のカソードガス供給流路と呼ぶ。第１タービン収容部５２は、第１のカソードガス供給流路９１と接続されており、大気から空気を取り込む。第１のタービン２０は、取り込まれた空気を圧縮して第２のカソードガス供給路９０を介して燃料電池７０に供給する。
【００５０】
第２のアノードガス供給路９４は、第２タービン収容部５３と燃料電池７０とを接続する。なお、便宜上、前述のアノードガス供給流路９５を第１のアノードガス供給流路９５と呼ぶ。第２タービン収容部５３は、第１のアノードガス供給流路９５と接続されており、第１のアノードガス供給流路９５を介して水素タンク８３から水素ガスが供給される。第２のタービン３０は、水素タンク８３から供給される水素ガスの圧力により駆動し、タービン軸４０を介して第１のタービン２０に駆動力を供給する。ポンプ１０１は、アノードガス循環流路９８に配置されており、第１のアノードガス排出流路９６から排出された水素ガスの一部を、第２のアノードガス供給路９４に還流させる。
【００５１】
以上の構成を有する第４の実施例の燃料電池システム１００ｃは、第１の実施例の燃料電池システム１００と同様な効果を有する。なお、第４の実施例の燃料電池システム１００ｃにおいて、酸素吸収剤２００の配置例は図７の例に限定するものではなく、第１の実施例の配置例（図２）と同様とすることもできる。また、第２，３の実施例のように、第４の実施例の燃料電池システム１００ｃにおいて、酸化触媒３００を配置することもできる。
【００５２】
Ｅ．変形例：
なお、上記各実施例における構成要素の中の、独立クレームでクレームされた要素以外の要素は、付加的な要素であり、適宜省略可能である。また、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
【００５３】
Ｅ１．変形例１：
上述した第２，３の実施例では、タービン軸４０の表面又はタービン軸収容部５１の内側表面に酸化触媒３００が配置される場合、第１のタービン２０側に配置されていたが、これに代えて又はこれに加えて、第２のタービン３０側に配置することもできる。また、第１，３，４の実施例では、酸素吸収剤２００は、タービン軸４０の表面又はタービン軸収容部５１の内側表面に配置されていたが、これに代えて又はこれに加えて、第２のタービン３０の表面や第２タービン収容部５３内側表面に配置することもできる。なお、この場合、酸素吸収剤２００として、酸素を選択的に吸着する部材を用いることが好ましい。
【００５４】
また、各実施例において、酸素吸収剤２００又は酸化触媒３００の配置場所は、タービン軸収容部５１の内側表面、タービン軸４０の表面、第１タービン収容部５２の内側表面及び第１のタービン２０の表面であったが、本発明はこれらに限定されるものではない。例えば、酸素吸収剤２００又は酸化触媒３００を、タービン軸収容部５１の内側表面とタービン軸４０の表面との間の空間に配置することもできる。具体的には、例えば、粒状活性炭等を、タービン軸収容部５１の内側表面とタービン軸４０の表面との間の空間に充填することもできる。すなわち、一般には、収容ケース５０の内部のいずれかの場所に、酸素吸収剤２００又は酸化触媒３００を配置する任意の構成を、本発明の燃料電池システムに採用することができる。
【００５５】
Ｅ２．変形例２：
上述した第１の実施例では、コンプレッサー１０は、アノード側オフガスによって第２のタービン３０を駆動し、この駆動力を利用して第１のタービン２０を回転させていたが、これとは逆に、カソード側オフガスによって第１のタービン２０を駆動し、この駆動力を利用して第２のタービン３０を回転させることもできる。
【００５６】
Ｅ３．変形例３：
上述した各実施例では、燃料電池７０は、固体高分子型の燃料電池であったが、これに代えて、リン酸形燃料電池など他の形式の燃料電池を採用することもできる。また、各実施例では、水素ガスは、水素タンク８３から供給されていたが、これに代えて、改質器を用いて、メタノールなどの液体燃料から水素を取り出して供給することもできる。
【符号の説明】
【００５７】
１０…コンプレッサー、２０…第１のタービン、３０…第２のタービン、４０…タービン軸、５０…収容ケース、５１…タービン軸収容部、５２…第１タービン収容部、５３…第２タービン収容部、６２，６３…シール部、７０…燃料電池、８２…エアコンプレッサー、８３…水素タンク、９０…第２のカソードガス供給路、９１…第１のカソードガス供給流路（カソードガス供給流路）、９２…第１のカソードガス排出流路、９３…第２のカソードガス排出流路、９４…第２のアノードガス供給路、９５…第１のアノードガス供給流路（アノードガス供給流路）、９６…第１のアノードガス排出流路、９７…第２のアノードガス排出流路、９８…アノードガス循環流路、９９…バルブ、１００，１００ａ〜１００ｃ…燃料電池システム、１０１…ポンプ、２００…酸素吸収剤、３００…酸化触媒
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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