(57)【要約】【課題】  システム構成の簡素化を図ることのできる発電装置及び発電システムの提供。【解決手段】  燃料電池１０の両側には第一の改質反応器１２及び第二の改質反応器１４が設けられており、第一の改質反応器１２のガス流路の一端が燃料電池１０の燃料流路の一端にのみ連通され、第二の改質反応器１４のガス流路の一端が燃料電池１０の燃料流路の他端にのみ連通されている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質膜と、前記電解質膜を挟むように配置された水素極及び酸素極と、前記水素極に燃料ガスを供給するための燃料流路と、前記酸素極に酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス流路と、を備えた燃料電池と、
触媒を備え、改質用原料が供給されたときには加熱された前記触媒上で前記改質用原料を改質反応させ、燃焼用燃料が供給されたときには前記燃焼用燃料を燃焼反応させて前記触媒を加熱する、一対の改質反応器と、
を備えた発電装置であって、
前記一対の改質反応器のうち、一方の改質反応器のガス流路の一端が前記燃料流路の一端にのみ連通され、他の一方の改質反応器のガス流路の一端が前記燃料流路の他端にのみ連通された発電装置。
【請求項２】
前記燃料流路と前記酸化剤ガス流路とが略直交するようにした、請求項１に記載の発電装置。
【請求項３】
前記燃焼用燃料は、前記水素極から排出されるアノードオフガスである、請求項１又は２に記載の発電装置。
【請求項４】
前記電解質膜は、水素透過性金属層の少なくとも片面に電解質層が積層されたものである請求項１乃至３のいずれか１項に記載の発電装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の発電装置と、
改質用原料が、前記発電装置に備えられた一対の改質反応器のうちのいずれか一方に供給されるように前記改質用原料の流路を切り替える切替手段と、
を有する発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、触媒を用いた改質反応と触媒を加熱再生する再生反応とを切替えて行なう改質反応器を備えた発電装置及びそれを用いた発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
触媒を用いて、吸熱反応である燃料の水蒸気改質反応と、水蒸気改質反応で低下した触媒温度を再生する再生反応とを切り替えて繰り返し行なう、複数の改質反応器を備えた改質反応装置を有する発電システムが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。また、上記以外に関連する技術として開示されているものがある（例えば、特許文献２乃至４参照。）。
【０００３】
特許文献１に記載の改質反応装置では、図５に示すように改質反応器６０及び改質反応器６２が並列に配置される。改質反応器６０の一端、および改質反応器６２の一端には、改質用原料を供給する配管１０２がバルブＶ１及びバルブＶ３を介して接続されている。改質反応器６０及び改質反応器６２の他の一端には、改質反応器内で改質生成された水素リッチな燃料ガスを取り出し可能なようにバルブＶ５及びバルブＶ７を介して配管１０４が接続されている。
【０００４】
また、改質反応器６０及び改質反応器６２の配管１０４が接続されている側には、燃焼用燃料と酸化剤ガスとの混合ガスを供給する配管１０６がバルブＶ６及びバルブＶ８を介して接続されている。改質反応器６０及び改質反応器６２の配管１０２が接続されている側には、燃焼反応により生じたオフガスを排出可能なように配管１０８がバルブＶ２及びバルブＶ４を介して接続されている。
【０００５】
バルブＶ１、バルブＶ４、バルブＶ５及びバルブＶ８を開け、バルブＶ２、バルブＶ３、バルブＶ６及びバルブＶ７を閉じることにより、配管１０２を通じて改質反応器６０に改質用原料が供給されて改質反応が起こり、配管１０６を通じて改質反応器６２に燃焼用燃料と酸化剤ガスとの混合ガスが供給されて燃焼反応が起こる。
【０００６】
一方、バルブＶ２、バルブＶ３、バルブＶ６及びバルブＶ７を開け、バルブＶ１、バルブＶ４、バルブＶ５及びバルブＶ８を閉じることにより、配管１０２を通じて改質反応器６２に改質用原料が供給されて改質反応が起こり、配管１０６を通じて改質反応器６０に燃焼用燃料と酸化剤ガスとの混合ガスが供給されて燃焼反応が起こる。
【特許文献１】米国特許２００４−１７５３２６号明細書
【特許文献２】米国特許２００３−２３５５２９号明細書
【特許文献３】米国特許２００４−１７０５５８号明細書
【特許文献４】米国特許２００４−１７０５５９号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に記載の改質反応装置においては、各改質反応器が配管１０２から改質用原料を供給されて配管１０４から燃料ガスを排出し、配管１０６から燃焼用燃料と酸化剤ガスとの混合ガスが供給されて配管１０８からオフガスを排出することができるように、複数のバルブが用いられている。そのため、配管やバルブ等の構成部品点数が多くなり、発電システムの構造が複雑になる問題があった。
【０００８】
本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、システム構成の簡素化を図ることのできる発電装置及びそれを用いた発電システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するための本発明の発電装置は、電解質膜と、前記電解質膜を挟むように配置された水素極及び酸素極と、前記水素極に燃料ガスを供給するための燃料流路と、前記酸素極に酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス流路と、を備えた燃料電池と、触媒を備え、改質用原料が供給されたときには加熱された前記触媒上で前記改質用原料を改質反応させ、燃焼用燃料が供給されたときには前記燃焼用燃料を燃焼反応させて前記触媒を加熱する、一対の改質反応器と、を備えた発電装置であって、前記一対の改質反応器のうち、一方の改質反応器のガス流路の一端が前記燃料流路の一端にのみ連通され、他の一方の改質反応器のガス流路の一端が前記燃料流路の他端にのみ連通されたものである。
【００１０】
前記一対の改質反応器は、改質反応と燃焼反応とを交互に切り替えて行う。つまり、一方の改質反応器で改質反応により水素リッチな燃料ガスを生成してこれを燃料電池に供給するとともに、他の一方の改質反応器では、燃焼反応により改質反応を起こすために必要な熱を蓄熱する。改質反応と燃焼反応とを交互に切り替えて繰り返すことにより、燃料電池に燃料ガスが供給される。
【００１１】
この構成によれば、改質用原料の供給先を切り替えるだけで改質反応させる改質反応器と燃焼反応させる改質反応器とを切り替えることができる。そのため、改質反応させる改質反応器と燃焼反応させる改質反応器との切り替えのために配管やバルブを配設することを抑制できるので、配管数やバルブ数を減らすことができる。
【００１２】
本発明では、改質用原料として改質用燃料と水蒸気との混合ガスが用いられる。改質用燃料としては、水蒸気改質などの改質反応により水素および一酸化炭素の合成ガスを得るための燃料として一般に用いられる炭化水素燃料（例えばメタンガス、ガソリンなど）の中から適宜選択して用いることができる。
【００１３】
本発明の発電装置においては、前記燃料流路と前記酸化剤ガス流路とが略直交することが好ましい。本発明の発電装置においては、前記改質反応器の一方で燃料ガスが改質生成される場合と、前記改質反応器の他の一方で改質生成される場合とで、前記燃料流路を通過する燃料ガスの流れの方向が変わる。したがって、燃料流路に対して酸化剤ガス流路を平行に配設すると上記した燃料ガスの流れ方向が変わることに起因して燃料電池のセル面における温度分布にばらつきが発生して燃料電池の発電性能が低下してしまう。しかし、燃料流路と酸化剤ガス流路とを略直交するように配設することにより、燃料ガスの流れ方向が変わることに起因する温度分布のばらつきの発生を抑制できる。なお、本発明において酸化剤ガス流路及び燃料流路はセル面内（電解質膜表面）に形成された流路のことをいい、酸化剤ガス流路及び燃料流路のマニホールドは含まない。
【００１４】
本発明の発電装置においては、前記燃焼用燃料として、前記水素極から排出されるアノードオフガスを用いることが好ましい。前記アノードオフガスには未反応の水素が含有されているため、該水素を燃焼用燃料として用いることにより発電装置の燃費を向上させることができる。
【００１５】
本発明の発電装置に用いられる燃料電池は特に限定されるものではないが、改質反応器から供給される燃料ガスの温度近傍（３００〜６００℃）で作動する燃料電池が好ましく、水素透過性金属層の少なくとも片面に電解質層が積層された電解質膜を備えた燃料電池を用いて構成することが効果的である。具体的には、特開２００４−１４６３３７号公報に記載の燃料電池が挙げられる。
【００１６】
本発明の発電システムは、本発明の発電装置と、改質用原料が前記発電装置に備えられた一対の改質反応器のうちのいずれか一方に供給されるように前記改質用原料の流路を切り替える切替手段と、を有するものである。
【００１７】
改質反応を起こす改質反応器に改質用原料が供給されるように、前記切替手段が改質用原料の流路を切り替える。これにより、燃料電池による発電が行われる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、簡素な構成の発電装置及びそれを用いた発電システムを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、図面を参照して、本発明の発電システムの実施形態について説明し、該説明を通じて本発明の発電装置についても詳述する。但し、本発明は下記実施形態により限定されるものではない。
【００２０】
図１は本発明の発電装置を有する本発明の発電システムの一実施形態を示す概略構成図である。本発明の発電システム１は、燃料電池１０を備える。燃料電池１０としては後述する水素分離膜型燃料電池（ＨＭＦＣ）が用いられている。燃料電池１０は、電解質膜と、前記電解質膜を挟むように配置された水素極及び酸素極と、前記水素極に燃料ガスを供給するための燃料流路と、前記酸素極に酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス流路と、を備える。また、燃料電池１０は冷却流路を備え、該冷却流路に空気又は水などの冷却媒体を供給することにより発電運転に好適な温度を保つことができるようになっている。本実施形態においては冷却媒体として空気を用いた。
【００２１】
燃料電池１０の両側には第一の改質反応器１２及び第二の改質反応器１４が設けられており、第一の改質反応器１２のガス流路の一端が燃料電池１０の燃料流路の一端にのみ連通され、第二の改質反応器１４のガス流路の一端が燃料電池１０の燃料流路の他端にのみ連通されている。燃料電池１０、第一の改質反応器１２及び第二の改質反応器１４により本発明の発電装置が構成される。
【００２２】
第一の改質反応器１２及び第二の改質反応器１４は、両端が閉塞された断面円形の筒状体と、前記筒状体の内壁面に担持された触媒（触媒担持部）とで構成されており、前記筒状体は反応を行なうための空間及びガス流路を形成すると共に、触媒担持体としての機能を担っている。
【００２３】
前記筒状体はセラミックスハニカムを用いて直径１０ｃｍの断面円形の筒型に成形し、筒の長さ方向の両端を閉塞した中空体である。断面形状やサイズは、目的等に応じて、円形以外の矩形、楕円形などの任意の形状、サイズを選択することができる。
【００２４】
前記触媒は、前記筒状体内壁の曲面のうち、筒状体の長さ方向両端から筒内方向に向かう筒の中央付近、すなわち長さ方向の両端からそれぞれ所定距離の領域を触媒を担持しない触媒非担持部として残し、触媒非担持部を除く全面に担持されている。前記触媒としては、Ｐｄ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ａｇ、Ｃｅ、Ｃｕ、Ｌａ、Ｍｏ、Ｍｇ、Ｓｎ、Ｔｉ、Ｙ、Ｚｎ等の金属を用いることができる。
【００２５】
改質用燃料供給装置１６には、配管１８の一端が接続されており、配管１８の他端は三方弁２０及び配管２２を介して第一の改質反応器１２と接続されている。配管１８の配管途中では、配管２４の一端が配管１８と連通されており、配管２４の他端は三方弁２６及び配管２８を介して第二の改質反応器１４と接続されている。これにより、改質用燃料供給装置１６から第一の改質反応器１２及び第二の改質反応器１４への改質燃料供給系が構成される。
【００２６】
三方弁２０には、配管３０の一端が接続され、配管３０の他端は第一の改質反応器１２又は第二の改質反応器１４から排出されるオフガスの排気口を構成する。また、配管３０の配管途中には、配管３４の一端が連通され、配管３４の他端は三方弁２６と接続されている。これにより、第一の改質反応器１２及び第二の改質反応器１４からのオフガス排出系が構成される。
【００２７】
燃料電池１０の酸化剤ガス流路の一端には、配管３６を介して酸化剤ガスである空気を燃料電池１０に供給する空気供給装置３８が連通されている。酸化剤ガス流路の他端には、配管４０の一端が連通される。配管４０の他端は、燃料電池１０における起電反応により生成した水蒸気を改質用燃料に混合できるように配管１８の配管途中であって配管２４の配管１８との連通部よりも改質用燃料の流れに対して上流側に連通されている。本発明においては、起電反応により生成した水蒸気を改質用燃料と混合するようにしたが、別途加湿器から水蒸気を供給するようにしてもよい。
【００２８】
第一の改質反応器１２における触媒担持部と触媒非担持部との境界には、三方弁４２を備えた配管４４の一端が連通されており、配管４４の他端はエア供給装置４６と接続している。また、第二の改質反応器１４における触媒担持部と触媒非担持部との境界には、配管４８の一端が連通され、配管４８の他端は三方弁４２と接続される。三方弁４２の切替により、エア供給装置４６から第一の改質反応器１２又は第二の改質反応器１４にエアを供給することができる。
【００２９】
燃料電池１０の冷却流路の入口には配管４３の一端が連通されており配管４３の他端にはコンプレッサ４１が接続されている。また、冷却流路の出口には配管４５の一端が連通され、配管４５の他端は配管３０と連通されている。コンプレッサ４１から供給される空気により、燃料電池１０を冷却することができる。燃料電池１０を冷却した空気は、配管４５及び配管３０を介して排出される。
【００３０】
次に、燃料電池１０の構造を図面を用いて説明する。図２は、燃料電池１０の斜視図を示す。燃料電池１０は図２に示すように、水素透過性金属を用いた緻密な水素透過層を有する電解質膜５１と、電解質膜５１を狭持する酸素極（Ｏ2極）５２および水素極（Ｈ2極）５３とで構成されており、第一の改質反応器１２又は第二の改質反応器１４で改質生成された燃料ガスが供給されると水素を選択的に透過させて発電運転が行なえるようになっている。
【００３１】
酸素極５２と電解質膜５１との間には、酸化剤ガスとして空気（Ａｉｒ）を通過、すなわち給排するための酸化剤ガス流路５９ａが形成されており、水素極５３と電解質膜５１との間には、燃料ガスを通過、すなわち給排するための燃料流路５９ｂが形成されている。燃料電池１０においては、酸化剤ガス流路５９ａと燃料流路５９ｂとは直交している。
【００３２】
さらに、酸素極５２には冷却流路５８が酸化剤ガス流路５９ａと直交するように設けられている。
【００３３】
酸素極５２および水素極５３は、カーボン（例えば、白金または白金と他の金属とからなる合金を担持したカーボン粉）や電解質溶液（例えば、Aldrich Chemical社製のNafion Solution）など種々の材料を用いて形成可能である。
【００３４】
電解質膜５１は、バナジウム（Ｖ）で形成された緻密な基材（水素透過性金属からなる緻密な水素透過層）５６を含む４層構造となっている。パラジウム（Ｐｄ）層（水素透過性材料からなる緻密な水素透過層）５５、５７は、基材５６を両側から挟むようにして設けられており、一方のＰｄ層５５の基材５６と接する側と逆側の面には、更にＢａＣｅＯ3（固体酸化物）からなる電解質層５４が薄層状に設けられている。
【００３５】
基材５６は、バナジウム（Ｖ）以外に、ニオブ、タンタル、およびこれらの少なくとも一種を含む合金を用いて好適に形成することができる。これらは、高い水素透過性を有すると共に、比較的安価である。
【００３６】
電解質層（ＢａＣｅＯ3層）５４は、ＢａＣｅＯ3以外にＳｒＣｅＯ3系のセラミックスプロトン伝導体などを用いて構成することができる。
【００３７】
水素透過性金属には、パラジウム以外に、例えば、バナジウム、ニオブ、タンタルおよびこれらの少なくとも一種を含む合金、並びにパラジウム合金などが挙げられる。これらを用いた緻密層を設けることで電解質層を保護できる。
【００３８】
水素透過性金属からなる緻密層（被膜）については、酸素極側では、一般に水素透過性が高く比較的安価である点で、例えば、バナジウム（バナジウム単体および、バナジウム−ニッケル等の合金を含む。）、ニオブ、タンタルおよびこれらの少なくとも一種を含む合金のいずれかを用いるのが好ましい。これらは水素極側での適用も可能であるが、水素脆化を回避する点で酸素極側が望ましい。また、水素極側では、水素透過性が比較的高く水素脆化しにくい点で、例えば、パラジウムまたはパラジウム合金を用いるのが好ましい。
【００３９】
図２に示すように、Ｐｄ層５５／基材５６／Ｐｄ層５７の３層からなるサンドウィッチ構造、すなわち異種金属（水素透過性材料からなる緻密層）からなる２層以上の積層構造を有してなる場合、異種金属の接触界面の少なくとも一部に該異種金属同士の拡散を抑制する金属拡散抑制層を設けるようにしてもよい（例えば図３及び図４参照）。金属拡散抑制層については、特開２００４−１４６３３７号公報の段落［００１５］〜［００１６］に記載されている。
【００４０】
上記のように、サンドウィッチ構造をパラジウム（Ｐｄ）／バナジウム（Ｖ）／Ｐｄとする以外に、Ｐｄ／タンタル（Ｔａ）／Ｖ／Ｔａ／Ｐｄ等の５層構造などとして設けることも可能である。ＶはＰｄよりプロトンまたは水素原子の透過速度が速く安価であるが、水素分子をプロトン等に解離する能力が低いため、水素分子をプロトン化する能力の高いＰｄ層をＶ層の片側または両側の面に設けることで、透過性能を向上させることができる。この場合に、金属層間に金属拡散抑制層を設けることで、異種金属同士の相互拡散を抑え、水素透過性能の低下、ひいては燃料電池の起電力の低下を抑制することができる。
【００４１】
また、電解質層５４は固体酸化物からなり、Ｐｄ層５５との界面の少なくとも一部には、電解質層中の酸素原子とＰｄとの反応を抑制する反応抑制層を設けるようにしてもよい（例えば図３の反応抑制層６５）。この反応抑制層については、特開２００４−１４６３３７号公報の段落［００２４］〜［００２５］に記載されている。
【００４２】
電解質膜５１は、緻密な水素透過性材料であるバナジウム基材と燃料電池のカソード側に成膜された無機質の電解質層とで構成されることにより、電解質層の薄層化が可能で、一般に高温型の固体酸化物型燃料電池（ＳＯＦＣ）の作動温度を３００〜６００℃の温度域に低温化することができる。
【００４３】
水素分離膜型燃料電池２は、燃料流路５９ｂに水素（Ｈ2）密度の高い燃料ガスが供給され、酸化剤ガス流路５９ａに酸素（Ｏ2）を含む空気が供給されると、下記式(1)〜(3)で表される電気化学反応（電池反応）を起こして外部に電力を供給する。なお、式(1) 、式(2)は各々アノード側、カソード側での反応を示し、式(3)は燃料電池での全反応である。
【００４４】
Ｈ2  →  ２Ｈ+＋２ｅ-  …(1)
(1/2)Ｏ2＋２Ｈ+＋２ｅ-  →  Ｈ2Ｏ  …(2)
Ｈ2＋(1/2)Ｏ2  →  Ｈ2Ｏ  …(3)
【００４５】
次に、発電システム１の動作について説明する。まず、第一の改質反応器１２で燃料ガスを改質生成し、第二の改質反応器１４で燃焼反応（再生反応）により触媒を加熱（再生）する場合について説明する。
【００４６】
改質用燃料供給装置１６から配管１８、三方弁２０及び配管２２を介して改質用燃料が第一の改質反応器１２に供給される。改質用燃料には、配管４０から供給される水蒸気が添加される。第一の改質反応器１２の加熱された触媒上で改質用燃料は水蒸気改質反応を起こし、燃料ガスが改質生成される。改質生成された燃料ガスは燃料電池１０に供給され、燃料電池１０に配管３６を介して空気供給装置３８から供給された空気中の酸素と燃料ガス中の水素とが起電反応を起こす。
【００４７】
アノードオフガスは、燃焼用燃料として第二の改質反応器１４に供給される。エア供給装置４６から配管４４、三方弁４２及び配管４８を介して第二の改質反応器１４に供給される空気中の酸素とアノードオフガス中の残水素とが燃焼反応を起こし、第二の改質反応器１４の触媒が加熱される。第二の改質反応器１４からのオフガスは、配管２８、三方弁２６、配管３４及び配管３０を介して排出される。
【００４８】
次に、第二の改質反応器１４で燃料ガスを改質生成し、第一の改質反応器１２で燃焼反応により触媒を加熱する場合について説明する。改質用燃料供給装置１６から配管１８、配管２４、三方弁２６及び配管２８を介して改質用燃料が第二の改質反応器１４に供給される。改質用燃料には、配管４０から供給される水蒸気が添加される。第二の改質反応器１４で改質生成された燃料ガスは燃料電池１０に供給され、空気供給装置３８から供給された空気中の酸素と燃料ガス中の水素とが起電反応を起こす。
【００４９】
アノードオフガスは、燃焼用燃料として第一の改質反応器１２に供給される。エア供給装置４６から配管４４を通じて第一の改質反応器１２に供給される空気中の酸素とアノードオフガス中の残水素とが燃焼反応を起こし、第一の改質反応器１２の触媒が加熱される。第一の改質反応器１２からのオフガスは、配管２２、三方弁２０及び配管３０を介して排出される。
【００５０】
本発明の発電システムにおいては、燃料電池として、水素透過性金属を用いた緻密な水素透過膜（水素透過性金属層）の少なくとも片面に電解質層が積層された電解質膜を備えた水素分離膜型燃料電池（プロトン伝導性の固体酸化物型、または固体高分子型のいずれであってもよい。）の中から目的等に応じて選択することができる。
【００５１】
例えば、(1) 水素透過性の金属と該金属の少なくとも片側に成膜された無機電解質層（特にプロトン伝導性のセラミックス）とを有する電解質膜と、電解質膜の一方の面に設けられた水素極および該水素極に発電用燃料を供給する燃料供給部と、電解質膜の他方の面に設けられた酸素極および該酸素極に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給部とで構成された水素分離膜型燃料電池、または(2) プロトン伝導性の電解質層と該電解質層を両側から挟む水素透過性金属とを有する電解質膜と、電解質膜の一方の面に設けられた水素極および該水素極に発電用燃料を供給する燃料供給部と、電解質膜の他方の面に設けられた酸素極および該酸素極に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給部とで構成された固体高分子型の水素分離膜型燃料電池、等を好適に用いることができる。
【００５２】
図３〜図４に本発明の発電システムを構成する水素分離膜型燃料電池の他の具体例を挙げる。なお、他の具体例についての詳細については特開２００４−１４６３３７号公報の記載を参照することができる。
【００５３】
図３は、バナジウム（Ｖ）で形成された緻密な基材６６を含む５層構造の電解質膜６１と、電解質膜６１を狭持する酸素極（Ｏ2極）６２および水素極（Ｈ2極）６３とで構成され、金属拡散抑制層および反応抑制層を備えた水素分離膜型燃料電池６０を示したものである。電解質膜６１は、基材６６の水素極（アノード）６３側の面に該面側から順に緻密体の金属拡散抑制層６７とパラジウム（Ｐｄ）層６８とを備え、基材６６の酸素極（カソード）６２側の面に該面側から順に緻密体の反応抑制層（例えばプロトン伝導体や混合伝導体、絶縁体の層）６５と、固体酸化物からなる薄層の電解質層（例えばペロブスカイトの１つである金属酸化物ＳｒＣｅＯ3層など）６４とを備えている。反応抑制層６５は、電解質層６４中の酸素原子と基材（Ｖ）６６との反応を抑制する機能を担うものである。なお、酸素極または水素極と電解質膜との間には上記同様に、各々酸化剤ガス流路５９ａ、燃料流路５９ｂが形成されている。金属拡散抑制層および反応抑制層の詳細については既述の通りである。
【００５４】
図４は、水素透過性金属を用いた緻密な水素透過層を有する電解質膜７１と、電解質膜７１を狭持する酸素極（Ｏ2極）７２および水素極（Ｈ2極）７３とで構成された固体高分子型の水素分離膜型燃料電池７０を示したものである。電解質膜７１は、例えば、ナフィオン（登録商標）膜などの固体高分子膜からなる電解質層７６の両側の面を、水素透過性の緻密な金属層で挟んだ多層構造となっており、電解質層７６の水素極（アノード）側の面にパラジウム（Ｐｄ）層（緻密層）７７を備え、電解質層７６の酸素極（カソード）側の面に該面側から順に、基材となるバナジウム−ニッケル合金（Ｖ−Ｎｉ）層（緻密層）７５とＰｄ層（緻密層）７４とを備えている。なお、酸素極または水素極と電解質膜７１との間には上記同様に、各々酸化剤ガス流路５９ａ、燃料流路５９ｂが形成されている。本燃料電池においてもまた、Ｖ−Ｎｉ層７５とＰｄ層７４との間には金属拡散抑制層を設けることができ、Ｖ−Ｎｉ層７５またはＰｄ層７７と電解質層７６との間には反応抑制層を設けることができる。
【００５５】
図４に示す固体高分子型の燃料電池では、含水電解質層を挟むようにして水素透過性金属を用いた水素透過層が形成された構成とすることにより、高温での電解質層の水分蒸発および膜抵抗増大の抑制が可能で、一般に低温型の固体高分子型燃料電池（ＰＥＦＣ）の作動温度を３００〜６００℃の温度域に向上させることができる。
【００５６】
本実施形態においては、燃焼用燃料としてアノードオフガスを用いたが、ガソリン等を燃焼用燃料として用いることもできる。
【００５７】
本実施形態においては、燃料電池の燃料流路と改質反応器のガス流路とを配管を介して連通させてもよいし、配管を介さずに直接連通するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の発電システムの一実施形態を示す概略構成図である。
【図２】水素分離膜型燃料電池を示す斜視図である。
【図３】本発明の発電システムを構成する水素分離膜型燃料電池の他の具体例を示す概略断面図である。
【図４】本発明の発電システムを構成する水素分離膜型燃料電池の他の具体例を示す概略断面図である。
【図５】従来の改質反応装置の概略構成を示す図である。
【符号の説明】
【００５９】
１  発電システム
１０  燃料電池
１２  第一の改質反応器
１４  第二の改質反応器
【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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