(57)【要約】【課題】  簡便な構造であって、かつ改質ガスの露点調整ならびに改質ガス中の不純成分及び不純物の除去といった改質ガスの調整を効率的に行うことができる、高分子電解質型燃料電池システムを提供する。  【解決手段】  原料を用いて水蒸気改質反応により水と水素とを含む改質ガスを生成する水素生成装置１と、水素生成装置１から供給される改質ガス中の水素を用いて発電する高分子電解質型燃料電池５と、水素生成装置１から高分子電解質型燃料電池５までの間で改質ガスが流通する改質ガス供給路４と、を有し、改質ガス供給路４には、加湿部１６と、冷却部１６と、ドレン部２１と、が形成されている。 【選択図】  図１
2006134622.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料を用いて水蒸気改質反応により水と水素とを含む改質ガスを生成する水素生成装置と、
前記水素生成装置から供給される改質ガス中の水素を用いて発電する高分子電解質型燃料電池と、
前記水素生成装置から前記高分子電解質型燃料電池までの間で改質ガスが流通する改質ガス供給路と、を有し、
前記改質ガス供給路には、前記改質ガス供給路を流通する改質ガスが加湿される加湿部と、前記加湿部で加湿された前記改質ガスが冷却される冷却部と、前記冷却部で凝縮した水分が前記改質ガス供給路外へ排水されるドレン部と、が形成されている、高分子電解質型燃料電池システム。
【請求項２】
前記ドレン部は、前記改質ガス供給路に設けられた凹部からなる貯水部と、
前記貯水部の底部に配設された弁と、を備えて構成されている、請求項１に記載の高分子電解質型燃料電池システム。
【請求項３】
前記加湿部と前記冷却部とが加湿兼冷却部として一体化されて構成されていて、
該加湿兼冷却部は、冷却水流路を備え、該冷却水流路は前記改質ガス供給路と高分子膜によって隔てられて構成されている、請求項１に記載の高分子電解質型燃料電池システム。
【請求項４】
前記冷却水流路の冷却水の流量によって、前記改質ガスの温度が調整される、請求項３に記載の高分子電解質型燃料電池システム。
【請求項５】
前記加湿兼冷却部は、前記改質ガスと前記冷却水とが略並行して流通するように構成されている、請求項３に記載の高分子電解質型燃料電池システム。
【請求項６】
前記高分子膜は、カチオン交換膜とアニオン交換膜との２種類の高分子膜から構成されている、請求項３に記載の高分子電解質型燃料電池システム。
【請求項７】
洗浄水流路と、洗浄水ポンプと、洗浄水タンクと、イオン交換樹脂及び活性炭が充填されている浄化器とを備える洗浄系統が、前記加湿兼冷却部の前及び後の前記改質ガス供給路において流路切換手段を介して該改質ガス供給路に接続されている、請求項３に記載の高分子電解質型燃料電池システム。
【請求項８】
冷却水ポンプと熱交換器とを有して、前記冷却水が前記冷却水ポンプによって前記加湿兼冷却部、前記高分子電解質型燃料電池並びに前記熱交換器を経由して循環するように構成されている冷却系統を有する、請求項３に記載の高分子電解質型燃料電池システム。
【請求項９】
前記冷却系統は、前記冷却水が前記熱交換器を経由せずに循環するように配設されているバイパス流路と、前記バイパス流路に配置されている流量調整弁とを有する、請求項８に記載の高分子電解質型燃料電池システム。
【請求項１０】
前記冷却系統は、前記高分子電解質型燃料電池システムを冷却する第１の冷却系統と、前記加湿兼冷却部を流通する第２の冷却系統とから構成されている、請求項８に記載の高分子電解質型燃料電池システム。
【請求項１１】
前記冷却系統は、イオン交換樹脂と活性炭とが充填されている浄化器を備え、該浄化器は、前記冷却水の流通方向において前記加湿兼冷却部の出口側に配設されている、請求項８に記載の高分子電解質型燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高分子電解質型燃料電池システムに関するものである。特に、水素生成装置を有する高分子電解質型燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池の反応ガスのうち還元剤ガスには、一般的には、水素リッチな改質ガス（以下、改質ガスという）が用いられている。この改質ガスの生成には、炭化水素系の原料ガスと水蒸気との水蒸気改質反応により改質ガスを生成させる水素生成装置が一般的に用いられている。また、高分子電解質型燃料電池においては、電解質に高分子電解質膜が用いられている。この高分子電解質膜は含水状態において優れた電導性を発揮するので、高分子電解質型燃料電池に供給される反応ガスは、高分子電解質型燃料電池の運転温度以上の露点にまで加湿されて供給されている。
【０００３】
例えば、水素生成装置において、水素生成に必要な水以上の水が添加されて水蒸気改質反応が行われ、改質ガス中には水蒸気改質反応に関与しない水蒸気が含有されている。具体的には、メタンを原料ガスとして改質ガスを生成させる水蒸気改質反応では、メタンの分子数の約３倍の分子数の水蒸気が添加されて、加湿された改質ガスが生成されるのが一般的である。そして、改質ガスはそのまま高分子電解質型燃料電池に供給され、高分子電解質型燃料電池の運転温度は６０から８０℃程度であるので、高分子電解質型燃料電池内において凝縮水が発生し、高分子電解質膜を含水状態にしている。
【０００４】
他方で、水素生成装置内では、触媒作用によって水蒸気改質反応を進行させているので、改質ガス中に触媒を担持した触媒体の粉体が混入することがあった。具体的には、水素生成装置内の構造物が水素生成装置の起動停止等に伴って生じる熱ストレスにより変形し、触媒体の一部が破壊され粉体が発生し、改質ガス中に含まれることがあった。そして、それら粉体等の不純物が、高分子電解質型燃料電池に流入した場合、高分子電解質型燃料電池内の改質ガス流路に堆積し、改質ガス流路を閉塞する等の問題を引き起こす可能性があった。
【０００５】
また、原料ガス中に窒素が含まれていると、改質ガス中の水素と窒素とが反応して改質ガス中にアンモニアが生成される。具体的には、水素生成装置の改質器における水蒸気改質反応の際に、原料ガス中に含まれる窒素成分からアンモニアが生成される。また、アンモニアの一部は、水素生成装置の選択酸化器で酸化され窒素酸化物となる。さらに、水素生成装置の触媒反応において、水素と一酸化炭素あるいは二酸化炭素からメタノール等の有機物が生成されることがある。そして、これらの改質ガス中のアンモニア等の特定成分（不純成分）により、高分子電解質型燃料電池の触媒及び高分子電解質膜が被毒され、発電性能が低下することも知られている。例えば、高分子電解質膜は一般的にスルフォン酸基を有し、そこから遊離するプロトンの存在により電導性が確保されている。しかし、改質ガス中のアンモニアや窒素酸化物により、スルフォン酸基が被毒され電導性が低下してしまう。また、高分子電解質型燃料電池の運転温度は６０℃乃至８０℃程度と比較的低いので、高分子電解質型燃料電池の触媒もアンモニアやメタノールにより被毒され、発電性能の低下が招来される。
【０００６】
そこで、水素生成装置と燃料電池との間の改質ガスと水とを接触させてアンモニアを除去するアンモニア除去器、具体的にはアンモニア吸収塔を備える燃料電池システムが提案されている（特許文献１参照）。また、水素生成装置に供給される原料ガスから窒素を除去する窒素除去装置を備える燃料電池システムも提案されている（特許文献２参照）。さらには、液体と改質ガスとを接触させる構成、具体的には改質ガスを液体中で発泡させる構成とすることで、改質ガス中の粉体除去と加湿とを同時に行うことができる燃料電池システムも提案されている（特許文献３参照）。
【特許文献１】特開２００３−３１２４７号公報
【特許文献２】特開平５−２９０８７０号公報
【特許文献３】特開２００２−６３９２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献２の燃料電池システムは、水素生成装置の上流側において原料ガスのアンモニア等不純成分の除去を目的としており、水素生成装置において発生する粉体等不純物を除去することができない。
【０００８】
また、特許文献１及び特許文献３において提案されているような、一般的なアンモニア吸収塔、あるいは液体中で改質ガスを発泡させる発泡構造では、粉体と液体との接触が十分に確保されなければ、不純成分及び不純物の除去効率が低下するので、粉体の除去には粉体と液体との接触性を更に改善する余地がある。また、アンモニア吸収塔や発泡構造を改質ガス流路に構成すると、その関連設備も含めて高分子電解質型燃料電池システムの構造が複雑になる。
【０００９】
特に、改質ガス流路に発泡構造を構成すると多くの課題が生ずる。例えば、高分子電解質型燃料電池に至るまでの改質ガスの圧損に、発泡構造における液体高さの圧損が加わり、原料ガス供給手段の供給圧の増大と、水素生成装置、改質ガス流路等の耐圧構造の強化とが必要になってくる。また、均一な気泡発生が困難であるため、運転動作中に均一な粉体除去効果が得られない。さらに、ブラウン運動により拡散するレベルの粉体は、水中で発泡しても気泡がはじけた時点で、気体雰囲気中に拡散することになるため、液体に取り込まれる確率は極端に低くなる。
【００１０】
このようにして従来の高分子電解質型燃料電池システムでは、改質ガスの露点調整、ならびに改質ガス中のアンモニア等不純成分及び粉体等不純物の除去という改質ガスの調整を行うには、除去性能の向上及び構造の簡便化が課題となっていた。
【００１１】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、簡便な構造であって、かつ改質ガスの露点調整ならびに改質ガス中の不純成分及び不純物の除去といった改質ガスの調整を効率的に行うことができる、高分子電解質型燃料電池システムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するために、本発明にかかる高分子電解質型燃料電池システムは、原料を用いて水蒸気改質反応により水と水素とを含む改質ガスを生成する水素生成装置と、前記水素生成装置から供給される改質ガス中の水素を用いて発電する高分子電解質型燃料電池と、前記水素生成装置から前記高分子電解質型燃料電池までの間で改質ガスが流通する改質ガス供給路と、を有し、前記改質ガス供給路には、前記改質ガス供給路を流通する改質ガスが加湿される加湿部と、前記加湿部で加湿された前記改質ガスが冷却される冷却部と、前記冷却部で凝縮した水分が前記改質ガス供給路外へ排水されるドレン部と、が形成されている（請求項１）。このような構成とすると、改質ガスが高い露点まで加湿されてから冷却されて、その凝縮水が排除されるという簡便な構造によって、改質ガスの露点調整ならびに改質ガス中の不純成分及び不純物の除去といった改質ガスの調整を効率的に行うことができる。特に、冷却部において改質ガス中の粉体等の不純物が核となって水分が凝縮し、かつその凝縮水はドレン部において改質ガス流路から排出されるので、改質ガス中の不純物を効果的に除去することができる。また、改質ガス中の凝縮水はミスト状態となり、気液界面積が大きくなるので、改質ガス中のアンモニア等の不純成分を効果的に除去することができる。さらに、改質ガスは冷却によって水分飽和状態となるので、冷却部における冷却温度によって改質ガスの露点を調整することができる。
【００１３】
前記ドレン部は、前記改質ガス供給路に設けられた凹部からなる貯水部と、前記貯水部の底部に配設された弁と、を備えて構成されているとよい（請求項２）。このように構成すると、貯水部に溜まった水分によって改質ガス供給路を外部と隔離させたままで、弁の開閉によって凝縮水を改質ガス供給路外へ排出することができるので、ドレン部の構造を簡便にすることができる。
【００１４】
前記加湿部と前記冷却部とが加湿兼冷却部として一体化されて構成されていて、該加湿兼冷却部は、冷却水流路を備え、該冷却水流路は前記改質ガス供給路と高分子膜によって隔てられて構成されているとよい（請求項３）。このように構成すると、燃料電池システムの構造をより一層簡便にすることができる。また、改質ガス中の水溶性不純成分が高分子膜を透過して冷却水中に溶解するので、改質ガス中の水溶性不純成分を改質ガスから分離及び除去することができる。
【００１５】
前記冷却水流路の冷却水の流量によって、前記改質ガスの温度が調整されるとよい（請求項４）。このように構成すると、加湿兼冷却部において改質ガスはほぼ水蒸気飽和状態となるので、冷却水流量の調整によって改質ガスの露点を調整することができる。
【００１６】
前記加湿兼冷却部は、前記改質ガスと前記冷却水とが略並行して流通するように構成されているとよい（請求項５）。このように構成すると、改質ガスは比較的高い温度において加湿された後に冷却されるので、より多くの改質ガスの水分凝縮、すなわち改質ガス中の不純成分及び不純物の除去を実現することができる。
【００１７】
前記高分子膜は、カチオン交換膜とアニオン交換膜との２種類の高分子膜から構成されているとよい（請求項６）。このように構成すると、改質ガス中の酸性イオンの不純成分及び塩基性イオンの不純成分はそれぞれカチオン交換膜あるいはアニオン交換膜に取り込まれ、高分子膜に取り込まれたそれらの不純成分は、その高分子膜を透過して冷却水中に溶解してしまうので、より多くの種類の不純成分を改質ガスから除去することができる。
【００１８】
また、洗浄水流路と、洗浄水ポンプと、洗浄水タンクと、イオン交換樹脂及び活性炭が充填されている浄化器とを備える洗浄系統が、前記加湿兼冷却部の前及び後の前記改質ガス供給路において流路切換手段を介して該改質ガス供給路に接続されているとよい（請求項７）。このように構成すると、改質ガス供給路内に残留あるいは付着している不純物（残留不純物）は洗浄水によって除去されるので、高分子電解質型燃料電池システム起動動作時に残留不純物が高分子電解質型燃料電池に流通することを防止することができる。
【００１９】
また、前記高分子電解質型燃料電池システムは、冷却水ポンプと熱交換器とを有して、前記冷却水が前記冷却水ポンプによって前記加湿兼冷却部、前記高分子電解質型燃料電池並びに前記熱交換器を経由して循環するように構成されている冷却系統を有するとよい（請求項８）。このように構成すると、冷却系統が改質ガス中の不純物及び不純成分の除去と高分子電解質型燃料電池の冷却との機能を兼務することができるので、燃料電池システムの構成をより一層簡便にすることができる。
【００２０】
前記冷却系統は、前記冷却水が前記熱交換器を経由せずに循環するように配設されているバイパス流路と、前記バイパス流路に配置されている流量調整弁とを有するとよい（請求項９）。このように構成すると、冷却水ポンプの供給量によって、高分子電解質型燃料電池の冷却能力を調整することができ、流量調整弁によって、加湿兼冷却部における冷却能力を調整することができるので、高分子電解質型燃料電池及び加湿兼冷却部の温度制御をそれぞれ別個に調整することができ、高分子電解質型燃料電池システムをより柔軟に制御することが可能となる。
【００２１】
前記冷却系統は、前記高分子電解質型燃料電池システムを冷却する第１の冷却系統と、前記加湿兼冷却部を流通する第２の冷却系統とから構成されているとよい（請求項１０）。このよう構成すると、加湿兼冷却部と高分子電解質型燃料電池とを流通する冷却水を別個の冷却系統によって流通させることができるので、高分子電解質型燃料電池及び加湿兼冷却部の温度制御をそれぞれ別個に調整することができ、高分子電解質型燃料電池システムをより柔軟に制御することが可能となる。
【００２２】
前記冷却系統は、イオン交換樹脂と活性炭とが充填されている浄化器を備え、該浄化器は、前記冷却水の流通方向において前記加湿兼冷却部の出口側に配設されているとよい（請求項１１）。このように構成すると、冷却水中のアンモニアや窒素酸化物がイオン交換樹脂によって除去され、冷却水中の有機成分であるメタノール等が活性炭によって除去されるので、加湿兼冷却部において冷却水中に溶解した不純成分を、高分子電解質型燃料電池に流入しないようにすることができ、不純成分が高分子電解質型燃料電池の触媒反応に影響を与えることを防止することができる。
【発明の効果】
【００２３】
以上のように、本発明にかかる高分子電解質型燃料電池システムは、簡便な構造であって、かつ改質ガスの露点調整ならびに改質ガス中の不純成分及び不純物の除去といった改質ガスの調整を効率的に行うことができる、という効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照しながら説明する。
【００２５】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１にかかる高分子電解質型燃料電池システムの概略構成を示す模式図である。
【００２６】
図1に示すように、本実施の形態にかかる高分子電解質型燃料電池システムは、水素生成装置１と、原料ガス供給手段２と、水供給手段３と、改質ガス供給路４と、高分子電解質型燃料電池（PEFC）５と、空気供給系統７と、冷却系統８と、改質ガス調整装置９と、洗浄系統１５と、制御装置１００とによって構成されている。
【００２７】
原料ガス供給手段２は、水素生成装置１に原料ガスを供給するように配設されている。原料ガスには天然ガス、ＬＰＧ等の炭化水素系のガスを用いることができる。あるいは、メタノール等のアルコール、あるいはナフサ成分を気化したガスであってもよい。ここでは、原料ガスには都市ガス（天然ガス）を用いている。そして、原料ガス供給手段２は、図示しないが、ポンプによって構成されている。また、ニードル弁等の流量調節具を備え、これによって、原料ガスの供給量の調整ができるように構成されている。なお、原料ガス供給手段２として、ボンベ等原料ガスが用いられてもよい。
【００２８】
水供給手段３は、水素生成装置１に水を供給するように配設されている。水供給手段３は、ここでは、図示しないが、ポンプによって構成されている。また、電磁弁を備え、これによって、水の供給や遮断ができるように構成されている。
【００２９】
水素生成装置１は、原料ガス供給手段２及び水供給手段３が接続され、原料ガスを改質した改質ガスを改質ガス供給路４に供給するように配設されている。水素生成装置１は、図示しないが、改質器、改質器によって改質された改質ガス中の一酸化炭素を低減する変成器及び選択酸化器を有して構成されている。そして、改質器は、改質反応を進行させる改質触媒、改質反応に必要な熱を供給する改質加熱装置を有している。さらに、改質加熱装置は、原料ガスあるいは高分子電解質型燃料電池５から排出される余剰の改質ガスを燃料とする火炎バーナーと、燃焼用の空気を供給するシロッコファンとを備えている。また、シロッコファンは回転数調節によって、供給量の調整ができるように構成されている。そして、水供給手段３から供給された水を水蒸気にして、原料ガス供給手段２から供給された原料ガスと水蒸気を混合し、水蒸気が混合された原料ガスを触媒作用によって水蒸気改質反応させ、原料ガスを改質ガスに改質するよう構成されている。また、変成器は、改質ガス中の一酸化炭素と水蒸気を変成反応させるための変成触媒、選択酸化器は変成反応後の改質ガス中の一酸化炭素を酸化させるための一酸化炭素除去触媒を設け、それぞれの反応に適した条件で運転されている。
【００３０】
改質ガス供給路４は、改質ガスに対する耐腐食性を有し、かつこれらガスの供給圧力に対する耐圧性を有する配管で構成されている。改質ガス供給路４は、水素生成装置１を高分子電解質型燃料電池５に接続しており、その途中に改質ガス調整装置９が配置されている。
【００３１】
高分子電解質型燃料電池５には、スルフォン酸基を有する高分子電解質からなる高分子電解質膜を用いている。高分子電解質型燃料電池５には、さらに空気供給系統７が接続されている。
【００３２】
空気供給系統７は、空気供給手段７Ａと空気供給流路７Ｂとを有して構成されている。これによって、空気供給手段７Ａから高分子電解質型燃料電池５に空気が供給される。空気供給手段７Ａにはブロアが用いられている。また、ブロアは回転数調節によって、空気の供給量の調整ができるように構成されている。
【００３３】
冷却系統８は、冷却水流路８Ａ、冷却水ポンプ８Ｂ及び熱交換器８Ｃを有して構成されている。そして、冷却水流路８Ａは無端環状の循環路である。
【００３４】
そして、冷却水流路８Ａは、冷却水ポンプ８Ｂ、熱交換器８Ｃ、改質ガス調整装置９及び高分子電解質型燃料電池５を接続して形成されている。ここで、これらは冷却水流路８Ａ上に、冷却水が改質ガス調整装置９から高分子電解質型燃料電池５を通って熱交換器８Ｃに到るように配置されている。すなわち、高分子電解質型燃料電池５において加熱された冷却水が熱交換器８Ｃに供給され、熱交換器８Ｃにおいて除熱された冷却水が改質ガス調整装置９に供給されて循環されるように配設されている。これによって、１つの冷却系統８が改質ガス調整装置９における改質ガスの不純成分及び不純物の除去と高分子電解質型燃料電池５の冷却との双方の機能を発揮することができるので、燃料電池システムの構成を簡便にすることができる。なお、冷却水ポンプ８Ｂの配置位置は特に制限はない。ここでは、冷却水ポンプ８Ｂは、熱交換器８Ｃと改質ガス調整装置９との間に配置されている。冷却水ポンプ８Ｂは吸水口が熱交換器８Ｃ側の冷却水流路８Ａに接続され、吐出口が改質ガス調整装置９側の冷却水流路８Ａに接続されて配設されている。
【００３５】
改質ガス調整装置９は、本体部（加湿兼冷却部）１６と、改質ガス入口側ヘッダ部１７と、冷却水入口側ヘッダ部１８と、改質ガス出口側ヘッダ部１９と、冷却水出口側ヘッダ部２０と、ドレン部２１とを有して構成されている。
【００３６】
図２（ａ）は改質ガス調整装置を概略的に示す斜視図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）におけるIIb−IIb面における断面図であり、図２（ｃ）は、図２（ａ）におけるIIc−IIc面における断面図であり、図２（ｄ）は、図２（ａ）におけるIId−IId面における断面図である。
【００３７】
図２（ａ）に示すように、改質ガス調整装置９は、矩形の筒体であり、その筒体の中心を本体部１６が構成する。本体部１６の一端の端面には、改質ガス入口側ヘッダ部１７及び冷却水入口側ヘッダ部１８が、本体部１６の一端の端面を図において縦方向に分割するようにして横に並列して形成されている。同様にして、本体部１６の他端の端面には、改質ガス出口側ヘッダ部１９及び冷却水出口側ヘッダ部２０が、本体部１６の一端の端面を図において縦方向に分割するようにして横に並列して形成されている。ただし、本体部１６を間にして、改質ガス入口側ヘッダ部１７の反対側には冷却水出口側ヘッダ部２０が位置し、冷却水入口側ヘッダ部１８の反対側には改質ガス出口側ヘッダ部１９が位置するように構成されている。
【００３８】
改質ガス入口側ヘッダ部１７は、本体部１６端面との接合面が開口している中空の箱体である。そして、外面側の壁面には開口部１７Ａが形成されている。冷却水入口側ヘッダ部１８、改質ガス出口側ヘッダ部１９及び冷却水出口側ヘッダ部２０も同様の構造である。また、図示しないが、各ヘッダ内には温度検出器が取り付けられている。これによって、改質ガス及び冷却水の改質ガス調整装置９における温度情報を取得することができる。
【００３９】
そして、図２（ｃ）に示すように、改質ガス入口側ヘッダ部１７及び冷却水入口側ヘッダ部１８と、改質ガス出口側ヘッダ部１９及び冷却水出口側ヘッダ部２０との間の本体部１６内には、複数の高分子膜１６Ｃが両端方向に延びるようにして、図において縦方向に所定の間隔を置いて並列して配置されている。これによって、本体部１６内には、複数の高分子膜１６Ｃによって区画されて、本体部１６の両端方向に延びて並列する複数の領域が形成される。
【００４０】
そして、図２（ｂ）に示すように、本体部１６と改質ガス入口側ヘッダ部１７及び改質ガス出口側ヘッダ部１９との接合部分においては、配置本体部１６の端面には、並列する高分子膜１６Ｃの縁部が位置することになる。高分子膜１６Ｃによって区画されて並列する領域が１つおきに塞がれるようにして高分子膜１６Ｃの縁部に接合して仕切り板１６Ｄが設置されている。これによって、改質ガス入口側ヘッダ部１７内の改質ガスは、仕切り板１６Ｄが設置されていない部分（改質ガス流路１６Ａ）を流通して、改質ガス出口側ヘッダ部１９内に流通する。
【００４１】
同様にして、本体部１６と冷却水入口側ヘッダ部１８及び冷却水出口側ヘッダ部２０との接合部分においては、本体部１６の端面には、並列する高分子膜１６Ｃの縁部が位置することになる。高分子膜１６Ｃによって区画されて並列する領域のうち改質ガス流路１６Ａに相当する領域が塞がれるようにして高分子膜１６Ｃの縁部に接合して仕切り板１６Ｄが設置されている。これによって、冷却水入口側ヘッダ部１８内の冷却水は、仕切り板１６Ｄが設置されていない部分（冷却水流路１６Ｂ）を流通して、冷却水出口側ヘッダ部２０内に流通する。
【００４２】
以上によって、本体部１６には改質ガス流路１６Ａ及び冷却水流路１６Ｂが高分子膜１６Ｃによって区画されて交互に並行して形成される。しかも、改質ガス入口側ヘッダ部１７及び改質ガス出口側ヘッダ部１９は高分子膜１６Ｃの平面の略対角線方向に対向するように構成されているので、改質ガスの改質ガス流路１６Ａにおける淀みは抑制される。同様にして、冷却水の冷却水流路１６Ｂにおける淀みも抑制される。
【００４３】
これによって、本体部１６では、改質ガス流路１６Ａ及び冷却水流路１６Ｂの接触面積を大きくし、かつ、改質ガス及び冷却水の淀みを抑制することができるので、冷却水による改質ガスの加湿及び冷却の効率を向上させることができる。また、本体部１６では、後述するように、改質ガスの流れと冷却水の流れとが並行する。これによって、改質ガスと冷却水との温度勾配方向が揃い、改質ガスが高い露点まで加湿されるので、水分凝縮量を増大させることができる。
【００４４】
なお、高分子膜１６Ｃは、湿潤状態において陽イオンを透過するカチオン交換膜と湿潤状態において陰イオンを透過するアニオン交換膜との両方が用いられている。すなわち、改質ガス流路１６Ａと冷却水流路１６Ｂとは、カチオン交換膜によって区画されている部分とアニオン交換膜によって区画されている部分の双方を通過するように構成されている。具体的には、一枚の高分子膜は、本体部１６の端面間の中央境界線近傍においてカチオン交換膜とアニオン交換膜とが接合されて構成されている。これによって、改質ガス中の酸性イオンの不純成分はカチオン交換膜に取り込まれ、塩基性イオンの不純成分はアニオン交換膜に取り込まれ、高分子膜に取り込まれたそれらの不純成分は、その高分子膜を透過して冷却水中に溶解してしまうので、より多くの種類の不純成分を改質ガスから除去することができる。ここで、カチオン交換膜は、具体的にはスルフォン酸基を有する酸性のフッ素系高分子膜を用いている。アニオン交換膜は、具体的にはアミノ基を有する塩基性のフッ素系高分子膜、例えばポリアミンで構成された膜を用いている。そして、高分子膜同士は、熱による溶着あるいは接着剤を用いて接合されている。また、２種類の高分子膜１６Ｃを用いて、カチオン交換膜とアニオン交換膜とを交互に積層させてもよい。すなわち改質ガス流路１６Ａは、カチオン交換膜とアニオン交換膜とに挟まれた間隙に構成されるので、改質ガス流路１６Ａは、カチオン交換膜によって冷却水流路１６Ｂと区画されている部分とアニオン交換膜によって冷却水流路１６Ｂと区画されている部分の双方を構成することができる。
【００４５】
図２（ｄ）に示すように、改質ガス出口側ヘッダ１９にはドレン部２１が構成されている。ドレン部２１は、貯水部２１Ａ、上部水位検出器２１Ｂ、下部水位検出器２１Ｃ及び弁２１Ｄを有して構成されている。
【００４６】
貯水部２１Ａは、改質ガス出口側ヘッダ２０の底部に有底筒状に形成されている。貯水部２１Ａの上部には上部水位検出器２１Ｂが装着され、貯水部２１Ａの下部には下部水位検出器２１Ｃが装着されている。そして、貯水部２１Ａの底部には排水口が形成されていて、かかる排水口を弁２１Ｄが開閉するように構成されている。弁２１Ｄには電磁弁が用いられている。
【００４７】
そして、制御装置１００によって、上部水位検出器２１Ｂにおいて水位が検出されると、弁２１Ｄが開放され、下部水位検出器２１Ｃにおいて水位の検出がされなくなると弁２１Ｄが閉止するように制御される。これによって、改質ガス出口側ヘッダ１９内の改質ガスは貯水部２１Ａの水によって外部とは隔離されたままであるので、改質ガス出口側ヘッダ１９内、ひいては、改質ガス供給路４を加圧状態に維持したまま、ドレン水を外部に排出することができる。つまり、簡便な構造で不純物を改質ガス供給路４から排除することができる。
【００４８】
以上のように構成された改質ガス調整装置９は、改質ガス入口側ヘッダ部１７の開口部１７Ａ及び改質ガス出口側ヘッダ部１９の開口部１９Ａには改質ガス供給路４が接続されている。また、冷却水入口側ヘッダ部１８の開口部１８Ａ及び冷却水出口側ヘッダ部２０の開口部２０Ａには冷却水流路８Ａが接続されている。
【００４９】
洗浄系統１５は、図１に示すように、洗浄水流路１５Ａと、洗浄水ポンプ１５Ｂと、浄化器１５Ｃと、洗浄水タンク１５Ｄとを有して構成されている。そして、洗浄水流路１５Ａには、洗浄水ポンプ１５Ｂと、浄化器１５Ｃと、洗浄水タンク１５Ｄとが配置されている。そして、洗浄水流路１５Ａの両端は、改質ガス調整装置９の前後の改質ガス供給路４にそれぞれ三方弁（流路切換手段）２２，２３を介して接続されている。すなわち、三方弁２２，２３の切り換えによって、改質ガス調整装置９と水素生成装置１及び燃料電池５との接続が遮断されると共に、洗浄水流路１５Ａから改質ガス供給路４を経由して、改質ガス調整装置９内、より具体的には、改質ガス入口側ヘッダ１７，改質ガス流路１６Ａ及び改質ガス出口側ヘッダ１９の内部に洗浄水が流通するようには構成されている。
【００５０】
洗浄水流路１５Ａ及び洗浄水ポンプ１５Ｂは、通常の水用の配管及びポンプが用いられている。
【００５１】
浄化器１５Ｃは、筒状の容器内を洗浄水が流通するように構成されている。
【００５２】
図３は浄化器の内部構造を示す断面図である。図に示すように、浄化器１５Ｃは、両端に開口部３０Ａ、３０Ｂが形成されている筒体３０を有して構成されている。筒体３０内には３枚の仕切り板３１がそれぞれ略平行になるように配設されている。３枚の仕切り板３１の間に形成される筒体３０内の２つの領域には、それぞれイオン交換樹脂３２及び活性炭３３が充填されている。これによって、浄化器１５Ｃを流通する洗浄水中のアンモニアや窒素酸化物は、イオン交換樹脂によって除去され、洗浄水中のメタノール等有機成分は活性炭によって除去される。
【００５３】
ここで、仕切り板３１は、活性炭及びイオン交換樹脂が漏出せず、かつ水が通過できるように構成されている。例えば、仕切り板３１は網目状の板状体によって構成されている。このような構成によって、水は活性炭及びイオン交換樹脂の間を通過して開口部３０Ａ及び３０Ｂ間を流通することができる。そして、図示しないが、開口部３０Ａ及び開口部３０Ｂは洗浄水流路１５Ａに着脱可能に接続されている。
【００５４】
制御装置１００は、高分子電解質型燃料電池システムの動作を制御するように構成されている。制御装置１００は、マイコン等の演算器で構成されている。そして、ＣＰＵ等からなる演算制御部と、メモリ等からなる記憶部とキーボード等の入力部とを有して構成されている（何れも図示せず）。特に、演算制御部は、上部水位検出器２１Ｂ及び下部水位検出器２１Ｃの信号を取得して、弁２１Ｄの開閉を制御する制御するように構成されている。
【００５５】
ここで、本明細書においては、制御装置とは、単独の制御装置だけでなく、複数の制御装置が協働して制御を実行する制御装置群をも意味する。よって、制御装置１００は、単独の制御装置から構成される必要はなく、複数の制御装置が分散配置されていて、それらが協働して燃料電池システムの動作を制御するように構成されていてもよい。
【００５６】
以上のように構成された図１にかかる高分子電解質型燃料電池システムの運転時の動作を説明する。なお、これら動作は、原料ガス供給手段２等各機器類が制御装置１００によって制御されることにより遂行される。
【００５７】
まず、原料ガス供給手段２、水供給手段３、冷却系統８及び水素生成装置１を動作させる。
【００５８】
すなわち、冷却水ポンプ８Ｂが冷却水流路８Ａの冷却水を循環させる。冷却水は、改質ガス調整装置９及び高分子電解質型燃料電池５を流通して循環する。
【００５９】
また、原料ガス供給手段２が原料ガス（天然ガス）を水素生成装置１に供給し、水供給手段３が水を水素生成装置１に供給する。
【００６０】
そして、水素生成装置１は原料ガスを改質ガスに改質する。具体的には、図示しないが、改質器において、改質加熱装置を動作させる。改質加熱装置の熱によって水蒸気を発生させ、水蒸気と原料ガスとの混合気を加熱する。これによって、水蒸気改質反応が進行し改質ガスを生成する。ここで、原料ガスと水との供給比率は、天然ガスの主成分であるメタンと水蒸気とのモル比（Ｓ／Ｃ）が３となるようにする。なお、他種類の原料ガスを用いる場合においても、原料ガス中の炭素数と水蒸気とのモル比が３となるような供給比率で原料ガスと水とを水素生成装置１に供給することが望ましい。これによって、原料ガスの水蒸気改質反応において水蒸気が余剰となり、水と水素とを含んだ改質ガスが生成される。そして、高分子電解質型燃料電池５に高い露点の改質ガスを供給することができる。
【００６１】
なお、改質器においては、改質触媒温度、すなわち水蒸気と原料ガスとの混合気の温度を約６３０℃とする。これによって、供給される天然ガス中のメタンの約８５％を水蒸気改質反応させることができる。この改質触媒温度は、装置運転形態により必ずしも６３０℃とする必要はない。また、図示しないが、水素生成装置１の変成器及び選択酸化器においては改質ガスガス中の一酸化炭素濃度が低減される。
【００６２】
改質ガスは、水素生成装置１から改質ガス供給路４を通って改質ガス調整装置９を経由して高分子電解質型燃料電池５に供給される。
【００６３】
また、空気供給系統７から高分子電解質型燃料電池５に空気が供給される。そして、高分子電解質型燃料電池５は、改質ガスと空気により発電を行う。なお、図示しないが、空気流路７Ｂは、空気供給手段７Ａと高分子電解質型燃料電池５との間に全熱交換器を備えている。そして全熱交換器においては高分子電解質型燃料電池５から排出される空気と空気流路７Ｂを流通する空気とが全熱交換膜を介して熱交換をする。これによって、空気流路７Ｂの空気は、高分子電解質型燃料電池５から排出される空気によって、加熱及び加湿される。
【００６４】
冷却系統８の冷却水は高分子電解質型燃料電池５内を流通して高分子電解質型燃料電池５の発生熱によって加熱され、熱交換器８Ｃにおいて除熱される。そして、冷却水ポンプ８Ｂの循環流量が制御され、あるいはバイパス流路制御のような手段によって熱交換器８Ｃの熱交換量が制御されることによって、高分子電解質型燃料電池５が電気化学反応に適する温度、本実施の形態では７０℃程度に維持される。
【００６５】
改質ガス調整装置９においては、改質ガスは改質ガス入口側ヘッダ部１７から本体部１６の改質ガス流路１６Ａを通って改質ガス出口側ヘッダ部１９へと流通する。そして、冷却水は、冷却水入口側ヘッダ部１８から本体部１６の冷却水流路１６Ｂを通って冷却水出口側ヘッダ部２０へと流通する。本体部１６においては、高分子膜１６Ｃを介して改質ガスは冷却水に冷却される。また、冷却水によって高分子膜１６Ｃは湿潤し、湿潤した高分子膜１６Ｃによって、改質ガスは加湿される。したがって、本体部１６において、改質ガスは冷却と加湿の両方の調整を受ける。具体的には、本実施の形態では、改質ガス調整装置９に到達する改質ガスは、温度が約１００℃、露点が約６５℃となっている。また、冷却水は、熱交換器８Ｃ等における冷却水温度の調整によって約７０℃で改質ガス調整装置９に供給されている。
【００６６】
改質ガスは、本体部１６内改質ガス流路１６Ａにおいて、最初は湿潤している高分子膜６Ｃの水分によって加湿されるとともに、冷却水温度との温度差によって冷却される。
【００６７】
そして、改質ガスは、改質ガス流路１６Ａを流通するに従い、温度の低下と湿度の上昇、すなわち露点の上昇とによって、次第に水蒸気飽和状態に近づき、やがては、水分飽和状態から、水分過飽和状態となり、改質ガス中の粉体等不純物が核となって改質ガス中の水分の凝縮が発生する。特に、改質ガスの流れと冷却水の流れとが略並行するので、改質ガスは比較的高い露点にまで加湿された後に水蒸気飽和状態となる。したがって、改質ガスの水分凝縮量は多くなり、より多くの不純物を分離することができる。
【００６８】
また、改質ガス中から凝縮する水分には、改質ガス中の水溶性不純成分が溶解するので、これら不純成分を改質ガスから除去することができる。特に、凝縮する水分が改質ガス中の水蒸気ミストのような状態となるので、気液界面積が大きくなり、凝縮水へのアンモニア、窒素酸化物、メタノール等の水溶性不純成分の溶解はより多くなる。
【００６９】
そして、改質ガス流路１６Ａ内及び改質ガス出口側ヘッダ部１９内に結露した水分は、ドレン部２１に流れ込み、改質ガスから分離される。
【００７０】
ドレン部２１においては、上部水位検出器２１Ｂによって水が検出されると、弁２１Ｄを開放する。貯水部２１Ａの水は、改質ガスの圧力を受けて、外部に押し出される。そして、下部水位検出器２１Ｃによって水の検出がされなくなると弁２１Ｄを閉止する。これによって、改質ガス出口側ヘッダ１９内の改質ガスは貯水部２１Ａの水によって外部とは隔離されたままであるので、改質ガス出口側ヘッダ１９内、ひいては、改質ガス供給路４を加圧状態に維持したまま、ドレン水を外部に排出することができる。
【００７１】
以上のようにして、水溶性不純成分及び不純物は凝縮水中に取り込まれ、その凝縮水は外部に排出されるので、不純成分及び不純物を改質ガスから分離及び除去することができる。特に、粉体は、粉体の大きさにかかわらず、言い換えればより微細な粉体も核となるので、改質ガス中の微細な粉体も除去することができる。
【００７２】
そして、ほぼ水蒸気飽和状態の改質ガスが改質ガス供給路４に排出される。ここで、改質ガスの露点は、改質ガス入口側ヘッダ部１７と改質ガス出口側ヘッダ部１９に設けた温度検出器の温度情報に基づいて調整することができる。すなわち、改質ガス調整装置９内の改質ガスの温度情報を取得し、その温度情報に基づき冷却水ポンプ８Ｂの流量及び／あるいは熱交換器８Ｃの熱交換量等を制御して、改質ガス調整装置９内の改質ガスの温度を調整する。そして、改質ガス出口側ヘッダ部１９内の改質ガスはほぼ水分飽和状態であるので、改質ガス出口側ヘッダ部１９内の改質ガスの温度は、ほぼ改質ガスの露点温度と近い。したがって、改質ガス出口側ヘッダ部１９内の温度情報に基づいて、高分子電解質型燃料電池５に供給される改質ガスの露点を調整することができる。本実施の形態では、改質ガスの水蒸気露点が約７０℃となるように冷却水ポンプ８Ａの流量を調整している。
【００７３】
また、本実施の形態における改質ガス調整装置９は、不純物を核にした水分凝縮を利用するので、水分凝縮量が多いほど不純物の除去性能を向上させることができる。そしてこうした調整によって比較的安定した粉体除去性能を維持することができる。具体的には、改質ガス調整装置９に流入する改質ガス及び冷却水の温度及び露点を調整することによって水分凝縮量を調整することができる。
【００７４】
次に、以上のように構成された図１にかかる高分子電解質型燃料電池システムの停止状態時における洗浄動作を説明する。
【００７５】
三方弁２２，２３を切り換えて（図中破線矢印）、洗浄系統１５の洗浄水が改質ガス調整装置９内を流通するように構成する。そして、洗浄水ポンプ１５Ｂを起動し、洗浄水タンク１５Ｄ内の洗浄水を、洗浄器１５Ｃを通すようにして、改質ガス調整装置９内を流通させる。具体的には、洗浄水を、改質ガス入口側ヘッダ部１７，本体部１６の改質ガス流路１６Ａ、改質ガス出口側ヘッダ部１９及び洗浄水タンク１５Ｄを通過するように流通させる。そして、洗浄水を所定の時間循環させた後、洗浄水ポンプ１５Ｂを停止する。そして、改質ガス調整装置９及び改質ガス供給路４内に残留する洗浄水をドレン部２１から排出する。これによって、改質ガス調整装置９及び改質ガス供給路４内に残留あるいは付着している不純物（残留不純物）は洗浄水によって除去されるので、高分子電解質型燃料電池システム起動時に残留不純物が高分子電解質型燃料電池５に流通することを防止することができる。この際、洗浄によって汚れた洗浄水は洗浄器１５Ｃによって浄化される。
【００７６】
[実施例１]
本実施の形態の高分子電解質型燃料電池システムと、本実施の形態から改質ガス調整装置９を取り除いた高分子電解質型燃料電池システムとを、それぞれ約１０００時間運転させた。そして高分子電解質型燃料電池５の改質ガス経路に残留している不純物を計量した。すると、本実施の形態の高分子電解質型燃料電池システムの高分子電解質型燃料電池５に残留している不純物の量は、改質ガス調整装置９を用いない高分子電解質型燃料電池システムの高分子電解質型燃料電池に残留している不純物の１／１０以下の量であった。
【００７７】
また、本実施の形態の高分子電解質型燃料電池システムにおいて、水素生成装置１において生成される改質ガス中にはアンモニアが２乃至３ｐｐｍ（体積分率）、窒素酸化物が１乃至２ｐｐｍ、メタノールが約１ｐｐｍ含まれていた。しかし、改質ガス調整装置流通後の改質ガス中のこれら成分は約１／１００以下の濃度にまで低減していた。なお、濃度は改質ガスを一定容量の水中に一定時間発泡し、その水を分析装置（Ｄｉｏｎｅｘ製  ＤＸ−１００  イオンクロマトグラフ分析装置）で分析して測定した。
【００７８】
なお、改質ガス調整装置９の高分子膜１６Ｃを、交互に平行配置したカチオン交換膜及びアニオン交換膜の２種類で構成しても同様の除去特性が得られた。
【００７９】
（実施の形態２）
図４は、本発明の実施の形態２にかかる高分子電解質型燃料電池システムの概略構成を示す模式図である。
【００８０】
実施の形態２の高分子電解質型燃料電池システムは、実施の形態１の高分子電解質型燃料電池システムにおいて、冷却水流路８Ａに浄化器４０が配置されている高分子電解質型燃料電池システムである。したがって、実施の形態１と相違する部分についてのみ説明する。また、図４において図１と同一又は相当する部分には同一の符号を付してその説明を省略する。
【００８１】
図４において、冷却系統８は、冷却水流路８Ａ、冷却水ポンプ８Ｂ、熱交換器８Ｃ及び浄化器４０を有して構成されている。
【００８２】
浄化器４０は、洗浄系統１５の浄化器１５Ｃと同様に構成されている。
【００８３】
ここで、改質ガス調整装置９の冷却水流路１６Ｂにおいては、改質ガス中のアンモニア、窒素酸化物、メタノール等の不純成分が高分子膜１６Ｃを通過して冷却水に溶解する。冷却水流路８Ａの冷却水は循環しているので、冷却水中の不純成分の濃度は運転時間の増加に従って増加することとなる。そして、冷却水中の不純成分濃度が高くなると、改質ガス調整装置９の本体部１６では、冷却水流路１６Ｂの冷却水中から高分子膜１６Ｃを通過して改質ガス流路１６Ａ中の改質ガス中に不純成分が拡散する可能性がある。そこで、実施の形態２では、浄化器４０によって冷却水中の不純成分を除去する。
【００８４】
また、浄化器４０は、改質ガス調整装置９の出口側の冷却水流路８Ａに配置されている。すなわち、改質ガス調整装置９において不純成分が溶解した冷却水が、浄化器４０において浄化されてから高分子電解質型燃料電池５に供給されるように配置される。これによって、改質ガス調整装置９において冷却水中に溶解した不純成分を、高分子電解質型燃料電池５に流入しないようにすることができ、結果的に不純成分が高分子電解質型燃料電池の触媒反応に影響を与えないようにすることができる。
【００８５】
実施の形態２では、冷却水中の不純成分量、例えばアンモニアおよび窒素酸化物濃度は、分析装置（Ｄｉｏｎｅｘ製  ＤＸ−１００  イオンクロマトグラフ分析装置）の検出限界以下の濃度にまで低減することができた。
【００８６】
（実施の形態３）
図５は、本発明の実施の形態３にかかる高分子電解質型燃料電池システムの概略構成を示す模式図である。
【００８７】
実施の形態３の高分子電解質型燃料電池システムは、実施の形態１の高分子電解質型燃料電池システムにおいて、冷却水流路８Ａに改質ガス調整装置９をバイパスするバイパス流路５１を設け、バイパス流路５１に流量調整弁５２を配置している高分子電解質型燃料電池システムである。したがって、実施の形態１と相違する部分についてのみ説明する。また、図５において図１と同一又は相当する部分には同一の符号を付してその説明を省略する。
【００８８】
図５において、冷却水は改質ガス調整装置９及び高分子電解質型燃料電池５を流通する第１の循環路と、バイパス流路５１及び高分子電解質型燃料電池５を流通する第２の循環路とが形成され、第１及び第２の循環路の冷却水の流量は、流量調整弁５２によって調整される。これによって、高分子電解質型燃料電池５を流通する冷却水流量は、第１及び第２の循環路の流量の和、すなわち冷却水ポンプ８Ｂの供給量となり、改質ガス調整装置９を流通する冷却水流量は第１の循環路の流量なる。したがって、冷却水ポンプ８Ｂの供給量によって、高分子電解質型燃料電池５の冷却能力を調整することができ、流量調整弁５２によって、改質ガス調整装置９の冷却能力を調整することができるので、高分子電解質型燃料電池５及び改質ガス調整装置９の温度制御をそれぞれ別個に調整することができる。このような調整ができることによって、高分子電解質型燃料電池システムをより柔軟に制御することが可能となる。
【００８９】
（実施の形態４）
図６は、本発明の実施の形態４にかかる高分子電解質型燃料電池システムの概略構成を示す模式図である。
【００９０】
実施の形態４の高分子電解質型燃料電池システムは、実施の形態１の高分子電解質型燃料電池システムにおいて、冷却系統８が第１の冷却系統６０と第２の冷却系統８０と、冷却水タンク７０とを有して構成されている高分子電解質型燃料電池システムである。したがって、実施の形態１と相違する部分についてのみ説明する。また、図６において図１と同一又は相当する部分には同一の符号を付してその説明を省略する。
【００９１】
図６において、冷却系統８は、第１の冷却系統６０と第２の冷却系統８０とに分割され、２つの冷却系統が冷却水タンク７０から冷却水を循環させるように構成されている。
【００９２】
具体的には、第１の冷却系統６０は、冷却水タンク７０を起点及び終点として循環するように構成されている冷却水流路６０Ａと、冷却水ポンプ６０Ｂと、熱交換器６０Ｃとを有して構成されている。冷却水流路６０Ａには、冷却水ポンプ６０Ｂ、高分子電解質型燃料電池５及び熱交換器６０Ｃが配置されている。これらの冷却水流路６０Ａ上の配置位置は、冷却水の循環方向に、高分子電解質型燃料電池５から熱交換器６０Ｃを通って冷却水タンク７０に到るように配置されている。これによって、高分子電解質型燃料電池５によって加熱された冷却水を熱交換器６０Ｃにおいて冷却することができる。また、第２の冷却系統８０は、冷却水タンク７０を起点及び終点として循環するように構成されている冷却水流路８０Ａと、冷却水ポンプ８０Ｂとを有して構成されている。冷却水流路８０Ａには、冷却水ポンプ８０Ｂ及び改質ガス調整装置９が配置されている。これによって、改質ガス調整装置９を流通する冷却水の流量を冷却水ポンプ８０Ｂによって調整することができる。
【００９３】
このような構成により、改質ガス調整装置９と高分子電解質型燃料電池５とを流通する冷却水を別個の冷却系統によって流通させることができるので、高分子電解質型燃料電池５及び改質ガス調整装置９の温度制御をそれぞれ別個に調整することができ、ひいては、高分子電解質型燃料電池システムをより柔軟に制御することが可能となる。
【００９４】
以上、本発明の実施の形態１乃至４について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。特に、上記実施の形態においては、改質ガス調整装置９を用いて、その本体部１６において、改質ガスが加湿され、かつ冷却されて、凝縮水が発生するように構成されているが、加湿と冷却とが一体的に実行される必要性はない。つまり、改質ガスが加湿された後に、加湿された改質ガスが冷却されるように構成することもできる。
【００９５】
例えば、図示しないが、以下のように構成することができる。一般的な加湿器、あるいは改質器での余剰の水蒸気を改質ガス供給路４に導入する加湿装置（加湿部）が改質ガス供給路４に配設される。そして、この加湿装置の、改質ガスの流通方向において下流側に、ウォータージャケット、冷却ファン等一般的な冷却装置（冷却部）が改質ガス供給路４に配設される。そして、この加湿装置の、改質ガスの流通方向において下流側の改質ガス供給路４にドレン部２１が形成される。
【００９６】
これによって、加湿装置において改質ガスを高い露点まで加湿された改質ガスが、冷却装置によって冷却されて凝縮水を発生させる。そして、この凝縮水はドレン部２１において改質ガス供給路４から排出される。つまり、上記の実施の形態と同様にして、改質ガス中の不純物を効果的に除去することができる。また、改質ガス中の凝縮水はミスト状態となり、気液界面積が大きくなるので、改質ガス中のアンモニア等の不純成分を効果的に除去することができる。さらに、改質ガスは冷却によって水分飽和状態となるので、冷却装置における冷却温度によって改質ガスの露点を調整することができる。
【産業上の利用可能性】
【００９７】
本発明にかかる高分子電解質型燃料電池システムは、簡便な構造であって、かつ改質ガスの露点調整ならびに改質ガス中の不純成分及び不純物の除去といった改質ガスの調整を効率的に行うことができる、高分子電解質型燃料電池システムとして有用である。
【図面の簡単な説明】
【００９８】
【図１】本発明の実施の形態１にかかる高分子電解質型燃料電池システムの概略構成を示す模  式図である。
【図２】図２（ａ）は改質ガス調整装置を概略的に示す斜視図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）におけるIIb−IIb面における断面図であり、図２（ｃ）は、図２（ａ）におけるIIc−IIc面における断面図であり、図２（ｄ）は、図２（ａ）におけるIId−IId面における断面図である。
【図３】図３は浄化器の内部構造を示す断面図である。
【図４】本発明の実施の形態２にかかる高分子電解質型燃料電池システムの概略構成を示す模式図である。
【図５】本発明の実施の形態３にかかる高分子電解質型燃料電池システムの概略構成を示す模式図である。
【図６】本発明の実施の形態４にかかる高分子電解質型燃料電池システムの概略構成を示す模式図である。
【符号の説明】
【００９９】
１  水素生成装置
２  原料ガス供給手段
３  水供給手段
４  改質ガス供給路
５  高分子電解質型燃料電池
７  空気供給系統
７Ａ  ブロア
７Ｂ  空気流路
８  冷却系統
８Ａ 冷却水流路
８Ｂ  冷却水ポンプ
８Ｃ  熱交換器
９  改質ガス調整装置
１５  洗浄系統
１５Ａ  洗浄水流路
１５Ｂ  ポンプ
１５Ｃ  浄化器
１５Ｄ  洗浄水タンク
１６  本体部
１６Ａ  改質ガス流路
１６Ｂ  冷却水流路
１６Ｃ  高分子膜
１６Ｄ  仕切り板
１７  改質ガス入口側ヘッダ部
１７Ａ  開口部
１８  冷却水入口側ヘッダ部
１８Ａ  開口部
１９  改質ガス出口側ヘッダ部
１９Ａ  開口部
２０  冷却水出口側ヘッダ部
２０Ａ  開口部
２１  ドレン部
２１Ａ  貯水部
２１Ｂ  上部水位検出器
２１Ｃ  下部水位検出器
２１Ｄ  弁
２２、２３  三方弁
３０  筒体
３０Ａ  開口部
３０Ｂ  開口部
３１  仕切り板
３２  イオン交換樹脂
３３  活性炭
４０  浄化器
５１  バイパス流路
５２  流量調整弁
６０  第１の冷却系統
６０Ａ  冷却水流路
６０Ｂ  冷却水ポンプ
６０Ｃ  熱交換器
７０  冷却水タンク
８０  第２の冷却系統
８０Ａ  冷却水流路
８０Ｂ  冷却水ポンプ
１００  制御装置
【図１】
2006134622.tif 000003
【図２】
2006134622.tif 000004
【図３】
2006134622.tif 000005
【図４】
2006134622.tif 000006
【図５】
2006134622.tif 000007
【図６】
2006134622.tif 000008