(57)【要約】【課題】  オフ水素ガスを触媒燃焼させる触媒燃焼部を有する燃料電システムであって、従来よりも、触媒燃焼部からの排出ガス中に、局所的に水素濃度が高い領域が存在するのを抑制できる燃料電システムを提供する。【解決手段】  燃料電池システムの構成を、燃料電池スタック１００と、オフ水素ガス処理装置１と、燃料電池スタック１００から排出されたオフ水素ガスをオフ水素ガス処理装置１に供給するオフ水素ガス供給経路４０と、燃料電池スタック１００から排出されたオフ空気をオフ水素ガス処理装置１に供給するオフ空気供給経路５０とを有する構成とする。そして、オフ水素ガス処理装置１を、オフ水素ガスとオフ空気を混合する混合部１０と、その混合ガスを触媒燃焼させる触媒燃焼部２０と、触媒燃焼部２０から排出されたガスを撹拌する撹拌部３０とにより構成する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素ガスと空気とが供給されて、前記水素ガスと空気中の酸素との起電反応により電力を発生させると共に、前記水素ガスと空気のうちの前記起電反応の未反応分を含むオフ水素ガスおよびオフ空気を排出する燃料電池（１００）と、
前記燃料電池（１００）から排出された前記オフ水素ガスを流す第１の経路（４０）と、
前記燃料電池（１００）から排出された前記オフ空気を流す第２の経路（５０）と、
前記第１の経路（４０）および前記第２の経路（５０）に接続され、前記第１の経路（４０）および前記第２の経路（５０）を流れる前記オフ水素ガスと前記オフ空気とを導き、前記オフ水素ガスと前記オフ空気とを混合させる混合部（１０）と、
前記混合部（１０）で混合された前記オフ水素ガスおよび前記オフ空気の混合ガスが供給され、前記混合ガスに含まれる水素を、前記混合ガスに含まれる酸素を用いて触媒燃焼させる触媒燃焼部（２０）とを備えてなる燃料電池システムにおいて、
前記触媒燃焼部（２０）から排出された排出ガスを撹拌する撹拌部（３０）を有することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記撹拌部（３０）は、長方形平板材を１８０°捻った形状のエレメント（３０ａ）を有し、前記排出ガスが前記エレメント（３０ａ）を通過することで、前記排出ガスが撹拌される構成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。
【請求項３】
前記撹拌部（３０）は、複数の前記エレメント（３０ａ）が直列に連続して並んでおり、直列に連続して並ぶエレメント群を一組とした場合に、前記エレメント群（３１、３２）が、間を空けて、複数組並んでいる構成であることを特徴とする請求項２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記撹拌部（３０）は、複数の前記エレメント群（３１、３２）同士の中間に、水除去部（３３ａ、３４、３５、３６、３７）が設けられていることを特徴とする請求項３に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記水除去部は、前記エレメントを流れるガスのガス流路断面積に比較して、大きな断面積を有する空間（３３ａ）で構成されていることを特徴とする請求項４に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記水除去部は、通気性を有し、かつ、水を吸収する吸収材（３７）で構成されていることを特徴とする請求項４に記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記エレメント（３０ａ）の表面は撥水材料（３０ｄ）によりコーティングされていることを特徴とする請求項２ないし６のいずれか１つに記載の燃料電池システム。
【請求項８】
前記混合部（１０）が、前記撹拌部（３０）と同じ構成であることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１つに記載の燃料電池システム。
【請求項９】
一端が前記第１の経路（４０）に接続され、他端が前記撹拌部（３０）に接続され、前記第１の経路（４０）を流れるオフ水素ガスを前記撹拌部（３０）に導入する第３の経路（４４）と、
前記第１の経路（４０）と前記第３の経路（４４）との接続部に配置され、前記第１の経路（４０）のうちの前記接続部から前記混合部（１０）までの部分を流れるオフ水素ガスのガス流量と、前記第３の経路（４４）を流れるオフ水素ガスのガス流量とを調整する第１の調整部（４３）とを備えることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１つに記載の燃料電池システム。
【請求項１０】
一端が前記第２の経路（５０）に接続され、他端が前記撹拌部（３０）に接続され、前記第２の経路（５０）を流れるオフ空気を前記撹拌部（３０）に導入する第４の経路（５５）と、
前記第２の経路（５０）と前記第４の経路（５５）との接続部に配置され、前記第２の経路（５０）のうちの前記接続部から前記混合部（１０）までの部分を流れるオフ空気の流量と、前記第４の経路（５５）を流れるオフ空気の流量とを調整する第２の調整部（５４）とを備えることを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１つに記載の燃料電池システム。
【請求項１１】
前記第１の経路（４０）を流れるオフ水素ガス中の水素ガス濃度を検出する水素濃度検出手段（４５）を備えることを特徴とする請求項９および１０に記載の燃料電池システム。
【請求項１２】
前記燃料電池（１００）の内部に冷媒を循環供給する燃料電池用冷媒循環経路（２００）と、
一端が前記燃料電池用冷媒循環経路（２００）に接続され、他端が前記触媒燃焼部（２０）に接続され、前記燃料電池用冷媒循環経路（２００）を流れる冷媒を前記触媒燃焼部（２０）に導入する第１の冷媒経路（２０４）と、
一端が前記燃料電池用冷媒循環経路（２００）に接続され、他端が前記触媒燃焼部（２０）に接続され、前記触媒燃焼部（２０）から前記燃料電池用冷媒循環経路（２００）に前記冷媒を返還する第２の冷媒経路（２０５）を備え、
前記触媒燃焼部（２０）は、触媒材（２２）が担持された触媒担体（２１）と、前記触媒担体（２１）の近傍に配置され、前記冷媒が流れる第３の冷媒経路（２３）とを有することを特徴とする請求項１ないし１１のいずれか１つに記載の燃料電池システム。
【請求項１３】
前記触媒燃焼部（２０）は、前記冷媒が流れるチューブ（２３）と、前記チューブ（２３）に隣接して配置され、表面に触媒材（２２）が担持された放熱フィン（２１）とを備えることを特徴とする請求項１２に記載の燃料電池システム。
【請求項１４】
前記触媒燃焼部（２０）は、触媒材（２２）が担持された触媒担体（２１）と、前記触媒担体（２１）の近傍に配置され、電力が供給されることで発熱する通電発熱体（２０ａ）とを備えることを特徴とする請求項１ないし１３のいずれか１つに記載の燃料電池システム。
【請求項１５】
前記触媒燃焼部（２０）は、通電加熱型触媒体により構成されていることを特徴とする請求項１ないし１３のいずれか１つに記載の燃料電池システム。
【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関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の燃料電池システムとして、燃料電池から排出されたオフ水素ガスを処理するためのコンバスタを備えるものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
コンバスタは、触媒を備えるものである。ここで、燃料電池は、例えば、燃料としての水素ガスと酸化剤ガスとしての空気とが供給されることで、水素と酸素の起電反応により、電力を生成するものであるが、通常、供給された水素ガスおよび空気中の酸素とが全て起電反応に使用されるわけではない。このため、未反応の水素ガス（オフ水素ガス）や未反応の酸素を含む空気（オフ空気）が燃料電池から排出される。このとき、水素ガスは可燃性が高いため、大気中への排出には十分な注意が必要である。
【０００４】
そこで、上記したシステムでは、まず、燃料電池から排出されたオフ水素ガスと空気ガスとを混合して水素ガスを希釈し、さらに、混合したガス中の水素ガスをコンバスタで触媒燃焼させることで、混合ガス中の水素濃度を低減させている。その後、この混合ガスを大気中に放出するようにしている。
【特許文献１】特開平２００２−２８９２３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上記した燃料電池システムであっても、以下の問題が考えられる。すなわち、コンバスタでの触媒燃焼（触媒反応）により、混合ガス中の水素濃度は、マクロ的には低減されるが、一般に、触媒反応では混合ガスの混合ムラや、流速分布に起因したＳＶ（空間速度）のムラ等により、反応ムラが生じ易い。このため、特に、ガス流路、すなわち、触媒断面方向でガスの混合およびＳＶムラに起因した反応ムラが生じた場合、排出される処理後のガスにおいて、流路断面方向に対し、局所的に水素濃度が高く、可燃性のあるガス領域が存在し得る可能性がある。 
【０００６】
本発明は、上記点に鑑み、オフ水素ガスを触媒燃焼させる触媒燃焼部を有する燃料電システムであって、従来よりも、触媒燃焼部からの排出ガス中に、局所的に水素濃度が高い領域が存在するのを抑制できる燃料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】
【０００７】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、水素ガスと空気とが供給されて、水素ガスと空気中の酸素との起電反応により電力を発生させると共に、水素ガスと空気のうちの起電反応の未反応分を含むオフ水素ガスおよびオフ空気を排出する燃料電池（１００）と、燃料電池（１００）から排出されたオフ水素ガスを流す第１の経路（４０）と、燃料電池（１００）から排出されたオフ空気を流す第２の経路（５０）と、第１の経路（４０）および第２の経路（５０）に接続され、第１の経路（４０）および第２の経路（５０）を流れるオフ水素ガスとオフ空気とを導き、オフ水素ガスとオフ空気とを混合させる混合部（１０）と、混合部（１０）で混合されたオフ水素ガスおよびオフ空気の混合ガスが供給され、混合ガスに含まれる水素を、混合ガスに含まれる酸素を用いて触媒燃焼させる触媒燃焼部（２０）とを備えてなる燃料電池システムにおいて、触媒燃焼部（２０）から排出された排出ガスを撹拌する撹拌部（３０）を有することを特徴としている。
【０００８】
これにより、触媒燃焼部からの排出ガスを撹拌させることができ、触媒燃焼部から排出されたガス中に局所的に水素濃度が高い領域が存在するのを抑制することができる。
【０００９】
撹拌部を、ダイナミックミキサで構成したり、請求項２に示すような構成のいわゆるスタティックミキサで構成したりすることができる。
【００１０】
請求項２に記載の発明では、撹拌部（３０）が、長方形平板材を１８０°捻った形状のエレメント（３０ａ）を有し、排出ガスがエレメント（３０ａ）を通過することで、排出ガスが撹拌される構成であることを特徴としている。
【００１１】
これにより、撹拌のための動力を不要とすることができる。
【００１２】
なお、エレメントを１つもしくは複数用いることができ、エレメントを複数用いた場合では、それらを排出ガスの流れる方向に対して、直列のみ、並列のみ、または、直列および並列に配置することもできる。
【００１３】
例えば、複数のエレメントを直列に配置する場合では、直列方向で隣り合うエレメントにおいて、長方形平板材の捻り方向が、左右交互となり、かつ、接続される平板同士が直交するように配置する。これにより、通過するガス撹拌に必要なガスの分割、転換、反転を効果的に作用させることができる。
【００１４】
また、複数のエレメントを並列に配置する場合では、撹拌部の内部に複数の筒を配置し、その複数の筒のそれぞれに、複数のエレメントを１つずつ配置する。なお、複数のエレメントを並列かつ直列に配置する場合では、上記した複数の筒の内部でエレメントを直列に配置する。より均一に攪拌させるには、この構成が好ましい。
【００１５】
また、請求項３に示すように、撹拌部（３０）の構成を、複数のエレメント（３０ａ）が直列に連続して並んでおり、直列に連続して並ぶエレメント群を一組とした場合に、エレメント群（３１、３２）が、間を空けて、複数組並んでいる構成とすることが好ましい。
【００１６】
このように複数のエレメントを直列に並べることで、より均一に撹拌させることができる。また、複数のエレメント群の間を空けることでも、より均一に撹拌させることができる。
【００１７】
また、請求項４に示すように、撹拌部（３０）において、複数のエレメント群（３１、３２）同士の中間に、水除去部（３３ａ、３４、３５、３６、３７）を設けることができる。
【００１８】
これにより、エレメント群同士の間に空間がある場合、そこに、撹拌部を流れる気体中の水分（オフ水素ガスやオフ空気に予め含まれた水分、および反応生成水）の一部が凝縮した液滴が溜まるので、水除去部により、溜まった水を除去することができる。
【００１９】
なお、水除去部として、水を外部に放出するための開口部を設けたり、請求項５に示すように、エレメントを流れるガスのガス流路断面積に比較して、大きな断面積を有する空間（３３ａ）としたり、請求項６に示すように、通気性を有し、かつ、水を吸収する水吸収材（３７）を設けたりすることができる。
【００２０】
請求項５に記載の発明によれば、撹拌部を流れるガスのガス流速を水除去部で低減することができる。この結果、ガス流速が低減しない場合と比較して、水分を溜めやすくすることができる。
【００２１】
なお、ガス流路断面積とは、エレメントが並列に配置されていない場合では、１つのエレメントを流れるガスのガス流路断面積であり、エレメントが並列に配置されている場合では、並列に配置されているエレメントを流れるガスのガス流路断面積の合計である。
【００２２】
また、請求項７に示すように、エレメント（３０ａ）の表面を、撥水材料（３０ｄ）でコーティングすることもできる。
【００２３】
これにより、凝縮した水がエレメントの表面に留まるのを防止できる。
【００２４】
また、請求項８に示すように、混合部（１０）を、撹拌部（３０）と同じ構成にすることもできる。
【００２５】
これにより、触媒燃焼部に供給するオフ水素ガスとオフ空気との混合ガスにおけるガス濃度ムラを抑制することができる。
【００２６】
請求項９に記載の発明では、一端が第１の経路（４０）に接続され、他端が撹拌部（３０）に接続され、第１の経路（４０）を流れるオフ水素ガスを撹拌部（３０）に導入する第３の経路（４４）と、第１の経路（４０）と第３の経路（４４）との接続部に配置され、第１の経路（４０）のうちの接続部から混合部（１０）までの部分を流れるオフ水素ガスのガス流量と、第３の経路（４４）を流れるオフ水素ガスのガス流量とを調整する第１の調整部（４３）とを備えることを特徴としている。
【００２７】
これにより、オフ水素ガスを混合部だけでなく、直接撹拌部にも供給でき、また、そのときの混合部、撹拌部へ供給するオフ水素ガスのガス流量を調整することができる。この結果、以下に説明するように、燃料電池から排出されたオフ水素ガスの水素濃度に応じた処理が可能となる。
【００２８】
すなわち、例えば、オフ水素ガス中の水素濃度が十分に希薄な場合は、オフ水素ガスを触媒燃焼部を介さずに、直接、撹拌部に導入し、オフ空気との混合希釈のみで大気中に排出する。一方、オフ水素ガス中の水素濃度が濃い場合は、オフ水素ガスの一部を触媒燃焼部に導入し、残りを直接、撹拌部に導入することで、燃焼処理による水素濃度の低減と、オフ空気との混合希釈による濃度低減を同時並行で行う。
【００２９】
このように、水素濃度が希薄な場合では、触媒燃焼部での燃焼を行わず、また、水素濃度が濃い場合では、触媒燃焼部に供給される水素ガスの量を低減させることで、触媒の過昇温を防止できる。この結果、触媒の耐久寿命を向上させることができる。
【００３０】
なお、オフ水素濃度の検知は、請求項１１に記載の発明のように、第１の経路（４０）を流れるオフ水素ガス中の水素ガス濃度を検出する水素濃度検出手段（４５）を用いたり、車両の走行負荷から概ね推定したりすることができる。この検知結果もしくは推定結果に応じて、第１の調整部の制御を行うことができる。
【００３１】
また、請求項1０に記載の発明では、一端が第２の経路（５０）に接続され、他端が撹拌部（３０）に接続され、第２の経路（５０）を流れるオフ空気を撹拌部（３０）に導入する第４の経路（５５）と、第２の経路（５０）と第４の経路（５５）との接続部に配置され、第２の経路（５０）のうちの接続部から混合部（１０）までの部分を流れるオフ空気の流量と、第４の経路（５５）を流れるオフ空気の流量とを調整する第２の調整部（５４）とを備えることを特徴としている。
【００３２】
これにより、燃料電池から排出されるオフ水素ガス中の水素濃度に応じて、触媒燃焼部に供給するオフ空気量を制御することが可能となる。
【００３３】
ここで、触媒燃焼部に供給されるオフ空気の量が、触媒燃焼に必要な量よりも多い場合、触媒の温度が低下し、触媒燃焼の効率が低下してしまう。このため、触媒燃焼部に供給するオフ空気の量は、触媒燃焼に必要な量であればよい。
【００３４】
したがって、本発明によれば、オフ空気が触媒燃焼に必要な量よりも多い場合には、その一部を撹拌部に回し、触媒燃焼部に供給するオフ空気の量を低減させることで、反応温度の低下、すなわち、反応性悪化を抑制でき、触媒燃焼部での触媒燃焼を効果的に行うことができる。
【００３５】
なお、オフ水素濃度の検知は、請求項１１に記載の発明のように、水素濃度検出手段を用いたり、車両の走行負荷から概ね推定したりすることができる。この検知結果もしくは推定結果に応じて、第２の調整部の制御を行うことができる。
【００３６】
また、請求項１２に記載の発明では、燃料電池（１００）の内部に冷媒を循環供給する燃料電池用冷媒循環経路（２００）と、一端が燃料電池用冷媒循環経路（２００）に接続され、他端が触媒燃焼部（２０）に接続され、燃料電池用冷媒循環経路（２００）を流れる冷媒を触媒燃焼部（２０）に導入する第１の冷媒経路（２０４）と、一端が燃料電池用冷媒循環経路（２００）に接続され、他端が触媒燃焼部（２０）に接続され、触媒燃焼部（２０）から燃料電池用冷媒循環経路（２００）に冷媒を返還する第２の冷媒経路（２０５）を備え、触媒燃焼部（２０）は、触媒材（２２）が担持された触媒担体（２１）と、触媒担体（２１）の近傍に配置され、冷媒が流れる第３の冷媒経路（２３）とを有することを特徴としている。
【００３７】
このように、触媒燃焼部の内部に、燃料電池用冷媒循環経路を流れる冷媒を導入させることで、オフ水素ガスの水素濃度の濃淡にかかわらず、触媒燃焼部を、常に、冷媒温度に近い一定温度にコントロールすることが可能となる。これにより、触媒燃焼時の過昇温や熱暴走を回避でき、触媒材の耐久寿命を向上させることができる。
【００３８】
また、本発明によれば、逆に、触媒燃焼時に発生する触媒反応熱を冷媒に伝達することで、この熱エネルギを、燃料電池の暖機に用いる等の有効回収ができたり、燃料電池用冷媒循環経路に通常設けられている放熱器により、外部に放出したりすることができる。なお、ここでいう近傍とは、触媒燃焼時に発生する熱が伝わる範囲内であることを意味する。
【００３９】
請求項１３に示すように、触媒燃焼部の構成としては、例えば、冷媒が流れるチューブ（２３）と、チューブ（２３）に隣接して配置され、表面に触媒材（２２）が担持された放熱フィン（２１）とを備える構成とすることができる。
【００４０】
また、請求項１４に示すように、触媒燃焼部（２０）を、触媒材（２２）が担持された触媒担体（２１）と、触媒担体（２１）の近傍に配置され、電力が供給されることで発熱する通電発熱体（２０ａ）とを備える構成とすることができる。
【００４１】
また、請求項１５に示すように、触媒燃焼部（２０）を、通電加熱型触媒体により構成することもできる。
【００４２】
請求項１４、１５に記載の発明によれば、触媒を過熱した状態で触媒燃焼させることができる。この結果、触媒活性を高めることができ、オフ水素ガスの水素濃度が低い場合であっても、オフ水素ガス中の水素ガスの触媒燃焼をさせることができる。
【００４３】
なお、請求項１５に記載の発明のように、触媒燃焼部として、触媒担体と通電発熱体とが一体化させられたものを用いることで、触媒担体と通電発熱体とを別体で構成されたものを用いる場合と比較して触媒燃焼部をコンパクトにすることができる。
【００４４】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４５】
（第１実施形態）
図１に、本発明の第１実施形態における燃料電池システムの全体構成を示す。この燃料電池システムは、燃料電池自動車や発電機として利用されるものである。この燃料電池システムは、オフ水素ガス処理装置１、燃料電池としての燃料電池スタック１００、エアコンプレッサ１０３、高圧水素タンク１０４、図示しないコントロールユニット（ＥＣＵ）等を備えている。本実施形態の燃料電池システムは、主にオフ水素ガス処理装置１の構成が従来と異なっている。
【００４６】
燃料電池スタック１００としては周知のものを用いることができ、本実施形態では、例えば、固体高分子電解質型燃料電池を用いている。燃料電池スタック１００は、図示しないが、基本単位となるセルが複数積層された構成であり、単セルは水素極と、電解質膜と、空気極とが積層した構造となっている。
【００４７】
燃料電池スタック１００では、水素極に燃料ガスとしての水素、空気極に酸化剤ガスとしての空気が供給されると、以下の水素と酸素の電気化学反応（起電反応）が起こり、電気エネルギが発生する。
水素極（アノード）Ｈ２→２Ｈ＋＋２ｅ− 
空気極（カソード）２Ｈ＋＋１／２Ｏ２＋２ｅ−→Ｈ２Ｏ
全体  Ｈ２＋１／２Ｏ２→Ｈ２Ｏ  
燃料電池スタック１００は内部に空気を供給するための空気入口１００ａと、内部から空気を排出するための空気出口１００ｂとを有している。空気入口１００ａには、燃料電池スタック１００に空気を供給するための空気供給経路１０１を介して、エアコンプレッサ１０３が接続されている。
【００４８】
そして、エアコンプレッサ１０３により、空気入口１００ａから燃料としての空気が燃料電池スタック１００に供給される。一方、燃料電池スタック１００から供給された空気のうちの発電（起電反応）に使用されなかった分であるオフ空気が、空気出口１００ｂから排出されるようになっている。
【００４９】
また、燃料電池スタック１００は内部に水素を供給するための水素入口１００ｃと、内部から水素ガスを排出するための水素出口１００ｄとを有している。水素入口１００ｃには、燃料電池スタック１００に水素ガスを供給するための水素ガス供給経路１０２を介して、高圧水素タンク１０４が接続されている。水素ガス供給経路１０２には、水素レギュレータ１０７と、第１の水素遮断弁１０８とが配置されている。
【００５０】
そして、第１の水素遮断弁１０８が開いた状態で、水素レギュレータ１０７によって所望の圧力に調整されて、高圧水素タンク１０４から空気入口１００ａを介して燃料電池スタック１００の内部に水素ガスが供給される。一方、水素出口１００ｄから、燃料電池スタック１００の内部に供給された水素ガスのうち、発電に使用されなかった分を含むオフ水素ガスが排出されるようになっている。
【００５１】
なお、エアコンプレッサ１０３と、水素レギュレータ１０７と、第１の水素遮断弁１０８とは、図示しないコントロールユニットの作動指示信号を受けて作動するようになっている。
【００５２】
また、水素出口１００ｄと水素ガス供給経路１０２の途中（水素レギュレータ１０７と第１の水素遮断弁１０８の間）とに、水素循環経路１０５が接続されている。水素循環経路１０５中には、気液分離器水素循環ポンプ１０６が配置されている。これらにより、水素出口１００ｄから排出されたオフ水素ガスが、再び、水素入口１００ｃから燃料電池スタック１００の内部に供給されるようになっている。
【００５３】
図２に、オフ水素ガス処理装置１の内部構成を示す。オフ水素ガス処理装置１は、燃料電池スタック１００の水素出口１００ｄから排出されるオフ水素ガスを、可燃性のないガスとして、システム外に放出できるように、処理するものである。オフ水素ガス処理装置１は、混合部１０と、触媒燃焼部２０と、撹拌部３０とを有して構成されている。図２に示すように、例えば、図中左右方向に細長いケース内において、左から混合部１０、触媒燃焼部２０、撹拌部３０が順に配置されている。
【００５４】
混合部１０は、オフ水素ガスとオフ空気とを混合させるところである。具体的には、空間を有する部屋であり、オフ水素ガス導入口４０ａと、オフ空気導入口５０ａとを有している。
【００５５】
そして、オフ水素ガス導入口４０ａには、図１に示すように、混合部１０にオフ水素ガスを供給するオフ水素ガス供給経路４０の一端が接続されている。オフ水素ガス供給経路４０の他端は、オフ水素ガス遮断／放出弁４２を介して、水素循環経路１０５中の気液分離器４１と接続されている。このオフ水素ガス供給経路４０が本発明の第１の経路に相当する。
【００５６】
このようにして、オフ水素ガス遮断／放出弁４２が開となったとき、水素出口１００ｄから排出されたオフ水素ガスが、オフ水素ガス供給経路４０を流れて、混合部１０に導入されるようになっている。なお、オフ水素ガス遮断／放出弁４２は、図示しないコントロールユニットの作動指示信号を受けて作動するようになっている。
【００５７】
一方、オフ空気導入口５０ａには、図１に示すように、混合部１０にオフ空気を供給するオフ空気供給経路５０の一端が接続されている。オフ空気供給経路５０の他端は、燃料電池スタック１００の空気出口１００ｂに接続されている。オフ空気供給経路５０中には、気液分離器５１が配置されている。このオフ空気供給経路５０が本発明の第２の経路に相当する。
【００５８】
このようにして、空気出口１００ｂから排出されたオフ空気が、オフ空気供給経路５０を流れて、混合部１０に導入されるようになっている。
【００５９】
そして、混合部１０で混合されたオフ水素ガスとオフ空気の混合ガスは、触媒燃焼部２０に供給されるようになっている。
【００６０】
次に、図３に、触媒燃焼部２０の内部構成を示す。触媒燃焼部２０は、混合ガスに含まれる水素を、混合ガスに含まれる酸素を用いて触媒燃焼させるものである。触媒燃焼部２０は、例えば、図３に示すように、多孔を有する（ハニカム状の）触媒担体２１の孔の表面に、触媒２２が担持された構成である。そして、混合ガスがこの孔を通過するように、触媒燃焼部２０がオフ水素ガス処理装置１の内部に配置されている。
【００６１】
そして、この触媒燃焼部２０から排出されたガスは、撹拌部３０に供給されるようになっている。
【００６２】
次に、図４に、撹拌部３０の斜視図を示す。撹拌部３０は、触媒燃焼部２０から排出されたガスを撹拌するところである。図２、４に示すように、撹拌部３０は、長方形平板材を１８０°捻った形状のエレメント３０ａを複数有しており、いわゆるスタティックミキサにより構成されている。
【００６３】
具体的には、図４に示すように、撹拌部３０は、複数の円筒３０ｂが並列に配置されており、その内部にエレメント３０ａが配置されている。１つの円筒３０ｂの直径は、１つのエレメント３０ａが入る程度の大きさである。１つの円筒３０ｂ内に、複数のエレメント３０ａが直列に配置されている。
【００６４】
このように、撹拌部３０は、複数のエレメント３０ａが直列および並列に配置された構成である。そして、触媒燃焼部２０から排出されたガスは、各円筒３０ｂの内部を流れ、エレメント３０ａを通過するだけで、撹拌されるようになっている。さらに、撹拌されたガスは、排出口３０ｃから排出されるようになっている。
【００６５】
また、図４に示すように、直列方向で隣り合うエレメント３０ａ同士が、長方形平板材の捻り方向が、左右交互となっており、接続される平板材同士が直交するように配置されている。このように直列にエレメント３０ａを配置することで、エレメント３０ａのみで、通過するガスの撹拌に必要なガスの分割、転換、反転を効果的に作用させることができるようになっている。
【００６６】
また、撹拌部３０は、図２に示すように、直列に連続して並ぶ複数のエレメント３０ａを一組のエレメント群とした場合、第１のエレメント群３１と、第２のエレメント群３２とが空間部３３を隔てて、並べられた状態となっている。
【００６７】
このため、第１のエレメント群３１の各円筒３０ｂを通過したガスを、空間部３３で合流させ、第２のエレメント群３２の各円筒３０ｂに別れさせることができ、空間部３３が無い場合と比較して、より撹拌効果を高めることができる。
【００６８】
また、撹拌部３０は、図２に示すように、空間部３３の底面と、第２のエレメント群３２と排出口３０ｃの間の底面に、開口部３４が設けられている。さらに、この開口部３４には、水排出経路３５が接続されており、水排出経路３５中には水排出弁３６が設けられている。
【００６９】
第１のエレメント群３１と第２のエレメント群３２との間に、空間部３３が配置されている場合、この空間部３３に、撹拌部３０を流れるガス中に含まれる水分が凝縮することで生成した水が溜まる。そこで、このように開口部３４、水排出経路３５、水排出弁３６を設けることで、空間部３３に溜まった水を除去することができるようになっている。なお、開口部３４、水排出経路３５、水排出弁３６が本発明の水除去部に相当する。
【００７０】
このように構成された燃料電池システムでは、図１を参照して説明すると、図示しないコントロールユニットにより、オフ水素ガス遮断／放出弁４２が開とされ、燃料電池スタック１００から排出されたオフ水素ガスがオフ水素ガス供給経路４０を通って、混合部１０に供給される。一方、燃料電池スタック１００から排出されたオフ空気もオフ空気供給経路５０を通って、混合部１０に供給される。
【００７１】
そして、混合部１０で混合されたオフ水素ガスとオフ空気の混合ガスは、触媒燃焼部２０に供給され、触媒燃焼部２０で、混合ガス中の水素ガスが触媒燃焼される。そして、触媒燃焼により生じたガスおよび触媒燃焼されなかった水素ガスが、触媒燃焼部２０から排出される。さらに、触媒燃焼部２０からの排出ガスは、撹拌部３０で撹拌された後、オフ水素ガス処理装置１の排出口３０ｃからシステム外に排出される。
【００７２】
以上説明したように、本実施形態のオフ水素ガス処理装置１は、触媒燃焼部２０からの排出ガスを撹拌する撹拌部３０を有している。
【００７３】
これにより、触媒燃焼部２０からの排出ガスを撹拌させることができ、触媒燃焼部２０から排出されたガス中に局所的に水素濃度が高い領域が存在するのを抑制することができる。
【００７４】
また、本実施形態のオフ水素ガス処理装置１における撹拌部３０は、長方形平板材を１８０°捻った形状のエレメント３０ａを有して構成されたいわゆるスタティックミキサである。
【００７５】
このため、本実施形態では触媒燃焼部２０から排出されたガスを撹拌するための動力（電力等）を外部から供給するのを不要とすることができる。
【００７６】
また、撹拌部３０の構成を、複数のエレメントを並列および直列に配置した構成とすることで、撹拌部３０の構成を、ガスの分割、転換、反転をそれぞれ別々に発揮させる構成とする場合と比較して、撹拌部３０をコンパクトにすることができる。
【００７７】
（第２実施形態）
図５に本実施形態の第１の例におけるオフ水素ガス処理装置１中の撹拌部３０の斜視図を示す。本実施形態は、第１実施形態で説明した燃料電システムに対して、撹拌部３０の構成を一部変更したものである。
【００７８】
本実施形態の第１の例では、図５に示すように、エレメント３０ａは、その表面に撥水材被膜３０ａを有している。このように、エレメント３０ａの表面を撥水材料３０ｄにより、コーティングすることもできる。
【００７９】
これにより、撹拌部３０を流れる触媒燃焼部２０からの排出ガスに含まれる水分が凝縮して水が生成しても、その水がエレメント３０ａの表面に留まるのを防止することができる。
【００８０】
図６に、本実施形態の第２の例におけるオフ水素ガス処理装置１中の撹拌部３０の斜視図を示す。第１実施形態では、エレメント３０ａが入れられる筒３０ｂの断面形状が円である場合を例として説明したが、図６に示すように、筒３０ｂの断面形状を六角形形状とすることもできる。
【００８１】
これにより、筒３０ｂの断面形状を円とする場合と比較して、筒３０ｂをより密に並べることができる。
【００８２】
（第３実施形態）
第１実施形態では、水除去部として開口部３４、水排出経路３５、水排出弁３６を設ける場合を例として説明したが、本実施形態では、水除去部の他の例について説明する。
【００８３】
図７に、本実施形態の第１の例におけるオフ水素ガス処理装置１の内部構成を示す。図７に示すように、撹拌部３０では、空間部３３ａの位置で、オフ水素ガス処理装置１のケースが外側に突出した形状となっており、空間部３３ａのガス流路断面積が、第１、第２のエレメント群３１、３２のガス流路断面積よりも大きくなっている。本実施形態では、この空間部３３ａが本発明の水除去部に相当する。その他の構成は、図２のオフ水素ガス処理装置１と同じである。
【００８４】
これにより、空間部３３を流れるガスの流速を、第１のエレメント群３１を流れるときのガスの流速よりも低減することができる。この結果、ガス流速が低減しない場合と比較して、空間部３３ａに水分を溜めやすくすることができる。
【００８５】
なお、ガス流路断面積とは、ガスが流れる方向に対する断面積のことであり、撹拌部３０では、図中左から右にガスが流れるので、図中左右方向に対して切断した断面の面積である。
【００８６】
図８に、本実施形態の第２の例におけるオフ水素ガス処理装置１の内部構成を示す。図８に示すように、撹拌部３０の空間部３３に、例えば、多孔質体３７が配置されている。この多孔質体３７が本発明の水除去部に相当する。なお、他の構成部は図２に示すオフ水素ガス処理装置１と同じである。
【００８７】
このように、多孔質体３７を空間部３３に配置することで、空間部３３で溜まった水を多孔質体３７で吸収し、吸収した水を、再び、気化させて触媒燃焼部２０からの排出ガスと共に、外部に排出することができる。
【００８８】
なお、本実施形態の第２の例では、多孔質体３７を用いる場合を例として説明したが、通気性を有し、かつ、毛細管現象により、水を吸収する吸収材であれば、種々の材料を用いることができる。
【００８９】
（第４実施形態）
図９、１０に本実施形態の第１、２の例におけるオフ水素ガス処理装置１の内部構成を示す。本実施形態は、第１実施形態で説明した燃料電池システムに対して、撹拌部３０を構成する第１のエレメント群３１および第２のエレメント群３２の向きを変更したものである。
【００９０】
図２中の第１のエレメント群３１および第２のエレメント群３２は、それらの円筒３０ｂを流れるガスの向きが、オフ水素ガス処理装置１の内部を流れるガスの向き（図中左から右）と同じとなるように、配置されていた。
【００９１】
これに対して、図９に示すオフ水素ガス処理装置１では、第１のエレメント群３１および第２のエレメント群３２は、それらの円筒３０ｂを流れるガスの向きが、オフ水素ガス処理装置１の内部を流れるガスの向き（図中左から右）と略垂直な方向（図中上下方向）となるように、配置されている。空間部３３は、第１のエレメント群３１および第２のエレメント群３２の上側と、下側に配置されている。その他の構成は、図２のオフ水素ガス処理装置１と同じである。
【００９２】
このため、触媒燃焼部２０からの排出ガスは、図中の矢印のように、まず、触媒燃焼部２０ら右に流れ、第１のエレメント群３１で上方向に流れ、空間部３３で左から右に流れ、第２のエレメント群３２で下方向に流れ、第２のエレメント群３２を出たガスは右方向に流れる。
【００９３】
これにより、空間部３３でのガスの撹拌効果を高めることができる。また、第１のエレメント群３１および第２のエレメント群３２が上下方向を向いていることから、図中下側の空間部３３で水をより溜めやすくすることができる。
【００９４】
図１０に示すオフ水素ガス処理装置１は、図９に示すオフ水素ガス処理装置１の空間部３３に、多孔質体３７を配置している。このように多孔質体３７を配置することで、第３実施形態の第２の例と同様の効果を奏する。
【００９５】
（第５実施形態）
図１１に、本実施形態におけるオフ水素ガス処理装置１の内部構成を示す。本実施形態のオフ水素ガス処理装置１は、第１実施形態で説明した図２に示すオフ水素ガス処理装置１に対して、混合部１０の構成を、撹拌部３０と同じ構成にしたものである。    
【００９６】
図１２に、第１の例における混合部１０の斜視図を示す。図１２に示すように、混合部１０は、エレメント１０ａを有している。このエレメント１０ａは、撹拌部３０のエレメント３０ａと同じである。エレメント１０ａは円筒１０ｂの内部に入れられている。
【００９７】
そして、図１１に示すように、混合部１０も第１のエレメント群１１と、第２のエレメント群１２と、その間の空間部１３とが配置されている。第１のエレメント群１１、第２のエレメント群１２は、それぞれ、第１のエレメント群３１、第２のエレメント群３２と同じである。空間部１３には、撹拌部３０と同様に、開口部３４が設けられており、水排出経路３５、水排出弁３６も配置されている。
【００９８】
これにより、混合部１０での混合効率を高めることができ、触媒燃焼部２０に供給するオフ水素ガスとオフ空気との混合ガスにおけるガス濃度ムラを抑制することができる。
【００９９】
また、図１３、１４に第２、３の例における混合部１０の斜視図を示す。混合部１０の構成を第２実施形態の撹拌部３０と同じ構成とすることもできる。すなわち、図１３に示すように、図１２に示されるエレメント１０ａの表面を撥水材料１０ｃでコーティングすることもできる。また、図１４に示すように、エレメント１０ａが入れられている筒１０ｂの断面形状を六角形とすることもできる。
【０１００】
（第６実施形態）
図１５、１６に、本実施形態の第１、第２の例における燃料電池システムの全体構成を示す。本実施形態の第１の例における燃料電池システムは、図１の燃料電池システムに対して、オフ空気供給経路５０の途中に接続されたオフ空気排出経路５２と、排気マフラ５３とを追加した構成のものである。
【０１０１】
そして、オフ水素ガス遮断／放出弁４２が閉められた状態、すなわち、オフ水素ガス処理装置１にオフ水素ガスが供給されない状態のときでは、オフ空気をオフ空気排出経路５２に流し、排気マフラ５３を介して、オフ空気をシステム外に排出する。
【０１０２】
一方、オフ水素ガス遮断／放出弁４２が開けられた状態、すなわち、オフ水素ガス処理装置１にオフ水素ガスが供給されるときでは、混合部１０にオフ空気を導入させるようにする。
【０１０３】
このように、オフ水素ガス処理装置１のオフ水素ガス処理が行われるときのみ、オフ空気をオフ水素ガス処理装置１に供給し、それ以外のときでは、排気マフラ５３を介して、システム外に排出するようにすることができる。
【０１０４】
なお、単に、オフ空気を混合部１０に供給する分と、オフ水素ガス処理装置１を介さずに、外部に排出する分とに分けるようにすることもできる。
【０１０５】
また、図１６に示すように、図１５に示す燃料電池システムに対して、オフ水素ガス処理装置１から排出されるガスを排気マフラ５３に導入する導入経路５４を設けることもできる。
【０１０６】
（第７実施形態）
図１７に、本実施形態における燃料電池システムの全体構成を示す。本実施形態おける燃料電池システムは、図１の燃料電池システムに対して、オフ水素ガス供給経路４０の途中に水素濃度センサ４５と、オフ水素ガス分岐供給弁４３と、オフ水素ガス分岐供給経路４４とを追加した構成のものである。
【０１０７】
オフ水素ガス分岐供給経路４４は、一端がオフ水素ガス供給経路４０の途中に接続され、他端が撹拌部３０（図では、触媒燃焼部２０と撹拌部３０との間に設けられたオフ水素ガス導入口４４ａ）に接続されている。オフ水素ガス分岐供給経路４４は、オフ水素ガス供給経路４０を流れるオフ水素ガスを触媒燃焼部２０を介さずに、直接、撹拌部３０に導入するための経路である。オフ水素ガス供給経路４０が本発明の第１の経路に相当し、オフ水素ガス分岐供給経路４４が本発明の第３の経路に相当する。
【０１０８】
オフ水素ガス分岐供給弁４３は、オフ水素ガス供給経路４０とオフ水素ガス分岐供給経路４４との接続部に配置されている。オフ水素ガス分岐供給弁４３が本発明の第１の調整部に相当する。オフ水素ガス分岐供給弁４３は、オフ水素ガス供給経路４０のうちのオフ水素ガス分岐供給弁４３からオフ水素ガス導入口４０ａまでの部分を流れるオフ水素ガスのガス流量と、オフ水素ガス分岐供給経路４４を流れるオフ水素ガスのガス流量とを調整するものである。
【０１０９】
オフ水素ガス分岐供給弁４３は、図示しないオフ水素ガス処理装置１のコントロールユニット（ＥＣＵ）の作動指示信号により、作動するようになっている。
【０１１０】
水素濃度センサ４５は、オフ水素ガス供給経路４０を流れるオフ水素ガス中の水素ガスの濃度を検出するものである。水素濃度センサ４５が本発明の水素濃度検出手段に相当する。水素濃度センサ４５は検出結果を図示しないオフ水素ガス処理装置１のコントロールユニット（ＥＣＵ）に出力する。
【０１１１】
このように、本実施形態では、オフ水素ガスを混合部１０だけでなく、直接、撹拌部３０にも供給でき、また、そのときの混合部１０、撹拌部３０へ供給するオフ水素ガスのガス流量を調整することができる。
【０１１２】
具体的には、以下のように、作動する。すなわち、水素濃度センサ４５で水素濃度を検出した結果、例えば、オフ水素ガス中の水素濃度が十分に希薄である場合、コントロールユニットは、オフ水素ガス分岐供給弁４３に対して、オフ水素ガス分岐供給経路４４にのみオフ水素ガスを供給するように、制御する。
【０１１３】
これにより、オフ水素ガスは、触媒燃焼部２０を介さずに、直接、撹拌部３０に導入され、オフ空気との混合希釈のみで大気中に排出される。
【０１１４】
また、例えば、オフ水素ガス中の水素濃度が濃い場合、コントロールユニットは、オフ水素ガス分岐供給弁４３に対して、オフ水素ガス供給経路４０のうちのオフ水素ガス分岐供給弁４３からオフ水素ガス導入口４０ａまでの部分と、オフ水素ガス分岐供給経路４４との両方にオフ水素ガスを供給するように、制御する。
【０１１５】
これにより、オフ水素ガスの一部を触媒燃焼部２０に導入し、残りを直接、撹拌部３０に導入することで、燃焼処理による水素濃度の低減と、オフ空気との混合希釈による濃度低減を同時並行で行う。
【０１１６】
このように、水素濃度が希薄な場合では、触媒燃焼部２０での燃焼を行わず、また、水素濃度が濃い場合では、触媒燃焼部２０に供給される水素ガスの量を低減させることで、触媒の過昇温を防止できる。この結果、触媒の耐久寿命を向上させることができる。
【０１１７】
なお、本実施形態では、水素濃度センサ４５により、オフ水素ガス中の水素濃度を検出した結果に基づいて、コントロールユニットがオフ水素ガス分岐供給弁４３を制御する場合を例として説明したが、この燃料電池システムを車両に適用した場合では、例えば、ユーザのアクセルコントロールの変動等による車両の走行負荷に基づいて、コントロールユニットがオフ水素ガス分岐供給弁４３を制御することもできる。
【０１１８】
（第８実施形態）
図１８に、本実施形態における燃料電池システムの全体構成を示す。本実施形態おける燃料電池システムは、図１７の燃料電池システムに対して、オフ空気分岐供給弁５４と、オフ空気分岐供給経路５５とを追加した構成のものである。
【０１１９】
オフ空気分岐供給経路５５は、一端がオフ空気供給経路５０の途中に接続され、他端が撹拌部３０（図では、触媒燃焼部２０と撹拌部３０との間に設けられたオフ空気導入口５５ａ）に接続されている。オフ空気分岐供給経路５５は、オフ空気を触媒燃焼部２０を介さずに、直接、撹拌部３０に導入する経路である。オフ空気供給経路５０が本発明の第２の経路に相当し、オフ空気分岐供給経路５５が本発明の第４の経路に相当する。
【０１２０】
オフ空気分岐供給弁５４は、オフ空気供給経路５０とオフ空気分岐供給経路５５との接続部に配置されている。オフ空気分岐供給弁５４が本発明の第２の調整部に相当する。オフ空気分岐供給弁５４は、オフ空気供給経路５０のうちのオフ空気分岐供給弁５４からオフ空気導入口５０ａまでの部分を流れるオフ空気のガス流量と、オフ空気分岐供給経路５５を流れるオフ空気のガス流量とを調整するものである。
【０１２１】
オフ空気分岐供給弁５４は、図示しないオフ水素ガス処理装置１のコントロールユニット（ＥＣＵ）の作動指示信号により、作動するようになっている。
【０１２２】
このように構成されているので、本実施形態では、燃料電池スタック１００から排出されるオフ水素ガス中の水素濃度に応じて、触媒燃焼部２０に供給するオフ空気量を制御することが可能となる。
【０１２３】
ここで、触媒燃焼部２０に供給されるオフ空気の量が、触媒燃焼に必要な量よりも多い場合、触媒の温度が低下し、触媒燃料の効率が低下してしまう。このため、触媒燃焼部２０に供給するオフ空気の量は、触媒燃焼に必要な量であればよい。
【０１２４】
そこで、本実施形態では、水素濃度センサ４５がオフ水素ガス中の水素濃度を検出した結果、コントロールユニットは、水素濃度が低い場合、オフ空気分岐供給弁５４に対して、オフ空気分岐供給経路５５に供給するオフ空気の流量を多くし、一方、水素濃度が高い場合では、オフ空気供給経路５０のうちのオフ空気分岐供給弁５４からオフ空気導入口５０ａまでの部分に供給するオフ空気の流量を多くするように、制御する。  
【０１２５】
したがって、本実施形態によれば、オフ水素ガス中の水素濃度が低い場合、すなわち、オフ空気が触媒燃焼に必要な量よりも多い場合には、その一部を撹拌部３０に回し、触媒燃焼部２０に供給するオフ空気の量を低減させることができる。これにより、反応温度の低下、すなわち、反応性悪化を抑制でき、触媒燃焼部２０での触媒燃焼を効果的に行うことができる。
【０１２６】
なお、本実施形態では、水素濃度センサ４５により、オフ水素ガス中の水素濃度を検出した結果に基づいて、コントロールユニットがオフ空気分岐供給弁５４を制御する場合を例として説明したが、第７実施形態と同様に、この燃料電池システムを車両に適用した場合では、車両の走行負荷に基づいて、コントロールユニットがオフ空気分岐供給弁５４を制御することもできる。
【０１２７】
（第９実施形態）
図１９に本実施形態の燃料電池システムの全体構成を示す。本実施形態の燃料電池システムは、図１に示す燃料電池システムに対して、冷却系２００、２０１、２０２、２０３と、冷媒分岐供給経路２０４と、冷媒返還経路２０５と、冷媒分岐供給弁２０６とを追加したシステムである。以下では、図１に示す燃料電池システムと異なる点について説明する。
【０１２８】
冷却系２００、２０１、２０２、２０３は、主に、燃料電池スタック１００を冷却するためのものである。これは、燃料電池スタック１００は発電に伴い発熱するが、固体高分子型燃料電池では、膜の耐熱温度や効率の点から８０℃前後で運転する必要があるため、燃料電池スタック１００の温度を８０℃前後の一定温度に保持するためである。
【０１２９】
冷却系は、周知の冷却系と同様の構成である。例えば、燃料電池スタック１００に、熱媒体（冷媒）としての冷却水を循環供給する冷却水循環経路２００、冷却水を圧送するウォータポンプ２０１、冷却水の放熱を行うラジエータ（放熱器）２０２、冷却ファン２０３等から構成されている。冷却水としては、例えば、エチレングリコールと水の混合溶液を用いることができる。冷却水循環経路２００が本発明の燃料電池用冷媒循環経路に相当する。
【０１３０】
冷媒分岐供給経路２０４は、冷却水循環経路２００を流れる冷却水を触媒燃焼部２０に導入するための冷却水経路である。冷媒分岐供給経路２０４は、一端が冷却水循環経路２００に接続され、他端が触媒燃焼部２０に接続されている。この冷媒分岐供給経路２０４が本発明の第１の冷媒経路に相当する。
【０１３１】
冷媒分岐供給弁２０６は、冷却水を冷却水循環経路２００から分岐して、冷媒分岐供給経路２０４に供給するための弁である。冷媒分岐供給弁２０６は、冷却水循環経路２００中のウォータポンプ２０１とラジエータ２０２との間に接続されており、これに冷媒分岐供給経路２０４が接続されている。
【０１３２】
冷媒返還経路２０５は、触媒燃焼部２０に導入された冷却水を、触媒燃焼部２０から冷却水循環経路２００に返還するための冷却水経路である。冷媒返還経路２０５は、一端が触媒燃焼部２０に接続され、他端が冷却水循環経路２００のうちの冷媒分岐供給弁２０６とラジエータ２０２との間に接続されている。この冷媒返還経路２０５が本発明の第２の冷媒経路に相当する。
【０１３３】
次に、図２０に本実施形態の第１の例における触媒燃焼部２０の内部構成を示す。触媒燃焼部２０は、いわゆるコンパクト熱交換器に触媒を担持した構成である。
【０１３４】
すなわち、図２０に示すように、触媒燃焼部２０は、扁平形状のチューブ２３と、コルゲート形状のフィン２１とを有している。チューブ２３に冷却水が流れるようになっており、チューブ２３の近傍に（チューブ２３に隣接して）フィン２１が配置されている。そして、このフィン２１の表面に触媒材２２が担持されている。フィン２１が本発明の触媒担体に相当し、チューブ２３が本発明の第３の冷媒経路に相当する。
【０１３５】
このように構成された燃料電池システムでは、例えば、オフ水素ガス処理装置１にオフ水素ガスが供給されるときに、冷媒分岐供給弁２０６が開けられ、冷媒分岐供給経路２０４を介して、触媒燃焼部２０に冷却水循環経路２００から冷却水が導入される。
【０１３６】
そして、触媒燃焼部２０で水素ガスが触媒燃焼されると、フィン２１からチューブ２３を流れる冷却水に、触媒燃焼により発生した熱が伝えられる。熱を受けた冷却水は、冷媒返還経路２０５を介して、冷却水循環経路２００に返還され、ラジエータ２０２で冷却水が有する熱が外部に放出される。
【０１３７】
以上説明したように、本実施形態では、冷却系２００〜２０３と、冷媒分岐供給経路２０４と、冷媒返還経路２０５と、冷媒分岐供給弁２０６とを備え、触媒燃焼部２０がチューブ２３と、触媒材２２が担持されたフィン２１とを有する構成となっている。
【０１３８】
これにより、触媒燃焼部２０の内部に、冷却水循環経路２００を流れる冷却水を導入させることができ、オフ水素ガスの水素濃度の濃淡にかかわらず、触媒燃焼部２０を、常に、冷却水温度に近い一定温度にコントロールすることができる。この結果、触媒燃焼時の過昇温や熱暴走を回避でき、触媒材２２の耐久寿命を向上させることができる。
【０１３９】
また、逆に、触媒燃焼時に発生する熱を冷却水に伝達することで、この熱を、燃料電池の暖機に用いたり、ラジエータ２０２により外部に安全に放出したりすることができる。このように、本実施形態によれば、触媒燃焼により生じた熱エネルギの有効回収や、安全な外部放出が可能となる。
【０１４０】
図２１に、本実施形態の第２の例における触媒燃焼部２０の内部構成を示す。触媒燃焼部２０の構成として、第１の例では、図２０に示すように、いわゆるコルゲートフィンチューブ形熱交換器を用いる場合を例として説明したが、図２１に示すように、いわゆるプレートフィンチューブ形熱交換器を用いることもできる。
【０１４１】
図２１の触媒燃焼部２０では、チューブ２３が円管形状であり、プレート形状のフィン２１に触媒材２２が担持されている。
【０１４２】
（第１０実施形態）
図２２に本実施形態の燃料電池システムの全体構成を示す。本実施形態の燃料電池システムは、図１に示す燃料電池システムに対して、電力供給経路３００と、２次電池３０１と、ＤＣ−ＤＣコンバータ３０２と、電力分岐供給経路３０３と、電力供給制御装置３０４とを追加したシステムである。以下では、図１に示す燃料電池システムと異なる点について説明する。
【０１４３】
２次電池３０１は、いわゆるバッテリである。電力供給経路３００は、燃料電池スタック１００の発電より得られた電力を２次電池３０１に供給する経路である。２次電池３０１は、ＤＣ-ＤＣコンバータ３０２を介して、電力供給経路３００により、燃料電池スタック１００と電気的に接続されており、燃料電池スタック１００の発電により得られた電力が供給されることで、蓄電（充電）するようになっている。
【０１４４】
なお、本システムが燃料電池自動車に適用される場合では、２次電池３０１は、走行用モータと電気的に接続され、走行用モータを発電機として発電されたときにおいても、その発電により得られた電力（回生電力）が供給される。
【０１４５】
電力分岐供給経路３０３は、電力供給経路３００と触媒燃焼部２０とに電気的に接続されており、２次電池３０１に供給される電力の一部もしくは全てを、触媒燃焼部２０に供給する経路である。
【０１４６】
電力供給制御装置３０４は、電力分岐供給経路３０３の経路中に配置されており、触媒燃焼部２０に供給される電力量を制御するものである。
【０１４７】
次に、図２３に、本実施形態の第１の例における触媒燃焼部２０の内部構成を示す。触媒燃焼部２０は、図２３に示すように、通電により発熱する通電発熱部としての通電発熱体２０ａと、水素ガスと空気の触媒反応（触媒燃焼）を行う触媒体２０ｂとを有している。そして、触媒燃焼部２０は、それぞれが別体である通電発熱体２０ａと触媒体２０ｂとが１つずつ積層された状態を一組として、これらが複数組積層されることで構成されている。ただし、両端には、通電発熱体２０ａが配置されている。
【０１４８】
通電発熱体２０ａは、プレート状であり、例えば、ニクロム線により構成されている。なお、通電発熱体２０ａとしては、例えば、ＰＴＣヒータ、セラミックプレートヒータ等を用いることもできる。
【０１４９】
触媒体２０ｂは、例えば、熱伝導性に優れるアルミ合金等を基材とした触媒担体２１に、低温においても反応活性に優れるＰｔ（白金）あるいはＰｄ（バラジウム）に代表される貴金属類や金属酸化物等の触媒材２２が担持されたものである。
【０１５０】
触媒担体２１は、図３に示すように、いわゆるコルゲートフィン形状（板が波状にされた波板形状）となっている。触媒担体２１をこのような形状とすることで、通気性の確保と表面積の拡大を図っている。すなわち、触媒担体２１は、触媒体２０ｂの上面および下面を通電発熱体２０ａで挟んでも触媒担体２１に沿って、１軸方向（混合部１０から撹拌部３０に向かう方向）にガスが通過できるようになっている。    
【０１５１】
そして、通電発熱体２０ａは、電力供給制御手段としての電力供給制御装置４１を介して、燃料電池スタック１００と、２次電池３０１と、図示しない走行用モータとに電気的に接続されている。燃料電池スタック１００もしくは２次電池３０１から電力供給制御装置４１を介して、また、走行用モータから電力供給制御装置４１を介して、通電発熱体２０ａに電力が供給されるようになっている。
【０１５２】
通電発熱体２０ａは、オフ水素ガス処理装置１にオフ水素ガスが供給されるときに、電力が供給され、発熱するようになっている。このため、オフ水素ガスが供給されるとき、通電発熱体２０ａに隣接する触媒体２０ｂは加熱された状態で、水素ガスを触媒燃焼させる。
【０１５３】
これにより、触媒体２０ｂの触媒活性を高めることができ、オフ水素ガス処理装置１に供給されるオフ水素ガスの水素濃度が低い場合であっても、オフ水素ガス中の水素ガスの触媒燃焼をさせることができる。
【０１５４】
次に、図２４、２５に、本実施形態の第２、３の例における触媒燃焼部２０の内部構成を示す。触媒燃焼部２０として、第１の例で説明した図２３に示す通電発熱体２０ａと触媒体２０ｂとが積層されたものの他に、図２４、２５に示すような通電加熱型触媒体（ＥＨＣ）を用いることもできる。
【０１５５】
図２４に示す触媒燃焼部２０は、いわゆるメタル箔タイプのＥＨＣである。この触媒燃焼部２０は、内部電極２０ｄを帯状の金属泊２０ｅで図中の矢印方向に巻いたロール状のものを、リング状電極２０ｆに挿入した構造である。金属泊２０ｅは、例えばＡｌを含むステンレスにより構成されており、表面がＡｌの酸化被膜が形成されている。内部は通電性があり、表面に触媒材２２が担持されている。すなわち、金属泊２０ｅが通電発熱体２０ａと触媒体２０ｂ（触媒担体）とを兼ねている。
【０１５６】
一方、図６に示す触媒燃焼部２０は、いわゆる押し出し成形タイプのＥＨＣである。この触媒燃焼部２０は、複数の孔２０ｋを有する（ハニカム状の）円柱形状の金属体２０ｇの両端に電極２０ｈ、２０ｉが設けられた構造である。金属体２０ｇの孔２０ｋの内部に触媒材２２が担持されており、金属体２０ｇには、電気抵抗を増大させるためのスリット（空洞）２０ｊが設けられている。この触媒燃焼部２０においても、金属体２０ｇが通電発熱体２０ａと触媒体２０ｂ（触媒担体）とを兼ねている。
【０１５７】
このように、触媒燃焼部２０を、通電発熱体２ａと触媒体２ｂとが一体化された構造とすることで、図２３に示す触媒燃焼部２０よりもコンパクトにすることができる。
【０１５８】
（他の実施形態）
上記した各実施形態では、撹拌部３０を構成するエレメント３０ａを複数用い、それらを直列、かつ、並列に配置する場合を例として説明したが、エレメントを１つのみ用いたり、エレメントを複数用いた場合では、それらを排出ガスの流れる方向に対して、直列のみ、並列のみに配置したりすることもできる。
【０１５９】
また、上記した各実施形態では、撹拌部３０をいわゆるスタティックミキサにより構成する場合を例として説明したが、撹拌部３０をいわゆるダイナミックミキサにより構成することもできる。
【０１６０】
例えば、撹拌部３０を、撹拌羽を有し、その撹拌羽を動かすことで、触媒燃焼部２０からの排出ガスを撹拌させる構成とすることもできる。
【０１６１】
また、上記した各実施形態を、支障が生じない範囲で、組み合わせることもできる。
【図面の簡単な説明】
【０１６２】
【図１】本発明の第１実施形態における燃料電池システムを示す構成図である。
【図２】図１中のオフ水素ガス処理装置１の内部構成を示す構成図である。
【図３】図２のオフ水素ガス処理装置１における触媒燃焼部２０の斜視図である。
【図４】図２のオフ水素ガス処理装置１における撹拌部３０の透過斜視図である。
【図５】本発明の第２実施形態の第１の例における撹拌部３０の透過斜視図である。
【図６】本発明の第２実施形態の第２の例における撹拌部３０の透過斜視図である。
【図７】本発明の第３実施形態の第１の例におけるオフ水素ガス処理装置１の内部構成を示す構成図である。
【図８】本発明の第３実施形態の第２の例におけるオフ水素ガス処理装置１の内部構成を示す構成図である。
【図９】本発明の第４実施形態の第１の例におけるオフ水素ガス処理装置１の内部構成を示す構成図である。
【図１０】本発明の第４実施形態の第２の例におけるオフ水素ガス処理装置１の内部構成を示す構成図である。
【図１１】本発明の第５実施形態におけるオフ水素ガス処理装置１の内部構成を示す構成図である。
【図１２】本発明の第５実施形態の第１の例におけるオフ水素ガス処理装置１の混合部１０の透過斜視図である。
【図１３】本発明の第５実施形態の第２の例におけるオフ水素ガス処理装置１の混合部１０の透過斜視図である。
【図１４】本発明の第５実施形態の第３の例におけるオフ水素ガス処理装置１の混合部１０の透過斜視図である。
【図１５】本発明の第６実施形態の第１の例における燃料電池システムを示す構成図である。
【図１６】本発明の第６実施形態の第２の例における燃料電池システムを示す構成図である。
【図１７】本発明の第７実施形態における燃料電池システムを示す構成図である。
【図１８】本発明の第８実施形態における燃料電池システムを示す構成図である。
【図１９】本発明の第９実施形態における燃料電池システムを示す構成図である。
【図２０】本発明の第９実施形態の第１の例における触媒燃焼部２０の内部構成を示す構成図である。
【図２１】本発明の第９実施形態の第２の例における触媒燃焼部２０の内部構成を示す構成図である。
【図２２】本発明の第１０実施形態における燃料電池システムを示す構成図である。
【図２３】本発明の第１０実施形態の第１の例における触媒燃焼部２０の内部構成を示す構成図である。
【図２４】本発明の第１０実施形態の第２の例における触媒燃焼部２０の内部構成を示す構成図である。
【図２５】本発明の第１０実施形態の第３の例における触媒燃焼部２０の内部構成を示す構成図である。
【符号の説明】
【０１６３】
１…オフ水素ガス処理装置
１０…混合部
１１…第１のエレメント群
１２…第２のエレメント群
１３…空間部
２０…触媒燃焼部 
２０ａ…通電発熱体
２０ｂ…触媒体
２１…触媒担体 
２２…触媒材
２３…チューブ 
３０…撹拌部
３０ａ…主混合部エレメント群
３０ｂ…円筒
３０ｄ…撥水材被膜
３１…第１のエレメント群
３２…第２のエレメント群
３３…空間部
３４…開口部
３５…水排出経路
３６…水排出弁
３７…多孔質体
４０…オフ水素ガス供給経路
４０a…オフ水素ガス導入口
４１…オフ水素ガス流路側気液分離器
４２…オフ水素ガス遮断／放出弁
４３…オフ水素ガス分岐供給弁
４４…オフ水素ガス分岐供給流路
４５ …オフ水素濃度検出手段
５０…オフ空気供給経路
５０ａ…オフ空気導入口
５１…オフ空気流路側気液分離器
５２…オフ空気排出流路
５３…排気マフラ
５４…オフ空気分岐供給弁
５５…オフ空気分岐供給流路
１００…燃料電池スタック
１０１…空気供給経路
１０２…水素供給経路
１０３…エアコンプレッサ
１０４…高圧水素タンク
１０５…水素ガス循環経路
１０６…水素ガス循環ポンプ
１０７…水素レギュレータ
１０８…水素ガス遮断弁
２００…冷媒循環経路
２０１…冷媒循環ポンプ
２０２…放熱器
２０３…冷却ファン
２０４…冷媒分岐供給経路
２０５…冷媒返還経路
２０６…冷媒分岐供給弁
３００…電力供給経路
３０１…２次電池
３０２…ＤＣ-ＤＣコンバータ
３０３…電力分岐供給経路
３０４…電力制御供給装置
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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