(57)【要約】      （修正有）【課題】凝縮水が、重力の作用により昇圧器内へ流れ込み、昇圧器の流路の水詰まりやアノードオフガスの流量が不安定になり昇圧器が性能劣化または故障することを防止する方法を提供する。【解決手段】燃料ガスと酸化剤ガスとを用いて発電する燃料電池１と、燃料電池のアノード入口１Ａに燃料ガスを供給するための燃料ガス供給経路２と、燃料電池のアノード出口１Ｂから排出されたアノードオフガスを燃料ガス供給経路に戻すためのリサイクルガス経路３と、リサイクルガス経路に設けられた昇圧器５と、を備える。昇圧器は、重力が上から下に作用する場合において、燃料ガス供給経路とリサイクルガス経路とが合流する合流部４よりも上方に設けられている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガスと酸化剤ガスとを用いて発電する燃料電池と、
前記燃料電池のアノード入口に前記燃料ガスを供給するための燃料ガス供給経路と、
前記燃料電池のアノード出口から排出されたアノードオフガスを前記燃料ガス供給経路に戻すためのリサイクルガス経路と、
前記リサイクルガス経路に設けられた昇圧器と、
を備え、
前記昇圧器は、重力が上から下に作用する場合において、前記燃料ガス供給経路と前記リサイクルガス経路とが合流する合流部よりも上方に設けられている燃料電池システム。
【請求項２】
前記昇圧器と前記合流部との間の前記リサイクルガス経路は、前記昇圧器と同じ高さまたは前記昇圧器より下方にのみ延伸している請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記アノード入口は、前記合流部よりも下方に設けられている請求項１または２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記燃料ガス供給経路に設けられた加湿器を備え、
前記アノードオフガスの流通方向において、前記燃料電池、前記昇圧器、前記合流部および前記加湿器がこの順に設けられ、前記加湿器の燃料ガス入口は前記合流部よりも下方に設けられている請求項１−３のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記アノード入口は、前記加湿器の燃料ガス出口よりも下方に設けられている請求項４に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記燃料電池の熱を回収する冷却水が循環するための冷却水循環経路を備え、
前記加湿器は、前記冷却水と前記燃料ガスとの間で潜熱および顕熱を交換する全熱交換器である請求項４または５に記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記加湿器は、前記アノードオフガスと前記燃料ガスとの間で潜熱および顕熱を交換する全熱交換器である請求項４または５に記載の燃料電池システム。
【請求項８】
前記リサイクルガス経路に設けられた気液分離器を備え、
前記アノードオフガスの流通方向において、前記燃料電池、前記気液分離器、前記昇圧器および前記合流部がこの順に設けられている請求項１−７のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項９】
前記リサイクルガス経路に設けられた気液分離器を備え、
前記アノードオフガスの流通方向において、前記燃料電池、前記昇圧器、前記気液分離器および前記合流部がこの順に設けられている請求項１−７のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項１０】
前記燃料ガス供給経路に設けられた気液分離器を備え、
前記アノードオフガスの流通方向において、前記燃料電池、前記昇圧器、前記合流部および前記気液分離器がこの順に設けられている請求項１−７のいずれか１項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】
本開示は燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池システムにおいて、燃料電池の発電に使用されなかった燃料ガス（アノードオフガス）を燃料電池のアノードに戻すことで再利用（リサイクル）する構成が提案されている（例えば、特許文献１参照）。すると、燃料電池システムの発電効率が、アノードオフガスをリサイクルしていない構成に比べて向上する。
【０００３】
ところで、特許文献１では、燃料電池のアノードから排出されるアノードオフガスを燃料電池に戻すためのリサイクルガス経路に、燃料電池のアノードへアノードオフガスを圧送する循環器（昇圧器）と、アノードオフガス中の水分をアノードオフガスから分離する気液分離器とが設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７―５２９４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、従来例は、循環器（昇圧器）によりアノードオフガスに発生する凝縮水の問題については十分に検討されていない。
【０００６】
本開示の一態様（aspect）は、このような事情に鑑みてなされたものであり、昇圧器によりアノードオフガスに発生する凝縮水を従来よりも適切に送水し得る燃料電池システムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本開示の一態様の燃料電池システムは、燃料ガスと酸化剤ガスとを用いて発電する燃料電池と、前記燃料電池のアノード入口に前記燃料ガスを供給するための燃料ガス供給経路と、前記燃料電池のアノード出口から排出されたアノードオフガスを前記燃料ガス供給経路に戻すためのリサイクルガス経路と、前記リサイクルガス経路に設けられた昇圧器と、を備え、前記昇圧器は、重力が上から下に作用する場合において、前記燃料ガス供給経路と前記リサイクルガス経路とが合流する合流部よりも上方に設けられている。
【発明の効果】
【０００８】
本開示の一態様の燃料電池システムは、昇圧器によりアノードオフガスに発生する凝縮水を従来よりも適切に送水し得るという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、第１実施形態の燃料電池システムの一例を示す図である。
【図２】図２は、第２実施形態の燃料電池システムの一例を示す図である。
【図３】図３は、第２実施形態の変形例の燃料電池システムの一例を示す図である。
【図４】図４は、第２実施形態の第１実施例の燃料電池システムの一例を示す図である。
【図５】図５は、第２実施形態の第２実施例の燃料電池システムの一例を示す図である。
【図６】図６は、第３実施形態の燃料電池システムの一例を示す図である。
【図７】図７は、第４実施形態の燃料電池システムの一例を示す図である。
【図８】図８は、第５実施形態の燃料電池システムの一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
循環器（昇圧器）によりアノードオフガスに発生する凝縮水の問題について鋭意検討が行われ、以下の知見が得られた。
【００１１】
アノードオフガスの飽和水蒸気量は、温度一定の場合には圧力の上昇に伴い減少するので、アノードオフガスが昇圧器によって加圧されることにより、アノードオフガス中の水蒸気は水に凝縮する場合がある。
【００１２】
ここで、特許文献１では、アノードオフガスが流通する配管と燃料ガスが流通する配管とが合流する合流部が、昇圧器よりも上方に存在する。よって、アノードオフガス加圧でアノードオフガスに凝縮水が発生した場合、凝縮水は、重力の作用により昇圧器内へ流れ込む。すると、凝縮水による昇圧器の流路の水詰まりでアノードオフガスの流量が不安定になる可能性、凝縮水により昇圧器が性能劣化または故障する可能性がある。
【００１３】
そこで、本開示の第１の態様の燃料電池システムは、このような知見に基づいて案出されたものであり、燃料ガスと酸化剤ガスとを用いて発電する燃料電池と、燃料電池のアノード入口に燃料ガスを供給するための燃料ガス供給経路と、燃料電池のアノード出口から排出されたアノードオフガスを燃料ガス供給経路に戻すためのリサイクルガス経路と、リサイクルガス経路に設けられた昇圧器と、を備え、昇圧器は、重力が上から下に作用する場合において、燃料ガス供給経路とリサイクルガス経路とが合流する合流部よりも上方に設けられている。
【００１４】
かかる構成によると、昇圧器によりアノードオフガスに発生する凝縮水を従来よりも適切に送水し得る。具体的には、昇圧器を合流部より上方に設けることにより、アノードオフガスに凝縮水が発生した場合でも、凝縮水はリサイクルガス経路を通じて合流部に流れ込み、凝縮水が昇圧器に流れ込むことが抑制される。よって、凝縮水による昇圧器の流路の水詰まりでアノードオフガスの流量が不安定になる可能性を低減できる。また、凝縮水により昇圧器の腐食、汚れが進行すると、昇圧器の性能劣化または故障が発生する可能性があるが、本実施形態の燃料電池システムでは、このような可能性を低減できる。
【００１５】
本開示の第２の態様の燃料電池システムは、第１の態様の燃料電池システムにおいて、昇圧器と合流部との間のリサイクルガス経路は、昇圧器と同じ高さまたは昇圧器より下方にのみ延伸している。
【００１６】
かかる構成によると、昇圧器と合流部との間のリサイクルガス経路が昇圧器と同じ高さまたは昇圧器より下方にのみ延伸するので、昇圧器によりアノードオフガスに発生する凝縮水は、昇圧器の方向に逆流せずに、合流部にスムーズに送られる。よって、凝縮水が昇圧器に流れ込むことが抑制されるとともに、上記のリサイクルガス経路の水詰まりが抑制される。
【００１７】
本開示の第３の態様の燃料電池システムは、第１の態様または第２の態様の燃料電池システムにおいて、燃料電池のアノード入口は、上記の合流部よりも下方に設けられている。
【００１８】
かかる構成によると、燃料電池のアノード入口と合流部との間の燃料ガス供給経路を下り勾配で延伸させることができる。よって、合流部の凝縮水は、燃料電池にスムーズに送られるので、この燃料ガス供給経路の水詰まりが抑制される。また、本燃料ガス供給経路および燃料電池において、この凝縮水を燃料ガスの加湿に利用することができる。
【００１９】
以下、添付図面を参照しつつ、本開示の実施形態について説明する。以下で説明する実施形態は、いずれも上記の各態様の一例を示すものである。よって、以下で示される形状、材料、構成要素、および、構成要素の配置位置および接続形態などは、あくまで一例であり、請求項に記載されていない限り、上記の各態様を限定するものではない。また、以下の構成要素のうち、本態様の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。また、図面において、同じ符号が付いたものは、説明を省略する場合がある。図面は理解しやすくするために、それぞれの構成要素を模式的に示したもので、形状および寸法比などについては正確な表示ではない場合がある。
【００２０】
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態の燃料電池システムの一例を示す図である。なお、図１において、「上」および「下」が取られており、重力は上から下に作用するものとする（図２−図７も同じ）。
【００２１】
図１に示す例では、燃料電池システム１００は、燃料電池１と、燃料ガス供給経路２と、リサイクルガス経路３と、昇圧器５と、を備える。
【００２２】
燃料電池１は、燃料ガスと酸化剤ガスとを用いて発電する。燃料電池１としては、いずれの種類であってもよい。本実施形態の燃料電池システム１００では、燃料電池１として固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ）を例に挙げて説明しているが、これに限定されない。
【００２３】
燃料ガス供給経路２は、燃料電池１のアノード入口１Ａに燃料ガスを供給するための流路である。つまり、燃料ガス供給経路２の下流端は、燃料電池１のアノード入口１Ａに接続し、上流端は図示しない燃料ガス供給源に接続している。燃料ガス供給源は、所定の供給元圧を備え、例えば、燃料ガスインフラ、燃料ガスボンベなどを例示できる。燃料ガスとして、例えば、水素ガスなどを例示できる。この場合、アノードオフガスは、燃料電池１で使用されなかったオフ水素ガスである。
【００２４】
リサイクルガス経路３は、燃料電池１のアノード出口１Ｂから排出されたアノードオフガスを燃料ガス供給経路２に戻すための流路である。つまり、リサイクルガス経路３の上流端は、燃料電池のアノード出口１Ｂに接続し、下流端は燃料ガス供給経路２に接続している。
【００２５】
なお、図１には示されていないが、燃料電池１の発電において必要となる機器は適宜、設けられる。
【００２６】
例えば、燃料電池システム１００には、燃料電池１のカソードに酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給器が設けられている。酸化剤ガスとして、例えば、空気を例示できる。この場合、酸化剤ガス供給器として、例えば、ブロア、シロッコファンなどの送風機を例示できる。
【００２７】
また、燃料ガス供給源の供給元圧が燃料電池システム１００に必要な供給圧力（燃料ガスの供給圧力）より高い場合に、燃料ガス供給経路２に、燃料ガスの圧力を下げて一定の供給圧力にするためのガバナなどを設けてもよい。
【００２８】
更に、燃料電池システム１００は、リサイクルガス経路３の適所から分岐して大気へ連通する排気経路と、本排気経路に配置されたパージ弁とを備えてもよい。これにより、アノードオフガス中の不純物の濃度を低減することが可能となり、アノードオフガス中の水素濃度を回復させることができる。具体的には、パージ弁を閉じている間は、アノードオフガスは、燃料電池１の発電に使用されるまで、燃料電池１のアノード出口１Ｂからアノード入口１Ａに戻るように循環する。すると、アノードオフガスが循環経路を循環する過程で、アノードオフガス中には、燃料ガス（水素ガス）以外の不純物が経時的に増加する。不純物として、例えば、燃料電池１のカソードには空気が流れているので、カソードから電解質膜を通じてアノードへ漏れる窒素ガスなどを例示できる。アノードオフガス中の不純物が増加すると、アノードオフガス中の水素濃度が低下するので、燃料電池１の発電中には、適時に、パージ弁を一時的に開くことで循環経路から不純物を含むアノードオフガスが大気へ放出（パージ）される。
【００２９】
昇圧器５は、リサイクルガス経路３に設けられている。昇圧器５は、アノードオフガスを燃料ガス供給経路２へ圧送する装置である。昇圧器５は、オフガスを燃料ガス供給経路２に圧送できれば、どのような構成であってもよい。昇圧器５として、例えば、ダイヤフラム式ポンプ、回転式ポンプ、往復動式ポンプなどを例示できる。
【００３０】
昇圧器５は、重力が上から下に作用する場合において、燃料ガス供給経路２とリサイクルガス経路３とが合流する合流部４よりも上方に設けられている。
【００３１】
ここで、昇圧器５と合流部４との間のリサイクルガス経路３が、昇圧器５と同じ高さまたは、昇圧器５より下方にのみ延伸している。なお、「リサイクルガス経路３が、昇圧器５と同じ高さまたは昇圧器５より下方にのみ延伸」とは、例えば、昇圧器５を合流部４よりも上方に設ける配置構成において、リサイクルガス経路３を構成する流路部材（配管）の一部が昇圧器５よりも高い位置に延伸するような配管の引き回しを含まない趣旨である。この理由は、上記の配管の引き回しを行うと、昇圧器５によりアノードオフガスに発生する凝縮水を重力の作用により合流部４に到達させることが困難になるからである。
【００３２】
また、燃料電池１のアノード入口１Ａは、上記の合流部４よりも下方に設けられていている。なお、合流部４は、アノードオフガスと燃料ガスとが混合する流路であり、合流部４を構成する流路部材として、例えば、Ｔ字継手などを例示できる。
【００３３】
以上のとおり、本実施形態の燃料電池システム１００では、昇圧器５によりアノードオフガスに発生する凝縮水を従来よりも適切に送水し得る。
【００３４】
具体的には、アノードオフガスの飽和水蒸気量は、温度一定の場合には圧力の上昇に伴い減少するので、アノードオフガスが昇圧器５によって加圧されることにより、アノードオフガス中の水蒸気が水に凝縮する場合がある。そこで、昇圧器５を合流部４より上方に設けることにより、アノードオフガス加圧でアノードオフガス中の水蒸気が水に凝縮した場合でも、凝縮水はリサイクルガス経路３を通じて合流部４へ流れ込み、凝縮水が昇圧器５に流れ込むことが抑制される。よって、凝縮水による昇圧器５の流路の水詰まりでアノードオフガスの流量が不安定になる可能性を低減できる。また、凝縮水により昇圧器５の腐食、汚れが進行すると、昇圧器５の性能劣化または故障が発生する可能性があるが、本実施形態の燃料電池システム１００では、このような可能性を低減できる。
【００３５】
また、昇圧器５と合流部４との間のリサイクルガス経路３が昇圧器５と同じ高さまたは、昇圧器５より下方にのみ延伸するので、昇圧器５によりアノードオフガスに発生する凝縮水は、昇圧器５の方向に逆流せずに、合流部４にスムーズに送られる。よって、凝縮水が昇圧器５に流れ込むことが抑制されるとともに、リサイクルガス経路３の水詰まりが抑制される。
【００３６】
また、燃料電池１のアノード入口１Ａを合流部４よりも下方に設けているので、両者間の燃料ガス供給経路２を下り勾配で延伸させることができる。よって、合流部４の凝縮水は、燃料電池１にスムーズに送られるので、燃料ガス供給経路２の水詰まりが抑制される。また、燃料ガス供給経路２および燃料電池１において、この凝縮水を燃料ガスの加湿に利用することができる。
【００３７】
（第２実施形態）
図２は、第２実施形態の燃料電池システムの一例を示す図である。
【００３８】
図２に示す例では、燃料電池システム１００は、燃料電池１と、燃料ガス供給経路２と、リサイクルガス経路３と、昇圧器５と、加湿器６と、を備える。燃料電池１、燃料ガス供給経路２、リサイクルガス経路３および昇圧器５は、第１実施形態と同様であるので説明を省略する。
【００３９】
第２実施形態の燃料電池システム１００は、第１の態様−第３の態様のいずれかの燃料電池システム１００において、燃料ガス供給経路２に設けられた加湿器６を備え、アノードオフガスの流通方向において、燃料電池１、昇圧器５、合流部４および加湿器６がこの順に設けられ、加湿器６の燃料ガス入口６Ａは合流部４よりも下方に設けられている。
【００４０】
加湿器６の燃料ガス入口６Ａは、燃料ガス供給経路２を介して合流部４と接続し、加湿器６の燃料ガス出口６Ｂは、燃料ガス供給経路２を介して燃料電池１のアノード入口１Ａと接続している。つまり、上記のとおり、アノードオフガスの流通方向において、燃料電池１、昇圧器５、合流部４および加湿器６が、この順に設けられている。
【００４１】
加湿器６は燃料ガスを加湿する装置である。加湿器６は燃料ガスを加湿できれば、どのような構成であってもよい。
【００４２】
加湿器６は、上部空間に対応する壁部に燃料ガス入口６Ａおよび燃料ガス出口６Ｂが設けられた水タンクであってもよい。これにより、燃料ガスが水タンクの上部空間を通過するとき、水タンクの下方に存在する水の蒸発により燃料ガスを加湿することができる。
【００４３】
また、加湿器６は、水を収容するバブリングタンクであってもよい。この場合、燃料ガス入口６Ａを貫通する燃料ガス供給経路２は、バブリングタンクの水中にまで延伸している。また、燃料ガス出口６Ｂを貫通する燃料ガス供給経路２は、バブリングタンクの上部空間まで延伸している。これにより、燃料ガスがバブリングタンクの水中を潜るとき、燃料ガスを加湿することができる。
【００４４】
また、加湿器６は、全熱交換器であってもよい。このような全熱交換器の具体例は、第１実施例および第２実施例で説明する。
【００４５】
以上のとおり、本実施形態の燃料電池システム１００では、加湿器６の燃料ガス入口６Ａを合流部４よりも下方に設けているので、両者間の燃料ガス供給経路２を下り勾配で延伸させることができる。よって、合流部４の凝縮水は、加湿器６にスムーズに送られるので、燃料ガス供給経路２の水詰まりが抑制される。また、加湿器６において、この凝縮水を燃料ガスの加湿に利用することができる。
【００４６】
本実施形態の燃料電池システム１００は、上記特徴以外は、第１実施形態の燃料電池システム１００と同様に構成してもよい。
【００４７】
（変形例）
図３は、第２実施形態の変形例の燃料電池システムの一例を示す図である。
【００４８】
本変形例の燃料電池システム１００の装置構成は、燃料電池１のアノード入口１Ａと加湿器６の燃料ガス出口６Ｂとの上下位置以外、第２実施形態と同様であるので説明を省略する。
【００４９】
本変形例の燃料電池システム１００は、第２実施形態の燃料電池システム１００において、燃料電池１のアノード入口１Ａは、加湿器６の燃料ガス出口６Ｂよりも下方に設けられている。
【００５０】
かかる構成によると、燃料電池１のアノード入口１Ａと加湿器６の燃料ガス出口６Ｂとの間の燃料ガス供給経路２を下り勾配で延伸させることができる。よって、加湿器６で処理できなかった凝縮水は、燃料電池１にスムーズに送られるので、燃料ガス供給経路２の水詰まりが抑制される。また、燃料電池１において、この凝縮水を燃料ガスの加湿に利用することができる。
【００５１】
本変形例の燃料電池システム１００は、上記特徴以外は、第２実施形態の燃料電池システム１００と同様に構成してもよい。
【００５２】
（第１実施例）
図４は、第２実施形態の第１実施例の燃料電池システムの一例を示す図である。
【００５３】
図４に示す例では、燃料電池システム１００は、燃料電池１と、燃料ガス供給経路２と、リサイクルガス経路３と、昇圧器５と、全熱交換器１６と、冷却水ポンプ７と、冷却水循環経路８と、を備える。燃料電池１、燃料ガス供給経路２、リサイクルガス経路３および昇圧器５は、第１実施形態と同様であるので説明を省略する。
【００５４】
本実施例の燃料電池システム１００は、第２実施形態または第２実施形態の変形例の燃料電池システム１００において、燃料電池１の熱を回収する冷却水が循環するための冷却水循環経路８を備え、上記の加湿器は、冷却水と燃料ガスとの間で潜熱および顕熱を交換する全熱交換器１６である。
【００５５】
燃料電池１は発電により発熱する。このため、燃料電池１が、例えば、ＰＥＦＣである場合、図４に示すように、燃料電池システム１００は、燃料電池１の熱を回収する冷却水が循環するための冷却水循環経路８を備える。そして、冷却水循環経路８には、冷却水循環経路８内で冷却水を循環させる冷却水ポンプ７および冷却水温度を検知する温度検知器（図示せず）などが設けられている。よって、燃料電池１を出た直後の冷却水は、燃料電池１の熱を回収するので高温である。
【００５６】
そこで、全熱交換器１６において、燃料電池１の熱回収が行われた冷却水が加熱流体に用いられ、燃料ガスを受熱流体が用いられている。
【００５７】
以上により、本実施例の燃料電池システム１００では、燃料ガスが全熱交換器１６を通過するとき、燃料ガスと冷却水との間で熱および湿気の交換が行われ、燃料ガスを加湿および加熱することができる。
【００５８】
また、冷却水が冷却水循環経路８を循環する途中で、冷却水が適宜の放熱器（図示せず）により放熱する場合は、熱エネルギーロスが発生する可能性が発生する可能性があるが、本実施例の燃料電池システム１００では、上記の構成により、このような可能性を低減できる。
【００５９】
本実施例の燃料電池システム１００は、上記特徴以外は、第２実施形態または第２実施形態の変形例の燃料電池システム１００と同様に構成してもよい。
【００６０】
（第２実施例）
図５は、第２実施形態の第２実施例の燃料電池システムの一例を示す図である。
【００６１】
図５に示す例では、燃料電池システム１００は、燃料電池１と、燃料ガス供給経路２と、リサイクルガス経路３と、昇圧器５と、全熱交換器２６と、を備える。燃料電池１、燃料ガス供給経路２、リサイクルガス経路３および昇圧器５は、第１実施形態と同様であるので説明を省略する。
【００６２】
本実施例の燃料電池システム１００は、第２実施形態または第２実施形態の変形例の燃料電池システム１００において、上記の加湿器は、アノードオフガスと燃料ガスとの間で潜熱および顕熱を交換する全熱交換器２６である。
【００６３】
アノードオフガスは、燃料電池１のアノード出口１Ｂから排出された直後は、高温であるとともに多量の水分を含む。
【００６４】
そこで、全熱交換器２６において、高温のアノードオフガスが加熱流体に用いられ、燃料ガスを受熱流体が用いられている。
【００６５】
以上により、本実施例の燃料電池システム１００では、燃料ガスが全熱交換器２６を通過するとき、燃料ガスとアノードオフガスとの間で熱および湿気の交換が行われ、燃料ガスを加湿および加熱することができる。
【００６６】
また、アノードオフガスがリサイクルガス経路３を流通する途中で、アノードオフガスがリサイクルガス経路３から放熱する場合は、熱エネルギーロスが発生する可能性、アノードオフガス冷却で生じる凝縮水によるリサイクルガス経路３の水詰まりが発生する可能性があるが、本実施例の燃料電池システム１００では、上記の構成により、このような可能性を低減できる。
【００６７】
更に、燃料ガスの加湿に必要な外部からの水供給量を削減できるので、燃料電池システム１００の運転のコストダウンを図ることが可能である。
【００６８】
本実施例の燃料電池システム１００は、上記特徴以外は、第２実施形態または第２実施形態の変形例の燃料電池システム１００と同様に構成してもよい。
【００６９】
（第３実施形態）
図６は、第３実施形態の燃料電池システムの一例を示す図である。
【００７０】
図６に示す例では、燃料電池システム１００は、燃料電池１と、燃料ガス供給経路２と、リサイクルガス経路３と、昇圧器５と、加湿器６と、気液分離器９Ａと、を備える。燃料電池１、燃料ガス供給経路２、リサイクルガス経路３、昇圧器５および加湿器６は、第１実施形態と同様であるので説明を省略する。
【００７１】
本実施形態の燃料電池システム１００は、第１の態様−第３の態様、第２実施形態、第２実施形態の変形例および第２実施形態の第１実施例−第２実施例のいずれかの燃料電池システム１００において、リサイクルガス経路３に設けられた気液分離器９Ａを備え、アノードオフガスの流通方向において、燃料電池１、気液分離器９Ａ、昇圧器５および合流部４がこの順に設けられている。
【００７２】
気液分離器９Ａは、リサイクルガス経路３を流通するアノードオフガス中の水分をアノードオフガスから分離する装置である。気液分離器９Ａは、リサイクルガス経路３を流通するアノードオフガス中の水分をアノードオフガスから分離できれば、どのような構成であってもよい。気液分離器９Ａとして、例えば、燃料電池１のアノード出口１Ｂと昇圧器５との間のリサイクルガス経路３から分岐する分岐経路に設けられたタンク、本分岐経路の適所に設けられた封止弁などを例示できる。
【００７３】
前者の場合、例えば、分岐経路をタンクの下端部に接続させることでアノードオフガスが水封止されている。そして、タンク内の水が満水近くになると、タンクの上端部の適宜の排水口を通じて水が外部に排水される。
【００７４】
後者の場合、分岐経路内の水が満水近くになると、封止弁を一時的に開放することで水が外部へ排水される。
【００７５】
以上により、本実施形態の燃料電池システム１００では、燃料電池１のアノード出口１Ｂから排出されたアノードオフガスの冷却により凝縮水が発生した場合でも、気液分離器９Ａで凝縮水をアノードオフガスから分離できる。よって、凝縮水によるリサイクルガス経路３の水詰まりを抑制できる。
【００７６】
本実施形態の燃料電池システム１００は、上記特徴以外は、第１実施形態、第２実施形態、第２実施形態の変形例および第２実施形態の第１実施例−第２実施例のいずれかの燃料電池システム１００と同様に構成してもよい。
【００７７】
（第４実施形態）
図７は、第４実施形態の燃料電池システムの一例を示す図である。
【００７８】
図７に示す例では、燃料電池システム１００は、燃料電池１と、燃料ガス供給経路２と、リサイクルガス経路３と、昇圧器５と、加湿器６と、気液分離器９Ｂと、を備える。燃料電池１、燃料ガス供給経路２、リサイクルガス経路３、昇圧器５および加湿器６は、第１実施形態と同様であるので説明を省略する。
【００７９】
本実施形態の燃料電池システム１００は、第１の態様−第３の態様、第２実施形態、第２実施形態の変形例および第２実施形態の第１実施例−第２実施例のいずれかの燃料電池システム１００において、リサイクルガス経路３に設けられた気液分離器９Ｂを備え、アノードオフガスの流通方向において、燃料電池１、昇圧器５、気液分離器９Ｂおよび合流部４がこの順に設けられている。
【００８０】
気液分離器９Ｂは、リサイクルガス経路３を流通するアノードオフガス中の水分をアノードオフガスから分離する装置である。気液分離器９Ｂは、リサイクルガス経路３を流通するアノードオフガス中の水分をアノードオフガスから分離できれば、どのような構成であってもよい。気液分離器９Ｂとして、例えば、昇圧器５と合流部４との間のリサイクルガス経路３から分岐する分岐経路に設けられたタンク、本分岐経路の適所に設けられた封止弁などを例示できる。なお、これらのタンクおよび封止弁は、第３実施形態と同様であるので詳細な説明を省略する。
【００８１】
以上により、本実施形態の燃料電池システム１００では、昇圧器５におけるアノードオフガス加圧で、アノードオフガスに凝縮水が発生した場合でも、気液分離器９Ｂでアノードオフガスから凝縮水を分離できる。このため、加湿器６が故障しても、凝縮水による燃料ガス供給経路２の水詰りを抑制できる。
【００８２】
本実施形態の燃料電池システム１００は、上記特徴以外は、第１実施形態、第２実施形態、第２実施形態の変形例および第２実施形態の第１実施例−第２実施例のいずれかの燃料電池システム１００と同様に構成してもよい。
【００８３】
（第５実施形態）
図８は、第５実施形態の燃料電池システムの一例を示す図である。
【００８４】
図８に示す例では、燃料電池システム１００は、燃料電池１と、燃料ガス供給経路２と、リサイクルガス経路３と、昇圧器５と、加湿器６と、気液分離器９Ｃと、を備える。燃料電池１、燃料ガス供給経路２、リサイクルガス経路３、昇圧器５および加湿器６は、第１実施形態と同様であるので説明を省略する。
【００８５】
本実施形態の燃料電池システム１００は、第１の態様−第３の態様、第２実施形態、第２実施形態の変形例および第２実施形態の第１実施例−第２実施例のいずれかの燃料電池システム１００において、燃料ガス供給経路２に設けられた気液分離器９Ｃを備え、アノードオフガスの流通方向において、燃料電池１、昇圧器５、合流部４および気液分離器９Ｃがこの順に設けられている。
【００８６】
気液分離器９Ｃは、燃料ガス供給経路２を流通するガス中の水分をガスから分離する装置である。気液分離器９Ｃは、燃料ガス供給経路２を流通するガス中の水分をガスから分離できれば、どのような構成であってもよい。気液分離器９Ｃとして、例えば、合流部４と加湿器６との間の燃料ガス供給経路２から分岐する分岐経路に設けられたタンク、本分岐経路の適所に設けられた封止弁などを例示できる。なお、これらのタンクおよび封止弁は、第３実施形態と同様であるので詳細な説明を省略する。
【００８７】
以上により、本実施形態の燃料電池システム１００では、昇圧器５におけるアノードオフガス加圧で、アノードオフガスに凝縮水が発生した場合でも、気液分離器９Ｃで燃料ガス供給経路２を流通するガスから凝縮水を分離できる。このため、加湿器６が故障しても、凝縮水による燃料ガス供給経路２の水詰りを抑制できる。
【００８８】
本実施形態の燃料電池システム１００は、上記特徴以外は、第１実施形態、第２実施形態、第２実施形態の変形例および第２実施形態の第１実施例−第２実施例のいずれかの燃料電池システム１００と同様に構成してもよい。
【００８９】
第１実施形態、第２実施形態、第２実施形態の変形例、第２実施形態の第１実施例−第２実施例および第３実施形態−第５実施形態は、互いに相手を排除しない限り、互いに組み合わせても構わない。
【００９０】
上記説明から、当業者にとっては、本開示の多くの改良や他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本開示を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本開示の精神を逸脱することなく、その構造および／または機能の詳細を実質的に変更できる。
【産業上の利用可能性】
【００９１】
本開示の一態様は、昇圧器によりアノードオフガスに発生する凝縮水を従来よりも適切に送水し得る燃料電池システムに利用できる。
【符号の説明】
【００９２】
１      ：燃料電池
１Ａ    ：アノード入口
１Ｂ    ：アノード出口
２      ：燃料ガス供給経路
３      ：リサイクルガス経路
４      ：合流部
５      ：昇圧器
６      ：加湿器
６Ａ    ：燃料ガス入口
６Ｂ    ：燃料ガス出口
７      ：冷却水ポンプ
８      ：冷却水循環経路
９Ａ    ：気液分離器
９Ｂ    ：気液分離器
９Ｃ    ：気液分離器
１６    ：全熱交換器
２６    ：全熱交換器
１００  ：燃料電池システム
【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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