(57)【要約】【課題】簡単な構成で且つ効率的に改質のための水蒸気を得ることができる燃料電池システムを提供する。【解決手段】燃料ガスを改質して得られた水素が供給される燃料極１ａと、空気中の酸素が供給される空気極１ｂと、燃料極１ａ及び空気極１ｂの間に介在して空気極１ｂに供給された空気中の酸素イオンを燃料極１ａに透過させ得る電解質１ｃとを有して電力を発生させ得るセル１を有する燃料電池システムにおいて、燃料極１ａに供給される燃料ガスの流通経路に配設されるとともに、セル１による発電に伴って燃料極１ａで生じる水蒸気を保持して燃料ガスに混合させ得る水蒸気保持手段６を具備したものである。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガスを改質して得られた水素が供給される燃料極と、
空気中の酸素が供給される空気極と、
前記燃料極及び空気極の間に介在して前記空気極に供給された空気中の酸素イオンを前記燃料極に透過させ得る電解質と、
を有して電力を発生させ得るセルを有する燃料電池システムにおいて、
前記燃料極に供給される燃料ガスの流通経路に配設されるとともに、前記セルによる発電に伴って前記燃料極で生じる水蒸気を保持して前記燃料ガスに混合させ得る水蒸気保持手段を具備したことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記水蒸気保持手段は、前記燃料ガスを反応させて水素を生成し得る改質触媒を具備し、当該改質触媒による触媒反応にて生成された水素を前記燃料極に供給し得ることを特徴とする請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記水蒸気保持手段は、通気性及び可撓性を有したシート状部材から成ることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記水蒸気保持手段は、無機繊維又は有機繊維を有した紙状部材から成るとともに、前記燃料ガスを反応させて水素を生成し得る改質触媒を担持して成ることを特徴とする請求項１〜３の何れか１つに記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記燃料を流通させる燃料流路が形成されるとともに、前記燃料極と電気的に接続された燃料極側端子と、
前記空気を流通させる空気流路が形成されるとともに、前記空気極と電気的に接続された空気極側端子と、
を具備するとともに、前記水蒸気保持手段は、前記燃料極側端子の前記燃料流路と前記燃料極との間に配設されたことを特徴とする請求項１〜４の何れか１つに記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記水蒸気保持手段は、導電性を有し、前記燃料極側端子と前記燃料極とを電気的に接続させることを特徴とする請求項５記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記燃料を流通させる燃料流路が形成されるとともに、前記燃料極と電気的に接続された燃料極側端子と、
前記空気を流通させる空気流路が形成されるとともに、前記空気極と電気的に接続された空気極側端子と、
を具備するとともに、前記水蒸気保持手段は、前記燃料極側端子の前記燃料流路内に配設されたことを特徴とする請求項１〜４の何れか１つに記載の燃料電池システム。
【請求項８】
前記セルは、前記燃料極、電解質及び空気極が筒状に形成されて成り、前記燃料極の内周面又は外周面に沿って前記水蒸気保持手段が筒状に形成されたことを特徴とする請求項１〜４の何れか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、燃料ガスを改質して得られた水素が供給される燃料極と、空気中の酸素が供給される空気極と、燃料極及び空気極の間に介在して空気極で生成された酸素イオンを燃料極に透過させ得る電解質とを有して電力を発生させ得るセルを有する燃料電池システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
水素や炭化水素などを燃料とし、酸素と電気化学反応させることで電力を発生させ得る燃料電池システムは、エネルギー変換効率が高いことが知られており、近年において、種々形態の燃料電池システムが提案されている。ただし、炭化水素を燃料とした場合は、炭化水素から水素を生成する改質反応が必要となり、炭化水素を水と反応させる水蒸気改質により水素を作ることが行われている。この水蒸気改質反応は吸熱反応であるため、６００℃以上の温度が必要となり、常に６００℃以上の熱を供給し続ける必要がある。特に、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ：Solid Oxide Fuel Cell）と称される燃料電池は、６００℃以上の温度で運転され、発電で生じる温度と燃料である炭化水素から水素を生成する改質反応の温度が近似していることから、燃料電池の排熱を利用して炭化水素から水素を生成（改質反応）することが可能とされており、発電効率がより高いものとされている。
【０００３】
したがって、従来の固体酸化物形燃料電池では、別個に気化器と改質器が装着されており、外部から水を供給して都市ガスなどの炭化水素から水素を製造し、燃料電池に供給し発電している。その際、発電時に生じた水を再利用し、発電効率を向上させる試みが検討されている。例えば特許文献１にて開示されているように、発電時に生じた排ガスの一部が燃料に還流されるようなセパレータ構造とすることで発電時に生じた水蒸気を再使用するシステムが開示されている。また、特許文献２では発電時に生じた水蒸気を含む排ガスをポンプで改質器に循環して燃料ガスと混ぜることで水蒸気を改質に再使用するシステムが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−２２２８９９号公報
【特許文献２】特開２０１４−４１８０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来技術においては、特許文献１では排ガスの一部しか利用できない為、改質に必要な水蒸気量の十分な確保は困難であり、特許文献２では排ガスを回収して循環させるポンプ、配管及び制御用センサ等が必要となり、燃料電池システムが複雑化してしまうという問題がある。本出願人は、燃料電池による発電に伴って燃料極から水蒸気が発生することに着目し、その水蒸気を保持して改質に直接利用することを検討するに至った。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、簡単な構成で且つ効率的に改質のための水蒸気を得ることができる燃料電池システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１記載の発明は、燃料ガスを改質して得られた水素が供給される燃料極と、空気中の酸素が供給される空気極と、前記燃料極及び空気極の間に介在して前記空気極に供給された空気中の酸素イオンを前記燃料極に透過させ得る電解質とを有して電力を発生させ得るセルを有する燃料電池システムにおいて、前記燃料極に供給される燃料ガスの流通経路に配設されるとともに、前記セルによる発電に伴って前記燃料極で生じる水蒸気を保持して前記燃料ガスに混合させ得る水蒸気保持手段を具備したことを特徴とする。
【０００８】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の燃料電池システムにおいて、前記水蒸気保持手段は、前記燃料ガスを反応させて水素を生成し得る改質触媒を具備し、当該改質触媒による触媒反応にて生成された水素を前記燃料極に供給し得ることを特徴とする。
【０００９】
請求項３記載の発明は、請求項１又は請求項２記載の燃料電池システムにおいて、前記水蒸気保持手段は、通気性及び可撓性を有したシート状部材から成ることを特徴とする。
【００１０】
請求項４記載の発明は、請求項１〜３の何れか１つに記載の燃料電池システムにおいて、前記水蒸気保持手段は、無機繊維又は有機繊維を有した紙状部材から成るとともに、前記燃料ガスを反応させて水素を生成し得る改質触媒を担持して成ることを特徴とする。
【００１１】
請求項５記載の発明は、請求項１〜４の何れか１つに記載の燃料電池システムにおいて、前記燃料を流通させる燃料流路が形成されるとともに、前記燃料極と電気的に接続された燃料極側端子と、前記空気を流通させる空気流路が形成されるとともに、前記空気極と電気的に接続された空気極側端子とを具備するとともに、前記水蒸気保持手段は、前記燃料極側端子の前記燃料流路と前記燃料極との間に配設されたことを特徴とする。
【００１２】
請求項６記載の発明は、請求項５記載の燃料電池システムにおいて、前記水蒸気保持手段は、導電性を有し、前記燃料極側端子と前記燃料極とを電気的に接続させることを特徴とする。
【００１３】
請求項７記載の発明は、請求項１〜４の何れか１つに記載の燃料電池システムにおいて、前記燃料を流通させる燃料流路が形成されるとともに、前記燃料極と電気的に接続された燃料極側端子と、前記空気を流通させる空気流路が形成されるとともに、前記空気極と電気的に接続された空気極側端子とを具備するとともに、前記水蒸気保持手段は、前記燃料極側端子の前記燃料流路内に配設されたことを特徴とする。
【００１４】
請求項８記載の発明は、請求項１〜４の何れか１つに記載の燃料電池システムにおいて、前記セルは、前記燃料極、電解質及び空気極が筒状に形成されて成り、前記燃料極の内周面又は外周面に沿って前記水蒸気保持手段が筒状に形成されたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１の発明によれば、燃料極に供給される燃料ガスの流通経路に配設されるとともに、セルによる発電に伴って燃料極で生じる水蒸気を保持して燃料ガスに混合させ得る水蒸気保持手段を具備したので、外部からの水供給を不要とし、水を気化するための別個の水気化器を不要とすることができ、簡単な構成で且つ効率的に改質のための水蒸気を得ることができる。
【００１６】
請求項２の発明によれば、水蒸気保持手段は、燃料ガスを反応させて水素を生成し得る改質触媒を具備し、改質触媒による触媒反応にて生成された水素を燃料極に供給し得るので、燃料ガスを反応させて水素を生成し得る別個の改質器を不要とすることができ、より簡単な構成で且つ効率的に改質のための水蒸気を得ることができる。
【００１７】
請求項３の発明によれば、水蒸気保持手段は、通気性及び可撓性を有したシート状部材から成るので、折り曲げ等の加工が容易であり、燃料電池システムにおける任意の適切な位置に水蒸気保持手段を容易に配設することができる。
【００１８】
請求項４の発明によれば、水蒸気保持手段は、無機繊維又は有機繊維を有した紙状部材から成るとともに、燃料ガスを反応させて水素を生成し得る改質触媒を担持して成るので、汎用的な湿式抄紙法等を利用して改質触媒を有する水蒸気保持手段を容易に形成することができる。
【００１９】
請求項５の発明によれば、水蒸気保持手段は、燃料極側端子の燃料流路と燃料極との間に配設されたので、燃料電池による発電に伴って燃料極で生じる水蒸気を確実且つ円滑に燃料ガスに混合させることができ、燃料ガスの効率的な改質を行わせることができる。
【００２０】
請求項６の発明によれば、水蒸気保持手段は、導電性を有し、燃料極側端子と燃料極とを電気的に接続させるので、水蒸気保持手段を介して燃料極側端子と燃料極との電気的接続を確実に行わせることができる。
【００２１】
請求項７の発明によれば、水蒸気保持手段は、燃料極側端子の燃料流路内に配設されたので、水蒸気保持手段が導電性を有しないものであっても、燃料極側端子と燃料極とを接触させた状態で組み付けることができ、燃料極側端子と燃料極との電気的な接続を確実に行わせることができる。
【００２２】
請求項８の発明によれば、セルは、燃料極、電解質及び空気極が筒状に形成されて成り、燃料極の内周面又は外周面に沿って水蒸気保持手段が筒状に形成されたので、筒状の内部空間及び外部空間を利用して燃料や空気を容易に流通させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る燃料電池システムを示す斜視図
【図２】同燃料電池システムを示す平面図及び正面図
【図３】図２におけるＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図
【図４】同燃料電池システムにおけるセルを示す断面図
【図５】同燃料電池システムを示す分解斜視図
【図６】本発明の他の実施形態に係る燃料電池システム（燃料極側端子の燃料流路に水蒸気保持手段を配設）を示す断面図
【図７】本発明の他の実施形態に係る燃料電池システム（セルの燃料極に燃料流路を形成）を示す断面図
【図８】本発明の他の実施形態に係る燃料電池システム（セルの燃料極に燃料流路を形成し、その燃料流路に水蒸気保持手段を配設）を示す断面図
【図９】本発明の他の実施形態に係る燃料電池システム（燃料極側端子および空気極側端子に流路を形成しない仕様）を示す断面図
【図１０】本発明の第２の実施形態に係る燃料電池システム（円筒状のセルの内周面に水蒸気保持手段を配設）を示す斜視図
【図１１】同燃料電池システムの内部構成を示す断面図
【図１２】本発明の他の実施形態に係る燃料電池システム（燃料極に強度が向上された水蒸気保持手段を配設）を示す斜視図
【図１３】本発明の他の実施形態に係る燃料電池システム（燃料極に支持体及び水蒸気保持手段を配設）を示す斜視図
【図１４】本発明の他の実施形態に係る燃料電池システム（セルの外周面に水蒸気保持手段を配設）を示す斜視図
【図１５】同燃料電池システムの内部構成を示す断面図
【図１６】本発明の他の実施形態に係る燃料電池システム（セルの外周面に強度が向上された水蒸気保持手段を配設）を示す斜視図
【図１７】本発明の他の実施形態に係る燃料電池システム（セルの外周面に支持体及び水蒸気保持手段を配設）を示す斜視図
【図１８】本発明の他の実施形態に係る燃料電池システム（セルの内周面に支持体及び外周面に水蒸気保持手段を配設し、且つ、直列に接続した状態）を示す斜視図
【図１９】同燃料電池システムの電気的な接続状態を示す断面図
【図２０】同燃料電池システムの製造方法を示す模式図
【図２１】本発明の他の実施形態に係る燃料電池システム（セルの内周面に強度が向上された水蒸気保持手段を配設し、且つ、直列に接続した状態）を示す斜視図
【図２２】本発明の他の実施形態に係る燃料電池システム（セルの内周面に支持体及び水蒸気保持手段を配設し、且つ、直列に接続した状態）を示す斜視図
【図２３】本発明の他の実施形態に係る燃料電池システム（セルの燃料極に複数の孔が形成され、且つ、当該孔に水蒸気保持手段を配設）を示す斜視図（軸方向に一部破断した図）
【図２４】本発明の他の実施形態に係る燃料電池システム（セルの空気極に複数の孔が形成され、且つ、セルの外周面に水蒸気保持手段を配設）を示す斜視図
【図２５】本発明の技術的優位性を示す実験結果を示すグラフ
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら具体的に説明する。
第１の実施形態に係る燃料電池システムは、図１〜５に示すように、燃料ガスを改質して得られた水素が供給される燃料極１ａと、空気中の酸素が供給される空気極１ｂと、燃料極１ａ及び空気極１ｂの間に介在して空気極１ｂで生成された酸素イオンを燃料極１ａに透過させ得る電解質１ｃとを有して電力を発生させ得るセル１を有するもので、燃料極側端子２及び空気極側端子３（セパレータ）と、燃料極側集電体４と、空気極側集電体５と、水蒸気保持手段６とを具備している。なお、本実施形態においては、平板型構造の単セルを有する燃料電池システムに適用されている。
【００２５】
セル１は、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ：Solid Oxide Fuel Cell）と称されるもので、特に内部改質型の燃料電池システムに適用されている。かかるセル１は、固体の電解質１ｃを燃料極１ａ（アノード）及び空気極１ｂ（カソード）にて挟持した積層構造を有しており、全体が固体から成るものとされている。なお、セル１を構成する固体酸化物形燃料電池等の高温型燃料電池システムは、セルの発電で生じる温度と改質反応の温度が近似していることから、燃料電池の排熱を利用して炭化水素から水素を生成（改質反応）することが可能とされており、発電効率がより高いものとされている。
【００２６】
セル１の電解質１ｃは、セラミック類（ＺｒＯ２、ＣｅＯ２、Ｇａ系酸化物）等の酸素イオン導電性物質から成り、一方の面に燃料極１ａが接触して形成されるとともに他方の面に空気極１ｂが接触して形成されている。燃料極１ａ（アノード）は、例えば電解質１ｃの原料を含み、触媒（ＮｉＯ等）と造孔剤を混ぜて焼成して得られた電極から成るもので、燃料ガスを改質して得られた水素が供給されるとともに、燃料極側集電体４及び水蒸気保持手段６を介して燃料極側端子２（セパレータ）と電気的に接続されている。また、セル１の空気極１ｂ（カソード）は、例えばランタン、ストロンチウム、コバルト等の金属酸化物等を含む電極から成るもので、空気中の酸素が供給されるとともに、空気極側集電体５を介して空気極側端子３（セパレータ）と電気的に接続されている。
【００２７】
しかして、空気極１ｂにおいては、供給された空気中の酸素と電子から酸素イオンが生成されるとともに、生成された酸素イオンが電解質１ｃを透過して燃料極１ａに向かうこととなる。一方、燃料極１ａにおいては、燃料ガスを改質して得られた水素と電解質１ｃを透過した酸素イオンとが反応して水（Ｈ２Ｏ）が生成され、生じた電子が不図示の負荷を通って空気極１ｂに流れることとなるので、電力を発生させ得るようになっている。
【００２８】
固体酸化物形燃料電池の反応温度は６００℃以上と高温のため、生成された水（Ｈ２Ｏ）はすべて水蒸気として発生することとなる。なお、燃料ガスは、都市ガスやＬＰガス（メタン、エタン、プロパン又はブタン）などの炭化水素系ガスから成り、水蒸気保持手段６にて担持された改質触媒による触媒反応によって水素を生成し得るものである。したがって、燃料極１ａにおいては、水（Ｈ２Ｏ）の他、一酸化炭素（ＣＯ）や二酸化炭素（ＣＯ２）が生成されることとなる。なお、供給する燃料ガスは、炭化水素系ガスの他、アルコール類やエーテル類から成るガスであってもよい。
【００２９】
燃料極側端子２は、導電性を有した耐熱性の金属板から成り、内側（単セルに対して内側）に燃料を流通させる燃料流路２ａが形成されるとともに、燃料極１ａと電気的に接続されている。燃料流路２ａは、燃料極側端子２に形成された複数（単数であってもよい）の溝形状から成り、燃料極側端子２と水蒸気保持手段６とが積層された状態において、燃料が流通可能な流路を形成するようになっている。また、セル１と燃料極側端子２との間には燃料極側ガスケット７が取り付けられており、かかる燃料極側ガスケット７によって燃料流路２ａを流通する燃料ガスが外部に漏れるのを抑制している。なお、燃料極側端子２の外側には、燃料流路２ａと同様の溝形状２ｂが形成されており、単セルを積層してスタックさせた場合、隣接する単セルにおける空気流路を構成するようになっている。
【００３０】
空気極側端子３は、導電性を有した耐熱性の金属板から成り、内側（単セルに対して内側）に空気を流通させる空気流路３ａが形成されるとともに、空気極１ｂと電気的に接続されている。空気流路３ａは、空気極側端子３に形成された複数（単数であってもよい）の溝形状から成り、空気極側端子３と空気極側集電体５とが積層された状態において、空気が流通可能な流路を形成するようになっている。また、セル１と空気極側端子３との間には空気極側ガスケット８が取り付けられており、かかる空気極側ガスケット８によって空気流路３ａを流通する空気が外部に漏れるのを抑制している。なお、空気極側端子３の外側には、空気流路３ａと同様の溝形状３ｂが形成されており、単セルを積層してスタックさせた場合、隣接する単セルにおける燃料流路を構成するようになっている。
【００３１】
燃料極側集電体４は、セル１の燃料極１ａと燃料極側端子２及び水蒸気保持手段６との間に介在した導電性部材から成り、燃料極１ａと燃料極側端子２との間の電気的接続を良好に維持させるためのもので、例えば金属メッシュ、金属スポンジ又は多孔質金属等から成るものである。また、空気極側集電体５は、セル１の空気極１ｂと空気極側端子３との間に介在した導電性部材から成り、空気極１ｂと空気極側端子３との間の電気的接続を良好に維持させるためのもので、例えば金属メッシュ、金属スポンジ又は多孔質金属等から成るものである。
【００３２】
水蒸気保持手段６は、燃料極１ａに供給される燃料ガスの流通経路（本実施形態においては、燃料極側端子２の燃料流路２ａとセル１の燃料極１ａとの間）に配設されるとともに、セル１による発電に伴って燃料極１ａで生じる水蒸気を保持して燃料流路２ａにて供給された燃料ガスに混合させ得るものである。本実施形態に係る水蒸気保持手段６は、燃料ガスを反応させて水素を生成し得る改質触媒を具備し、当該改質触媒による触媒反応にて生成された水素を燃料極１ａに供給し得るようになっている。
【００３３】
より具体的には、本実施形態に係る水蒸気保持手段６は、通気性及び可撓性を有したシート状部材から成るもので、無機繊維又は有機繊維を有した紙状部材から成るとともに、燃料ガスを反応させて水素を生成し得る改質触媒を担持して構成されている。例えば、所定量の水にセラミック繊維及びパルプ等の有機繊維及び無機繊維を混合した後、担体となるマグネシウム及びアルミニウムの複合酸化物を投入する。その後、カチオンポリマー、アルミナゾル及び高分子凝集剤を投入した後、抄紙し、プレス及び乾燥することにより通気性及び可撓性を有したシート状部材を得る。そして、得られたシート状部材を６００から８５０℃で１から２４時間焼成した後、触媒となる金属イオンを含有する水溶液に０．１から４時間含浸し、乾燥後、６００から８００℃で１から２４時間焼成することにより、水蒸気保持手段６を得ることができる。触媒となる金属イオンを含有する水溶液としては、硝酸Ｎｉ、硫酸Ｎｉ、塩化Ｎｉ、硝酸Ｒｕ、硫酸Ｒｕ、塩化Ｒｕ、硝酸Ｒｈ、硫酸Ｒｕ、塩化Ｒｈなどから１種類以上を選び作製することができる。シート状部材の焼成温度は好ましくは７００℃から８００℃、焼成時間は２から１０時間の範囲が好ましい。
【００３４】
このようにして得られた水蒸気保持手段６は、マグネシウム及びアルミニウムの複合酸化物を担体としてＮｉ、Ｒｕ、Ｒｈなどを触媒金属（すなわち、燃料ガスを反応させて水素を生成し得る改質触媒）として担持した紙状部材（ペーパー状部材）から成り、例えば厚さ０．１から１．０（ｍｍ）程度、気孔率７０〜９０（％）程度、触媒金属量２〜９．５（ｍｇ／ｃｍ２）程度とされるのが好ましい。気孔率は７０％を下回ると燃料ガスが拡散しにくくなり、圧力損失が増大するため好ましくない。一方で９０％を上回ると触媒と燃料ガスの接触が減って、触媒性能が低下するため好ましくない。触媒金属量は２ｍｇ／ｃｍ２を下回ると十分な触媒性能が得られず、９．５ｍｇ／ｃｍ２を上回ると触媒粒子のシンタリングが起こり、粒子径の増大が発生し、投入触媒金属量に見合った触媒性能が得られないため好ましくない。紙厚は薄いほど燃料電池システムそのものの体積を小さくできるが、０．１ｍｍ以下とすると気孔率、触媒金属量が不均一となりやすいため好ましくない。一方、１．０ｍｍよりも厚くするとペーパーが占有する体積が大きくなり、燃料電池システムそのものの体積が大きくなるため好ましくない。
【００３５】
本実施形態に係る燃料電池システムは、図５に示すように、燃料極側端子２の一方の面に燃料極側ガスケット７、水蒸気保持手段６及び燃料極側集電体４を組み付けるとともに、空気極側端子３の一方の面に空気極側ガスケット８及び空気極側集電体５を組み付け、その後、セル１を挟んで燃料極側端子２の組み付け体及び空気極側端子３の組み付け体を組み合わることにより単セルを得た後、必要個数の単セルをスタックすることにより得られる。
【００３６】
ところで、水蒸気保持手段６は、導電性を有し、燃料極側端子２と燃料極１ａとを電気的に接続させるものが好ましく、メッシュ状に成形して電気的な接続及び通気性をより向上させるようにしてもよい。このように、水蒸気保持手段６を燃料極側端子２と燃料極１ａとを電気的に接続させる導電性材料から成るものとすれば、水蒸気保持手段を介して燃料極側端子と燃料極との電気的接続を確実に行わせることができる。また、水蒸気保持手段６を燃料極側端子２と燃料極１ａとを電気的に接続させる導電性材料から成るものとすれば、燃料極側集電体４を不要とすることができる。
【００３７】
また、水蒸気保持手段６は、図６に示すように、燃料極側端子２の燃料流路２ａ内に配設するようにしてもよい。このように、水蒸気保持手段６を燃料極側端子２の燃料流路２ａ内に配設することにより、水蒸気保持手段６が導電性を有しないものであっても、燃料極側端子２と燃料極１ａとを接触させた状態で組み付けることができ、燃料極側端子２と燃料極１ａとの電気的な接続を確実に行わせることができる。
【００３８】
さらに、図７に示すように、セル１の燃料極１ａに燃料流路１ａａを形成し、その燃料流路１ａａにて燃料ガスを流通させて供給するようにしてもよく、さらには、図８に示すように、燃料極１ａに形成された燃料流路１ａａに水蒸気保持手段６を配設するようにしてもよい。この場合、空気極側端子１０には、単セルの内側のみ溝形状を形成して空気流路１０ａとするとともに、燃料極側端子９には、単セルの外側のみ溝形状を形成してスタックさせた場合の隣接する単セルの空気流路とすることができる。
【００３９】
さらに、図９に示すように、燃料極側端子２’に溝形状を設けずに燃料極側集電体４と水蒸気保持手段６とが配設された部分（燃料極側端子２’、セル１の燃料極１ａ及び燃料極側ガスケット７で囲まれた空間）のみに燃料ガスが流れるようにするとともに、空気極側端子３’に溝形状を設けずに空気極側集電体５が配設された部分（空気極側端子３’、セル１の空気極１ｂ及び空気極側ガスケット８で囲まれた空間）のみに空気が流れるようにすることができる。
【００４０】
次に、本発明の第２の実施形態に係る燃料電池システムについて説明する。
第２の実施形態に係る燃料電池システムは、図１０、１１に示すように、セル１を構成する燃料極１ａ、電解質１ｃ及び空気極１ｂが筒状に形成されて成り、燃料極１ａの内周面に沿って水蒸気保持手段６が筒状に形成されている。また、本実施形態に係る燃料電池システムは、図示しないが、第１の実施形態と同様の燃料側集電体及び空気極側集電体を具備している。なお、第１の実施形態の構成要素と同様のものについては、詳細な説明を省略することとする。
【００４１】
かかる燃料電池システムに係るセル１は、図１１に示すように、内側に燃料極１ａ及び外側に空気極１ｂが円筒状に配設され、それら燃料極１ａ及び空気極１ｂの間に電解質１ｃが配設されるとともに、燃料極１ａの内周面に沿って水蒸気保持手段６が筒状に取り付けられている。そして、内側に燃料ガスを流通させるとともに、外側に空気を流通させることにより、空気極１ｂにおいては、供給された空気中の酸素と電子から酸素イオンが生成されるとともに、生成された酸素イオンが電解質１ｃを透過して燃料極１ａに向かうこととなる。一方、燃料極１ａにおいては、燃料ガスを改質して得られた水素と電解質１ｃを透過した酸素イオンとが反応して水（Ｈ２Ｏ）が生成され、生じた電子が不図示の負荷を通って空気極１ｂに流れることとなるので、電力を発生させ得るようになっている。
【００４２】
ここで、本実施形態に係る水蒸気保持手段６は、燃料極１ａに供給される燃料ガスの流通経路（本実施形態においては、燃料極１ａの内側）に配設されるとともに、セル１による発電に伴って燃料極１ａで生じる水蒸気を保持して供給された燃料ガスに混合させ得るものである。また、本実施形態に係る水蒸気保持手段６は、第１の実施形態と同様、燃料ガスを反応させて水素を生成し得る改質触媒を具備し、当該改質触媒による触媒反応にて生成された水素を燃料極１ａに供給し得るようになっている。なお、水蒸気保持手段６の詳細については、第１の実施形態と同様である。
【００４３】
なお、水蒸気保持手段６に代えて、図１２に示すように、強度が向上された水蒸気保持手段１１を燃料極１ａの内周面に沿って取り付けるようにしてもよく、或いは図１３に示すように、必要強度を有する支持体１２及び水蒸気保持手段６を燃料極１ａの内周面に沿って取り付けるようにしてもよい。さらに、このような燃料電池システムの単セルをスタック又はバンドル（束ねる）させる場合、必要な極を露出させて接触することにより直列接続させることができ、配線を接続して並列接続することができる。
【００４４】
またさらに、図１４、１５に示すように、外側に燃料極１ａ及び内側に空気極１ｂが円筒状に配設され、それら燃料極１ａ及び空気極１ｂの間に電解質１ｃが配設されるとともに、燃料極１ａの外周面に沿って水蒸気保持手段６が筒状に取り付けられるものであってもよい。この場合、外側に燃料ガスを流通させるとともに、内側に空気を流通させることにより、空気極１ｂにおいては、供給された空気中の酸素と電子から酸素イオンが生成されるとともに、生成された酸素イオンが電解質１ｃを透過して燃料極１ａに向かうこととなる。一方、燃料極１ａにおいては、燃料ガスを改質して得られた水素と電解質１ｃを透過した酸素イオンとが反応して水（Ｈ２Ｏ）が生成され、生じた電子が不図示の負荷を通って空気極１ｂに流れることとなるので、電力を発生させ得るようになっている。
【００４５】
この場合の水蒸気保持手段６は、燃料極１ａに供給される燃料ガスの流通経路（本実施形態においては、燃料極１ａの外側）に配設されるとともに、セル１による発電に伴って燃料極１ａで生じる水蒸気を保持して供給された燃料ガスに混合させ得るものである。また、本実施形態に係る水蒸気保持手段６は、第１の実施形態と同様、燃料ガスを反応させて水素を生成し得る改質触媒を具備し、当該改質触媒による触媒反応にて生成された水素を燃料極１ａに供給し得るようになっている。なお、水蒸気保持手段６の詳細については、第１の実施形態と同様である。
【００４６】
なお、水蒸気保持手段６に代えて、図１６に示すように、強度が向上された水蒸気保持手段１１を燃料極１ａの外周面に沿って取り付けるようにしてもよく、或いは図１７に示すように、必要強度を有する支持体１２及び水蒸気保持手段６を燃料極１ａの外周面に沿って取り付けるようにしてもよい。さらに、このような燃料電池システムの単セルをスタック又はバンドル（束ねる）させる場合、必要な極を露出させて接触することにより直列接続させることができ、配線を接続して並列接続することができる。
【００４７】
また、図１８、１９に示すように、円筒状の支持体１２の上部及び下部それぞれに燃料極１ａ、電解質１ｃ及び空気極１ｂが筒状に形成され、且つ、内側に空気極１ｂ及び外側に燃料極１ａが配設されたセル１を有し、上部のセル１の外周面及び下部のセル１の外周面に亘って水蒸気保持手段６が筒状に取り付けられるとともに、導電性を有する端子１３（インターコネクタ）を取り付けて上部のセル１の燃料極１ａと下部のセル１の空気極１ｂとを電気的に接続したものとしてもよい。この場合、隙間ｓ（絶縁体を介在させてもよい）を所望位置に形成することにより、上部のセル１の燃料極１ａと下部のセル１の燃料極１ａ、及び上部の空気極１ｂと下部の空気極１ｂを導通させないようにすることができる。
【００４８】
またさらに、上記のように単セルが複数形成された燃料電池システムを製造するには、図２０に示すように、円筒状の支持体１２の両端部に空気層１ｂを円筒状にそれぞれ形成し（同図（ｂ））、その外側に円筒状の電解質１ｃを上下それぞれに形成する（同図（ｃ））。そして、電解質１ｃの外側に円筒状の燃料極１ａを上下それぞれに形成し、空気極１ｂ及び電解質１ｃの一部がそれぞれ外部に臨んだ状態とした後（同図（ｄ））、それら外周面に跨がって円筒状の端子１３を取り付けることにより、上部の燃料極１ａと下部の空気極１ｂとを電気的に接続する（同図（ｅ））。その後、筒状の水蒸気保持手段６を外周面に亘って取り付けることにより、上下一対のセル１を有する燃料電池システムを得ることができる。
【００４９】
なお、図２１に示すように、円筒状の強度が向上された水蒸気保持体１１の上部及び下部それぞれに燃料極１ａ、電解質１ｃ及び空気極１ｂが筒状に形成され、且つ、外側に空気極１ｂ及び内側に燃料極１ａが配設されたセル１を有するとともに、導電性を有する端子１３（インターコネクタ）を取り付けて上部のセル１の空気極１ｂと下部のセル１の燃料極１ａとを電気的に接続したものとしてもよい。
【００５０】
また、図２２に示すように、円筒状の支持体１２の上部及び下部それぞれに燃料極１ａ、電解質１ｃ及び空気極１ｂが筒状に形成され、且つ、外側に空気極１ｂ及び内側に燃料極１ａが配設されたセル１を有し、支持体１２の内部に円筒状の水蒸気保持手段６が取り付けられるとともに、導電性を有する端子１３（インターコネクタ）を取り付けて上部のセル１の空気極１ｂと下部のセル１の燃料極１ａとを電気的に接続したものとしてもよい。
【００５１】
さらに、図２３に示すように、外側の空気極１ｂ及び内側の燃料極１ａの間に電解質１ｃが形成された円筒状の単セルから成り、燃料極１ａにおいて軸方向に複数の孔が形成されて燃料ガスを流通し得るとともに、各孔に水蒸気保持手段６を挿通させたものとしてもよく、或いは図２４に示すように、内側の空気極１ｂ及び外側の燃料極１ａの間に電解質１ｃが形成された円筒状の単セルから成り、空気極１ｂにおいて軸方向に複数の孔が形成されて空気を流通し得るとともに、外周面に水蒸気保持手段６を取り付けたものとしてもよい。
【００５２】
上記第１の実施形態及び第２の実施形態に係る燃料電池システムによれば、燃料極１ａに供給される燃料ガスの流通経路に配設されるとともに、セル１による発電に伴って燃料極１ａで生じる水蒸気を保持して燃料ガスに混合させ得る水蒸気保持手段（６、１１）を具備したので、水を気化するための別個の水気化器を不要とすることができ、簡単な構成で且つ効率的に改質のための水蒸気を得ることができる。
【００５３】
また、第１及び第２の実施形態に係る水蒸気保持手段（６、１１）は、燃料ガスを反応させて水素を生成し得る改質触媒を具備し、改質触媒による触媒反応にて生成された水素を燃料極１ａに供給し得るので、燃料ガスを反応させて水素を生成し得る別個の改質器を不要とすることができ、より簡単な構成で且つ効率的に改質のための水蒸気を得ることができる。特に、水蒸気保持手段６は、通気性及び可撓性を有したシート状部材から成るので、折り曲げ等の加工が容易であり、燃料電池システムにおける任意の適切な位置に水蒸気保持手段６を容易に配設することができる。
【００５４】
さらに、第１及び第２の本実施形態に係る水蒸気保持手段６は、無機繊維又は有機繊維を有した紙状部材から成るとともに、燃料ガスを反応させて水素を生成し得る改質触媒を担持して成るので、汎用的な湿式抄紙法等を利用して改質触媒を有する水蒸気保持手段を容易に形成することができる。また、第１の実施形態に係る水蒸気保持手段（６、１１）は、燃料極側端子２の燃料流路２ａと燃料極１ａとの間に配設されたので、燃料電池による発電に伴って燃料極で生じる水蒸気を確実且つ円滑に燃料ガスに混合させることができ、燃料ガスの効率的な改質を行わせることができる。さらに、第２の実施形態に係るセル１は、燃料極１ａ、電解質１ｃ及び空気極１ｂが筒状に形成されて成り、燃料極１ａの内周面又は外周面に沿って水蒸気保持手段（６、１１）が筒状に形成されたので、筒状の内部空間及び外部空間を利用して燃料や空気を容易に流通させることができる。
【００５５】
次に、本発明の技術的優位性を示すための実験結果について説明する。
４３×４３×１．０ｔ（ｍｍ）の水蒸気保持手段６を有した燃料電池システムを実施例１、４３×４３×０．１ｔ（ｍｍ）の水蒸気保持手段６を有した燃料電池システムを実施例２、水蒸気保持手段６を有さないものを比較例とする。なお、実施例１、２及び比較例は、何れも５０×５０ｍｍの寸法のセル（電極面積４０×４０（ｍｍ））を具備している。
【００５６】
そして、実施例１、実施例２及び比較例に対して、７５０℃の温度下、燃料ガスとしてのメタン（ＣＨ４）を１７．３（ｃｃ／ｍｉｎ）の流量にて流通させ、それぞれの出力（Ｗ）を経時的に測定した結果、図２５（ａ）および（ｂ）のグラフの如き実験結果が得られた。図２５（ａ）は実施例１、２および比較例の経時的な出力変化を示した図であり（０から１５時間まで）、図２５（ｂ）は比較例の０から０．０５時間までの経時的な出力変化を示した図である。同実験結果によれば、比較例は１分程度で出力低下したものの、実施例１及び実施例２は、１５時間以上に亘って出力を維持することができている。比較例は、燃料ガスにより電極（燃料極１ａ）が破壊されたと推測できる。
【００５７】
以上、本実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されず、例えば水蒸気保持手段（６、１１）は、燃料極１ａにて生じた水蒸気を保持し得るものであれば足り、燃料ガスを反応させて水素を生成し得る改質触媒を具備しないものであってもよい。また、水蒸気保持手段６は、紙状部材でなくてもよく、例えば多孔質のブロック状部材、発泡金属或いはハニカム状部材等であってもよい。さらに、水蒸気保持手段（６、１１）は、改質触媒の他、他の機能又は性質を有する物質を具備させるようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
燃料極に供給される燃料ガスの流通経路に配設されるとともに、セルによる発電に伴って燃料極で生じる水蒸気を保持して燃料ガスに混合させ得る水蒸気保持手段を具備した燃料電池システムであれば、外観形状が異なるもの或いは他の機能が付加されたもの等にも適用することができる。
【符号の説明】
【００５９】
１  セル
１ａ  燃料極
１ｂ  空気極
１ｃ  電解質
２  燃料極側端子（セパレータ）
２ａ  燃料流路
３  空気極側端子（セパレータ）
３ａ  空気流路
４  燃料極側集電体
５  空気極側集電体
６  水蒸気保持手段
７  燃料極側ガスケット
８  空気極側ガスケット
９  燃料極側端子（セパレータ）
１０  空気極側端子（セパレータ）
１０ａ  空気流路
１１  水蒸気保持手段
１２  支持体
１３  端子（インターコネクタ）
【図１】
2019200969.tif 000003
【図２】
2019200969.tif 000004
【図３】
2019200969.tif 000005
【図４】
2019200969.tif 000006
【図５】
2019200969.tif 000007
【図６】
2019200969.tif 000008
【図７】
2019200969.tif 000009
【図８】
2019200969.tif 000010
【図９】
2019200969.tif 000011
【図１０】
2019200969.tif 000012
【図１１】
2019200969.tif 000013
【図１２】
2019200969.tif 000014
【図１３】
2019200969.tif 000015
【図１４】
2019200969.tif 000016
【図１５】
2019200969.tif 000017
【図１６】
2019200969.tif 000018
【図１７】
2019200969.tif 000019
【図１８】
2019200969.tif 000020
【図１９】
2019200969.tif 000021
【図２０】
2019200969.tif 000022
【図２１】
2019200969.tif 000023
【図２２】
2019200969.tif 000024
【図２３】
2019200969.tif 000025
【図２４】
2019200969.tif 000026
【図２５】
2019200969.tif 000027
【手続補正書】
【提出日】平成30年9月3日(2018.9.3)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
請求項１記載の発明は、燃料ガスを改質して得られた水素が供給される燃料極と、空気中の酸素が供給される空気極と、前記燃料極及び空気極の間に介在して前記空気極に供給された空気中の酸素イオンを前記燃料極に透過させ得る電解質とを有して電力を発生させ得るセルを有する燃料電池システムにおいて、前記燃料を流通させる燃料流路が形成されるとともに、前記燃料極と電気的に接続された燃料極側端子と、前記燃料極に供給される燃料ガスの流通経路に配設された通気性及び可撓性を有したシート状部材から成るとともに、前記セルによる発電に伴って前記燃料極で生じる水蒸気を保持して前記燃料ガスに混合させ得る水蒸気保持手段と、前記セルの燃料極と前記水蒸気保持手段との間に積層状態で配設された導電性部材から成る燃料極側集電体とを具備し、前記セルの燃料極、燃料極側集電体、水蒸気保持手段及び燃料極側端子が積層された状態で配設されるとともに、前記水蒸気保持手段が前記燃料極側集電体と燃料極側端子との間に介在したことを特徴とする。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
請求項３記載の発明は、請求項１又は請求項２記載の燃料電池システムにおいて、前記セルと前記燃料極側端子との間には、前記燃料流路を流通する燃料ガスが外部に漏れるのを抑制するための燃料極側ガスケットが積層状態で取り付けられていることを特徴とする。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
請求項５記載の発明は、請求項１〜４の何れか１つに記載の燃料電池システムにおいて、前記水蒸気保持手段は、前記燃料極側端子の前記燃料流路と前記燃料極との間に配設されたことを特徴とする。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
請求項７記載の発明は、請求項１〜４の何れか１つに記載の燃料電池システムにおいて、前記水蒸気保持手段は、前記燃料極側端子の前記燃料流路内に配設されたことを特徴とする。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
請求項１の発明によれば、燃料極に供給される燃料ガスの流通経路に配設されるとともに、セルによる発電に伴って燃料極で生じる水蒸気を保持して燃料ガスに混合させ得る水蒸気保持手段を具備したので、外部からの水供給を不要とし、水を気化するための別個の水気化器を不要とすることができ、簡単な構成で且つ効率的に改質のための水蒸気を得ることができる。
また、水蒸気保持手段は、通気性及び可撓性を有したシート状部材から成るので、折り曲げ等の加工が容易であり、燃料電池システムにおける任意の適切な位置に水蒸気保持手段を容易に配設することができる。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５８】
燃料極に供給される燃料ガスの流通経路に配設された通気性及び可撓性を有したシート状部材から成るとともに、セルによる発電に伴って燃料極で生じる水蒸気を保持して燃料ガスに混合させ得る水蒸気保持手段と、セルの燃料極と水蒸気保持手段との間に積層状態で配設された導電性部材から成る燃料極側集電体とを具備し、セルの燃料極、燃料極側集電体、水蒸気保持手段及び燃料極側端子が積層された状態で配設されるとともに、水蒸気保持手段が燃料極側集電体と燃料極側端子との間に介在したことを具備した燃料電池システムであれば、外観形状が異なるもの或いは他の機能が付加されたもの等にも適用することができる。
【手続補正８】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガスを改質して得られた水素が供給される燃料極と、
空気中の酸素が供給される空気極と、
前記燃料極及び空気極の間に介在して前記空気極に供給された空気中の酸素イオンを前記燃料極に透過させ得る電解質と、
を有して電力を発生させ得るセルを有する燃料電池システムにおいて、
前記燃料を流通させる燃料流路が形成されるとともに、前記燃料極と電気的に接続された燃料極側端子と、
前記燃料極に供給される燃料ガスの流通経路に配設された通気性及び可撓性を有したシート状部材から成るとともに、前記セルによる発電に伴って前記燃料極で生じる水蒸気を保持して前記燃料ガスに混合させ得る水蒸気保持手段と、
前記セルの燃料極と前記水蒸気保持手段との間に積層状態で配設された導電性部材から成る燃料極側集電体と、
を具備し、前記セルの燃料極、燃料極側集電体、水蒸気保持手段及び燃料極側端子が積層された状態で配設されるとともに、前記水蒸気保持手段が前記燃料極側集電体と燃料極側端子との間に介在したことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記水蒸気保持手段は、前記燃料ガスを反応させて水素を生成し得る改質触媒を具備し、当該改質触媒による触媒反応にて生成された水素を前記燃料極に供給し得ることを特徴とする請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記セルと前記燃料極側端子との間には、前記燃料流路を流通する燃料ガスが外部に漏れるのを抑制するための燃料極側ガスケットが積層状態で取り付けられていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記水蒸気保持手段は、無機繊維又は有機繊維を有した紙状部材から成るとともに、前記燃料ガスを反応させて水素を生成し得る改質触媒を担持して成ることを特徴とする請求項１〜３の何れか１つに記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記水蒸気保持手段は、前記燃料極側端子の前記燃料流路と前記燃料極との間に配設されたことを特徴とする請求項１〜４の何れか１つに記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記水蒸気保持手段は、導電性を有し、前記燃料極側端子と前記燃料極とを電気的に接続させることを特徴とする請求項５記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記水蒸気保持手段は、前記燃料極側端子の前記燃料流路内に配設されたことを特徴とする請求項１〜４の何れか１つに記載の燃料電池システム。
【請求項８】
前記セルは、前記燃料極、電解質及び空気極が筒状に形成されて成り、前記燃料極の内周面又は外周面に沿って前記水蒸気保持手段が筒状に形成されたことを特徴とする請求項１〜４の何れか１つに記載の燃料電池システム。
【手続補正書】
【提出日】平成31年1月17日(2019.1.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
請求項１記載の発明は、燃料ガスを改質して得られた水素が供給される燃料極と、空気中の酸素が供給される空気極と、前記燃料極及び空気極の間に介在して前記空気極に供給された空気中の酸素イオンを前記燃料極に透過させ得る電解質とを有して電力を発生させ得るセルを有する燃料電池システムにおいて、前記燃料ガスを流通させる燃料流路が形成されるとともに、前記燃料極と電気的に接続された燃料極側端子と、前記燃料極に供給される燃料ガスの流通経路に配設された通気性及び可撓性を有したシート状部材から成るとともに、前記セルによる発電に伴って前記燃料極で生じる水蒸気を保持して前記燃料ガスに混合させ得る水蒸気保持手段と、前記セルの燃料極と前記水蒸気保持手段との間に積層状態で配設された導電性部材から成る金属製の燃料極側集電体とを具備し、前記セルの燃料極、燃料極側集電体、水蒸気保持手段及び燃料極側端子が積層された状態で配設されるとともに、前記水蒸気保持手段が前記燃料極側集電体と燃料極側端子との間に介在し、且つ、前記水蒸気保持手段は、無機繊維又は有機繊維を有した紙状部材から成るとともに、前記燃料ガスを反応させて水素を生成し得る改質触媒を担持して成り、当該改質触媒による触媒反応にて生成された水素を前記燃料極に供給し得ることを特徴とする。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の燃料電池システムにおいて、前記セルと前記燃料極側端子との間には、前記燃料流路を流通する燃料ガスが外部に漏れるのを抑制するための燃料極側ガスケットが積層状態で取り付けられていることを特徴とする。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
請求項３記載の発明は、請求項１又は請求項２記載の燃料電池システムにおいて、前記水蒸気保持手段は、前記燃料極側端子の前記燃料流路と前記燃料極との間に配設されたことを特徴とする。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
請求項４記載の発明は、請求項３記載の燃料電池システムにおいて、前記水蒸気保持手段は、導電性を有し、前記燃料極側端子と前記燃料極とを電気的に接続させることを特徴とする。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
請求項５記載の発明は、請求項１又は請求項２記載の燃料電池システムにおいて、前記水蒸気保持手段は、前記燃料極側端子の前記燃料流路内に配設されたことを特徴とする。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
請求項６記載の発明は、請求項１又は請求項２記載の燃料電池システムにおいて、前記セルは、前記燃料極、電解質及び空気極が筒状に形成されて成り、前記燃料極の内周面又は外周面に沿って前記水蒸気保持手段が筒状に形成されたことを特徴とする。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
請求項１の発明によれば、燃料極に供給される燃料ガスの流通経路に配設されるとともに、セルによる発電に伴って燃料極で生じる水蒸気を保持して燃料ガスに混合させ得る水蒸気保持手段を具備したので、外部からの水供給を不要とし、水を気化するための別個の水気化器を不要とすることができ、簡単な構成で且つ効率的に改質のための水蒸気を得ることができる。
また、水蒸気保持手段は、通気性及び可撓性を有したシート状部材から成るので、折り曲げ等の加工が容易であり、燃料電池システムにおける任意の適切な位置に水蒸気保持手段を容易に配設することができる。
さらに、水蒸気保持手段は、燃料ガスを反応させて水素を生成し得る改質触媒を具備し、改質触媒による触媒反応にて生成された水素を燃料極に供給し得るので、燃料ガスを反応させて水素を生成し得る別個の改質器を不要とすることができ、より簡単な構成で且つ効率的に改質のための水蒸気を得ることができる。
またさらに、水蒸気保持手段は、無機繊維又は有機繊維を有した紙状部材から成るとともに、燃料ガスを反応させて水素を生成し得る改質触媒を担持して成るので、汎用的な湿式抄紙法等を利用して改質触媒を有する水蒸気保持手段を容易に形成することができる。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１９】
請求項３の発明によれば、水蒸気保持手段は、燃料極側端子の燃料流路と燃料極との間に配設されたので、燃料電池による発電に伴って燃料極で生じる水蒸気を確実且つ円滑に燃料ガスに混合させることができ、燃料ガスの効率的な改質を行わせることができる。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】
請求項４の発明によれば、水蒸気保持手段は、導電性を有し、燃料極側端子と燃料極とを電気的に接続させるので、水蒸気保持手段を介して燃料極側端子と燃料極との電気的接続を確実に行わせることができる。
【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２１】
請求項５の発明によれば、水蒸気保持手段は、燃料極側端子の燃料流路内に配設されたので、水蒸気保持手段が導電性を有しないものであっても、燃料極側端子と燃料極とを接触させた状態で組み付けることができ、燃料極側端子と燃料極との電気的な接続を確実に行わせることができる。
【手続補正１５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２２】
請求項６の発明によれば、セルは、燃料極、電解質及び空気極が筒状に形成されて成り、燃料極の内周面又は外周面に沿って水蒸気保持手段が筒状に形成されたので、筒状の内部空間及び外部空間を利用して燃料や空気を容易に流通させることができる。
【手続補正１６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５８】
燃料極に供給される燃料ガスの流通経路に配設された通気性及び可撓性を有したシート状部材から成るとともに、セルによる発電に伴って燃料極で生じる水蒸気を保持して燃料ガスに混合させ得る水蒸気保持手段と、セルの燃料極と水蒸気保持手段との間に積層状態で配設された導電性部材から成る金属製の燃料極側集電体とを具備し、セルの燃料極、燃料極側集電体、水蒸気保持手段及び燃料極側端子が積層された状態で配設されるとともに、水蒸気保持手段が燃料極側集電体と燃料極側端子との間に介在し、且つ、水蒸気保持手段は、無機繊維又は有機繊維を有した紙状部材から成るとともに、燃料ガスを反応させて水素を生成し得る改質触媒を担持して成り、当該改質触媒による触媒反応にて生成された水素を燃料極に供給し得る燃料電池システムであれば、外観形状が異なるもの或いは他の機能が付加されたもの等にも適用することができる。
【手続補正１７】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガスを改質して得られた水素が供給される燃料極と、
空気中の酸素が供給される空気極と、
前記燃料極及び空気極の間に介在して前記空気極に供給された空気中の酸素イオンを前記燃料極に透過させ得る電解質と、
を有して電力を発生させ得るセルを有する燃料電池システムにおいて、
前記燃料ガスを流通させる燃料流路が形成されるとともに、前記燃料極と電気的に接続された燃料極側端子と、
前記燃料極に供給される燃料ガスの流通経路に配設された通気性及び可撓性を有したシート状部材から成るとともに、前記セルによる発電に伴って前記燃料極で生じる水蒸気を保持して前記燃料ガスに混合させ得る水蒸気保持手段と、
前記セルの燃料極と前記水蒸気保持手段との間に積層状態で配設された導電性部材から成る金属製の燃料極側集電体と、
を具備し、前記セルの燃料極、燃料極側集電体、水蒸気保持手段及び燃料極側端子が積層された状態で配設されるとともに、前記水蒸気保持手段が前記燃料極側集電体と燃料極側端子との間に介在し、且つ、前記水蒸気保持手段は、無機繊維又は有機繊維を有した紙状部材から成るとともに、前記燃料ガスを反応させて水素を生成し得る改質触媒を担持して成り、当該改質触媒による触媒反応にて生成された水素を前記燃料極に供給し得ることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記セルと前記燃料極側端子との間には、前記燃料流路を流通する燃料ガスが外部に漏れるのを抑制するための燃料極側ガスケットが積層状態で取り付けられていることを特徴とする請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記水蒸気保持手段は、前記燃料極側端子の前記燃料流路と前記燃料極との間に配設されたことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記水蒸気保持手段は、導電性を有し、前記燃料極側端子と前記燃料極とを電気的に接続させることを特徴とする請求項３記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記水蒸気保持手段は、前記燃料極側端子の前記燃料流路内に配設されたことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記セルは、前記燃料極、電解質及び空気極が筒状に形成されて成り、前記燃料極の内周面又は外周面に沿って前記水蒸気保持手段が筒状に形成されたことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の燃料電池システム。