(57)【要約】【課題】燃料電池を冷却するための熱交換器に水を散布する燃料電池システムにおいて、水を安定的に確保する。【解決手段】水素と酸素とを電気化学反応させて電気エネルギーを発生させる燃料電池１０と、電気化学反応に用いられる水素を燃料電池１０に供給する水素供給装置５１と、燃料電池１０で発生した熱を系外に放出する熱交換器２２と、水素供給装置５１から供給される水素を燃料電池１０に供給することなく燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼装置８０と、水の蒸発潜熱を利用して熱交換器２２を冷却するために、熱交換器２２に水を散布する散布装置１４とを設ける。散布装置１４は、燃焼ガスから得られる水を熱交換器２２に散布する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素と酸素とを電気化学反応させて電気エネルギーを発生させる燃料電池（１０）と、
前記電気化学反応に用いられる水素を前記燃料電池に供給する水素供給装置（５１）と、
前記燃料電池で発生した熱を系外に放出する熱交換器（２２）と、
前記水素供給装置から供給される水素を前記燃料電池に供給することなく燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼装置（８０）と、
水の蒸発潜熱を利用して前記熱交換器を冷却するために、前記熱交換器に水を散布する散布装置（１４）とを備え、
前記散布装置は、前記燃焼ガスから得られる水を前記熱交換器に散布する燃料電池システム。
【請求項２】
前記水素供給装置は、高圧水素が充填されており、前記高圧水素を減圧して前記燃料電池に供給するようになっており、
前記燃焼ガスと前記水素供給装置から供給された水素とを熱交換させ、前記燃焼ガスを冷却する水素熱交換器（８３）を備える請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記水素熱交換器で前記燃焼ガスと熱交換した水素は、前記燃焼装置に供給される請求項２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記電気化学反応に用いられる酸素を含んだ空気を前記燃料電池に供給する空気供給装置（３２）と、
前記燃焼ガスと前記空気供給装置から供給された空気とを熱交換させ、前記燃焼ガスを冷却する空気熱交換器（８２）を備える請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記電気化学反応に用いられる酸素を含んだ空気を前記燃料電池に供給する空気供給装置（３２）と、
前記燃焼ガスと前記空気供給装置から供給された空気とを熱交換させ、前記燃焼ガスを冷却する空気熱交換器（８２）を備える請求項２または３のいずれか１つに記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記燃焼ガスは、前記空気熱交換器で空気と熱交換した後で、前記水素熱交換器で水素と熱交換する請求項５に記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記空気供給装置から供給される空気を前記燃料電池をバイパスさせるバイパス通路（３７）を備え、
前記空気熱交換器は、前記燃焼ガスと前記燃料電池をバイパスした空気とを熱交換させる請求項４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】
前記空気供給装置は、空気を圧送して供給するようになっており、空気の圧送に前記燃焼ガスの運動エネルギーを利用する請求項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】
前記空気供給装置は、空気を圧送して供給するようになっており、
前記空気供給装置から供給された空気と、前記水素供給装置から供給された水素とを熱交換させる空気水素熱交換器（８４）を備える請求項１ないし８のいずれか１つに記載の燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池を冷却するための熱交換器に水を散布する燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１では、燃料電池の排気ガスから回収した水をラジエータに散布し、水の蒸発潜熱によってラジエータの放熱量を向上させることが提案されている。また、特許文献２では、燃料電池の排気ガスから未反応水素を回収し、この未反応水素を燃焼させて水を得ることが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２４２２８０号公報
【特許文献２】国際公開第２０１０／０７９５６１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
そこで、特許文献２の構成を特許文献１の構成に適用し、燃料電池の未反応水素を燃焼させて得た水をラジエータに散布することが考えられる。
【０００５】
燃料電池で生成される熱量が一時的に増加した場合には、ラジエータに散布する水量を増加させる必要がある。しかしながら、燃料電池の未反応水素を燃焼させて水を得る構成では、より多くの水を得るために燃料電池の発電量を増大させる必要があり、燃料電池の発熱量が増大する結果となる。すなわち、燃料電池を冷却するために必要な水を確保するために、燃料電池から更なる熱を発生させることとなる。
【０００６】
本発明は上記点に鑑み、燃料電池を冷却するための熱交換器に水を散布する燃料電池システムにおいて、水を安定的に確保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に記載の発明では、水素と酸素とを電気化学反応させて電気エネルギーを発生させる燃料電池（１０）と、電気化学反応に用いられる水素を燃料電池に供給する水素供給装置（５１）と、燃料電池で発生した熱を系外に放出する熱交換器（２２）と、水素供給装置から供給される水素を燃料電池に供給することなく燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼装置（８０）と、水の蒸発潜熱を利用して熱交換器を冷却するために、熱交換器に水を散布する散布装置（１４）とを備え、散布装置は、燃焼ガスから得られる水を熱交換器に散布することを特徴とする。
【０００８】
本発明によれば、水素供給装置から供給された水素を燃焼させ、燃焼ガスから水を得ることで、燃料電池を稼働させることなく、熱交換器に散布するための水を安定的に確保することができる。
【０００９】
なお、上記各構成要素の括弧内の符号は、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ものである。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１実施形態の燃料電池システムを概略構成を示す図である。
【図２】第１実施形態の燃料電池システムの冷却系を示す図である。
【図３】第１実施形態の燃料電池システムの空気供給系および水素供給系を示す図である。
【図４】第１実施形態の燃料電池システムの制御系を示すブロック図である。
【図５】第２実施形態の燃料電池システムの空気供給系および水素供給系を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について図面に基づいて説明する。本第１実施形態の燃料電池システムは、電気自動車の一種である燃料電池車両に搭載される。
【００１２】
図１に示すように、燃料電池システムは、水素と酸素との電気化学反応を利用して電力を発生する燃料電池１０を備えている。燃料電池１０は、図示しないインバータ等の電気機器に電力を供給する。インバータは、燃料電池１０から供給された直流電流を交流電流に変換して走行用モータ（負荷）に供給してモータを駆動する。
【００１３】
本第１実施形態では、燃料電池１０として固体高分子電解質型燃料電池を用いている。燃料電池１０は、基本単位となるセルが複数積層されたスタック構造となっている。各セルは、電解質膜がカソード極とアノード極で挟まれた構成となっている。
【００１４】
燃料電池１０には、空気供給通路３０を介して酸化剤ガスである空気が供給され、水素供給通路５０を介して燃料ガスである水素が供給される。燃料電池１０では、以下の水素と酸素の電気化学反応が起こり電気エネルギが発生する。
【００１５】
（アノード極側）Ｈ２→２Ｈ＋＋２ｅ−
（カソード極側）２Ｈ＋＋１／２Ｏ２＋２ｅ−→Ｈ２Ｏ
この電気化学反応のためには、燃料電池１０内の電解質膜は、水分を含んだ湿潤状態となっている必要がある。このため、燃料電池１０に供給される水素および空気を加湿し、これらの加湿されたガスを燃料電池１０に供給することで、燃料電池１０内の電解質を加湿する。燃料電池１０に供給される水素および空気の加湿は、図示しない加湿装置等によって行うことができる。
【００１６】
燃料電池１０は発電の際、上記電気化学反応により熱が発生する。燃料電池１０は、発電効率のために運転中一定温度（例えば８０℃程度）に維持する必要がある。また、燃料電池１０内部の電解質膜は、所定の許容上限温度を超えると、高温により破壊されるため、燃料電池１０を許容温度以下に保持する必要がある。
【００１７】
図２に示すように、燃料電池システムは、燃料電池１０に冷却水を循環供給する冷却水通路２０を備えている。冷却水通路２０には、冷却水を循環させるための冷却水ポンプ２１が設けられている。
【００１８】
冷却水通路２０には、ラジエータ２２が設けられている。ラジエータ２２は、燃料電池１０により高温となった冷却水と、ファン２２ａにより送風された外気とを熱交換させ、燃料電池１０で発生した熱を系外に放出する熱交換器である。ファン２２ａの回転は、後述の制御装置１００によって制御される。
【００１９】
冷却水通路２０には、ラジエータ２２と並列してサブラジエータ２３が設けられている。サブラジエータ２３は、冷却水と大気とを熱交換する熱交換器であり、燃料電池１０の高負荷時などラジエータ２２のみでは冷却能力が不足する場合に補助的に用いられる。
【００２０】
冷却水通路２０には、冷却水をラジエータ２２をバイパスさせるためのバイパス通路２４が設けられている。バイパス通路２４はラジエータ２２と並列的に設けられている。
【００２１】
冷却水通路２０とバイパス通路２４の分岐部には、冷却水制御バルブ２５が設けられている。冷却水制御バルブ２５は、バルブ開度を調整することで、ラジエータ２２に流れる冷却水流量と、バイパス通路２４に流れる冷却水流量の比率を調整することができる。
【００２２】
冷却水通路２０における燃料電池１０の出口側には、燃料電池１０から流出した冷却水の温度（つまり、燃料電池１０の出口温度）を検出する第１水温センサ２６が設けられている。冷却水通路２０におけるラジエータ２２の出口側には、ラジエータ２２から流出した冷却水の温度（つまり、ラジエータ２２の出口温度）を検出する第２水温センサ２７が設けられている。
【００２３】
図１に戻り、本実施形態の燃料電池システムには、ラジエータ２２に散布するための水を貯える貯水タンク１１が設けられている。貯水タンク１１には、貯蔵水の水位を検出するための水位センサ１１ａが設けられている。
【００２４】
貯水タンク１１の貯蔵水は、散布用通路１２を介して散布装置１４に供給される。散布用通路１２には、貯水タンク１１の貯蔵水を散布装置１４に供給するための散布用ポンプ１３が設けられている。
【００２５】
散布装置１４は、散布用通路１２の先端部に設けられている。散布装置１４は、ラジエータ２２の風上側（つまり、車両前方側）において、ラジエータ２２の上側部分の近傍に配置されている。
【００２６】
散布装置１４は、水が流入可能な内部空間を有する筐体と、筐体内部と外部とを連通し、水を散布可能な複数の連通孔（例えば、噴射ノズル）を有している。散布装置１４の連通孔はラジエータ２２に対向しており、散布装置１４の連通孔からラジエータ２２の表面に水を散布することができる。
【００２７】
ラジエータ２２に水を散布することで、ラジエータ２２の表面で水が蒸発する。この水の蒸発潜熱を利用してラジエータ２２の冷却能力を向上させることができる。
【００２８】
散布装置１４による水の散布は、燃料電池１０の発電量増大に伴って燃料電池１０の発熱量が増大し、冷却水温度が上昇した場合に行われる。つまり、散布装置１４による水の散布は、ラジエータ２２の冷却能力を向上させる必要がある場合に行われる。
【００２９】
例えば、燃料電池１０の出口温度が所定の許容上限温度に到達した場合に、散布装置１４による水の散布を行うことができる。許容上限温度は、燃料電池１０の電解質膜の耐熱温度（例えば１１０℃程度）に基づいて決定すればよく、任意に設定可能な値である。
【００３０】
図３に示すように、燃料電池システムには、燃料電池１０に空気を供給するための空気供給通路３０が設けられている。空気供給通路３０には、最上流部にエアフィルタ３１が設けられ、その下流側に空気供給装置３２が設けられている。
【００３１】
本実施形態では、空気供給装置３２として空気圧縮機を用いており、空気を圧送して燃料電池１０に供給している。空気供給装置３２は、圧縮機モータ（図示せず）と機械的に接続されている。空気供給装置３２から供給される空気は、断熱圧縮によって温度が上昇している。
【００３２】
空気供給通路３０における空気供給装置３２の下流側には、インタークーラ３３が設けられている。インタークーラ３３は、空気供給装置３２から供給された空気を冷却する。
【００３３】
燃料電池１０に供給された空気に含まれる酸素は、上述の電気化学反応に用いられる。燃料電池１０に供給された空気のうち、電気化学反応に用いられなかった成分は、空気排出通路３４を介して空気排ガスとして燃料電池１０から排出される。また、燃料電池１０では電気化学反応により生成水が発生し、この水分は空気排ガスに含まれた状態で、空気排出通路３４を介して燃料電池１０から排出される。
【００３４】
空気排出通路３４には、第１空気バルブ３５が設けられている。第１空気バルブ３５は背圧調整弁であり、燃料電池１０内の空気の圧力を調整するために用いられる。
【００３５】
空気供給通路３０におけるインタークーラ３３の下流側には、バイパス通路３６が分岐している。バイパス通路３６は、空気供給装置３２から供給された空気を燃料電池１０をバイパスさせるための通路である。バイパス通路３６の下流側は、空気排出通路３４に接続されている。このため、インタークーラ３３で冷却された空気がバイパス通路３６を介して空気排出通路３４に流れる。
【００３６】
空気供給通路３０におけるバイパス通路３６との分岐点より下流側に第２空気バルブ３７が設けられている。バイパス通路３６には、第３空気バルブ３８が設けられている。
【００３７】
第２空気バルブ３７を開放し、第３空気バルブ３８を閉鎖した場合には、燃料電池１０から排出された空気排ガスが空気排出通路３４に流れる。第２空気バルブ３７を閉鎖し、第３空気バルブ３８を開放した場合には、バイパス通路３６を介して燃料電池１０をバイパスしたバイパス空気が空気排出通路３４に流れる。このため、空気排出通路３４には、空気排ガスまたはバイパス空気のいずれかが流れることとなる。
【００３８】
空気供給通路３０における空気供給装置３２とインタークーラ３３の間には、燃焼用空気通路３９が分岐している。燃焼用空気通路３９の下流側は、燃焼装置８０に接続されている。燃焼用空気通路３９には、第４空気バルブ４０が設けられている。第４空気バルブ４０を開放することで、空気供給装置３２から供給された空気は燃焼用空気通路３９を介して燃焼装置８０に供給される。燃焼装置８０については後述する。
【００３９】
燃料電池システムには、燃料電池１０に水素を供給するための水素供給通路５０が設けられている。水素供給通路５０の最上流部には、水素供給装置５１が設けられている。本実施形態では、水素供給装置５１として高圧の水素が充填された高圧水素タンクを用いている。
【００４０】
水素供給通路５０における水素供給装置５１の下流側には、第１水素バルブ５２が設けられている。第１水素バルブ５２を開放することで、水素供給装置５１の水素を減圧して燃料電池１０に供給することができる。水素供給装置５１から供給される水素は、断熱膨張によって温度が低下している。
【００４１】
燃料電池１０に供給された水素は、上述の電気化学反応に用いられる。電気化学反応に用いられなかった未反応の水素は、水素排出通路５３を介して燃料電池１０から水素排ガスとして排出される。燃料電池１０で電気化学反応により生成した生成水は、アノード極側にも移動し、水素排ガスに含まれた状態で水素排出通路５３からも排出される。
【００４２】
水素排出通路５３には、気液分離器５４が設けられている。気液分離器５４は、水素排ガスに含まれる未反応水素と水を分離する。
【００４３】
気液分離器５４には、水素循環通路５５が設けられている。水素循環通路５５は、水素供給通路５０に接続されている。水素循環通路５５には、水素循環ポンプ５６が設けられている。水素循環ポンプ５６を作動させることで、気液分離器５４で分離された未反応水素が水素循環通路５５を介して水素供給通路５０に戻され、燃料電池１０に再供給される。
【００４４】
気液分離器５４には、水排出通路５７が設けられている。水排出通路５７は、空気排出通路３４に接続されている。水排出通路５７には、第２水素バルブ５８が設けられている。第２水素バルブ５８を開放することで、気液分離器５４で分離された水が水排出通路５７を介して空気排出通路３４に供給され、空気排ガスとともに排出される。
【００４５】
水素供給通路５０における第１水素バルブ５２の下流側には、燃焼用水素通路５９が分岐している。燃焼用水素通路５９は、燃焼装置８０に接続されている。燃焼用水素通路５９には、第３水素バルブ６０が設けられている。第３水素バルブ６０を開放することで、水素供給装置５１から水素が燃料電池１０に供給されることなく燃焼装置８０に供給される。
【００４６】
燃焼装置８０では、燃焼用空気通路３９から供給された空気と、燃焼用水素通路５９から供給された水素が混合する。燃焼装置８０は、図示しない着火装置を備えている。燃焼装置８０では、着火装置によって水素と空気の混合気に着火することで、水素を燃焼させることができる。
【００４７】
燃焼装置８０では、水素の燃焼によって燃焼ガスが生成する。燃焼ガスは、水素と空気中の酸素との反応で生成した気相の水である。燃焼ガスは、水素の燃焼で発生する熱によって膨張する。
【００４８】
燃焼装置８０には、燃焼ガスが通過する燃焼ガス通路８１が設けられている。燃焼ガス通路８１には、第１熱交換器８２と第２熱交換器８３が設けられている。これらの熱交換器８２、８３は、燃焼ガス通路８１を通過する燃焼ガスを凝縮させる凝縮器である。第１熱交換器８２が本発明の空気熱交換器に相当し、第２熱交換器８３が本発明の水素熱交換器に相当している。
【００４９】
第１熱交換器８２では、燃焼ガス通路８１を流れる燃焼ガスと、空気排出通路３４を流れる空気が熱交換可能となっている。空気排出通路３４を流れる空気は、燃焼ガス通路８１を流れる燃焼ガスよりも低温になっている。このため、第１熱交換器８２では、空気によって燃焼ガスが冷却される。
【００５０】
燃焼装置８０で水素を燃焼させる際に、空気排出通路３４を流れる空気は、燃料電池１０から排出された空気排ガス、あるいは燃料電池１０をバイパスしたバイパス空気のいずれでもよいが、バイパス空気の方が望ましい。燃料電池１０の空気排ガスは、燃料電池１０の熱によってバイパス空気よりも高温になっているため、バイパス空気の方が第１熱交換器８２で燃焼ガスを効率的に冷却することができる。このため、燃焼装置８０で水素を燃焼させる場合には、第２空気バルブ３７を閉鎖し、第３空気バルブ３８を開放して、バイパス空気が空気排出通路３４に流れるようにすることが望ましい。
【００５１】
第２熱交換器８３では、燃焼ガス通路８１を流れる燃焼ガスと、燃焼用水素通路５９を流れる水素が熱交換可能となっている。燃焼用水素通路５９を流れる水素は、燃焼ガス通路８１を流れる燃焼ガスよりも低温になっている。このため、第２熱交換器８３では、水素によって燃焼ガスが冷却される。
【００５２】
本実施形態では、燃焼ガス通路８１において、上流側に第１熱交換器８２が設けられ、下流側に第２熱交換器８３が設けられている。燃焼用水素通路５９を流れる水素と空気排出通路３４を流れる空気（空気排ガス、バイパス空気）を比較すると、燃焼用水素通路５９を流れる水素の方が空気排出通路３４を流れる空気よりも温度が低くなっている。このため、燃焼ガス通路８１の上流側に第１熱交換器８２を設け、下流側に第２熱交換器８３を設けることで、燃焼ガス通路８１を流れる燃焼ガスは、空気排出通路３４を流れる空気によって冷却された後、燃焼用水素通路５９を流れる水素によってさらに冷却される。
【００５３】
熱交換器８２、８３で燃焼ガスが凝縮して得られた液相の水は、貯水タンク１１に貯蔵される。上述したように、貯水タンク１１の貯蔵水は、散布装置１４によってラジエータ２２に散布される。
【００５４】
図４に示すように、燃料電池システムには、制御装置１００が設けられている。制御装置１００は、燃料電池システムを構成する各制御対象機器の作動を制御する。制御装置１００は、ＣＰＵ、ＲＯＭ及びＲＡＭ等を含む周知のマイクロコンピュータとその周辺回路を備えている。
【００５５】
制御装置１００の入力側には、水位センサ１１ａ、水温センサ２６、２７、外気温センサ１０１等が接続されている。これらのセンサから制御装置１００に各種情報が入力する。外気温センサ１０１は、外気温を検出するセンサである。
【００５６】
制御装置１００の出力側には、散布用ポンプ１３、冷却水ポンプ２１、ファン２２ａ、冷却水制御バルブ２５、空気供給装置３２、空気バルブ３５、３７、３８、４０、水素バルブ５２、５８、６０、水素循環ポンプ５６、燃焼装置８０等の各制御対象機器が接続されている。制御装置１００は、ＲＯＭに記憶されている制御プログラムに基づいて、各制御対象機器の作動を制御することができる。
【００５７】
ここで、上記構成の燃料電池システムにおいて、燃焼装置８０で水素を燃焼させて貯水タンク１１の貯蔵水を確保する際の作動について説明する。
【００５８】
燃焼装置８０における水素の燃焼は、貯水タンク１１の貯蔵水を確保する必要がある場合に行われる。貯水タンク１１の貯蔵水が不足している場合や不足が予測される場合に、貯蔵水を確保する必要があると判定できる。貯水タンク１１の貯蔵水の不足は、貯水タンク１１の水位センサ１１ａの検出値に基づいて判定できる。また、高速道路走行時や登坂走行時等の燃料電池１０の運転負荷が高くなる場合に、貯水タンク１１の貯蔵水が不足すると予測できる。
【００５９】
貯水タンク１１の貯蔵水を確保する必要がある場合には、第４空気バルブ４０と第３水素バルブ６０を開放する。第４空気バルブ４０を開放することで、燃焼用空気通路３９を介して燃焼装置８０に空気が供給される。第３水素バルブ６０を開放することで、燃焼用水素通路５９を介して燃焼装置８０に水素が供給される。
【００６０】
燃焼装置８０では、空気および水素が供給された状態で着火装置によって着火することで水素が燃焼し、燃焼ガスが生成する。燃焼装置８０で生成した燃焼ガスは、燃焼ガス通路８１から排出され、第１熱交換器８２で空気排出通路３４を流れる空気と熱交換して冷却され、さらに第２熱交換器８３で燃焼用水素通路５９を流れる水素と熱交換して冷却される。このとき、空気排出通路３４に、燃料電池１０をバイパスした空気が流れるようにしておくことで、燃焼ガスを効率的に冷却できる。燃焼ガス通路８１を流れる燃焼ガスは、熱交換器８２、８３で冷却されることで凝縮して液相の水となり、貯水タンク１１に貯蔵される。
【００６１】
以上説明した本実施形態では、水素供給装置５１から供給された水素を燃料電池１０に供給することなく燃焼装置８０で燃焼させることで、燃焼ガスから水を得ることができる。これにより、冷却能力向上のためにラジエータ２２に水を散布する燃料電池システムにおいて、燃料電池１０を稼働させることなく、ラジエータ２２に散布するための水を安定的に確保することができる。
【００６２】
また、本実施形態では、空気供給装置３２から燃料電池１０に供給することなく燃焼装置８０に空気を供給するようにしている。これにより、空気供給装置３２から供給される空気を利用して燃焼装置８０で水素を燃焼させることができる。
【００６３】
また、本実施形態では、空気供給装置３２として空気圧縮機を用いているため、断熱圧縮で温度上昇した空気が燃焼装置８０に供給される。このため、燃焼装置８０での水素の燃焼に必要なエネルギーを低減できる。
【００６４】
また、本実施形態では、第１熱交換器８２で燃焼装置８０で生成した燃焼ガスと空気供給装置３２から供給される空気を熱交換させ、燃焼ガスを冷却している。これにより、空気供給装置３２から供給される空気を利用して燃焼ガスの凝縮を促進でき、システム全体の効率を向上させることができる。さらに、空気供給装置３２から供給される空気を燃料電池１０をバイパスさせて第１熱交換器８２に供給することで、燃料電池１０の空気排ガスよりも低温のバイパス空気を第１熱交換器８２に供給できる。これにより、燃焼ガスを効果的に冷却できる。
【００６５】
また、本実施形態では、第２熱交換器８３で燃焼装置８０で生成した燃焼ガスと水素供給装置５１から供給される水素を熱交換させ、燃焼ガスを冷却している。これにより、水素供給装置５１から供給される水素を利用して燃焼ガスの凝縮を促進でき、システム全体の効率を向上させることができる。本実施形態では、水素供給装置５１として高圧水素タンクを用いているので、断熱膨張で低温になった水素を第２熱交換器８３に供給でき、燃焼ガスを効果的に冷却できる。さらに、第２熱交換器８３で燃焼ガスの熱を受け取った水素が燃焼装置８０に供給されるので、燃焼装置８０での水素の燃焼に必要なエネルギーを低減できる。
【００６６】
また、本実施形態では、燃焼ガス通路８１において、第１熱交換器８２を上流側に配置し、第２熱交換器８３を下流側に配置している。空気排出通路３４を流れる空気よりも燃焼用水素通路５９を流れる水素の方が低温になっているため、空気排出通路３４を流れる空気によって冷却された燃焼ガスは、さらに燃焼用水素通路５９を流れる水素で冷却される。これにより、燃焼ガスの冷却を効果的に行うことができる。
【００６７】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。上記第１実施形態と同様の部分は説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。
【００６８】
図５に示すように、本第２実施形態では、空気供給通路３０における空気供給装置３２の下流側には、加熱用空気通路４１が分岐している。加熱用空気通路４１は、空気供給装置３２から分岐した後、空気供給装置３２に再び合流している。加熱用空気通路４１には、第５空気バルブ４２が設けられている。
【００６９】
燃焼用水素通路５９における第２熱交換器８３の下流側には、第３熱交換器８４が設けられている。第３熱交換器８４では、加熱用空気通路４１を流れる空気と、燃焼用水素通路５９を流れる水素が熱交換する。第３熱交換器８４が本発明の空気水素熱交換器に相当している。
【００７０】
本第２実施形態の空気供給装置３２は、空気の圧送に燃焼ガス通路８１を通過する燃焼ガスの運動エネルギーを利用している。例えば、空気供給装置３２にタービンを設け、燃焼ガスの流れを利用してタービンを回転させることで、燃焼ガスの運動エネルギーを空気供給装置３２による空気の圧送に利用することができる。空気供給装置３２で空気の圧送に利用された燃焼ガスは、熱交換器８２、８３に供給される。
【００７１】
以上説明した本第２実施形態によれば、第３熱交換器８４で、加熱用空気通路４１を流れる空気と、燃焼用水素通路５９を流れる水素を熱交換させている。加熱用空気通路４１を流れる空気は、空気供給装置３２での断熱圧縮によって高温となっている。このため、燃焼用水素通路５９を流れる水素は、第３熱交換器８４で加熱用空気通路４１を流れる空気と熱交換することで、温度上昇する。この結果、加熱用空気通路４１を流れる空気の熱を受け取った水素が燃焼装置８０に供給されるので、燃焼装置８０での水素の燃焼に必要なエネルギーを低減できる。
【００７２】
また、第３熱交換器８４は、燃焼用水素通路５９における第２熱交換器８３の下流側に設けられている。このため、第３熱交換器８４での加熱用空気通路４１を流れる空気による燃焼用水素通路５９を流れる水素の加熱が、第２熱交換器８３での水素による燃焼ガスの冷却に影響を与えることがない。
【００７３】
また、加熱用空気通路４１を流れる空気は、第３熱交換器８４で燃焼用水素通路５９を流れる水素と熱交換することで温度低下する。このため、空気供給装置３２で断熱圧縮された空気をインタークーラ３３に供給する前に効果的に冷却することができる。
【００７４】
また、本第３実施形態では、燃焼ガスの運動エネルギーを空気供給装置３２における空気の圧送に利用している。これにより、水を生成するための水素の燃焼によって生じたエネルギーを有効利用することができ、システム全体の効率を向上させることができる。
【００７５】
（他の実施形態）
本発明は上述の実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、以下のように種々変形可能である。また、上記各実施形態に開示された手段は、実施可能な範囲で適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【００７６】
１０    燃料電池
１１    貯水タンク
１４    散布装置
２２    ラジエータ（熱交換器）
３２    空気供給装置
５１    水素供給装置
８０    燃焼装置
８２    第１熱交換器（空気熱交換器）
８３    第２熱交換器（水素熱交換器）
８４    第３熱交換器（空気水素熱交換器）
１００  制御装置
【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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