(57)【要約】【課題】簡素で安価な構成により、燃料電池本体から排出されるオフガス中の水分が改質器バーナに流入する量を低減する。【解決手段】燃料電池発電システムは、燃料処理装置２と、燃料電池本体と、アノード極から排出されるオフガスを上り勾配で燃料処理装置２の改質器バーナ３に直接導くオフガス供給路８と、燃料電池本体１の外部からの冷却水を燃料電池本体１内に循環させる冷却水流通路７を有する。燃料電池本体１は、多孔質材料からなるアノードセパレータを備え、オフガス供給路８で発生した凝縮水がアノードセパレータを通って冷却水流通路７に流入するように構成されている。冷却水流通路７は、燃料電池本体１に供給される冷却水を溜めるタンク４と、アノードセパレータを通った冷却水を吸引してタンク４に送る冷却水ポンプ６と、を有する。【選択図】図１
2008300304.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
改質器バーナを有して炭化水素系燃料を水素リッチなガスに改質させる燃料処理装置と、
アノード極およびカソード極を有し、酸素と前記燃料処理装置で得られた水素リッチなガスとを反応させて直流電力を作る燃料電池本体と、
前記アノード極から排出されるオフガスを上り勾配で前記改質器バーナに直接導くオフガス供給路と、
を有することを特徴とする燃料電池発電システム。
【請求項２】
前記燃料電池本体の外部からの冷却水を前記燃料電池本体内に循環させる冷却水流通路をさらに有し、
前記燃料電池本体は、多孔質材料からなるアノードセパレータを備え、
前記オフガス供給路で発生した凝縮水が前記アノードセパレータを通って前記冷却水流通路に流入するように構成されていること、を特徴とする請求項１に記載の燃料電池発電システム。
【請求項３】
前記冷却水流通路は、前記燃料電池本体に供給される冷却水を溜めるタンクと、前記アノードセパレータを通った冷却水を吸引して前記タンクに送る冷却水ポンプと、を有すること、を特徴とする請求項２に記載の燃料電池発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、燃料電池発電システムに関し、特に、改質器バーナを有する燃料処理装置を備えた燃料電池発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
外部から供給される都市ガスやＬＰＧ（液化天然ガス）に代表される炭化水素系燃料を水素リッチなガスに改質させる燃料処理装置、および、燃料処理装置で得られた水素リッチなガスと酸素とを反応させ直流電力を作る燃料電池本体を含む燃料電池発電システムが知られている。このシステムにおいて、燃料電池本体のアノード極からは燃料電池本体内部で消費されなかった残余の燃料ガス（オフガス）が排出される。そのオフガスは、燃料処理装置内にある改質器の反応熱供給用の熱供給手段として備えられている改質器バーナに供給され、外部から供給される空気とにより燃焼が行われる。
【０００３】
当該オフガスは燃料電池本体の電気化学反応により生成される水を主とした水分を含んでいるが、その水分が改質器バーナでの燃焼性を悪化させる要因となる。そのため、燃料電池本体のアノード極と改質器バーナの間に水分を除去するための装置、および、除去された水分（凝縮水）を水分除去装置から排出するための装置が必要となっていた（特許文献１および特許文献２参照）。
【特許文献１】特許第２６５６２６２号公報
【特許文献２】特開２００６−１４７２６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の燃料電池発電システムにおいては、システムの簡素化、コンパクト化およびコストダウン実現のためにつぎのような課題があった。すなわち、従来の燃料電池発電システムにおいては、アノード極から排出されるオフガスは燃料電池本体から下り勾配でアノード極−凝縮水タンク配管により凝縮水タンクに供給される。凝縮水タンクは熱交換部を備え、オフガス中に含まれる水分を凝縮させる。凝縮水は水分除去装置によりタンクに排出される。水分を除去されたオフガスは凝縮水タンクから上り勾配で凝縮水タンク−改質器バーナ配管により改質器バーナに供給される。また、前記熱交換部に冷媒を供給する手段として冷媒ポンプと冷媒供給路が備えられる。
【０００５】
このような構成のシステムにおいては付帯機器が多く、また、熱交換部の冷媒供給量の制御などシステムが煩雑となってしまう。また、付帯機器の設置スペース確保、配管の勾配確保のためにパッケージのコンパクト化の面でも問題があった。さらに、部品点数が多い中で、オフガス流通路については可燃ガスに対する規制のためにステンレス鋼製としなければならず、コストアップの要因となっている。
【０００６】
本発明は上記課題を解決するものであって、燃料電池本体から排出されるオフガス中の水分が改質器バーナに流入する量を低減するための簡素で安価な構成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に、本発明に係る燃料電池発電システムは、改質器バーナを有して炭化水素系燃料を水素リッチなガスに改質させる燃料処理装置と、アノード極およびカソード極を有し、酸素と前記燃料処理装置で得られた水素リッチなガスとを反応させて直流電力を作る燃料電池本体と、前記アノード極から排出されるオフガスを上り勾配で前記改質器バーナに直接導くオフガス供給路と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、燃料電池本体から排出されるオフガス中の水分が改質器バーナに流入する量を、簡素で安価な構成によって低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図１および図２を用いて本発明に係る燃料電池発電システムの一実施形態を説明する。図１は本発明に係る燃料電池発電システムの一実施形態の構成を示すブロック系統図であり、図２は図１の燃料電池発電システムにおける燃料電池本体の燃料電池スタックの断面の一部を示す断面図である。
【００１０】
燃料電池本体１は、図２に示すような、単位電池２１を複数段に積み重ねた燃料電池スタックで構成されている。単位電池２１は、膜電極複合体（ＭＥＡ）２８と、これをはさんで配置されるアノードセパレータ２５およびカソードセパレータ２６とからなる。膜電極複合体２８は、中央に配置された固体高分子膜２２と、これをはさむアノード触媒層２３ａおよびカソード触媒層２４ａとからなり、その内部にアノード極２３およびカソード極２４が形成されている。
【００１１】
アノードセパレータ２５のアノード極２３に接する部分に燃料ガス流通路２３ｃが形成されている。また、カソードセパレータ２６のカソード極２４に接する部分に酸化剤ガス流通路２４ｃが形成されている。さらに、カソードセパレータ２６のアノードセパレータ２５に隣接する部分には電池内冷却水流通路２７ｃが形成されている。アノードセパレータ２５およびカソードセパレータ２６は多孔質体からできている。
【００１２】
燃料ガス流通路２３ｃには、燃料処理装置２（図１参照）で処理された水素を含む燃料ガスが供給される。また、酸化剤ガス流通路２４ｃには空気などの酸化剤ガスが供給される。
【００１３】
また、電池内冷却水流通路２７ｃには、図１に示す冷却水流通路７を通して冷却水が供給され、この冷却水を循環することにより燃料電池本体１の冷却が行なわれる。冷却水流通路７は冷却水ポンプ６およびタンク４を経て循環するように構成されている。ここで、電池内冷却水流通路２７ｃの下流側の冷却水流通路７に冷却水ポンプ６が配置され、電池内冷却水流通路２７ｃ内の圧力が負圧に保たれている。
【００１４】
アノード極２３より排出されるオフガスはアノード極２３から、直接上り勾配でオフガス供給路８により改質器バーナ３に供給される。
【００１５】
アノード極２３と改質器バーナ３の間で発生した凝縮水は、重力によってオフガス供給路８を逆流してアノード極２３に流れ落ちる。アノード極２３に流れ込んだ凝縮水は燃料電池本体１内の多孔質材料１１を介して負圧状態となっている電池内冷却水流通路２７ｃへ流れ、さらに冷却水流通路７へ流れることにより電池本体１から取り除かれる。
【００１６】
具体的には、正圧である燃料ガス流通路２３ｃ内の凝縮水が多孔質材料で構成されるアノードセパレータ２５を介し燃料ガス流通路２３ｃと隣り合う電池内冷却水流通路２７ｃ内へ取り除かれる。
【００１７】
上記の構成をとることにより、凝縮水排出のための凝縮水タンクなどの付帯設備を用いることなく、改質器バーナ３での燃焼性を良好に保つことができる。その結果、燃料電池発電システムにおけるシステムの簡素化、コンパクト化およびコストダウンの実現が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に係る燃料電池発電システムの一実施形態の構成を示すブロック系統図である。
【図２】図１の燃料電池発電システムにおける燃料電池本体の燃料電池スタックの断面の一部を示す断面図である。
【符号の説明】
【００１９】
１  ・・・  燃料電池本体
２  ・・・  燃料処理装置
３  ・・・  改質器バーナ
４  ・・・  タンク
６  ・・・  冷却水ポンプ
７  ・・・  冷却水流通路
８  ・・・  オフガス供給路
１１  ・・・  多孔質材料
１２  ・・・  凝縮水
２１  ・・・  単位電池
２２  ・・・  固体高分子膜
２３  ・・・  アノード極
２３ａ  ・・・  アノード触媒層
２３ｃ  ・・・  燃料ガス流通路
２４  ・・・  カソード極
２４ａ  ・・・  カソード触媒層
２４ｃ  ・・・  酸化剤ガス流通路
２５  ・・・  アノードセパレータ
２６  ・・・  カソードセパレータ
２７ｃ  ・・・  電池内冷却水流通路
２８  ・・・  膜電極複合体（ＭＥＡ）
【図１】
2008300304.tif 000003
【図２】
2008300304.tif 000004