(57)【要約】  【課題】燃料電池に供給するガスの加湿に要するエネルギーを削減することによりシステム全体のエネルギー効率を向上させ、システムのコンパクト化、システム動作の安定化、低コスト化が図れた燃料電池システムを提供する。  【解決手段】燃料ガスと酸化剤ガスを用いて発電を行う燃料電池１１と、燃料電池１１に供給される供給燃料ガスを加湿する燃料ガス加湿器２０と、燃料電池１１に供給される供給酸化剤ガスを加湿する酸化剤ガス加湿器２１と、燃料電池１１の発電時に発生する熱を冷却するための冷却水が流れる冷却水経路６とを有し、冷却水経路６を流れる冷却水は、燃料ガス加湿器２０で供給燃料ガスを加湿した後、酸化剤ガス加湿器２１で供給酸化剤ガスを加湿するとともに、さらにその後冷却経路６が燃料ガス加湿器２０と接触して加湿器外に流出するように構成された燃料電池システムとする。【選択図】図２
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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を用いて発電を行う燃料電池と、前記燃料電池に供給される供給燃料ガスを加湿する燃料ガス加湿器と、前記燃料電池に供給される供給酸化剤ガスを加湿する酸化剤ガス加湿器と、前記燃料電池の発電時に発生する熱を冷却するための冷却水が流れる冷却水経路とを有し、前記冷却水経路を流れる冷却水は、前記燃料ガス加湿器で前記供給燃料ガスを加湿した後、前記酸化剤ガス加湿器で前記供給酸化剤ガスを加湿するとともに、さらにその後前記冷却経路が前記燃料ガス加湿器と接触して加湿器外に流出するように構成された燃料電池システム。
【請求項２】
前記燃料ガス加湿器の複数の流路プレートと中端板のうち少なくとも一つの外周部に設けた冷却水貫通穴を通り、加湿器外に流出するように冷却水経路を構成された請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
燃料ガスと酸化剤ガスを用いて発電を行う燃料電池と、前記燃料電池に供給される供給燃料ガスを加湿する燃料ガス加湿器と、前記燃料電池に供給される供給酸化剤ガスを加湿する酸化剤ガス加湿器と、前記供給酸化剤ガスが流れる供給酸化剤ガス経路とを有し、前記供給酸化剤ガス経路を流れる供給酸化剤ガスは、前記酸化剤ガス加湿器で加湿されるとともに、さらにその後前記燃料ガス加湿器と接触して加湿器外に流出することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項４】
前記酸化剤ガス加湿器で前記酸化剤ガスが加湿され、その後前記燃料ガス加湿器の複数の流路プレートの少なくとも一つの外周部に設けた供給酸化剤ガス貫通穴を通り、加湿器外に流出するように冷却水経路を構成された請求項３に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記燃料ガス加湿器と前記酸化剤ガス加湿器とを一体に構成した請求項１から４のいずれか一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】
本発明は、燃料電池を用いて発電と熱供給とを行う燃料電池システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池システムは、燃料電池において、燃料ガスとして供給される水素リッチなガスと、酸化剤ガスとして供給される空気等とを反応させることにより、電力及び熱を発生させることで知られている。
【０００３】
前記燃料ガス及び酸化剤ガスは、それぞれ加湿手段によって加湿された後に、燃料電池に供給される。前記燃料ガス及び酸化剤ガスの加湿手段としては、例えば、ヒータにより加熱された温水中に燃料ガス及び酸化剤ガスを通して加湿を行うバブラーがある（例えば特許文献１参照）。
【０００４】
一方、燃料電池の空気極側から排出される排出空気（オフガス）に含まれる水分（水蒸気）を、水蒸気透過膜を介して前記燃料電池の空気極側に供給する空気に移動させ、それにより供給空気の加湿を行う加湿装置が知られている（例えば特許文献２参照）。
【０００５】
この加湿装置は、高温の排出空気を用いて加湿を行うことにより、加湿に要するエネルギーの低減化を図るものである。
【特許文献１】特開平７−２８８１３４号公報
【特許文献２】特開平６−１３２０３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１に記載の加湿手段は、前記バブラーにおいて、水を加熱するためにエネルギーを消費するため、燃料電池システムのエネルギー効率の低下を招くものである。
【０００７】
また、上記特許文献２に記載の加湿装置は、被加湿ガス（ここでは加湿される供給空気）を、加湿ガス（ここでは水分の供給元となる排出空気）以上の露点温度に加湿することができず、また、被加湿ガスを高露点温度まで加湿するには、大きな膜面積の水蒸気透過膜が必要となり、よって、加湿装置の規模が大きくなるものである。
【０００８】
したがって、かかる加湿装置は、燃料電池システムのコンパクト化が困難となるものであった。
【０００９】
本発明は、上記従来の燃料電池システムが有する課題を解決するもので、燃料電池に供給するガスの加湿に要するエネルギーを削減することにより、システム全体のエネルギー効率を向上させるとともに、システムのコンパクト化、システム動作の安定化、低コスト化及び製造時の品質向上が図れた燃料電池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】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明は、燃料ガスと酸化剤ガスを用いて発電を行う燃料電池と、前記燃料電池に供給される供給燃料ガスを加湿する燃料ガス加湿器と、前記燃料電池に供給される供給酸化剤ガスを加湿する酸化剤ガス加湿器と、前記燃料電池の発電時に発生する熱を冷却するための冷却水が流れる冷却水経路とを有し、前記冷却水経路を流れる冷却水は、前記燃料ガス加湿器で前記供給燃料ガスを加湿した後、前記酸化剤ガス加湿器で前記供給酸化剤ガスを加湿するとともに、さらにその後前記冷却経路が前記燃料ガス加湿器と接触して加湿器外に流出するように構成された燃料電池システムとしたものである。
【００１１】
したがって、前記燃料ガス加湿器と酸化剤ガス加湿器は、それぞれの外表面が接触もしくは極近接した配置構成となり、前記冷却水経路を前記燃料ガス加湿器と酸化剤ガス加湿器で加湿した後、前記燃料ガス加湿器の近傍を通るように設けた結果、冷却水の温度低下を抑制することができ、効率の高いシステムを提供することができる。
【００１２】
さらに、前記酸化剤ガス加湿装置で加湿された湿潤酸化剤ガスを前記燃料ガス加湿器と接触して設けた結果、前記酸化剤ガス加湿装置で加湿された湿潤酸化剤ガスが、前記燃料ガス加湿器の温度によって露点以上に保温され、安定した所定の露点を維持することができ、燃料電池の電圧低下や耐久性の高いシステムを提供することができる。
【発明の効果】
【００１３】
すなわち、本発明の燃料電池システムは、エネルギー効率を向上させるとともに、耐久性に優れ、安定した燃料電池システムの運転を実現することが可能となる。また、燃料電池システムのコンパクト化及び簡素化が図れ、また、低コスト化及び製造時の工数低減と品質向上を図ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
第１の発明は、燃料ガスと酸化剤ガスを用いて発電を行う燃料電池と、前記燃料電池に供給される供給燃料ガスを加湿する燃料ガス加湿器と、前記燃料電池に供給される供給酸化剤ガスを加湿する酸化剤ガス加湿器と、前記燃料電池の発電時に発生する熱を冷却するための冷却水が流れる冷却水経路とを有し、前記冷却水経路を流れる冷却水は、前記燃料ガス加湿器で前記供給燃料ガスを加湿した後、前記酸化剤ガス加湿器で前記供給酸化剤ガスを加湿するとともに、さらにその後前記冷却経路が前記燃料ガス加湿器と接触して加湿器外に流出するように構成された燃料電池システムとしたものである。
【００１５】
かかる構成とすることにより、前記冷却水経路を前記燃料ガス加湿器と酸化剤ガス加湿器で加湿した後、前記燃料ガス加湿器と接触して設けた結果、冷却水の温度低下を抑制することができ、効率の高いシステムを提供することができる。
【００１６】
第２の発明は、第１の発明に加えて、前記燃料ガス加湿器の複数の流路プレートと中端板のうち少なくとも一つの外周部に設けた冷却水貫通穴を通り、加湿器外に流出するように冷却水経路を構成された燃料電池システムとする。
【００１７】
かかる構成とすることにより、冷却水の温度低下を更に抑制でき、システム全体のエネルギー効率の向上が図れ、また前記酸化剤・燃料ガス加湿装置をよりコンパクト化することができる。
【００１８】
第３の発明は、燃料ガスと酸化剤ガスを用いて発電を行う燃料電池と、前記燃料電池に供給される供給燃料ガスを加湿する燃料ガス加湿器と、前記燃料電池に供給される供給酸化剤ガスを加湿する酸化剤ガス加湿器と、前記供給酸化剤ガスが流れる供給酸化剤ガス経路とを有し、前記供給酸化剤ガス経路を流れる供給酸化剤ガスは、前記酸化剤ガス加湿器で加湿されるとともに、さらにその後前記燃料ガス加湿器と接触して加湿器外に流出することを特徴とする燃料電池システムとする。
【００１９】
かかる構成とすることにより、前記酸化剤ガス加湿器から出た前記供給酸化剤ガスの露点は、その露点より高い温度に保たれている前記燃料加湿器を通過するため、前記供給酸化剤ガスの温度は露点よりも高温となるため、前記酸化剤・燃料ガス加湿装置から出た前記供給酸化剤ガスが、燃料電池に入るまでの配管経路における放熱に対し、露点を低下させることがないので、燃料電池の電圧低下や耐久性の向上が図れる。
【００２０】
第４の発明は、第３の発明に加え、前記酸化剤ガス加湿器で前記酸化剤ガスが加湿され、その後前記燃料ガス加湿器の複数の流路プレートの少なくとも一つの外周部に設けた供給酸化剤ガス貫通穴を通り、加湿器外に流出するように冷却水経路を構成された燃料電池システムとする。
【００２１】
かかる構成とすることにより、供給酸化剤ガスの温度低下を更に抑制でき、システム全体のエネルギー効率の向上が図れ、また前記酸化剤・燃料ガス加湿装置をよりコンパクト化することができる。
【００２２】
第５の発明は、第１から４のいずれか１つの発明に加え、前記燃料ガス加湿器と前記酸化剤ガス加湿器とを一体に構成したものである。
【００２３】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００２４】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係わる燃料電池コージェネレーションシステム（以下、単に燃料電池システムと称す）の構成を示す模式図である。図２は、図１に示す燃料電池システムにおける酸化剤・燃料ガス加湿装置の構成および湿熱交換作用を説明するための説明図である。図３は、同実施の形態１における加湿装置の構成および湿熱交換作用の説明斜視図である。図４は、同実施の形態１における加湿装置の構成および湿熱交換作用の説明斜視図である。図５は、同実施の形態１における加湿装置の構成および湿熱交換作用の説明斜視図である。図６は、同実施の形態１における加湿装置の構成および湿熱交換作用の説明斜視図である。
【００２５】
図１に示すように、本実施の形態１における燃料電池システムは、空気供給装置４０と、第１の酸化剤ガス加湿器２２および第２の酸化剤ガス加湿器２１を備えた酸化剤ガス加湿装置５０と、燃料電池１１と、燃料供給装置４１と、燃料処理装置４２と、燃料ガス加湿器２０と、冷却水放熱器１３と、冷却水タンク１４と、冷却水ポンプ１２と、第１の空気経路１と、第２の空気経路２と、第３の空気経路３と、第１の冷却水経路６ａと、第２の冷却水経路６ｂと、第３の冷却水経路６ｃと、第４の冷却水経路６ｄと、貯湯タンク４５と、貯湯水循環経路１５を主な要素として構成されている。
【００２６】
特に、燃料ガス加湿器２０と酸化剤ガス加湿装置５０は、一体化され加湿装置５１を構成しており、その詳細については後述する。
【００２７】
次に、システム全体の動作について説明する。
【００２８】
空気供給装置４０から第１の空気経路１を介して酸化剤ガス加湿装置５０に供給された空気（酸化剤ガス）は、第１の酸化剤ガス加湿器２２で加湿され、次に第２の空気経路２を通って、さらに第２の酸化剤ガス加湿器２１によって加湿される。第２の加湿器２１によって加湿された空気は、酸化剤ガスとして、第３の空気経路３を介して燃料電池１１の空気極側に供給される。
【００２９】
一方、燃料供給装置４１から第１の燃料ガス経路８を介して、燃料処理装置４２に原料が供給される。前記原料としては、少なくとも炭素及び水素から構成される化合物（例えば、都市ガス、プロパン、メタン、天然ガス等）を含むガス等あるいはアルコール等が好ましい。
【００３０】
ここでは、燃料処理装置４２は、具体的には、改質反応により水素を含む改質ガスを生成する改質部、及び、改質ガス中の一酸化炭素を変成反応により低減する変成部、該変成部を経た改質ガス中の一酸化炭素をさらに選択酸化反応により低減する浄化部（いずれも図示せず）を備えており、かかる構成は周知であるため、説明を省略する。
【００３１】
そして、燃料処理装置４２では、供給された原料を、水蒸気を含む雰囲気下で加熱することにより、水素リッチなガスが生成される。該水素リッチなガスは、第２の燃料ガス経路９ａを介して燃料ガス加湿器２０に供給され、加湿される。
【００３２】
加湿された水素リッチなガスは、燃料電池１１の燃料ガスとして、第３の燃料ガス経路９ｂを通じて燃料電池１１の燃料極側に供給される。燃料電池１１では、空気極側に供給された空気と、燃料極側に供給された水素リッチなガス（以下、燃料ガスと称す）とが反応することにより発電が行われ、電気と熱とが発生する。この反応内容については周知であるため、説明を省略する。
【００３３】
第３の空気経路３から燃料電池１１に供給された供給酸化剤ガスのうち、反応に利用されなかった供給酸化剤ガスは、排出酸化剤ガスとなり、第１の排出酸化剤ガス経路４を介して第１の酸化剤ガス加湿器２２に供給される。
【００３４】
前述の第１の空気経路１から第１の酸化剤ガス加湿器２２へ流入した酸化剤ガスの加湿は、ここで排出酸化剤ガスに含まれる水分を利用して行われるもので、厳密には前記排出酸化剤ガスの熱も利用されていることから、第１の酸化剤ガス加湿器２２内では湿熱交換作用が行われている。
【００３５】
そして、第１の酸化剤ガス加湿器２２を経た排出酸化剤ガスは、第２の排出酸化剤ガス経路５を通じて排出される。
【００３６】
また、燃料電池１１で反応に利用されなかった燃料ガスは排出燃料ガスとなり、第４の燃料ガス経路１０を介して燃料ガス加湿器２０に供給され、燃料ガス排出経路１０ａを通じて排出される。
【００３７】
前述の燃料処理装置４２で生成された水素リッチなガスの加湿は、第４の燃料ガス経路１０を介して第２の酸化剤ガス加湿器２１へ流入した排出ガスの水分を利用して行われるもので、厳密には前記排出燃料ガスの熱も利用されていることから、燃料ガス加湿器２０内では湿熱交換作用が行われている。
【００３８】
また、燃料電池１１で熱を回収した冷却水は、第１の冷却水経路６ａを介して燃料ガス加湿器２０に流入し、次に第２の冷却水経路６ｂより第２の酸化剤ガス加湿器２１に流入し、そして、第３の冷却水経路６ｃを介して冷却水放熱器１３に供給され、ここで熱回収される。
【００３９】
すなわち、前記冷却水は、第４の燃料ガス経路１０を介して燃料ガス加湿器２０に供給された排出燃料ガスの凝縮水を加温し、その後、第２の加湿器２１へ流れ、ここで燃料電池１１へ供給される供給酸化剤ガスの加湿を行う。この第２の加湿器２１で行われる加湿についても、厳密には前記冷却水の水分に加えて冷却水の温度も利用されていることから、湿熱交換作用が行われている。
【００４０】
換言すると、空気供給装置４０から供給される供給酸化剤ガスの加湿（湿熱交換作用）は、第１の酸化剤ガス加湿器２２では第１の排出酸化剤ガス経路４から流入する排出ガスの水分と熱を利用して、第２の酸化剤ガス加湿器２１では冷却水の水分と熱を利用してそれぞれ行われるものである。
【００４１】
さらに、貯湯水タンク４５と、該貯湯水タンク４５に貯めた水を給水するための貯湯水ポンプ４４と、貯湯タンク４５から給水した水を、冷却水放熱器（熱交換器）１３を経由して再び該貯湯タンク４５に戻す貯湯水循環経路１５において、冷却水放熱器１３には、前述の如く第２の酸化剤加湿器２１で加湿に利用された後の冷却水の熱が与えられ、この熱が貯湯水循環経路１５を通って貯湯水タンク４５に供給、蓄熱される。
【００４２】
また、冷却水放熱器１３を通過した冷却水は、第４の冷却水経路６ｄを介して冷却水タンク１４へ流れる。そして、冷却水タンク１４の冷却水は、燃料電池１１で発生した熱を除去するために、冷却水ポンプ１２によって加圧され、冷却水経路７を介して再び燃料電池１１に供給される循環を繰り返す。
【００４３】
ここで、冷却水タンク１４の冷却水は、７０℃程度に維持されており、この温度は、燃料電池１１と十分熱交換できる温度である。
【００４４】
さらに、前記冷却水について詳述すると、燃料電池１１の熱を回収して温度が７５℃程度となった冷却水は、第１の冷却水経路６ａ、第２の冷却水経路６ｂ、第３の冷却水経路６ｃ、第４の冷却水経路６ｄを介して再び冷却水タンク１４に戻される。
【００４５】
ここで、第３の冷却水経路６ｃと第４の冷却水経路６ｄの間には、冷却水放熱器１３が設けられており、前記冷却水の熱は、冷却水放熱器１３によって放出される。このような放熱により、冷却水は、再び７０℃程度まで冷却される。
【００４６】
本実施の形態１における燃料電池システムでは、このように冷却水が循環する構成となっており、また、該冷却水の温度が安定して所定の温度に維持されていることから、燃料電池１１を所定の温度に維持することが可能となる。
【００４７】
さらに、本実施の形態１においては、燃料ガス加湿器２０および酸化剤ガス加湿装置５０が一体化された加湿装置５１を構成しており、次に、本実施の形態１の特徴である、燃料ガス加湿装置２０および加湿装置５１について説明する。
【００４８】
図２において、酸化剤ガス・燃料ガス加湿装置５１は第１の端板６１と第２の端板６２で挟まれており、第１の酸化剤ガス加湿器２２は第１の端板６１と当接され、第１の酸化剤ガス加湿器２２の反対面と第２の酸化剤ガス加湿器２１の間には、酸化剤ガス端板６３が当接され、第２の酸化剤ガス加湿器２１の反対面と燃料ガス加湿器２０の間には、中端板６４が介挿されて構成されている。
【００４９】
また、第１の端板６１は、供給酸化剤ガス入口６５と、排出酸化剤ガス入口６６と、排出酸化剤ガス出口６７とを有し、第２の端板６２は、供給酸化剤ガス出口６９と、供給燃料ガス出口７０と、供給燃料ガス入口７１と、排出燃料ガス出口７２と、冷却水入口７３と、冷却水出口７４とを有し、第１の酸化剤ガス加湿器２２は、第１の加湿モジュール７５と該第１の加湿モジュール７５に配管（図示せず）を導くケーシング７６より構成されている。
【００５０】
また、第２の酸化剤ガス加湿器２１は、第１の流路プレート７７と水分移動膜２３を複数段積層して構成され、第１の流路プレート７７は片面に供給酸化剤ガス流路７８、他の面に第１の冷却水流路７９が構成され、供給酸化剤ガス入口マニホールド８０と、酸化剤ガス入口穴８０ａと、供給酸化剤ガス出口マニホールド８１と、第１の冷却水入口マニホールド８２と、第１の冷却水出口マニホールド８３とを有して構成されている。
【００５１】
また、酸化剤ガス端板６３は、排出燃料ガス入口６８と、と、第１の冷却水流路７９と酸化剤ガス入口穴８０ａとを有して構成されている。
【００５２】
また、燃料ガス加湿器２０は、第２の流路プレート８５と第３の流路プレート８６と、第２の流路プレート８５は片面に排出燃料ガス流路８７、他の面に第２の冷却水流路８８が形成され、第３の流路プレート８６は片面に供給燃料ガス流路８９が形成され、第２の流路プレート８５の排出燃料ガス流路８７と第３の流路プレート８６の供給燃料ガス流路８９の間に水分移動膜２３を配設して形成され、第２の流路プレート８５には第２の冷却水入口マニホールド９０と、第２の冷却水出口マニホールド９１と、排出燃料ガス入口マニホールド９２と、排出燃料ガス出口マニホールド９３と、供給酸化剤ガス貫通穴９４と、供給燃料ガス貫通穴９５とを有し、第３の流路プレート８６には供給燃料ガス入口マニホールド９６と、供給燃料ガス出口マニホールド９７と、第２の冷却水入口穴９８と、冷却水貫通穴９９と、排出燃料ガス貫通穴１００と、酸化剤ガス貫通穴１０１より構成されている。燃料ガス加湿器２０と、第２の酸化剤ガス加湿器２１は、内部が水分移動膜（水蒸気透過膜）２３で区切られており、水分移動膜２３によって高水分濃度側から低水分濃度側への水分（水蒸気）移動が可能で、加えて高温度側から低温度側への熱移動が可能な材料より構成されている。
【００５３】
ここで、水分移動膜２３には、例えば、ナフィオン系膜等で代表されるプロトン導電性の高分子電解質膜が用いられる。
【００５４】
さらに、燃料ガス加湿器２０、第１の酸化剤ガス加湿器２２および第２の酸化剤ガス加湿器２１は、それぞれの外殻が接触して配置されている構成であり、同図に示す如くそれらの両端が一対の端版６１、６２に適宜手段にて固定され、単一の加湿装置５１となるようにユニット化されている。
【００５５】
上記構成とする加湿装置５１の各加湿器２０、２１、２２には、酸化剤ガス（空気）および冷却水が次のように流れる。
【００５６】
燃料ガスは、第２の燃料ガス経路９ａから燃料ガス加湿器２０の第３の流路プレート８６の供給燃料ガス入口マニホールド９６から供給燃料ガス流路８９に流入し、供給燃料ガス出口マニホールド９７を通って第３の燃料ガス経路９ｂから燃料電池１１の燃料極側に流入して酸化剤と反応する。この反応に伴って凝縮水も発生する。
【００５７】
また、中端板６４は、供給酸化剤ガス流路７８と供給酸化剤ガス出口マニホールド８１と、冷却水貫通穴９９と排出燃料ガス入口６８と冷却水連通穴９１ａとを有して構成されている。
【００５８】
酸化剤と反応せずに残った燃料ガスは、第４の燃料ガス経路１０から再び燃料ガス加湿器２０の排出燃料ガス流路８７へ前記凝縮水とともに流入し、一旦滞留する。そして、排出燃料ガス流路８７内の燃料ガスは、燃料ガス排出経路１０ａを通じて排出される。
【００５９】
排出燃料ガス流路８７内の凝縮水１１ａの水分（水蒸気）は、水分移動膜（水蒸気透過膜）２３の水分を透過させる作用により、燃料ガス室８９へ透過する。
【００６０】
また、熱伝導性の良好な材料からなる第２の流路プレート８５の両面には、一方を排出燃料ガス流路８７、他方には第２の冷却水流路８８が配設されている。排出燃料ガスは、排出燃料ガス流路８７で滞留し温度が５０℃程度にまで降下する。しかし第２の冷却水流路８８の冷却水温度は燃料電池１１を出たときの温度の約７５℃を常に維持しているため、排出燃料ガス流路８７の凝縮水を一定温度に加温している。
【００６１】
したがって、供給燃料ガス流路８９へ透過した凝縮水分（水蒸気）も所定の温度を維持し、前記凝縮水分は、供給燃料ガス流路８９を流れる燃料ガスと湿熱交換を行い、燃料ガスを加湿する。
【００６２】
また、酸化剤ガスは、第１の空気経路１から酸化剤ガス加湿装置５０の第１の酸化剤ガス加湿器２２に流入した後、第１の流路プレートの供給酸化剤ガス流路７８に流入する。
【００６３】
その後、前記供給酸化剤ガスは、第３の空気経路３を通って燃料電池１１の空気極側に流入し、燃料ガスと反応する。
【００６４】
そして、前記供給燃料ガスと反応せずに残った排出酸化剤ガスは、燃料電池１１内での反応により、供給空気よりも高温で多くの水分を含むことから、第１の排出酸化剤ガス経路４を通り、排出酸化剤ガス入口６６から第１の酸化剤ガス加湿器２２で水分移動膜（図示せず）を介して排出酸化剤ガスが与えられ、湿熱交換を行い第２の排出酸化剤ガス経路５から排出される。
【００６５】
このように本実施の形態１においては、前記冷却水は、燃料ガス加湿器で加湿し、前記第２の酸化剤ガス加湿器で加湿し、その後前記燃料ガス加湿器と接触して、加湿器外に流出するように冷却水経路を設けて構成したものであるため、冷却水の温度低下を抑制することができ、効率の高いシステムを提供することができる。
【００６６】
ここで冷却水経路と燃料ガス加湿器が接触して、加湿器外に流出するようにする形態として、上述したように冷却水経路を燃料ガス加湿器の中を通すことが具体的な一実施形態であるが、冷却水経路と燃料ガス加湿器とが外部で接触していてもよい。
【００６７】
なお、本実施の形態１においては、第１の酸化剤ガス加湿器２２、第２の酸化剤ガス加湿器２１および燃料ガス加湿器２０を、それぞれ接触（連結）した一体化のユニット構成としたが、各加湿器２０、２１、２２の外殻は接触に限らず、外気に影響されない程度で熱伝導が可能な極近接配置関係のユニット構成としてもよい。
【００６８】
また、第１の酸化剤ガス加湿器２２、第２の酸化剤ガス加湿器２１はそれぞれ酸化剤ガス加湿器の役割を果たすものであり、第１の酸化剤ガス加湿器２２、第２の酸化剤ガス加湿器２１のどちらか一方を有する構成であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
以上のように本発明にかかる燃料電池システムは、システム全体のエネルギー効率を向上するとともに、小型化、安定した動作が可能となり、燃料電池コージェネレーションシステムのほか、燃料電池自動車等へも適用できるものである。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明の実施の形態１に係わる燃料電池システムの構成を示す模式図
【図２】同実施の形態１における加湿装置の構成および湿熱交換作用の説明図
【図３】同実施の形態１における加湿装置の構成および湿熱交換作用の説明斜視図
【図４】同実施の形態１における加湿装置の構成および湿熱交換作用の説明斜視図
【図５】同実施の形態１における加湿装置の構成および湿熱交換作用の説明斜視図
【図６】同実施の形態１における加湿装置の構成および湿熱交換作用の説明斜視図
【符号の説明】
【００７１】
１    第１の空気経路
２    第２の空気経路
３    第３の空気経路
４    第１の排出酸化剤ガス経路
５    第２の排出酸化剤ガス経路
６ａ  第１の冷却水経路
６ｂ  第２の冷却水経路
６ｃ  第３の冷却水経路
７    冷却水経路
１１  燃料電池
２０  燃料ガス加湿器
２１  第２の酸化剤ガス加湿器
２２  第１の酸化剤ガス加湿器
５０  酸化剤ガス加湿装置
５１  酸化剤・燃料ガス加湿装置
６３  酸化剤ガス端板
６４  中端板
７７  第１の流路プレート
７８  供給酸化剤ガス流路
７９  第１の冷却水流路
８５  第２の流路プレート
８６  第３の流路プレート
９４  供給酸化剤ガス貫通穴
９９  冷却水貫通穴
【図１】
2008117686.tif 000003
【図２】
2008117686.tif 000004
【図３】
2008117686.tif 000005
【図４】
2008117686.tif 000006
【図５】
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【図６】
2008117686.tif 000008