(57)【要約】【課題】改質器へのオフガス投入に際しての圧損の影響が改善され、所定の圧力で以って安定にオフガスを供給できる燃料電池システムを提供すること。【解決手段】本発明は、原燃料に対して燃焼熱を付与する燃焼部と該燃焼部から受ける熱量により前記原燃料を内部で蒸発させて気化ガスにする蒸発部とからなる燃焼蒸発部を少なくとも備え且つ原燃料の前記気化ガスを水素リッチな燃料ガスに変換する改質器と、該改質器で得られた前記燃料ガスの供給を受けて電気を発生する燃料電池と、該燃料電池から排出された該燃料電池で未使用の前記燃料ガスである水素オフガスを空気と混合し、該水素オフガス及び該空気からなる混合ガスとして前記燃焼部に供給する混合部と、該混合部から供給される前記混合ガスを輸送するポンプと、を備えた。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原燃料に対して燃焼熱を付与する燃焼部と該燃焼部から受ける熱量により前記原燃料を内部で蒸発させて気化ガスにする蒸発部とからなる燃焼蒸発部を少なくとも備え且つ原燃料の前記気化ガスを水素リッチな燃料ガスに変換する改質器と、
該改質器で得られた前記燃料ガスの供給を受けて電気を発生する燃料電池と、
該燃料電池から排出された該燃料電池で未使用の前記燃料ガスである水素オフガスを空気と混合し、該水素オフガス及び該空気からなる混合ガスとして前記燃焼部に供給する混合部と、
該混合部から供給される前記混合ガスを輸送するポンプと、
を備えることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記燃料電池から排出された前記水素オフガスの前記混合部までの流路に、該水素オフガスの一部を排気するための排気部を更に備える、請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記改質器は、更に改質部及びＣＯ低減部を備え、前記改質部で原燃料の前記気化ガスの改質反応により改質ガスを生成し、前記ＣＯ低減部で該改質ガスに含有される所定量の一酸化炭素を酸化、低減させて燃料ガスを得る、請求項１又は２記載の燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、改質器を有する燃料電池システムにおいて改質、生成された水素リッチな燃料ガスのうち燃料電池（ＦＣ）にて使用されなかったガス（オフガス）の処理装置その他の処理システム、詳細には、改質器における燃焼部へのオフガス投入に際しての圧損の影響が改善された燃料電池システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、原燃料を水素リッチな燃料ガスに変換する改質器を備え、該改質器の燃焼部へ水素オフガスを供給する燃料電池システムが、これを使用した自動車や住宅等の種々の分野において広く利用されている。
【０００３】
例えば、特開２００２−２８００４２号公報には、燃料ガスの燃焼に対して影響を与えることなく、供給された燃料排ガスを燃焼させ、改質器の加熱を促進し、改質率を向上することを目的として、燃料を燃焼させる燃焼バーナから排出された燃料燃焼ガスを供給する加熱通路によって改質器を加熱する燃料改質器において前記加熱通路に燃料電池のアノード極オフガスを噴出させて燃焼させる燃料改質器用オフガス燃焼器が開示されている（特許文献１）。
【０００４】
しかし、このオフガス燃焼器に係る技術では、改質器の燃焼部内圧によりオフガス供給量が変動し、効果的にガスを還流することができない。
【０００５】
また、燃料電池システムにおける水素オフガスを改質器バーナへ還流する技術として、特開平２−１８８７０号公報には、パージガス置換の簡潔化を目的として提案された燃料電池発電装置の運転停止方法において、燃料電池からのオフガスが改質器のバーナに熱源として供給される技術（特許文献２）が、また特開平８−３２９９６７号公報には、改質ガスの外部へのリーク防止等を目的として提案された燃料電池発電プラントにおいて、改質器を加熱するバーナに燃料電池の燃料極出口の排ガスを供給する燃料極出口配管を接続して、該燃料極出口の排ガスを吸引装置で該改質器バーナに吸引する技術（特許文献３）が開示されている。
【０００６】
しかし、これらの技術でも、改質器にオフガスを投入する際に燃焼部やポンプ等の圧力による影響を受け、未だ満足した効果が得られていないのが現状である。
【０００７】
ところで、図３は、改質器の燃焼部へオフガスを供給する従来の燃料電池システムの一例を示す構成ブロック図である。図３に示すように、従来の燃料電池システムでは、燃焼部にエアーを供給するためのエアーポンプの外側（下流側）で、オフガスの供給を行う構成となっている（図３の丸囲い部分参照）。このような構成では、改質器により生成された改質ガスの圧力は、燃料電池及びその周辺機器、例えば配管、弁、凝縮器等による圧損の影響を受ける。これにより、オフガスとして改質器に供給するための圧力は、大気圧レベルまで低下してしまう。このため、改質器により生成された改質ガスを燃料電池に供給し、該燃料電池にて消費されなかった残水素の混ざったオフガスを燃焼部に供給する場合、オフガスの供給圧が低いため、該燃焼部や配管等の圧力損失によりオフガスを供給できないという問題があった。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００２−２８００４２号公報
【特許文献２】
特開平２−１８８７０号公報
【特許文献３】
特開平８−３２９９６７号公報
【本発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従って、本発明の目的は、改質器へのオフガス投入に際しての圧損の影響が改善され、所定の圧力で以って安定にオフガスを供給できる燃料電池システムを提供することにある。
また、本発明の他の目的は、改質器へのオフガス投入に際して、オフガスの供給量制御を容易に行うことのできる燃料電池システムを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、原燃料に対して燃焼熱を付与する燃焼部と該燃焼部から受ける熱量により前記原燃料を内部で蒸発させて気化ガスにする蒸発部とからなる燃焼蒸発部を少なくとも備え且つ原燃料の前記気化ガスを水素リッチな燃料ガスに変換する改質器と、
該改質器で得られた前記燃料ガスの供給を受けて電気を発生する燃料電池と、
該燃料電池から排出された該燃料電池で未使用の前記燃料ガスである水素オフガスを空気と混合し、該水素オフガス及び該空気からなる混合ガスとして前記燃焼部に供給する混合部と、
該混合部から供給される前記混合ガスを輸送するポンプと、
を備えることを特徴とする燃料電池システムを提供することにより、前記目的を達成したものである。
【００１１】
即ち、本発明の燃料電池システムは、かかる構成を有するものであるため、改質器へのオフガス投入に際しての圧損の影響が改善され、所定の圧力で以って安定にオフガスを供給することができる。また、本発明の燃料電池システムによれば、エネルギー効率を高めることができ、特に燃料電池自動車等への搭載に有用である。
【００１２】
また、前記燃料電池から排出された前記水素オフガスの前記混合部までの流路に、該水素オフガスの一部を排気するための排気部を更に備える、前記燃料電池システムを提供するものである。この構成からなる燃料電池システムによれば、送給量を調整しつつオフガスを供給できるため、供給圧を所定圧に保持しながらオフガスの供給量制御を容易に行うことができる。
【００１３】
また、本発明は、前記改質器が、更に改質部及びＣＯ低減部を備え、該改質部で前記原燃料の改質反応により改質ガスを生成し、該ＣＯ低減部で該改質ガスに含有される所定量の一酸化炭素を酸化、低減させて燃料ガスを得る、前記燃料電池システムを提供するものである。
この構成からなる燃料電池システムによれば、燃焼蒸発部以降の改質部、ＣＯ低減部その他の周辺機器による圧力損失の影響を受けずに、前記効果を達成できる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の燃料電池システムを、その好ましい実施形態に基づいて図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００１５】
図１は、本発明の燃料電池システムの一例を示す概略ブロック図である。
図１に示すように、本発明に係る燃料電池システム２０は、燃焼部１１ａ及び蒸発部１１ｂからなる燃焼蒸発部１１と改質部１２とＣＯ低減部１３を備え且つ原燃料（図示せず）を水素リッチな燃料ガスに変換する改質器１と、改質器１で得られた燃料ガスの供給を受けて電気を発生する燃料電池（ＦＣ）４０と、燃料電池４０から排出された該燃料電池４０で消費されなかった燃料ガスの残水素である水素オフガスを、エアーフィルター４を介して供給された空気と混合し、水素オフガス及び空気からなる混合ガスとして燃焼蒸発部１１における燃焼部１１ａに供給する混合部２と、該混合部２から供給される混合ガスを輸送するポンプ３と、を備える構成を有している。
【００１６】
また、燃料電池システム２０は、改質器１のＣＯ低減部１３から燃料電池４０に燃料ガスを供給するための流路１ａと、燃料電池４０から混合部２に該燃料電池４０で排出された水素オフガスを供給するための流路２ａと、混合部２から改質器１の燃焼部１１ａに混合ガスを供給するための流路３ａとが配設されている。そして、燃料電池４０から混合部２に接続する流路２ａには、水素オフガスの一部を排気するための排気部５を備えており、排気部５及び流路２ａの該排気部５より下流位には、それぞれオフガスの流量調整弁５ｂ，２ｂが設けられている。
【００１７】
このように、本発明に係る燃料電池システム２０は、図３に示した従来の燃料電池システムと異なり、改質器１の燃焼部１１ａにエアーを供給するためのポンプ３のＩＮ側（上流側）で、オフガスの供給を行う構成となっている。このような構成を有する燃料電池システム２０は、改質器１により生成された改質ガスの圧力がオフガスとして改質器１に供給するための所定圧を保持でき、該燃焼蒸発部１１や該燃焼蒸発部１１以降の改質部１２、ＣＯ低減部１３、燃料電池４０、配管（流路１ａ，２ａ，３ａ）等による圧力損失が改善され、容易にオフガスの供給量制御をしつつ、安定にオフガスを改質器１の燃焼部１１ａに供給できる。さらに、燃料電池システム２０は、大気開放の状態でオフガスを供給できるので、圧力損失の影響を受けず低出力から高出力まで安定して供給できる。
【００１８】
図２は、本発明の燃料電池システムの一実施形態を示す主要ブロック図である。図２に示すように、本実施形態の燃料電池システム３０は、原燃料としてのメタノールを貯留するメタノールタンク２１、水を貯留する水タンク２２、両タンク２１，２２から供給されたメタノール及び水に対して燃焼熱を付与する燃焼部１１ａ及び該燃焼部１１ａから受ける熱量によりメタノール及び水を内部で蒸発させて気化ガスにする蒸発部１１ｂからなる燃焼蒸発部１１とメタノールの改質反応を行なう改質部１２と改質ガス中の一酸化炭素濃度を低減して燃料ガスを得るＣＯ低減部１３とからなる改質器１、改質器１で得られた燃料ガスが流路１ａを介して供給されて電気化学反応により起電力を得る燃料電池４０、圧縮空気を蓄えるエアタンク３１、圧縮空気を補助的に供給するコンプレッサ３２、燃料電池４０から流路２ａを介して排出された水素オフガスをエアタンク３１から導入される空気と混合し混合ガスとして流路３ａを介して改質器１の燃焼部１１ａに供給する混合部２、燃料電池４０から排出された水素オフガスの混合部２までの流路２ａに該水素オフガスの一部を排気するための排気部５、排気部５の下流位の流路に設けられた流量調整弁５ｂ、流路２ａに設けられた流量調整弁２ｂ、混合部２から供給される混合ガスを輸送するポンプ３、コンピュータにより構成される制御部６を主な構成要素とする。尚、図２において、図１と対応する部分には同一符号を付してあり、特に詳述しない限り、図１に係る部分と同様である。
【００１９】
燃料電池システム３０においては、制御部６は、流量調整弁２ｂ，５ｂ、及びポンプ３に少なくとも接続されており、図示しない流量センサにより検出された信号に基づいて、オフガスの改質器１の燃焼部１１ａへの供給圧を所定圧に保持して供給量が適量になるように、この流量調整弁２ｂ，５ｂ、ポンプ３それぞれを駆動させてオフガス供給量を制御する。即ち、燃料電池４０の出力の高低に応じて、流量調整弁２ｂ，５ｂの開度及びポンプ３の輸送量を適宜制御する。
【００２０】
この制御部６は、マイクロコンピュータを中心とした論理回路として構成され、詳しくは、予め設定された制御プログラムに従って所定の演算などを実行するＣＰＵと、ＣＰＵで各種演算処理を実行するのに必要な制御プログラムや制御データ等が予め格納されたＲＯＭと、同じくＣＰＵで各種演算処理をするのに必要な各種データが一時的に読み書きされるＲＡＭと、図示しない流量センサからの検出信号を入力すると共にＣＰＵでの演算結果に応じて既述した流量調整弁２ｂ，５ｂやポンプ３等に駆動信号を出力する入出力ポート等を備える（図２参照）。
【００２１】
燃料電池システム３０に用いられる改質器１は、原燃料としてのメタノールから、水素（Ｈ2分子）がリッチな燃料ガスを生成するものである。図２に示すように、改質器１は、燃焼部１１ａと蒸発部１１ｂからなる燃焼蒸発部１１、改質部１２及びＣＯ低減部１３から構成されている。
【００２２】
また、本実施形態においては原燃料としてメタノールを用いているが、本発明に使用可能な原燃料としては、改質に必要なＨ原子を分子内に少なくとも有する限り特に制限を受けず、例えば、無置換の炭化水素（ＣnＨm；n,mは整数）の他、ヒドロキシル基（−ＯＨ）、カルボニル基（−ＣＯ−）等の置換基や酸素原子（Ｏ）等のヘテロ原子を含有する炭化水素等を用いることができる。そのような原燃料の具体例としては、メタン（ＣＨ4）、エタン（Ｃ2Ｈ5）、プロパン（Ｃ3Ｈ8）、ブタン（Ｃ4Ｈ10）、ガソリン、軽油、天然ガス、メタノール（ＣＨ3ＯＨ）、エタノール（Ｃ2Ｈ5ＯＨ）、ＤＭＥ（ＣＨ3ＯＣＨ3）、アセトン（ＣＨ3Ｃ（＝Ｏ）ＣＨ3）等が挙げられる。
【００２３】
これらの原燃料の中でも、メタノールは比較的低い温度で改質反応を行うことができるため、燃料電池システムの運転及び停止を繰り返す必要のある用途に用いる場合には好ましい。また、メタノールは所定体積の他の原燃料に比して改質反応で生じる改質ガス（燃料ガス）から得られるエネルギ量が多い原燃料である。従って、燃料電池システムを車両に搭載し、この燃料電池システムによって車両駆動用電源である燃料電池に燃料ガスを供給する場合のように、移動を伴う用途に燃料電池システムを用いる場合には有利である。
【００２４】
また、原燃料としてのメタノールは、水とともに改質器１に供給される。
改質器１における燃焼蒸発部１１は、燃焼部１１ａ及び蒸発部１１ｂから構成され、該蒸発部１１ｂにおいてメタノールタンク及び水タンクからメタノールと水との供給を受け、これらメタノールと水とを、燃焼部１１ａが付与する熱量で気化させる。この燃焼蒸発部１１で気化されたメタノール及び水は、改質部１２に導かれそこで水蒸気改質反応が進行する。
【００２５】
メタノールと水とが混合される割合は、下記（１）式〜（３）式に示す水蒸気改質反応が充分に進行可能となる量であって、生成された改質ガス中に、燃料電池に供給する燃料ガスとして充分量の水蒸気が含まれるようになる量として定められる。
ＣＨ3ＯＨ  →  ＣＯ  ＋  ２Ｈ2 −  ９０．０（kJ/mol）…（１）
ＣＯ  ＋  Ｈ2Ｏ  →  ＣＯ2 ＋  Ｈ2 ＋  ４０．５ （kJ/mol）…（２）
ＣＨ3ＯＨ  ＋  Ｈ2Ｏ  →  ＣＯ2 ＋  ３Ｈ2 −  ４９．５（kJ/mol）…（３）
【００２６】
燃焼蒸発部１１における燃焼部１１ａは、蒸発部１１ｂ内でのメタノールの気化のための熱量を付与するとともに、メタノールの改質反応（吸熱反応）を行う際に必要な熱量を発生し、改質部１２でのメタノールの改質反応のために熱量をも付与するものである。この燃焼蒸発部１１は、原燃料であるメタノール及び水の流路となる被加熱流体流路（蒸発部１１ｂ側）と、該原燃料との間で熱交換を行い且つこれを気化するための燃焼ガスの流路となる加熱流体流路（燃焼部１１ａ側）とをそれぞれ備えている（図示せず）。そして、燃焼蒸発部１１では、加熱流体流路の燃焼ガスによる燃焼熱によって、被加熱流体流路のメタノールと水とを沸騰、気化（蒸発）させる。燃焼蒸発部１１における加熱流体流路の管内部には、電気触媒加熱ヒータ（ＥＨＣ）が配設されており、加熱環境下での触媒作用によって燃焼用流体を燃焼させて燃焼ガスを発生する。燃焼ガスを発生させるための燃焼用流体は、燃料電池４０から供給されるオフガスとエアタンク３１からの供給される空気とが混合された混合ガス、及びメタノールタンク２１から供給されるメタノールが使用される。従って、燃焼蒸発部１１における燃焼部１１ａには、燃料電池４０からのオフガスとエアタンク３１からの空気との混合ガスが混合部２、ポンプ３、流路３ａ及び流路３ａ内の図示しない流量調整弁を介して燃焼用ガスとして供給されるとともに、メタノールタンク２１から燃焼用メタノールが図示しないポンプを介して供給される。また、燃料電池４０から供給される後述の酸化排ガスも、これらと併せて燃焼ガスに使用される。
【００２７】
改質器１における改質部１２では、燃焼蒸発部１１にて気化されたメタノールと水とからなる原燃料ガスが供給されて、水蒸気改質反応（前記式（１）〜（３）の反応）が進行して水素リッチな改質ガスが生成される。改質部１２は、燃焼蒸発部１１で発生した燃焼ガスが供給される他に、内部を加熱する手段として図示しない電気式のヒータを備えており、改質器１が定常状態となったときには、このヒータによって改質部１２内部を水蒸気改質反応に適した温度に維持することも可能となっている。改質部１２には、改質反応を促進する触媒金属であるＣｕ−Ｚｎ触媒で形成されたペレットが充填されており、十分に昇温されたメタノール及び水の気化ガスの供給を受けて水蒸気改質反応を進行させ、水素リッチな改質ガスが生成される。
【００２８】
また、改質器１におけるＣＯ低減部１３では、改質部１２にて生成した改質ガス（所定量の一酸化炭素（ＣＯ）を含有する水素リッチガス）が供給され、改質ガス中の水素に優先して一酸化炭素の酸化が行なわれる。ＣＯ低減部１３には、一酸化炭素の選択酸化触媒である白金触媒、ルテニウム触媒、パラジウム触媒、金触媒、あるいはこれらを第１元素とした合金触媒を担持した担体が充填されている。また、ＣＯ低減部１３における一酸化炭素の選択酸化反応は、酸素を含有する酸化ガスによって進行し、この酸化ガスは、エアタンク３１から圧縮空気として供給される。このようにして、ＣＯ低減部１３において、改質ガスの一酸化炭素濃度が下げられる。ＣＯ低減部１３で上記のように一酸化炭素濃度が下げられた燃料ガスは、後述する燃料電池４０に導かれ、アノード側における電池反応に供される。
【００２９】
尚、本実施形態における改質器１は前述の構成としているが、本発明に係る改質器としては特に制限を受けるものではない。例えば、ＣＯ低減部を器外に設けて器内を燃焼蒸発部と改質部から構成した改質器であってもよい。
【００３０】
燃料電池４０は、固体高分子電解質型の燃料電池であり、構成単位である単セル４８を複数積層したスタック構造を有している。図４は、燃料電池４０を構成する単セル４８の構成を例示する断面図である。単セル４８は、電解質膜４１と、アノード４２およびカソード４３と、セパレータ４４，４５とから構成されている。
【００３１】
アノード４２およびカソード４３は、電解質膜４１を両側から挟んでサンドイッチ構造を成すガス拡散電極である。セパレータ４４，４５は、このサンドイッチ構造をさらに両側から挟みつつ、アノード４２およびカソード４３との間に、燃料ガスおよび酸化ガスの流路を形成する。アノード４２とセパレータ４４との間には燃料ガス流路４４Ｐが形成されており、カソード４３とセパレータ４５との間には酸化ガス流路４５Ｐが形成されている。セパレータ４４，４５は、図４ではそれぞれ片面にのみ流路を形成しているが、実際にはその両面にリブが形成されており、片面はアノード４２との間で燃料ガス流路４４Ｐを形成し、他面は隣接する単セルが備えるカソード４３との間で酸化ガス流路４５Ｐを形成する。このように、セパレータ４４，４５は、ガス拡散電極との間でガス流路を形成するとともに、隣接する単セル間で燃料ガスと酸化ガスの流れを分離する役割を果たしている。もとより、単セル４８を積層してスタック構造を形成する際、スタック構造の両端に位置する２枚のセパレータは、ガス拡散電極と接する片面にだけリブを形成することとしてもよい。
【００３２】
ここで、電解質膜４１は、固体高分子材料、例えばフッ素系樹脂により形成されたプロトン伝導性のイオン交換膜であり、湿潤状態で良好な電気伝導性を示す。本実施形態では、ナフィオン膜（デュポン社製）を使用した。電解質膜４１の表面には、触媒としての白金または白金と他の金属からなる合金が塗布されている。触媒を塗布する方法としては、白金または白金と他の金属からなる合金を担持したカーボン粉を作製し、この触媒を担持したカーボン粉を適当な有機溶剤に分散させ、電解質溶液（例えば、Ａｌｄｒｉｃｈ Ｃｈｅｍｉｃａｌ社、Ｎａｆｉｏｎ Ｓｏｌｕｔｉｏｎ）を適量添加してペースト化し、電解質膜４１上にスクリーン印刷するという方法をとった。あるいは、上記触媒を担持したカーボン粉を含有するペーストを膜成形してシートを作製し、このシートを電解質膜４１上にプレスする構成も好適である。
【００３３】
アノード４２およびカソード４３は、共に炭素繊維からなる糸で織成したカーボンクロスにより形成されている。なお、本実形態では、アノード４２およびカソード４３をカーボンクロスにより形成したが、炭素繊維からなるカーボンペーパまたはカーボンフエルトにより形成する構成も好適である。
【００３４】
セパレータ４４，４５は、ガス不透過の導電性部材、例えば、カーボンを圧縮してガス不透過とした緻密質カーボンにより形成されている。セパレータ４４，４５はその両面に、平行に配置された複数のリブを形成しており、既述したように、アノード４２の表面とで燃料ガス流路４４Ｐを形成し、隣接する単セルのカソード４３の表面とで酸化ガス流路４５Ｐを形成する。ここで、各セパレータの表面に形成されたリブは、両面ともに平行に形成する必要はなく、面毎に直行するなど所定の角度をなすこととしてもよい。また、リブの形状は平行な溝状である必要はなく、ガス拡散電極に対して燃料ガスまたは酸化ガスを供給可能であればよい。
【００３５】
以上、燃料電池４０の基本構造である単セル４８の構成について説明した。実際に燃料電池４０として組み立てるときには、セパレータ４４、アノード４２、電解質膜４１、カソード４３、セパレータ４５の順序で構成される単セル４８を複数組積層し（本実施形態では１００組）、その両端に緻密質カーボンや銅板などにより形成される集電板４６，４７を配置することによって、スタック構造を構成する。
【００３６】
燃料電池４０で起こる電気化学反応は、下記式に示す通りである。（４）式はアノードにおける反応、（５）式はカソードにおける反応を表わし、燃料電池全体では（６）式に示す反応が進行する。
Ｈ2   →  ２Ｈ+ ＋  ２ｅ-   …（４）
（１／２）Ｏ2 ＋  ２Ｈ+ ＋  ２ｅ-  →  Ｈ2Ｏ  …（５）
Ｈ2 ＋  （１／２）Ｏ2   →  Ｈ2Ｏ  …（６）
【００３７】
燃料ガス中に一酸化炭素が含まれる場合には、この一酸化炭素が白金触媒に吸着して触媒としての機能を低下させ、アノードにおける反応（（４）式の反応）を阻害して燃料電池の性能を低下させてしまう。そのため、燃料電池４０のような固体高分子型の燃料電池を用いて発電を行なうためには、供給する燃料ガス中の一酸化炭素濃度を所定量以下に低減して電池性能の低下を防ぐことが必須となる。なお、このような固体高分子型燃料電池において、供給される燃料ガス中の一酸化炭素濃度としての許容濃度は通常は数ｐｐｍ程度以下である。本実施形態の燃料電池システム３０は、前述のＣＯ低減部１３から供給される一酸化炭素濃度が許容濃度の範囲内にあるため有用である。
【００３８】
また、燃料電池システム３０において、メタノールタンク２１から改質器１に原燃料であるメタノールを送り込むメタノール流路には図示しないポンプが別に設けられており、メタノール量を調節可能となっている。このポンプは、制御部６に接続されており、制御部６から出力される信号によって駆動され、改質器１（蒸発部１１ｂ）に供給するメタノール流量を調節する。
【００３９】
水タンク２２から改質器１に水を送り込む給水路にも図示しないポンプが別に設けられており、改質器１に供給する水の量を調節可能となっている。このポンプは、メタノール量の調節のための上記ポンプと同じく制御部６に接続されており、制御部６から出力される信号によって駆動され、改質器１（蒸発部１１ｂ）に供給する水量を調節する。
【００４０】
また、燃料電池４０のカソード側における電池反応に関わる酸化ガスは、エアタンク３１から空気供給路３３を介して圧縮空気として供給される。空気供給路３３には図示しない流量調整器が設けられており、エアタンク３１から燃料電池４０に供給する酸化ガス量を調節可能となっている。酸化ガスは電池反応に供された後に酸化排ガスとなる。この際には、燃料電池４０の酸素極側において既述した（５）式の反応によって水が生じる。このため、酸化排ガス中の生成水を回収し、回収した水を再利用している。回収された生成水は、水回収路を介して水タンク２２に供給され、改質器１における燃焼蒸発部１１の蒸発部１１ｂを経て改質部１２で行なわれるメタノールの水蒸気改質反応に供される。また、生成水を回収された酸化排ガスは、図示しない排ガス回収路を経由して燃焼蒸発部１１の燃焼部１１ａに供給される。燃料電池４０での電気化学反応に供された後に排出される酸化排ガスには酸素が残留しているため、燃焼蒸発部１１に供給された酸化排ガスは、燃焼蒸発部１１の燃焼部１１ａでの燃焼反応に要する酸化ガスとして働く。
【００４１】
エアタンク３１は、図示しない圧縮機で加圧された空気が供給された圧縮空気を貯留するものである。エアタンク３１には、圧力センサ３４が設けられ、また該エアタンク３１内の空気量が不足するときこれを補うためのコンプレッサ３２が併設されている。圧力センサ３４は、制御部６に接続されている。制御部６は、この圧力センサ３４からの入力信号を基にエアタンク３１内の空気量を判断し、空気量が不足であると判断した場合にはコンプレッサ３２に対して駆動信号を出力し、エアタンク３１内に供給される圧縮空気量が充分量となるよう制御する。
【００４２】
なお、図２には示さなかったが、燃料電池システム３０は、燃料電池４０とは別に所定の２次電池を備えている。この２次電池は、燃料電池システム３０の起動時において燃料電池４０から充分な電力の供給が得られない間に、既述したコンプレッサ３２や各種ポンプなどを駆動するための電源として利用される。
【００４３】
燃料電池システム３０におけるシステム始動時の動作及び運転状態が定常状態となるときの動作については、前述した燃料電池システム３０を実施し得る限り特に制限されず、通常公知の動作によって処理される。
【００４４】
以上既述した実施形態では、改質器１が有する改質部１２で進行する改質反応は、水蒸気改質反応を含むものとしたが、これに加えて部分酸化改質反応を含むこととしてもよい。酸化改質反応で生じる熱量を利用して水蒸気改質反応を行う場合には、ヒータで加熱しながら水蒸気改質反応を行う場合よりもさらにエネルギ効率が向上する。また、改質部１２においては、必ずしも水蒸気改質反応を行なう必要はなく、メタノールなどの液体原燃料を用いて酸化改質反応だけによって改質ガスを生成することとしてもよい。
【００４５】
また、既述した実施形態では、改質器１で原燃料を改質して得た燃料ガスを供給される燃料電池は、固体高分子型燃料電池としたが、異なる種類の燃料電池を備える燃料電池システムとしてもよい。特に、燃料電池としてリン酸型燃料電池や固体電解質型燃料電池を用いる場合には、既述した実施形態の燃料電池システムの構成を準用することが可能である。
【００４６】
以上、本発明について好適な実施形態を挙げて具体的に説明したが、本発明はこれらの実施形態により何等限定されるものではない。本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲内において、適宜変更形態で実施し得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の燃料電池システムの一例を示す概略ブロック図である。
【図２】図２は、本発明の燃料電池システムの一実施形態を示す主要ブロック図である。
【図３】図３は、改質器の燃焼部へオフガスを供給する従来の燃料電池システムの一例を示す概略ブロック図である。
【図４】図４は、本発明の燃料電池システムの一実施形態に用いられる燃料電池を構成する単セルの構成を例示する断面図である。
【符号の説明】
２０，３０…燃料電池システム、１…改質器、１１…燃焼蒸発部、１１ａ…燃焼部、１１ｂ…蒸発部、１２…改質部、１３…ＣＯ低減部、２…混合部、３…ポンプ、４…エアーフィルター、５…排気部、１ａ，２ａ，３ａ…流路、２ｂ，５ｂ…流量調整弁、２１…メタノールタンク、２２…水タンク、３１…エアタンク、３２…コンプレッサ、３３…空気供給路、３４…圧力センサ、４０…燃料電池、４１…電解質膜、４２…アノード、４３…カソード、４４，４５…セパレータ、４４Ｐ…燃料ガス流路、４５Ｐ…酸化ガス流路、４６，４７…集電板、４８…単セル
【図１】
2004193001.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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