(57)【要約】【課題】空気極の吸気温度を低下させ、冷却装置の容量を低減、あるいは冷却装置を省略すると共に、空気極排気から回収するエネルギー回収量を増加させシステム効率を向上させる。【解決手段】圧縮機６は、大気取り入れ口５から取り入れた空気を圧縮する。圧縮された高温空気を空冷式熱交換器７と水冷式熱交換器８とで冷却して、空気空気極９に供給する。空気極９の排気は、空冷式熱交換器７で加熱された後、膨張機１０を回転駆動しながら膨張する。回転駆動された膨張機１０は、発電機１８を回転駆動して排気の膨張エネルギーを電力に変換して回収する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料極に供給された燃料ガスと空気極に供給された空気とを用いて発電する燃料電池と、
空気を圧縮して前記空気極へ供給する圧縮機と、
前記空気極の排気からエネルギー回収を行う膨張機と、
前記圧縮機の吐出空気と前記空気極の排気との熱交換を行う熱交換器とを具備し、
前記膨張機には前記熱交換器を通過した空気極の排気を供給することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記燃料電池内で生じた水分を空気極の吸気に加湿する加湿手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記加湿手段は、前記膨張機に供給した後の排気中の水分を空気極の吸気に加湿することを特徴とする請求項２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記熱交換器と前記膨張機の間に燃焼器を備え、
前記空気極の排気を前記熱交換器を経て前記燃焼器に導入するとともに、燃料極排気も前記燃焼器に導入し、該燃焼器によって得られた燃焼ガスを前記膨張機に導入することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記燃料電池内で生じた水分を空気極の吸気に加湿する加湿手段を備え、
該加湿手段は、前記燃焼器に供給する前の空気極排気中の水分を空気極の吸気に加湿することを特徴とする請求項４に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記燃料電池内で生じた水分を空気極の吸気に加湿する加湿手段を備え、
該加湿手段は、前記膨張機に供給した後の空気極排気中の水分を空気極の吸気に加湿することを特徴とする請求項４に記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記膨張機は、空気極の排気から回転力としてエネルギー回収を行い、
該膨張機で得られた回転力によって前記圧縮機の吐出空気を再度圧送供給する第２の圧縮機を前記圧縮機と前記熱交換器との間に具備し、
前記熱交換器は第２の圧縮機の吐出空気と前記空気極の排気との熱交換を行い、前記膨張機には前記熱交換器を通過した前記空気極の排気を供給することを特徴とする請求項１乃至請求項６の何れか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項８】
前記熱交換器は、排気中の水分を空気極の吸気へ移動させる水分交換機能も有する湿度交換型熱交換器であることを特徴とする請求項１に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、燃料電池システムに係り、特に空気極に空気を供給する空気系の消費エネルギーを低減するとともに供給空気の冷却負荷を低減することができる燃料電池システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
燃料電池は、水素ガスなどの燃料ガスと酸素を有する酸化ガスとを電解質を介して電気化学的に反応させ、電解質両面に設けた電極間から電気エネルギを直接取り出すものである。特に固体高分子電解質を用いた固体高分子型燃料電池は、動作温度が低く、取り扱いが容易なことから電動車両用の電源として注目されている。すなわち、燃料電池車両は、高圧水素タンク、液体水素タンク、水素吸蔵合金タンクなどの水素貯蔵装置を車両に搭載し、そこから供給される水素と、酸素を含む空気とを燃料電池に送り込んで反応させ、燃料電池から取り出した電気エネルギで駆動輪につながるモータを駆動するものであり、排出物質は水だけであるという究極のクリーン車両である。
【０００３】
燃料電池システムにおいて、空気極に空気を供給する際に加圧することは、以下のメリットが存在する。
【０００４】
（１）酸素分圧が上がるので発電電圧が向上し、燃料電池自身の発電効率が向上する。
【０００５】
（２）全圧が増加することによって同じガス温度で同じ露点の湿潤空気を作るための加湿水分が少なくて済む。
【０００６】
（３）全圧が増加することによって露点が上がり燃料電池内で相対湿度を高く保つことができる。
【０００７】
（４）体積流量が小さくなるので圧力損失の要求範囲内で燃料電池内のガス流路の断面積を小さくすることができる。
【０００８】
しかしながら、供給空気を加圧すると、以下のデメリットが生じる。
【０００９】
（１）加圧するために圧縮機で消費される電力が増える。
【００１０】
（２）加圧空気の温度が高温となるので、これを燃料電池の許容レベルまで冷却する冷却装置が必要となり、冷却装置が大型化しコストアップする。
【００１１】
このような諸課題を解決するために、燃料電池の排空気から膨張機によってエネルギ回収を行ってコンプレッサのエネルギ消費を軽減すると共に、膨張機で断熱冷却した空気とコンプレッサの出口空気とを空冷式熱交換器によって熱交換することでコンプレッサの出口空気を冷却し、冷却装置の負荷を軽減させる燃料電池システムがある（例えば、特許文献１）。
【００１２】
【特許文献１】
特開２００２−５６８６５号公報（第３頁、図１）
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１記載の構成では、付加された空冷熱交換器が低減したラジエータの放熱分だけ、熱排気が増加し、放熱手段の付替えが起こっているに過ぎず冷却装置の負荷は減るもののシステム全体としては部品点数は増加し、且つシステム効率は改善されないという問題点があった。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記問題点を解決するため、燃料極に供給された燃料ガスと空気極に供給された空気とを用いて発電する燃料電池と、空気を圧縮して前記空気極へ供給する圧縮機と、前記空気極の排気からエネルギー回収を行う膨張機と、前記圧縮機の吐出空気と前記空気極の排気との熱交換を行う熱交換器とを具備し、前記膨張機には前記熱交換器を通過した空気極の排気を供給することを要旨とする燃料電池システムである。
【００１５】
【発明の効果】
本発明によれば、熱交換器で圧縮機の吐出空気と空気極の排気との熱交換を行い、膨張機には熱交換器を通過した空気極の排気を供給するので、空気極の吸気（すなわち圧縮機の吐出空気）の温度が低下し、吸気を冷却する冷却装置の容量を低減、あるいは冷却装置を省略することができる。
【００１６】
これにより燃料電池システム構成を簡略化することができ、コストダウンが図れるという効果がある。
【００１７】
また、膨張機に供給される排気の温度が上がるので、膨張機によるエネルギー回収量が増加しシステム効率が向上するという効果がある。
【００１８】
【発明の実施の形態】
次に、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。
〔第１実施形態〕
図１は、本発明に係る燃料電池システムの第１実施形態の構成を説明するシステム構成図である。
【００１９】
図１において、燃料電池システムは、水素を貯蔵する水素タンク１と、水素圧力を調整する調圧バルブ２と、水素が供給される燃料極３と、燃料極出口から燃料極入口へ水素を循環させる循環ポンプ４と、大気取り入れ口５と、取り入れた空気を圧縮する圧縮機６と、圧縮機６で圧縮されて高温となった空気を冷却する空冷式熱交換器７と、空冷式熱交換器７で冷却された空気を更に冷却水で冷却する水冷式熱交換器８と、圧縮後に冷却された空気が供給される空気極９と、空気極の排気を膨張させる膨張機１０と、膨張機１０から排出される空気の圧力を調整する調圧弁１１と、冷却水を放熱させるラジエータ１２と、冷却水を循環させる冷却水ポンプ１３と、燃料電池１５の冷却水路１４と、燃料極３と空気極９に挟まれた電解質１６と、圧縮機６を回転駆動する圧縮機駆動モータ１７と、膨張機１０により回転駆動される発電機１８と、負荷制御装置１９と、燃料電池１５の発電電力を利用する負荷装置２０とを備えている。
【００２０】
次に、上記構成の燃料電池システムの動作を説明する。
水素ガスを高圧で貯蔵する水素タンク１から、燃料ガスとしての水素ガスが調圧バルブ２を介して、燃料電池１５の燃料極３に供給される。一般に燃料電池は、燃料極や空気極の隅々まで燃料ガスや空気を行き渡らせるために消費量以上の燃料ガスおよび空気を供給する必要がある。本実施形態でも燃料極３には、消費量を超える水素ガスを供給している。燃料極３で消費されなかった過剰な水素ガスは燃料極出口から排出され、循環ポンプ４を介して、調圧バルブ２で調圧された新規供給水素と混合され、再度燃料極３に供給される。
【００２１】
一方、圧縮機６は大気取り入れ口５から空気を吸気し、所定の運転圧まで加圧する。圧縮機６で加圧され高温となった空気は、空冷式熱交換器７で冷却された後、水冷式熱交換器８を通過してさらに冷却された後、燃料電池１５の空気極９に供給される。
【００２２】
空気極９の出口を出た過剰な空気（空気極排気）は、空冷式熱交換器７を通過する際、再び加熱される。加熱された空気は、膨張機１０で大気圧近くまで減圧され、調圧バルブ１１を通過した後に、大気に開放される。
【００２３】
冷却水は、ラジエータ１２で冷却された後、冷却水ポンプ１３で加圧され、水冷式熱交換器８に供給される。水冷式熱交換器８に供給された冷却水は、水冷式熱交換器８で加熱される。水冷式熱交換器８を出た冷却水は、燃料電池１５内の冷却水路１４を通過し、燃料電池１５と熱交換して加熱される。その後、冷却水はラジエータ１２に送られ、再度冷却されて循環する。
【００２４】
燃料極３では、電解質１６表面の電極触媒で水素がプロトン（水素イオン）と電子に分離される。分離されたプロトンは電解質１６中を、空気極９に向かって移動する。このとき電子は燃料極３から負荷制御装置１９を通って空気極９に移動することにより電力が取り出される。
【００２５】
空気極９側の電解質１６表面の電極触媒上で、電解質１６中を移動してきたプロトンと、負荷制御装置１９を通ってきた電子と、圧送された空気中の酸素が反応して、水が生成される。
【００２６】
負荷制御装置１９は、膨張機１０で回転駆動される発電機１８と燃料電池１５の発電電力を、圧縮機６を回転駆動する圧縮機駆動モータ１７と負荷装置２０に分配する。
【００２７】
次に、本実施形態の燃料電池システムの作用効果を説明する。圧縮機６で、３０〔℃〕の大気を圧縮すると、圧縮機出口の空気温度は約２２０〔℃〕となり、圧縮機駆動モータ１７の消費電力は約１７〔ｋＷ〕となる。
【００２８】
空冷式熱交換器７では、約２２０〔℃〕の高温ガスと約８０〔℃〕の低温ガス（空気極排気）が熱交換し、それぞれ、約１２０〔℃〕と約１６０〔℃〕になる。空冷式熱交換器７での熱交換量は約８〔ｋＷ〕となる。
【００２９】
水冷式熱交換器８では、約１２０〔℃〕の高温ガスは、冷却水と熱交換し、約８０〔℃〕になる。水冷式熱交換器８での熱交換量は約３〔ｋＷ〕となる。
【００３０】
膨張機１０で、約１６０〔℃〕の空気を膨張すると、膨張機１０で回転駆動される発電機１８の発電量は約５〔ｋＷ〕となる。
【００３１】
本構成を採ることによって、空冷式熱交換器７だけで圧縮機空気を冷却する場合に比べて、ラジエータ１２で放熱すべき熱量は約８〔ｋＷ〕低減する。従って、より多くの放熱量を燃料電池１５に割付けることができる。あるいはラジエータ１２、水冷式熱交換器８を低容量化することができる。
【００３２】
また、本構成を採ることによって、空冷式熱交換器７が無い場合に比べて，膨張機１０で回収されるエネルギーは約３〔ｋＷ〕増加する。従って、燃料電池１５の発電量を負荷装置２０により多くの割付けることができる。
【００３３】
以上のように本第１実施形態によれば、圧縮機の吐出空気と燃料電池の空気極排気との熱交換を行う熱交換器を具備し、膨張機には熱交換器を通過した空気極排気を供給するので、燃料電池の空気極吸気（すなわち圧縮機の吐出空気）の温度が低下し、燃料電池の空気極吸気を冷却する冷却装置の容量（ラジエータ負荷）を低下させることができる。これによりシステム構成の簡略化、コストダウンが図れる。
【００３４】
また、膨張機に供給される排気の温度が上がるので、膨張機によるエネルギー回収量、即ち発電機による発電量が増えるのでシステム効率が向上する。
なお、空冷式熱交換器７の熱交換性能がより高いものである場合には、水冷式熱交換器８を省略しても構わない。
【００３５】
〔第２実施形態〕
図２は、本発明に係る燃料電池システムの第２実施形態の構成を説明するシステム構成図である。
【００３６】
第２実施形態では、図１に示した第１実施形態の構成に、加湿手段として、空気極の排気から水を回収する凝縮器２５、回収した水を圧送するポンプ２２、水輸送経路となる水ライン２３、及び空気極に供給する空気に加湿する加湿器２４が追加されている。その他の構成要素は、第１実施形態と同様であるので、同一構成要素には同じ符号を付与して、重複する説明を省略する。
【００３７】
次に、本実施形態の燃料電池システムの動作を説明する。
【００３８】
燃料電池１５の空気極９の出口から排出される排気は、凝縮器２５で冷却されることにより気液分離され、ガスは空冷式熱交換器７に導入される。一方、分離された水は、ポンプ２２によって水ライン２３を介して加湿器２４に供給される。加湿器２４は、水冷式熱交換器８で温度が下げられた圧縮空気に加湿し、加湿された圧縮空気が燃料電池１５の空気極９に供給される。このように、加湿空気が空気極に供給されることによって、燃料電池１５の運転圧力を下げることができる。
【００３９】
第２実施形態によれば、第１実施形態の効果に加えて、加湿手段が存在するので、供給空気の湿度を適正に保つことが容易になる。また、運転圧を下げることができるので圧縮機の消費エネルギーを低減できる。
【００４０】
また、凝縮機が存在するので、燃料電池から持ち出す水分を回収できるので、大量の水を保有しておく必要がなくなる。
【００４１】
〔第３実施形態〕
図３は、本発明に係る燃料電池システムの第３実施形態の構成を説明するシステム構成図である。
【００４２】
第３実施形態では、図１に示した第１実施形態の構成に、加湿装置として多孔質性の中空糸を束ねた減湿器（湿度交換器）２６が膨張機１０の出口に追加される。その他の構成要素は、第１実施形態と同様であるので、同一構成要素には同じ符号を付与して、重複する説明を省略する。
【００４３】
第３実施形態で用いる減湿器２６には、例えば、特開平７−７１７９５号公報等に示されている中空糸膜を用いた中空糸膜式湿度交換器を利用することができる。この中空糸膜式湿度交換器は、ハウジング内に中空糸膜の束を収容したもので、中空糸膜は、ポリイミド系やフッ素系の高分子膜を中空糸形状にしたものである。そして、中空糸膜式湿度交換器は、中空糸膜内側を流れるガスと、中空糸膜の外側を流れるガスとの間で、中空糸膜を介して湿度の高い方のガスから湿度の低い方のガスへ水蒸気を移動させることができるようになっている。
【００４４】
次に、本実施形態の燃料電池システムの動作を説明する。
燃料電池１５の空気極９の排気は、空冷式熱交換器７を経て、膨張機１０の入口へ導入されることは第１実施形態と同様である。膨張機１０の出口ガスは減湿器２６に導入される。また、水冷式熱交換器８の出口空気も減湿器２６に導入される。
【００４５】
膨張機１０の出口ガスは、燃料電池１５内で生成された水分を含んでおり湿潤状態（ウエット）であり、水冷式熱交換器８の出口空気は乾燥状態（ドライ）である。減湿器２６の多孔質性の中空糸は、ウエットガス側からドライガス側に水蒸気を透過させる機能を有する。よって、減湿器２６を通過した水冷式熱交換器８の出口空気は加湿され、燃料電池１５の空気極９に導入される。
【００４６】
以上のように、第３実施形態によれば、加湿手段は膨張器に供給した後の空気極排気中の水分を空気極吸気に供給する構成なので、膨張機には凝縮器を通すことなく水分を含んだ高いエネルギーの排気ガスを供給できるので、第２実施形態のものよりもエネルギー回収量を向上させ、さらに効率を改善することができる。
【００４７】
なお、加湿手段として膜式の減湿器を利用するので、第２実施形態で用いたような加湿手段に対して、ユニット数を低減できるとともに、水ラインを持たないので、凍結対策が軽減できる。
【００４８】
〔第４実施形態〕
図４は、本発明に係る燃料電池システムの第４実施形態の構成を説明するシステム構成図である。
【００４９】
第４実施形態では、図１に示した第１実施形態の構成に、バルブ２７、バルブ２８、燃焼器２９が追加される。バルブ２７は、循環ポンプ４の出口と燃料極３の入口の間に設置され、バルブ２８は循環ポンプ４の出口と燃焼器２９の入口の間に設置される。その他の構成要素は、第１実施形態と同様であるので、同一構成要素には同じ符号を付与して、重複する説明を省略する。
【００５０】
次に、本実施形態の燃料電池システムの動作を説明する。
燃料極３の出口から排出される未反応の水素ガスを燃料極３の入口へ循環して再利用する場合、空気極９から燃料極３へ電解質１６を透過してくる水蒸気や窒素が水素循環経路内に蓄積することによって水素分圧が低下し、燃料電池１５の効率は徐々に下がってくることがある。このため、水素循環経路内の不純物を含んだ水素ガスを掃気（パージとも呼ばれる）する必要が生じる。
【００５１】
バルブ２８は、このような水素ガスを掃気するために存在する。バルブ２７はバルブ２８の開弁時、即ち掃気時に閉じられ水素タンク１からの燃料がそのまま捨てられるのを防止する。
【００５２】
燃焼器２９には、掃気された水素が供給されると共に空冷式熱交換器７で加熱された燃料電池１５の空気極９の出口ガスが供給され燃焼される。燃焼器２９で燃焼した燃焼排ガスは、膨張機１０に導入される。
【００５３】
燃焼器２９の燃焼ガスは高温となるため、膨張機１０で回収するエネルギー、つまり膨張機１０が回転駆動する発電機１８が発電する量は燃焼器２９が無い第１実施形態などの場合に比べて増加する。
【００５４】
以上のように第４実施形態によれば、燃料電池で不要となった燃料ガスを燃焼させて膨張機に導入する構成なので、燃料極からの掃気ガスの不活性化処理ができるともに、膨張機に導入されるガスのエネルギーが増すために、第１実施形態の構成よりも多くのエネルギー量を発電機から回収することができる。
【００５５】
〔第５実施形態〕
図５は、本発明に係る燃料電池システムの第５実施形態の構成を説明するシステム構成図である。
【００５６】
第５実施形態では、図４に示した第４実施形態の構成に、加湿手段として第２実施形態と同様の凝縮器２５、ポンプ２２、水ライン２３、加湿器２４が追加される。これらの機能は第２実施形態と同様である。その他の構成要素は、第４実施形態と同様であるので、同一構成要素には同じ符号を付与して、重複する説明を省略する。
【００５７】
次に、本実施形態の燃料電池システムの動作を説明する。
バルブ２８は、水素循環経路に蓄積された不純物を含んだ水素ガスを掃気するために開弁され、バルブ２７はバルブ２８の開弁時、即ち掃気時に閉じられ水素タンク１からの燃料がそのまま捨てられるのを防止するのは、第４実施形態と同様である。
【００５８】
燃焼器２９には、バルブ２８を介して掃気された水素が供給されると共に、凝縮器２５で水分が回収された後の空気極９の排気が空冷式熱交換器７で加熱されて供給される。これらのガスは燃焼器２９で燃焼され、燃焼排ガスは、膨張機１０に導入される。
【００５９】
第５実施形態によれば、第４実施形態４の効果に加えて、加湿手段が存在するので、空気極９に供給する空気の湿度を適正に保つことが容易になる。また、運転圧を下げることができるので圧縮機６の消費エネルギーを低減できる。
【００６０】
ここで、加湿手段は、燃焼器２９に供給する前の排気ガス中の水分を空気極９の吸気に加湿する構成なので、燃焼器には乾燥した排気ガスが供給され、燃焼器の着火性が良くなり、燃焼効率が向上する。特に燃焼器が触媒燃焼器などの場合に効果的である。
また、凝縮機２５が存在するので、燃料電池１５から持ち出す水分を回収できるので、大量の水を保有しておく必要がなくなる。
【００６１】
〔第６実施形態〕
図６は、本発明に係る燃料電池システムの第６実施形態の構成を説明するシステム構成図である。
【００６２】
第６実施形態では、図４に示した第４実施形態の構成に、加湿装置として第３実施形態と同様の多孔質性の中空糸を束ねた減湿器２６が膨張機１０の出口に追加される。減湿器２６自体の構成及び機能は第３実施形態と同様である。その他の構成要素は、第４実施形態と同様であるので、同一構成要素には同じ符号を付与して、重複する説明を省略する。
【００６３】
次に、本実施形態の燃料電池システムの動作を説明する。
バルブ２８は、水素循環経路に蓄積された不純物を含んだ水素ガスを掃気するために開弁され、バルブ２７はバルブ２８の開弁時、即ち掃気時に閉じられ水素タンク１からの燃料がそのまま捨てられるのを防止するのは、第４実施形態と同様である。
【００６４】
燃焼器２９には、バルブ２８を介して掃気された水素が供給されると共に、空気極９の排気が空冷式熱交換器７で加熱されて供給される。これらのガスは燃焼器２９で燃焼され、燃焼排ガスは、膨張機１０に導入される。膨張機１０から排出された水蒸気を含む燃焼排ガスは、減湿器２６に導入される。減湿器２６では、高温多湿の燃焼排ガスに含まれる水蒸気成分が、水冷式熱交換器８で冷却された空気へ移される。こうして減湿器２６で加湿された空気が空気極９へ供給される。
【００６５】
第６実施形態によれば、第４実施形態の効果に加えて、加湿手段が存在するので、空気極９へ供給する空気の湿度を適正に保つことが容易になる。また、運転圧を下げることができるので、圧縮機６の消費エネルギーを低減できる。
【００６６】
ここで、加湿手段は、膨張機１０に供給した後の排気中の水分を空気極９の吸気に加湿する構成なので、膨張機には水分を含んだ高いエネルギーの排気ガスを供給できるので、第５実施形態のものよりもエネルギー回収をより多く行うことができる。
【００６７】
〔第７実施形態〕
図７は、本発明に係る燃料電池システムの第７実施形態の構成を説明するシステム構成図である。
【００６８】
第７実施形態では、図１に示した第１実施形態の膨張機１０に換えて、タービン３１と、このタービン３１で駆動される第２の圧縮機３０とを有する。その他の構成要素は、第１実施形態と同様であるので、同一構成要素には同じ符号を付与して、重複する説明を省略する。
【００６９】
次に、本実施形態の燃料電池システムの動作を説明する。
圧縮機６は大気取り入れ口５から空気を吸気し、圧縮機６で加圧された空気は、さらに第２の圧縮機３０で所定の運転圧まで加圧される。第２の圧縮機３０で加圧された空気は、空冷式熱交換器７で冷却された後、水冷式熱交換器８でさらに冷却されて燃料電池１５の空気極９に供給される。
【００７０】
タービン３１と第２の圧縮機３０とは、機械的に結合しており、タービン３１で得られた回転力によって第２の圧縮機３０が回転駆動される。
【００７１】
第７実施形態によれば、空冷式熱交換器７で加熱された排気のエネルギはタービン３１で回転力として回収され、第２の圧縮機３０の回転力として使用される構成となっているので、圧縮機６のエネルギ消費軽減量を大きくできる。
【００７２】
また、第１実施形態の膨張機１０で回収したエネルギーを空気の圧縮に用いる場合に比べ、本実施形態はエネルギー変換によるロスを伴わないためより効率的にエネルギー回収を行うことができる。
【００７３】
なお、本実施形態と同様に、第２実施形態乃至第６実施形態の構成に膨張機１０の代わりに本実施形態のような第２の圧縮機３０とタービン３１を組み合わせることもできる。
【００７４】
〔第８実施形態〕
図８は、本発明に係る燃料電池システムの第８実施形態の構成を説明するシステム構成図である。
【００７５】
第８実施形態では、図１に示した第１実施形態の空冷式熱交換器７に換えて、湿度交換型熱交換器である減湿器２６’を用いたことに特徴がある。その他の構成要素は、第１実施形態と同様であるので、同一構成要素には同じ符号を付与して、重複する説明を省略する。
【００７６】
次に、本実施形態の燃料電池システムの動作を説明する。
減湿器２６’の構成自体は第３、第６実施形態の減湿器２６と同等である。減湿器２６’が高い熱交換性能もあわせ持つことを利用して、空気極９の排気から圧縮機６で圧縮された空気へ水蒸気成分を移動させると共に、圧縮機６で圧縮され高温となった空気を空気極排気で冷却する。これにより、空冷式熱交換器７を省略することができ、よりコストダウンを図れる。
【００７７】
なお、減湿器２６’の熱交換性能がより高いものである場合には、水冷式熱交換器８を省略しても構わない。
【００７８】
以上好ましい実施形態について説明したが、これらは本発明を限定するものではない。例えば、燃料系の構成は第１実施形態から第８実施形態のようなものに限らず様々なタイプに適合できる。即ち、循環ポンプ４をエジェクタに置換しても構わないし、燃料ガスの循環系を有していなくても構わない。
さらに、第１実施形態乃至第８実施形態の構成で水素タンクを燃料改質器に置換しても構わない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る燃料電池システムの第１実施形態を説明するシステム構成図である。
【図２】本発明に係る燃料電池システムの第２実施形態を説明するシステム構成図である。
【図３】本発明に係る燃料電池システムの第３実施形態を説明するシステム構成図である。
【図４】本発明に係る燃料電池システムの第４実施形態を説明するシステム構成図である。
【図５】本発明に係る燃料電池システムの第５実施形態を説明するシステム構成図である。
【図６】本発明に係る燃料電池システムの第６実施形態を説明するシステム構成図である。
【図７】本発明に係る燃料電池システムの第７実施形態を説明するシステム構成図である。
【図８】本発明に係る燃料電池システムの第８実施形態を説明するシステム構成図である。
【符号の説明】
１…水素タンク
２…調圧バルブ
３…燃料極
４…循環ポンプ
５…大気取り入れ口
６…圧縮機
７…空冷式熱交換器
８…水冷式熱交換器
９…空気極
１０…膨張機
１１…調圧バルブ
１２…ラジエータ
１３…冷却水ポンプ
１４…冷却水路
１５…燃料電池
１６…電解質
１７…圧縮機駆動モータ
１８…発電機
１９…負荷制御装置
２０…負荷装置
【図１】
2004296339.tif 000003
【図２】
2004296339.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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