(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料が通過する管路を有し，前記管路自体が，前記燃料を水素ガスを含む改質ガスに改質させるための触媒として作用する，銅（Ｃｕ），ニッケル（Ｎｉ），亜鉛（Ｚｎ），白金（Ｐｔ），鉄（Ｆｅ），コバルト（Ｃｏ）から選択され，銅（Ｃｕ）の合金形態の素材からなる改質部と；
前記管路に熱を加えて前記燃料を気化させる熱源部と；
を備え，
前記管路は，
前記燃料が流入する流入口と；
前記改質反応により生成された前記改質ガスが流出する流出口と；
を有し，
前記管路の内周面には，酸素による表面酸化及び当該表面酸化後に実施される水素による還元反応により反応性を有する突起が形成されて，表面が粗くなっており，
前記突起の直径は，２〜２０ｎｍであることを特徴とする，燃料電池システムの改質器。
【請求項２】
前記熱源部は，前記管路に接触して前記管路を加熱するヒーティング部材を有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の改質器。
【請求項３】
前記ヒーティング部材は，
前記管路に接触するヒーティングプレートと；
前記ヒーティングプレートに内蔵された熱線と；
を有し，
前記ヒーティングプレートには，前記管路が係合する係合溝が形成され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の改質器。
【請求項４】
前記管路は，ジグザグ状に屈曲して形成されることを特徴とする，請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃料電池システムの改質器。
【請求項５】
前記管路に連結され，前記改質部により生成された改質ガスの一酸化炭素濃度を低減する少なくとも一つの一酸化炭素低減部をさらに備えることを特徴とする，請求項１〜４のいずれか１項に記載の燃料電池システムの改質器。
【請求項６】
燃料電池システムにおいて：
水素と酸素の電気化学的反応により電気を発生させるスタックと；
燃料を改質して水素ガスを発生させる請求項１〜５のうちのいずれか一項による改質器と；
前記燃料を前記改質器に供給する燃料供給部と；
空気を前記スタックに供給する空気供給部と；
を備えることを特徴とする，燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は燃料電池システムに係り，より詳しくは燃料電池システムの改質器の構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に，燃料電池は，メタノール，天然ガスなどの炭化水素系列の物質内に含有されている水素と酸素，または酸素を含む空気を燃料として起こる電気化学反応により，化学エネルギーを直接電気エネルギーに変換させる発電システムである。特に，燃料電池は，燃焼過程なしで水素と酸素の電気化学的反応により生成される電気と，その副産物である熱とを同時に用いることが可能な特徴を持っている。
【０００３】
かかる燃料電池は，使用する電解質の種類によって，１５０〜２００℃で作動する燐酸型燃料電池，６００〜７００℃の高温で作動する溶融炭酸塩型燃料電池，１０００℃以上の高温で作動する固体酸化物型燃料電池，常温〜１００℃で作動する高分子電解質型，及びアルカリ型燃料電池などに分類される。これらそれぞれの燃料電池は根本的に同じ原理で作動するが，燃料の種類，運転温度，触媒及び電解質が相違する。
【０００４】
このなかで，近年開発されている高分子電解質型燃料電池（Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ：ＰＥＭＦＣ）は，ほかの燃料電池に比べ，出力特性に卓越し，作動温度が低いだけでなく，早い始動及び応答特性を有し，メタノール，エタノール，天然ガスなどを改質して製造した水素を燃料として使用して，自動車用のような移動用電源はもちろんのこと，住宅，公共建物用のような分散用電源及び電子機器用のような小型電源など，その応用範囲が広い利点を持っている。
【０００５】
上記のような高分子電解質型燃料電池が基本的にシステムの構成を備えるためには，スタック（ｓｔａｃｋ）と言われる燃料電池本体（以下，便宜上スタックという），燃料タンク，及びこの燃料タンクより上記スタックに燃料を供給するための燃料ポンプなどが必要である。そして，燃料タンクに貯蔵された燃料をスタックに供給する過程で燃料を改質して水素ガスを発生させ，その水素ガスをスタックに供給する改質器をさらに有する。したがって，高分子電解質型燃料電池は，燃料ポンプのポンピング力により，燃料タンクに貯蔵された燃料を改質器に供給し，改質器が燃料を改質して水素ガスを発生させ，スタックが水素ガスと酸素を電気化学的に反応させて電気エネルギーを生産する。
【０００６】
一方，燃料電池は，水素を含有した液状の燃料を直接スタックに供給して電気を生産し得る直接メタノール型燃料電池（Ｄｉｒｅｃｔ Ｍｅｔｈａｎｏｌ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ：ＤＭＦＣ）方式を採用することができる。かかる直接メタノール型燃料方式の燃料電池は高分子電解質型燃料電池とは異なり，改質器が排除される。
【０００７】
上記のような燃料電池システムにおいて，電気を実質的に発生させるスタックは，膜−電極アセンブリ（Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ａｓｓｅｍｂｌｙ：ＭＥＡ）とセパレータ（又はバイポーラプレート（Ｂｉｐｏｌａｒ Ｐｌａｔｅ））とからなる単位セルが数個ないし数十個積層された構造を有する。膜−電極アセンブリは，電解質膜を介在してアノード電極とカソード電極が付着された構造を有する。そして，セパレータは，燃料電池の反応に必要な酸素と水素ガスを供給する通路の役割と，各膜−電極アセンブリのアノード電極とカソード電極を直列に連結させる伝導体の役割とを同時に果たす。したがって，セパレータにより，アノード電極には水素ガスが供給され，反面カソード電極には酸素が供給される。この過程において，アノード電極では水素ガスの酸化反応が起こり，カソード電極では酸素の還元反応が起こり，この時に生成される電子の移動により，電気，熱及び水を同時に得ることができる。
【０００８】
改質器は，水素を含有する液状の燃料と水を，改質触媒反応により，スタックの電気生成に必要な水素ガスに転換するばかりでなく，燃料電池を被毒させて寿命を短縮させる一酸化炭素のような有害物質を除去する装置である。上記改質器は，燃料を改質して水素ガスを発生させる改質部と，その水素ガスから一酸化炭素を除去する一酸化炭素除去部とを有する。改質部は，燃料を，水蒸気改質，部分酸化，自熱反応などの触媒反応により，水素を豊富に含む改質ガスに転換する。一酸化炭素除去部は，水性ガス転換方法，選択的酸化方法などのような触媒反応，又は分離膜による水素の精製などの方法により，改質ガスから一酸化炭素を除去する。
【０００９】
従来の燃料電池システムの改質器において，特に改質部は，所定の反応器に，液状燃料と水の混合燃料を改質するための改質触媒層を形成した構造を有する。したがって，改質部は，外部から所定の熱を受け，改質触媒層による改質触媒反応により，上記混合燃料から水素の豊かな改質ガスを発生させることになる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら，従来の燃料電池システムの改質器は，反応器内に上記のような改質触媒層を形成するための別途の工程が必要となるが，その製造単価が上昇して，結果として全体システムの価格が上昇する問題点がある。また，反応器が金属材の場合，反応器に酸化皮膜を形成し，その上に触媒溶液を塗布する方式で改質触媒層を形成する。したがって，製造工程が複雑になり，改質触媒層が反応器に安定して付着されずに剥離してしまうなどの欠点を有する。
【００１１】
そこで，本発明はこのような問題点に鑑みてなされたもので，その目的とするところは，構造が簡単で，改質触媒層を形成するための別途の工程を排除することができる燃料電池システムの改質器及びこれを備えた燃料電池システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するために，本発明のある観点によれば，燃料が通過する管路を有し，前記管路自体が，前記燃料を水素ガスを含む改質ガスに改質させるための触媒として作用する，銅（Ｃｕ），ニッケル（Ｎｉ），亜鉛（Ｚｎ），白金（Ｐｔ），鉄（Ｆｅ），コバルト（Ｃｏ）から選択され，銅（Ｃｕ）の合金形態の素材からなる改質部と，前記管路に熱を加えて前記燃料を気化させる熱源部と，を備え，前記管路は，前記燃料が流入する流入口と，前記改質反応により生成された前記改質ガスが流出する流出口と，を有し，前記管路の内周面には，酸素による表面酸化及び当該表面酸化後に実施される水素による還元反応により反応性を有する突起が形成されて，表面が粗くなっており，前記突起の直径は，２〜２０ｎｍであることを特徴とする，燃料電池システムの改質器が提供される。
【００１６】
また，上記熱源部は，上記管路に接触して上記管路を加熱するヒーティング部材を有してもよい。
【００１７】
また，上記ヒーティング部材は，上記管路に接触するヒーティングプレートと；上記ヒーティングプレートに内蔵された熱線と；を有してもよく，上記ヒーティングプレートには，上記管路が係合する係合溝が形成されてもよい。
【００１８】
また，上記管路は，ジグザグ状に屈曲して形成されてもよい。
【００１９】
また，上記管路に連結され，上記改質部により生成された改質ガスの一酸化炭素濃度を低減する少なくとも一つの一酸化炭素低減部をさらに備えてもよい。
【００２１】
上記課題を解決するために，本発明の別の観点によれば，燃料電池システムにおいて，水素と酸素の電気化学的反応により電気を発生させるスタックと，燃料を改質して水素ガスを発生させる上記改質器と，前記燃料を前記改質器に供給する燃料供給部と，空気を前記スタックに供給する空気供給部と，を備えることを特徴とする，燃料電池システムが提供される。
【発明の効果】
【００３３】
本発明の燃料電池システムは，管路自体の素材により改質触媒反応を誘導することができる簡単な構造を有するので，従来のような改質触媒層を形成するための別途の工程が排除されて，製造単価が低下し，結果として全体システムの価格を低下させることができる効果がある。また，従来のように改質触媒層が剥離するおそれがなくなる。したがって全体システムの性能及び効率をさらに向上させることができ，システムの大きさをコンパクトに具現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
以下に添付図面を参照しながら，本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお，本明細書及び図面において，実質的に同一の機能構成を有する構成要素については，同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００３５】
本実施形態のシステムは，水素を含有した燃料を改質して水素を豊富に含む改質ガスを生成し，上記改質ガスと酸素を電気化学的に反応させることにより発生する化学エネルギーを，直接電気エネルギーに変換させる高分子電解質型燃料電池（Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ：ＰＥＭＦＣ）方式を採用する。
【００３６】
本実施形態による燃料電池システムにおいて，電気を生成するための燃料とは，メタノール，エタノール，天然ガスなどのような炭化水素又はアルコール系列の液状燃料のほかに水がさらに含まれる。このなかで，液状の燃料と水を以下の説明では便宜上混合燃料と定義する。そして，上記酸素としては，別途の貯蔵手段に貯蔵された純粋な酸素ガスを使用することができ，酸素を含む空気をそのまま使用することもできる。以下では，外部空気を使用する場合を例として説明する。
【００３７】
図１は本実施形態による燃料電池システムの全体構成を示す概略図である。
【００３８】
同図に示すように，本実施形態にかかる燃料電池システム１００は，基本的には，水素と酸素の化学反応エネルギーを電気エネルギーに変換させて電気を生産するスタック１０と，水素を含有した燃料と水の混合燃料を改質して水素の豊かな改質ガスを発生させ，その改質ガスをスタック１０に供給する改質器２０と，上記混合燃料を改質器２０に供給する燃料供給部３０と，外部空気をスタック１０に供給する空気供給部４０とを備える。
【００３９】
燃料供給部３０は，水素を含有した液状燃料を貯蔵する第１タンク３１と，水を貯蔵する第２タンク３２と，第１タンク３１及び第２タンク３２にそれぞれ連結される燃料ポンプ３３とを有する。この際，燃料供給部３０の第１及び第２タンク３１，３２は第１供給ライン９１を介して改質器２０に連結可能である。
【００４０】
そして，空気供給部４０は，外部空気を吸入する空気ポンプ４１を有する。ここで，空気ポンプ４１は第２供給ライン９２を介してスタック１０に連結可能である。
【００４１】
図２は，図１に示す改質器２０の改質部と熱源部の構造を示す分解斜視図，図３は図２に示す改質部の断面図である。
【００４２】
図１〜図３に示すように，本実施形態による改質器２０は，改質触媒反応により，上記混合燃料から水素を豊富に含む改質ガスを発生させる管状の改質部２１と，改質部２１に供給される混合燃料を気化させる熱源部２４と，を有する。
【００４３】
上記改質部２１は，混合燃料が通過し得る流体移動通路を有する所定長の管路２２を有する。上記管路２２は１ｍｍ未満の内径を有し，両端が開放された管状に形成される。管路２２は，燃料供給部３０から供給される混合燃料が上記流体移動通路に流入するようにする流入口２２ａと，管路２２の内部で上記改質反応により生成された改質ガスが流出するようにする流出口２２ｂとを有する。上記管路２２は，図２に示すように，ジグザグ状に屈曲して形成することが好ましい。しかし，本実施形態にかかる改質部２１は，管路２２の形状がジグザグ状に形成されるものに限られなく，直線又はコイル状に形成することもでき，本実施形態のシステム１００をなす構成要素の配置状態に応じて多様に変形可能なものである。
【００４４】
上記管路２２は，それ自体が触媒となり，燃料の改質反応を開始する素材であって，周期律表の８族，１Ｂ族，又は２Ｂ族のいずれか一種の金属又はこれらの合金から形成できる。
【００４５】
例えば，この実施形態において，上記管路２２は，銅（Ｃｕ），ニッケル（Ｎｉ），亜鉛（Ｚｎ），白金（Ｐｔ），鉄（Ｆｅ），コバルト（Ｃｏ）のいずれか１種の金属又はこれらの合金形態から形成できる。ここで，上記管路２２の流入口２２ａは，第１供給ライン９１を介して燃料供給部３０に連結可能である。
【００４６】
図３に示すように，管路２２は，その素材自体が触媒活性を有するよう，その内周面に，空気と水素の酸化／還元反応により，比較的微細で粗い突起２２ｃが形成されている。このような管路２２の内周面は，酸とアルカリで表面処理して形成することができる。また，酸素による表面酸化及び水素による還元反応により，表面処理して形成することもできる。特に，酸素による表面酸化及び水素による還元反応の場合は，管路２２を高温に加熱した後，管路２２の内部に高温の酸素又は空気を注入して内周面を酸化させて内周面の表面粒子を微細で粗く変化させることで，内周面の表面積を増大させ，高温の水素ガスを管路２２の内部に注入して上記内周面を還元させることにより，反応性を有する突起２２ｃを形成することができる。この際，この突起２２ｃは，その直径を２〜２０ｎｍに形成することが好ましい。
【００４７】
熱源部２４は，改質部２１の改質ガスの生成に必要な熱を供給するための発熱部であって，管路２２の上下部にそれぞれ接触するヒーティング部材２５を有している。それぞれのヒーティング部材２５は，所定の電源（図示せず。）に電気的に連結される熱線２５ａを内蔵したヒーティングプレート２５ｂを有する。ヒーティングプレート２５ｂは，管路２２の上下部が接触する面に，上記管路２２が係合される係合溝２５ｃがそれぞれ形成されている。したがって，管路２２はヒーティングプレート２５ｂの係合溝２５ｃに係合されることにより，ヒーティングプレート２５ｂに安定的に固定される。また，熱線２５ａは係合溝２５ｃと同じ位置に重なった状態で配置されている。
【００４８】
熱源部２４の構成は，かかる例に限定されず，改質ガスの生成に必要な熱を供給できる構成であれば，多様に設計変更可能である。例えば，上記熱源部２４は，液状燃料と外部空気の触媒酸化反応により所定温度の燃焼熱を発生させる構造の熱源部を備えることもできる。このため，熱源部２４は，ヒーティングプレート２５ｂの内部に上記流体（液状燃料と外部空気）の流れを可能にする流路（図示せず。）を形成し，上記流路に白金（Ｐｔ）又はルテニウム（Ｒｕ）などの触媒物質の酸化触媒層を形成することができる。このように，管路２２に加えて，ヒーティングプレートにも液状燃料と外部空気の流路を熱源としてさらに設けることができる。
【００４９】
一方，図１を参照すると本実施形態による改質器２０は，スタック１０と改質部２１間に配置され，水性ガス転換（Ｗａｔｅｒ−Ｇａｓ Ｓｈｉｆｔ Ｒｅａｃｔｉｏｎ：ＷＧＳ）触媒反応又は選択的酸化（Ｐｒｅｆｅｒｅｎｔｉａｌ ＣＯ Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ：ＰＲＯＸ）触媒反応により追加の改質ガスを発生させ，上記改質ガスから一酸化炭素の濃度を低減させる少なくとも一つの一酸化炭素低減部２７を有することができる。
【００５０】
上記一酸化炭素低減部２７は，改質部２１に連結される反応容器２８と，反応容器２８の内部に形成される水性ガス転換触媒層又は一酸化炭素選択酸化触媒層（図示せず。）と，を有する。上記反応容器２８は，改質部２１から排出される改質ガスが容器の内部空間に流入するようにする流入口２８ａと，上記内部空間で上記のような触媒層により触媒反応を起こした改質ガスがスタック１０に排出されるようにする流出口２８ｂとを有する。ここで，上記改質部２１，つまり管路２２の流出口２２ｂと反応容器２８の流入口２８ａは第３供給ライン９３を介して連結できる。そして，反応容器２８の流出口２８ｂとスタック１０は第４供給ライン９４を介して連結できる。
【００５１】
図４は，図１に示すスタックの構造を示す分解斜視図である。
【００５２】
図１及び図４に示すように，このシステム１００に適用されるスタック１０は，上記のような構造の改質器２０を介して改質された改質ガスと，外部空気と，の酸化／還元反応を誘導して，電気エネルギーを発生させる複数の電気生成部１１を有する。
【００５３】
それぞれの電気生成部１１は，電気を発生させる単位セルを意味するもので，改質ガスと空気中の酸素を酸化／還元させる膜−電極アセンブリ（Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ａｓｓｅｍｂｌｙ：ＭＥＡ）１２と，改質ガスと空気を膜−電極アセンブリ１２に供給するためのセパレータ１６と，からなる。
【００５４】
かかる電気生成部１１は，膜−電極アセンブリ１２を介在して両側にセパレータ１６が配置されて構成される。スタック１０は，このような複数の電気生成部１１が連続して配置される。ここで，スタック１０の最外側にそれぞれ位置するセパレータ１６はエンドプレート１３と定義することができる。
【００５５】
上記膜−電極アセンブリ１２は，両側面をなすアノード電極とカソード電極間に電解質膜が介在された通常のＭＥＡ（Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ａｓｓｅｍｂｌｙ）の構造を有する。アノード電極はセパレータ１６を介して改質ガスを受ける部分で，酸化反応により改質ガスを電子と水素イオンに変換させる触媒層と，電子と水素イオンの円滑な移動のための気体拡散層（Ｇａｓ Ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ Ｌａｙｅｒ：ＧＤＳ）とからなる。カソード電極はセパレータ１６を介して空気を受ける部分で，還元反応により空気中の酸素を電子と酸素イオンに変換させる触媒層と，電子と酸素イオンの円滑な移動のための気体拡散層とからなる。そして，電解質膜は厚さ５０〜２００μｍの固体ポリマー電解質であって，アノード電極の触媒層で生成された水素イオンをカソード電極の触媒層に移動させるイオン交換の機能を有する。
【００５６】
セパレータ１６は，膜−電極アセンブリ１２のアノード電極とカソード電極を直列に連結させる伝導体の機能を有する。そして，セパレータ１６は，膜−電極アセンブリ１２の酸化／還元反応に必要な改質ガスと空気をアノード電極とカソード電極に供給する通路の機能も有する。このため，セパレータ１６の表面には，膜−電極アセンブリ１２の酸化／還元反応に必要なガスを供給する流路チャンネル１７が形成されている。
【００５７】
より具体的に，上記セパレータ１６は，膜−電極アセンブリ１２を介在してその両側に配置されて膜−電極アセンブリ１２のアノード電極及びカソード電極に密着する。そして，セパレータ１６は，膜−電極アセンブリ１２のアノード電極及びカソード電極にそれぞれ密着する密着面に，アノード電極に改質ガスを供給し，カソード電極に空気を供給するための流路チャンネル１７が形成されている。
【００５８】
それぞれのエンドプレート１３は，スタック１０の最外側にそれぞれ配置され，上記のようなセパレータ１６の機能があるとともに，複数の電気生成部１１を密着させる機能もある。それぞれのエンドプレート１３は，膜−電極アセンブリ１２のアノード電極及びカソード電極のいずれか一つの電極に密着する。そして，膜−電極アセンブリ１２に密着するエンドプレート１３の密着面には，上記いずれか一つの電極に改質ガス及び空気のなかでいずれかを供給するための流路チャンネル１７を形成することもできる。
【００５９】
そして，エンドプレート１３には，セパレータ１６の流路チャンネル１７に改質器２０で生成された改質ガスを注入するための管状の第１供給管１３ａと，上記流路チャンネル１７に空気を注入するための管状の第２供給管１３ｂと，複数の電気生成部１１で最終に反応しなくて残った水素ガスを排出させるための第１排出管１３ｃと，上記電気生成部１１で最終に反応しなくて残った空気を排出させるための第２排出管１３ｄとが設けられている。ここで，第１供給管１３ａは，第４供給ライン９４により，一酸化炭素低減部２７の反応容器２８の流出口２８ｂに連結できる。そして，第２供給管１３ｂは，第２供給ライン９２により，空気供給部４０の空気ポンプ４１に連結できる。
【００６０】
上記のように構成された本実施形態による燃料電池システムの動作を以下に詳細に説明する。
【００６１】
まず，燃料ポンプ３３を駆動することで，第１タンク３１に貯蔵された液状の燃料と第２タンク３２に貯蔵された水を，第１供給ライン９１を介して管路２２の流入口２２ａに供給する。すると，液状の燃料と水の混合燃料は管路２２の内部に流入される。
【００６２】
この際，上記管路２２は，ヒーティング部材２５の熱線２５ａから発散される熱により所定温度に加熱された状態にある。すなわち，上記熱線２５ａに電源（図示せず。）を印加すると，熱線２５ａから所定温度の熱が発生し，この熱が管路２２に伝達される。
【００６３】
したがって，上記混合燃料は，管路２２の内部に沿って流れながら熱により気化され，管路２２の素材自体により改質触媒反応を起こす。すると，管路２２内においては，改質触媒反応により，上記気化された流体から水素を豊富に含む改質ガスを発生する。そして，上記改質ガスは管路２２の流出口２２ｂを介して排出される。
【００６４】
ついで，管路２２の流出口２２ｂから排出される改質ガスを，第３供給ライン９３を介して一酸化炭素低減部２７の反応容器２８に供給する。この際，上記改質ガスは燃料ポンプ３３のポンピング力により反応容器２８に供給できる。すると，反応容器２８においては，水性ガス転換（Ｗａｔｅｒ−Ｇａｓ Ｓｈｉｆｔ Ｒｅａｃｔｉｏｎ：ＷＧＳ）触媒反応又は選択的酸化（Ｐｒｅｆｅｒｅｎｔｉａｌ ＣＯ Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ：ＰＲＯＸ）触媒反応により，上記改質ガスの一酸化炭素濃度が低減する。
【００６５】
ついで，一酸化炭素の濃度が低減された改質ガスを，第４供給ライン９４を介してスタック１０の第１供給管１３ａに供給する。この際，上記改質ガスは，燃料ポンプ３３のポンピング力により，スタック１０の第１供給管１３ａに供給できる。
【００６６】
これと同時に，空気ポンプ４１を駆動して，外部空気を，第２供給ライン９２を介してスタック１０の第２供給管１３ｂに供給する。
【００６７】
したがって，改質ガスがスタック１０の第１供給管１３ａを介して供給され，外部空気が第２供給管１３ｂを介して供給されると，スタック１０はつぎの反応式１のような反応により電気，熱及び水を生成する。
【００６８】
アノード電極（陰極）反応：Ｈ２→２Ｈ＋＋２ｅ―
カソード電極（陽極）反応：１／２Ｏ２＋２Ｈ＋＋２ｅ―→Ｈ２Ｏ
全体反応：Ｈ２＋１／２Ｏ２→Ｈ２Ｏ＋電流＋熱  ・・・（反応式１）
【００６９】
反応式１に示すように，セパレータ１６を介して膜−電極アセンブリ１２のアノード電極（陰極）に水素を含む改質ガスが供給され，カソード電極（陽極）に空気が供給され，上記改質ガスがアノード電極（陰極）に流れると，触媒層で水素が電子とプロトン（水素イオン）に分解される。プロトンが電解質膜を通して移動すると，やはり触媒の助けにより，カソード電極（陽極）で電子，酸素イオン及び移動したプロトンが合わせられて水を生成する。ここで，アノード電極（陰極）で生成された電子は電解質膜を通して移動し得なくて外部回路を介してカソード電極（陽極）に移動する。このような過程により，電気，水及び熱を生成する。
【００７０】
以上，添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが，本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば，特許請求の範囲に記載された範疇内において，各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり，それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【産業上の利用可能性】
【００７１】
本発明は，燃料電池システムに適用可能であり，特に改質器を有する燃料電池システムに適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明の実施形態にかかる燃料電池システムの全体構成を示す概略図である。
【図２】図１に示す改質部と熱源部の構造を示す分解斜視図である。
【図３】図２に示す改質部の断面図である。
【図４】図１に示すスタックの構造を示す分解斜視図である。
【符号の説明】
【００７３】
１０    スタック
１１    電気生成部
１２    膜−電極アセンブリ
１３    エンドプレート
１３ａ    第１供給管
１３ｂ    第２供給管
１３ｃ    第１排出管
１３ｄ    第２排出管
１６    セパレータ
１７    流路チャンネル
２０    改質器
２１    改質部
２２    管路
２２ａ    管路の流入口
２２ｂ    管路の流出口
２２ｃ    突起
２４    熱源部
２５    ヒーティング部材
２５ａ    熱線
２５ｂ    ヒーティングプレート
２７    一酸化炭素低減部
２８    反応容器
２８ａ    反応容器の流入口
２８ｂ    反応容器の流出口
３０    燃料供給部
３１    第１タンク
３２    第２タンク
３３    燃料ポンプ
４０    空気供給部
４１    空気ポンプ
９１    第１供給ライン
９２    第２供給ライン
９３    第３供給ライン
９４    第４供給ライン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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