(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
改質反応によりリフォーメートを生成する燃料改質器と、
該燃料改質器の流出口に連結され、前記リフォーメートを受けて前記リフォーメートに含まれている水分量を調節する気液セパレータと、
該気液セパレータの流出口に連結され、前記リフォーメートが通過する配管と、
該配管に結合され、前記リフォーメートから凝縮される水が外部に供給されることを防止する凝縮水除去装置と、
を備え、
前記凝縮水除去装置は、前記配管の一端に直列に連結されたバッファ容器を備え、
該バッファ容器は、所定の大きさの内部空間を備え、該内部空間の上部に位置し、前記配管が連結される流入口と、前記リフォーメートが流出する流出口とを備えることを特徴とする燃料電池用燃料供給装置。
【請求項２】
前記バッファ容器は、該バッファ容器の下部に位置する排水口と、当該排水口に結合された排水弁とをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池用燃料供給装置。
【請求項３】
前記バッファ容器の前記内部空間に貯蔵されている水の量を検出するレベルセンサと、
該レベルセンサから検出されたレベル情報に基づいて前記排水弁を制御する制御器と
をさらに備えることを特徴とする請求項２に記載の燃料電池用燃料供給装置。
【請求項４】
前記燃料改質器から流出する前記リフォーメートの温度を変換する熱交換器をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池用燃料供給装置。
【請求項５】
前記燃料改質器は、水蒸気改質触媒を含むことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池用燃料供給装置。
【請求項６】
燃料電池スタックと、
該燃料電池スタックに供給するリフォーメートを生成する燃料改質器と、
該燃料改質器と前記燃料電池スタックとの間に配置され、前記リフォーメートに含まれている水分量を調節するための気液セパレータと、
該気液セパレータと前記燃料電池スタックのアノード流入口とを連結し、前記リフォーメートが通過する配管と、
該配管に結合され、前記燃料電池スタックへの凝縮水の流入を遮断する凝縮水除去装置と、
を備え、
前記凝縮水除去装置は、前記配管の流出口付近に直列に結合されたバッファ容器を備え、
該バッファ容器は、所定の大きさの内部空間を備え、該内部空間の上部に位置し、前記配管が連結される流入口と、前記リフォーメートが流出する流出口とを備えることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項７】
前記バッファ容器は、該バッファ容器の下部に位置する排水口と、当該排水口に結合された排水弁とをさらに備えることを特徴とする請求項６に記載の燃料電池システム。
【請求項８】
前記バッファ容器の前記内部空間に貯蔵されている水の量を検出するレベルセンサと、
該レベルセンサから検出されたレベル情報に基づいて前記排水弁を制御する制御器と、
をさらに備えることを特徴とする請求項７に記載の燃料電池システム。
【請求項９】
前記燃料改質器から流出する前記リフォーメートの温度を変換する熱交換器をさらに備えることを特徴とする請求項６に記載の燃料電池システム。
【請求項１０】
前記燃料改質器は、水蒸気改質触媒を含むことを特徴とする請求項６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、リフォーメートから生成された凝縮水が燃料電池スタックに供給されることを防止することができる燃料電池用燃料供給装置及びこれを用いた燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、燃料と酸化剤との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する装置である。燃料電池は、駆動装置がないため、タービン発電機に比べて効率が高い上に、大気汚染、振動、騒音のような環境問題を誘発しないことから、次世代発電技術として注目されている。
【０００３】
燃料電池は、電解質の種類により、リン酸型燃料電池、アルカリ型燃料電池、高分子電解質型燃料電池、溶融炭酸塩型燃料電池、固体酸化物型燃料電池などに区分される。各燃料電池は、基本的に同じ原理により作動するが、燃料の種類、運転温度、触媒や電解質が互いに異なる。このような燃料電池は、産業用、家庭用、レジャー用などの様々な用途で研究開発されている。特に、一部の燃料電池は、自動車、船舶などのような移動手段の電源供給装置として盛んに研究開発されている。
【０００４】
前述の燃料電池のうち、高分子電解質型燃料電池（ＰＥＭＦＣ：ｐｏｌｙｍｅｒ  ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ  ｍｅｍｂｒａｎｅ  ｆｕｅｌ  ｃｅｌｌ）は、液体電解質でない固体高分子膜を電解質として用い、リン酸型燃料電池に比べて出力特性がはるかに高く、作動温度が低いという特徴がある。さらに高分子電解質型燃料電池は、早い始動及び応答特性を備え、携帯用電子機器の電源のような移動用電源や、ヨットのような輸送手段用電源はいうまでもなく、住宅、公共建物の静止型発電所のような分散用電源など、その応用範囲が広いという長所がある。
【０００５】
高分子電解質型燃料電池は、大別して２つの構成要素に区分することができるが、その１つはスタック部であり、もう１つはシステム及び運転部である。スタックは、アノード電極触媒、カソード電極触媒、及びこれら電極触媒の間に挿入される電解質からなる膜電極アセンブリを備え、燃料と酸化剤とを電気化学的に反応させて直接電気を生産する。また、スタックは、複数の膜電極アセンブリを積層して作製可能であるが、このような積層型スタックの場合、膜電極アセンブリの間にはセパレータが配置される。システム及び運転部は、燃料供給部、酸化剤供給部、熱交換器、電力変換部、制御器などを備えることにより、スタックの運転を制御する。
【０００６】
前述の高分子電解質型燃料電池は、水素燃料の代わりに改質ガス（リフォーメート）を用いることができる。リフォーメートは、本来、燃料と水とを用いた改質反応により生成されるため、相当量の水蒸気を含む。そのため、リフォーメートが燃料電池スタックのアノードに供給される過程において、水蒸気を別途に加える加湿装置を省略することができる。ただし、適切な加湿量に調整するために、熱交換器と気液セパレータを用いて水分の一部を分離する工程が必要となる。このような過程で気液セパレータから流出するリフォーメートは、相変らず一定温度を有し、その温度に相応する水準で水分を含む。
【０００７】
しかし、気液セパレータとスタックとを連結する配管は、配管自体の熱交換特性を有する。そのため、配管を通過するリフォーメートは冷却され、リフォーメートに含まれている水蒸気は凝縮される。前記凝縮された水がスタックの内部に流入する場合、スタックの下部に水が流れるかまたは溜まることになる。それは、スタック内の燃料チャネルを塞ぐフラッディングを誘発し、スタックの一部のセルが逆電圧を発生させる原因になる。このような現象が繰り返される場合、スタックの性能が急激に低下し得る。
【０００８】
【特許文献１】特開２００６−３５１２９３号公報
【特許文献２】特開２００５−０６０１７２号公報
【特許文献３】大韓民国実用登録第０４３６７４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、リフォーメートから生成された凝縮水が燃料電池スタックに供給されることを防止することができる燃料電池用燃料供給装置を提供することである。
【００１０】
本発明の他の目的は、前記燃料供給装置を用いることにより、システムの安定性及び信頼性を向上させることができる燃料電池システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、改質反応によりリフォーメートを生成する燃料改質器と、燃料改質器の流出口に連結され、リフォーメートを受けてリフォーメートに含まれている水分量を調節する気液セパレータと、気液セパレータの流出口に連結され、リフォーメートが通過する配管と、配管に結合され、リフォーメートから凝縮される水が外部に供給されることを防止する凝縮水除去装置とを備える燃料電池用燃料供給装置が提供される。
【００１２】
また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、燃料電池スタックと、燃料電池スタックに供給するリフォーメートを生成する燃料改質器と、燃料改質器と燃料電池スタックとの間に配置され、リフォーメートに含まれている水分量を調節するための気液セパレータと、気液セパレータと燃料電池スタックのアノード流入口とを連結し、リフォーメートが通過する配管と、配管に結合され、燃料電池スタックに凝縮水が流入することを遮断する凝縮水除去装置とを備える燃料電池システムが提供される。
【００１３】
前記凝縮水除去装置は、配管の一端に直列に連結されたバッファ容器を備えることができる。該バッファ容器は、所定の大きさの内部空間を備え、該内部空間の上部に位置し、配管が連結される流入口と、リフォーメートが流出する流出口とを備えることができる。また、前記バッファ容器は、該バッファ容器の下部に位置する排水口と、排水口に結合された排水弁とをさらに備えることができる。
【００１４】
前記燃料電池用燃料供給装置は、バッファ容器の内部空間に貯蔵されている水の量を検出するレベルセンサと、レベルセンサから検出されたレベル情報に基づいて排水弁を制御する制御器とをさらに備えることができる。
【００１５】
前記凝縮水除去装置は、配管を囲む断熱部材を含むことができる。
【００１６】
前記配管は、流入口、傾斜通路、及び流出口を備え、前記配管の流入口は、下部に向かって開放され、前記配管の流出口は、上部に向かって開放され、前記傾斜通路は、流入口から流出口に向かって上り坂となっている。前記断熱部材は、有機質材料または無機質材料からなることができる。
【００１７】
前記燃料電池用燃料供給装置は、燃料改質器から流出するリフォーメートの温度を変換する熱交換器をさらに備えることができる。
【００１８】
前記燃料電池用燃料供給装置は、配管と断熱部材との間に位置する温度センサと、温度センサから検出された温度に基づいて熱交換器の動作を制御する制御器とをさらに備えることができる。
【００１９】
前記燃料改質器は、水蒸気改質装置を含むことができる。
【００２０】
前記燃料電池スタックは、高分子電解質型燃料電池方式のスタックを含むことができる。
【発明の効果】
【００２１】
以上説明したように本発明によれば、燃料電池スタックに水が流入することを防止することができる。したがって、燃料電池システムのアノードフラッディングを防止することができ、さらに、安定したスタック運転が可能であり、システム運転の安定性及び信頼性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
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。また、以下の実施形態は、本技術分野における通常の知識を有する者に本発明を十分に理解させるためのものであり、本発明の説明において、関連する公知機能等については、その詳細な説明は省略する。
【００２３】
また、本発明の実施形態を明確に説明するため、実施形態の説明と関係ない部分については図面では省略する。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。さらに、図面における各要素の厚さや大きさは、説明の便宜性及び明確性のために拡大されることがあり、これらに限定されるものではない。明細書全体において２つの構成要素が連結されたということは、直接的な連結だけでなく、他の構成要素を介在した連結も含む。また、明細書全体において燃料電池スタックという用語を使っているが、これは、便宜のためであって、燃料電池スタックは、積層型スタックまたは平板型スタックを含むこともできる。
【００２４】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る燃料電池用燃料供給装置を用いた燃料電池システムのブロック図である。
【００２５】
同図に示すように、燃料電池システムは、燃料供給装置１０と、燃料供給装置１０から供給されるリフォーメートと酸化剤との電気化学反応により電気エネルギーを生成する燃料電池スタック１００とを備える。リフォーメートは、アノード流入口１１２を介して燃料電池スタック１００に供給され、酸化剤は、カソード流入口１１４を介して燃料電池スタック１００に供給される。電気化学反応に使用されずに残留したリフォーメート、酸化剤、及び電気化学反応による副生成物は、アノード流出口１１６及びカソード流出口１１８を介して排出される。リフォーメートを生成するための原料としては、天然ガス、メタノール、エタノールなどが使用可能である。
【００２６】
燃料電池スタック１００は、基本的にアノード電極触媒、カソード電極触媒、及びこれら電極触媒の間に挿入される電解質からなる膜電極アセンブリを備える。燃料電池スタック１００は、複数の膜電極アセンブリを積層して作製作可能であるが、このような積層型スタックの場合、膜電極アセンブリの間にはセパレータが配置される。
【００２７】
一方、図１では、便宜上、燃料電池スタック１００の下部にアノード流入口１１２及びカソード流入口１１４を配置し、燃料電池スタック１００の上部にアノード流出口１１６及びカソード流出口１１８を配置した。しかし、本実施形態において、燃料電池スタック１００のアノード流入口１１２、カソード流入口１１４、アノード流出口１１６、及びカソード流出口１１８は、燃料電池スタック１００を略六面体形状として仮定すると、バッファ容器６０と結合する下部の一面に全て配置可能である。
【００２８】
前述の燃料電池システムの電気化学反応を簡略に表すと、下記式１〜３のようになる。
【００２９】
（反応式１）
アノード：Ｈ２（ｇ）→２Ｈ＋＋２ｅ−
【００３０】
（反応式２）
カソード：１／２Ｏ２（ｇ）＋２Ｈ＋＋２ｅ−→Ｈ２Ｏ（ｌ）
【００３１】
（反応式３）
全体：Ｈ２（ｇ）＋１／２Ｏ２（ｇ）→Ｈ２Ｏ（ｌ）＋電気エネルギー＋熱
【００３２】
一方、リフォーメートは、通常、燃料と水とを用いた水蒸気の改質過程により生成された後、燃料電池スタック１００に供給される。このとき、水蒸気を含むリフォーメートの温度は、移送配管上で温度が低下し得る。すると、リフォーメートに含まれている水蒸気の一部が凝縮され、凝縮された水は、リフォーメートと共に燃料電池スタック１００に供給される場合がある。前述の場合、燃料電池スタック１００の内部に流入した凝縮水は、スタック１００の下部に配置された一部のセルにおいて電圧低下現象及び逆電圧現象を発生し得る。したがって、本実施形態に係る燃料電池システムは、移送配管上で凝縮された水が燃料電池スタック１００に流入しないように凝縮水除去装置を備える燃料電池用燃料供給装置１０を用いる。
【００３３】
本実施形態において、凝縮水除去装置は、バッファ容器６０を備える。以下に、本実施形態に係る燃料電池用燃料供給装置１０を詳細に説明する。
【００３４】
燃料電池用燃料供給装置１０は、燃料電池スタック１００に供給するリフォーメートを生成する燃料改質器２０と、燃料改質器２０から流出するリフォーメートの温度を変換する熱交換器３０と、熱交換器３０から流出するリフォーメートの水分量を調節する気液セパレータ４０と、気液セパレータ４０と燃料電池スタック１００とを連結する配管５０と、配管５０を通過しながらリフォーメートの温度変化により生成された凝縮水を貯蔵するバッファ容器６０とを備える。
【００３５】
燃料改質器２０は、燃料電池スタック１００に適した最適な燃料である水素を供給するための装置である。燃料改質器２０は、天然ガス、ガソリン、メタノールなどの原料を改質して水素リッチリフォーメートを生成する。燃料改質器２０は、水蒸気改質、部分酸化改質、自熱改質、またはこれらの組み合わせで行われる改質反応のための触媒工程を含むことができる。また、燃料改質器２０は、リフォーメート原料中の一酸化炭素や硫黄などの不純物を除去するための触媒工程を含むことができる。前述の触媒工程は、水性ガスシフト（ＷＧＳ：Ｗａｔｅｒ  Ｇａｓ  Ｓｈｉｆｔ）のための触媒工程、選択的酸化（ｐｒｅｆｅｒｅｎｔｉａｌ  ｏｘｉｄａｔｉｏｎ）のための触媒工程を含む。
【００３６】
熱交換器３０は、燃料電池システムの運転時に発生する熱を変換する装置である。熱交換器３０は、燃料電池スタック１０、モータ、各種制御器などが一定の温度で作動するように機能することができる。特に、本実施形態に係る熱交換器３０は、燃料改質器２０の流出口２２から流出するリフォーメートの温度を既設定の温度に変換し、熱交換されたリフォーメートを気液セパレータ４０に供給する。
【００３７】
熱交換されたリフォーメートは、流入口４２を介して気液セパレータ４０に供給される。気液セパレータ４０において、リフォーメートは、現在の温度による飽和水蒸気量だけの水分を含み、流出口４４から流出する。気液セパレータ４０は、所定の大きさの内部空間を有するチャンバと、該チャンバに所定レベルで満たされた水とを含む。
【００３８】
気液セパレータ４０の流出口４４から流出したリフォーメートは、配管５０を介して燃料電池スタック１００のアノード流入口１１２に供給される。このとき、配管５０を通るリフォーメートは、配管５０との温度差により冷却され、冷却された温度だけ凝縮水を発生させる。
【００３９】
バッファ容器６０は、配管５０の一端に所定の大きさの内部空間を有して直列に連結される。すなわち、バッファ容器６０は、所定の大きさの内部空間６１を備え、その上部に位置し、配管５０が連結される流入口６２ａと、前記内部空間６１に流入したリフォーメートが流出する流出口６２ｂとを備える。バッファ容器６０の流出口６２ｂは、燃料電池スタック１００の下部に配置されたアノード流入口１１２に当接して直接連結されるか、またはパイプカップリングのような短い連結配管を介して隣接して結合され得る。本明細書において、上部及び下部という用語は、概略的に重力方向を基準として使われている。
【００４０】
また、バッファ容器６０は、チャンバの下部に位置する排水口６２ｃと、排水口６２ｃの孔径を調節可能な排水弁６４とを備える。また、バッファ容器６０の内部には、レベルセンサ６６が設けられてもよい。レベルセンサ６６は、バッファ容器６０の下部に位置し、バッファ容器６０の内部空間６１に貯蔵される水の量を検出する。
【００４１】
制御器７０は、レベルセンサ６６から検出されたレベル信号を、入力ポートを介して受信し、受信したレベル信号によりバッファ容器６０に貯蔵された水のレベルを感知する。制御器７０の入力ポートは、アナログデジタルコンバータを備えることができる。制御器７０は、マイクロプロセッサまたはフリップフロップを用いた論理回路で実現可能である。
【００４２】
また、制御器７０は、感知した水のレベルが既設定の基準レベルより高い場合、排水弁６４を制御してバッファ容器６０に貯蔵された水を外部に放出する。
【００４３】
図２ａは、比較例の燃料電池システムにおける出力変化を示すグラフである。また、図２ｂは、本発明の燃料電池システムにおける出力変化を示すグラフである。
【００４４】
図２ａに示すように、比較例の燃料電池システムは、運転の進行に伴い、スタックの性能が順次減少する傾向をみせている。図２ａに示す例では、燃料電池スタックは、初期においては約３３２Ｗであり、４時間経過するとその性能の減少が顕著になり、７時間後には、その出力が約３１０Ｗに低下していることがわかる。スタックの性能の低下により、システムの出力も、初期における約２３３Ｗから、７時間経過後には約１８０Ｗに低下していることがわかる。このような性能の低下の主要因の１つとして、リフォーメートと共に燃料電池スタックの内部に凝縮水が流入することが挙げられる。これに対し、本実施形態に係る燃料電池用燃料供給装置１０は、凝縮水が燃料電池スタック内に流入しないように、アノード流入口に連結される従来の配管に直列に凝縮水除去装置を設けている。凝縮水除去装置が設けられた燃料電池用燃料供給装置１０を含む燃料電池システムを作動させた後、燃料電池スタックの出力を測定した結果について以下説明する。
【００４５】
図２ｂに示すように、本実施形態に係る燃料電池システムは、長時間の運転でもスタックの性能が維持される傾向をみせている。図２ｂに示すように、運転初期の約７時間の間は、凝縮水除去装置を作動させなかったため、スタックの性能が次第に減少していることがわかる。しかし、凝縮水除去装置を作動させると、スタックの性能は直ちに回復し、長時間維持されていることがわかる。
【００４６】
本実施形態によれば、燃料電池スタック１００に流入する凝縮水を効果的に除去することができる。したがって、燃料電池スタックの性能を維持しつつ、燃料電池システムの長時間にわたる安定的な運転を可能にする。また、燃料電池スタック１００内に流入した凝縮水によりスタックに悪影響を及ぼすことを防止することができ、燃料電池システムの安定性及び信頼性を向上させることができる。
【００４７】
（第２実施形態）
図３は、本発明の第２実施形態に係る燃料電池用燃料供給装置１０ａを用いた燃料電池システムのブロック図である。図４は、図３における燃料電池システムの主要部の詳細断面図である。
【００４８】
図３に示すように、燃料電池システムは、燃料と酸化剤との電気化学反応により電気エネルギーを生成する燃料電池スタック１００と、燃料電池スタック１００に燃料としてリフォーメートを供給する燃料供給装置１０ａとを備える。
【００４９】
本実施形態に係る燃料電池システムは、前述の第１実施形態に係る燃料電池システムと比較すると、別の構造の凝縮水除去装置を備えた燃料供給装置１０ａを備えることを主な特徴とする。
【００５０】
具体的に各構成要素を説明すると、燃料電池スタック１００は、アノード流入口１１２と、カソード流入口１１４と、アノード流出口１１６と、カソード流出口１１８とを備える。図３では、便宜上、アノード流入口１１２とカソード流入口１１４とをスタック１００の下部の一面に配置し、アノード流出口１１６とカソード流出口１１８とをスタック１００の上部の一面に配置した。ここで、スタック１００の下部の一面は、配管５０ａが連結される第１側面を表し、スタック１００の上部の一面は、第１側面に略対向する第２側面を表す。
【００５１】
一方、本実施形態に係る燃料電池スタック１００のアノード流入口１１２、カソード流入口１１４、アノード流出口１１６、及びカソード流出口１１８は、スタック１００の下部の一面に全て配置することもできる。この場合、燃料電池スタック１００の内部に積層された複数のセルは、下部から順に第１セルから第ｎセルとして称することができる。
【００５２】
燃料供給装置１０ａは、原料を水蒸気改質してリフォーメートを生成する燃料改質器２０と、燃料改質器２０から流出するリフォーメートの温度を変換する熱交換器３０と、熱交換器３０から流出するリフォーメートの水分量を調節する気液セパレータ４０と、気液セパレータ４０と燃料電池スタック１００とを連結する配管５０ａと、配管５０ａを囲む断熱部材６０ａとを備える。断熱部材６０ａは、例えば、コルク、錦、ゴムなどの有機質材料や、例えば、炭酸マグネシウム粉末、珪酸カルシウムなどの無機質材料からなることができる。
【００５３】
特に、断熱部材６０ａで囲まれた配管５０ａは、配管の流入口と流出口との間に傾斜通路６３を備える。配管の流入口は、気液セパレータの流出口４４に連結され、配管の流出口は、燃料電池スタック１００のアノード流入口１１２に連結される。
【００５４】
傾斜通路６３は、図４に示すように、重力方向Ｆｇに直交する水平方向を基準として配管５０ａの流入口から流出口に向かって上り坂となっている部分をいう。すなわち、傾斜通路６３は、重力方向Ｆｇに直交する水平方向に対して所定角度θだけ傾いている配管５０ａの中間部分を含む。前述の傾斜通路６３は、特に、燃料電池システムの運転中にシステムがしばらく停止したときや、運転停止したとき、配管５０ａで凝縮された水が気液セパレータ４０側に流れるのに有用である。
【００５５】
つまり、本実施形態に係る凝縮水除去装置を用いると、気液セパレータ４０と燃料電池スタック１００のアノード流入口１１２とを連結する配管５０ａを断熱部材６０ａで囲み、それにより、配管５０ａを通過するリフォーメートから水蒸気が凝縮することを抑制する。また、断熱部材６０ａで配管５０ａを囲んだにもかからずリフォーメートの配管５０ａへの通過時に配管５０ａ内で凝縮水が生成された場合も、凝縮水を気液セパレータ４０側に再流出させることにより、燃料電池スタック１００に凝縮水が流入することを防止する。
【００５６】
また、本実施形態に係る燃料電池システムは、配管５０ａと断熱部材６０ａとの間に配置される温度センサ６７と、温度センサ６７から検出された温度信号ＤＳに基づいて熱交換器３０の動作を制御する制御器７０ａとを備えることができる。温度センサ６７は、サーミスタ、抵抗温度検出器、熱電対、半導体温度センサなどから選択される少なくともいずれか１つを含むことができる。
【００５７】
また、本実施形態は、断熱処理された配管５０ａの温度を測定することにより、現在、燃料電池スタック１００に供給されるリフォーメートの温度を予測することができる。さらに、予測されたリフォーメートの温度をもとに燃料電池スタック１００に最適な温度のリフォーメートが供給されるように熱交換器を制御することができるという利点がある。
【００５８】
図５ａは、比較例の燃料電池システムの各セルの性能を示すグラフである。図５ｂは、本発明の燃料電池システムの各セルの性能を示すグラフである。比較例の燃料電池システムは、図４における燃料電池システムの凝縮水除去装置のような断熱部材を備えていない。
【００５９】
図５ａに示すように、凝縮水除去装置を用いていない比較例の燃料電池システムにおいて、大部分のセルは、０．６７Ｖまたは０．６８Ｖの電圧を示しているのに対し、第１セル、第２セル、及び第３セルは、それぞれ０．２５Ｖ、０．２６Ｖ、及び０．２５Ｖの電圧を示している。ここで、第１セル〜第３セルは、３０個のセルのうちスタックの下部に位置するアノード流入口に最も隣接して配置されたセルを表す。このような第１セル〜第３セルは、運転時間が長引くと、逆電圧を発生しやすくなる。第１セル〜第３セルのセル電圧が低い主な理由は、スタックのアノード流入口にリフォーメートと共に配管で生成された凝縮水が流入したからである。
【００６０】
一方、図５ｂに示すように、本実施形態に係る燃料電池システムにおいて、全てのセルのセル電圧がほぼ均一に０．６７Ｖ〜０．６９Ｖの電圧を示している。特に、燃料電池スタック１００の下部に位置する第１セル、第２セル、及び第３セルの電圧が低下しなかった。すなわち、これら第１セル〜第３セルでの逆電圧の発生を防止することができた。
【００６１】
このように、本実施形態によれば、５０℃〜６０℃程度の低温のリフォーメートを燃料として使用する高分子電解質型燃料電池システムにおいて、アノード流入口を介して凝縮水が燃料電池スタックに流入することを防止することができる。したがって、燃料電池スタックの性能を維持しつつ、燃料電池システムの長時間にわたる安定的な運転を可能にする。また、燃料電池スタック内に流入した凝縮水によりスタックに悪影響が及ぶことを防止することができ、燃料電池システムの安定性及び信頼性を向上させることができる。
【００６２】
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詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、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、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明の第１実施形態に係る燃料電池用燃料供給装置１０を用いた燃料電池システムのブロック図である。
【図２ａ】比較例の燃料電池システムにおける出力変化を示すグラフである。
【図２ｂ】本発明の燃料電池システムにおける出力変化を示すグラフである。
【図３】本発明の第２実施形態に係る燃料電池用燃料供給装置１０ａを用いた燃料電池システムのブロック図である。
【図４】図３における燃料電池システムの主要部の断面図である。
【図５ａ】比較例の燃料電池システムの各セルの性能を示すグラフである。
【図５ｂ】本発明の燃料電池システムの各セルの性能を示すグラフである。
【符号の説明】
【００６４】
１０    燃料供給装置
２０    燃料改質器
３０    熱交換器
４０    気液セパレータ
５０    配管
６０    バッファ容器
７０    制御器
１００    燃料電池スタック
【図１】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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