JP2003017098A - 燃料電池システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 水素極排ガスを燃焼させて原料ガス等の加湿
を行う上記燃料電池システムにおいて、給湯を可能とす
る。 【解決手段】 燃料電池システムに水循環路（65）を設
ける。水循環路（65）には、第１熱交換器（71）と第２
熱交換器（74）とを接続する。第１熱交換器（71）で
は、燃料電池（10）の排熱が熱媒水に付与される。第２
熱交換器（74）へは、燃焼器（51）で水素極排ガスを燃
焼させて得た燃焼ガスが導入される。第２熱交換器（7
4）では、水素極排ガスの燃焼熱が熱媒水に付与され
る。第１熱交換器（71）及び第２熱交換器（74）で加熱
された熱媒水は、貯湯タンク（67）に温水として蓄えら
れる。また、ガス加湿器（40）へは、第２熱交換器（7
4）で放熱した燃焼ガスを供給する。

Description

【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
に関し、特に、発電と排熱による給湯との両方を行うも
のに係る。

【０００２】

【従来の技術】従来より、米国特許６００７９３１に開
示されているように、燃料電池と改質装置とを組み合わ
せた燃料電池システムが知られている。この燃料電池シ
ステムでは、改質装置で原料ガスを改質して燃料ガスを
製造し、得られた燃料ガスを燃料電池の水素極側のガス
通路へ供給している。また、水素極側のガス通路から排
出された水素極排ガスを燃焼させ、その燃焼熱で水を加
熱して水蒸気を発生させている。この水蒸気は、原料ガ
スに混入されて改質装置へ送られ、原料ガスの改質に利
用される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
燃料電池システムは、主として車載用を対象としたもの
であり、排熱を利用した給湯については何ら考慮されて
いなかった。一方、上記の燃料電池システムを住宅やビ
ルディングに設置して個別分散型の発電システムとして
用いる場合には、排熱を利用して給湯を行うコジェネレ
ーションシステムとすることにより、システム全体のエ
ネルギ効率を高めることが求められる。

【０００４】本発明は、かかる点に鑑みてなされたもの
であり、その目的とするところは、水素極排ガスを燃焼
させて原料ガス等の加湿を行う上記燃料電池システムに
おいて、給湯を可能とすることにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明が講じた第１の解
決手段は、燃料電池システムを対象とし、供給された原
料ガスを改質して燃料ガスを製造する改質装置（30）
と、酸化剤ガスが酸素極側のガス通路（11）へ供給され
且つ上記改質装置（30）で製造された燃料ガスが水素極
側のガス通路（12）へ供給される燃料電池（10）と、上
記燃料電池（10）の水素極側のガス通路（12）から排出
された水素極排ガスを燃焼させて燃焼ガスを生成する燃
焼部（51）と、給湯用の温水を生成するために上記燃焼
ガスから熱回収を行う熱回収手段（70）と、上記熱回収
手段（70）で熱回収された燃焼ガスから水蒸気透過膜
（41）によって分離された水蒸気を利用して少なくとも
上記原料ガスを加湿するガス加湿手段（45）とを備える
ものである。

【０００６】本発明が講じた第２の解決手段は、燃料電
池システムを対象とし、供給された原料ガスを改質して
燃料ガスを製造する改質装置（30）と、酸化剤ガスが酸
素極側のガス通路（11）へ供給され且つ上記改質装置
（30）で製造された燃料ガスが水素極側のガス通路（1
2）へ供給される燃料電池（10）と、上記燃料電池（1
0）の水素極側のガス通路（12）から排出された水素極
排ガスを燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼部（51）
と、上記燃焼ガスから水蒸気透過膜（41）によって分離
された水蒸気を利用して少なくとも上記原料ガスを加湿
するガス加湿手段（45）と、給湯用の温水を生成するた
めに上記改質装置（30）から熱回収する熱回収手段（7
0）とを備えるものである。

【０００７】本発明が講じた第３の解決手段は、上記第
２の解決手段において、熱回収手段（70）は、燃焼部
（51）からガス加湿手段（45）へ送られる燃焼ガスから
も熱回収するように構成されるものである。

【０００８】本発明が講じた第４の解決手段は、上記第
１又は第２の解決手段において、ガス加湿手段（45）へ
送られる燃焼ガスの温度が所定値となるように上記熱回
収手段（70）が燃焼ガスから回収する熱量を調節する調
節手段（91）を備えるものである。

【０００９】本発明が講じた第５の解決手段は、上記第
２又は第３の解決手段において、改質装置（30）は、改
質器（33）、変成器（34）、ＣＯ除去器（35）の順にガ
スを流通させて燃料ガスを製造するように構成され、熱
回収手段（70）は、上記改質器（33）、又は該改質器
（33）を出て上記変成器（34）へ送られるガスから熱回
収するように構成される一方、上記変成器（34）へ流入
するガスの温度が所定値となるように上記熱回収手段
（70）が回収する熱量を調節する調節手段（92）を備え
るものである。

【００１０】本発明が講じた第６の解決手段は、上記第
２又は第３の解決手段において、改質装置（30）は、改
質器（33）、変成器（34）、ＣＯ除去器（35）の順にガ
スを流通させて燃料ガスを製造するように構成され、熱
回収回路は、上記変成器（34）、又は該変成器（34）を
出て上記ＣＯ除去器（35）へ送られるガスから熱回収す
るように構成される一方、上記ＣＯ除去器（35）へ流入
するガスの温度が所定値となるように上記熱回収手段
（70）が回収する熱量を調節する調節手段（92）を備え
るものである。

【００１１】本発明が講じた第７の解決手段は、上記第
２又は第３の解決手段において、改質装置（30）は、改
質器（33）、変成器（34）、ＣＯ除去器（35）の順にガ
スを流通させて燃料ガスを製造するように構成され、熱
回収回路は、上記ＣＯ除去器（35）、又は該ＣＯ除去器
（35）を出て燃料電池（10）へ送られる燃料ガスから熱
回収するように構成される一方、上記燃料電池（10）へ
流入する燃料ガスの温度が所定値となるように上記熱回
収手段（70）が回収する熱量を調節する調節手段（92）
を備えるものである。

【００１２】本発明が講じた第８の解決手段は、上記第
１又は第２の解決手段において、熱回収手段（70）は、
燃料電池（10）からも熱回収するように構成されるもの
である。

【００１３】本発明が講じた第９の解決手段は、上記第
１又は第３の解決手段において、燃料電池（10）の酸素
極側のガス通路（11）から酸素極排ガスが排出される一
方、熱回収手段（70）は、空気又は上記酸素極排ガスを
改質装置（30）の排熱により加熱して燃焼部（51）へ供
給するように構成されるものである。

【００１４】−作用− 上記第１，第２の解決手段では、改質装置（30）が原料
ガスの改質によって水素主体の燃料ガスを製造する。得
られた燃料ガスは、燃料電池（10）の水素極側のガス通
路（12）へ供給される。また、燃料電池（10）の酸素極
側のガス通路（11）へは、酸素を含む空気等が酸化剤ガ
スとして供給される。燃料電池（10）では、燃料ガス中
の水素を酸化する電池反応が行われる。水素極側のガス
通路（12）からは、未反応の水素を含む水素極排ガスが
排出される。この水素極排ガスは、燃焼部（51）へ送ら
れる。

【００１５】燃焼部（51）では、水素極排ガス中の水素
が燃焼し、高温の燃焼ガスが生成する。この燃焼ガスに
は、水素の燃焼により生じた水蒸気が含まれている。燃
焼ガス中の水蒸気は、ガス加湿手段（45）において水蒸
気透過膜（41）を透過し、燃焼ガスから分離される。ガ
ス加湿手段（45）は、燃焼ガスから分離した水蒸気を利
用して、少なくとも原料ガスの加湿を行う。従って、改
質装置（30）へは、水蒸気を含んだ原料ガスが供給さ
れ、この水蒸気が原料ガスの改質に利用される。

【００１６】そして、上記第１の解決手段では、熱回収
手段（70）が燃焼部（51）で生成した燃焼ガスから排熱
を回収する。熱回収手段（70）による熱回収は、給湯用
の温水を得るために行われる。熱回収手段（70）は、例
えば、燃焼ガスと水とを熱交換させて温水を生成し、あ
るいは燃焼ガスで加熱した熱媒体と水とを熱交換させて
温水を生成する。本解決手段において、ガス加湿手段
（45）へは、熱回収手段（70）によって熱回収された後
の燃焼ガスが送られる。つまり、ガス加湿手段（45）へ
は、熱回収されて温度の低下した燃焼ガスが供給され
る。

【００１７】また、上記第２の解決手段では、熱回収手
段（70）が改質装置（30）から排熱を回収する。熱回収
手段（70）による熱回収は、給湯用の温水を得るために
行われる。熱回収手段（70）は、例えば、改質装置（3
0）を流れるガスと水とを熱交換させて温水を生成し、
あるいは改質装置（30）の排熱で加熱した熱媒体と水と
を熱交換させて温水を生成する。

【００１８】上記第３の解決手段では、改質装置（30）
からだけでなく、燃焼部（51）で生成した燃焼ガスから
も熱回収手段（70）が排熱を回収する。熱回収手段（7
0）は、例えば、燃焼ガスと水とを熱交換させて温水を
生成し、あるいは燃焼ガスで加熱した熱媒体と水とを熱
交換させて温水を生成する。本解決手段において、ガス
加湿手段（45）へは、熱回収手段（70）によって熱回収
された後の燃焼ガスが送られる。つまり、ガス加湿手段
（45）へは、熱回収されて温度の低下した燃焼ガスが供
給される。

【００１９】上記第４の解決手段では、調節手段（91）
が熱回収手段（70）で燃焼ガスから回収される熱量を適
宜調節する。例えば、熱回収手段（70）が循環する熱媒
体によって燃焼ガスから熱回収するように構成されてい
る場合、調節手段（91）は、熱媒体の循環量を増減する
ことで回収熱量を変化させる。この調節手段（91）によ
る回収熱量の調節は、ガス加湿手段（45）へ送られる燃
焼ガスの温度を所定値とするために行われる。

【００２０】上記第５，第６，第７の解決手段では、改
質装置（30）において、改質器（33）、変成器（34）、
ＣＯ除去器（35）の順にガスが流れる。改質装置（30）
へ供給された原料ガスは、改質器（33）へ導入される。
改質器（33）では、水蒸気改質反応等によって原料ガス
から水素（Ｈ₂）が製造される。改質器（33）から出た
ガスは、変成器（34）へ送られる。変成器（34）では、
シフト反応によって一酸化炭素（ＣＯ）とＨ₂Ｏから水
素が製造される。変成器（34）から出たガスは、ＣＯ除
去器（35）へ送られる。ＣＯ除去器（35）では、ガス中
の一酸化炭素が酸化されて二酸化炭素（ＣＯ₂）とな
る。そして、ＣＯ除去器（35）から出たガスが、燃料ガ
スとして燃料電池（10）へ供給される。

【００２１】そして、上記第５の解決手段では、改質装
置（30）における改質器（33）の排熱、又は改質器（3
3）から変成器（34）へ送られるガスの排熱が、熱回収
手段（70）によって回収される。この熱回収手段（70）
が回収する排熱量は、調節手段（92）によって適宜増減
される。改質器（33）から変成器（34）へは、熱回収手
段（70）で熱回収されて温度の低下したガスが送られ
る。調節手段（92）による回収熱量の調節は、変成器
（34）へ送られるガスの温度が所定値となるように行わ
れる。

【００２２】上記第６の解決手段では、改質装置（30）
における変成器（34）の排熱、又は変成器（34）からＣ
Ｏ除去器（35）へ送られるガスの排熱が、熱回収手段
（70）によって回収される。この熱回収手段（70）が回
収する排熱量は、調節手段（92）によって適宜増減され
る。変成器（34）からＣＯ除去器（35）へは、熱回収手
段（70）で熱回収されて温度の低下したガスが送られ
る。調節手段（92）による回収熱量の調節は、ＣＯ除去
器（35）へ送られるガスの温度が所定値となるように行
われる。

【００２３】上記第７の解決手段では、改質装置（30）
におけるＣＯ除去器（35）の排熱、又はＣＯ除去器（3
5）から燃料電池（10）へ送られる燃料ガスの排熱が、
熱回収手段（70）によって回収される。この熱回収手段
（70）が回収する排熱量は、調節手段（92）によって適
宜増減される。ＣＯ除去器（35）から燃料電池（10）へ
は、熱回収手段（70）で熱回収されて温度の低下した燃
料ガスが送られる。調節手段（92）による回収熱量の調
節は、燃料電池（10）へ送られる燃料ガスの温度が所定
値となるように行われる。

【００２４】上記第８の解決手段では、熱回収手段（7
0）が燃料電池（10）の排熱をも回収する。回収された
燃料電池（10）の排熱は、給湯用の温水を生成するため
に利用される。

【００２５】上記第９の解決手段では、熱回収手段（7
0）が空気や酸素極排ガスを利用して改質装置（30）の
排熱を回収する。改質装置（30）の排熱によって加熱さ
れた空気又は酸素極排ガスは、燃焼部（51）へ供給され
る。そして、空気や酸素極排ガスに含まれる酸素が、水
素極排ガス中の水素を燃焼させるために用いられる。空
気や酸素極排ガスが回収した改質装置（30）の排熱は、
燃焼ガスの排熱の一部として回収され、給湯用の温水を
生成するために利用される。

【００２６】

【発明の効果】本発明によれば、燃料電池システムに熱
回収手段（70）を設けているため、燃焼ガスや改質装置
（30）から排熱を回収することができ、更には回収した
排熱を利用して給湯用の温水を生成することができる。

【００２７】特に、上記第１，第３の解決手段では、熱
回収手段（70）によって排熱回収されて温度の低下した
燃焼ガスを、ガス加湿手段（45）へ供給している。ここ
で、ガス加湿手段（45）では、燃焼ガスから水蒸気を分
離するために、燃焼ガスが水蒸気透過膜（41）と接触す
る。この水蒸気透過膜（41）は、一般にそれほど耐熱性
の高いものではなく、高温の燃焼ガスをそのまま接触さ
せると劣化してしまう。これに対し、これら解決手段で
は、熱回収されて温度の低下した燃焼ガスを、ガス加湿
手段（45）へ送っている。従って、これらの解決手段に
よれば、ガス加湿手段（45）へ供給される燃焼ガスの温
度を下げることにより、高温に晒されて水蒸気透過膜
（41）が劣化するのを防止することができ、ガス加湿手
段（45）の信頼性を向上させることができる。

【００２８】更に、上記第４の解決手段では、調節手段
（91）が熱回収手段（70）の回収熱量を変更すること
で、ガス加湿手段（45）へ供給される燃焼ガスの温度が
概ね所定値に保たれる。従って、本解決手段によれば、
ガス加湿手段（45）へ供給される燃焼ガスについて、そ
の温度を水蒸気透過膜（41）の劣化を回避し得る温度に
保持することができ、水蒸気透過膜（41）の劣化を防止
してガス加湿手段（45）の信頼性を確実に向上させるこ
とが可能となる。

【００２９】

【発明の実施の形態１】以下、本発明の実施形態を図面
に基づいて詳細に説明する。

【００３０】図１に示すように、本実施形態１に係る燃
料電池システムは、燃料電池（10）と改質装置（30）を
備えている。また、この燃料電池システムは、水循環路
（65）を備えており、いわゆるコジェネレーションシス
テムを構成している。

【００３１】上記燃料電池（10）は、固体高分子電解質
型に構成されている。この燃料電池（10）では、フッ素
系の高分子フィルムからなる電解質膜の両面に触媒粒子
を分散させて電極を形成することで、単電池が構成され
ている。電解質膜表面の電極は、一方が水素極（アノー
ド）となり、他方が酸素極（カソード）となる。上記燃
料電池（10）は、バイポーラ板を介して単電池が積層さ
れたスタック（集合電池）を構成している。尚、上述し
た燃料電池（10）の構造についは、図１において図示を
省略する。

【００３２】上記燃料電池（10）では、バイポーラ板と
電解質膜の酸素極とによって酸素極側ガス通路（11）が
形成され、バイポーラ板と電解質膜の水素極とによって
水素極側ガス通路（12）が形成されている。酸素極側ガ
ス通路（11）には、その入口側に空気供給管（20）が接
続され、その出口側に酸素極排気管（24）が接続されて
いる。一方、水素極側ガス通路（12）には、その入口側
に改質装置（30）が配管接続され、その出口側に水素極
排気管（25）が接続されている。

【００３３】また、燃料電池（10）には、冷却水回路
（60）が接続されている。この冷却水回路（60）は、冷
却水が充填された閉回路であって、冷却水ポンプ（61）
と第１熱交換器（71）とが接続されている。冷却水回路
（60）で冷却水を循環させることによって、燃料電池
（10）が所定の作動温度に保たれる。

【００３４】上記空気供給管（20）は、その始端が屋外
に開口し、その終端が燃料電池（10）の酸素極側ガス通
路（11）に接続されている。空気供給管（20）には、そ
の始端から終端に向かって順に、ブロワ（23）とガス加
湿器（40）とが設けられている。

【００３５】また、空気供給管（20）には、第１分岐管
（21）と第２分岐管（22）とが設けられている。第１分
岐管（21）は、その始端がガス加湿器（40）と燃料電池
（10）の間に接続されている。一方、第２分岐管（22）
は、その始端が第１分岐管（21）の始端と燃料電池（1
0）の間に接続されている。尚、ガス加湿器（40）の詳
細については後述する。

【００３６】上記改質装置（30）は、原料ガスとして供
給された天然ガスから水素主体の燃料ガスを製造するよ
うに構成されている。この改質装置（30）には、ガスの
流れに沿って順に、脱硫器（31）と、改質器（33）と、
変成器（34）と、ＣＯ除去器（35）とが設けられてい
る。また、改質装置（30）には、脱硫器（31）と改質器
（33）の間に空気供給管（20）の第１分岐管（21）が接
続され、変成器（34）とＣＯ除去器（35）の間に空気供
給管（20）の第２分岐管（22）が接続されている。

【００３７】上記脱硫器（31）は、原料ガスとして供給
された天然ガスから、硫黄分を吸着除去するように構成
されている。

【００３８】上記改質器（33）は、部分酸化反応に対し
て活性を呈する触媒と、水蒸気改質反応に対して活性を
呈する触媒とを備えている。改質器（33）では、部分酸
化反応及び水蒸気改質反応によって、メタン（ＣＨ₄）
を主成分とする天然ガス（即ち、原料ガス）から水素を
生成させる。その際、改質器（33）は、発熱反応である
部分酸化反応の反応熱を、吸熱反応である水蒸気改質反
応の反応熱として利用する。

【００３９】上記変成器（34）は、シフト反応（一酸化
炭素変成反応）に活性を呈する触媒を備えている。変成
器（34）では、シフト反応によって、ガス中の一酸化炭
素が削減されると同時に水素が増加する。

【００４０】上記ＣＯ除去器（35）は、ＣＯ選択酸化反
応に活性を呈する触媒を備えている。ＣＯ除去器（35）
では、ＣＯ選択酸化反応によって、ガス中のＣＯが更に
削減される。そして、ＣＯ除去器（35）から出た水素主
体のガスが、燃料ガスとして燃料電池（10）の水素極側
ガス通路（12）へ供給される。

【００４１】上記改質装置（30）には、燃焼部である燃
焼器（51）が設けられている。燃焼器（51）には、燃焼
用空気管（52）の終端が接続されている。この燃焼用空
気管（52）は、その始端が空気供給管（20）における第
１分岐管（21）と第２分岐管（22）の間に接続され、空
気供給管（20）を流れる空気の一部を燃焼器（51）へ供
給している。燃焼器（51）は、燃焼用空気管（52）から
供給された空気中の酸素（Ｏ₂）を利用して、水素極排
ガス中に残存する水素（Ｈ₂）を燃焼させるように構成
されている。

【００４２】また、燃焼器（51）には、燃焼ガス管（2
6）が接続されている。この燃焼ガス管（26）は、水素
の燃焼により生じた燃焼ガスを排出するためのものであ
って、その終端が屋外に開口している。燃焼ガス管（2
6）には、燃焼ガスの流れに沿って順に、第２熱交換器
（74）とガス加湿器（40）とが設けられている。更に、
燃焼ガス管（26）における第２熱交換器（74）とガス加
湿器（40）の間には、酸素極排気管（24）の終端が接続
されている。

【００４３】上記ガス加湿器（40）は、水蒸気透過膜
（41）を備えている。水蒸気透過膜（41）は、水蒸気が
透過可能な膜であって、例えばポリビニルアルコール膜
や、アルグン酸膜等の親水性の膜により構成されてい
る。尚、この水蒸気透過膜（41）としては、スルホン酸
基を持つポリマー膜、例えばパーフルオロスルホン酸ポ
リマー膜を用いてもよい。

【００４４】上記ガス加湿器（40）には、被加湿側通路
（42）と燃焼ガス通路（43）とが区画形成されている。
被加湿側通路（42）と燃焼ガス通路（43）は、上記水蒸
気透過膜（41）によって仕切られている。被加湿側通路
（42）には、空気供給管（20）が接続されており、空気
供給管（20）へ取り込まれた空気が導入される。燃焼ガ
ス通路（43）には、燃焼ガス管（26）が接続されてお
り、燃焼器（51）からの燃焼ガスが、酸素極排気管（2
4）からの酸素極排ガスと混合された後に導入される。

【００４５】本実施形態１では、ガス加湿器（40）にお
いて被加湿側通路（42）の空気が燃焼ガス中の水蒸気に
より加湿され、ガス加湿器（40）で加湿された空気が第
１分岐管（21）を通じて改質装置（30）の原料ガスに供
給される。従って、本実施形態１では、ガス加湿器（4
0）と上記空気供給管（20）の第１分岐管（21）とがガ
ス加湿手段（45）を構成している。

【００４６】上記水循環路（65）は、熱媒水が充填され
た閉回路である。本実施形態１では、この水循環路（6
5）が熱回収手段（70）を構成している。水循環路（6
5）には、熱媒水の循環方向において、循環ポンプ（6
6）と、第１熱交換器（71）と、第２熱交換器（74）
と、貯湯タンク（67）とが順に設けられている。水循環
路（65）を循環する熱媒水は、第１熱交換器（71）及び
第２熱交換器（74）で加熱され、温水となって貯湯タン
ク（67）に蓄えられる。貯湯タンク（67）の温水は、必
要に応じて給湯に供される。

【００４７】上記第１熱交換器（71）には、冷却水流路
（72）と水流路（73）とが区画形成されている。第１熱
交換器（71）は、その冷却水流路（72）が冷却水回路
（60）に接続され、その水流路（73）が水循環路（65）
に接続されている。この第１熱交換器（71）は、冷却水
流路（72）の冷却水と水流路（73）の熱媒水とを熱交換
させるように構成されている。

【００４８】上記第２熱交換器（74）には、燃焼ガス流
路（75）と水流路（76）とが区画形成されている。第２
熱交換器（74）は、その燃焼ガス流路（75）が燃焼ガス
管（26）に接続され、その水流路（76）が水循環路（6
5）に接続されている。この第２熱交換器（74）は、燃
焼ガス流路（75）の燃焼ガスと水流路（76）の熱媒水と
を熱交換させるように構成されている。

【００４９】上記燃料電池システムには、更に、第１温
度センサ（81）及びコントローラ（90）が設けられてい
る。第１温度センサ（81）は、燃焼ガス管（26）におけ
る第２熱交換器（74）と酸素極排気管（24）の終端との
間に取り付けられている。この第１温度センサ（81）
は、第２熱交換器（74）から流出して酸素極排ガスと混
合される前の燃焼ガスの温度を測定するためのものであ
る。

【００５０】上記コントローラ（90）は、第１温度調節
部（91）を備えている。第１温度調節部（91）には、第
１温度センサ（81）の検出温度が入力されている。第１
温度調節部（91）は、入力された第１温度センサ（81）
の検出温度に基づき、上記循環ポンプ（66）の回転数を
変更して水循環路（65）における熱媒水の循環量を増減
させるように構成されている。そして、この第１温度調
節部（91）は、第１温度センサ（81）の検出温度が所定
値となるように第２熱交換器（74）での熱媒水の吸熱量
を調節する調節手段を構成している。

【００５１】−運転動作− 上記燃料電池システムの運転動作を説明する。

【００５２】ブロワ（23）を運転すると、空気供給管
（20）に空気が取り込まれる。この空気は、ガス加湿器
（40）の被加湿側通路（42）へ導入される。一方、ガス
加湿器（40）の燃焼ガス通路（43）には、燃焼器（51）
からの燃焼ガスが導入されている。そして、被加湿側通
路（42）の空気には、水蒸気透過膜（41）を透過した燃
焼ガス中の水蒸気が供給される。

【００５３】ガス加湿器（40）で加湿された空気は、そ
の一部が第１分岐管（21）を通じて改質装置（30）へ送
られ、残りが空気供給管（20）を流れる。その後、空気
供給管（20）の空気は、その一部が燃焼用空気管（52）
を通じて燃焼器（51）へ送られ、残りが空気供給管（2
0）を流れる。続いて、空気供給管（20）の空気は、そ
の一部が第２分岐管（22）を通じて改質装置（30）へ送
られ、残りが酸化剤ガスとして燃料電池（10）の酸素極
側ガス通路（11）へ導入される。このように、燃料電池
（10）の酸素極側ガス通路（11）へは、ガス加湿器（4
0）で加湿された空気が酸化剤ガスとして送り込まれ、
燃料電池（10）の電解質膜が湿潤状態に保たれる。

【００５４】改質装置（30）へは、原料ガスとしてメタ
ンを主成分とする天然ガスが供給される。この原料ガス
は、先ず脱硫器（31）へ導入される。脱硫器（31）で
は、原料ガスに含まれる硫黄分が除去される。脱硫器
（31）から出た原料ガスには、第１分岐管（21）からの
空気が混入される。第１分岐管（21）から送り込まれる
空気は、ガス加湿器（40）で加湿されたものであって、
水蒸気を含んでいる。つまり、原料ガスと第１分岐管
（21）からの空気とを混合することで、改質器（33）で
の部分酸化反応に必要な酸素（Ｏ₂）と、改質器（33）
での水蒸気改質反応及び変成器（34）でのシフト反応に
必要な量のＨ₂Ｏが、原料ガスに対して付与される。

【００５５】第１分岐管（21）からの空気が混入された
原料ガスは、改質器（33）へ導入される。つまり、改質
器（33）に対しては、天然ガス、空気、及び水蒸気の混
合物である原料ガスが供給される。改質器（33）では、
メタン（ＣＨ₄）の部分酸化反応と水蒸気改質反応とが
行われ、水素（Ｈ₂）と一酸化炭素（ＣＯ）が生成す
る。改質器（33）における部分酸化反応及び水蒸気改質
反応の反応式は、次に示す通りである。 ＣＨ₄＋１/２Ｏ₂ → ＣＯ＋２Ｈ₂ … 部分酸化反応 ＣＨ₄＋Ｈ₂Ｏ → ＣＯ＋３Ｈ₂ … 水蒸気改質反応

【００５６】改質器（33）から流出した反応後のガス
は、変成器（34）へ送られる。変成器（34）へ導入され
るガスには、改質器（33）で生成した水素と一酸化炭素
が含まれている。また、このガスには、第１分岐管（2
1）を通じて供給されたものの水蒸気改質反応に用いら
れなかった水蒸気が残存している。変成器（34）では、
シフト反応が行われ、一酸化炭素が減少すると同時に水
素が増加する。シフト反応の反応式は、次の通りであ
る。 ＣＯ＋Ｈ₂Ｏ → ＣＯ₂＋Ｈ₂ … シフト反応

【００５７】変成器（34）から出たガスは、第２分岐管
（22）からの空気と混合された後にＣＯ除去器（35）へ
導入される。ここで、変成器（34）からＣＯ除去器（3
5）へ送られるガスは、水素が主成分となっているもの
の、未だに一酸化炭素を含んでいる。この一酸化炭素
は、水素極の触媒毒となる。そこで、ＣＯ除去器（35）
は、ＣＯ選択酸化反応によってガス中の一酸化炭素を更
に削減する。ＣＯ選択酸化反応の反応式は、次の通りで
ある。 ＣＯ＋１/２Ｏ₂ → ＣＯ₂ … ＣＯ選択酸化反応 そして、ＣＯ除去器（35）で一酸化炭素を削減されたガ
スは、燃料ガスとして燃料電池（10）の水素極側ガス通
路（12）へ供給される。

【００５８】その際、変成器（34）からＣＯ除去器（3
5）へ向かって流れるガスには、ガス加湿器（40）で加
湿された空気が第２分岐管（22）を通じて供給される。
この空気に含まれる水蒸気は、ＣＯ除去器（35）を通過
し、燃料ガスの一成分として燃料電池（10）の水素極側
ガス通路（12）へ供給される。これによって、燃料電池
（10）の電解質膜が湿潤状態に保たれる。

【００５９】上述のように、燃料電池（10）には、水素
極側ガス通路（12）へ燃料ガスが供給され、酸素極側ガ
ス通路（11）へ酸化剤ガス（空気）が供給される。燃料
電池（10）は、燃料ガス中の水素を燃料とし、酸化剤ガ
ス（空気）中の酸素を酸化剤として発電を行う。具体的
に、燃料電池（10）では、水素極及び酸素極の電極表面
において下記の電池反応が行われる。 水素極：２Ｈ₂ → ４Ｈ⁺＋４ｅ^- 酸素極：Ｏ₂＋４Ｈ⁺＋４ｅ^- → ２Ｈ₂Ｏ この電池反応により、燃料ガスに含まれる水素の燃焼反
応の化学エネルギが電気エネルギに変換される。

【００６０】燃料電池（10）の酸素極側ガス通路（11）
からは、電池排ガスとして酸素極排ガスが排出される。
この酸素極排ガスには、電池反応によって生じたＨ₂Ｏ
が水蒸気の状態で存在している。この酸素極排ガスは、
酸素極排気管（24）を流れ、燃焼ガス管（26）の燃焼ガ
スと混合される。

【００６１】一方、燃料電池（10）の水素極側ガス通路
（12）からは、電池排ガスとして水素極排ガスが排出さ
れる。この水素極排ガスには、電池反応に使われなかっ
た水素が残存している。また、水素極排ガス中には、電
池反応によって生じたＨ₂Ｏが水蒸気の状態で存在して
いる。この水素極排ガスは、水素極排気管（25）を通じ
て燃焼器（51）へ送り込まれる。

【００６２】燃焼器（51）は、燃焼用空気管（52）から
の空気に含まれる酸素を利用して、水素極排ガス中の水
素を燃焼させる。この水素極排ガスの燃焼によって、高
温の燃焼ガスが生成する。この燃焼ガスには、水素の燃
焼によって生じたＨ₂Ｏが水蒸気の状態で存在してい
る。燃焼器（51）で生成された燃焼ガスは、燃焼ガス管
（26）を流れて第２熱交換器（74）の燃焼ガス流路（7
5）へ導入される。第２熱交換器（74）では、燃焼ガス
流路（75）の燃焼ガスが水流路（76）の熱媒水に対して
放熱する。

【００６３】燃焼ガスは、水流路（76）の熱媒水に放熱
した後に、燃焼ガス流路（75）から流出する。燃焼ガス
流路（75）から流出した燃焼ガスの温度は、第１温度セ
ンサ（81）によって検出されている。この燃焼ガスは、
酸素極排気管（24）からの酸素極排ガスと混合された後
に、ガス加湿器（40）の燃焼ガス通路（43）へ導入され
る。

【００６４】燃焼ガス通路（43）へ流入する燃焼ガスに
は、燃料電池（10）での電池反応により生じた水蒸気
と、燃焼器（51）での水素の燃焼により生じた水蒸気と
が含まれている。そして、燃焼ガス中の水蒸気は、水蒸
気透過膜（41）を透過して被加湿側通路（42）の空気へ
供給される。ガス加湿器（40）において水蒸気を奪われ
た燃焼ガスは、その後に屋外へ排気される。

【００６５】冷却水ポンプ（61）を運転すると、冷却水
回路（60）において冷却水が循環する。冷却水ポンプ
（61）から吐出された冷却水は、燃料電池（10）へ送ら
れて吸熱する。この冷却水の吸熱により、燃料電池（1
0）が所定の作動温度（例えば、８５℃程度）に保たれ
る。燃料電池（10）で吸熱した冷却水は、第１熱交換器
（71）の冷却水流路（72）へ導入される。この冷却水
は、冷却水流路（72）を流れる間に水流路（73）の熱媒
水に対して放熱する。第１熱交換器（71）において放熱
した冷却水は、冷却水ポンプ（61）に吸入される。そし
て、冷却水ポンプ（61）が放熱後の冷却水を再び燃料電
池（10）へ向けて送り出し、この循環が繰り返される。

【００６６】循環ポンプ（66）を運転すると、水循環路
（65）において熱媒水が循環する。貯湯タンク（67）の
底部から流出した熱媒水は、循環ポンプ（66）によって
第１熱交換器（71）の水流路（73）へ送り込まれる。第
１熱交換器（71）において、熱媒水は、水流路（73）を
流れる間に冷却水流路（72）の冷却水から吸熱する。つ
まり、燃料電池（10）の排熱が、熱媒水に回収される。

【００６７】その後、熱媒水は、第２熱交換器（74）の
水流路（76）へ導入される。第２熱交換器（74）におい
て、熱媒水は、水流路（76）を流れる間に燃焼ガス流路
（75）の燃焼ガスから吸熱する。つまり、水素極排ガス
中に残存する水素の燃焼熱が、熱媒水に回収される。そ
して、第２熱交換器（74）から出た熱媒水は、貯湯タン
ク（67）へ送り返され、温水として貯留される。貯湯タ
ンク（67）に温水として蓄えられた熱媒水は、給湯に利
用される。

【００６８】コントローラ（90）の第１温度調節部（9
1）は、第１温度センサ（81）の検出温度が所定値（例
えば９０℃）となるように、水循環路（65）における熱
媒水の循環量を増減させる。具体的に、第１温度センサ
（81）の検出温度が所定値よりも高い場合、第１温度調
節部（91）は、水循環路（65）における熱媒水の循環量
を増やし、第２熱交換器（74）における熱媒水の吸熱量
を増大させる。逆に、第１温度センサ（81）の検出温度
が所定値よりも低い場合、第１温度調節部（91）は、水
循環路（65）における熱媒水の循環量を減らし、第２熱
交換器（74）における熱媒水の吸熱量を減少させる。

【００６９】−実施形態１の効果− 本実施形態１によれば、燃料電池システムに熱回収手段
（70）としての水循環路（65）を設けているため、燃焼
ガスや改質装置（30）から排熱を回収することができ、
更には回収した排熱を利用して給湯用の温水を生成する
ことができる。

【００７０】また、本実施形態１では、第２熱交換器
（74）で熱媒水に放熱して温度の低下した燃焼ガスを、
ガス加湿器（40）へ供給している。ここで、ガス加湿器
（40）では、燃焼ガスから水蒸気を分離するために、燃
焼ガスが水蒸気透過膜（41）と接触する。この水蒸気透
過膜（41）は、一般にそれほど耐熱性の高いものではな
く、高温の燃焼ガスをそのまま接触させると劣化してし
まう。これに対し、本実施形態１では、熱媒水に放熱し
て温度の低下した燃焼ガスを、ガス加湿器（40）へ送っ
ている。従って、本実施形態１によれば、ガス加湿器
（40）へ供給される燃焼ガスの温度を下げることによ
り、高温に晒されることで水蒸気透過膜（41）が劣化す
るのを防止でき、ガス加湿器（40）の信頼性を向上させ
ることができる。

【００７１】更に、本実施形態１では、コントローラ
（90）の第１温度調節部（91）が水循環路（65）におけ
る熱媒水の循環量を増減させることで、ガス加湿器（4
0）へ供給される燃焼ガスの温度を所定値に保ってい
る。従って、本実施形態１によれば、ガス加湿器（40）
へ供給される燃焼ガスについて、その温度を水蒸気透過
膜（41）の劣化を回避し得る温度に保持することがで
き、水蒸気透過膜（41）の劣化を防止してガス加湿器
（40）の信頼性を確実に向上させることが可能となる。

【００７２】

【発明の実施の形態２】本発明の実施形態２は、上記実
施形態１において、燃焼用空気管（52）の配置を変更す
ると共に、この燃焼用空気管（52）に空気加熱部（57）
を設けたものである。また、本実施形態２では、第２温
度センサ（82）が設けられると共に、コントローラ（9
0）に第２温度調節部（92）が設けられている。ここで
は、本実施形態２について、上記実施形態１と異なる点
を説明する。

【００７３】図２に示すように、上記燃焼用空気管（5
2）は、その始端が空気供給管（20）における第２分岐
管（22）と燃料電池（10）の間に接続されている。燃焼
用空気管（52）の終端が燃焼器（51）に接続されている
のは、上記実施形態１と同様である。

【００７４】上記空気加熱部（57）は、燃焼用空気管
（52）の途中に設けられている。この空気加熱部（57）
は、改質器（33）、変成器（34）、及びＣＯ除去器（3
5）の近傍に形成された空気の通路であって、内部を流
れる空気が改質器（33）、変成器（34）、及びＣＯ除去
器（35）の排熱を吸熱するように構成されている。そし
て、本実施形態２では、この空気加熱部（57）が、水循
環路（65）と共に熱回収手段（70）を構成している。

【００７５】上記第２温度センサ（82）は、改質装置
（30）のＣＯ除去器（35）と燃料電池（10）とを接続す
る配管に取り付けられている。この第２温度センサ（8
2）は、ＣＯ除去器（35）から流出して水素極側ガス通
路（12）へ導入される前の燃料ガスの温度を測定するた
めのものである。

【００７６】上記コントローラ（90）の第２温度調節部
（92）には、第２温度センサ（82）の検出温度が入力さ
れている。第２温度調節部（92）は、入力された第２温
度センサ（82）の検出温度に基づき、ブロワ（23）の回
転数を変更して空気加熱部（57）における空気の流量を
増減させるように構成されている。そして、この第２温
度調節部（92）は、第２温度センサ（82）の検出温度が
所定値となるように空気加熱部（57）での空気の吸熱量
を調節する調節手段を構成している。

【００７７】−運転動作− 本実施形態２において、空気供給管（20）に取り込まれ
た空気は、その一部が第１分岐管（21）や第２分岐管
（22）を通じて改質装置（30）へ供給され、残りの一部
が酸化剤ガスとして燃料電池（10）の酸素極側ガス通路
（11）へ供給され、更にその残りが空気加熱部（57）へ
導入される。この空気は、空気加熱部（57）を流れる間
に、ＣＯ除去器（35）、変成器（34）、及び改質器（3
3）からの排熱を順に吸熱し、加熱される。空気加熱部
（57）で加熱された空気は、燃焼器（51）へ送り込まれ
る。

【００７８】燃焼器（51）では、水素極排ガスと燃焼用
空気管（52）からの空気とを混合し、水素極排ガス中の
水素が燃焼することで燃焼ガスが生成する。燃焼用空気
管（52）から燃焼器（51）へ供給される空気は、空気加
熱部（57）において改質装置（30）の排熱を吸熱してい
る。従って、空気加熱部（57）で空気が吸熱した熱量の
分だけ、燃焼器（51）で生成する燃焼ガスの温度が上昇
する。そして、第２熱交換器（74）では、水素極排ガス
中の水素の燃焼熱と改質装置（30）の排熱とが、水流路
（76）の熱媒水に対して付与される。

【００７９】コントローラ（90）の第２温度調節部（9
2）は、第２温度センサ（82）の検出温度が所定値（例
えば８５℃）となるように、空気加熱部（57）における
空気の流量を増減させる。具体的に、第２温度センサ
（82）の検出温度が所定値よりも高い場合、第２温度調
節部（92）は、空気加熱部（57）における空気の流量を
増やし、空気加熱部（57）における空気の吸熱量を増大
させる。空気加熱部（57）における空気の吸熱量が増大
すると、ＣＯ除去器（35）から流出する燃料ガスの温度
が低下する。逆に、第２温度センサ（82）の検出温度が
所定値よりも低い場合、第２温度調節部（92）は、空気
加熱部（57）における空気の流量を減らし、空気加熱部
（57）における空気の吸熱量を減少させる。空気加熱部
（57）における空気の吸熱量が減少すると、ＣＯ除去器
（35）から流出する燃料ガスの温度が上昇する。

【００８０】

【発明の実施の形態３】本発明の実施形態３は、上記実
施形態２において、燃焼用空気管（52）を省略すると共
に、酸素極排気管（24）の構成を変更したものである。
ここでは、本実施形態３について、上記実施形態２と異
なる点を説明する。

【００８１】図３に示すように、本実施形態３の酸素極
排気管（24）は、その終端が燃焼器（51）に接続されて
いる。また、酸素極排気管（24）の途中には、熱回収部
（27）が設けられている。この熱回収部（27）は、改質
器（33）、変成器（34）、及びＣＯ除去器（35）の近傍
に形成されたガスの通路であって、内部を流れる酸素極
排ガスが改質器（33）、変成器（34）、及びＣＯ除去器
（35）の排熱を吸熱するように構成されている。そし
て、本実施形態３では、この熱回収部（27）が、水循環
路（65）と共に熱回収手段（70）を構成している。

【００８２】本実施形態２において、燃料電池（10）の
酸素極側ガス通路（11）から排出された酸素極排ガス
は、酸素極排気管（24）を流れて熱回収部（27）へ導入
される。この酸素極排ガスには、燃料電池（10）での電
池反応により生じたＨ₂Ｏと共に、電池反応に利用され
なかった酸素が残存している。この酸素極排ガスは、熱
回収部（27）を流れる間に、ＣＯ除去器（35）、変成器
（34）、及び改質器（33）からの排熱を順に吸熱し、加
熱される。熱回収部（27）で加熱された酸素極排ガス
は、その後に燃焼器（51）へ送り込まれる。

【００８３】本実施形態３の燃焼器（51）は、酸素極排
ガス中に残存する酸素を利用して、水素極排ガス中の水
素を燃焼させる。ここで、燃焼器（51）へ供給される酸
素極排ガスは、熱回収部（27）において改質装置（30）
の排熱を吸熱している。従って、熱回収部（27）で酸素
極排ガスが吸熱した熱量の分だけ、燃焼器（51）で生成
する燃焼ガスの温度が上昇する。そして、第２熱交換器
（74）では、水素極排ガス中の水素の燃焼熱と改質装置
（30）の排熱とが、水流路（76）の熱媒水に対して付与
される。

【００８４】コントローラ（90）の第２温度調節部（9
2）は、第２温度センサ（82）の検出温度が所定値（例
えば８５℃）となるように、燃料電池（10）の酸素極側
ガス通路（11）に対する酸化剤ガス（空気）の供給量を
変更して熱回収部（27）における酸素極排ガスの流量を
増減させる。具体的に、第２温度センサ（82）の検出温
度が所定値よりも高い場合、第２温度調節部（92）は、
熱回収部（27）における酸素極排ガスの流量を増やし、
熱回収部（27）における酸素極排ガスの吸熱量を増大さ
せる。熱回収部（27）における酸素極排ガスの吸熱量が
増大すると、ＣＯ除去器（35）から流出する燃料ガスの
温度が低下する。逆に、第２温度センサ（82）の検出温
度が所定値よりも低い場合、第２温度調節部（92）は、
熱回収部（27）における酸素極排ガスの流量を減らし、
熱回収部（27）における酸素極排ガスの吸熱量を減少さ
せる。熱回収部（27）における酸素極排ガスの吸熱量が
減少すると、ＣＯ除去器（35）から流出する燃料ガスの
温度が上昇する。

【００８５】

【発明の実施の形態４】本発明の実施形態４は、上記実
施形態１において、水循環路（65）に熱回収部（77）を
設けたものである。また、本実施形態４では、第２温度
センサ（82）が設けられると共に、コントローラ（90）
に第２温度調節部（92）が設けられている。ここでは、
本実施形態４について、上記実施形態１と異なる点を説
明する。

【００８６】図４に示すように、上記熱回収部（77）
は、水循環路（65）における第１熱交換器（71）と第２
熱交換器（74）の間に設けられている。この熱回収部
（77）は、改質器（33）、変成器（34）、及びＣＯ除去
器（35）の近傍に形成された熱媒水の通路であって、内
部を流れる熱媒水が改質器（33）、変成器（34）、及び
ＣＯ除去器（35）の排熱を吸熱するように構成されてい
る。

【００８７】上記第２温度センサ（82）は、改質装置
（30）のＣＯ除去器（35）と燃料電池（10）とを接続す
る配管に取り付けられている。この第２温度センサ（8
2）は、ＣＯ除去器（35）から流出して水素極側ガス通
路（12）へ導入される前の燃料ガスの温度を測定するた
めのものである。

【００８８】上記コントローラ（90）の第２温度調節部
（92）には、第２温度センサ（82）の検出温度が入力さ
れている。第２温度調節部（92）は、入力された第２温
度センサ（82）の検出温度に基づき、循環ポンプ（66）
の回転数を変更して熱回収部（77）における熱媒水の流
量を増減させるように構成されている。そして、この第
２温度調節部（92）は、第２温度センサ（82）の検出温
度が所定値となるように熱回収部（77）での熱媒水の吸
熱量を調節する調節手段を構成している。

【００８９】−運転動作− 上記水循環路（65）で循環する熱媒水は、先ず第１熱交
換器（71）において冷却水回路（60）を循環する冷却水
と熱交換し、燃料電池（10）の排熱を吸熱する。その
後、熱媒水は、熱回収部（77）へ導入される。この熱回
収部（77）を流れる間に、ＣＯ除去器（35）、変成器
（34）、及び改質器（33）からの排熱を順に吸熱する。
その後、熱媒水は、第２熱交換器（74）へ導入されて燃
焼排ガスから吸熱する。そして、第１熱交換器（71）、
熱回収部（77），及び第２熱交換器（74）で加熱された
熱媒水は、貯湯タンク（67）に温水として蓄えられる。

【００９０】コントローラ（90）の第２温度調節部（9
2）は、第２温度センサ（82）の検出温度が所定値（例
えば８５℃）となるように、熱回収部（77）における熱
媒水の流量を増減させる。具体的に、第２温度センサ
（82）の検出温度が所定値よりも高い場合、第２温度調
節部（92）は、熱回収部（77）における熱媒水の流量を
増やし、熱回収部（77）における熱媒水の吸熱量を増大
させる。熱回収部（77）における熱媒水の吸熱量が増大
すると、ＣＯ除去器（35）から流出する燃料ガスの温度
が低下する。逆に、第２温度センサ（82）の検出温度が
所定値よりも低い場合、第２温度調節部（92）は、熱回
収部（77）における熱媒水の流量を減らし、熱回収部
（77）における熱媒水の吸熱量を減少させる。熱回収部
（77）における熱媒水の吸熱量が減少すると、ＣＯ除去
器（35）から流出する燃料ガスの温度が上昇する。

【００９１】

【発明のその他の実施の形態】−第１変形例− 上記の各実施形態の水循環路（65）では、図５に示すよ
うに、第２熱交換器（74）に代えて水加熱部（78）を設
けてもよい。尚、図５は、本変形例を上記実施形態１に
適用したものである。この水加熱部（78）は、燃焼器
（51）の近傍に形成された熱媒水の通路であって、内部
を流れる熱媒水が燃焼器（51）から放出される熱を吸熱
するように構成されている。

【００９２】−第２変形例− 上記の各実施形態では、燃焼ガス管（26）に自己熱交換
器を設けてもよい。この自己熱交換器は、燃焼器（51）
へ導入される空気又は水素極排ガスを燃焼ガスと熱交換
させ、空気又は水素極排ガスを予熱するように構成され
ている。このように燃焼器（51）へ導入される空気又は
水素極排ガスを予熱すると、燃焼器（51）で生成する燃
焼ガスの温度が上昇し、第２熱交換器（74）の出口にお
ける熱媒水の温度が高くなる。従って、本変形例によれ
ば、温水として貯湯タンク（67）に蓄えられる熱媒水の
温度を高めることができる。

【００９３】−第３変形例− 上記実施形態２，３，４では、空気加熱部（57）や熱回
収部（27,77）を設け、改質器（33）、変成器（34）、
及びＣＯ除去器（35）の全てから排熱を回収している
が、必ずしもこれら全てから排熱を回収しなければなら
ない訳ではない。例えば、ＣＯ除去器（35）の排熱だけ
を、空気加熱部（57）や熱回収部（27,77）によって回
収するようにしてもよい。

【００９４】−第４変形例− 上記実施形態２，３，４では、空気加熱部（57）や熱回
収部（27,77）を設け、改質器（33）、変成器（34）、
又はＣＯ除去器（35）から排熱を回収しているが、これ
に代えて、改質器（33）から出て変成器（34）へ送られ
るガス、変成器（34）から出てＣＯ除去器（35）へ送ら
れるガス、又はＣＯ除去器（35）から出て燃料電池（1
0）へ送られるガスから排熱を回収するようにしてもよ
い。もちろん、改質器（33）、変成器（34）、ＣＯ除去
器（35）、改質器（33）から出て変成器（34）へ送られ
るガス、変成器（34）から出てＣＯ除去器（35）へ送ら
れるガス、及びＣＯ除去器（35）から出て燃料電池（1
0）へ送られるガスの全てから排熱を回収するようにし
てもよい。

【００９５】−第５変形例− 上記実施形態２，３，４では、改質装置（30）のＣＯ除
去器（35）と燃料電池（10）とを接続する配管に第２温
度センサ（82）を取り付け、燃料電池（10）へ供給され
る燃料ガスの温度が所定値となるように、空気加熱部
（57）や熱回収部（27,77）で回収される排熱量を第２
温度調節部（92）によって適宜増減させているが、これ
に代えて次のような構成としてもよい。

【００９６】つまり、変成器（34）とＣＯ除去器（35）
とを接続する配管に第２温度センサ（82）を取り付け、
ＣＯ除去器（35）へ供給されるガスの温度が所定値とな
るように、空気加熱部（57）や熱回収部（27,77）で回
収される排熱量を第２温度調節部（92）によって調節し
てもよい。また、これと同様に、改質器（33）と変成器
（34）とを接続する配管に第２温度センサ（82）を取り
付け、変成器（34）へ供給されるガスの温度が所定値と
なるように、空気加熱部（57）や熱回収部（27,77）で
回収される排熱量を第２温度調節部（92）によって調節
してもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態１に係る燃料電池システムの概略構成
図である。

【図２】実施形態２に係る燃料電池システムの概略構成
図である。

【図３】実施形態３に係る燃料電池システムの概略構成
図である。

【図４】実施形態４に係る燃料電池システムの概略構成
図である。

【図５】その他の実施形態（第１変形例）に係る燃料電
池システムの概略構成図である。

【符号の説明】

（10） 燃料電池 （11） 酸素極側ガス通路 （12） 水素極側ガス通路 （30） 改質装置 （33） 改質器 （34） 変成器 （35） ＣＯ除去器 （41） 水蒸気透過膜 （45） ガス加湿手段 （51） 燃焼器（燃焼部） （70） 熱回収手段 （91） 第１温度調節部（調節手段） （92） 第２温度調節部（調節手段）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 池上 周司 大阪府堺市築港新町３丁12番地 ダイキン 工業株式会社堺製作所臨海工場内 (72)発明者 大久保 英作 大阪府堺市金岡町1304番地 ダイキン工業 株式会社堺製作所金岡工場内 (72)発明者 栗原 利行 大阪府堺市金岡町1304番地 ダイキン工業 株式会社堺製作所金岡工場内 Ｆターム(参考） 5H026 AA06 CX04 5H027 AA06 BA01 BA05 BA09 DD06 KK41

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 供給された原料ガスを改質して燃料ガス
   を製造する改質装置（30）と、 酸化剤ガスが酸素極側のガス通路（11）へ供給され且つ
   上記改質装置（30）で製造された燃料ガスが水素極側の
   ガス通路（12）へ供給される燃料電池（10）と、 上記燃料電池（10）の水素極側のガス通路（12）から排
   出された水素極排ガスを燃焼させて燃焼ガスを生成する
   燃焼部（51）と、 給湯用の温水を生成するために上記燃焼ガスから熱回収
   を行う熱回収手段（70）と、 上記熱回収手段（70）で熱回収された燃焼ガスから水蒸
   気透過膜（41）によって分離された水蒸気を利用して少
   なくとも上記原料ガスを加湿するガス加湿手段（45）と
   を備えている燃料電池システム。
2. 【請求項２】 供給された原料ガスを改質して燃料ガス
   を製造する改質装置（30）と、 酸化剤ガスが酸素極側のガス通路（11）へ供給され且つ
   上記改質装置（30）で製造された燃料ガスが水素極側の
   ガス通路（12）へ供給される燃料電池（10）と、 上記燃料電池（10）の水素極側のガス通路（12）から排
   出された水素極排ガスを燃焼させて燃焼ガスを生成する
   燃焼部（51）と、 上記燃焼ガスから水蒸気透過膜（41）によって分離され
   た水蒸気を利用して少なくとも上記原料ガスを加湿する
   ガス加湿手段（45）と、 給湯用の温水を生成するために上記改質装置（30）から
   熱回収する熱回収手段（70）とを備えている燃料電池シ
   ステム。
3. 【請求項３】 請求項２記載の燃料電池システムにおい
   て、 熱回収手段（70）は、燃焼部（51）からガス加湿手段
   （45）へ送られる燃焼ガスからも熱回収するように構成
   されている燃料電池システム。
4. 【請求項４】 請求項１又は３記載の燃料電池システム
   において、 ガス加湿手段（45）へ送られる燃焼ガスの温度が所定値
   となるように上記熱回収手段（70）が燃焼ガスから回収
   する熱量を調節する調節手段（91）を備えている燃料電
   池システム。
5. 【請求項５】 請求項２又は３記載の燃料電池システム
   において、 改質装置（30）は、改質器（33）、変成器（34）、ＣＯ
   除去器（35）の順にガスを流通させて燃料ガスを製造す
   るように構成され、 熱回収手段（70）は、上記改質器（33）、又は該改質器
   （33）を出て上記変成器（34）へ送られるガスから熱回
   収するように構成される一方、 上記変成器（34）へ流入するガスの温度が所定値となる
   ように上記熱回収手段（70）が回収する熱量を調節する
   調節手段（92）を備えている燃料電池システム。
6. 【請求項６】 請求項２又は３記載の燃料電池システム
   において、 改質装置（30）は、改質器（33）、変成器（34）、ＣＯ
   除去器（35）の順にガスを流通させて燃料ガスを製造す
   るように構成され、 熱回収回路は、上記変成器（34）、又は該変成器（34）
   を出て上記ＣＯ除去器（35）へ送られるガスから熱回収
   するように構成される一方、 上記ＣＯ除去器（35）へ流入するガスの温度が所定値と
   なるように上記熱回収手段（70）が回収する熱量を調節
   する調節手段（92）を備えている燃料電池システム。
7. 【請求項７】 請求項２又は３記載の燃料電池システム
   において、 改質装置（30）は、改質器（33）、変成器（34）、ＣＯ
   除去器（35）の順にガスを流通させて燃料ガスを製造す
   るように構成され、 熱回収回路は、上記ＣＯ除去器（35）、又は該ＣＯ除去
   器（35）を出て燃料電池（10）へ送られる燃料ガスから
   熱回収するように構成される一方、 上記燃料電池（10）へ流入する燃料ガスの温度が所定値
   となるように上記熱回収手段（70）が回収する熱量を調
   節する調節手段（92）を備えている燃料電池システム。
8. 【請求項８】 請求項１又は２記載の燃料電池システム
   において、 熱回収手段（70）は、燃料電池（10）からも熱回収する
   ように構成されている燃料電池システム。
9. 【請求項９】 請求項１又は３記載の燃料電池システム
   において、 燃料電池（10）の酸素極側のガス通路（11）から酸素極
   排ガスが排出される一方、 熱回収手段（70）は、空気又は上記酸素極排ガスを改質
   装置（30）の排熱により加熱して燃焼部（51）へ供給す
   るように構成されている燃料電池システム。