JP3676335B2 - 燃料電池システム - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料を水素リッチガスに改質するための改質器と、この改質器から供給される水素リッチガスと酸素供給手段から供給される酸素により発電を行う燃料電池本体とを備えてなる燃料電池システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
燃料電池本体には、使用する電解質の種類により、種々の型式があるが、前記燃料電池本体へ供給する水素は、例えば天然ガス，プロパンガス，メタノール等の種々の燃料を改質器において水素リッチガスに改質することによって供給されているのが一般的である。このように、燃料を水素リッチガスに改質して燃料電池本体へ供給する先行例がある。この先行例に係る燃料電池システムにおいては、燃料電池本体の他に、燃料電池本体に空気を送給するためのコンプレッサや、燃料を水素リッチガスに改質するための改質器及びこの改質器に対して燃料を送給するためのポンプ等が必要である（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−２２６１０２号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前述のごとき従来の構成においては、燃料電池本体に対して空気を供給するための送気ポンプ（コンプレッサ）が必要である。この種の送気ポンプは容量が大きく、燃料電池システムの全体的構成の簡素化，小型化を図る上においてさらなる改良が求められていると共に、送気ポンプに用いるモータの騒音が大きいという問題がある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前述のごとき従来の問題に鑑みてなされたもので、請求項１に係る発明は、燃料を水素リッチガスに改質する改質器と、前記改質器から供給される水素リッチガスと酸素供給手段から供給される酸素とによって発電を行う燃料電池本体とを備えてなる燃料電池システムにおいて、前記燃料は飽和蒸気圧が大気圧より高圧となる燃料であって燃料タンク内に収容してあり、この燃料の体積膨張を利用して前記酸素供給手段を駆動する酸素供給駆動手段を備えた構成である。
【０００６】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の燃料電池システムにおいて、前記改質器に対する前記燃料の送給を、前記燃料タンク内の飽和蒸気圧により行う構成である。
【０００７】
請求項３に係る発明は、請求項１又は２に記載の燃料電池システムにおいて、燃料はジメチルエーテルである。
【０００８】
請求項４に係る発明は、請求項１又は２に記載の燃料電池システムにおいて、前記燃料は炭化水素である。
【０００９】
請求項５に係る発明は、請求項１，２，３又は４に記載の燃料電池システムにおいて、燃料と燃料電池本体との間で熱交換を行う構成である。
【００１０】
請求項６に係る発明は、請求項５に記載の燃料電池システムにおいて、前記熱交換はヒートパイプによって行われる構成である。
【００１１】
請求項７に係る発明は請求項１〜６の何れかに記載の燃料電池システムにおいて、前記酸素供給手段は、前記燃料の体積膨張の圧力を受ける受圧部と、前記燃料電池本体に対して空気を加圧し送給する空気加圧部とを備え、前記受圧部の受圧面積よりも空気加圧部の加圧面積を大きくした構成である。
【００１２】
請求項８に係る発明は、請求項７に記載の燃料電池システムにおいて、前記燃料の供給側の回路と前記燃料電池本体との間、又は前記酸素供給手段の空気加圧部と前記燃料電池本体との間の少なくとも一方にバッファータンクを備えた構成である。
【００１３】
請求項９に係る発明は、請求項１〜８の何れかに記載の燃料電池システムにおいて、酸素供給手段に対する空気の入口又は出口の少なくとも一方に逆止弁を備えた構成である。
【００１４】
請求項１０に係る発明は、請求項１〜９の何れかに記載の燃料電池システムにおいて、前記燃料電池本体から排出される排出ガスを循環するための循環ポンプを備え、前記燃料の体積膨張を利用して前記循環ポンプを駆動する循環ポンプ駆動手段を備えた構成である。
【００１５】
請求項１１に係る発明は、請求項１〜１０の何れかに記載の燃料電池システムにおいて、前記改質器により改質された水素リッチガスの体積膨張を利用して前記酸素供給手段を駆動する構成である。
【００１６】
請求項１２に係る発明は、請求項１〜１１の何れかに記載の燃料電池システムにおいて、燃料電池本体は燃料極と空気極との間に高分子プロント導伝膜を挟み込んだ構成である。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１を参照するに、本発明の第１の実施形態に係る燃料電池システム１は、燃料電池の１例として水素イオン導伝性を有する高分子プロント導伝膜（イオン交換膜）３を、燃料極５と空気極７によって挟み込んだ構成の燃料電池本体９を備えている。この種の燃料電池は、固体高分子型燃料電池（高分子電解質形燃料電池：ＰＥＦＣ）として知られているので、前記燃料電池本体９の詳細な説明は省略する。
【００１８】
前記燃料電池本体９における前記燃料極５に対して水素を供給するために、燃料を水素リッチガスに改質するための改質器１１が設けられている。前記燃料は、飽和蒸気圧が大気圧より高圧であるジメチルエーテル（ＤＭＥ）であって、燃料タンク１３内には、ジメチルエーテルと水との比率を１：６として混合した混合液が収容してある。良く知られているようにジメチルエーテルの常温での飽和蒸気圧は大気圧より高圧であって約６気圧の圧力を有する。水との混合液の場合、蒸気圧は低下するが、ジメチルエーテルを燃料タンク１３内に収容して密閉した状態においては、燃料タンク１３内には約４気圧の飽和蒸気圧が常に作用していることになる。
【００１９】
前記燃料タンク１３内の燃料を取り出すために、前記燃料タンク１３の下部付近には開閉自在かつ開度調節を行うことによって前記燃料の流量を制御可能の開閉弁１５が接続してあり、この開閉弁１５には、前記改質器１１に接続した気化器１７が接続してある。そして、前記気化器１７と前記改質器１１とを接続した接続路１９には、前記開閉弁１５と同様の開閉弁２１，２３が上流側から順次配置してある。
【００２０】
したがって、前記開閉弁１５，２１，２３を開くと、前記燃料タンク１３内に作用する飽和蒸気圧によって前記燃料は燃料タンク１３から気化器１７へ能動的に流出される。そして、気化器１７において気化したジメチルエーテルと水蒸気との混合気体が前記改質器１１へ供給されることになる。
【００２１】
既に理解されるように、燃料タンク１３内の燃料を気化器１１を経て改質器１１に対して供給するに際しては、前記燃料タンク１３内の燃料の飽和蒸気圧を利用するものであるから、燃料を送給するためのポンプを省略することができ、全体的構成の簡素化を図ることができると共に小型化を図ることができるものである。
【００２２】
前記改質器１１内にはＡｌ2 Ｏ3 にＲｈを担持した改質触媒が内装されており、この改質器１１において、前記ジメチルエーテルと水蒸気との混合気体は、［ＣＨ3 ＯＣＨ3 ＋３Ｈ2 Ｏ→３ＣＯ2 ＋６Ｈ2 ］と、水素を含む水素リッチガスに改質される。この改質されたガス中には、僅かではあるがＣＯが存在するので、上記ＣＯを除去するために、改質器１１と燃料電池本体９の燃料極５との間には、ＣＯ除去手段（図示省略）が設けられている。
【００２３】
前記ＣＯ除去手段には、例えばＣｕ系の触媒を採用して、ＣＯ＋Ｈ2 Ｏ→ＣＯ2 ＋Ｈ2 ］，［ＣＯ＋Ｈ2 →ＣＨ4 ＋Ｈ2 Ｏ］の反応によりＣＯをＣＯ2 等に変化し、ＣＯの除去を行っているものであり、このＣＯを除去した後の水素リッチガスを前記燃料電池本体９の燃料極５へ送給しているものである。なお、前記ＣＯ除去手段としては、水素を選択的に透過する半透膜を採用することも可能である。
【００２４】
前述のごとく改質器１１によって改質した後の水素リッチガスを燃料電池本体９の燃料極５に供給する際、前記燃料電池本体９の空気極７へ酸素を供給するために、酸素供給手段２５が設けられており、この酸素供給手段２５は、前記燃料の体積膨張を利用して駆動される酸素供給手段によって駆動される構成である。
【００２５】
より詳細には、前記燃料電池本体９の空気極７に対して空気を送給するために空気タンク２７が備えられている。この空気タンク２７は、例えばピストン，ダイアフラム等の移動自在の区画体２９によって第１室２７Ａと第２室２７Ｂとに区画してあり、第２室２７Ｂには前記燃料電池本体９へ供給する空気が収容されている。
【００２６】
前記空気を前記燃料電池本体９へ供給するために、前記空気タンク２７の第２室２７Ｂには、前記燃料電池本体９の空気極７に接続した接続路（送給路）３１が接続してあり、この接続路３１には、前記開閉弁１５同様の開閉弁３３及びニードルバルブ等のごとき絞り調節自在の流量制御弁３５が空気タンク２７側から順次配置してある。そして、前記燃料の体積膨張に起因する圧力を前記空気タンク２７に供給するために前記空気タンク２７の第１室２７Ａには、前記開閉弁２１，２３の間において前記接続路１９に接続した加圧供給手段の１例として接続路３６が接続してあり、この接続路３６には開閉自在の開閉弁３７が配置してある。
【００２７】
さらに、前記空気タンク２７の第２室２７Ｂに外気を吸引するために、前記第２室２７Ｂには、前記区画体２９を第１室２７Ａ側へ押圧付勢する押圧付勢手段の１例としてのスプリング等のごとき適宜の弾性部材３９が内装してある。そして、前記第２室２７Ｂには、外気を取り込むための開閉弁４１が接続してある。
【００２８】
上記構成により、開閉弁２３，４１を閉じた状態において開閉弁１５，２１，３３，３７を開状態に保持すると、燃料タンク１３内の燃料（ジメチルエーテルと水の混合液）は燃料タンク１３内の飽和蒸気圧によって気化器１７へ能動的に送給され、気化器１７において気化され体積膨張する。そして、気化した燃料は空気タンク２７の第１室２７Ａ内に供給される。
【００２９】
空気タンク２７の第１室２７Ａ内に気化した燃料が供給されると、燃料の体積膨張による圧力によって区画体２９が弾性部材３９の付勢力に抗して移動されるので、空気タンク２７の第２室２７Ｂ内の空気は燃料電池本体９の空気極７へ送給されることになる。
【００３０】
その後、開閉弁２１，３３を閉状態に保持し、開閉弁２３，３７，４１を開状態に保持すると、空気タンク２７における第２室２７Ｂ内の弾性部材３９の作用によって区画体２９が第１室２７Ａ側へ移動され、第１室２７Ａ内の燃料ガスが改質器１１へ送給されると共に、第２室２７Ｂが負圧となり、開閉弁４１を経て外気が第２室２７Ｂ内に吸引されて空気が蓄えられる。
【００３１】
次に、開閉弁２３，４１を閉状態に保持して開閉弁２１，３７を開状態に保持すると、燃料の気化した混合ガスが空気タンク２７の第１室２７Ａに導入され、第１室２７Ａの圧力が上昇して、第２室２７Ｂ内の空気を加圧することになる。したがって、次に、開閉弁３７を閉状態に保持して開閉弁２３を開状態に保持すると、気化した燃料ガスが改質器１１へ送給され、水素リッチガスに改質されて燃料電池本体９の燃料極５に供給されることになる。また、開閉弁３３を開状態に保持することにより、空気タンク２７の第２室２７Ｂ内の加圧された空気は流量制御弁３５によって流量を調節されて燃料電池本体９の空気極７へ供給されることになる。
【００３２】
すなわち、燃料電池本体９における燃料極５に対する水素リッチガスの供給と空気極７に対する空気の供給が同時に行われ、燃料電池本体９における発電が行われることになる。
【００３３】
既に理解されるように、前述したように、空気タンク２７における第２室２７Ｂへの外気の吸入，圧縮（加圧）を繰り返すことにより、燃料電池本体９に対して改質された燃料及び空気を断続的に送給することができるものである。
【００３４】
前記燃料電池システム１において、前記燃料電池本体９において発生した熱を、前記空気タンク２７における第１室２７Ａ側へ伝達するための熱交換手段としてヒートパイプ４３が設けられている。したがって、前記空気タンク２７における第１室２７Ａ内の燃料ガスを加熱膨張することができ、前記空気タンク２７における第２室２７Ｂ内の空気をより効果的に加圧することができるものである。また、同時に燃料電池本体９における発熱の除熱にもなる。
【００３５】
既に理解されるように、前述したように、空気タンク２７における第２室２７Ｂ内への外気の吸入，圧縮を繰り返すことにより、燃料の体積膨張による圧力を利用して燃料電池本体９に対して改質した燃料及び空気の供給を行うことができるものであるから、燃料用ポンプ及び送気用ポンプを省略でき、全体的構成の小型化を図ることができ、前述したごとき従来の問題を解消し得るものである。
【００３６】
なお、燃料はジメチルエーテルではなく、プロパンやブタンのような炭化水素でもよい。また、水との混合液ではなく、燃料と水は別々に改質器に供給してもよい。また、空気タンクを複数用いてもよい。
【００３７】
図２は第２の実施形態を示すもので、前述した第１の実施形態の構成部分と同一機能を奏する構成部分には、同一符号を付することとして重複した説明は省略する。
【００３８】
この第２の実施の形態においては、燃料タンク１３内において気化した燃料ガスを改質器１１に送給すべく、前記開閉弁１５，気化器１７を省略し、そして、前記空気タンク２７に、燃料の僅かな流量に対して空気流量を増幅する空気流量増幅手段を設けた構成である。
【００３９】
より詳細には、前記接続路３６に設けた開閉弁３７に替えて、接続路３６に小径の流体圧シリンダ４５を配置し、この流体圧シリンダ４５において往復動自在のピストンロッドのごとき往復移動体４７と前記空気タンク２７内の区画体２９とを一体的に連結した構成である。
【００４０】
そして、前記流体圧シリンダ４５において前記燃料の体積膨張による圧力を受ける前記往復移動体４７の受圧部の受圧面積を、前記区画体２９が第２室２７Ｂ内の空気を加圧する空気加圧部の加圧面積より小さく構成してある。ここで、例えば往復移動体（ピストンロッド）４７の受圧面積を０．２５ｃｍ2 とし、前記区画体２９の加圧面積を２５ｃｍ2 とすると、ＤＭＥと水の混合ガスの体積膨張によって前記ピストンロッド４７が押圧されると、前記空気タンク２７の第２室２７Ｂから前記ピストンロッド４７を移動した混合ガスの約１００倍の体積の空気が送気されることになる。なお、空気タンク２７の第２室２７Ｂから送気される空気の突出圧力は約０．０１ｋｇｆ／ｃｍ2 であり、ＤＭＥと水との混合ガスが約１００倍に膨張した場合であっても送気可能なものである。
【００４１】
上記構成によれば、流体圧シリンダ４５の容積に比較して空気タンク２７の容積を約１００倍の容積にすることができ、燃料電池本体９に対して過不足なく空気の送給を行うことができるものであり、かつ第２室２７Ｂへの空気の吸入間隔を小さくすることができるものである。
【００４２】
図３は第３の実施形態を示すものである。この第３の実施形態においては、改質器１１によって改質した後の水素リッチガスの体積膨張を利用して前記流体圧シリンダ４５を作動する構成とし、かつ燃料供給側の回路，すなわち前記改質器１１と燃料電池本体９の燃料極５との間に燃料用のバッファータンク４９及び流量制御弁５１を上流側から順次配置したものである。そして、空気供給側の回路，すなわち前記接続路３１に配置した前記開閉弁３３と流量制御弁３５との間に、空気用のバッファータンク５３を配置した構成である。
【００４３】
上記構成によれば、前述した第１，第２の実施形態と同様の効果を奏し得ると共に、改質器１１によって改質した後の改質ガスがバッファータンク４９内に一時的に貯留されて燃料電池本体９の燃料極５へ送給される。また空気タンク２７から送気された空気がバッファータンク５３内に一時的に貯留されて燃料電池本体９の空気極７へ送給されることになる。
【００４４】
したがって、前記流体圧シリンダ４５を駆動することによって前記改質ガス及び空気の送給時に脈動が生じる傾向にある場合であっても、上記脈動が抑制緩和されることとなり、燃料電池本体９に対する燃料ガス及び空気の送給を安定的に行うことができるものである。
【００４５】
図４は、第４の実施形態を示すもので、この第４の実施形態は、前述の第３の実施の形態における前記開閉弁３３，４１を、空気の一方向へのみの流れを許容する逆止弁５５，５７に替えたものである。この構成によれば、開閉弁の開閉操作を行うことなしに、逆止弁５７の作用によって空気タンク２７の第２室２７Ｂへの外気の流入のみを許容し、かつ逆止弁５７の作用によって第２室２７Ｂ内の空気の燃料電池本体９側への流出のみを許容するものである。
【００４６】
したがって、開閉弁２１，２３の開閉操作を行うのみであって空気タンク２７の第２室２７Ｂへの外気の吸入，燃料電池本体９に対する第２室２７Ｂ内の空気の送気動作を行うことができ、構成をより簡素化できるものである。なお、前述した第１，第２，第３の実施の形態においても、前記開閉弁３３，４１を逆止弁に替えることができるものである。
【００４７】
図５は第５の実施の形態を示すもので、前述した第１〜第４の実施形態に示した構成と同一機能を奏する構成部分には同一符号を付することとして重複した説明は省略する。
【００４８】
この第５の実施形態においては、燃料タンク１３に接続した開閉弁１５の下流側に流量制御弁５９，気化器１７，改質器１１を順次配置し、この改質器１１の下流側に前述したＣＯ除去手段６１（図１においては図示省略して説明してある）を配置し、このＣＯ除去手段６１の下流側に開閉弁２３，流量制御弁６３を順次配置して燃料電池本体９の燃料極５に接続してある。
【００４９】
そして、この第５の実施形態においては、前記燃料電池本体９の燃料極５から排出される未使用の水素を燃焼する触媒燃焼器６５が設けられており、この触媒燃焼器６５には、前記燃料電池本体９における前記燃料極５の排出側に接続した接続路（排出路）６７が接続してある。なお、前記燃料電池本体９における空気極７の排出側に接続した接続路（回収路）６９は熱交換器７１に接続され、排ガス中の水蒸気が凝縮されて水として回収されている。
【００５０】
前記触媒燃焼器６５内には通常の触媒燃焼器同様にＰｔ系の触媒が内装されており、前記燃料極５から排出される未使用の水素が酸素供給手段の１例としての前記空気タンク２７から送給される空気の１部と混合して前記触媒燃焼器６５に供給され触媒燃焼される。この触媒燃焼器６５における触媒燃焼によって発生した熱は、前記気化器１７，改質器１１等へ伝達されて、前記燃料の気化，改質反応熱等に使用される。
【００５１】
前記燃料電池本体９における前記空気極７及び前記触媒燃焼器６５へ空気を送給するために、酸素供給手段の１例としての前記空気タンク２７の第２室２７Ｂに接続した送給路３１は加熱された空気を供給するために前記熱交換器７１を経て前記触媒燃焼器６５に接続した第１分岐路７３Ａと前記空気極７側へ接続した第２分岐路７３Ｂとに分岐してあり、各分岐路７３Ａ，７３Ｂにはニードルバルブ等のごとき開度調節自在の流量制御弁７５Ａ，７５Ｂがそれぞれ配置してある。
【００５２】
したがって、前記燃料電池本体９における前記燃料極５へ送給された水素は発電に使用され、この燃料極５から排出される未使用の水素は接続路６７を経て前記触媒燃焼器６５へ導かれる。前記触媒燃焼器６５の燃焼熱は、気化器における気化熱及び改質器の反応熱として利用される。そして、上記触媒燃焼器６５において燃焼された燃焼ガスは回収路７７を介して前記熱交換器７１に導かれている。また、前記空気極７側から排出されるガスは前記接続路６９を介して前記熱交換器７１に導かれ、前記熱交換器７１において凝縮されて回収された水は水タンクに一時貯留される。前記接続路６９に回収されたガス中の未使用の酸素と生成物としての水蒸気の１部を前記空気極７に循環するために、前記接続路６９には前記第２分岐路７３Ｂ側へ接続した分岐路７９が分岐接続してあり、この分岐路７９には、流量制御弁８１及び前記空気タンク２７同様の空気タンク８３が順次配置してある。
【００５３】
この空気タンク８３は、前記空気タンク２７と同様に、区画体８５によって区画された第１室８３Ａと第２室８３Ｂを備えた構成であって、第２室８３Ｂ内には前記空気タンク２７同様の弾性部材８７が内装してある。そして、前記第２室８３Ｂの入口側と出口側には前記開閉弁４１，４３同様の開閉弁８９，９１が配置してある。さらに、上記空気タンク８３の第１室８３Ａは前記開閉弁３７より上流側において前記接続路３６に接続した回路９３が接続してあり、この回路９３には開閉弁９５が配置してある。
【００５４】
上記構成により、開閉弁２３，３７，８９を閉状態にして開閉弁９１，９５を開状態にすると、接続路３６内の燃料ガスが空気タンク８３の第１室８３Ａ内に流入し圧力が上昇すると、弾性部材８７の付勢力に抗して区画体８５を移動するので、第２室８３Ｂ内の回収ガスは開閉弁９１を経て燃料電池本体９の空気極７へ循環される。
【００５５】
次に、開閉弁９１，３７を閉状態にして開閉弁８９，９５，２３を開状態にすると、弾性部材８７の作用によって第２室８３Ｂに接続路６９内の回収ガスの１部が吸引される。その後、開閉弁８９，９１，２３，３７を閉状態にして開閉弁９５を開状態にすると、空気タンク８３の第１室８３Ａに接続路３６内の燃料ガスが流入して圧力上昇し、第２室８３Ｂ内の回収ガスが加圧されることになる。よって、次に開閉弁９５，８９を閉状態に保持して開閉弁９１を開状態にすることにより、第２室８３Ｂ内の回収ガスを燃料電池本体９の空気極７へ送給することができるものである。
【００５６】
すなわち、前記空気タンク８３を、前述した空気タンク２７と同様に、燃料の体積膨張を利用して動作することができるものである。
【００５７】
したがって、この第５の実施形態によれば、燃料電池本体９の燃料極５に対する燃料の供給を、ポンプを用いることなく容易に実施し得る。また空気極７に対する空気の供給及び回収ガスの循環並びに触媒燃焼器６５に対する空気の供給を、燃料の体積膨張を利用して行うことができ、モータによって駆動されるブロア等を省略することができるものである。したがって、燃料電池システムの全体的構成の簡素化，小型化を図ることができ、前述したごとき従来の問題を解消し得るものである。
【００５８】
【発明の効果】
以上のごとき説明より理解されるように、本発明によれば、燃料の体積膨張による圧力を利用して燃料電池本体に空気を送給する構成であるから、空気を送給するための空気ポンプを省略することができ、燃料電池システムの全体的構成の簡素化を図ることができると共に小型化を図ることができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る燃料電池システムの構成を示す説明図である。
【図２】本発明の第２の実施形態に係る燃料電池システムの構成を示す説明図である。
【図３】本発明の第３の実施形態に係る燃料電池システムの構成を示す説明図である。
【図４】本発明の第４の実施形態に係る燃料電池システムの構成を示す説明図である。
【図５】本発明の第５の実施形態に係る燃料電池システムの構成を示す説明図である。
【符号の説明】
１ 燃料電池システム
３ イオン交換膜
５ 燃料極
７ 空気極
９ 燃料電池本体
１１ 改質器
１３ 燃料タンク
１７ 気化器
２１，２３，３３，３７，４１，８９，９１，９５ 開閉弁
２５ 酸素供給手段
２７，８３ 空気タンク
２７Ａ，８３Ａ 第１室
２７Ｂ，８３Ｂ 第２室
２９ 区画体
３１ 接続路（送給路）
３９ 弾性部材
４３ ヒートパイプ
４５ 流体圧シリンダ
４９ 燃料用のバッファータンク
５１ 流量制御弁
５３ 空気用のバッファータンク
６１ ＣＯ除去手段
６５ 触媒燃焼器
６７，６９ 接続路
７１ 熱交換器
７９ 分岐路
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料を水素リッチガスに改質するための改質器と、この改質器から供給される水素リッチガスと酸素供給手段から供給される酸素により発電を行う燃料電池本体とを備えてなる燃料電池システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
燃料電池本体には、使用する電解質の種類により、種々の型式があるが、前記燃料電池本体へ供給する水素は、例えば天然ガス，プロパンガス，メタノール等の種々の燃料を改質器において水素リッチガスに改質することによって供給されているのが一般的である。このように、燃料を水素リッチガスに改質して燃料電池本体へ供給する先行例がある。この先行例に係る燃料電池システムにおいては、燃料電池本体の他に、燃料電池本体に空気を送給するためのコンプレッサや、燃料を水素リッチガスに改質するための改質器及びこの改質器に対して燃料を送給するためのポンプ等が必要である（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−２２６１０２号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前述のごとき従来の構成においては、燃料電池本体に対して空気を供給するための送気ポンプ（コンプレッサ）が必要である。この種の送気ポンプは容量が大きく、燃料電池システムの全体的構成の簡素化，小型化を図る上においてさらなる改良が求められていると共に、送気ポンプに用いるモータの騒音が大きいという問題がある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前述のごとき従来の問題に鑑みてなされたもので、請求項１に係る発明は、燃料を水素リッチガスに改質する改質器と、前記改質器から供給される水素リッチガスと酸素供給手段から供給される酸素とによって発電を行う燃料電池本体とを備えてなる燃料電池システムにおいて、前記燃料は飽和蒸気圧が大気圧より高圧となる燃料であって燃料タンク内に収容してあり、この燃料の体積膨張を利用して前記酸素供給手段を駆動する酸素供給駆動手段を備えた構成である。
【０００６】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の燃料電池システムにおいて、前記改質器に対する前記燃料の送給を、前記燃料タンク内の飽和蒸気圧により行う構成である。
【０００７】
請求項３に係る発明は、請求項１又は２に記載の燃料電池システムにおいて、燃料はジメチルエーテルである。
【０００８】
請求項４に係る発明は、請求項１又は２に記載の燃料電池システムにおいて、前記燃料は炭化水素である。
【０００９】
請求項５に係る発明は、請求項１，２，３又は４に記載の燃料電池システムにおいて、燃料と燃料電池本体との間で熱交換を行う構成である。
【００１０】
請求項６に係る発明は、請求項５に記載の燃料電池システムにおいて、前記熱交換はヒートパイプによって行われる構成である。
【００１１】
請求項７に係る発明は請求項１〜６の何れかに記載の燃料電池システムにおいて、前記酸素供給手段は、前記燃料の体積膨張の圧力を受ける受圧部と、前記燃料電池本体に対して空気を加圧し送給する空気加圧部とを備え、前記受圧部の受圧面積よりも空気加圧部の加圧面積を大きくした構成である。
【００１２】
請求項８に係る発明は、請求項７に記載の燃料電池システムにおいて、前記燃料の供給側の回路と前記燃料電池本体との間、又は前記酸素供給手段の空気加圧部と前記燃料電池本体との間の少なくとも一方にバッファータンクを備えた構成である。
【００１３】
請求項９に係る発明は、請求項１〜８の何れかに記載の燃料電池システムにおいて、酸素供給手段に対する空気の入口又は出口の少なくとも一方に逆止弁を備えた構成である。
【００１４】
請求項１０に係る発明は、請求項１〜９の何れかに記載の燃料電池システムにおいて、前記燃料電池本体から排出される排出ガスを循環するための循環ポンプを備え、前記燃料の体積膨張を利用して前記循環ポンプを駆動する循環ポンプ駆動手段を備えた構成である。
【００１５】
請求項１１に係る発明は、請求項１〜１０の何れかに記載の燃料電池システムにおいて、前記改質器により改質された水素リッチガスの体積膨張を利用して前記酸素供給手段を駆動する構成である。
【００１６】
請求項１２に係る発明は、請求項１〜１１の何れかに記載の燃料電池システムにおいて、燃料電池本体は燃料極と空気極との間に高分子プロント導伝膜を挟み込んだ構成である。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１を参照するに、本発明の第１の実施形態に係る燃料電池システム１は、燃料電池の１例として水素イオン導伝性を有する高分子プロント導伝膜（イオン交換膜）３を、燃料極５と空気極７によって挟み込んだ構成の燃料電池本体９を備えている。この種の燃料電池は、固体高分子型燃料電池（高分子電解質形燃料電池：ＰＥＦＣ）として知られているので、前記燃料電池本体９の詳細な説明は省略する。
【００１８】
前記燃料電池本体９における前記燃料極５に対して水素を供給するために、燃料を水素リッチガスに改質するための改質器１１が設けられている。前記燃料は、飽和蒸気圧が大気圧より高圧であるジメチルエーテル（ＤＭＥ）であって、燃料タンク１３内には、ジメチルエーテルと水との比率を１：６として混合した混合液が収容してある。良く知られているようにジメチルエーテルの常温での飽和蒸気圧は大気圧より高圧であって約６気圧の圧力を有する。水との混合液の場合、蒸気圧は低下するが、ジメチルエーテルを燃料タンク１３内に収容して密閉した状態においては、燃料タンク１３内には約４気圧の飽和蒸気圧が常に作用していることになる。
【００１９】
前記燃料タンク１３内の燃料を取り出すために、前記燃料タンク１３の下部付近には開閉自在かつ開度調節を行うことによって前記燃料の流量を制御可能の開閉弁１５が接続してあり、この開閉弁１５には、前記改質器１１に接続した気化器１７が接続してある。そして、前記気化器１７と前記改質器１１とを接続した接続路１９には、前記開閉弁１５と同様の開閉弁２１，２３が上流側から順次配置してある。
【００２０】
したがって、前記開閉弁１５，２１，２３を開くと、前記燃料タンク１３内に作用する飽和蒸気圧によって前記燃料は燃料タンク１３から気化器１７へ能動的に流出される。そして、気化器１７において気化したジメチルエーテルと水蒸気との混合気体が前記改質器１１へ供給されることになる。
【００２１】
既に理解されるように、燃料タンク１３内の燃料を気化器１１を経て改質器１１に対して供給するに際しては、前記燃料タンク１３内の燃料の飽和蒸気圧を利用するものであるから、燃料を送給するためのポンプを省略することができ、全体的構成の簡素化を図ることができると共に小型化を図ることができるものである。
【００２２】
前記改質器１１内にはＡｌ2 Ｏ3 にＲｈを担持した改質触媒が内装されており、この改質器１１において、前記ジメチルエーテルと水蒸気との混合気体は、［ＣＨ3 ＯＣＨ3 ＋３Ｈ2 Ｏ→３ＣＯ2 ＋６Ｈ2 ］と、水素を含む水素リッチガスに改質される。この改質されたガス中には、僅かではあるがＣＯが存在するので、上記ＣＯを除去するために、改質器１１と燃料電池本体９の燃料極５との間には、ＣＯ除去手段（図示省略）が設けられている。
【００２３】
前記ＣＯ除去手段には、例えばＣｕ系の触媒を採用して、ＣＯ＋Ｈ2 Ｏ→ＣＯ2 ＋Ｈ2 ］，［ＣＯ＋Ｈ2 →ＣＨ4 ＋Ｈ2 Ｏ］の反応によりＣＯをＣＯ2 等に変化し、ＣＯの除去を行っているものであり、このＣＯを除去した後の水素リッチガスを前記燃料電池本体９の燃料極５へ送給しているものである。なお、前記ＣＯ除去手段としては、水素を選択的に透過する半透膜を採用することも可能である。
【００２４】
前述のごとく改質器１１によって改質した後の水素リッチガスを燃料電池本体９の燃料極５に供給する際、前記燃料電池本体９の空気極７へ酸素を供給するために、酸素供給手段２５が設けられており、この酸素供給手段２５は、前記燃料の体積膨張を利用して駆動される酸素供給手段によって駆動される構成である。
【００２５】
より詳細には、前記燃料電池本体９の空気極７に対して空気を送給するために空気タンク２７が備えられている。この空気タンク２７は、例えばピストン，ダイアフラム等の移動自在の区画体２９によって第１室２７Ａと第２室２７Ｂとに区画してあり、第２室２７Ｂには前記燃料電池本体９へ供給する空気が収容されている。
【００２６】
前記空気を前記燃料電池本体９へ供給するために、前記空気タンク２７の第２室２７Ｂには、前記燃料電池本体９の空気極７に接続した接続路（送給路）３１が接続してあり、この接続路３１には、前記開閉弁１５同様の開閉弁３３及びニードルバルブ等のごとき絞り調節自在の流量制御弁３５が空気タンク２７側から順次配置してある。そして、前記燃料の体積膨張に起因する圧力を前記空気タンク２７に供給するために前記空気タンク２７の第１室２７Ａには、前記開閉弁２１，２３の間において前記接続路１９に接続した加圧供給手段の１例として接続路３６が接続してあり、この接続路３６には開閉自在の開閉弁３７が配置してある。
【００２７】
さらに、前記空気タンク２７の第２室２７Ｂに外気を吸引するために、前記第２室２７Ｂには、前記区画体２９を第１室２７Ａ側へ押圧付勢する押圧付勢手段の１例としてのスプリング等のごとき適宜の弾性部材３９が内装してある。そして、前記第２室２７Ｂには、外気を取り込むための開閉弁４１が接続してある。
【００２８】
上記構成により、開閉弁２３，４１を閉じた状態において開閉弁１５，２１，３３，３７を開状態に保持すると、燃料タンク１３内の燃料（ジメチルエーテルと水の混合液）は燃料タンク１３内の飽和蒸気圧によって気化器１７へ能動的に送給され、気化器１７において気化され体積膨張する。そして、気化した燃料は空気タンク２７の第１室２７Ａ内に供給される。
【００２９】
空気タンク２７の第１室２７Ａ内に気化した燃料が供給されると、燃料の体積膨張による圧力によって区画体２９が弾性部材３９の付勢力に抗して移動されるので、空気タンク２７の第２室２７Ｂ内の空気は燃料電池本体９の空気極７へ送給されることになる。
【００３０】
その後、開閉弁２１，３３を閉状態に保持し、開閉弁２３，３７，４１を開状態に保持すると、空気タンク２７における第２室２７Ｂ内の弾性部材３９の作用によって区画体２９が第１室２７Ａ側へ移動され、第１室２７Ａ内の燃料ガスが改質器１１へ送給されると共に、第２室２７Ｂが負圧となり、開閉弁４１を経て外気が第２室２７Ｂ内に吸引されて空気が蓄えられる。
【００３１】
次に、開閉弁２３，４１を閉状態に保持して開閉弁２１，３７を開状態に保持すると、燃料の気化した混合ガスが空気タンク２７の第１室２７Ａに導入され、第１室２７Ａの圧力が上昇して、第２室２７Ｂ内の空気を加圧することになる。したがって、次に、開閉弁３７を閉状態に保持して開閉弁２３を開状態に保持すると、気化した燃料ガスが改質器１１へ送給され、水素リッチガスに改質されて燃料電池本体９の燃料極５に供給されることになる。また、開閉弁３３を開状態に保持することにより、空気タンク２７の第２室２７Ｂ内の加圧された空気は流量制御弁３５によって流量を調節されて燃料電池本体９の空気極７へ供給されることになる。
【００３２】
すなわち、燃料電池本体９における燃料極５に対する水素リッチガスの供給と空気極７に対する空気の供給が同時に行われ、燃料電池本体９における発電が行われることになる。
【００３３】
既に理解されるように、前述したように、空気タンク２７における第２室２７Ｂへの外気の吸入，圧縮（加圧）を繰り返すことにより、燃料電池本体９に対して改質された燃料及び空気を断続的に送給することができるものである。
【００３４】
前記燃料電池システム１において、前記燃料電池本体９において発生した熱を、前記空気タンク２７における第１室２７Ａ側へ伝達するための熱交換手段としてヒートパイプ４３が設けられている。したがって、前記空気タンク２７における第１室２７Ａ内の燃料ガスを加熱膨張することができ、前記空気タンク２７における第２室２７Ｂ内の空気をより効果的に加圧することができるものである。また、同時に燃料電池本体９における発熱の除熱にもなる。
【００３５】
既に理解されるように、前述したように、空気タンク２７における第２室２７Ｂ内への外気の吸入，圧縮を繰り返すことにより、燃料の体積膨張による圧力を利用して燃料電池本体９に対して改質した燃料及び空気の供給を行うことができるものであるから、燃料用ポンプ及び送気用ポンプを省略でき、全体的構成の小型化を図ることができ、前述したごとき従来の問題を解消し得るものである。
【００３６】
なお、燃料はジメチルエーテルではなく、プロパンやブタンのような炭化水素でもよい。また、水との混合液ではなく、燃料と水は別々に改質器に供給してもよい。また、空気タンクを複数用いてもよい。
【００３７】
図２は第２の実施形態を示すもので、前述した第１の実施形態の構成部分と同一機能を奏する構成部分には、同一符号を付することとして重複した説明は省略する。
【００３８】
この第２の実施の形態においては、燃料タンク１３内において気化した燃料ガスを改質器１１に送給すべく、前記開閉弁１５，気化器１７を省略し、そして、前記空気タンク２７に、燃料の僅かな流量に対して空気流量を増幅する空気流量増幅手段を設けた構成である。
【００３９】
より詳細には、前記接続路３６に設けた開閉弁３７に替えて、接続路３６に小径の流体圧シリンダ４５を配置し、この流体圧シリンダ４５において往復動自在のピストンロッドのごとき往復移動体４７と前記空気タンク２７内の区画体２９とを一体的に連結した構成である。
【００４０】
そして、前記流体圧シリンダ４５において前記燃料の体積膨張による圧力を受ける前記往復移動体４７の受圧部の受圧面積を、前記区画体２９が第２室２７Ｂ内の空気を加圧する空気加圧部の加圧面積より小さく構成してある。ここで、例えば往復移動体（ピストンロッド）４７の受圧面積を０．２５ｃｍ2 とし、前記区画体２９の加圧面積を２５ｃｍ2 とすると、ＤＭＥと水の混合ガスの体積膨張によって前記ピストンロッド４７が押圧されると、前記空気タンク２７の第２室２７Ｂから前記ピストンロッド４７を移動した混合ガスの約１００倍の体積の空気が送気されることになる。なお、空気タンク２７の第２室２７Ｂから送気される空気の突出圧力は約０．０１ｋｇｆ／ｃｍ2 であり、ＤＭＥと水との混合ガスが約１００倍に膨張した場合であっても送気可能なものである。
【００４１】
上記構成によれば、流体圧シリンダ４５の容積に比較して空気タンク２７の容積を約１００倍の容積にすることができ、燃料電池本体９に対して過不足なく空気の送給を行うことができるものであり、かつ第２室２７Ｂへの空気の吸入間隔を小さくすることができるものである。
【００４２】
図３は第３の実施形態を示すものである。この第３の実施形態においては、改質器１１によって改質した後の水素リッチガスの体積膨張を利用して前記流体圧シリンダ４５を作動する構成とし、かつ燃料供給側の回路，すなわち前記改質器１１と燃料電池本体９の燃料極５との間に燃料用のバッファータンク４９及び流量制御弁５１を上流側から順次配置したものである。そして、空気供給側の回路，すなわち前記接続路３１に配置した前記開閉弁３３と流量制御弁３５との間に、空気用のバッファータンク５３を配置した構成である。
【００４３】
上記構成によれば、前述した第１，第２の実施形態と同様の効果を奏し得ると共に、改質器１１によって改質した後の改質ガスがバッファータンク４９内に一時的に貯留されて燃料電池本体９の燃料極５へ送給される。また空気タンク２７から送気された空気がバッファータンク５３内に一時的に貯留されて燃料電池本体９の空気極７へ送給されることになる。
【００４４】
したがって、前記流体圧シリンダ４５を駆動することによって前記改質ガス及び空気の送給時に脈動が生じる傾向にある場合であっても、上記脈動が抑制緩和されることとなり、燃料電池本体９に対する燃料ガス及び空気の送給を安定的に行うことができるものである。
【００４５】
図４は、第４の実施形態を示すもので、この第４の実施形態は、前述の第３の実施の形態における前記開閉弁３３，４１を、空気の一方向へのみの流れを許容する逆止弁５５，５７に替えたものである。この構成によれば、開閉弁の開閉操作を行うことなしに、逆止弁５７の作用によって空気タンク２７の第２室２７Ｂへの外気の流入のみを許容し、かつ逆止弁５７の作用によって第２室２７Ｂ内の空気の燃料電池本体９側への流出のみを許容するものである。
【００４６】
したがって、開閉弁２１，２３の開閉操作を行うのみであって空気タンク２７の第２室２７Ｂへの外気の吸入，燃料電池本体９に対する第２室２７Ｂ内の空気の送気動作を行うことができ、構成をより簡素化できるものである。なお、前述した第１，第２，第３の実施の形態においても、前記開閉弁３３，４１を逆止弁に替えることができるものである。
【００４７】
図５は第５の実施の形態を示すもので、前述した第１〜第４の実施形態に示した構成と同一機能を奏する構成部分には同一符号を付することとして重複した説明は省略する。
【００４８】
この第５の実施形態においては、燃料タンク１３に接続した開閉弁１５の下流側に流量制御弁５９，気化器１７，改質器１１を順次配置し、この改質器１１の下流側に前述したＣＯ除去手段６１（図１においては図示省略して説明してある）を配置し、このＣＯ除去手段６１の下流側に開閉弁２３，流量制御弁６３を順次配置して燃料電池本体９の燃料極５に接続してある。
【００４９】
そして、この第５の実施形態においては、前記燃料電池本体９の燃料極５から排出される未使用の水素を燃焼する触媒燃焼器６５が設けられており、この触媒燃焼器６５には、前記燃料電池本体９における前記燃料極５の排出側に接続した接続路（排出路）６７が接続してある。なお、前記燃料電池本体９における空気極７の排出側に接続した接続路（回収路）６９は熱交換器７１に接続され、排ガス中の水蒸気が凝縮されて水として回収されている。
【００５０】
前記触媒燃焼器６５内には通常の触媒燃焼器同様にＰｔ系の触媒が内装されており、前記燃料極５から排出される未使用の水素が酸素供給手段の１例としての前記空気タンク２７から送給される空気の１部と混合して前記触媒燃焼器６５に供給され触媒燃焼される。この触媒燃焼器６５における触媒燃焼によって発生した熱は、前記気化器１７，改質器１１等へ伝達されて、前記燃料の気化，改質反応熱等に使用される。
【００５１】
前記燃料電池本体９における前記空気極７及び前記触媒燃焼器６５へ空気を送給するために、酸素供給手段の１例としての前記空気タンク２７の第２室２７Ｂに接続した送給路３１は加熱された空気を供給するために前記熱交換器７１を経て前記触媒燃焼器６５に接続した第１分岐路７３Ａと前記空気極７側へ接続した第２分岐路７３Ｂとに分岐してあり、各分岐路７３Ａ，７３Ｂにはニードルバルブ等のごとき開度調節自在の流量制御弁７５Ａ，７５Ｂがそれぞれ配置してある。
【００５２】
したがって、前記燃料電池本体９における前記燃料極５へ送給された水素は発電に使用され、この燃料極５から排出される未使用の水素は接続路６７を経て前記触媒燃焼器６５へ導かれる。前記触媒燃焼器６５の燃焼熱は、気化器における気化熱及び改質器の反応熱として利用される。そして、上記触媒燃焼器６５において燃焼された燃焼ガスは回収路７７を介して前記熱交換器７１に導かれている。また、前記空気極７側から排出されるガスは前記接続路６９を介して前記熱交換器７１に導かれ、前記熱交換器７１において凝縮されて回収された水は水タンクに一時貯留される。前記接続路６９に回収されたガス中の未使用の酸素と生成物としての水蒸気の１部を前記空気極７に循環するために、前記接続路６９には前記第２分岐路７３Ｂ側へ接続した分岐路７９が分岐接続してあり、この分岐路７９には、流量制御弁８１及び前記空気タンク２７同様の空気タンク８３が順次配置してある。
【００５３】
この空気タンク８３は、前記空気タンク２７と同様に、区画体８５によって区画された第１室８３Ａと第２室８３Ｂを備えた構成であって、第２室８３Ｂ内には前記空気タンク２７同様の弾性部材８７が内装してある。そして、前記第２室８３Ｂの入口側と出口側には前記開閉弁４１，４３同様の開閉弁８９，９１が配置してある。さらに、上記空気タンク８３の第１室８３Ａは前記開閉弁３７より上流側において前記接続路３６に接続した回路９３が接続してあり、この回路９３には開閉弁９５が配置してある。
【００５４】
上記構成により、開閉弁２３，３７，８９を閉状態にして開閉弁９１，９５を開状態にすると、接続路３６内の燃料ガスが空気タンク８３の第１室８３Ａ内に流入し圧力が上昇すると、弾性部材８７の付勢力に抗して区画体８５を移動するので、第２室８３Ｂ内の回収ガスは開閉弁９１を経て燃料電池本体９の空気極７へ循環される。
【００５５】
次に、開閉弁９１，３７を閉状態にして開閉弁８９，９５，２３を開状態にすると、弾性部材８７の作用によって第２室８３Ｂに接続路６９内の回収ガスの１部が吸引される。その後、開閉弁８９，９１，２３，３７を閉状態にして開閉弁９５を開状態にすると、空気タンク８３の第１室８３Ａに接続路３６内の燃料ガスが流入して圧力上昇し、第２室８３Ｂ内の回収ガスが加圧されることになる。よって、次に開閉弁９５，８９を閉状態に保持して開閉弁９１を開状態にすることにより、第２室８３Ｂ内の回収ガスを燃料電池本体９の空気極７へ送給することができるものである。
【００５６】
すなわち、前記空気タンク８３を、前述した空気タンク２７と同様に、燃料の体積膨張を利用して動作することができるものである。
【００５７】
したがって、この第５の実施形態によれば、燃料電池本体９の燃料極５に対する燃料の供給を、ポンプを用いることなく容易に実施し得る。また空気極７に対する空気の供給及び回収ガスの循環並びに触媒燃焼器６５に対する空気の供給を、燃料の体積膨張を利用して行うことができ、モータによって駆動されるブロア等を省略することができるものである。したがって、燃料電池システムの全体的構成の簡素化，小型化を図ることができ、前述したごとき従来の問題を解消し得るものである。
【００５８】
【発明の効果】
以上のごとき説明より理解されるように、本発明によれば、燃料の体積膨張による圧力を利用して燃料電池本体に空気を送給する構成であるから、空気を送給するための空気ポンプを省略することができ、燃料電池システムの全体的構成の簡素化を図ることができると共に小型化を図ることができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る燃料電池システムの構成を示す説明図である。
【図２】本発明の第２の実施形態に係る燃料電池システムの構成を示す説明図である。
【図３】本発明の第３の実施形態に係る燃料電池システムの構成を示す説明図である。
【図４】本発明の第４の実施形態に係る燃料電池システムの構成を示す説明図である。
【図５】本発明の第５の実施形態に係る燃料電池システムの構成を示す説明図である。
【符号の説明】
１ 燃料電池システム
３ イオン交換膜
５ 燃料極
７ 空気極
９ 燃料電池本体
１１ 改質器
１３ 燃料タンク
１７ 気化器
２１，２３，３３，３７，４１，８９，９１，９５ 開閉弁
２５ 酸素供給手段
２７，８３ 空気タンク
２７Ａ，８３Ａ 第１室
２７Ｂ，８３Ｂ 第２室
２９ 区画体
３１ 接続路（送給路）
３９ 弾性部材
４３ ヒートパイプ
４５ 流体圧シリンダ
４９ 燃料用のバッファータンク
５１ 流量制御弁
５３ 空気用のバッファータンク
６１ ＣＯ除去手段
６５ 触媒燃焼器
６７，６９ 接続路
７１ 熱交換器
７９ 分岐路
Claims (12)
- 燃料を水素リッチガスに改質する改質器と、前記改質器から供給される水素リッチガスと酸素供給手段から供給される酸素とによって発電を行う燃料電池本体とを備えてなる燃料電池システムにおいて、前記燃料は飽和蒸気圧が大気圧より高圧となる燃料であって燃料タンク内に収容してあり、この燃料の体積膨張を利用して前記酸素供給手段を駆動する酸素供給駆動手段を備えたことを特徴とする燃料電池システム。
- 請求項１に記載の燃料電池システムにおいて、前記改質器に対する前記燃料の送給を、前記燃料タンク内の飽和蒸気圧により行う構成であることを特徴とする燃料電池システム。
- 請求項１又は２に記載の燃料電池システムにおいて、燃料はジメチルエーテルであることを特徴とする燃料電池システム。
- 請求項１又は２に記載の燃料電池システムにおいて、前記燃料は炭化水素であることを特徴とする燃料電池システム。
- 請求項１，２，３又は４に記載の燃料電池システムにおいて、燃料と燃料電池本体との間で熱交換を行う構成であることを特徴とする燃料電池システム。
- 請求項５に記載の燃料電池システムにおいて、前記熱交換はヒートパイプによって行われることを特徴とする燃料電池システム。
- 請求項１〜６の何れかに記載の燃料電池システムにおいて、前記酸素供給手段は、前記燃料の体積膨張の圧力を受ける受圧部と、前記燃料電池本体に対して空気を加圧し送給する空気加圧部とを備え、前記受圧部の受圧面積よりも空気加圧部の加圧面積を大きくした構成であることを特徴とする燃料電池システム。
- 請求項７に記載の燃料電池システムにおいて、前記燃料の供給側の回路と前記燃料電池本体との間、又は前記酸素供給手段の空気加圧部と前記燃料電池本体との間の少なくとも一方にバッファータンクを備えたことを特徴とする燃料電池システム。
- 請求項１〜８の何れかに記載の燃料電池システムにおいて、酸素供給手段に対する空気の入口又は出口の少なくとも一方に逆止弁を備えたことを特徴とする燃料電池システム。
- 請求項１〜９の何れかに記載の燃料電池システムにおいて、前記燃料電池本体から排出される排出ガスを循環するための循環ポンプを備え、前記燃料の体積膨張を利用して前記循環ポンプを駆動する循環ポンプ駆動手段を備えたことを特徴とする燃料電池システム。
- 請求項１〜１０の何れかに記載の燃料電池システムにおいて、前記改質器により改質された水素リッチガスの体積膨張を利用して前記酸素供給手段を駆動する構成であることを特徴とする燃料電池システム。
- 請求項１〜１１の何れかに記載の燃料電池システムにおいて、燃料電池本体は燃料極と空気極との間に高分子プロント導伝膜を挟み込んだ構成であることを特徴とする燃料電池システム。
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