WO2024042743A1

WO2024042743A1 - 燃料電池システム

Info

Publication number: WO2024042743A1
Application number: PCT/JP2023/006905
Authority: WO
Inventors: 揚平中村; 憲治中道
Original assignee: 三菱重工業株式会社
Priority date: 2022-08-25
Filing date: 2023-02-27
Publication date: 2024-02-29
Also published as: JP2024031133A

Abstract

燃料電池システムは、燃料電池と、燃料電池に酸化ガスを送るための酸化ガス供給ラインと、酸化ガス供給ラインに設けられ、酸化ガスを圧縮するように構成されたコンプレッサと、燃料電池を冷却するための冷熱媒体を燃料電池に供給するための冷熱媒体供給ラインと、冷熱媒体供給ラインに設けられ、冷熱媒体を昇圧するように構成された冷熱媒体用ポンプと、冷熱媒体供給ラインを流れる冷熱媒体と酸化ガス供給ラインのコンプレッサよりも下流側を流れるコンプレッサにより圧縮された酸化ガスとの間で熱交換を行うように構成された酸化ガス冷却器と、を備える。

Description

燃料電池システム

　本開示は、コンプレッサにより圧縮された酸化ガスを燃料電池に供給するように構成された燃料電池システムに関する。
　本願は、２０２２年８月２５日に日本国特許庁に出願された特願２０２２－１３４４８７号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

　燃料電池車両（ＦＣＥＶ：Ｆｕｅｌ　Ｃｅｌｌ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｖｅｈｉｃｌｅ）は、燃料電池中における燃料ガス（水素）と酸化ガス（酸素）との化学反応により発電した電気エネルギーにより、走行用モータを回して走行するように構成されたものである。燃料電池に供給される水素は、燃料電池車両に搭載された水素タンクに蓄えられている。燃料電池に供給される酸素は、空気中の酸素が使用される。燃料電池に空気を大量に送り込むことや燃料電池内部の圧力維持することができるように、燃料電池に酸素を供給するための酸素供給系統に、電動圧縮機を設けることがある。

　電動圧縮機により圧縮された空気は、高温になるので、燃料電池に供給されるまでの間に燃料電池の適した温度まで冷却する必要がある。特許文献１では、電動圧縮機により圧縮された空気を、空冷式の熱交換器及び水冷式の熱交換器により冷却後に燃料電池に供給することが開示されている。

特開２０１４－１２０３３６号公報特開２００２－５６８６５号公報

　特許文献１、２に記載の水冷式の熱交換器は、該熱交換器に水冷用の水を送るための専用のライン及びポンプが必要となり、燃料電池や電動圧縮機等を備える燃料電池システムの構造の複雑化を招く虞がある。

　上述した事情に鑑みて、本開示の少なくとも一実施形態の目的は、その構造の簡素化が図れる燃料電池システムを提供することにある。

　本開示の一実施形態に係る燃料電池システムは、
　燃料電池と、
　前記燃料電池に酸化ガスを送るための酸化ガス供給ラインと、
　前記酸化ガス供給ラインに設けられ、前記酸化ガスを圧縮するように構成されたコンプレッサと、
　前記燃料電池を冷却するための冷熱媒体を前記燃料電池に供給するための冷熱媒体供給ラインと、
　前記冷熱媒体供給ラインに設けられ、前記冷熱媒体を昇圧するように構成された冷熱媒体用ポンプと、
　前記冷熱媒体供給ラインを流れる前記冷熱媒体と前記酸化ガス供給ラインの前記コンプレッサよりも下流側を流れる前記コンプレッサにより圧縮された前記酸化ガスとの間で熱交換を行うように構成された酸化ガス冷却器と、を備える。

　本開示の少なくとも一実施形態によれば、その構造の簡素化が図れる燃料電池システムが提供される。

一実施形態に係る燃料電池システムの概略図である。一実施形態に係る燃料電池システムの概略図である。一実施形態に係る燃料電池システムの概略図である。一実施形態に係る燃料電池システムの概略図である。一実施形態に係る燃料電池システムの概略図である。一実施形態に係る燃料電池システムの概略図である。一実施形態に係る燃料電池システムの概略図である。一実施形態に係る燃料電池システムの概略図である。一実施形態に係る燃料電池システムの概略図である。一実施形態に係る燃料電池システムの概略図である。一実施形態に係る燃料電池システムの概略図である。一実施形態に係る燃料電池システムの概略図である。

　以下、添付図面を参照して本開示の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本開示の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。

（燃料電池システム）
　図１～図１２の各々は、本開示の一実施形態に係る燃料電池システム１の概略図である。なお、図１～図１２中に示される温度は、各流路を流れる流体の温度の一例を示すものである。幾つかの実施形態に係る燃料電池システム１は、図１～図１２に示されるように、空気極２１及び燃料極２２を少なくとも含む燃料電池（ＦＣ：Ｆｕｅｌ　Ｃｅｌｌ）２と、燃料電池２の空気極２１に酸化ガスを送るための酸化ガス供給ライン３と、燃料電池２の燃料極２２に燃料ガスを送るための燃料ガス供給ライン４と、を備える。燃料電池システム１は、燃料電池２に酸化ガスや燃料ガスを供給し、燃料電池２にて電力を発生させるようになっている。燃料電池システム１は、燃料電池２が発生させた電力により走行可能に構成された不図示の電動車両に搭載してもよい。

（燃料電池）
　燃料電池２は、正極活物質となる酸化ガス（図示例では、空気中の酸素）と、負極活物質となる燃料ガス（図示例では、水素ガス)と、が常温または高温環境で供給（補充）されるようになっている。燃料電池２は、供給された酸化ガスと燃料ガスとの電気化学反応により発電可能に構成されている。

　図示される実施形態では、燃料電池２に供給される酸化ガスは、空気中の酸素からなり、燃料電池２に供給される燃料ガスは、水素ガスからなる。燃料電池２は、図１～図１２に示されるように、電子受容側電極（カソード）である空気極２１と、電子放出側電極（アノード）である燃料極２２と、空気極２１と燃料極２２とを隔てるように空気極２１と燃料極２２との間に挟まれた電解質膜２３と、を含む少なくとも１つの発電セル２０を有する。なお、燃料電池２は、複数の発電セル２０と、複数の発電セル２０の夫々の間に挟まれたセパレータと、が積層された構成にしてもよい。図示される実施形態では、電解質膜２３は、固体高分子電解質膜からなる。

　燃料電池２は、酸化ガス供給ライン３を介して、複数の発電セル２０の夫々の空気極２１側の触媒層に酸素を含む空気が供給されるようになっている。また、燃料電池２は、燃料ガス供給ライン４を介して、複数の発電セル２０の夫々の燃料極２２側の触媒層に水素ガスが供給されるようになっている。燃料電池２は、空気極２１に酸素を含む空気が供給され、且つ燃料極２２に水素ガスが供給されることで、下記に示すような化学反応が生じるため、電極間（空気極２１と燃料極２２との間）に発生する起電力として電気エネルギーを取り出すことが可能となる。
　燃料極２２（アノード）：Ｈ₂→２Ｈ+＋２ｅ-
　空気極２１（カソード）：１／２Ｏ_２＋２Ｈ+＋２ｅ-→Ｈ₂Ｏ

（酸化ガス供給ライン）
　燃料電池システム１は、図１～図１２に示されるように、酸化ガス供給ライン３に設けられ、酸化ガスを圧縮するように構成されたコンプレッサ（圧縮機）３１をさらに備える。酸化ガス供給ライン３は、コンプレッサ３１により圧縮された酸素を含む空気（酸化ガス）を燃料電池２の空気極２１に導くための酸化ガス導入流路（管路）３０を含む。酸化ガス導入流路３０は、その一端（上流端）がコンプレッサ３１に接続され、その他端（下流端）が燃料電池２の空気極２１に接続されている。

　コンプレッサ３１を回転させることで生じる吸引力により、酸化ガス供給ライン３のコンプレッサ３１よりも上流側から酸素を含む空気がコンプレッサ３１に導かれて、コンプレッサ３１により圧縮される。コンプレッサ３１により圧縮された酸素を含む空気は、酸化ガス導入流路３０を介して燃料電池２の空気極２１（空気極２１側の触媒層）に供給される。

　図示される実施形態では、コンプレッサ３１は、電動モータ（電動機）３２により駆動されて酸素ガスを圧縮するように構成された電動コンプレッサ３１Ａを含む。燃料電池システム１は、コンプレッサ３１を回転させる回転力を発生させる電動モータ３２と、コンプレッサ３１及び電動モータ３２に機械的に連結され、電動モータ３２が発生させた上記回転力をコンプレッサ３１に伝達する回転シャフト３３と、をさらに備える。

（燃料ガス供給ライン）
　燃料電池システム１は、図１～図１２に示されるように、燃料ガス（水素ガス）を貯留するように構成された燃料ガス貯留装置（例えば、水素ガス貯留タンク）４１をさらに備える。燃料ガス供給ライン４は、燃料ガス貯留装置４１から燃料電池２の燃料極２２（燃料極２２側の触媒層）に燃料ガスを供給するための流路（管路）を含む。燃料ガス供給ライン４は、その一端（上流端）が燃料ガス貯留装置４１に接続され、その他端（下流端）が燃料電池２の燃料極２２に接続されている。燃料ガス貯留装置４１に貯留された燃料ガスは、燃料ガス供給ライン４を介して燃料電池２の燃料極２２（燃料極２２側の触媒層）に供給される。

　燃料電池システム１は、図１～図７、図１１及び図１２に示されるように、燃料ガス供給ライン４に設けられて、燃料ガス供給ライン４を通過する燃料ガスの流量を調整可能に構成された第１の燃料ガス流量調整弁４２をさらに備えていてもよい。第１の燃料ガス流量調整弁４２の開度を調整することで、燃料ガス供給ライン４の第１の燃料ガス流量調整弁４２よりも下流側を流れる燃料ガスの流量が調整される。

　第１の燃料ガス流量調整弁４２が全閉のときは、燃料ガス供給ライン４の第１の燃料ガス流量調整弁４２よりも上流側（燃料ガス貯留装置４１が位置する側）の圧力が、燃料ガス供給ライン４の第１の燃料ガス流量調整弁４２よりも下流側（燃料電池２の燃料極２２が位置する側）の圧力よりも高くなっている。燃料ガス供給ライン４の第１の燃料ガス流量調整弁４２よりも上流側と下流側との間の圧力差により、第１の燃料ガス流量調整弁４２を開いたときに、燃料ガス供給ライン４の上流側から下流側に燃料ガスが流れるようになっている。

（燃料ガス排出ライン）
　燃料電池システム１は、図１～図１２に示されるように、燃料電池２の燃料極２２から排出された余剰の燃料ガスを送るための燃料ガス排出ライン７を備えていてもよい。燃料ガス排出ライン７は、その一端（上流端）が燃料電池２の燃料極２２に接続されている。燃料電池２から燃料ガス排出ライン７に抜き出された燃料ガスは、燃料ガス排出ライン７を介して燃料電池システム１の外部に排出される。

　燃料電池システム１は、図１～図１２に示されるように、燃料ガス排出ライン７に設けられて、燃料ガス排出ライン７を通過する燃料ガスの流量を調整可能に構成された第２の燃料ガス流量調整弁７１をさらに備えていてもよい。第２の燃料ガス流量調整弁７１の開度を調整することで、燃料ガス排出ライン７の第２の燃料ガス流量調整弁７１よりも下流側を流れる燃料ガスの流量が調整される。

　第２の燃料ガス流量調整弁７１が全閉のときは、燃料ガス排出ライン７の第２の燃料ガス流量調整弁７１よりも上流側（燃料極２２が位置する側）の圧力が、燃料ガス排出ライン７の第２の燃料ガス流量調整弁７１よりも下流側の圧力よりも高くなっている。燃料ガス排出ライン７の第２の燃料ガス流量調整弁７１よりも上流側と下流側との間の圧力差により、第２の燃料ガス流量調整弁７１を開いたときに、燃料ガス排出ライン７の上流側から下流側に燃料ガスが流れるようになっている。

　なお、第１の燃料ガス流量調整弁４２及び第２の燃料ガス流量調整弁７１の夫々は、全閉と全開に開度調整可能な開閉弁でもよいし、全閉と全開とこれらの間の少なくとも１つの中間開度に開度調整可能な開度調整弁でもよい。

（排ガスライン）
　燃料電池システム１は、図１～図１２に示されるように、燃料電池２の空気極２１から排出された排ガスを送るための排ガスライン５をさらに備える。燃料電池２の空気極２１から排出された排ガスは、燃料電池２における燃料ガス（水素）と酸化ガス（酸素）との電気化学反応で生成された排気（水蒸気）を含む。排ガスライン５は、その一方端（上流端）が燃料電池２の空気極２１に接続されている。燃料電池２から排ガスライン５に抜き出された排ガスは、排ガスライン５を介して燃料電池システム１の外部に排出される。

　燃料電池システム１は、図１～図１２に示されるように、排ガスライン５に設けられ、排ガスにより駆動されるように構成されたタービン（膨張器）５１をさらに備える。燃料電池２の空気極２１から排出された排ガスは、排ガスライン５を介してタービン５１に導かれる。タービン５１は、タービン５１に導かれた排ガスのエネルギ（膨張エネルギ）により回転するように構成されている。タービン５１は、タービン５１に導かれた排ガスを膨張させるように構成されている。

　図示される実施形態では、タービン５１は、回転シャフト３３を介してコンプレッサ３１に機械的に連結されている。コンプレッサ３１及びタービン５１は、コンプレッサ３１を駆動させるための電動モータ３２の出力シャフトである回転シャフト３３を介して互いに同軸上に配置され、回転シャフト３３にそれぞれ接続されている。電動モータ３２は、図示しない電源（発電機等）から電流が供給されるようになっており、電源から供給された電流により駆動して回転シャフト３３、コンプレッサ３１及びタービン５１を駆動（回転）させるようになっている。タービン５１では、排ガスが膨張する際に発生する膨張エネルギーの一部が回収され、回収された膨張エネルギーによってコンプレッサ３１の駆動（回転）が補助されるようになっている。なお、電動モータ３２は、燃料電池２が発生させた電力が供給されることで駆動するようになっていてもよい。

（冷熱媒体供給ライン）
　燃料電池システム１は、図１～図１２に示されるように、燃料電池２を冷却するための冷熱媒体を燃料電池２に供給するための冷熱媒体供給ライン６と、冷熱媒体供給ライン６に設けられ、冷熱媒体を昇圧するように構成された冷熱媒体用ポンプ６１と、をさらに備える。冷熱媒体供給ライン６は、その一端（上流端）が冷熱媒体用ポンプ６１に接続され、その他端（下流端）が燃料電池２に接続された冷熱媒体供給流路（管路）を少なくとも含む。

　燃料電池２では、燃料電池２の内部の気体（酸化ガスや燃料ガス）と、燃料電池２に導かれた、上記燃料電池２の内部の気体よりも低温の冷熱媒体（水等の冷却液）との間で熱交換を行うように構成される。燃料電池２における熱交換により、燃料電池２の内部の気体が、燃料電池２に導かれた冷熱媒体により冷却される。冷熱媒体は、セパレータの内部に形成された流路を流れるようになっており、該流路において燃料電池２の内部の気体との間で熱交換を行うようになっていてもよい。なお、燃料電池２では、燃料電池２の内部の気体と冷熱媒体とが混合しないようになっている。

　図示される実施形態では、冷熱媒体供給ライン６は、冷熱媒体を循環させるための冷熱媒体循環ライン６０Ａであって、冷熱媒体用ポンプ６１及び燃料電池２が設けられた冷熱媒体循環ライン６０Ａを含む。冷熱媒体は、冷熱媒体用ポンプ６１により昇圧されることで、冷熱媒体循環ライン６０Ａ（冷熱媒体供給ライン６）を循環するようになっている。

　冷熱媒体用ポンプ６１は、電動モータ６２の駆動軸に接続され、電動モータ６２により駆動されるように構成されていてもよい。電動モータ６２は、図示しない電源（発電機等）から電流が供給されるようになっており、電源から供給された電流により駆動して冷熱媒体用ポンプ６１を駆動（冷熱媒体用ポンプ６１の動翼を回転）させるようになっている。なお、電動モータ６２は、燃料電池２が発生させた電力が供給されることで駆動するようになっていてもよい。

（酸化ガス冷却器）
　幾つかの実施形態に係る燃料電池システム１は、図１～図１２に示されるように、上述した冷熱媒体供給ライン６を流れる冷熱媒体と、上述した酸化ガス供給ライン３のコンプレッサ３１よりも下流側を流れる、コンプレッサ３１により圧縮された酸化ガスと、の間で熱交換を行うように構成された酸化ガス冷却器６３をさらに備える。

　酸化ガス冷却器６３には、冷熱媒体用ポンプ６１により昇圧された冷熱媒体が冷熱媒体供給ライン６を介して導かれる。酸化ガス冷却器６３に導かれる冷熱媒体は、酸化ガス冷却器６３に導かれる酸化ガスよりも低温（例えば、約５０℃）である。このため、酸化ガス冷却器６３における熱交換により、酸化ガスが冷却され、冷熱媒体が加熱される。酸化ガス冷却器６３において冷却された酸化ガスは、燃料電池２の空気極２１に導かれる。

　上記の構成によれば、酸化ガス冷却器６３における熱交換により、燃料電池２に供給される酸化ガスを冷却できる。これにより、コンプレッサ３１において圧縮され、比較的高温（例えば、約２００℃）になった酸化ガスを、燃料電池２に供給される前に燃料電池２における化学反応に適した温度（例えば、約６０℃）まで冷却できる。燃料電池システム１では、酸化ガス冷却器６３への冷熱媒体の供給に冷熱媒体供給ライン６や冷熱媒体用ポンプ６１等の燃料電池２の冷却系を利用しているので、専用のライン及びポンプが不要であり、燃料電池システム１の構造の簡素化が図れる。

　幾つかの実施形態では、上述した冷熱媒体供給ライン６は、図１～図１２に示されるように、上述した冷熱媒体循環ライン６０Ａと、燃料電池２を迂回するバイパスライン６０Ｂと、を含む。バイパスライン６０Ｂは、冷熱媒体循環ライン６０Ａの燃料電池２よりも上流側、且つ冷熱媒体用ポンプ６１よりも下流側の分岐部Ｐ１において冷熱媒体循環ライン６０Ａから分岐している。バイパスライン６０Ｂは、冷熱媒体循環ライン６０Ａの燃料電池２よりも下流側、且つ冷熱媒体用ポンプ６１よりも上流側の合流部Ｐ２において冷熱媒体循環ライン６０Ａに合流している。酸化ガス冷却器６３は、バイパスライン６０Ｂに設けられる。この場合には、燃料電池２及び酸化ガス冷却器６３の夫々には、燃料電池２及び酸化ガス冷却器６３のうちの他方を冷却していない冷熱媒体が供給されるため、冷熱媒体により燃料電池２及び酸化ガス冷却器６３を効果的に冷却できる。なお、他の幾つかの実施形態では、酸化ガス冷却器６３は、冷熱媒体循環ライン６０Ａ（冷熱媒体供給ライン６）における燃料電池２よりも上流側又は下流側に配置されていてもよい。

　図１、図２、図４～図１０に示されるように、燃料電池システム１は、冷熱媒体供給ライン６を流れる冷熱媒体を冷却するためのラジエータ（冷却器）６４をさらに備えていてもよい。図示される実施形態では、ラジエータ６４は、バイパスライン６０Ｂに設けられているが、冷熱媒体循環ライン６０Ａに設けられていても良い。燃料電池２又は酸化ガス冷却器６３において温度が上昇した冷熱媒体は、ラジエータ６４において冷却されるようになっている。これにより、冷熱媒体供給ライン６を流れる冷熱媒体の温度が維持されている。

（第１熱交換器）
　幾つかの実施形態では、図１に示されるように、上述した燃料電池システム１は、排ガスライン５のタービン５１よりも下流側を流れる排ガスと酸化ガス供給ライン３のコンプレッサ３１よりも下流側を流れる酸化ガスとの間で熱交換を行うように構成された第１熱交換器５２をさらに備える。

　排ガスライン５は、タービン５１により膨張した排ガスを第１熱交換器５２に導くための第１の排ガス導入流路（管路）５０Ａを含む。第１の排ガス導入流路５０Ａは、その一端（上流端）がタービン５１に接続され、その他端（下流端）が第１熱交換器５２に接続されている。

　第１熱交換器５２には、タービン５１により膨張し、温度が低下した排ガスが第１の排ガス導入流路５０Ａを介して導かれる。第１熱交換器５２に導かれる排ガスは、第１熱交換器５２に導かれる酸化ガスよりも低温（例えば、約１０℃）である。このため、第１熱交換器５２における熱交換により、酸化ガスが冷却され、排ガスが加熱される。第１熱交換器５２及び酸化ガス冷却器６３において冷却された酸化ガスは、燃料電池２の空気極２１に導かれる。

　図１に示される実施形態では、第１熱交換器５２は、酸化ガス供給ライン３の酸化ガス冷却器６３よりも上流側に設けられる。第１熱交換器５２において冷却された酸化ガスは、酸化ガス冷却器６３に導かれる。

　上記の構成によれば、第１熱交換器５２における熱交換により、燃料電池２に供給される酸化ガスを冷却できる。燃料電池２に供給される酸化ガスの冷却に、タービン５１において膨張し、比較的低温(例えば、約１０℃)になった排ガスを利用することで、燃料電池２の冷却系の冷熱損失を抑制でき、且つ燃料電池システム１の構造の簡素化が図れる。なお、燃料電池システム１は、第１熱交換器５２を備えるが、酸化ガス冷却器６３等の他の熱交換器や冷却器の少なくとも１つを備えない構成になっていてもよい。

（燃料電池冷却器）
　幾つかの実施形態では、図２に示されるように、上述した燃料電池システム１は、上述した排ガスライン５のタービン５１よりも下流側を流れる排ガスにより燃料電池２を冷却するように構成された燃料電池冷却器５３をさらに備える。

　排ガスライン５は、タービン５１により膨張した排ガスを燃料電池冷却器５３に導くための第３の排ガス導入流路（管路）５０Ｃを含む。第３の排ガス導入流路５０Ｃは、その一端（上流端）がタービン５１に接続され、その他端（下流端）が燃料電池冷却器５３に接続されている。なお、第１の排ガス導入流路５０Ａ及び第３の排ガス導入流路５０Ｃは、タービン５１に接続された一端から分岐部Ｐ４までに亘り流路（管路）が兼用となっていてもよい。

　燃料電池冷却器５３には、タービン５１により膨張し、温度が低下した排ガスが第３の排ガス導入流路５０Ｃを介して導かれる。燃料電池冷却器５３では、燃料電池２の内部の気体（酸化ガスや燃料ガス）と、燃料電池冷却器５３に導かれた、上記燃料電池２の内部の気体よりも低温の排ガスとの間で熱交換を行うように構成される。燃料電池冷却器５３における熱交換により、燃料電池２の内部の気体が、燃料電池冷却器５３に導かれた排ガスにより冷却される。排ガスは、セパレータの内部に形成された流路を流れるようになっており、該流路において燃料電池２の内部の気体との間で熱交換を行うようになっていてもよい。なお、燃料電池冷却器５３では、燃料電池２の内部の気体と燃料電池冷却器５３の内部の排ガスとが混合しないようになっている。

　上記の構成によれば、燃料電池冷却器５３において燃料電池２を冷却できる。燃料電池２の冷却に、タービン５１において膨張し、比較的低温（例えば、約１０℃）になった排ガスを利用することで、燃料電池２の冷却系の冷熱損失を抑制でき、且つ燃料電池システム１の構造の簡素化が図れる。なお、燃料電池システム１は、燃料電池冷却器５３を備えるが、酸化ガス冷却器６３等の他の熱交換器や冷却器の少なくとも１つを備えない構成になっていてもよい。

（第２熱交換器）
　幾つかの実施形態では、図３に示されるように、上述した燃料電池システム１は、上述した排ガスライン５のタービン５１よりも下流側を流れる排ガスと冷熱媒体供給ライン６を流れる冷熱媒体との間で熱交換を行うように構成された第２熱交換器５４をさらに備える。

　排ガスライン５は、タービン５１により膨張した排ガスを第２熱交換器５４に導くための第４の排ガス導入流路（管路）５０Ｄを含む。第４の排ガス導入流路５０Ｄは、その一端（上流端）がタービン５１に接続され、その他端（下流端）が第２熱交換器５４に接続されている。

　第２熱交換器５４は、バイパスライン６０Ｂ（冷熱媒体供給ライン６）に設けられる。第２熱交換器５４には、タービン５１により膨張し、温度が低下した排ガスが第４の排ガス導入流路５０Ｄを介して導かれる。第２熱交換器５４に導かれる排ガスは、第２熱交換器５４に導かれる冷熱媒体よりも低温（例えば、約１０℃）である。このため、第２熱交換器５４における熱交換により、冷熱媒体が冷却され、排ガスが加熱される。

　上記の構成によれば、第２熱交換器５４における熱交換により、冷熱媒体供給ライン６を流れる冷熱媒体を冷却できる。冷熱媒体の冷却に、タービン５１において膨張し、比較的低温（約１０℃）になった排ガスを利用することで、燃料電池２の冷却系の冷熱損失を抑制でき、且つ燃料電池システム１の構造の簡素化が図れる。なお、燃料電池システム１は、第２熱交換器５４を備えるが、酸化ガス冷却器６３等の他の熱交換器や冷却器の少なくとも１つを備えない構成になっていてもよい。

（第３熱交換器）
　幾つかの実施形態では、図４に示されるように、上述した燃料電池システム１は、上述した排ガスライン５のタービン５１よりも上流側を流れる排ガスと酸化ガス供給ライン３のコンプレッサ３１よりも下流側を流れる酸化ガスとの間で熱交換を行うように構成された第３熱交換器５５をさらに備える。

　排ガスライン５は、燃料電池２の空気極２１から排出された排ガスをタービン５１に導くための第５の排ガス導入流路（管路）５０Ｅを含む。第５の排ガス導入流路５０Ｅは、その一端（上流端）が燃料電池２の空気極２１に接続され、その他端（下流端）がタービン５１に接続されている。

　第３熱交換器５５には、タービン５１に導入する前の排ガスが第５の排ガス導入流路（管路）５０Ｅを介して導かれる。第３熱交換器５５に導かれる排ガスは、第３熱交換器５５に導かれる酸化ガスよりも低温（例えば、約８０℃）である。このため、第３熱交換器５５における熱交換により、酸化ガスが冷却され、排ガスが加熱される。第３熱交換器５５及び酸化ガス冷却器６３において冷却された酸化ガスは、燃料電池２の空気極２１に導かれる。

　図４に示される実施形態では、第３熱交換器５５は、酸化ガス供給ライン３の酸化ガス冷却器６３よりも上流側に設けられる。第３熱交換器５５において冷却された酸化ガスは、酸化ガス冷却器６３に導かれる。

　上記の構成によれば、第３熱交換器５５における熱交換により、燃料電池２に供給される酸化ガスを冷却できる。燃料電池２に供給される酸化ガスの冷却に、タービン５１に導入される前の比較的低温（約８０℃）の排ガスを利用することで、燃料電池２の冷却系の冷熱損失を抑制でき、且つ燃料電池システム１の構造の簡素化が図れる。

　上記の構成によれば、第３熱交換器５５における熱交換により、タービン５１に導入される前の排ガスを加熱できる。タービン５１に導入される排ガスを昇温することで、タービン５１において回収できるエネルギーを増加できる。タービン５１が回転シャフト３３を介してコンプレッサ３１に接続されている場合には、タービン５１において回収できるエネルギーを増加させることで、タービン５１によるコンプレッサ３１の駆動（回転）の補助量を増加させることができる。これにより、コンプレッサ３１の駆動（回転）に必要な動力（例えば、電動モータ３２の消費電力）を削減できる。なお、燃料電池システム１は、第３熱交換器５５を備えるが、酸化ガス冷却器６３等の他の熱交換器や冷却器の少なくとも１つを備えない構成になっていてもよい。

（モータ冷却器）
　幾つかの実施形態では、図１～図４に示されるように、上述したコンプレッサ３１は、電動モータ３２により駆動されて酸化ガスを圧縮するように構成された電動コンプレッサ３１Ａを含む。上述した燃料電池システム１は、排ガスライン５のタービン５１よりも下流側を流れる排ガスにより電動モータ３２を冷却するように構成されたモータ冷却器５６をさらに備える。

　排ガスライン５は、タービン５１により膨張した排ガスをモータ冷却器５６に導くための第２の排ガス導入流路（管路）５０Ｂを含む。第２の排ガス導入流路５０Ｂは、その一端（上流端）がタービン５１に接続され、その他端（下流端）がモータ冷却器５６に接続されている。なお、図１及び図２に示されるように、第１の排ガス導入流路５０Ａ及び第２の排ガス導入流路５０Ｂは、タービン５１に接続された一端から分岐部Ｐ３までに亘り流路（管路）が兼用となっていてもよい。また、図３に示されるように、第２の排ガス導入流路５０Ｂ及び第４の排ガス導入流路５０Ｄは、タービン５１に接続された一端から分岐部Ｐ５までに亘り流路（管路）が兼用となっていてもよい。

　モータ冷却器５６には、タービン５１により膨張し、温度が低下した排ガスが第２の排ガス導入流路５０Ｂを介して導かれる。モータ冷却器５６では、電動モータ３２とモータ冷却器５６に導かれた、上記電動モータ３２よりも低温の排ガスとの間で熱交換を行うように構成される。モータ冷却器５６における熱交換により、電動モータ３２が、モータ冷却器５６に導かれた排ガスにより冷却される。

　上記の構成によれば、モータ冷却器５６において電動モータ３２を冷却できる。電動モータ３２の冷却に、タービン５１において膨張し、比較的低温（約１０℃）になった排ガスを利用することで、電動モータ３２の過熱を抑制でき、且つ燃料電池システム１の構造の簡素化が図れる。なお、燃料電池システム１は、モータ冷却器５６を備えるが、酸化ガス冷却器６３等の他の熱交換器や冷却器の少なくとも１つを備えない構成になっていてもよい。

（第４熱交換器）
　幾つかの実施形態では、上述した燃料電池システム１は、図５、図６、図８、図９及び図１１に示されるように、上述した燃料ガス供給ライン４を流れる燃料ガスと酸化ガス供給ライン３のコンプレッサ３１よりも上流側を流れる酸化ガスとの間で熱交換を行うように構成された第４熱交換器４３をさらに備える。

　第４熱交換器４３に導かれる燃料ガスは、第４熱交換器４３に導かれる酸化ガスよりも低温である。このため、第４熱交換器４３における熱交換により、酸化ガスが冷却され、燃料ガスが加熱される。

　上記の構成によれば、第４熱交換器４３における熱交換により、コンプレッサ３１に導入される前の酸化ガスを冷却することで、燃料電池２に供給される酸化ガスの温度を低下させることができる。これにより、コンプレッサ３１において圧縮され、比較的高温になった酸化ガスを、燃料電池２に供給される前に燃料電池２における化学反応に適した温度（約６０℃）まで冷却できる。第４熱交換器４３は、燃料電池２に供給される前の燃料ガスの冷熱エネルギーを利用しているので、専用のライン及びポンプが不要であり、燃料電池システム１の構造の簡素化が図れる。

　上記の構成によれば、第４熱交換器４３における熱交換により、コンプレッサ３１に導入される前の酸化ガスを冷却することで、コンプレッサ３１の駆動（回転）に必要な動力（例えば、電動モータ３２の消費電力）を削減できる。なお、燃料電池システム１は、第４熱交換器４３を備えるが、酸化ガス冷却器６３等の他の熱交換器や冷却器の少なくとも１つを備えない構成になっていてもよい。

（第５熱交換器）
　幾つかの実施形態では、上述した燃料電池システム１は、図６及び図９に示されるように、上述した第４熱交換器４３と、燃料ガス供給ライン４を流れる燃料ガスと酸化ガス供給ライン３のコンプレッサ３１よりも下流側を流れる酸化ガスとの間で熱交換を行うように構成された第５熱交換器４４と、をさらに備える。

　第５熱交換器４４に導かれる燃料ガスは、第５熱交換器４４に導かれる酸化ガスよりも低温である。このため、第５熱交換器４４における熱交換により、酸化ガスが冷却され、燃料ガスが加熱される。図示される実施形態では、第５熱交換器４４は、燃料ガス供給ライン４の第４熱交換器４３よりも下流側に設けられる。また、第５熱交換器４４は、酸化ガス供給ライン３のコンプレッサ３１よりも下流側、且つ酸化ガス冷却器６３よりも上流側に設けられる。

　上記の構成によれば、第５熱交換器４４における熱交換により、燃料電池２に供給される酸化ガスを冷却できる。燃料電池２に供給される酸化ガスの冷却に、燃料電池２に供給される前の燃料ガスの冷熱エネルギーを利用することで、燃料電池２の冷却系の冷熱損失を抑制でき、且つ燃料電池システム１の構造の簡素化が図れる。

　幾つかの実施形態では、上述した燃料電池システム１は、図７及び図１０に示されるように、上述した第５熱交換器４４をさらに備える。図７及び図１０に示されるように、燃料電池システム１は、上述した第４熱交換器４３を備えていなくてもよい。

　上記の構成によれば、第５熱交換器４４における熱交換により、燃料電池２に供給される酸化ガスを冷却できる。燃料電池２に供給される酸化ガスの冷却に、燃料電池２に供給される前の燃料ガスの冷熱エネルギーを利用することで、燃料電池２の冷却系の冷熱損失を抑制でき、且つ燃料電池システム１の構造の簡素化が図れる。なお、燃料電池システム１は、第５熱交換器４４を備えるが、酸化ガス冷却器６３等の他の熱交換器や冷却器の少なくとも１つを備えない構成になっていてもよい。

（第６熱交換器）
　幾つかの実施形態では、上述した燃料電池システム１は、図１１に示されるように、上述した第４熱交換器４３と、燃料ガス供給ライン４を流れる燃料ガスと冷熱媒体供給ライン６を流れる冷熱媒体との間で熱交換を行うように構成された第６熱交換器４５と、をさらに備える。

　第６熱交換器４５に導かれる燃料ガスは、第６熱交換器４５に導かれる冷熱媒体よりも低温である。このため、第６熱交換器４５における熱交換により、冷熱媒体が冷却され、燃料ガスが加熱される。図示される実施形態では、第６熱交換器４５は、燃料ガス供給ライン４の第４熱交換器４３よりも下流側に設けられる。また、第６熱交換器４５は、バイパスライン６０Ｂ（冷熱媒体供給ライン６）に設けられる。

　上記の構成によれば、第６熱交換器４５における熱交換により、冷熱媒体供給ライン６を流れる冷熱媒体を冷却できる。冷熱媒体の冷却に、燃料電池２に供給される前の燃料ガスの冷熱エネルギーを利用することで、燃料電池２の冷却系の冷熱損失を抑制でき、且つ燃料電池システム１の構造の簡素化が図れる。

　幾つかの実施形態では、上述した燃料電池システム１は、図１２に示されるように、上述した第６熱交換器４５をさらに備える。図１２に示されるように、燃料電池システム１は、上述した第４熱交換器４３を備えていなくてもよい。

　上記の構成によれば、第６熱交換器４５における熱交換により、冷熱媒体供給ライン６を流れる冷熱媒体を冷却できる。冷熱媒体の冷却に、燃料電池２に供給される前の燃料ガスの冷熱エネルギーを利用することで、燃料電池２の冷却系の冷熱損失を抑制でき、且つ燃料電池システム１の構造の簡素化が図れる。なお、燃料電池システム１は、第６熱交換器４５を備えるが、酸化ガス冷却器６３等の他の熱交換器や冷却器の少なくとも１つを備えない構成になっていてもよい。

（燃料ガス貯留装置）
　幾つかの実施形態では、上述した燃料ガス貯留装置４１は、図５～図７、図１１及び図１２に示されるように、燃料ガスを液体の状態で貯留するように構成されている。ここで、燃料ガスを液体の状態で貯留するとは、燃料ガス貯留装置４１の貯留された燃料ガスの大部分の状態が液状であることを意味する。

　上記の構成によれば、燃料ガス供給ライン４において燃料ガスを熱媒体とする熱交換器４３、４４又は４５における熱交換により、燃料電池２に供給される燃料ガスを加熱できる。これにより、燃料電池２に供給される燃料ガスを、燃料電池２に供給される前に気化させるとともに燃料電池２における化学反応に適した温度近傍まで加熱できる。

　幾つかの実施形態では、上述した燃料ガス貯留装置４１は、図１～図４、図８～図１０に示されるように、燃料ガスを気体の状態で貯留するように構成されている。ここで、燃料ガスを気体の状態で貯留するとは、燃料ガス貯留装置４１の貯留された燃料ガスの大部分の状態がガス状であることを意味する。燃料ガスは、燃料ガス貯留装置４１の内部に圧縮された状態で貯留されており、燃料ガス貯留装置４１の内部の燃料ガスの圧力は比較的高圧となっている。

　上記の構成によれば、燃料ガス供給ライン４において燃料ガスを熱媒体とする熱交換器４３、４４又は４５における熱交換により、燃料電池２に供給される燃料ガスを加熱できる。これにより、燃料電池２に供給される燃料ガスを、燃料電池２に供給される前に燃料電池２における化学反応に適した温度まで加熱できる。

（減圧装置）
　幾つかの実施形態では、上述した燃料ガス貯留装置４１は、図８～図１０に示されるように、燃料ガスを気体の状態で貯留するように構成されている。上述した燃料電池システム１は、燃料ガス供給ライン４において燃料ガスを熱媒体とする熱交換器４３、４４又は４５よりも上流側に設けられ、燃料ガスを減圧するように構成された減圧装置４６をさらに備える。減圧装置４６は、燃料ガス供給ライン４に設けられた複数の熱交換器のうち、最も上流側に位置する熱交換器よりも上流側に設けられる。減圧装置４６は、燃料ガスを減圧するように構成されていればよく、減圧弁であってもよいし、膨張タービンであってもよい。

　上記の構成によれば、減圧装置４６において燃料ガスを減圧することで、燃料ガスの温度を低下させることができる。この場合には、燃料ガス供給ライン４において燃料ガスを熱媒体とする熱交換器４３、４４又は４５に供給される燃料ガスの温度を低下でき、該熱交換器４３、４４又は４５）において、燃料ガスの冷熱エネルギーを利用して酸化ガスを効果的に冷却できる。

　本明細書において、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
　例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
　また、本明細書において、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
　また、本明細書において、一の構成要素を「備える」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。

　本開示は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。

　上述した幾つかの実施形態に記載の内容は、例えば以下のように把握されるものである。

１）本開示の少なくとも一実施形態にかかる燃料電池システム（１）は、
　燃料電池（２）と、
　前記燃料電池（２）に酸化ガスを送るための酸化ガス供給ライン（３）と、
　前記酸化ガス供給ライン（３）に設けられ、前記酸化ガスを圧縮するように構成されたコンプレッサ（３１）と、
　前記燃料電池（２）を冷却するための冷熱媒体を前記燃料電池（２）に供給するための冷熱媒体供給ライン（６）と、
　前記冷熱媒体供給ライン（６）に設けられ、前記冷熱媒体を昇圧するように構成された冷熱媒体用ポンプ（６１）と、
　前記冷熱媒体供給ライン（６）を流れる前記冷熱媒体と前記酸化ガス供給ライン（３）の前記コンプレッサ（３１）よりも下流側を流れる前記コンプレッサ（３１）により圧縮された前記酸化ガスとの間で熱交換を行うように構成された酸化ガス冷却器（６３）と、を備える。

　上記１）の構成によれば、酸化ガス冷却器（６３）における熱交換により、燃料電池（２）に供給される酸化ガスを冷却できる。これにより、コンプレッサ（３１）において圧縮され、比較的高温（約２００℃）になった酸化ガスを、燃料電池（２）に供給される前に燃料電池（２）における化学反応に適した温度（約６０℃）まで冷却できる。酸化ガス冷却器（６３）は、酸化ガス冷却器（６３）への冷熱媒体の供給に冷熱媒体供給ライン（６）や冷熱媒体用ポンプ（６１）等の燃料電池（２）の冷却系を利用しているので、専用のライン及びポンプが不要であり、燃料電池システム（１）の構造の簡素化が図れる。

２）幾つかの実施形態では、上記１）に記載の燃料電池システム（１）であって、
　前記燃料電池（２）から排出された排ガスを送るための排ガスライン（５）と、
　前記排ガスライン（５）に設けられ、前記排ガスにより駆動されるように構成されたタービン（５１）と、
　前記排ガスライン（５）の前記タービン（５１）よりも下流側を流れる前記排ガスと前記酸化ガス供給ライン（３）の前記コンプレッサ（３１）よりも下流側を流れる前記酸化ガスとの間で熱交換を行うように構成された第１熱交換器（５２）と、をさらに備える。

　上記２）の構成によれば、第１熱交換器（５２）における熱交換により、燃料電池（２）に供給される酸化ガスを冷却できる。燃料電池（２）に供給される酸化ガスの冷却に、タービン（５１）において膨張し、比較的低温（約１０℃）になった排ガスを利用することで、燃料電池（２）の冷却系の冷熱損失を抑制でき、且つ燃料電池システム（１）の構造の簡素化が図れる。

３）幾つかの実施形態では、上記２）に記載の燃料電池システム（１）であって、
　前記排ガスライン（５）の前記タービン（５１）よりも下流側を流れる前記排ガスにより前記燃料電池（２）を冷却するように構成された燃料電池冷却器（５３）をさらに備える。

　上記３）の構成によれば、燃料電池冷却器（５３）において燃料電池（２）を冷却できる。燃料電池（２）の冷却に、タービン（５１）において膨張し、比較的低温（約１０℃）になった排ガスを利用することで、燃料電池（２）の冷却系の冷熱損失を抑制でき、且つ燃料電池システム（１）の構造の簡素化が図れる。

４）幾つかの実施形態では、上記１）に記載の燃料電池システム（１）であって、
　前記燃料電池（２）から排出された排ガスを送るための排ガスライン（５）と、
　前記排ガスライン（５）に設けられ、前記排ガスにより駆動されるように構成されたタービン（５１）と、
　前記排ガスライン（５）の前記タービン（５１）よりも下流側を流れる前記排ガスと前記冷熱媒体供給ライン（６）を流れる前記冷熱媒体との間で熱交換を行うように構成された第２熱交換器（５４）と、をさらに備える。

　上記４）の構成によれば、第２熱交換器（５４）における熱交換により、冷熱媒体供給ライン（６）を流れる冷熱媒体を冷却できる。冷熱媒体の冷却に、タービン（５１）において膨張し、比較的低温（約１０℃）になった排ガスを利用することで、燃料電池（２）の冷却系の冷熱損失を抑制でき、且つ燃料電池システム（１）の構造の簡素化が図れる。

５）幾つかの実施形態では、上記１）に記載の燃料電池システム（１）であって、
　前記燃料電池（２）から排出された排ガスを送るための排ガスライン（５）と、
　前記排ガスライン（５）に設けられ、前記排ガスにより駆動されるように構成されたタービン（５１）と、
　前記排ガスライン（５）の前記タービン（５１）よりも上流側を流れる前記排ガスと前記酸化ガス供給ライン（３）の前記コンプレッサ（３１）よりも下流側を流れる前記酸化ガスとの間で熱交換を行うように構成された第３熱交換器（５５）と、をさらに備える。

　上記５）の構成によれば、第３熱交換器（５５）における熱交換により、燃料電池（２）に供給される酸化ガスを冷却できる。燃料電池（２）に供給される酸化ガスの冷却に、タービン（５１）に導入される前の比較的低温（約８０℃）の排ガスを利用することで、燃料電池（２）の冷却系の冷熱損失を抑制でき、且つ燃料電池システム（１）の構造の簡素化が図れる。

　上記５）の構成によれば、第３熱交換器（５５）における熱交換により、タービン（５１）に導入される前の排ガスを加熱できる。タービン（５１）に導入される排ガスを昇温することで、タービン（５１）において回収できるエネルギーを増加できる。タービン（５１）が回転シャフト（３３）を介してコンプレッサ（３１）に接続されている場合には、タービン（５１）において回収できるエネルギーを増加させることで、タービン（５１）によるコンプレッサ（３１）の駆動（回転）の補助量を増加させることができる。これにより、コンプレッサ（３１）の駆動（回転）に必要な動力（例えば、電動モータ３２の消費電力）を削減できる。

６）幾つかの実施形態では、上記２）から５）までの何れかに記載の燃料電池システム（１）であって、
　前記コンプレッサ（３１）は、電動モータ（３２）により駆動されて前記酸化ガスを圧縮するように構成された電動コンプレッサ（３１Ａ）を含み、
　前記燃料電池システム（１）は、
　前記排ガスライン（５）の前記タービン（５１）よりも下流側を流れる前記排ガスにより前記電動モータ（３２）を冷却するように構成されたモータ冷却器（５６）をさらに備える。

　上記６）の構成によれば、モータ冷却器（５６）において電動モータ（３２）を冷却できる。電動モータ（３２）の冷却に、タービン（５１）において膨張し、比較的低温（約１０℃）になった排ガスを利用することで、電動モータ（３２）の過熱を抑制でき、且つ燃料電池システム（１）の構造の簡素化が図れる。

７）幾つかの実施形態では、上記１）に記載の燃料電池システム（１）であって、
　燃料ガスを貯留するように構成された燃料ガス貯留装置（４１）と、
　前記燃料ガス貯留装置（４１）に貯留された前記燃料ガスを前記燃料電池（２）に送るための燃料ガス供給ライン（４）と、
　前記燃料ガス供給ライン（４）を流れる前記燃料ガスと前記酸化ガス供給ライン（３）の前記コンプレッサ（３１）よりも上流側を流れる前記酸化ガスとの間で熱交換を行うように構成された第４熱交換器（４３）と、をさらに備える。

　上記７）の構成によれば、第４熱交換器（４３）における熱交換により、コンプレッサ（３１）に導入される前の酸化ガスを冷却することで、燃料電池（２）に供給される酸化ガスの温度を低下させることができる。これにより、コンプレッサ（３１）において圧縮され、比較的高温（約２００℃）になった酸化ガスを、燃料電池（２）に供給される前に燃料電池（２）における化学反応に適した温度（約６０℃）まで冷却できる。第４熱交換器（４３）は、燃料電池（２）に供給される前の燃料ガスの冷熱エネルギーを利用しているので、専用のライン及びポンプが不要であり、燃料電池システム（１）の構造の簡素化が図れる。

　上記７）の構成によれば、第４熱交換器（４３）における熱交換により、コンプレッサ（３１）に導入される前の酸化ガスを冷却することで、コンプレッサ（３１）の駆動（回転）に必要な動力（例えば、電動モータ３２の消費電力）を削減できる。

８）幾つかの実施形態では、上記７）に記載の燃料電池システム（１）であって、
　前記燃料ガス供給ライン（４）を流れる前記燃料ガスと前記酸化ガス供給ライン（３）の前記コンプレッサ（３）よりも下流側を流れる前記酸化ガスとの間で熱交換を行うように構成された第５熱交換器（４４）をさらに備える。

　上記８）の構成によれば、第５熱交換器（４４）における熱交換により、燃料電池（２）に供給される酸化ガスを冷却できる。燃料電池（２）に供給される酸化ガスの冷却に、燃料電池（２）に供給される前の燃料ガスの冷熱エネルギーを利用することで、燃料電池（２）の冷却系の冷熱損失を抑制でき、且つ燃料電池システム（１）の構造の簡素化が図れる。

９）幾つかの実施形態では、上記７）に記載の燃料電池システム（１）であって、
　前記燃料ガス供給ライン（４）を流れる前記燃料ガスと前記冷熱媒体供給ライン（６）を流れる前記冷熱媒体との間で熱交換を行うように構成された第６熱交換器（４５）をさらに備える。

　上記９）の構成によれば、第６熱交換器（４５）における熱交換により、冷熱媒体供給ライン（６）を流れる冷熱媒体を冷却できる。冷熱媒体の冷却に、燃料電池（２）に供給される前の燃料ガスの冷熱エネルギーを利用することで、燃料電池（２）の冷却系の冷熱損失を抑制でき、且つ燃料電池システム（１）の構造の簡素化が図れる。

１０）幾つかの実施形態では、上記１）に記載の燃料電池システム（１）であって、
　燃料ガスを貯留するように構成された燃料ガス貯留装置（４１）と、
　前記燃料ガス貯留装置（４１）に貯留された前記燃料ガスを前記燃料電池（２）に送るための燃料ガス供給ライン（４）と、
　前記燃料ガス供給ライン（４）を流れる前記燃料ガスと前記酸化ガス供給ライン（３）の前記コンプレッサ（３１）よりも下流側を流れる前記酸化ガスとの間で熱交換を行うように構成された第５熱交換器（４４）と、をさらに備える。

　上記１０）の構成によれば、第５熱交換器（４４）における熱交換により、燃料電池（２）に供給される酸化ガスを冷却できる。燃料電池（２）に供給される酸化ガスの冷却に、燃料電池（２）に供給される前の燃料ガスの冷熱エネルギーを利用することで、燃料電池（２）の冷却系の冷熱損失を抑制でき、且つ燃料電池システム（１）の構造の簡素化が図れる。

１１）幾つかの実施形態では、上記１）に記載の燃料電池システム（１）であって、
　燃料ガスを貯留するように構成された燃料ガス貯留装置（４１）と、
　前記燃料ガス貯留装置（４１）に貯留された前記燃料ガスを前記燃料電池（２）に送るための燃料ガス供給ライン（４）と、
　前記燃料ガス供給ライン（４）を流れる前記燃料ガスと前記冷熱媒体供給ライン（６）を流れる前記冷熱媒体との間で熱交換を行うように構成された第６熱交換器（４５）と、をさらに備える。

　上記１１）の構成によれば、第６熱交換器（４５）における熱交換により、冷熱媒体供給ライン（６）を流れる冷熱媒体を冷却できる。冷熱媒体の冷却に、燃料電池（２）に供給される前の燃料ガスの冷熱エネルギーを利用することで、燃料電池（２）の冷却系の冷熱損失を抑制でき、且つ燃料電池システム（１）の構造の簡素化が図れる。

１２）幾つかの実施形態では、上記７）から１１）までの何れかに記載の燃料電池システム（１）であって、
　前記燃料ガス貯留装置（４１）は、前記燃料ガスを液体の状態で貯留するように構成された。

　上記１２）の構成によれば、燃料ガス供給ライン４において燃料ガスを熱媒体とする熱交換器（４３、４４又は４５）における熱交換により、燃料電池（２）に供給される燃料ガスを加熱できる。これにより、燃料電池（２）に供給される燃料ガスを、燃料電池（２）に供給される前に気化させるとともに燃料電池（２）における化学反応に適した温度近傍まで加熱できる。

１３）幾つかの実施形態では、上記７）から１１）までの何れかに記載の燃料電池システム（１）であって、
　前記燃料ガス貯留装置（４１）は、前記燃料ガスを気体の状態で貯留するように構成された。

　上記１３）の構成によれば、燃料ガス供給ライン４において燃料ガスを熱媒体とする熱交換器（４３、４４又は４５）における熱交換により、燃料電池（２）に供給される燃料ガスを加熱できる。これにより、燃料電池（２）に供給される燃料ガスを、燃料電池（２）に供給される前に燃料電池（２）における化学反応に適した温度まで加熱できる。

１４）幾つかの実施形態では、上記１３）に記載の燃料電池システム（１）であって、
　前記燃料ガス供給ライン（４）において前記燃料ガスを熱媒体とする前記熱交換器（４３、４４又は４５）よりも上流側に設けられ、前記燃料ガスを減圧するように構成された減圧装置（４６）をさらに備える。

　上記１４）の構成によれば、減圧装置（４６）において燃料ガスを減圧することで、燃料ガスの温度を低下させることができる。この場合には、燃料ガス供給ライン４において燃料ガスを熱媒体とする熱交換器（４３、４４又は４５）に供給される燃料ガスの温度を低下でき、該熱交換器（４３、４４又は４５）において、燃料ガスの冷熱エネルギーを利用して酸化ガスを効果的に冷却できる。

１　　　　　　燃料電池システム
２　　　　　　燃料電池
３　　　　　　酸化ガス供給ライン
４　　　　　　燃料ガス供給ライン
５　　　　　　排ガスライン
６　　　　　　冷熱媒体供給ライン
２０　　　　　発電セル
２１　　　　　空気極
２２　　　　　燃料極
２３　　　　　電解質膜
３１　　　　　コンプレッサ
３１Ａ　　　　電動コンプレッサ
３２　　　　　電動モータ
４１　　　　　燃料ガス貯留装置
４２　　　　　第１の燃料ガス流量調整弁
４３　　　　　第４熱交換器
４４　　　　　第５熱交換器
４５　　　　　第６熱交換器
４６　　　　　減圧装置
５１　　　　　タービン
５２　　　　　第１熱交換器
５３　　　　　燃料電池冷却器
５４　　　　　第２熱交換器
６１　　　　　冷熱媒体用ポンプ
６２　　　　　電動モータ
６３　　　　　酸化ガス冷却器
６４　　　　　ラジエータ

Claims

　燃料電池と、
　前記燃料電池に酸化ガスを送るための酸化ガス供給ラインと、
　前記酸化ガス供給ラインに設けられ、前記酸化ガスを圧縮するように構成されたコンプレッサと、
　前記燃料電池を冷却するための冷熱媒体を前記燃料電池に供給するための冷熱媒体供給ラインと、
　前記冷熱媒体供給ラインに設けられ、前記冷熱媒体を昇圧するように構成された冷熱媒体用ポンプと、
　前記冷熱媒体供給ラインを流れる前記冷熱媒体と前記酸化ガス供給ラインの前記コンプレッサよりも下流側を流れる前記コンプレッサにより圧縮された前記酸化ガスとの間で熱交換を行うように構成された酸化ガス冷却器と、を備える、
燃料電池システム。
　前記燃料電池から排出された排ガスを送るための排ガスラインと、
　前記排ガスラインに設けられ、前記排ガスにより駆動されるように構成されたタービンと、
　前記排ガスラインの前記タービンよりも下流側を流れる前記排ガスと前記酸化ガス供給ラインの前記コンプレッサよりも下流側を流れる前記酸化ガスとの間で熱交換を行うように構成された第１熱交換器と、をさらに備える、
請求項１に記載の燃料電池システム。
　前記排ガスラインの前記タービンよりも下流側を流れる前記排ガスにより前記燃料電池を冷却するように構成された燃料電池冷却器をさらに備える、
請求項２に記載の燃料電池システム。
　前記燃料電池から排出された排ガスを送るための排ガスラインと、
　前記排ガスラインに設けられ、前記排ガスにより駆動されるように構成されたタービンと、
　前記排ガスラインの前記タービンよりも下流側を流れる前記排ガスと前記冷熱媒体供給ラインを流れる前記冷熱媒体との間で熱交換を行うように構成された第２熱交換器と、をさらに備える、
請求項１に記載の燃料電池システム。
　前記燃料電池から排出された排ガスを送るための排ガスラインと、
　前記排ガスラインに設けられ、前記排ガスにより駆動されるように構成されたタービンと、
　前記排ガスラインの前記タービンよりも上流側を流れる前記排ガスと前記酸化ガス供給ラインの前記コンプレッサよりも下流側を流れる前記酸化ガスとの間で熱交換を行うように構成された第３熱交換器と、をさらに備える、
請求項１に記載の燃料電池システム。
　前記コンプレッサは、電動モータにより駆動されて前記酸化ガスを圧縮するように構成された電動コンプレッサを含み、
　前記燃料電池システムは、
　前記排ガスラインの前記タービンよりも下流側を流れる前記排ガスにより前記電動モータを冷却するように構成されたモータ冷却器をさらに備える、
請求項２乃至４の何れか１項に記載の燃料電池システム。
　燃料ガスを貯留するように構成された燃料ガス貯留装置と、
　前記燃料ガス貯留装置に貯留された前記燃料ガスを前記燃料電池に送るための燃料ガス供給ラインと、
　前記燃料ガス供給ラインを流れる前記燃料ガスと前記酸化ガス供給ラインの前記コンプレッサよりも上流側を流れる前記酸化ガスとの間で熱交換を行うように構成された第４熱交換器と、をさらに備える、
請求項１に記載の燃料電池システム。
　前記燃料ガス供給ラインを流れる前記燃料ガスと前記酸化ガス供給ラインの前記コンプレッサよりも下流側を流れる前記酸化ガスとの間で熱交換を行うように構成された第５熱交換器をさらに備える、
請求項７に記載の燃料電池システム。
　前記燃料ガス供給ラインを流れる前記燃料ガスと前記冷熱媒体供給ラインを流れる前記冷熱媒体との間で熱交換を行うように構成された第６熱交換器をさらに備える、
請求項７に記載の燃料電池システム。
　燃料ガスを貯留するように構成された燃料ガス貯留装置と、
　前記燃料ガス貯留装置に貯留された前記燃料ガスを前記燃料電池に送るための燃料ガス供給ラインと、
　前記燃料ガス供給ラインを流れる前記燃料ガスと前記酸化ガス供給ラインの前記コンプレッサよりも下流側を流れる前記酸化ガスとの間で熱交換を行うように構成された第５熱交換器と、をさらに備える、
請求項１に記載の燃料電池システム。
　燃料ガスを貯留するように構成された燃料ガス貯留装置と、
　前記燃料ガス貯留装置に貯留された前記燃料ガスを前記燃料電池に送るための燃料ガス供給ラインと、
　前記燃料ガス供給ラインを流れる前記燃料ガスと前記冷熱媒体供給ラインを流れる前記冷熱媒体との間で熱交換を行うように構成された第６熱交換器と、をさらに備える、
請求項１に記載の燃料電池システム。
　前記燃料ガス貯留装置は、前記燃料ガスを液体の状態で貯留するように構成された、
請求項７乃至１１の何れか１項に記載の燃料電池システム。
　前記燃料ガス貯留装置は、前記燃料ガスを気体の状態で貯留するように構成された、
請求項７乃至１１の何れか１項に記載の燃料電池システム。
　前記燃料ガス供給ラインにおいて前記燃料ガスを熱媒体とする前記熱交換器よりも上流側に設けられ、前記燃料ガスを減圧するように構成された減圧装置をさらに備える、
請求項１３に記載の燃料電池システム。