特開 2024-57218 燃料電池システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024057218

(43)【公開日】2024-04-24

(54)【発明の名称】燃料電池システム

(51)【国際特許分類】

   H01M 8/04 20160101AFI20240417BHJP

   H01M 8/04029 20160101ALI20240417BHJP

   H01M 8/04014 20160101ALI20240417BHJP

   H01M 8/0606 20160101ALI20240417BHJP

   H01M 8/0432 20160101ALI20240417BHJP

   H01M 8/04492 20160101ALI20240417BHJP

   H01M 8/04746 20160101ALI20240417BHJP

【ＦＩ】

H01M8/04 J

H01M8/04029

H01M8/04014

H01M8/0606

H01M8/0432

H01M8/04492

H01M8/04746

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022163811

(22)【出願日】2022-10-12

(71)【出願人】

【識別番号】000116574

【氏名又は名称】愛三工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000291

【氏名又は名称】弁理士法人コスモス国際特許商標事務所

(72)【発明者】

【氏名】鳥居 英将

(72)【発明者】

【氏名】三輪 聡

(72)【発明者】

【氏名】安藤 広和

【テーマコード（参考）】

5H127

【Ｆターム（参考）】

5H127AC15

5H127BA02

5H127BA12

5H127BA18

5H127BA33

5H127BA34

5H127BA37

5H127BA44

5H127BA47

5H127BA57

5H127BA58

5H127BB02

5H127BB12

5H127BB19

5H127BB27

5H127BB37

5H127DB16

5H127DB17

5H127DC83

5H127EE23

(57)【要約】      （修正有）

【課題】アノードオフガスを有効利用して発電効率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。
【解決手段】本開示の一態様は、燃料電池１１と、水素ガス供給通路１２と、改質器１６と、燃料供給通路１４と、水素オフガス循環通路１３と、水供給通路１８と、貯留タンク１９と、を有する燃料電池システム１において、水素オフガス循環通路１３は、貯留タンク１９を通過しており、上流側水素オフガス循環通路１３Ａと水供給通路１８との間の熱交換、および、上流側水素オフガス循環通路１３Ａと下流側水素オフガス循環通路１３Ｂとの間の熱交換を行う熱交換器２４を有する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

燃料電池と、
前記燃料電池へアノードガスを供給するアノードガス供給通路と、
燃料から前記アノードガスを生成する改質器と、
前記改質器へ前記燃料を供給する燃料供給通路と、
前記燃料電池から前記改質器へ前記燃料電池にて未使用の前記アノードガスであるアノードオフガスを循環させるアノードオフガス循環通路と、
前記改質器へ水を供給する水供給通路と、
水を貯留する貯留部と、を有する
燃料電池システムにおいて、
前記アノードオフガス循環通路は、前記貯留部を通過しており、
前記貯留部より上流側にある前記アノードオフガス循環通路と、前記水供給通路と、の間の熱交換を行う熱交換器を有すること、
を特徴とする燃料電池システム。

【請求項2】

請求項１の燃料電池システムにおいて、
前記熱交換器は、前記貯留部より上流側にある前記アノードオフガス循環通路と、前記貯留部より下流側にある前記アノードオフガス循環通路と、の間の熱交換を行うこと、
を特徴とする燃料電池システム。

【請求項3】

燃料電池と、
前記燃料電池へアノードガスを供給するアノードガス供給通路と、
燃料から前記アノードガスを生成する改質器と、
前記改質器へ前記燃料を供給する燃料供給通路と、
前記燃料電池から前記改質器へ前記燃料電池にて未使用の前記アノードガスであるアノードオフガスを循環させるアノードオフガス循環通路と、
前記改質器へ水を供給する水供給通路と、
水を貯留する貯留部と、を有する
燃料電池システムにおいて、
前記アノードオフガス循環通路は、前記貯留部を通過しており、
前記貯留部より上流側にある前記アノードオフガス循環通路と、前記貯留部より下流側にある前記アノードオフガス循環通路と、の間の熱交換を行う熱交換器を有すること、
を特徴とする燃料電池システム。

【請求項4】

請求項１乃至３のいずれか１つの燃料電池システムにおいて、
前記貯留部には、
前記水供給通路を介して前記改質器へ水を供給する水供給装置と、
水の温度を測定する温度センサと、
が設けられ、
前記温度センサの測定値をもとに、前記貯留部より下流側にある前記アノードオフガス循環通路を流れる前記アノードオフガスに含まれる水分量を推定し、
前記改質器にて必要な水分量から、推定した前記アノードオフガスに含まれる水分量を減算して、前記水供給装置による前記改質器への水の供給量を決定すること、
を特徴とする燃料電池システム。

【請求項5】

請求項１乃至３のいずれか１つの燃料電池システムにおいて、
前記燃料供給通路の少なくとも一部は、前記貯留部の内部に、または、前記貯留部に接するように配置されていること、
を特徴とする燃料電池システム。

【請求項6】

請求項１乃至３のいずれか１つの燃料電池システムにおいて、
前記燃料電池へカソードガスを供給するカソードガス供給通路を有し、
前記カソードガス供給通路の少なくとも一部は、前記貯留部の内部に、または、前記貯留部に接するように配置されていること、
を特徴とする燃料電池システム。

【請求項7】

請求項１乃至３のいずれか１つの燃料電池システムにおいて、
前記改質器を昇温させる熱を得るための燃焼器を有し、
前記燃焼器の排気通路の少なくとも一部は、前記貯留部の内部に、または、前記貯留部に接するように配置されていること、
を特徴とする燃料電池システム。

【請求項8】

請求項７の燃料電池システムにおいて、
前記燃焼器の排気通路は、
前記貯留部の内部に、または、前記貯留部に接するように配置される第１排気通路と、
前記貯留部とは離れて配置される第２排気通路と、
を備え、
前記第１排気通路と前記第２排気通路とは切替可能であること、
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】

本開示は、燃料電池システムに関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、アノードオフガスを改質器に循環して、改質器にてアノードガスを生成する燃料電池システムが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許第６８２４４８５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１に開示される燃料電池システムにおいて、アノードオフガスは熱回収冷却器で冷却されるので、アノードオフガスの熱を無駄に捨ててしまい、アノードオフガスを有効利用できていない。

【0005】

そこで、本開示は上記した課題を解決するためになされたものであり、アノードオフガスを有効利用しながら発電効率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を目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記課題を解決するためになされた本開示の一形態は、燃料電池と、前記燃料電池へアノードガスを供給するアノードガス供給通路と、燃料から前記アノードガスを生成する改質器と、前記改質器へ前記燃料を供給する燃料供給通路と、前記燃料電池から前記改質器へ前記燃料電池にて未使用の前記アノードガスであるアノードオフガスを循環させるアノードオフガス循環通路と、前記改質器へ水を供給する水供給通路と、水を貯留する貯留部と、を有する燃料電池システムにおいて、前記アノードオフガス循環通路は、前記貯留部を通過しており、前記貯留部より上流側にある前記アノードオフガス循環通路と、前記水供給通路と、の間の熱交換を行う熱交換器を有すること、を特徴とする。

【0007】

この態様によれば、熱交換器により、貯留部より上流側にあるアノードオフガス循環通路を流れるアノードオフガスの温度を下げることができる。そして、温度を下げたアノードオフガスを貯留部に貯留される水に通過させることにより、アノードオフガスに含まれる水蒸気を取り除くことができる。そのため、水蒸気を取り除いたアノードオフガスを改質器に循環させて、当該改質器からアノードガスとして燃料電池に供給することにより、アノードオフガスに含まれる燃料を捨てずに再利用できるため、燃料電池における発電効率を向上させることができる。

【0008】

また、アノードオフガスから取り除かれた水蒸気は、貯留部に貯留される水として再利用できる。さらに、熱交換器により、貯留部より上流側にあるアノードオフガス循環通路を流れるアノードオフガスの熱を、水供給通路を流れる水の温度を上昇させることにも利用できる。

【0009】

したがって、アノードオフガスを有効利用しながら燃料電池における発電効率を向上させることができる。

【0010】

上記の態様においては、前記熱交換器は、前記貯留部より上流側にある前記アノードオフガス循環通路と、前記貯留部より下流側にある前記アノードオフガス循環通路と、の間の熱交換を行うこと、が好ましい。

【0011】

この態様によれば、より効果的に、熱交換器により、貯留部より上流側にあるアノードオフガス循環通路を流れるアノードオフガスの温度を下げることができるので、アノードオフガスに含まれる水蒸気を取り除くことができる。そのため、より効果的に、燃料電池における発電効率を向上させることができる。

【0012】

また、熱交換器により、貯留部より上流側にあるアノードオフガス循環通路を流れるアノードオフガスの熱を、貯留部より下流側にあるアノードオフガス循環通路を流れるアノードオフガスの温度を上昇させることに利用できる。

【0013】

上記課題を解決するためになされた本開示の他の形態は、燃料電池と、前記燃料電池へアノードガスを供給するアノードガス供給通路と、燃料から前記アノードガスを生成する改質器と、前記改質器へ前記燃料を供給する燃料供給通路と、前記燃料電池から前記改質器へ前記燃料電池にて未使用の前記アノードガスであるアノードオフガスを循環させるアノードオフガス循環通路と、前記改質器へ水を供給する水供給通路と、水を貯留する貯留部と、を有する燃料電池システムにおいて、前記アノードオフガス循環通路は、前記貯留部を通過しており、前記貯留部より上流側にある前記アノードオフガス循環通路と、前記貯留部より下流側にある前記アノードオフガス循環通路と、の間の熱交換を行う熱交換器を有すること、が好ましい。

【0014】

この態様によれば、熱交換器により、貯留部より上流側にあるアノードオフガス循環通路を流れるアノードオフガスの温度を下げることができる。そして、温度を下げたアノードオフガスを貯留部に貯留される水に通過させることにより、アノードオフガスに含まれる水蒸気を取り除くことができる。そのため、水蒸気を取り除いたアノードオフガスを改質器に循環させて、当該改質器からアノードガスとして燃料電池に供給することにより、アノードオフガスに含まれる燃料を捨てずに再利用できるため、燃料電池における発電効率を向上させることができる。

【0015】

また、アノードオフガスから取り除かれた水蒸気は、貯留部に貯留される水として再利用できる。さらに、熱交換器により、貯留部より上流側にあるアノードオフガス循環通路を流れるアノードオフガスの熱を、貯留部より下流側にあるアノードオフガス循環通路を流れるアノードオフガスの温度を上昇させることに利用できる。

【0016】

したがって、アノードオフガスを有効利用しながら燃料電池における発電効率を向上させることができる。

【0017】

上記の態様においては、前記貯留部には、前記水供給通路を介して前記改質器へ水を供給する水供給装置と、水の温度を測定する温度センサと、が設けられ、前記温度センサの測定値をもとに、前記貯留部より下流側にある前記アノードオフガス循環通路を流れる前記アノードオフガスに含まれる水分量を推定し、前記改質器にて必要な水分量から、推定した前記アノードオフガスに含まれる水分量を減算して、前記水供給装置による前記改質器への水の供給量を決定すること、が好ましい。

【0018】

この態様によれば、実際に必要な量だけの水を改質器に供給すればよいので、水供給装置の消費電力の抑制や小型化を図ることができる。

【0019】

上記の態様においては、前記燃料供給通路の少なくとも一部は、前記貯留部の内部に、または、前記貯留部に接するように配置されていること、が好ましい。

【0020】

この態様によれば、燃料供給通路と、貯留部に貯留される水との間で、熱交換を行うことができる。そのため、貯留部に貯留される水の温度を下げることができるとともに、燃料供給通路を流れる燃料の温度を上げることができる。したがって、燃料の温度が外気温などの影響で下がった場合でも、燃料の温度を上げたうえで、燃料を改質器へ供給することができる。

【0021】

上記の態様においては、前記燃料電池へカソードガスを供給するカソードガス供給通路を有し、前記カソードガス供給通路の少なくとも一部は、前記貯留部の内部に、または、前記貯留部に接するように配置されていること、が好ましい。

【0022】

この態様によれば、カソードガス供給通路と、貯留部に貯留される水との間で、熱交換を行うことができる。そのため、貯留部に貯留される水の温度を下げることができるとともに、カソードガス供給通路を流れるカソードガスの温度を上げることができる。したがって、カソードガスの温度が外気温などの影響で下がった場合でも、カソードガスの温度を上げたうえで、カソードガスを燃料電池へ供給することができる。

【0023】

上記の態様においては、前記改質器を昇温させる熱を得るための燃焼器を有し、前記燃焼器の排気通路の少なくとも一部は、前記貯留部の内部に、または、前記貯留部に接するように配置されていること、が好ましい。

【0024】

この態様によれば、貯留部が氷結するおそれのある外気状態であるときに、燃焼器からの排気の熱によって貯留部の氷結を防止できる。

【0025】

上記の態様においては、前記燃焼器の排気通路は、前記貯留部の内部に、または、前記貯留部に接するように配置される第１排気通路と、前記貯留部とは離れて配置される第２排気通路と、を備え、前記第１排気通路と前記第２排気通路とは切替可能であること、が好ましい。

【0026】

この態様によれば、貯留部の昇温要求に応じた制御ができる。

【発明の効果】

【0027】

本開示の燃料電池システムによれば、アノードオフガスを有効利用して発電効率を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0028】

【図1】第１実施形態の燃料電池システムの構成図である。

【図2】三方弁の代わりに２つのバルブを設ける例を示す図である。

【図3】ウォータポンプの圧送量の決定方法を示すフローチャート図である。

【図4】第２実施形態の燃料電池システムにおける貯留タンクとその周辺の構成図である。

【図5】第３実施形態の燃料電池システムにおける貯留タンクとその周辺の構成図である。

【図6】第４実施形態の燃料電池システムにおける貯留タンクとその周辺の構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0029】

以下、本開示の燃料電池システムの実施形態について説明する。

【0030】

＜第１実施形態＞
まず、第１実施形態について説明する。

【0031】

（燃料電池システムの概要説明）
図１に示すように、本実施形態の燃料電池システム１は、燃料電池１１（ＦＣ）と、水素ガス供給通路１２と、水素オフガス循環通路１３と、空気供給通路１４と、空気オフガス排出通路１５と、改質器１６と、燃料供給通路１７と、水供給通路１８と、貯留タンク１９と、燃焼器２０と、制御部２１を有する。

【0032】

燃料電池１１は、水素ガス供給通路１２から供給される水素ガスと、空気供給通路１４から供給される空気とを用いて、発電を行う。なお、水素ガスは本開示の「アノードガス」の一例であり、空気は本開示の「カソードガス」の一例である。

【0033】

水素ガス供給通路１２は、改質器１６から燃料電池１１へ、水素ガスを供給する通路である。なお、水素ガス供給通路１２は、本開示の「アノードガス供給通路」の一例である。

【0034】

水素オフガス循環通路１３は、燃料電池１１から改質器１６へ、燃料電池１１にて未使用の水素ガスである水素オフガスを循環させる通路である。なお、水素オフガスは本開示の「アノードオフガス」の一例であり、水素オフガス循環通路１３は本開示の「アノードオフガス循環通路」の一例である。

【0035】

この水素オフガス循環通路１３は、上流側水素オフガス循環通路１３Ａと、下流側水素オフガス循環通路１３Ｂと、を備えている。上流側水素オフガス循環通路１３Ａは、貯留タンク１９より上流側（すなわち、水素オフガスの流れの上流側、燃料電池１１側）にある通路である。また、下流側水素オフガス循環通路１３Ｂは、貯留タンク１９より下流側（すなわち、水素オフガスの流れの下流側、改質器１６側）にある通路である。

【0036】

また、水素オフガス循環通路１３には、燃料電池１１側から順に、熱交換器２２と、三方弁２３と、熱交換器２４が設けられている。

【0037】

熱交換器２２は、三方弁２３より上流側にある水素オフガス循環通路１３と下流側水素オフガス循環通路１３Ｂとの間の熱交換を行う機器である。三方弁２３は、当該三方弁２３より上流側にある水素オフガス循環通路１３の接続先を、貯留タンク１９に接続する上流側水素オフガス循環通路１３Ａ、または、燃焼器２０に接続する燃焼ガス供給通路２５に切替える弁である。なお、三方弁２３の代わりに、図２に示すように、２つのバルブとして、上流側水素オフガス循環通路１３Ａに設けられるバルブ３０Ａと、燃焼ガス供給通路２５に設けられるバルブ３０Ｂとしてもよい。

【0038】

熱交換器２４は、上流側水素オフガス循環通路１３Ａと水供給通路１８との間の熱交換、および、上流側水素オフガス循環通路１３Ａと下流側水素オフガス循環通路１３Ｂとの間の熱交換を行う機器である。

【0039】

空気供給通路１４は、その入口に設けられる空気ポンプ２６の駆動により、燃料電池１１へ空気を供給する通路である。この空気供給通路１４には、当該空気供給通路１４と燃料供給通路１７と燃焼器２０の排気通路２７との間で熱交換を行う熱交換器２８が設けられている。なお、空気供給通路１４は、本開示の「カソードガス供給通路」の一例である。また、空気ポンプ２６は、ブロワやコンプレッサでもよい。

【0040】

空気オフガス排出通路１５は、燃料電池１１から燃焼器２０へ、燃料電池１１にて未使用の空気である空気オフガスを排出させる通路である。なお、空気オフガス排出通路１５は、「カソードオフガス排出通路」の一例である。

【0041】

改質器１６は、水素オフガス循環通路１３からエジェクタ２９を介して供給される水素オフガスと、水供給通路１８からエジェクタ２９を介して供給される水と、燃料供給通路１７からエジェクタ２９を介して供給される燃料から、水素ガスを生成する機器である。

【0042】

燃料供給通路１７は、その入口に設けられる燃料ポンプ３１の駆動により、エジェクタ２９を介して、改質器１６へ燃料（例えば、メタンを主成分とする都市ガス等の炭化水素系の燃料ガス）を供給する通路である。なお、燃料ポンプ３１は、ブロワやコンプレッサでもよい。

【0043】

この燃料供給通路１７には、燃料ポンプ３１側から順に、脱硫器３２と三方弁３３と熱交換器２８が設けられている。

【0044】

脱硫器３２は、燃料に含まれる硫黄成分を除去する機器である。三方弁３３は、脱硫器３２と燃料ポンプ３１に接続する燃料供給通路１７の接続先を、エジェクタ２９を介して改質器１６に接続する燃料供給通路１７と、燃焼器２０に接続する燃焼ガス供給通路３４との間で切替える弁である。なお、三方弁３３の代わりに、２つのバルブとしてもよい。

【0045】

水供給通路１８は、貯留タンク１９からエジェクタ２９を介して改質器１６へ、水を供給する通路である。この水供給通路１８には、貯留タンク１９側から順に、熱交換器２４と気化器３５が設けられている。

【0046】

気化器３５は、燃焼器２０の排気通路２７の熱を利用して、水供給通路１８を流れる水を気化させる機器である。

【0047】

貯留タンク１９は、水供給通路１８とエジェクタ２９を介して改質器１６へ供給する水を貯留するタンクである。この貯留タンク１９には、ウォータポンプ３６と温度センサ３７とバブラー３８が設けられている。なお、貯留タンク１９は、本開示の「貯留部」の一例である。

【0048】

ウォータポンプ３６は、貯留タンク１９から水供給通路１８とエジェクタ２９を介して改質器１６へ水を供給するポンプである。温度センサ３７は、貯留タンク１９に貯留される水の温度を測定するセンサである。バブラー３８は、貯留タンク１９に貯留される水の中において、上流側水素オフガス循環通路１３Ａから供給される水素オフガスの細かい泡を作り出す部品である。なお、ウォータポンプ３６は、本開示の「水供給装置」の一例である。

【0049】

なお、貯留タンク１９には、当該貯留タンク１９からの排水路を開閉する排水弁３９が設けられている。

【0050】

燃焼器２０は、空気オフガス排出通路１５から供給される空気オフガスと、燃焼ガス供給通路２５から燃焼用のガスとして供給される水素オフガスと、燃焼ガス供給通路３４から燃焼用のガスとして供給される燃料を燃焼させることにより、改質器１６を昇温させる熱を得るための機器である。そして、燃焼器２０からの排気は、排気通路２７を介して燃料電池システム１の外部へ排出される。

【0051】

制御部２１は、燃料電池システム１に備わる各機器、例えば、燃焼器２０や三方弁２３や空気ポンプ２６や燃料ポンプ３１や三方弁３３やウォータポンプ３６を制御する機器であり、例えばＥＣＵである。本実施形態では、制御部２１は、温度センサ３７から、その測定値のデータを受け取るようになっている。

【0052】

（水素オフガスの利用に関して）
本実施形態では、水素オフガス循環通路１３は、貯留タンク１９を通過している。具体的には、上流側水素オフガス循環通路１３Ａは、貯留タンク１９内に設けられているバブラー３８に接続している。そして、上流側水素オフガス循環通路１３Ａは、バブラー３８と、貯留タンク１９内に貯留されている水と、貯留タンク１９内に貯留されている水の上部に存在する空間と、を介して、下流側水素オフガス循環通路１３Ｂに接続している。

【0053】

また、熱交換器２４は、上流側水素オフガス循環通路１３Ａと水供給通路１８との間の熱交換、および、上流側水素オフガス循環通路１３Ａと下流側水素オフガス循環通路１３Ｂとの間の熱交換を行う。

【0054】

このようにして、上流側水素オフガス循環通路１３Ａを流れる水素オフガスを、ウォータポンプ３６により貯留タンク１９から改質器１６に向かって送られる水と、下流側水素オフガス循環通路１３Ｂを流れる水素オフガスとにより冷却している。

【0055】

これにより、上流側水素オフガス循環通路１３Ａを流れる水素オフガスの温度を下げることができる。そのため、温度を下げた水素オフガスを、バブラー３８に投入することができ、その後、バブラー３８から貯留タンク１９に貯留される水に通過させることにより、水素オフガスに含まれる水蒸気を取り除くことができる。

【0056】

また、水素オフガスから取り除かれた水蒸気は、貯留タンク１９に貯留される水として再利用することができる。また、熱交換器２４により、上流側水素オフガス循環通路１３Ａを流れる水素オフガスの熱を、水供給通路１８を流れる水の温度を発電に適した温度まで上げるために利用することもできる。さらに、熱交換器２４により、上流側水素オフガス循環通路１３Ａを流れる水素オフガスの熱を、下流側水素オフガス循環通路１３Ｂを流れる水素オフガスの温度を発電に適した温度まで上げるために利用することもできる。

【0057】

また、本実施形態では、制御部２１は、ウォータポンプ３６による改質器１６への水の供給量を制御している。

【0058】

具体的には、制御部２１は、温度センサ３７の測定値をもとに、例えば飽和蒸気圧曲線などを用いて、下流側水素オフガス循環通路１３Ｂを流れる水素オフガスに含まれる水分量を推定する。そして、制御部２１は、改質器１６にて必要な水分量から、推定した水素オフガスに含まれる水分量を減算して、ウォータポンプ３６による改質器１６への水の供給量を決定する。そして、制御部２１は、この決定した供給量の水を、ウォータポンプ３６により貯留タンク１９から改質器１６へ供給する。

【0059】

ここで、制御部２１は、図３のフローチャートに示すようにして、ウォータポンプ３６による改質器１６への水の供給量を決定する。

【0060】

図３に示すように、制御部２１は、温度センサ３７を用いて、タンク内温度Ｔｗの測定を行う（ステップＳ１）。ここで、タンク内温度Ｔｗは、貯留タンク１９内（詳しくは、バブラー３８の上側）の水の温度である。

【0061】

次に、制御部２１は、循環系の水分量を推定する（ステップＳ２）。すなわち、制御部２１は、温度センサ３７の測定値、すなわち、タンク内温度Ｔｗをもとに、下流側水素オフガス循環通路１３Ｂを流れるアノードオフガスに含まれる水分量を推定する。

【0062】

次に、制御部２１は、（改質に必要な水分量）から（循環系の水分量）を減算して、ウォータポンプ３６（ＷＰ）の圧送量を決定する（ステップＳ３）。すなわち、制御部２１は、改質器１６にて必要な水分量から、ステップＳ２で推定した水素オフガスに含まれる水分量を減算して、ウォータポンプ３６による改質器１６への水の供給量を決定する。

【0063】

そして、制御部２１は、このように決定した供給量の水を、ウォータポンプ３６により貯留タンク１９から改質器１６に供給する。

【0064】

（本実施形態の作用効果）
以上のように、本実施形態によれば、水素オフガス循環通路１３は、貯留タンク１９を通過している。そして、熱交換器２４は、上流側水素オフガス循環通路１３Ａと、水供給通路１８と、の間の熱交換を行う。また、熱交換器２４は、上流側水素オフガス循環通路１３Ａと、下流側水素オフガス循環通路１３Ｂと、の間の熱交換も行う。

【0065】

このようにして、熱交換器２４により、上流側水素オフガス循環通路１３Ａを流れる水素オフガスの温度を下げることができる。そして、温度を下げた水素オフガスをバブラー３８に投入して貯留タンク１９に貯留される水に通過させることにより、水素オフガスに含まれる水蒸気を取り除くことができる。そのため、水蒸気を取り除いた水素オフガスを改質器１６に循環させて、当該改質器１６から水素ガスとして燃料電池１１に供給することにより、燃料電池１１における発電効率を向上させることができる。

【0066】

また、水素オフガスから取り除かれた水蒸気は、貯留タンク１９に貯留される水として再利用することができる。また、熱交換器２４により、上流側水素オフガス循環通路１３Ａを流れる水素オフガスの熱を、水供給通路１８を流れる水や下流側水素オフガス循環通路１３Ｂを流れる水素オフガスの温度を上げるために利用することもできる。

【0067】

したがって、水素オフガスを有効利用しながら燃料電池１１における発電効率を向上させることができる。

【0068】

また、制御部２１は、温度センサ３７の測定値をもとに、下流側水素オフガス循環通路１３Ｂを流れる水素オフガスに含まれる水分量を推定し、改質器１６にて必要な水分量から、推定した水素オフガスに含まれる水分量を減算して、ウォータポンプ３６による改質器１６への水の供給量を決定する。

【0069】

これにより、ウォータポンプ３６は、実際に必要な量だけの水を改質器１６に供給すればよい。そのため、ウォータポンプ３６の消費電力の抑制や小型化を図ることができる。

【0070】

＜第２実施形態＞
次に、第２実施形態について説明するが、第１実施形態と異なる点を説明し、第１実施形態と共通する点の説明は省略する。

【0071】

本実施形態では、図４に示すように、燃料供給通路１７の一部は、貯留タンク１９の内部に配置されている。

【0072】

これにより、燃料供給通路１７と、貯留タンク１９に貯留される水との間で、熱交換を行うことができる。そのため、貯留タンク１９に貯留される水の温度を下げることができるとともに、燃料供給通路１７を流れる燃料の温度を上げることができる。したがって、燃料の温度が外気温などの影響で下がった場合でも、燃料の温度を発電に適した温度まで上げたうえで、燃料を改質器１６へ供給することができる。

【0073】

なお、燃料供給通路１７の一部は、貯留タンク１９の側面や底面などに接するように配置されていてもよい。また、燃料供給通路１７の全部が、貯留タンク１９の内部に、または、貯留タンク１９に接するように配置されていてもよい。

【0074】

＜第３実施形態＞
次に、第３実施形態について説明するが、第１，２実施形態と異なる点を説明し、第１，２実施形態と共通する点の説明は省略する。

【0075】

図５に示すように、空気供給通路１４の一部は、貯留タンク１９の内部に配置されている。

【0076】

これにより、空気供給通路１４と、貯留タンク１９に貯留される水との間で、熱交換を行うことができる。そのため、貯留タンク１９に貯留される水の温度を下げることができるとともに、空気供給通路１４を流れる空気の温度を上げることができる。したがって、空気の温度が外気温などの影響で下がった場合でも、空気の温度を発電に適した温度まで上げたうえで、空気を燃料電池１１へ供給することができる。

【0077】

なお、空気供給通路１４の一部は、貯留タンク１９の側面や底面などに接するように配置されていてもよい。また、空気供給通路１４の全部が、貯留タンク１９の内部に、または、貯留タンク１９に接するように配置されていてもよい。

【0078】

＜第４実施形態＞
次に、第４実施形態について説明するが、第１～３実施形態と異なる点を説明し、第１～３実施形態と共通する点の説明は省略する。

【0079】

本実施形態では、図６に示すように、燃焼器２０の排気通路２７は、第１排気通路２７Ａと第２排気通路２７Ｂを備えている。そして、第１排気通路２７Ａの一部は、貯留タンク１９の内部に配置されている。一方、第２排気通路２７Ｂは、貯留タンク１９から離れて配置されている。

【0080】

これにより、貯留タンク１９が氷結するおそれのある外気状態であるときに、燃焼器２０からの排気の熱によって貯留タンク１９の氷結を防止できる。

【0081】

また、排気通路２７には、三方弁４１が設けられている。そして、この三方弁４１により、第１排気通路２７Ａと第２排気通路２７Ｂとは切り替え可能になっている。すなわち、三方弁４１より上流側（すなわち、排気の流れの上流側、燃焼器２０側）にある排気通路２７の接続先を、三方弁４１により、第１排気通路２７Ａまたは第２排気通路２７Ｂに切替えることができる。なお、三方弁４１の代わりに、２つのバルブとしてもよい。

【0082】

これにより、制御部２１は、貯留タンク１９の昇温要求に応じた制御を行うことができる。

【0083】

なお、第１排気通路２７Ａの一部は、貯留タンク１９の側面や底面などに接するように配置されていてもよい。また、第１排気通路２７Ａの全部が、貯留タンク１９の内部に、または、貯留タンク１９に接するように配置されていてもよい。

【0084】

なお、上記した実施の形態は単なる例示にすぎず、本開示を何ら限定するものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能であることはもちろんである。

【0085】

例えば、燃料電池システム１は、第１実施形態に対して、第２実施形態と第３実施形態と第４実施形態のうちの少なくとも２つの実施形態を組み合わせた構成を有していてもよい。

【0086】

また、熱交換器２４は、上流側水素オフガス循環通路１３Ａと水供給通路１８との間の熱交換、および、上流側水素オフガス循環通路１３Ａと下流側水素オフガス循環通路１３Ｂとの間の熱交換のうちのいずれか一方のみを行う機器であってもよい。

【符号の説明】

【0087】

１ 燃料電池システム
１１ 燃料電池
１２ 水素ガス供給通路
１３ 水素オフガス循環通路
１３Ａ 上流側水素オフガス循環通路
１３Ｂ 下流側水素オフガス循環通路
１４ 空気供給通路
１５ 空気オフガス排出通路
１６ 改質器
１７ 燃料供給通路
１８ 水供給通路
１９ 貯留タンク
２０ 燃焼器
２１ 制御部
２４ 熱交換器
２７ 排気通路
２７Ａ 第１排気通路
２７Ｂ 第２排気通路
３６ ウォータポンプ
３７ 温度センサ
３８ バブラー
４１ 三方弁
Ｔｗ タンク内温度

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】