特開 2025-19608 発電システムおよび燃料供給システム

(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】P2025019608

(43)【公開日】2025-02-07

(54)【発明の名称】発電システムおよび燃料供給システム

(51)【国際特許分類】

   H01M 8/04 20160101AFI20250131BHJP

   H01M 8/0656 20160101ALI20250131BHJP

   H01M 8/04119 20160101ALI20250131BHJP

【ＦＩ】

H01M8/04 J

H01M8/0656

H01M8/04119

【審査請求】未請求

【請求項の数】2

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023123300

(22)【出願日】2023-07-28

(71)【出願人】

【識別番号】000103921

【氏名又は名称】オリオン機械株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100104787

【弁理士】

【氏名又は名称】酒井 伸司

(72)【発明者】

【氏名】高井 希紗

(72)【発明者】

【氏名】北條 芙美

(72)【発明者】

【氏名】中根 孝浩

【テーマコード（参考）】

5H127

【Ｆターム（参考）】

5H127AC18

5H127BA02

5H127BA14

5H127BA33

5H127BA57

5H127BB02

5H127BB12

5H127BB18

5H127BB37

5H127EE20

(57)【要約】

【課題】発電コストを十分に低減し得る発電システムおよび燃料供給システムを提供する。
【解決手段】水素を発生させて水素を含む第２の気体を生成する水素発生装置２０から排出される第２の気体を燃料電池セル１０のセパレータ１２に供給する配管５ａ，５ｂと、セパレータ１２を通過させられた第２の気体に含まれている水分を分離させる気液分離槽６と、配管５ａ，５ｂに配設されると共に、流路の有効断面積の縮小によって第２の気体の流速を上昇させることで第２の気体を減圧させる減圧装置８と、気液分離槽６において水分を分離された第２の気体を減圧装置８によって減圧された第２の気体に合流させる配管７とを備えている。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

酸化剤を含む第１の気体が通過させられる第１のセパレータ、水素を含む第２の気体が通過させられる第２のセパレータ、および当該第１のセパレータと当該第２のセパレータとの間に配設される当該膜電極接合体を少なくとも含む平板状の複数の被積層物が積層されて一体化されると共に当該膜電極接合体を介して当該第１の気体と当該第２の気体とを反応させて発電可能に構成された発電用セルを備えた発電システムであって、
前記水素を発生させて前記第２の気体を生成する生成装置から排出される当該第２の気体を前記第２のセパレータに供給する第１の配管と、
前記第２のセパレータを通過させられた前記第２の気体に含まれている水分を分離させる分離装置と、
前記第１の配管に配設されると共に、流路の有効断面積の縮小によって前記第２の気体の流速を上昇させることで当該第２の気体を減圧させる減圧装置と、
前記分離装置において水分を分離された前記第２の気体を前記減圧装置によって減圧された前記第２の気体に合流させる第２の配管とを備えている発電システム。

【請求項2】

酸化剤を含む第１の気体が通過させられる第１のセパレータ、水素を含む第２の気体が通過させられる第２のセパレータ、および当該第１のセパレータと当該第２のセパレータとの間に配設される当該膜電極接合体を少なくとも含む平板状の複数の被積層物が積層されて一体化されると共に当該膜電極接合体を介して当該第１の気体と当該第２の気体とを反応させて発電可能に構成された発電用セルに対して当該第２の気体を供給可能に構成された燃料供給システムであって、
前記水素を発生させて前記第２の気体を生成する生成装置と、
前記生成装置から排出される当該第２の気体を前記第２のセパレータに供給する第１の配管と、
前記第２のセパレータを通過させられた前記第２の気体に含まれている水分を分離させる分離装置と、
前記第１の配管に配設されると共に、流路の有効断面積の縮小によって前記第２の気体の流速を上昇させることで当該第２の気体を減圧させる減圧装置と、
前記分離装置において水分を分離された前記第２の気体を前記減圧装置によって減圧された前記第２の気体に合流させる第２の配管とを備えている燃料供給システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、酸化剤を含む第１の気体と水素を含む第２の気体との反応によって発電可能に構成された発電システム、および発電システムの発電用セルに第２の気体を供給可能に構成された燃料供給システムに関するものである。

【背景技術】

【0002】

例えば、下記の特許文献には、燃料電池スタックと、燃料電池スタックに対して水素ガスを燃料として供給する燃料供給系とを備えて構成された燃料電池システムが開示されている。この場合、燃料供給系（水素タンク）は、水素供給管によって燃料電池スタックにおけるアノード側の導入口に接続されている。また、水素供給管には、水素タンクからの水素ガスの供給／停止を切り替えるメインバルブ、水素の圧力を調整する減圧バルブ（レギュレータ）、水素ガスの供給量を調整するインジェクタ、およびインジェクタから噴射された水素ガスの圧力を測定する圧力センサなどが配設されている。

【0003】

また、燃料電池スタックにおけるアノード側の排出口には、排気（未反応水素ガスと水との混合物）を水素ガスと水とに分離する気液分離器が接続されている。この気液分離器には排気排水バルブを介して排気排水管が接続されており、排気排水バルブが開状態に制御されることによって、気液分離器内に貯留されている水（排気から分離された水）が不純物を含むガスと共に排気排水管に排出される構成が採用されている。また、気液分離器には、分離された水素ガスを水素供給管に戻す（水素タンクから燃料電池スタックに供給される水素ガスに合流させる）ための循環流路が接続されており、循環流路には、気液分離器から水素供給管に水素ガスを圧送する水素ポンプが配設されている。

【0004】

この燃料電池システムでは、メインバルブが開状態に制御されることで水素タンクからの水素ガスの供給が開始され、この水素ガスが減圧バルブによって圧力調整された後にインジェクタから噴射されて燃料電池スタックにおけるアノード側に供給される。この際には、制御部が、圧力センサによる測定結果に応じてインジェクタを制御することで燃料電池スタック（アノード側）に対する水素ガスの供給量が調整される。

【0005】

また、燃料電池スタック（アノード側）から排出された排気は、気液分離器において水素ガスと水とに分離される。ここで、分離された水は、気液分離器内に貯留され、排気排水バルブが開状態に制御されたときに不純物を含むガスと共に排気排水管に排出される。また、分離された水素ガスは、水素ポンプによって循環流路を介して水素供給管に圧送される。これにより、水素タンクから燃料電池スタックに供給されている水素ガスに対して、気液分離器において分離された水素ガスが合流させられるため、発電に寄与しなかった未反応の水素ガスが燃料の一部として再利用されて水素ガスの消費量が低減される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２０２３－０３８６２０号公報（第４－１１頁、第１－７図）

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

ところが、上記特許文献に開示の燃料電池システムには、以下のような解決すべき問題点が存在する。具体的には、上記の燃料電池システムでは、燃料供給系（水素タンク）から水素供給管を介して燃料電池スタック（アノード側）に水素ガスが供給されて発電が行われると共に、燃料電池スタックからの排気（未反応水素ガスと水との混合物）が気液分離器において水素ガスと水とに分離され、分離された水素ガスが循環流路を介して水素供給管中の水素ガスに合流されて再利用される構成が採用されている。

【0008】

この場合、この燃料電池システムでは、気液分離器において分離された水素ガスを水素ポンプによって水素供給管に圧送する構成が採用されている。つまり、この燃料電池システムでは、発電に寄与しなかった水素ガスを回収して再利用することで水素ガスの消費量が低減されるものの、回収した水素ガスを水素供給管に戻すための水素ポンプによって電力が消費されており、これに起因して、発電コストの低減が困難となっているという問題点がある。また、水素ポンプの価格も高額であるため、この点においても、発電コストの低減が一層困難となっている。

【0009】

本発明は、かかる解決すべき問題点に鑑みてなされたものであり、発電コストを十分に低減し得る発電システムおよび燃料供給システムを提供することを主目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

上記目的を達成すべく、請求項１記載の発電システムは、酸化剤を含む第１の気体が通過させられる第１のセパレータ、水素を含む第２の気体が通過させられる第２のセパレータ、および当該第１のセパレータと当該第２のセパレータとの間に配設される当該膜電極接合体を少なくとも含む平板状の複数の被積層物が積層されて一体化されると共に当該膜電極接合体を介して当該第１の気体と当該第２の気体とを反応させて発電可能に構成された発電用セルを備えた発電システムであって、前記水素を発生させて前記第２の気体を生成する生成装置から排出される当該第２の気体を前記第２のセパレータに供給する第１の配管と、前記第２のセパレータを通過させられた前記第２の気体に含まれている水分を分離させる分離装置と、前記第１の配管に配設されると共に、流路の有効断面積の縮小によって前記第２の気体の流速を上昇させることで当該第２の気体を減圧させる減圧装置と、前記分離装置において水分を分離された前記第２の気体を前記減圧装置によって減圧された前記第２の気体に合流させる第２の配管とを備えている。

【0011】

また、請求項２記載の燃料供給システムは、酸化剤を含む第１の気体が通過させられる第１のセパレータ、水素を含む第２の気体が通過させられる第２のセパレータ、および当該第１のセパレータと当該第２のセパレータとの間に配設される当該膜電極接合体を少なくとも含む平板状の複数の被積層物が積層されて一体化されると共に当該膜電極接合体を介して当該第１の気体と当該第２の気体とを反応させて発電可能に構成された発電用セルに対して当該第２の気体を供給可能に構成された燃料供給システムであって、前記水素を発生させて前記第２の気体を生成する生成装置と、前記生成装置から排出される当該第２の気体を前記第２のセパレータに供給する第１の配管と、前記第２のセパレータを通過させられた前記第２の気体に含まれている水分を分離させる分離装置と、前記第１の配管に配設されると共に、流路の有効断面積の縮小によって前記第２の気体の流速を上昇させることで当該第２の気体を減圧させる減圧装置と、前記分離装置において水分を分離された前記第２の気体を前記減圧装置によって減圧された前記第２の気体に合流させる第２の配管とを備えている。

【発明の効果】

【0012】

請求項１記載の発電システム、および請求項２記載の燃料供給システムでは、水素を発生させて第２の気体を生成する生成装置から排出される第２の気体を第２のセパレータに供給する第１の配管と、第２のセパレータを通過させられた第２の気体に含まれている水分を分離させる分離装置と、第１の配管に配設されると共に、流路の有効断面積の縮小によって第２の気体の流速を上昇させることで第２の気体を減圧させる減圧装置と、分離装置において水分を分離された第２の気体を減圧装置によって減圧された第２の気体に合流させる第２の配管とを備えている。

【0013】

したがって、請求項１記載の発電システム、および請求項２記載の燃料供給システムによれば、第２のセパレータから排出される未反応の第２の気体（水素）を回収して再利用することで、発電のための水素の消費量を十分に低減することができるだけでなく、生成装置から排出されている第２の気体に対して回収した水素を合流させるためのポンプ等が不要となり、合流させるための電力の消費も生じないことから、発電コストを十分に低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】発電システム１の構成を示す構成図である。

【図2】減圧装置８の構成について説明するための説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、添付図面を参照して、燃料供給装置および発電システムの実施の形態について説明する。

【0016】

図１に示す発電システム１は、発電用の気体（「酸化剤を含む第１の気体」の一例である空気（大気：酸素）、および「水素を含む第２の気体」の一例である水素ガス）を反応させることで電力を生じさせることができるように構成されている。具体的には、発電システム１は、ポンプ２、配管３ａ～３ｃ、気液分離槽４、配管５ａ～５ｃ、気液分離槽６、配管７、減圧装置８、配管９ａ，９ｂ、燃料電池セル１０および水素発生装置２０を備えている。なお、本例の発電システム１では、水素発生装置２０を除く各構成要素によって「第１の気体と第２の気体とを反応させて発電可能に構成された発電用セルを備えた発電システム」が構成されると共に、ポンプ２、配管３ａ～３ｃおよび燃料電池セル１０を除く各構成要素によって「発電用セルに対して第２の気体を供給可能に構成された燃料供給システム」が構成されている。

【0017】

この場合、燃料電池セル１０は、「発電用セル」の一例であって、「第１のセパレータ」の一例であるセパレータ１１、「第２のセパレータ」の一例であるセパレータ１２、および「膜電極接合体」の一例であるＭＥＡ１３からなる発電用スタックや、冷却用の流体（空気や冷却液）を通過させるためのセパレータ（図示せず）、および各積層物の積層方向における両端に配設されたエンドプレート（図示せず）などを備えている。なお、この例では、セパレータ１１，１２、ＭＥＡ１３、冷却用のセパレータ、およびエンドプレートなどの各板体が「平板状の複数の被積層物」に相当し、これらが積層されて一体化されることで燃料電池セル１０が構成されている。

【0018】

また、セパレータ１１には、空気（大気）を通過させるための溝部（図示せず）が形成されると共に、セパレータ１２には、水素ガスを通過させるための溝部（図示せず）が形成され、両セパレータ１１，１２の間にＭＥＡ１３が挟み込まれるようにしてこれらが積層されることにより、セパレータ１１の溝部およびＭＥＡ１３の一面によって空気流路１１ｃが構成されると共に、セパレータ１２の溝部およびＭＥＡ１３の他の一面によって水素流路１２ｃが構成されている。また、ＭＥＡ１３は、電解質膜、触媒層およびガス拡散層などを備えて構成されている。なお、実際の燃料電池セル１０は、発電システム１に求められる発電能力に応じて、上記の発電用スタックや冷却用のセパレータを複数備えて構成されるが、発電システム１の構成およびその動作に関する理解を容易とするために１つの発電用スタックのみを図示すると共に、冷却用のセパレータやエンドプレートについての図示および説明を省略する。

【0019】

また、水素発生装置２０は、「水素を発生させて第２の気体を生成する生成装置」の一例であって、後述するように気液分離槽４，６において回収された水などが「原料」として供給されることで、この水を電気分解処理して水素を発生させ、発生させた水素（水素ガス）を燃料電池セル１０のセパレータ１２に「第２の気体：燃料」として供給することが可能に構成されている。

【0020】

一方、ポンプ２は、セパレータ１１の空気流路１１ｃ内に空気を圧送する（供給する）。配管３ａは、ポンプ２の吸気口に接続され、配管３ｂは、一端部がポンプ２の排気口に接続されると共に他端部がセパレータ１１の配管接続部１１ａ（吸気口）に接続され、配管３ｃは、一端部がセパレータ１１の配管接続部１１ｂ（排気口）に接続されると共に他端部が気液分離槽４に接続されている。なお、ポンプ２および各配管３ａ～３ｃについては、上記のような構成に代えて、配管３ａをセパレータ１１の配管接続部１１ａに直接接続すると共に、配管３ｃの他端部をポンプ２の吸気口に接続し、かつポンプ２の排気口を他の配管を介して気液分離槽４に接続することもできる（図示せず）。このような構成を採用したときには、ポンプ２によってセパレータ１１（空気流路１１ｃ）内の空気が吸引されることで配管３ａからセパレータ１１（空気流路１１ｃ）に新たな空気が吸引（供給）され、ポンプ２によって吸引された空気（セパレータ１１からの排気）が気液分離槽４に圧送される。

【0021】

気液分離槽４は、セパレータ１１から排出されて配管３ｃを介して流入させられる排気（空気と水との混合体）を空気と水とに分離させることができるように構成されている。この場合、燃料電池セル１０における発電に際しては、セパレータ１１（空気流路１１ｃ）を通過させられる空気（酸素）がセパレータ１２（水素流路１２ｃ）を通過させられる水素ガスと反応して空気流路１１ｃ内に水が発生し、この水が排気（水素と反応させられた空気）と共にセパレータ１１から排出される。したがって、本例の発電システム１では、この水を気液分離槽４において回収し、回収した水を水素発生装置２０に「原料」として供給する構成が採用されている。

【0022】

配管５ａは、一端部が水素発生装置２０の排出口に接続されると共に他端部が減圧装置８の導入口８ａに接続され、配管５ｂは、一端部が減圧装置８の排出口８ｂに接続されると共に他端部がセパレータ１２の配管接続部１２ａ（吸気口）に接続され、配管５ｃは、一端部がセパレータ１２の配管接続部１２ｂ（排気口）に接続されると共に他端部が気液分離槽６に接続されている。なお、本例では、配管５ａ，５ｂが相俟って「生成装置から排出される第２の気体を第２のセパレータに供給する第１の配管」が構成されている。

【0023】

気液分離槽６は、「分離装置」の一例であって、セパレータ１２の水素流路１２ｃを通過させられて配管接続部１２ｂから配管５ｃに排気される排気（未反応の水素ガスと水との混合体）を水素ガスと水とに分離させることができるように構成されている。この場合、水素発生装置２０における水素の生成に際しては、電気分解されなかった水が水素と共に水素発生装置２０から排出され、この水がセパレータ１２（水素流路１２ｃ）を通過して配管接続部１２ｂから排出される。したがって、本例の発電システム１では、この水を気液分離槽６において回収し、回収した水を水素発生装置２０に「原料」として供給して再利用する構成が採用されている。なお、水素発生装置２０から排出される水の量が多いときには、一例として、水素発生装置２０と減圧装置８との間にも気液分離槽を配設し（図示せず）、排出された多量の水がセパレータ１２に流入しないように水分を分離させるのが好ましい。

【0024】

配管７は、「分離装置において水分を分離された第２の気体を減圧装置によって減圧された第２の気体に合流させる第２の配管」の一例であって、一端部が気液分離槽６の排気口に接続され、他端部が減圧装置８に接続されている。減圧装置８は、「流路の有効断面積の縮小によって第２の気体の流速を上昇させることで第２の気体を減圧させる減圧装置」の一例であって、上記のように、導入口８ａが配管５ａを介して水素発生装置２０に接続され、排出口８ｂが配管５ｂを介して燃料電池セル１０（セパレータ１２）に接続されている。

【0025】

この減圧装置８は、図２に示すように、導入口８ａと排出口８ｂとの間に縮径部８ｃ（流路の有効断面積が徐々に縮小された部位）」が設けられており、配管５ａを介して導入口８ａから導入されて矢印Ａａの向きで減圧装置８内を移動させられた水素ガスが矢印Ａｂで示すように縮径部８ｃを通過させられる際に流速が上昇し、これにより、ベンチュリ効果による圧力の低下（減圧）が生じるように構成されている。また、同図に示すように、本例では、この縮径部８ｃに配管７が接続されており、気液分離槽６において分離された（水分を除去された）水素ガスが縮径部８ｃ内において水素発生装置２０からの水素ガスに合流させられる構成が採用されている。なお、本例では、減圧装置８における「水素発生装置２０から供給される水素ガスの通過方向（同図における右向きの方向）」における下流側に向かって配管７の端部が開口されている。また、本例では、縮径部８ｃの下流側において水素流路を拡径することで水素ガスの流速を低下させる構成が採用されているが、「減圧装置」において上昇させた流速を低下させずに（縮径部の下流で拡径せずに）燃料電池セル１０に対して水素ガスを供給する構成を採用することもできる（図示せず）。

【0026】

配管９ａは、気液分離槽４，６において排気から分離されて槽内に貯留された水を「水素ガス生成の原料」として水素発生装置２０に供給可能に配設されている。なお、実際には、気液分離槽４，６からの水の排出を許容／規制する弁機構や、水素発生装置２０に供給する水からＳＯ_４ ^２－（硫酸イオン）を除去する陰イオン交換樹脂フィルタなどが配管９ａに配設されているが、発電システム１の構成に関する理解を容易とするために、それらの図示および説明を省略する。配管９ｂは、分離された空気を大気中に放出可能に気液分離槽４に接続されている。

【0027】

この発電システム１では、前述のように、空気（大気：酸素）と、水素発生装置２０において生成された水素ガス（水素）とを燃料電池セル１０において反応させて発電を行う。また、水素発生装置２０では、発電に際して燃料電池セル１０（セパレータ１１）において発生する水や、水素発生装置２０における水素の生成に際して発生する水（水素と共に排出される水）を「原料」とする電気分解処理によって水素を生成する。したがって、発電システム１の設置直後の初期運転時や、長期に亘る運転休止後の運転開始時など（気液分離槽４，６内に十分な量の水が存在しないとき）には、発電の開始に必要な水素を生成するための水（原料）を水素発生装置２０に注水する。

【0028】

この状態において図示しない操作部の操作によって発電の開始を指示されたときには、水素発生装置２０が、原料としての水を電気分解して水素を生成し、生成した水素（水素ガス）をセパレータ１２に供給すると共に、ポンプ２が空気（酸素）の圧送を開始してセパレータ１１に供給する。これにより、空気流路１１ｃを通過させられる空気（酸素）と水素流路１２ｃを通過させられる水素ガス（水素）との反応によって電力が発生する。

【0029】

この場合、燃料電池セル１０における発電に際しては、配管接続部１２ａから水素流路１２ｃに導入される水素ガスのうちの８５％程度が空気（酸素）との反応によって消費されるものの、残りの１５％程度の水素ガスは、空気（酸素）と反応せずに配管接続部１２ｂから配管５ｃに排気される。したがって、本例の発電システム１では、配管接続部１２ｂから排出される水素ガス（未反応の水素）を回収し、回収した水素ガスを水素発生装置２０からセパレータ１２（配管接続部１２ａ）に供給されている水素ガスに合流させて再利用することにより、システム全体としての水素ガス（水素）の消費量を低減する構成が採用されている。

【0030】

ここで、上記のように、配管接続部１２ｂから排出される水素ガスは、水素発生装置２０から水素ガスと共に排出されて水素流路１２ｃを通過させられる水などを含んでいる。このため、そのような水素ガスをそのままの状態で再利用したとき（そのままの状態でセパレータ１２に供給したとき）には、配管接続部１２ａから水素流路１２ｃに流入する水分量が非常に多くなるおそれがある。かかる状態においては、水素流路１２ｃ内に流入した水滴が水素ガスの通過抵抗となり、空気（酸素）と反応させるべき十分な量の水素ガスを通過させるのが困難となるおそれがある。したがって、本例の発電システム１では、配管接続部１２ｂから配管５ｃに水素ガスと共に排出される水分を気液分離槽６において水と水素ガスとに分離させ、液相の水分を殆ど含まない水素ガスを、水素発生装置２０から供給されている水素ガスに合流させてセパレータ１２に供給する構成が採用されている。

【0031】

この場合、水素発生装置２０において電気分解によって生成した水素ガスを燃料電池セル１０に供給して発電を行う本例の発電システム１では、配管５ａ内の水素ガスの圧力（水素発生装置２０からの水素ガスの排出圧）が０．４ＭＰａ程度の低圧となっている。一方、気液分離槽６において分離させた水素ガスは、大気圧と同程度の低圧まで減圧された状態となる。このため、水素発生装置２０から排出される水素ガスが気液分離槽６において分離させた水素ガスよりも高圧であるため、気液分離槽６において分離させた水素ガスを水素発生装置２０から排出される水素ガスに対してそのまま合流させるのが困難となっている。それどころか、配管の接続態様によっては、水素発生装置２０から排出される水素ガスが気液分離槽６内に流入する（気液分離槽６から合流させるべき水素ガスが逆流する）おそれがある。

【0032】

したがって、本例の発電システム１では、水素発生装置２０とセパレータ１２（配管接続部１２ａ）とを接続する「第１の配管（本例では、配管５ａ，５ｂ）」に減圧装置８を配設し、水素発生装置２０からセパレータ１２に供給される水素ガスを減圧装置８において減圧させ、圧力が低下した水素ガスに対して、気液分離槽６において分離させた水素ガスを合流させる構成が採用されている。具体的には、図２に示すように、減圧装置８では、配管５ａを介して導入口８ａから導入されて矢印Ａａの向きで減圧装置８内を移動させられた水素ガスが矢印Ａｂで示すように縮径部８ｃを通過させられる際に流速が上昇し、これにより、ベンチュリ効果による圧力の低下（減圧）が生じて縮径部８ｃ内における水素ガスの圧力が低下する。

【0033】

この結果、気液分離槽６内の低圧の水素ガスが配管７を介して矢印Ｂで示すように減圧装置８（縮径部８ｃ）内に流入し、矢印Ａｂで示すように縮径部８ｃ内を移動している水素ガス（水素発生装置２０から排出された水素ガス）に対してスムースに合流して、矢印Ｃで示すように、排出口８ｂに向かって移動する。これにより、水素発生装置２０によって生成された水素ガスと、セパレータ１２から排出されて気液分離槽６において水分を除去された水素ガスとの混合気が、配管５ｂを介して配管接続部１２ａからセパレータ１２（水素流路１２ｃ）に供給され、前述のように、セパレータ１１（空気流路１１ｃ）を通過させられる空気（酸素）と反応させられる結果、合流させた水素ガス（セパレータ１２から排出された未反応の水素ガス）の分だけ、発電システム１による水素ガスの消費量が低減される。

【0034】

一方、上記のように燃料電池セル１０における発電を継続することにより、気液分離槽４には、セパレータ１１からの排気に含まれていた水分が分離されて貯留され、気液分離槽６には、セパレータ１２からの排気に含まれていた水分が分離されて貯留される。これらの水は、水素発生装置２０における水素生成の原料として配管９ａを介して気液分離槽４，６から水素発生装置２０に供給される。これにより、水素発生装置２０では、供給された水の電気分解によって新たな水素ガスが継続的に生成される。この後、発電を終了する指示が行われるまで、発電システム１による発電が継続される。

【0035】

このように、この発電システム１では、水素を発生させて水素ガスを生成する水素発生装置２０から排出される水素ガスを燃料電池セル１０のセパレータ１２に供給する配管５ａ，５ｂと、セパレータ１２を通過させられた水素ガスに含まれている水分を分離させる気液分離槽６と、配管５ａ，５ｂに配設されると共に、流路の有効断面積の縮小によって水素ガスの流速を上昇させることで水素ガスを減圧させる減圧装置８と、気液分離槽６において水分を分離された水素ガスを減圧装置８によって減圧された水素ガスに合流させる配管７とを備えている。

【0036】

したがって、この発電システム１によれば、セパレータ１２から排出される未反応の水素ガスを回収して再利用することで、発電のための水素ガスの消費量を十分に低減することができるだけでなく、水素発生装置２０から排出されている水素ガスに対して回収した水素ガスを合流させるためのポンプ等が不要となり、合流させるための電力の消費も生じないことから、発電コストを十分に低減することができる。

【0037】

なお、「発電システム」および「燃料供給システム」の構成は、上記の発電システム１の構成の例に限定されない。

【0038】

例えば、水素発生装置２０（水素ガスの供給源）を備えた発電システム１の構成を例に挙げて説明したが、水素発生装置２０に代えて、外部装置としての「生成装置」から供給される水素ガスを使用して発電を行う「発電システム」に本発明の構成を適用することもできる。ポンプ２、配管３ａ～３ｃおよび燃料電池セル１０と同様の外部装置としての発電ユニットに対して水素ガスを燃料として供給する「燃料供給システム」に本発明の構成を適用することもできる。さらに、気液分離槽４，６において回収した水を原料として電気分解することで水素を生成する水素発生装置２０を例に挙げて説明したが、セパレータ１１やセパレータ１２から排出された水を使用せずに水素を生成する構成の「生成装置」を採用することもできる。

【符号の説明】

【0039】

１ 発電システム
２ ポンプ
３ａ～３ｃ，５ａ～５ｃ，７，９ａ，９ｂ 配管
４，６ 気液分離槽
８ 減圧装置
８ａ 導入口
８ｂ 排出口
８ｃ 縮径部
１０ 燃料電池セル
１１，１２ セパレータ
１１ａ，１１ｂ，１２ａ，１２ｂ 配管接続部
１１ｃ 空気流路
１２ｃ 水素流路
１３ ＭＥＡ
２０ 水素発生装置

【図1】

【図2】