特開 2025-19610 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】P2025019610

(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 8/0606 20160101ALI20250131BHJP

   H01M 8/04119 20160101ALI20250131BHJP

【ＦＩ】

H01M8/04 J

H01M8/0606

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 2023123304

(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

(72)【発明者】

【氏名】竹前 昭宏

【テーマコード（参考）】

5H127

【Ｆターム（参考）】

5H127AC18

5H127BA02

5H127BA22

5H127BA33

5H127BA55

5H127BA58

5H127BB02

5H127BB12

5H127BB18

5H127BB37

5H127EE20

5H127EE23

(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】水素タンク２０から排出される第２の気体をセパレータ１２に供給する配管５ａ～５ｃ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、水素タンク２０から排出される第２の気体の通過によって導入口８ｄから気体を吸気して水素タンク２０から排出される第２の気体に合流可能に配管５ａ，５ｃ間に配設されたエジェクター８と、気液分離槽６において水分を分離された第２の気体をエジェクターの導入口８ｄに案内する配管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、
前記第２の気体が貯蔵された貯蔵部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、
前記貯蔵部から排出される前記第２の気体の通過によって吸気ポートから気体を吸気して当該貯蔵部から排出される当該第２の気体に合流可能に前記第１の配管に配設されたエジェクターと、
前記分離装置において水分を分離された前記第２の気体を前記エジェクターの前記吸気ポートに案内する第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、
前記第２の気体を貯蔵する貯蔵部と、
前記貯蔵部から排出される前記第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、
前記貯蔵部から排出される前記第２の気体の通過によって吸気ポートから気体を吸気して当該貯蔵部から排出される当該第２の気体に合流可能に前記第１の配管に配設されたエジェクターと、
前記分離装置において水分を分離された前記第２の気体を前記エジェクターの前記吸気ポートに案内する第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、前記第２の気体が貯蔵された貯蔵部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、前記貯蔵部から排出される前記第２の気体の通過によって吸気ポートから気体を吸気して当該貯蔵部から排出される当該第２の気体に合流可能に前記第１の配管に配設されたエジェクターと、前記分離装置において水分を分離された前記第２の気体を前記エジェクターの前記吸気ポートに案内する第２の配管とを備えている。

【0011】

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、前記第２の気体を貯蔵する貯蔵部と、前記貯蔵部から排出される前記第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、前記貯蔵部から排出される前記第２の気体の通過によって吸気ポートから気体を吸気して当該貯蔵部から排出される当該第２の気体に合流可能に前記第１の配管に配設されたエジェクターと、前記分離装置において水分を分離された前記第２の気体を前記エジェクターの前記吸気ポートに案内する第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、貯蔵部から排出される第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、貯蔵部から排出される第２の気体の通過によって吸気ポートから気体を吸気して貯蔵部から排出される第２の気体に合流可能に第１の配管に配設されたエジェクターと、分離装置において水分を分離された第２の気体をエジェクターの吸気ポートに案内する第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、貯蔵部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、貯蔵部から排出されている第２の気体に対して回収した第２の気体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】エジェクター８の構成について説明するための説明図である。

【図3】加湿器３０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～５ｄ、気液分離槽６、配管７、エジェクター８、配管９ａ，９ｂ、燃料電池セル１０、水素タンク２０および加湿器３０を備えている。なお、本例の発電システム１では、水素タンク２０、配管５ｂおよび加湿器３０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、水素タンク２０は、「第２の気体が貯蔵された貯蔵部」の一例であって、別所で生成されて発電システム１（水素タンク２０）の設置場所に搬送された水素ガスや、発電システム１と共に発電システム１の設置場所に設置された水素生成装置（図示せず）によって生成された水素ガスなどを貯蔵し、この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】

また、加湿器３０は、水素タンク２０から燃料電池セル１０（セパレータ１２）に供給する水素ガスを加湿可能に構成されている。具体的には、図３に示すように、加湿器３０は、発電の開始に先立って注水された水や配管９ａを介して気液分離槽４，６から供給される水を貯留可能な密閉容器３１と、エジェクター８から排出された水素ガスを加湿器３０に案内する配管５ｂの先端部に配設されたノズル３２と、密閉容器３１内に収容された多数の球体３３，３３・・とを備え、水中を通過させられることで加湿された水素ガスを燃料電池セル１０（セパレータ１２）に対して配管５ｃを介して供給することができるように構成されている。この場合、球体３３は、密閉容器３１内に貯留された水に対する浮力を生じ得る素材・構造の小球状に形成されている。なお、この加湿器３０による水素ガスの加湿については、後に詳細に説明をする。

【0021】

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。

【0022】

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、回収した水を加湿器３０に供給する構成が採用されている。

【0023】

配管５ａは、一端部が水素タンク２０に接続されると共に他端部がエジェクター８に接続され、配管５ｂは、一端部がエジェクター８に接続されると共に他端部が加湿器３０に接続され、配管５ｃは、一端部が加湿器３０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５ｄ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～５ｃが相俟って「貯蔵部から排出される当該第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。

【0024】

気液分離槽６は、「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」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５ｄ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。

【0025】

この場合、後述するように水素タンク２０から供給された水素ガスが燃料電池セル１０（セパレータ１２）に供給されるときには、水素タンク２０からセパレータ１２に至る流路（配管５ａ～５ｃやエジェクター８および加湿器３０）やセパレータ１２（水素流路１２ｃ）内において水素ガスの圧力や温度が逐次変化するため、流路内やセパレータ１２内において結露が生じて液相の水分（水滴）が発生することがある。

【0026】

また、水素タンク２０から排出される水素ガスは、タンク内において結露が生じる事態を回避すべく除湿されており、その湿度が低くなっている。このような低湿の水素ガスが燃料電池セル１０（セパレータ１２）に供給されたときには、ＭＥＡ１３のドライアップが生じて発電効率が低下するため、本例の発電システム１では、水素タンク２０から排出された低湿の水素ガスを加湿器３０において加湿した後に燃料電池セル１０に対して供給する構成が採用されている。ここで、詳しくは後述するが、本例の発電システム１では、加湿器３０から液相の水分が水素ガスと共に排出されるのを回避する構成が採用されているが、極く少量の液相の水分が水素ガスと共に排出されることがある。

【0027】

このため、発電システム１による発電時には、前述のように流路内やセパレータ１２内における結露によって生じた水や、加湿器３０から水素ガスと共に排出された水が、未反応の水素ガスと共に配管接続部１２ｂから排出されることがある。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、回収した水を加湿器３０に供給して再利用する構成が採用されている。

【0028】

配管７は、「分離装置において水分を分離された第２の気体をエジェクターの吸気ポートに案内する第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、他端部がエジェクター８の導入口８ｄに接続されている。エジェクター８は、「貯蔵部から排出される第２の気体の通過によって吸気ポートから気体を吸気して貯蔵部から排出される第２の気体に合流可能に第１の配管に配設されたエジェクター」の一例であって、図２に示すように、ノズル８ａ、ディフューザー８ｂ、密閉容器８ｃおよび導入口８ｄを備え、前述のように、ノズル８ａが配管５ａを介して水素タンク２０に接続され、ディフューザー８ｂが配管５ｂを介して加湿器３０に接続されている。

【0029】

このエジェクター８では、導入口８ｄ（「吸気ポート」の一例）が密閉容器８ｃ内に連通させられており、導入口８ｄに接続された配管７を介して気液分離槽６と密閉容器８ｃ内とが連通させられている。また、このエジェクター８では、ノズル８ａの排気口とディフューザー８ｂの導入口とが密閉容器８ｃ内において僅かに離間した状態で対向するようにノズル８ａおよびディフューザー８ｂが密閉容器８ｃに配設されている。これにより、このエジェクター８では、密閉容器８ｃ内においてノズル８ａからディフューザー８ｂに向かって高速移動する水素ガス（水素タンク２０から排出されて燃料電池セル１０に向かって移動している水素ガス）の流れによって密閉容器８ｃ内に負圧が生じ、この負圧によって気液分離槽６内の水素ガスが配管７を介して導入口８ｄから密閉容器８ｃ内に吸引されて、ノズル８ａから導入口８ｄに向かって流れている水素ガスに合流させられる構成が採用されている。

【0030】

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加湿器３０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。

【0031】

この発電システム１では、前述のように、空気（大気：酸素）と、水素タンク２０から供給される水素ガス（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。具体的には、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、ポンプ２が空気（酸素）の圧送を開始する。この際には、配管３ａを介して吸引された空気が配管３ｂを介してセパレータ１１供給される。また、セパレータ１１への空気の供給と並行して、水素タンク２０からの水素ガスの供給が開始され、水素タンク２０から排出された水素ガスが、配管５ａ、エジェクター８、配管５ｂ、加湿器３０および配管５ｃを介してセパレータ１２に供給される。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。

【0032】

この場合、本例の発電システム１では、前述したように、水素タンク２０から排出される低湿の水素ガスが燃料電池セル１０（セパレータ１２）に供給されてＭＥＡ１３のドライアップが生じるのを回避すべく、水素タンク２０から排出された水素ガスを加湿器３０において加湿した後に燃料電池セル１０（セパレータ１２）に供給する構成が採用されている。具体的には、図３に示すように、配管５ｂを介して供給されてノズル３２から密閉容器３１内に排出された水素ガスが、密閉容器３１内の水の中を浮上する際に水分を吸収することで、その相対湿度が上昇する。また、水面近傍まで浮上した水素ガスは、各球体３３，３３・・の間を通過して配管５ｃに排出される。これにより、水素ガスと共に密閉容器３１内の水が大量に排出される事態を招くことなく、湿度が十分に高い水素ガスが配管５ｃを介して燃料電池セル１０（セパレータ１２）に供給される。

【0033】

一方、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５ｄ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タンク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。

【0034】

この場合、前述したように、セパレータ１２に供給される水素ガスは、水素タンク２０からセパレータ１２に至る流路や水素流路１２ｃ内における圧力や温度の変化による結露によって生じた水分や、エジェクター８から排出された水分などを含んだ状態となることがある。このため、配管接続部１２ｂから排出される水素ガスに水滴が含まれた状態となることがあり、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。

【0035】

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５ｄ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、水素タンク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。

【0036】

ここで、水素タンク２０から排出される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（水素タンク２０からの水素ガスの排出圧）が１．０ＭＰａ程度の高圧となっている。したがって、本例の発電システム１では、図２に示すように、水素タンク２０から排出された高圧の水素ガスをエジェクター８のノズル８ａからディフューザー８ｂに向かって矢印Ａで示すように高速噴射させることにより、ノズル８ａとディフューザー８ｂとの間に負圧を生じさせ、この負圧を利用して、ノズル８ａから噴射させた水素ガス（水素タンク２０から排出された水素ガス）に対して密閉容器８ｃ内の水素ガスを矢印Ｂａで合流させて、矢印Ｃで示すように、ディフューザー８ｂから配管５ｂに排出させる構成が採用されている。

【0037】

この場合、密閉容器８ｃの導入口８ｄには配管７を介して気液分離槽６が接続されている。したがって、水素タンク２０から排出された水素ガスと共に密閉容器８ｃ内の水素ガスがディフューザー８ｂから配管５ｂに排出されることにより、配管接続部１２ｂから排出されて気液分離槽６において水分を分離された水素ガスが配管７を介してエジェクター８（密閉容器８ｃ）に吸引されて、上記のように水素タンク２０からの水素ガスに合流させられる。これにより、水素タンク２０から排出された水素ガスだけでなく、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が発電用の水素ガスとして使用されるため、発電システム１による水素ガスの消費量が十分に低減される。

【0038】

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、加湿器３０において水素ガスを加湿するための水として気液分離槽４，６から配管９ａを介して加湿器３０に供給される。これにより、加湿器３０では、供給された水による水素ガスの加湿が行われ、ドライアップを招くことのない好適な湿度の水素ガスがセパレータ１２に対して継続的に供給される。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による上記の発電が継続される。

【0039】

このように、この発電システム１では、水素タンク２０から排出される水素ガスをセパレータ１２に供給する配管５ａ～５ｃ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、水素タンク２０から排出される水素ガスの通過によって導入口８ｄ（吸気ポート）から密閉容器８ｃ内に水素ガスを吸気して水素タンク２０から排出される水素ガスに合流可能に配管５ａ，５ｂ間に配設されたエジェクター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エジェクター８の導入口８ｄに案内する配管７とを備えている。

【0040】

したがって、この発電システムおよび燃料供給システムによれば、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、水素タンク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。

【0041】

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。

【0042】

例えば、水素タンク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、水素タンク２０に代えて、外部装置としての「貯蔵部」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。また、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、加湿器３０における水素ガスの加湿に使用する構成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ガスを加湿する「加湿器」を採用することもできる。

【符号の説明】

【0043】

１ 発電システム
２ ポンプ
３ａ～３ｃ，５ａ～５ｄ，７，９ａ，９ｂ 配管
４，６ 気液分離槽
８ エジェクター
８ａ ノズル
８ｂ ディフューザー
８ｃ 密閉容器
８ｄ 導入口
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 水素タンク
３０ 加湿器
３１ 密閉容器
３２ ノズル
３３ 球体

【図1】

【図2】

【図3】