JP2019102430A - 燃料電池システム - Google Patents

Abstract

【課題】昇圧器で発生する水蒸気の凝縮を従来よりも軽減し得る燃料電池システムを提供する。
【解決手段】燃料電池システム１００は、燃料ガスと酸化剤ガスとを用いて発電する固体高分子形燃料電池１と、燃料電池１のアノード入口１Ａに燃料ガスを供給するための燃料ガス供給経路２と、燃料電池１のアノード出口１Ｂから排出されたアノードオフガスを燃料ガス供給経路２に戻すためのリサイクルガス経路３と、燃料ガス供給経路２において、燃料ガス供給経路２とリサイクルガス経路３とが合流する合流部４とアノード入口１Ａとの間に設けられている昇圧器５と、アノードオフガスに混入する不純物を外部へ排出するための排出経路８と、を備える。
【選択図】図１

Description

本開示は燃料電池システムに関する。

燃料電池システムにおいて、燃料電池の発電に使用されなかった燃料ガス（アノードオフガス）を燃料電池のアノードに戻すことで再利用（リサイクル）する構成が提案されている（例えば、特許文献１参照）。すると、燃料電池システムの発電効率が、アノードオフガスをリサイクルしていない構成に比べて向上する。

ところで、特許文献１では、燃料電池のアノードから排出されるアノードオフガスを燃料電池に戻すためのリサイクルガス経路に、燃料電池のアノードへアノードオフガスを圧送する循環器（昇圧器）と、アノードオフガス中の水分をアノードオフガスから分離する気液分離器と、が設けられている。

特開２００７―５２９４８号公報

しかし、従来例は、循環器（昇圧器）で発生する水蒸気の凝縮の問題については十分に検討されていない。

本開示の一態様（aspect）は、このような事情に鑑みてなされたものであり、昇圧器で発生する水蒸気の凝縮を従来よりも軽減し得る燃料電池システムを提供する。

上記課題を解決するために、本開示の一態様の燃料電池システムは、燃料ガスと酸化剤ガスとを用いて発電する固体高分子形燃料電池と、前記燃料電池のアノード入口に前記燃料ガスを供給するための燃料ガス供給経路と、前記燃料電池のアノード出口から排出されたアノードオフガスを前記燃料ガス供給経路に戻すためのリサイクルガス経路と、前記燃料ガス供給経路において、前記燃料ガス供給経路と前記リサイクルガス経路とが合流する合流部と前記アノード入口との間に設けられている昇圧器と、前記アノードオフガスに混入する不純物を外部へ排出するための排出経路と、を備える。

本開示の一態様の燃料電池システムは、昇圧器で発生する水蒸気の凝縮を従来よりも軽減し得るという効果を奏する。

図１は、第１実施形態の燃料電池システムの一例を示す図である。 図２は、第２実施形態の燃料電池システムの一例を示す図である。 図３は、第３実施形態の燃料電池システムの一例を示す図である。 図４は、第４実施形態の燃料電池システムの一例を示す図である。 図５は、第４実施形態の第１変形例の燃料電池システムの一例を示す図である。 図６は、第４実施形態の第２変形例の燃料電池システムの一例を示す図である。

昇圧器で発生する水蒸気の凝縮の問題について鋭意検討が行われ、以下の知見が得られた。

一定体積に含まれる飽和水蒸気量は温度に依存し、圧力に無関係であり、アノードオフガスの単位体積あたりに含まれる水蒸気量は、温度一定の場合には圧力の上昇に伴い増加するので、アノードオフガスが昇圧器によって加圧されることにより、アノードオフガス中の水蒸気が水に凝縮する場合がある。

ここで、特許文献１では、高湿度のアノードオフガスが、湿度を保ったまま昇圧器に流入する。よって、アノードオフガスの加圧で凝縮水が発生し、昇圧器内に凝縮水が溜まっていく。すると、凝縮水に起因する昇圧器の流路の水詰まりでアノードオフガスの流量が不安定になる可能性、凝縮水により昇圧器が性能劣化または故障する可能性がある。

そこで、本開示の第１の態様の燃料電池システムは、このような知見に基づいて案出されたものであり、燃料ガスと酸化剤ガスとを用いて発電する固体高分子形燃料電池と、燃料電池のアノード入口に燃料ガスを供給するための燃料ガス供給経路と、燃料電池のアノード出口から排出されたアノードオフガスを燃料ガス供給経路に戻すためのリサイクルガス経路と、燃料ガス供給経路において、燃料ガス供給経路とリサイクルガス経路とが合流する合流部とアノード入口との間に設けられている昇圧器と、アノードオフガスに混入する不純物を外部へ排出するための排出経路と、を備える。

かかる構成によると、本態様の燃料電池システムは、昇圧器で発生する水蒸気の凝縮を従来よりも軽減し得る。具体的には、上記の合流部とアノード入口との間の燃料ガス供給経路に昇圧器を設け、昇圧器に流入する前の低湿度な燃料ガスと高湿度のアノードオフガスとを合流部で混合する構成が取られている。すると、昇圧器に流入する混合ガスの湿度を低下させることができる。これにより、昇圧器で混合ガスが加圧された場合でも、昇圧器における水蒸気の凝縮を軽減できる。よって、凝縮水に起因する昇圧器の水詰りで混合ガスの流量が不安定になる可能性を低減できる。また、凝縮水により昇圧器の腐食、汚れが進行すると、昇圧器の性能劣化または故障が発生する可能性があるが、本実施形態の燃料電池システムでは、このような可能性を低減できる。

また、本態様の燃料電池システムは、例えば、排出経路に設けられたパージ弁を適時に開くことにより、アノードオフガスに混入する不純物を外部へ排出することができる。よって、アノードオフガスの水素濃度を適切に回復することができる。

本開示の第２の態様の燃料電池システムは、第１の態様の燃料電池システムにおいて、リサイクルガス経路に設けられ、アノードオフガスの流量を調節する流量制御器を備えてもよい。

かかる構成によると、合流部から燃料電池のアノード出口に向かう燃料ガスの流れに対して抵抗を発生できるので、このような燃料ガスの流れが適切に調節される。その結果、燃料ガスを合流部から昇圧器にスムーズに送ることができる。

本開示の第３の態様の燃料電池システムは、第１の態様または第２の態様の燃料電池システムにおいて、昇圧器は、合流部よりも上方に設けられていてもよい。

かかる構成によると、合流部から昇圧器のガス入口に向かう燃料ガス供給経路を上り勾配で延伸させることができる。すると、アノードオフガス中の水蒸気が水に凝縮する場合でも、凝縮水が、昇圧器のガス入口に流れ込むことを抑制できる。

本開示の第４の態様の燃料電池システムは、第１から第３のいずれかの態様の燃料電池システムにおいて、リサイクルガス経路、または、上記の合流部よりも下流の燃料ガス供給経路に接続されている気液分離器を備えてもよい。

かかる構成によると、高湿度のアノードオフガスの温度が低下することで発生する凝縮水を気液分離器で適切に処理することができる。

以下、添付図面を参照しつつ、本開示の実施形態について説明する。以下で説明する実施形態は、いずれも上記の各態様の一例を示すものである。よって、以下で示される形状、材料、構成要素、および、構成要素の配置位置および接続形態などは、あくまで一例であり、請求項に記載されていない限り、上記の各態様を限定するものではない。また、以下の構成要素のうち、本態様の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。また、図面において、同じ符号が付いたものは、説明を省略する場合がある。図面は理解しやすくするために、それぞれの構成要素を模式的に示したもので、形状および寸法比などについては正確な表示ではない場合がある。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態の燃料電池システムの一例を示す図である。

図１に示す例では、燃料電池システム１００は、燃料電池１と、燃料ガス供給経路２と、リサイクルガス経路３と、昇圧器５と、排出経路８と、パージ弁９と、を備える。

燃料電池１は、燃料ガスと酸化剤ガスとを用いて発電する。燃料電池１としては、いずれの種類であってもよい。本実施形態の燃料電池システム１００では、燃料電池１として固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ）を例に挙げて説明しているが、これに限定されない。例えば、一例として、固体酸化物型燃料電池（ＳＯＦＣ）が挙げられる。

燃料ガス供給経路２は、燃料電池１のアノード入口１Ａに燃料ガスを供給するための流路である。つまり、燃料ガス供給経路２の下流端は、燃料電池１のアノード入口１Ａに接続し、上流端は図示しない燃料ガス供給源に接続している。燃料ガス供給源は、所定の供給元圧を備え、例えば、燃料ガスインフラ、燃料ガスボンベなどを例示できる。燃料ガスとして、例えば、水素ガスなどを例示できる。この場合、アノードオフガスは、燃料電池１で使用されなかったオフ水素ガスである。

リサイクルガス経路３は、燃料電池のアノード出口１Ｂから排出されたアノードオフガスを燃料ガス供給経路２に戻すための流路である。つまり、リサイクルガス経路３の上流端は、燃料電池のアノード出口１Ｂに接続し、下流端は燃料ガス供給経路２に接続している。

昇圧器５は、燃料ガスの流通方向において、燃料ガス供給経路２とリサイクルガス経路３とが合流する合流部４よりも下流の燃料ガス供給経路２に設けられている。換言すると、昇圧器５は、燃料ガス供給経路２において、合流部４とアノード入口１Ａとの間に設けられている。昇圧器５は、燃料ガス供給経路２を流れるアノードオフガスおよび燃料ガスを含む混合ガスを圧送する装置である。昇圧器５は、上記の混合ガスを圧送できれば、どのような構成であってもよい。昇圧器５として、例えば、ダイヤフラム式ポンプ、回転式ポンプ、往復動式ポンプなどを例示できる。

合流部４は、アノードオフガスと燃料ガスと混合ガスとが流通する流路を備える。かかる流路を構成する流路部材として、例えば、Ｔ字継手などを例示できる。

排出経路８は、アノードオフガスに混入する不純物を外部へ排出するための経路である。なお、排出経路８を通過するガスは可燃性ガスであるので、排出経路８は、難燃性材料の配管（例えば、ステンレス製配管などの金属配管）が一般的に用いられるが、これに限らない。

燃料電池１の発電中、アノードオフガスは、燃料電池１の発電に使用されるまで、燃料電池１のアノード出口１Ｂからアノード入口１Ａに戻るように循環する。

そこで、本実施形態の燃料電池システム１００は、上記の循環経路から分岐して大気に連通する排出経路８と、本排出経路８に設けられたパージ弁９と、を備える。パージ弁９として、例えば、電磁弁を用いることができるが、これに限定されない。

以上により、アノードオフガスに混入する不純物の濃度を低減することが可能になる。すると、アノードオフガス中の水素濃度を適切に回復させることができる。具体的には、パージ弁９を閉じている間は、アノードオフガスは、燃料電池１の発電に使用されるまで、燃料電池１のアノード出口１Ｂからアノード入口１Ａに戻るように循環する。すると、アノードオフガスが循環経路を循環する過程で、アノードオフガス中には、燃料ガス（水素ガス）以外の不純物が経時的に増加する。不純物として、例えば、燃料電池１のカソードには空気が流れているので、カソードから電解質膜を通じてアノードへ漏れる窒素ガスなどを例示できる。アノードオフガスに混入する不純物が増加すると、アノードオフガス中の水素濃度が低下するので、燃料電池１の発電中には、適時に、パージ弁９を一時的に開くことで循環経路から不純物を含むパージガスが大気へ放出（パージ）される。

なお、排出経路８の下流端は大気に開放されている。排出経路８の上流端は、アノードオフガスが循環する循環経路であれば、いずれの箇所に接続されていてもよい。

例えば、排出経路８の上流端は、リサイクルガス経路３に接続されていてもよい。これにより、パージ弁９を一時的に開くことでリサイクルガス経路３から不純物を含むパージガスを大気へ放出（パージ）することができる。

また、排出経路８の上流端は、合流部４と昇圧器５のガス入口との間の燃料ガス供給経路２に接続されていてもよい。これにより、パージ弁９を一時的に開くことで、燃料ガス供給経路２から不純物を含むパージガスを大気へ放出（パージ）することができる。

また、排出経路８の上流端は、昇圧器５のガス出口とアノード入口１Ａとの間の燃料ガス供給経路２に接続されていてもよい。これにより、パージ弁９を一時的に開くことで、燃料ガス供給経路２から不純物を含むパージガスを大気へ放出（パージ）することができる。

本実施形態の燃料電池システム１００では、排出経路８の上流端は、リサイクルガス経路３に接続されている。これにより、パージ弁９を一時的に開くことでリサイクルガス経路３から不純物を含むパージガスを大気へ放出（パージ）する際に、水素濃度が高い燃料ガスの放出が適切に抑制され得る。

以上のとおり、本実施形態の燃料電池システム１００は、昇圧器５で発生する水蒸気の凝縮を従来よりも軽減し得る。

具体的には、一定体積に含まれる飽和水蒸気量は温度に依存し、圧力に無関係であり、アノードオフガスの単位体積あたりに含まれる水蒸気量は、温度一定の場合には圧力の上昇に伴い増加するので、アノードオフガスが昇圧器５によって加圧されることにより、アノードオフガス中の水蒸気が水に凝縮する場合がある。この時、アノードオフガスの湿度が高い程、アノードオフガス中の水蒸気量が多いので、昇圧器５において、凝縮水が発生しやすくなる。

そこで、本実施形態の燃料電池システム１００では、上記の合流部４とアノード入口１Ａとの間の燃料ガス供給経路２に昇圧器５を設け、昇圧器５に流入する前の低湿度な燃料ガスと高湿度のアノードオフガスとを合流部４で混合する構成が取られている。すると、昇圧器５に流入する混合ガスの湿度を低下させることができる。これにより、昇圧器５で混合ガスが加圧された場合でも、昇圧器５における水蒸気の凝縮を軽減できる。よって、凝縮水に起因する昇圧器５の流路の水詰まりで混合ガスの流量が不安定になる可能性を低減できる。また、凝縮水により昇圧器５の腐食、汚れが進行すると、昇圧器５の性能劣化または故障が発生する可能性があるが、本実施形態の燃料電池システム１００では、このような可能性を低減できる。

また、本実施形態の燃料電池システム１００は、排出経路８に設けられたパージ弁９を適時に開くことにより、アノードオフガスに混入する不純物を外部へ排出することができる。よって、アノードオフガスの水素濃度を適切に回復することができる。

（第２実施形態）
図２は、第２実施形態の燃料電池システムの一例を示す図である。

図２に示す例では、燃料電池システム１００は、燃料電池１と、燃料ガス供給経路２と、リサイクルガス経路３と、昇圧器５と、流量制御器６と、排出経路８と、パージ弁９と、を備える。

燃料電池１、燃料ガス供給経路２、リサイクルガス経路３、昇圧器５、排出経路８およびパージ弁９は、第１実施形態と同様であるので説明を省略する。

合流部４に流入する燃料ガスは、流路の圧力損失が小さい方向に流れる傾向があるので、例えば、燃料ガス供給経路２上の昇圧器５の圧力損失が大きい場合、合流部４から昇圧器５に燃料ガスが流れにくくなり、合流部４から燃料電池１のアノード出口１Ｂに向かう燃料ガスの流れが発生する可能性がある。すると、排出経路８の上流端が、リサイクルガス経路３に接続されている場合、合流部４からの燃料ガスが、排出経路８を介して大気に排出される可能性がある。

そこで、本実施形態の燃料電池システム１００は、アノードオフガスの流量を調節する流量制御器６を備える。

流量制御器６は、アノードオフガスの流量を調節することができれば、どのような構成であってもよい。なお、調節とは、適量のアノードオフガスがリサイクルガス経路３を流れるようにアノードオフガスの流量を増減させること、または、リサイクルガス経路３のアノードオフガスの流れを停止させることなど、を意味する。

例えば、流量制御器６として、アノードオフガスの流量を調節する流量調節弁などを用いることができる。また、流量制御器６として、合流部４からアノード出口１Ｂに向かう燃料ガスの流れを禁止する逆止弁、リサイクルガス経路３の圧力損失を大きくする機構などを用いることができる。後者は、例えば、リサイクルガス経路３を構成する配管の径を部分的に細くする絞り機構、本配管に設けられたオリフィスなどを例示できる。

以上により、本実施形態の燃料電池システム１００は、流量制御器６において、合流部４から燃料電池１のアノード出口１Ｂに向かう燃料ガスの流れに対して抵抗を発生できるので、このような燃料ガスの流れが適切に調節される。具体的には、合流部４に向かうアノードオフガスの流量を調節し得ると同時に、合流部４からリサイクルガス経路３に燃料ガスが逆流することを抑制し得る。その結果、燃料ガスを合流部４から昇圧器５にスムーズに送ることができる。

本実施形態の燃料電池システム１００は、上記特徴以外は、第１実施形態の燃料電池システム１００と同様に構成してもよい。

（第３実施形態）
図３は、第３実施形態の燃料電池システムの一例を示す図である。なお、図３において、「上」および「下」が取られており、重力は上から下に作用するものとする。

図３に示す例では、燃料電池システム１００は、燃料電池１と、燃料ガス供給経路２と、リサイクルガス経路３と、昇圧器５と、排出経路８と、パージ弁９と、を備える。

本実施形態の燃料電池システム１００は、合流部４と昇圧器５との間の上下方向の位置関係以外は、第１実施形態の燃料電池システム１００と同様である。

燃料電池１は、発電とともに水蒸気を生成する。よって、アノードオフガスは、湿潤状態で燃料電池１のアノード出口１Ｂから排出される場合がある。高湿度のアノードオフガスがリサイクルガス経路３を通過する際に、リサイクルガス経路３を介したアノードオフガスの放熱によって、アノードオフガスの温度が低下することで、アノードオフガスの温度が露点を下回る場合がある。また、高温のリサイクルガスと低温の燃料ガスとが合流部４で合流するとき、アノードオフガスの温度が低下することで、アノードオフガスの温度が露点を下回る場合もある。さらに、燃料電池システム１００の運転を停止した場合、配管からの放熱によってアノードオフガスが冷却される場合がある。すると、アノードオフガス中の水蒸気が水に凝縮する可能性がある。このとき、合流部４よりも下方に昇圧器５を設けると、上記で発生した凝縮水が重力によって昇圧器５のガス入口に流れ込みやすくなる。

そこで、本実施形態の燃料電池システム１００では、昇圧器５を合流部４よりも上方に設けている。ここで、上方とは、重力が上から下に作用する場合を基準としている。これにより、合流部４から昇圧器５のガス入口に向かう燃料ガス供給経路２を上り勾配で延伸させることができる。すると、アノードオフガス中の水蒸気が水に凝縮する場合でも、凝縮水が、昇圧器５のガス入口に流れ込むことを抑制できる。よって、凝縮水に起因する昇圧器５の流路の水詰まりで、混合ガスの流量が不安定になる可能性を低減できる。また、凝縮水により昇圧器５の腐食、汚れが進行すると、昇圧器５の性能劣化または故障が発生する可能性があるが、本実施形態の燃料電池システム１００では、このような可能性を低減できる。なお、図３に示す例のように、合流部４は、アノード出口１Ｂよりも上方に設けられていてもよい。これにより、アノード出口１Ｂよりも上方で発生した凝縮水は、アノード出口１Ｂに流れる。

本実施形態の燃料電池システム１００は、上記特徴以外は、第１実施形態および第２実施形態の燃料電池システム１００と同様に構成してもよい。

（第４実施形態）
図４は、第４実施形態の燃料電池システムの一例を示す図である。

図４に示す例では、燃料電池システム１００は、燃料電池１と、燃料ガス供給経路２と、リサイクルガス経路３と、昇圧器５と、気液分離器７Ａと、排出経路８と、を備える。
燃料電池１、燃料ガス供給経路２、リサイクルガス経路３および昇圧器５は、第１実施形態と同様であるので説明を省略する。

燃料電池１は、発電とともに水蒸気を生成する。よって、アノードオフガスは、湿潤状態で燃料電池１のアノード出口１Ｂから排出される場合がある。高湿度のアノードオフガスがリサイクルガス経路３を通過する際に、リサイクルガス経路３を介したアノードオフガスの放熱によって、アノードオフガスの温度が低下することで、アノードオフガスの温度が露点を下回る場合もある。また、高温のリサイクルガスと低温の燃料ガスとが合流部４で合流するとき、アノードオフガスの温度が低下することで、アノードオフガスの温度が露点を下回る場合がある。すると、アノードオフガス中の水蒸気が水に凝縮する可能性がある。

そこで、本実施形態の燃料電池システム１００は、アノードオフガス中の凝縮水をアノードオフガスから分離する気液分離器７Ａを備える。

本実施形態の燃料電池システム１００では、気液分離器７Ａは、分岐経路を介してリサイクルガス経路３に接続されている。

気液分離器７Ａは、例えば、燃料電池１のアノード出口１Ｂと合流部４との間のリサイクルガス経路３から分岐する分岐経路に設けられたタンクまたは封止弁であってもよい。

気液分離器７Ａが、前者のタンクの場合、例えば、分岐経路をタンクの下端部に接続させることでアノードオフガスが水封止されている。そして、タンク内の水が満水近くになると、タンクの上端部の適宜の排水口を通じて水が外部に排水される。

気液分離器７Ａが、後者の封止弁の場合、分岐経路内の水が満水近くになると、封止弁を一時的に開放することで水が外部へ排水される。

また、気液分離器７Ａに接続される分岐経路は、図４に示す如く、排出経路８であってもよい。この場合、気液分離器７Ａが、パージ弁９の機能を備える。つまり、気液分離器７Ａの排水口を介して、凝縮水の排水と同時に、アノードオフガスに混入する不純物が外部へ排出される。

以上により、本実施形態の燃料電池システム１００は、高湿度のアノードオフガスの温度が低下することで発生する凝縮水を気液分離器７Ａで適切に処理することができる。例えば、燃料電池１のアノード出口１Ｂから排出されたアノードオフガスの温度低下によりアノードオフガスから凝縮水が発生した場合でも、気液分離器７Ａで、かかる凝縮水をアノードオフガスから分離できる。よって、凝縮水に起因するリサイクルガス経路３の水詰まりを抑制できる。また、アノード出口１Ｂおよび昇圧器５への凝縮水の流入を抑制できる。

本実施形態の燃料電池システム１００は、上記特徴以外は、第１実施形態−第３実施形態のいずれかの燃料電池システム１００と同様に構成してもよい。

（第１変形例）
図５は、第４実施形態の第１変形例の燃料電池システムの一例を示す図である。

図５に示す例では、燃料電池システム１００は、燃料電池１と、燃料ガス供給経路２と、リサイクルガス経路３と、昇圧器５と、気液分離器７Ｂと、排出経路８と、パージ弁９と、を備える。燃料電池１、燃料ガス供給経路２、リサイクルガス経路３、昇圧器５、排出経路８およびパージ弁９は、第１実施形態と同様であるので説明を省略する。

本変形例の燃料電池システム１００では、気液分離器７Ｂは、分岐経路を介して合流部４と昇圧器５のガス入口の間の燃料ガス供給経路２に接続されている。

気液分離器７Ｂとして、例えば、合流部４と昇圧器５のガス入口との間の燃料ガス供給経路２から分岐する分岐経路に設けられたタンクまたは封止弁であってもよい。なお、これらのタンクおよび封止弁は、第４実施形態と同様であるので詳細な説明を省略する。

以上により、本変形例の燃料電池システム１００は、高湿度のアノードオフガスおよび燃料ガスを含む混合ガスの温度が低下することで発生する凝縮水を適切に処理することができる。例えば、混合ガスの温度低下により混合ガス（アノードオフガス）から凝縮水が発生した場合でも、気液分離器７Ｂで、かかる凝縮水を混合ガスから分離できる。よって、凝縮水に起因する燃料ガス供給経路２の水詰まりを抑制できる。また、アノード出口１Ｂおよび昇圧器５への凝縮水の流入を抑制できる。

本変形例の燃料電池システム１００は、上記特徴以外は、第１実施形態−第３実施形態のいずれかの燃料電池システム１００と同様に構成してもよい。

（第２変形例）
図６は、第４実施形態の第２変形例の燃料電池システムの一例を示す図である。

図５に示す例では、燃料電池システム１００は、燃料電池１と、燃料ガス供給経路２と、リサイクルガス経路３と、昇圧器５と、気液分離器７Ｃと、排出経路８と、パージ弁９と、を備える。燃料電池１、燃料ガス供給経路２、リサイクルガス経路３、昇圧器５、排出経路８およびパージ弁９は、第１実施形態と同様であるので説明を省略する。

本変形例の燃料電池システム１００では、気液分離器７Ｃは、分岐経路を介して昇圧器５のガス出口と燃料電池１のアノード入口１Ａとの間の燃料ガス供給経路２に接続されている。

気液分離器７Ｃとして、例えば、昇圧器５のガス出口と燃料電池１のアノード入口１Ａの間の燃料ガス供給経路２から分岐する分岐経路に設けられたタンクまたは封止弁であってもよい。なお、これらのタンクおよび封止弁は、第４実施形態と同様であるので詳細な説明を省略する。

以上により、本変形例の燃料電池システム１００は、高湿度のアノードオフガスおよび燃料ガスを含む混合ガスの温度が低下することで発生する凝縮水、昇圧器５による混合ガスの昇圧で発生する凝縮水を適切に処理することができる。例えば、混合ガスの温度低下により混合ガス（アノードオフガス）から凝縮水が発生した場合でも、気液分離器７Ｃで、かかる凝縮水を混合ガスから分離できる。よって、凝縮水に起因する燃料ガス供給経路２の水詰まりを抑制できる。また、アノード入口１Ａおよび昇圧器５への凝縮水の流入を抑制できる。

本変形例の燃料電池システム１００は、上記特徴以外は、第１実施形態−第３実施形態のいずれかの燃料電池システム１００と同様に構成してもよい。

なお、図１から図６には示されていないが、燃料電池１の発電において必要となる機器は適宜、設けられる。

例えば、燃料電池システム１００には、燃料電池１のカソードに酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給器が設けられている。

この場合、酸化剤ガス供給器として、酸化剤ガスをカソードに供給できれば、どのような構成であってもよい。酸化剤ガス供給器として、例えば、ブロワおよびファンなどの送風機を例示できる。

また、燃料ガス供給源の供給元圧が燃料電池システム１００に必要な供給圧力（燃料ガスの供給圧力）より高い場合に、燃料ガス供給経路２に、燃料ガスの圧力を下げて一定の供給圧力にするためのガバナなどを設けてもよい。

さらに、燃料ガス供給経路２上の昇圧器５とアノード入口１Ａとの間に、燃料ガスを加湿する加湿器を設けてもよい。加湿器は、水タンクを備えてもよいし、熱交換器を備えてもよい。

第１実施形態−第４実施形態および第４実施形態の第１変形例−第２変形例は、互いに相手を排除しない限り、互いに組み合わせても構わない。

上記説明から、当業者にとっては、本開示の多くの改良、他の実施形態が明らかである。

従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本開示を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本開示の精神を逸脱することなく、その構造および／または機能の詳細を実質的に変更できる。

本開示の一態様は、昇圧器で発生する水蒸気の凝縮を従来よりも軽減し得るので、例えば、家庭用コージェネレーションシステム、電気自動車用電源などに使用される燃料電池システムに利用できる。

１ ：燃料電池
１Ａ ：アノード入口
１Ｂ ：アノード出口
２ ：燃料ガス供給経路
３ ：リサイクルガス経路
４ ：合流部
５ ：昇圧器
６ ：流量制御器
７Ａ ：気液分離器
７Ｂ ：気液分離器
７Ｃ ：気液分離器
８ ：排出経路
９ ：パージ弁
１００ ：燃料電池システム

Claims (4)

1. 燃料ガスと酸化剤ガスとを用いて発電する固体高分子形燃料電池と、
   前記燃料電池のアノード入口に前記燃料ガスを供給するための燃料ガス供給経路と、
   前記燃料電池のアノード出口から排出されたアノードオフガスを前記燃料ガス供給経路に戻すためのリサイクルガス経路と、
   前記燃料ガス供給経路において、前記燃料ガス供給経路と前記リサイクルガス経路とが合流する合流部と前記アノード入口との間に設けられている昇圧器と、
   前記アノードオフガスに混入する不純物を外部へ排出するための排出経路と、を備える燃料電池システム。
2. 前記リサイクルガス経路に設けられ、前記アノードオフガスの流量を調節する流量制御器を備える請求項１に記載の燃料電池システム。
3. 前記昇圧器は、前記合流部よりも上方に設けられている請求項１または２に記載の燃料電池システム。
4. 前記リサイクルガス経路、または、前記合流部よりも下流の前記燃料ガス供給経路に接続されている気液分離器を備える請求項１から３のいずれか１項に記載の燃料電池システム。

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