(57)【要約】【課題】燃料電池内に塩化物イオンが供給されてしまうことを抑制する技術を提供する。【解決手段】燃料電池システム１０００は、燃料電池１００と、燃料電池に酸化ガスを供給する酸化ガス供給部２００を備える。酸化ガス供給部２００には、酸化ガス中に含まれる塩化物イオンを電解合成によって過塩素酸イオンへと変換するイオン変換部２３０が設けられている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池と、前記燃料電池に反応ガスを供給する反応ガス供給部とを備える燃料電池システムであって、
前記反応ガス供給部は、
前記反応ガスが流れるガス配管と、
前記ガス配管に配置され、前記反応ガス中の不純物の組成を変換する不純物変換部と、
を備え、
前記不純物変換部は、前記反応ガス中に含まれる塩化物イオンを電解合成によって過塩素酸イオンへと変換するイオン変換部を含む、燃料電池システム。
【請求項２】
請求項１記載の燃料電池システムであって、
前記イオン変換部は、
電解質膜と、
前記電解質膜を挟持する陽極および陰極と、
を備え、
前記陽極は、前記陰極より集水性が高い材料で形成されている、燃料電池システム。
【請求項３】
請求項２に記載の燃料電池システムであって、
前記ガス配管は、前記イオン変換部の上流側配管内において水蒸気の結露を促進させるための液化促進部を有する、燃料電池システム。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３に記載のいずれかに燃料電池システムであって、さらに、
前記反応ガス供給部は、前記反応ガスを加湿するための加湿部を備え、
前記イオン変換部は、前記加湿部内または前記加湿部より下流側に設けられている、燃料電池システム。
【請求項５】
請求項４に記載の燃料電池システムであって、さらに、
前記燃料電池に接続され、前記燃料電池の排ガスが流れる排ガス配管を備え、
前記ガス配管と前記排ガス配管とは、１箇所以上で互いに接触した状態で配置されており、
前記イオン変換部の前記電解質膜は、前記ガス配管と前記排ガス配管との境界に設けられており、前記排ガス中の水分を前記反応ガスへと移動させて前記反応ガスを加湿する加湿部としても機能する、燃料電池システム。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の燃料電池システムであって、
前記不純物変換部は、前記イオン変換部の陰極側または前記イオン変換部より下流側に設けられた、前記反応ガス中の過酸化水素を分解する過酸化水素分解部を含む、燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、酸化ガスと燃料ガスの供給を受けて発電するが、それらの供給ガス中には不純物が含まれる場合がある。当該不純物には、電解質膜や触媒などの燃料電池の構成部材の劣化を引き起こすものがある。これまで、供給ガス中に含まれる不純物を低減して、燃料電池の劣化を抑制するための種々の技術が提案されてきた（特許文献１等）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−２１６７０８号公報
【特許文献２】特開２００５−０６３７３３号公報
【特許文献３】特開２００７−１４１６４７号公報
【特許文献４】特開２００４−２８１２６８号公報
【０００４】
ところで、塩化物イオン（塩素イオン）は、燃料電池において一般に触媒として使用されている白金（Ｐｔ）を被毒する。大気中には、塩素が約１００μｇ／ｍ3程度の濃度で含まれている場合がある。この塩素濃度を有する大気中で、酸化ガスとして空気が供給される燃料電池を１０年間継続して使用すると、その１０年の間に燃料電池内部に、約１．２Ｋｇ分もの塩素が供給されることとなる。この塩素が燃料電池内部でイオン化した場合には、触媒が被毒されてしまい、燃料電池が劣化してしまう可能性がある。
【０００５】
大気中には、塩素に限らず、多量の塩化化合物が存在する。これらが反応ガス中に混入して燃料電池に供給されると、塩素同様にイオン化してしまう可能性が高い。これまで、燃料電池に供給される反応ガス中の塩化物イオンの除去ついては、十分な工夫がなされてこなかったのが実情であった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、燃料電池内に塩化物イオンが供給されてしまうことを抑制する技術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】
【０００７】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
【０００８】
［適用例１］
燃料電池と、前記燃料電池に反応ガスを供給する反応ガス供給部とを備える燃料電池システムであって、前記反応ガス供給部は、前記反応ガスが流れるガス配管と、前記ガス配管に配置され、前記反応ガス中の不純物の組成を変換する不純物変換部とを備え、前記不純物変換部は、前記反応ガス中に含まれる塩化物イオンを電解合成によって過塩素酸イオンへと変換するイオン変換部を含む、燃料電池システム。
この燃料電池システムによれば、電解合成によって反応ガス中に含まれる塩化物イオンを過塩素酸イオンへと変換できる。従って、燃料電池内に塩化物イオンが供給されてしまうことを抑制することができ、塩化物イオンによって燃料電池が劣化することを抑制できる。
【０００９】
［適用例２］
適用例１記載の燃料電池システムであって、前記イオン変換部は、電解質膜と、前記電解質膜を挟持する陽極および陰極とを備え、前記陽極は、前記陰極より集水性が高い材料で形成されている、燃料電池システム。
この燃料電池システムによれば、陽極側により多くの水分を集水し、その水分によって塩化物イオンをトラップして電解合成を行うことができる。従って、より効率よく、反応ガス中の塩化物イオンを低減できる。また、電解質膜を用いることにより、小型で簡易な構成で電解合成を行うことができる。
【００１０】
［適用例３］
適用例２に記載の燃料電池システムであって、前記ガス配管は、前記イオン変換部の上流側配管内において水蒸気の結露を促進させるための液化促進部を有する、燃料電池システム。
この燃料電池システムによれば、塩化物イオンをトラップするとともに、電解合成に供するための水分を、イオン変換部の上流側において、より多く発生させることができる。従って、効率よく塩化物イオンをトラップし、その電解合成を行うことが可能となる。
【００１１】
［適用例４］
適用例１ないし適用例３に記載のいずれかに燃料電池システムであって、さらに、前記反応ガス供給部は、前記反応ガスを加湿するための加湿部を備え、前記イオン変換部は、前記加湿部内または前記加湿部より下流側に設けられている、燃料電池システム。
この燃料電池システムによれば、反応ガスを加湿するための水分を、塩化物イオンの電解合成のために利用することができる。
【００１２】
［適用例５］
適用例４に記載の燃料電池システムであって、さらに、前記燃料電池に接続され、前記燃料電池の排ガスが流れる排ガス配管を備え、前記ガス配管と前記排ガス配管とは、１箇所以上で互いに接触した状態で配置されており、前記イオン変換部の前記電解質膜は、前記ガス配管と前記排ガス配管との境界に設けられており、前記排ガス中の水分を前記反応ガスへと移動させて前記反応ガスを加湿する加湿部としても機能する、燃料電池システム。
この燃料電池システムによれば、反応ガスを加湿するために排ガス中の水分を利用することができ、さらに、その水分を電解合成に利用することができる。従って、燃料電池の発電効率を向上させるとともに、より効率よく反応ガス中の塩化物イオンを低減することが可能である。
【００１３】
［適用例６］
適用例１ないし適用例５のいずれかに記載の燃料電池システムであって、前記不純物変換部は、前記イオン変換部の陰極側または前記イオン変換部より下流側に設けられた、前記反応ガス中の過酸化水素を分解する過酸化水素分解部を含む、燃料電池システム。
この燃料電池システムによれば、反応ガス中の塩化物イオンを低減するための電解合成において発生した過酸化水素を過酸化水素分解部において水及び酸素に分解できる。従って、塩化物イオンや過酸化水素によって燃料電池が劣化してしまうことを抑制できる。
【００１４】
なお、本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、燃料電池、その燃料電池を備えた燃料電池システム、その燃料電池システムを搭載した車両等の形態で実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
A．第１実施例：
図１は本発明の一実施例としての燃料電池システムの構成を示すブロック図である。この燃料電池システム１０００は、燃料電池１００と、酸化ガス供給部２００と、燃料ガス供給部３００と、排ガス排出部４００とを備えている。
【００１６】
燃料電池１００は、酸化ガス及び燃料ガス（反応ガス）の供給を受けて発電する固体高分子型燃料電池である。なお、燃料電池１００としては、固体高分子型燃料電池に限らず、種々のタイプの燃料電池に本発明を適用することが可能である。燃料電池１００は、電解質膜（図示せず）を挟持する２つの電極（カソード１１０及びアノード１２０）を備えている。なお、カソード１１０及びアノード１２０には、燃料電池反応を促進するための触媒として白金が担持されている（図示せず）。
【００１７】
酸化ガス供給部２００は、酸化ガス供給配管２０１と、エアコンプレッサ２１０と、圧力調整弁２２０と、イオン変換部２３０とを備えている。酸化ガス供給配管２０１は、燃料電池１００のカソード１１０側に接続されている。エアコンプレッサ２１０は、酸化ガス供給配管２０１の上流端に設けられており、酸化ガス供給配管２０１に高圧空気を出力する。圧力調整弁２２０は、酸化ガス供給配管２０１においてエアコンプレッサ２１０の下流側に設けられており、配管内の高圧空気の圧力を調整する。イオン変換部２３０は、圧力調整弁２２０の下流側に設けられている。イオン変換部２３０については後述する。この構成により、酸化ガス供給部２００は、燃料電池１００のカソード１１０側に酸化ガスとして高圧空気を供給する。
【００１８】
燃料ガス供給部３００は、燃料ガス供給配管３０１と、水素タンク３１０と、水素遮断弁３２０と、レギュレータ３３０とを備える。具体的には、燃料ガス供給配管３０１は、燃料電池１００のアノード１２０側に接続されており、その上流端に水素タンク３１０が設けられている。水素遮断弁３２０及びレギュレータ３３０はそれぞれ、燃料ガス供給配管３０１の上流側から順に設けられており、配管内の水素の圧力を調整する。この構成により、燃料ガス供給部３００は、燃料電池１００のアノード１２０側に燃料ガスとして水素を供給する。
【００１９】
排ガス排出部４００は、カソード排ガス配管４０１と、アノード排ガス配管４５１とを備える。カソード排ガス配管４０１は、燃料電池１００のカソード１１０側に接続されており、燃料電池反応に供されることのなかったガスや、反応によって生成された水分を含むカソード排ガスを燃料電池１００の外部へと排出するためのものである。アノード排ガス配管４５１は、アノード１２０側に接続されており、アノード１２０側からの排ガスを燃料電池１００の外部へと排出するためのものである。なお、２つの配管４０１，４５１にはそれぞれ、燃料電池１００の背圧を調整するための圧力調整弁４１０，４６０が設けられている。
【００２０】
ところで、この燃料電池システム１０００では、エアコンプレッサ２１０によって大気中の空気を圧縮した高圧空気を燃料電池１００へと供給する。しかし、大気中には、反応に供される酸素以外に種々の不純物が含まれる。そうした不純物には、燃料電池１００の構成部材の劣化を引きおこしてしまうものもある。特に、塩化物イオンが燃料電池１００の内部に供給されると触媒である白金が被毒され、燃料電池１００が劣化してしまう可能性がある。そこで、この燃料電池システム１０００では、イオン変換部２３０において、供給ガス中の塩化物イオンを、燃料電池１００の構成部材に対して比較的無害である過塩素酸イオンへと変換する。
【００２１】
図２は、イオン変換部２３０の構成を示す概略断面図である。なお、図２には重力方向が矢印Ｇによって図示されている。イオン変換部２３０は、配管部２３１と、電解合成部２３５とを備える。
【００２２】
配管部２３１は、酸化ガス供給配管２０１の途中に、取り外しが可能なように接続されている。配管部２３１の上流側の外表面には、熱交換フィン２３２が設けられている。また、配管部２３１は、その上流側が下流側より重力方向の上側となるように、酸化ガス供給配管２０１に接続されている。配管部２３１内には、電解合成部２３５が配置されている。より具体的には、電解合成部２３５は、配管部２３１の下流側に寄った位置に配置されている。この理由は後述する。
【００２３】
電解合成部２３５は、電解質膜１０と、２枚のメッシュ状の電極２０，３０と、２枚の板状の多孔質部材４０，５０と、シール部６０とを備える。なお、２つの電極２０，３０はそれぞれ、配管部２３１の外部に設けられた図示せざる電源部と導電線により接続されるが、便宜上、図示は省略されている。
【００２４】
図３は、より具体的に電解合成部２３５の構成を説明するための分解斜視図である。なお、電解合成部２３５に設けられるシール部６０の図示は、図３では、便宜上、省略されている。電解合成部２３５では、電解質膜１０を第１と第２の電極２０，３０が挟持し、さらに、その外側からガス透過性を有する第１と第２の多孔質部材４０，５０が挟持する。
【００２５】
陽極として機能する第１の電極２０は、ニオブメッシュの外表面にホウ素ドープダイヤモンドが塗布されたものによって構成できる。一方、陰極として機能する第２の電極３０は、チタンメッシュの外表面を白金によってメッキしたものによって構成できる。なお、第１と第２の電極２０，３０にはそれぞれ、外部電源と接続するためのターミナル２１，３１が設けられている。
【００２６】
第１の電極２０側に配置された第１の多孔質部材４０は、第２の電極３０側に配置された第２の多孔質部材５０より集水性が高い部材によって構成されている。例えば、第１の多孔質部材４０を、比較的親水性の高いセルロース繊維によって構成し、第２の多孔質部材５０を、比較的撥水性の高いＰＴＦＥによって構成するものとしても良い。以後、第１の多孔質部材４０を「集水性多孔質部材４０」と呼び、第２の多孔質部材５０を「撥水性多孔質部材５０」と呼ぶ。
【００２７】
ここで、集水性多孔質部材４０は、電解質膜１０や、第１と第２の電極２０，３０、撥水性多孔質部材５０よりも面積が大きいことが好ましい。この理由は、集水性多孔質部材４０の集水性をさらに向上させることができるためである。なお、電解合成部２３５が、配管部２３１に配置されるときには、集水性多孔質部材４０が重力方向下側となるように配置される（図２）。これにより、配管部２３１下側に溜まる水分を集水することが可能となるため、電解合成部２３５の陽極側の集水性を、さらに向上させることができる。このように、電解合成部２３５は、その陽極が陰極より集水性の高い材料で形成されている。
【００２８】
図４（Ａ）は、電解合成部２３５の構成を示す概略断面図である。図４（Ａ）は、電解合成部２３５の概略断面図であり、配管部２３１の図示が省略されている点以外は、図２とほぼ同じである。図４（Ｂ）は、電解合成部２３５を撥水性多孔質部材５０側から見たときの正面図である。電解合成部２３５には、電解質膜１０と、第１と第２の電極２０，３０と、撥水性多孔質部材５０との外周に、シール部６０が設けられている。シール部６０によって各構成部材が集水性多孔質部材４０上に固定的に保持される。なお、第１と第２の電極２０，３０のターミナル２１，３１は、シール部６０から突出しており、外部電源との接続を可能とする。
【００２９】
図５は、イオン変換部２３０の機能を説明するための模式図である。図５は、反応ガスの流れが矢印Ｆｇで示されている点と、配管部２３１内に結露により生じた水滴が模式的に図示されている点と、各電極２０，３０における反応を示す反応式や水分量の説明、プロトンの移動方向の図示が追加されている点以外は、ほぼ図２と同じである。
【００３０】
燃料電池システム１０００の運転が開始され、酸化ガス供給部２００が燃料電池１００への高圧空気の供給を開始すると、酸化ガス供給配管２０１からイオン変換部２３０の配管部２３１へと高圧空気が流入する。配管部２３１の上流側には、熱交換フィン２３２が設けられているため、配管部２３１内に流入した高圧空気の温度は低下して、高圧空気中の水分の結露が促進される。配管部２３１は、下流側が重力方向下側となるように斜めに配置されているため、結露により生じた液水Ｗは、下流側の電解合成部２３５の方向へと移動し、集水性多孔質部材４０によって集水される。
【００３１】
電解合成部２３５の第１と第２の電極２０，３０の間には外部電源によって、第１の電極２０側が陽極となるように電圧がかけられている。これによって、各電極２０，３０において下記反応式（１），（２）に示される電解合成が行われ、集水性多孔質部材４０中の水分にトラップされた塩化物イオンは、過塩素酸イオンへと変換される。
陽極側：Ｃｌ- ＋ ４Ｈ2０ → ＣｌＯ4- ＋ ８Ｈ+ ＋ ８ｅ-  …（１）
陰極側：２Ｈ+ ＋ ２ｅ- →Ｈ2  …（２）
なお、この電解合成において、電解質膜１０中を第１の電極２０側から第２の電極３０側へとプロトンが伝導する。
【００３２】
ところで、この電解合成部２３５は、第２の電極３０側（陰極側）より第１の電極２０側（陽極側）の集水性が向上されている。従って、電解合成部２３５においては、陽極側により多くの水分が存在する。この陽極側の水分によって反応ガス中の塩化物イオンがトラップされるため、陽極側の集水性を向上させることによって、電解合成部２３５は、より多くの塩化物イオンをトラップして、効率よく過塩素酸イオンへと変換することが可能となる。イオン変換部２３０において、塩化物イオンをトラップされた高圧空気は、さらに下流の酸化ガス供給配管２０１へと流入し、燃料電池１００のカソード１１０へと供給され、燃料電池反応に供される。
【００３３】
このように、この燃料電池システム１０００の構成によれば、イオン変換部２３０によって、ガス系統内に存在する塩化物イオンを燃料電池の構成部に対して比較的無害である過塩素酸イオンへと変換できる。従って、燃料電池１００内に塩化物イオンが供給されることを抑制でき、塩化物イオンによって燃料電池１００が劣化してしまうことを抑制することができる。
【００３４】
B．第２実施例：
図６は本発明の第２実施例としての燃料電池システムの構成を示すブロック図である。図６は、排ガス排出部４００Ａの構成が異なる点以外は、図１とほぼ同じである。この燃料電池システム１０００Ａは、アノード排ガス配管４５１の下流端が、燃料ガス供給部３００の燃料ガス供給配管３０１に接続されている。より具体的には、アノード排ガス配管４５１は、燃料ガス供給配管３０１の水素遮断弁３２０とレギュレータ３３０との間に接続されている。また、アノード排ガス配管４５１には、圧力調整弁４６０の上流側に、循環ポンプ４７０とアノード排ガス用イオン変換部４８０とが、上流側から順に設けられており、圧力調整弁４６０の下流側には、水素の逆流を抑制するための逆止弁４９０が設けられている。なお、アノード排ガス用イオン変換部４８０は、第１実施例で説明したイオン変換部２３０と同じ構成である。
【００３５】
この配管構成によって、この燃料電池システム１０００Ａでは、アノード１２０から排出された反応に供されることのなかった水素を含むアノード排ガスを再び供給側へと循環させる。ここで、アノード排ガスには、燃料電池１００の電解質膜を透過してカソード１１０からアノード１２０へと移動した塩化物イオンが含まれている可能性がある。そこで、この燃料電池システム１０００Ａでは、アノード排ガス用イオン変換部４８０によって、アノード排ガス中に含まれる塩化物イオンを過塩素酸イオンへと変換する。なお、供給される酸化ガス中に含まれる塩化物イオンは、第１実施例と同様にイオン変換部２３０によって過塩素酸イオンへと変換される。
【００３６】
このように、第２実施例の燃料電池システム１０００Ａによれば、アノード排ガス中に含まれる塩化物イオンをアノード排ガス用イオン変換部４８０によって低減した上で、アノード排ガスを供給側へと循環させる。従って、水素の利用効率を向上させるとともに、塩化物イオンによって燃料電池１００が劣化することを抑制できる。なお、この燃料電池システム１０００Ａでは、排ガス中の反応ガスを循環させて燃料電池１００に再び供給しているため、アノード排ガス配管４５１も反応ガスを燃料電池１００に供給する反応ガス供給部の一部であると解釈することができる。
【００３７】
C．第３実施例：
図７は、本発明の第３実施例としての燃料電池システムの構成を示すブロック図である。図７は、酸化ガス供給部２００にイオン変換部２３０に換えてイオン変換機能付き加湿部２５０が設けられている点と、排ガス排出部４００Ｂのカソード排ガス配管４０１がイオン変換部付き加湿部２５０内を通過している点以外は図１とほぼ同じである。
【００３８】
ところで、燃料電池１００の電解質膜は湿潤状態で良好なプロトン伝導性を示すため、反応ガスは加湿された状態で供給されることが好ましい。そこで、この第３実施例の燃料電池システム１０００Ｂでは、イオン変換機能付き加湿部２５０によって、酸化ガス中の塩化物イオンを過塩素酸イオンに変換するとともに、酸化ガスを加湿して燃料電池１００のカソード１１０側へと供給する。
【００３９】
図８は、イオン変換機能付き加湿部２５０の内部構成を示す概略図である。なお、図８では、酸化ガス供給配管２０１とカソード排ガス配管４０１とを区別するために、それぞれの配管に斜線ハッチングとクロスハッチングとを付してある。
【００４０】
酸化ガス供給配管２０１（斜線ハッチングで図示）は、イオン変換機能付き加湿部２５０の略直方体の筐体２５１（破線で図示）の側面ｓ1から内部へと延びており、何度か葛折りに（ジグザグに）折り返した後、同じ側面ｓ1から外部へと延びている。カソード排ガス配管４０１（クロスハッチングで図示）も同様に、側面ｓ1と直交する側面ｓ2から筐体２５１の内部へと延び、何度か葛折りに折り返した後、再び側面ｓ2から外部へと延びている。２つの配管２０１，４０１は、筐体２５１の内部において互いに複数回交差して接触し合う。
【００４１】
通常、カソード排ガスの温度は燃料電池１００に供給される酸化ガスより温度が高いため、２つの配管２０１，４０１の互いに接触し合う部位においては熱交換が行われる。即ち、筐体２５１の内部において、酸化ガスが加熱されるとともに、カソード排ガスは冷却される。２つの配管２０１，４０１が複数回の交差を繰り返すことにより、筐体２５１の内部では、カソード排ガス配管４０１の上流側に比較して、その下流側は低温となる。以後、イオン変換機能付き加湿部２５０において、カソード排ガス配管４０１の上流側の半分が配置される領域を「高温部」と呼び、下流側の半分が配置される領域を「低温部」と呼ぶ。
【００４２】
イオン変換機能付き加湿部２５０の低温部における２つの配管２０１，４０１の交差部位には、２つの電解合成部２５５が設けられている。電解合成部２５５は、酸化ガス供給配管２０１とカソード排ガス配管４０１とに接続されており、その内部に酸化ガス及びカソード排ガスが流入する。これによって、電解合成部２５５は、カソード排ガス中の水分を利用して酸化ガスの加湿を行うとともに、酸化ガス中の塩化物イオンを過塩素酸イオンへと変換する。電解合成部２５５の具体的な構成は以下の通りである。
【００４３】
図９（Ａ），（Ｂ）は、電解合成部２５５の構成を示す概略図である。電解合成部２５５は、上下２層に別れた筐体２５６を有している。図９（Ａ）は、その筐体２５６の上層部内を透過して図示した概略図である。図９（Ｂ）は、図９（Ａ）に示したＢ−Ｂ切断における電解合成部２５５の断面を示す概略断面図である。
【００４４】
筐体２５６の上層２５６ａには、酸化ガス供給配管２０１が接続されており、酸化ガスが導通する。一方、筐体２５６の下層２５６ｂには、カソード排ガス配管４０１が接続されており、カソード排ガスが導通する。上層２５６ａと下層２５６ｂとの間の境界には、電解質膜１０が配置されている。
【００４５】
電解質膜１０の上層２５６ａ側の面と下層２５６ｂ側の面のそれぞれには、第１実施例で説明したのと同様なメッシュ状の第１と第２の電極２０，３０が互いに対向する位置に配置されている。なお、図９（Ａ）では、第１と第２の電極２０，３０のメッシュ部位が破線で図示してある。第１と第２の電極２０，３０は、電解質膜１０よりサイズが小さく、電解質膜１０は、２つの電極２０，３０に挟持されていない領域ＥＡを有している。以後、この領域を「膜露出領域ＥＡ」と呼ぶ。
【００４６】
第１の電極２０及び膜露出領域ＥＡの上には、第１実施例と同様な集水性多孔質部材４０が配置されている。集水性多孔質部材４０は、上層２５６ａの上面壁２５７に達する程度の厚みを有している。一方、第２の電極３０の下層２５６ｂ側の面には、第１実施例と同様な撥水性多孔質部材５０が配置されている。
【００４７】
電解質膜１０の外周縁にはシール部６０が設けられている。シール部６０は、酸化ガス及びカソード排ガスの漏洩を抑制するとともに、上層２５６ａと下層２５６ｂと電解質膜１０とを固定的に保持する。なお、第１と第２の電極２０，３０のターミナル２１，３１は、その一部が、シール部６０から突出しており、これによって第１と第２の電極２０，３０は図示せざる外部電源と接続される。
【００４８】
ここで、電解質膜１０の膜露出領域ＥＡは、撥水性多孔質部材５０にも被覆されておらず、下層２５６ｂに流入するカソード排ガスに曝される構成となっている。これによって、下層２５６ｂに流入したカソード排ガス中の水分の一部は、膜露出領域ＥＡにおいて電解質膜１０を透過して集水性多孔質部材４０の内部へと移動することができる。配管２０１から上層２５６ａに流入した酸化ガスは、集水性多孔質部材４０内を通過する際に、排ガス中から集水性多孔質部材４０内へと移動した水分によって加湿される。なお、電解合成部２５５は、イオン変換機能付き加湿部２５０の低温部に設けられている（図８）。従って、カソード排ガスは、より結露を生じやすい状態で電解合成部２５５の下層２５６ｂに到達する。即ち、２つの配管２０１，４０１同士が交差する部位が、反応ガス中の水分の液化を促進するための液化促進部として機能しているものと解釈できる。
【００４９】
また、電解合成部２５５は、集水性多孔質部材４０中の水分を利用して電解合成を行い、第１の電極２０側において、反応ガス中の塩化物イオンを過塩素酸イオンへと変換する。これによって、酸化ガス中の塩化物イオンを低減したうえで、酸化ガスを燃料電池１００へと供給することができる。
【００５０】
このように、この燃料電池システム１０００Ｂの構成によれば、イオン変換機能付き加湿部２５０によって、燃料電池１００に供給される酸化ガスを加湿できるとともに、酸化ガス中の塩化物イオンを低減できる。従って、燃料電池の発電効率を向上させることができるとともに、塩化物イオンによる燃料電池の劣化を抑制できる。
【００５１】
D．第４実施例：
図１０は、本発明の第４実施例としての燃料電池システムの構成を示すブロック図である。図１０は、酸化ガス供給部２００Ｃのイオン変換部２３０の下流側に過酸化水素分解部２７０が設けられている点以外は、図１とほぼ同じである。
【００５２】
この燃料電池システム１０００Ｃでは、第１実施例の燃料電池システム１０００と同様に、イオン変換部２３０における電解合成によって塩化物イオンを過塩素酸イオンへと変換する（図５）。しかし、その電解合成においては、陰極側の副反応として、下記の反応式（３）によって、過酸化水素が生じてしまう場合がある。
陰極側：Ｏ2 ＋ ２Ｈ+ ＋ ２ｅ- → Ｈ2Ｏ2 …(３)
【００５３】
過酸化水素が酸化ガスとともに燃料電池１００へと供給されてしまうと、燃料電池１００の電解質膜が劣化してしまう可能性がある。そこで、この燃料電池システム１０００Ｃでは、イオン変換部２３０の下流側に過酸化水素を分解するための過酸化水素分解部２７０を設けることにより、酸化ガス中の過酸化水素を低減する。
【００５４】
図１１は、イオン変換部２３０及び過酸化水素分解部２７０の構成を示す概略断面図である。図１１は、イオン変換部２３０の下流側に過酸化水素分解部２７０が接続されている点以外は、図２とほぼ同じである。過酸化水素分解部２７０は、配管部２７１と、配管部２７１内に配置されたフィルタ部２７３とを備える。フィルタ部２７３は、ガス透過性を有する多孔質部材であり、フィルタ孔の外表面には過酸化水素分解剤が塗布されている。なお、過酸化水素分解剤としては、白金や、酸化セリウム（ＣｅＯ2）、酸化マンガン（Ｍｎ０2）などを用いることができる。
【００５５】
この構成によって、電解合成部２３５において過酸化水素が発生し、酸化ガス中に混入した場合であっても、過酸化水素分解部２７０のフィルタ部２７３において、過酸化水素が水及び酸素へと分解できる（反応式（４））。
２Ｈ2Ｏ2 → ２Ｈ2Ｏ ＋ Ｏ2 …（４）
従って、過酸化水素によって燃料電池１００の電解質膜が劣化してしまうことを抑制できる。
【００５６】
E．第５実施例：
図１２は、本発明の第５実施例としての燃料電池システム１０００の構成を示すブロック図である。図１２は、酸化ガス供給部２００Ｄのイオン変換部２３０及び過酸化水素分解部２７０に換えて、過酸化水素分解機能付きイオン変換部２８０が設けられている点以外は、図１０とほぼ同じである。
【００５７】
図１３は、過酸化水素分解機能付きイオン変換部２８０の構成を示す概略断面図である。図１３は、電解合成部２３５の撥水性多孔質部材５０の外表面に過酸化水素分解層２８５が設けられている点以外は図２とほぼ同じである。この過酸化水素分解層２８５は、ガス透過性の多孔質部材にＰＴＦＥをバインダとして酸化マンガンを塗布して形成されたフィルタ層である。過酸化水素分解層２８５は、撥水性多孔質部材５０の外表面を被覆している。これによって、電解合成部２３５に過酸化水素分解部としての機能を追加することができる。
【００５８】
この燃料電池システム１０００Ｄによれば、燃料電池１００の電解質膜が過酸化水素によって劣化してしまう可能性を低減できる。また、電解合成部２３５と過酸化水素分解層２８５が一体化されているため、電解合成部２３５で生じた過酸化水素を、そのまま過酸化水素分解層２８５によって分解できるため、電解合成部２３５の電解質膜１０が劣化してしまうことを抑制できる。
【００５９】
F．変形例：
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
【００６０】
F1．変形例１：
上記実施例において、電解合成部２３５は、第１と第２の電極２０，３０に挟持された電解質膜１０を備えていた。しかし、電解合成部２３５は、電解質膜１０を備えていなくとも良い。例えば、イオン変換部２３０は、電極が水中に配置された貯水槽を備えているものとしても良い。この構成において、反応ガスを貯水槽の液水中に通過させ、水中に溶けた塩化物イオンを電解合成によって過塩素酸イオンへと変換するものとしても良い。
【００６１】
F2．変形例２：
上記実施例において、撥水性多孔質部材５０及び集水性多孔質部材４０は省略されても良い。また、上記実施例において、配管部２３１は、下流側が重力方向下側となるように配置されていたが、配管部２３１は重力方向に対して水平に配置されるものとしても良い。即ち、イオン変換部２３０において、陽極側の集水性が陰極側より高くなっていなくとも良い。ただし、陽極側の集水性を陰極側より向上させた方が、より多くの塩化物イオンを陽極側にトラップすることが可能であるため、効率よく反応ガス中の塩化物イオンを低減することができるため好ましい。
【００６２】
F3．変形例３：
上記実施例において、イオン変換部２３０やイオン変換機能付き加湿部２５０には、反応ガス中の水分の結露を促進させるための液化促進部として、熱交換フィン２３２などの熱交換を行う温度調整部が設けられていた。しかし、液化促進部は省略されるものとしても良い。あるいは、液化促進部としては、他の液化促進部が設けられるものとしても良く、例えば、液化促進部として、配管部２３１にウォータージャケットを装着した冷却部が設けられるものとしても良い。さらに、液化促進部は、温度調整部に限らず、他の構成によって実現されるものとしても良い。例えば、配管部２３１の内壁面に水蒸気の付着を促す凹凸部を設けて、結露を促進するものとしても良い。
【００６３】
F4．変形例４：
上記実施例において、酸化ガス供給部２００および燃料ガス供給部３００には、さらに、反応ガス中の不純物を除去するためのフィルタ装置などが設けられるものとしても良い。また、反応ガスを加湿するための加湿部がイオン変換部２３０の上流側に設けられるものとしても良い。これによって、イオン変換部２３０内で発生する水分量を増大させることができ、より多くの塩化物イオンを集水性多孔質部材４０においてトラップすることが可能となるため好ましい。
【００６４】
F5．変形例５：
上記第３実施例において、電解合成部２５５は、カソード排ガスが流入する下層２５６ｂを重力方向下側として構成されていた。しかし、電解合成部２５５は、上層２５６ａを重力方向下側とし、下層２５６ｂを重力方向上側として構成しても良い。このような構成とすれば、下層２５６ｂの内壁面に結露した液水が重力方向下側の上層２５６ａに向かって移動させることができ、集水性多孔質部材４０の集水性をさらに向上でき、酸化ガスの加湿性能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】第１実施例の燃料電池システムの構成を示すブロック図。
【図２】第１実施例のイオン変換部の構成を示す概略断面図。
【図３】電解合成部の構成を示す分解斜視図。
【図４】電解合成部の構成を示す概略図。
【図５】イオン変換部の機能を説明するための説明図。
【図６】第２実施例の燃料電池システムの構成を示すブロック図。
【図７】第３実施例の燃料電池システムの構成を示すブロック図。
【図８】イオン変換機能付き加湿部の構成を示す概略図。
【図９】イオン変換機能付き加湿部の電解合成部の構成を示す概略図。
【図１０】第４実施例の燃料電池システムの構成を示すブロック図。
【図１１】イオン変換部及び過酸化水素分解部の構成を示す概略図。
【図１２】第５実施例の燃料電池システムの構成を示すブロック図。
【図１３】過酸化水素分解機能付きイオン変換部の構成を示す概略図。
【符号の説明】
【００６６】
１０…電解質膜
２０，３０…電極
２１，３１…ターミナル
４０…集水性多孔質部材
５０…撥水性多孔質部材
６０…シール部
１１０…カソード
１２０…アノード
２００，２００Ｃ，２００Ｄ…酸化ガス供給部
２０１…酸化ガス供給配管
２１０…エアコンプレッサ
２２０…圧力調整弁
２３０…イオン変換部
２３１…配管部
２３２…熱交換フィン
２３５…電解合成部
２５０…イオン変換機能付き加湿部
２５１…筐体
２５５…電解合成部
２５６…筐体
２５６ａ…上層
２５６ｂ…下層
２５７…上面壁
２７０…過酸化水素分解部
２７１…配管部
２７３…フィルタ部
２８０…イオン変換部
２８５…過酸化水素分解層
３００…燃料ガス供給部
３０１…燃料ガス供給配管
３１０…水素タンク
３２０…水素遮断弁
３３０…レギュレータ
４００，４００Ａ，４００Ｂ…排ガス排出部
４０１，４５１…排ガス配管
４１０，４６０…圧力調整弁
４７０…循環ポンプ
４８０…アノード排ガス用イオン変換部
４９０…逆止弁
１０００，１０００Ａ，１０００Ｂ，１０００Ｃ，１０００Ｄ…燃料電池システム
ＥＡ…膜露出領域
Ｗ…液水
ｓ１…側面
ｓ２…側面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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