(57)【要約】      （修正有）【課題】膜／電極接合体を備える燃料電池と、燃料電池のアノードに液体燃料であるヒドラジンを供給する燃料供給手段と、燃料電池のカソードにエアを供給するエア供給手段と、燃料電池からの排ガスを処理する排ガス処理装置とを含む燃料電池システムに適用され、排ガス処理装置から排出される気体を大気に放出するための排気管の途中に設けられるマフラーにおいて、燃料電池システムの外部に放出されるアンモニアを含む凝縮水の量を削減するための構成を提供する。【解決手段】排気管１０８の内径よりも大きな内径を有するマフラー本体１５１と、このマフラー本体の長手方向中間部の内部に配したアンモニア吸着シート１５２と、このアンモニア吸着シートの上流側に配され内部に通気路１５６を有する吸水部１５３とを備え、吸水部の上流側端とマフラー本体の上流側端との間に空間１５７を設けたマフラー１０９を採用する。【選択図】図２
2014107083.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
膜／電極接合体を備える燃料電池と、前記燃料電池のアノードに液体燃料であるヒドラジンを供給する燃料供給手段と、前記燃料電池のカソードにエアを供給するエア供給手段とを含む燃料電池システムに適用され、前記燃料電池からの排ガスを処理する排ガス処理装置であって、
前記燃料電池から排出される気体を大気に放出するための排気管と、この排気管の途中に設けられるマフラーとを備え、前記マフラーが、前記排気管の内径よりも大きな内径を有するマフラー本体と、このマフラー本体の内部に配したアンモニア除去部と、このアンモニア除去部の上流側に配した吸水部とを備え、前記マフラー本体の内部に、前記アンモニア除去部、前記吸水部及びこのマフラー本体の入口開口部により包囲される空間が設けられていることを特徴とする燃料電池システムの排ガス処理装置。
【請求項２】
前記アンモニア除去部と前記マフラー本体との間に第２の吸水部を備えている請求項１記載の燃料電池システムの排ガス処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体燃料であるヒドラジンを燃料電池に供給する燃料電池システムに備えられる排ガス処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池システムとして、液体燃料であるヒドラジンを燃料電池に供給するものが知られている（例えば、特許文献１を参照）。
【０００３】
このような燃料電池は、たとえば、固体高分子膜の両側にアノード（燃料極）およびカソード（酸素極）を貼り合わせて一体化した膜／電極接合体を備えている。アノードには、燃料循環路が接続されている。すなわち、燃料循環路の一端がアノードの燃料供給口に接続され、その他端がアノードの燃料排出口に接続されている。アノードには、燃料循環路からヒドラジンが供給され、アノードを通過したヒドラジンは、燃料循環路に排出される。一方、カソードには、空気が供給される。
【０００４】
アノードでは、窒素ガス（Ｎ2）、水（Ｈ2Ｏ）および電子（ｅ-）が生成される。電子は、外部回路（図示せず）を介して、カソードに移動する。窒素ガスおよび水は、未反応のヒドラジンとともに、燃料循環路に排出される。一方、カソードでは、アニオン（ＯＨ-）が生成される。アニオンは、固体高分子膜を透過して、アノードに移動する。その結果、アノードとカソードとの間に、発電反応（電気化学反応）による起電力が発生する
。
【０００５】
また、アノードでは、ヒドラジンの自然分解が起こり、分解物として、アンモニア（ＮＨ3）が生成する。そのため、アノードから排出される排出物には、ヒドラジン、窒素ガスおよび水の他に、アンモニアが含まれる。また、燃料電池内では、水および液体燃料が膜／電極接合体のアノードから固体高分子膜を透過してカソードに移動する、いわゆるクロスリークが発生する。そのため、カソードから排出される排出物にも、クロスリークしたヒドラジンの自然分解によって生成されるアンモニアが含まれる。
【０００６】
そのため、その排出物を液体であるヒドラジンおよび水と気体である窒素ガスおよびアンモニアとに分離した後、窒素ガスおよびアンモニアを含む排ガスからアンモニアを除去する処理が必要となる。
【０００７】
ここで、排気ガスからアンモニアを除去するための手段として、硫酸等に代表される中和剤を利用して排気ガス中のアンモニアを除去することが考えられるが、アンモニアが処理しきれず残存することがある。このような不具合を解決するための手段として、中和剤を利用してアンモニアを除去する処置を施した後の気体を大気に放出するための排気管の途中にマフラーを配し、このマフラーの内部にアンモニア除去シート等により形成したアンモニア除去部を配設するとともに、このアンモニア除去部の下方に吸水部を配設することが考えられている。
【０００８】
しかし、前記マフラーの内径は排気管の内径よりも大きく、排気管内を流通する気体がこのマフラーに達した際に気体が断熱膨張し、気体内に含まれる水分が凝縮する。また、気体が断熱膨張する際にアンモニアが液化し、液化したアンモニアがそのままアンモニア除去部に達することがある。また、マフラーの表面からの放熱により排気管内を流通する気体が冷却され、その際にも気体内に含まれる水分が凝縮する。そして、凝縮水分にアンモニアが溶解し、あるいは凝縮水分と液化したアンモニアとが混合し、アンモニアと水分とが混合したアンモニア水が外部に放出されるという不具合がなお発生しうる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０１１−２１６３４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は以上の点に着目し、燃料電池システムの外部に放出されるアンモニア水の量を削減することができる、燃料電池システムの排ガス処理装置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】
【００１１】
以上の課題を解決すべく、本発明に係る燃料電池システムの排ガス処理装置は、以下に述べるような構成を有する。すなわち本発明に係る燃料電池システムの排ガス処理装置は、膜／電極接合体を備える燃料電池と、前記燃料電池のアノードに液体燃料であるヒドラジンを供給する燃料供給手段と、前記燃料電池のカソードにエアを供給するエア供給手段とを含む燃料電池システムに適用され、前記燃料電池からの排ガスを処理するものであって、前記燃料電池から排出される気体を大気に放出するための排気管と、この排気管の途中に設けられるマフラーとを備え、前記マフラーが、前記排気管の内径よりも大きな内径を有するマフラー本体と、このマフラー本体の内部に配したアンモニア除去部と、このアンモニア除去部の上流側に配した吸水部とを備え、前記マフラー本体の内部に、前記アンモニア除去部、前記吸水部及びこのマフラー本体の入口開口部により包囲される空間が設けられている。
【００１２】
このようなものであれば、凝縮水分を含む気体がアンモニア除去部に達する前に吸水部を通過するので、この吸水部により水分が除去された後気体がアンモニア除去部を通過することとなる。そのため、アンモニアが凝縮水分に溶解してアンモニア水としてアンモニア除去部を通過することが抑制される。さらに、前記吸水部が前記空間の外側に位置し、気体は前記空間を経て前記アンモニア除去部を通過するので、前記吸水部を保温材として機能させ、新たに発生する凝縮水分の量を抑制し、この点からアンモニア除去部を通過し外部に排出されるアンモニア水の量を削減できる。
【００１３】
ここで、「吸水部をアンモニア除去部の上流側に配する」とは、吸水部の少なくとも一部をアンモニア吸着剤の上流側端縁よりも上流側に配すること全般を示す概念である。
【００１４】
また、アンモニア水の外部への排出をさらに効果的に削減するための構成として、前記アンモニア除去部と前記マフラー本体との間に第２の吸水部を備えているものが挙げられる。このようなものであれば、アンモニア除去部内を通過する気体に含まれる凝結水分を前記第２の吸水部により除去できるからである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、燃料電池システムの外部に放出されるアンモニア水の量を削減可能な燃料電池システムの排ガス処理装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態に係る排ガス処理装置が備えられた燃料電池システムの概略構成図。
【図２】同実施形態に係る排ガス処理装置のマフラーを示す縦断面図。
【図３】本発明の他の実施形態に係る排ガス処理装置のマフラーを示す縦断面図。
【図４】本発明の他の実施形態に係る排ガス処理装置のマフラーを示す縦断面図。
【図５】本発明の他の実施形態に係る排ガス処理装置のマフラーを示す縦断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の一実施形態を、図１及び図２を参照しつつ以下に示す。
【００１８】
＜システム構成＞
図１は、本発明の一実施形態に係る排ガス処理装置が備えられた燃料電池システムの構成図である。
【００１９】
燃料電池システム１は、液体燃料を用いる燃料電池システム（ＦＣシステム）であり、たとえば、自動車に駆動源として搭載される。
【００２０】
燃料電池システム１は、燃料電池１１を備えている。
【００２１】
燃料電池１１は、所定数（たとえば、１００〜２００）のセルが一方向に積層された、いわゆるセルスタックを有している。各セルは、膜／電極接合体（ＭＥＡ：ＭｅｍｂｒａｎｅＥｌｅｃｔｒｏｄｅＡｓｓｅｍｂｌｙ）、膜／電極接合体の両側に配置されたセパレータ、および膜／電極接合体と各セパレータとの間に介在されたガス拡散層（ＧＤＬ：ＧａｓＤｉｆｆｕｓｉｏｎＬａｙｅｒ）を備えている。
【００２２】
膜／電極接合体は、固体高分子膜の両側にアノード（燃料極）およびカソード（酸素極）を貼り合わせて一体化したものである。固体高分子膜は、たとえば、アニオン（ＯＨ-）を透過させる性質を有する。
【００２３】
セパレータの両面には、たとえば、葛折り状に屈曲した凹溝（図示せず）が形成されている。膜／電極接合体のアノードに対向する凹溝は、燃料流路として形成されている。燃料流路の一端および他端は、それぞれ燃料入口１２および燃料出口１３に接続されている。膜／電極接合体のカソードに対向する凹溝は、エア流路として形成されている。エア流路の一端および他端は、それぞれエア入口１４およびエア出口１５に接続されている。また、各セル間では、一方のセルのセパレータに形成された凹溝と他方のセルのセパレータに形成された凹溝とが重なり合い、それらの凹溝が冷却水流路を形成している。冷却水流路の一端および他端は、それぞれ冷却水入口１６および冷却水出口１７に接続されている。
【００２４】
燃料電池システム１は、燃料供給手段たる燃料循環システム２０を備えている。
【００２５】
燃料循環システム２０には、第１燃料タンク２１、第２燃料タンク２２、燃料サブタンク２３および気液分離器２４が含まれる。
【００２６】
第１燃料タンク２１には、液体燃料として、たとえば、常温のヒドラジン（Ｎ２Ｈ４）が貯留されている。第１燃料タンク２１には、第１燃料補給管２５の一端が接続されている。第１燃料補給管２５の他端は、燃料サブタンク２３に接続されている。第１燃料補給管２５の途中部には、第１燃料供給ポンプ２６が介装されている。
【００２７】
第２燃料タンク２２には、電解液として、たとえば、常温の水酸化カリウム水溶液（ＫＯＨ）が貯留されている。第２燃料タンク２２には、第２燃料補給管２７の一端がｉ接続されている。第２燃料補給管２７の他端は、燃料サブタンク２３に接続されている。第２燃料補給管２７の途中部には、第２燃料供給ポンプ２８が介装されている。
【００２８】
燃料サブタンク２３には、電解液に混合された液体燃料、たとえば、水酸化カリウム水溶液に混合されたヒドラジンが貯留されている。燃料サブタンク２３には、燃料供給管２９の一端が接続されている。燃料供給管２９の他端は、燃料電池１１の燃料入口１２に接続されている。燃料供給管２９の途中部には、燃料循環ポンプ３０が介装されている。
【００２９】
燃料電池１１の燃料出口１３には、燃料排出管３１の一端が接続されている。燃料排出管３１の他端は、気液分離器２４に接続されている。
【００３０】
気液分離器２４の底部には、燃料帰還管３２の一端が接続されている。燃料帰還管３２の他端は、燃料サブタンク２３に接続されている。燃料帰還管３２の途中部には、ストレーナ３３が介装されている。また、気液分離器２４の上部には、パージ管３４の一端が接続されている。
【００３１】
燃料電池システム１は、エア供給手段たる給排気システム４０を備えている。
【００３２】
給排気システム４０には、エアコンプレッサ４１および気液分離器４２が含まれる。
【００３３】
エアコンプレッサ４１の吸込口には、吸気管４３の一端が接続されている。吸気管４３の他端は、エアクリーナ４４に接続されている。吸気管４３には、吸気管４３を流通するエアの流量を検出するエア流量計４５が設けられている。
【００３４】
エアコンプレッサ４１の吐出口には、エア供給管４６の一端が接続されている。エア供給管４６の他端は、燃料電池１１のエア入口１４に接続されている。エア供給管４６の途中部には、インタークーラ４７が介装されている。
【００３５】
燃料電池１１のエア出口１５には、エア排出管４８の一端が接続されている。エア排出管４８の他端は、気液分離器４２に接続されている。
【００３６】
気液分離器４２の底部には、回収管４９の一端が接続されている。回収管４９の他端は、気液分離器２４に接続されている。回収管４９の途中部には、環流電磁弁５０およびフィルタ５１が気液分離器４２側からこの順に介装されている。気液分離器４２の上部には、パージ管５２の一端が接続されている。パージ管５２の途中部には、エア背圧調整弁５３が介装されている。
【００３７】
また、給排気システム４０には、排ガス処理装置１００が含まれる。
【００３８】
排ガス処理装置１００は、中和剤タンク１０１、中和剤供給管１０２、スクラバ１０３、気液分離器１０４、排気管１０８及びマフラー１０９を備えている。
【００３９】
中和剤タンク１０１には、中和剤として、たとえば、硫酸（Ｈ2ＳＯ4）が貯留されている。
【００４０】
中和剤供給管１０２の一端は、中和剤タンク１０１に接続されている。中和剤供給管１０２の途中部には、中和剤ポンプ１０５が介装されている。
【００４１】
スクラバ１０３の入口には、気液分離器４２から延びるパージ管５２の他端が接続されている。スクラバ１０３における入口の近傍には、中和剤供給管１０２の他端が接続されている。スクラバ１０３の出口には、接続管１０６の一端が接続されている。接続管１０６の他端は、気液分離器１０４の側壁に接続されている。
【００４２】
気液分離器１０４の側壁にはさらに、気液分離器２４から延びるパージ管３４の他端が接続されている。気液分離器１０４の底部には、中和剤帰還管１０７の一端が接続されている。中和剤帰還管１０７の他端は、中和剤タンク１０１に接続されている。また、気液分離器１０４の上部には、排気管１０８の一端が接続されている。
【００４３】
排気管１０８の途中部には、マフラー１０９が介装されている。排気管１０８には、排気管１０８からの排気中のアンモニア濃度を検出するＮＨ３センサ１１０が設けられている。
【００４４】
図２は、排気管１０８の途中部に介装したマフラー１０９の縦断面図である。
【００４５】
このマフラー１０９は、排気管１０８の内径よりも大きな内径を有するマフラー本体１５１と、このマフラー本体１５１の長手方向中間部の内部に配したアンモニア除去部であるアンモニア吸着シート１５２と、このアンモニア吸着シート１５２の上流側に配された本発明の吸水部である第１の吸水部１５３と、この第１の吸水部１５３の下流側に隣接して設けられ前記アンモニア吸着材１５２と前記マフラー本体１５１との間に隙間なく配された第２の吸水部１５４と、この第２の吸水部１５４の下流側に隣接して配された第３の吸水部１５５とを備えている。前記第１の吸水部１５３は、その内部に前記排気管１０８の内径とほぼ同じ内径を有する通気路１５６を備えている。また、前記第１の吸水部１５３と前記アンモニア吸着シート１５２との間に、第１の吸水部１５３、第２の吸水部１５４、アンモニア吸着シート１５２、並びにマフラー本体１５１の入口開口部により包囲された空間１５７を設けている。前記第３の吸水部１５５は、その内部に前記排気管１０８の内径とほぼ同じ内径を有する通気路１５８を備えており、この通気路１５８がマフラー本体１５１の出口開口部に連通している。
【００４６】
燃料電池システム１は、冷却システム１２０を備えている。
【００４７】
冷却システム１２０は、燃料電池１１の冷却水入口１６から冷却水流路に冷却水を供給する。冷却水は、冷却水流路を流通した後、冷却水出口１７から排出されて、冷却システム１２０に戻される。冷却水が冷却水流路を流通することにより、燃料電池１１が冷却される。
【００４８】
＜発電動作＞
燃料電池１１による発電のために、燃料循環ポンプ３０が駆動される。燃料循環ポンプ３０が駆動されると、燃料サブタンク２３に貯留されている液体燃料を含む液体が燃料供給管２９に吸い出される。そして、燃料供給管２９を液体が流通し、その液体が燃料電池１１の燃料入口１２から燃料電池１１の燃料流路に供給される。
【００４９】
また、燃料電池１１による発電のために、エアコンプレッサ４１が駆動される。エアコンプレッサ４１が駆動されると、エア（大気）がエアクリーナ４４を通して吸気管４３に取り込まれる。吸気管４３に取り込まれたエアは、エアコンプレッサ４１で圧縮されて、エアコンプレッサ４１からエア供給管４６に送り出される。エアコンプレッサ４１での圧縮に伴って温度が上昇したエアは、エア供給管４６を流通する途中で、インタークーラ４７によって冷却される。そして、冷却後のエアは、燃料電池１１のエア入口１４を通して、燃料電池１１のエア流路に供給される。
【００５０】
燃料電池１１の燃料流路を液体燃料を含む液体が流通し、エア流路をエアが流通すると、燃料電池１１において、発電反応（電気化学反応）が生じ、その電気化学反応による起電力が発生する。
【００５１】
具体的には、アノードにおいて、反応式（１）で示される反応が生じ、窒素ガス（Ｎ2）、水（Ｈ2Ｏ）および電子（ｅ-）が生成される。電子は、外部回路（図示せず）を介して、カソードに移動する。窒素ガスおよび水は、未反応の液体燃料とともに、燃料流路から燃料出口１３を通して燃料排出管３１に流出する。一方、カソードでは、反応式（２）で示される反応が生じ、アニオン（ＯＨ-）が生成される。アニオンは、固体高分子膜を透過して、アノードに移動する。
【００５２】
ＮＨ2ＮＨ2＋４ＯＨ-→Ｎ2＋４Ｈ2Ｏ＋４ｅ-…（１）
Ｏ2＋２Ｈ2Ｏ＋４ｅ-→４ＯＨ-…（２）
この結果、アノードとカソードとの間に、発電反応（電気化学反応）による起電力が発生する。
【００５３】
燃料電池１１の燃料流路を流通した液体は、燃料出口１３から燃料排出管３１に排出される。燃料電池１１のアノードでは、液体燃料であるヒドラジンの自然分解が起こり、分解物として、アンモニア（ＮＨ3）が生成する。そのため、燃料排出管３１に排出される液体には、ヒドラジン、窒素ガスおよび水の他に、アンモニアが含まれる。燃料排出管３１に排出される液体は、燃料排出管３１を通して、気液分離器２４に流入する。気液分離器２４では、燃料排出管３１から流入する液体からその液体に含まれる気体（窒素ガスおよびアンモニア）が分離される。
【００５４】
脱気された液体は、気液分離器２４内の下部（底部）に集まり、気液分離器２４から燃料帰還管３２に流出する。燃料帰還管３２に流出した液体は、燃料帰還管３２を流通し、その途中でストレーナ３３を通過する。液体がストレーナ３３を通過することにより、液体から異物（固形物）が除去される。その後、燃料帰還管３２を流通する液体は、燃料帰還管３２から燃料サブタンク２３に戻る。
【００５５】
こうして、液体燃料を含む液体は、燃料サブタンク２３、燃料供給管２９、燃料電池１１の燃料流路、燃料排出管３１、気液分離器２４および燃料帰還管３２を含む燃料循環路を循環する。
【００５６】
気液分離器２４内で液体から分離された気体は、気液分離器２４からパージ管３４に流出し、パージ管３４を排ガス処理装置１００に向けて流通する。そして、パージ管３４を流通する気体は、排ガス処理装置１００を経由して、大気に放出される。
【００５７】
燃料電池１１のエア流路を流通したエアは、エア出口１５からエア排出管４８に排出される。
【００５８】
燃料電池１１内では、水および液体燃料が膜／電極接合体のアノードから固体高分子膜を透過してカソードに移動する、いわゆるクロスリークが発生する。そのため、エア排出管４８に流出するエアには、そのクロスリークした液体燃料（ヒドラジン）、その液体燃料の自然分解によって生成されるアンモニアおよび水の蒸気が含まれる。
【００５９】
エア排出管４８に流出した気体は、エア排出管４８を流通して、気液分離器４２に流入する。気液分離器４２では、エア排出管４８から流入する気体とそのエアに含まれる液体燃料などの液体とが分離される。
【００６０】
液体が除去された気体は、気液分離器４２からパージ管５２に流出し、パージ管５２を排ガス処理装置１００に向けて流通する。そして、パージ管５２を流通する気体は、排ガス処理装置１００を経由して、大気に放出される。
【００６１】
一方、気体から分離した液体は、気液分離器４２内の下部（底部）に集まる。環流電磁弁５０が閉じられている間、その液体は、気液分離器４２内の下部に溜められる。気液分離器４２内に溜められた液体は、エア背圧調整弁５３の開度が小さくされて、気液分離器４２内の圧力が通常よりも高められた状態で、環流電磁弁５０が開かれることにより、回収管４９を通して、気液分離器２４に送られる（回収される）。液体が回収管４９を流通する途中でフィルタ５１を通過することにより、液体から異物が除去される。気液分離器２４に流入した液体は、気液分離器２４内の下部（底部）に集まり、気液分離器２４から燃料帰還管３２に流出し、燃料帰還管３２を流通して、燃料帰還管３２から燃料サブタンク２３に戻る。
【００６２】
＜燃料補給動作＞
燃料電池システム１の稼働中に、燃料サブタンク２３に液体燃料を補給する必要が生じると、第１燃料供給ポンプ２６および／または第２燃料供給ポンプ２８が駆動される。
【００６３】
第１燃料供給ポンプ２６が駆動されると、第１燃料タンク２１から第１燃料補給管２５に液体燃料（ヒドラジン）が汲み出される。そして、その液体燃料が第１燃料補給管２５を通して燃料サブタンク２３に供給される。
【００６４】
第２燃料供給ポンプ２８が駆動されると、第２燃料タンク２２から第２燃料補給管２７に電解液（水酸化カリウム水溶液）が汲み出される。そして、その電解液が第２燃料補給管２７を通して燃料サブタンク２３に供給される。
【００６５】
＜排ガス処理＞
燃料電池１１の発電中、排ガス処理装置１００では、気液分離器２４からパージ管３４に排出される気体および気液分離器４２からパージ管５２に排出される気体（排ガス）からアンモニア（ＮＨ3）を除去するための排ガス処理が行われる。
【００６６】
排ガス処理のために、中和剤ポンプ１０５が駆動される。中和剤ポンプ１０５が駆動されると、中和剤タンク１０１から中和剤供給管１０２に中和剤である硫酸を含む液体が汲み出される。この中和剤を含む液体は、中和剤供給管１０２をスクラバ１０３に向けて流通する。そして、中和剤を含む液体は、スクラバ１０３内に噴射される。
【００６７】
その一方で、エアコンプレッサ４１が駆動されると、吸気管４３、エア供給管４６、燃料電池１１のエア流路、エア排出管４８、気液分離器４２およびパージ管５２をエアが流通する。エア排出管４８、気液分離器４２およびパージ管５２を流通するエア（気体）には、燃料電池１１内でカソードにクロスリークした液体燃料（ヒドラジン）の自然分解によって生成されるアンモニアが含まれる。
【００６８】
アンモニアを含む気体は、パージ管５２からスクラバ１０３内に流入する。中和剤供給管１０２を流通しスクラバ１０３内に噴射される中和剤を含む液体は、スクラバ１０３内でパージ管５２から送り込まれる気体に混ざり、気体に含まれるアンモニアと中和剤である硫酸とが中和して、硫酸アンモニウム（（ＮＨ4）2ＳＯ4）が生成される。
【００６９】
中和剤および硫酸アンモニウムを含む気体は、スクラバ１０３から接続管１０６を通して気液分離器１０４に流入する。一方、気液分離器１０４には、パージ管３４を流通する気体が送り込まれる。パージ管３４を流通する気体には、燃料電池１１内のアノードで液体燃料（ヒドラジン）の自然分解によって生成されるアンモニアが含まれる。
【００７０】
気液分離器１０４内においては、前記スクラバ１０３から送り込まれ中和剤および硫酸アンモニウムを含む気体の流れに向けて、前記パージ管３４から送り込まれた気体が吐出される。このとき、前記パージ管３４から送り込まれた気体にも中和剤が混入し、その気体に含まれるアンモニアと中和剤である硫酸とが中和して、硫酸アンモニウムが生成される。アンモニアが除去された気体および硫酸および硫酸アンモニウムを含む液体の混合流体中の液体は気液分離器１０４の底部に溜まり、中和剤帰還管１０７を通して、中和剤タンク１０１に戻される。このようにして、中和剤である硫酸を含む液体は、中和剤タンク１０１、中和剤供給管１０２、スクラバ１０３、気液分離器１０４および中和剤帰還管１０７を含む中和剤循環路を循環する。一方、アンモニアが除去された気体は、排気管１０８に排出される。そして、排気管１０８に排出された気体は、排気管１０８を流通し、その途中でマフラー１０９を通過する。
【００７１】
マフラー１０９に達した気体は、前記第１の吸水部１５３内の通気路１５６を通過し、この第１の吸水部１５３と前記アンモニア吸着シート１５２との間の空間１５７に達する。このとき、気体は前記空間１５７内で断熱膨張し、気体中に含まれる水分が液化して凝縮する。この水分は、前記第１の吸水部１５３及び前記第２の吸水部１５４により吸収除去される。その後、気体は前記アンモニア吸着シート１５２内を通過し、気体状態のアンモニアがこのアンモニア吸着シート１５２により吸着除去される。また、気体に含まれる液体状態の水分の一部は、第２の吸水部１５４により吸収される。そして、前記アンモニア吸着シート１５２内を通過した気体は、前記第３の吸水部１５５内の通気路１５８を経て、大気に放出される。この気体が大気に放出される前に、気体中に残存する液体状態の水分は、前記第３の吸水部１５５により吸収される。
【００７２】
＜作用効果＞
すなわち、本実施形態によれば、前記排気管１０８中を流通しマフラー１０９の内部に達した水分を含む気体は、アンモニア除去シート１５２に達する前に第１の吸水部１５３内の通気路を通過するので水分の一部が予め第１の吸水部１５３により吸水される。さらに気体が前記第１の吸水部１５３と前記アンモニア除去シート１５２との間の空間１５７内で断熱膨張するとともにマフラー本体１５１に接することにより冷却されて発生した凝縮水の大部分は、前記空間１５７に面した前記第１の吸水部１５３及び第２の吸水部１５４により吸収除去される。その上、前記第１〜第３の吸水部１５３〜１５５が保温材として機能するので、マフラー１０９中を流通する際に新たに凝縮する水分の量は抑制できる。従って、このマフラーを通過して大気に放出されるアンモニア水の量を削減することができる。
【００７３】
さらに本実施形態では、アンモニア吸着シート１５２とマフラー本体１５１との間に第２の吸水部１５４を設けており、気体がアンモニア吸着シート１５２を通過する際に気体中に含まれる凝結水分の多くが第２の吸水部１５４により吸収されるので、外部に放出されるアンモニア水の量をさらに効果的に削減することができる。
【００７４】
なお、本発明は上述した実施形態に限らない。
【００７５】
例えば、図３に示すように、マフラー本体Ａ１５１の長手寸法略全域にわたって、排気管１０８の内径と同一の内径を有する通気路Ａ１５６を内部に有する吸水部Ａ１５３を配するとともに、この通気路Ａ１５６内部における下流側の部位にアンモニア除去部であるアンモニア除去シートＡ１５２を配し、前記通気路Ａ１５６内部における上流側の部位を請求項中の空間として形成したマフラーＡ１０９を採用してもよい。
【００７６】
また、図４に示すように、排気管１０８の内径と同一の内径を有する通気路Ｂ１５６を内部に有する吸水部Ｂ１５３を配し、この通気路Ｂ１５６内部における下流側の部位にアンモニア除去部であるアンモニア除去シートＢ１５２を配するとともに、マフラー本体Ｂ１５１の入口側開口部と吸水部Ｂ１５３との間に空間を設けたマフラーＢ１０９を採用してもよい。
【００７７】
加えて、図５に示すように、マフラー本体Ｃ１５１の長手寸法略全域にわたって、排気管１０８の内径よりも大きな内径を有する通気路Ｃ１５６を内部に有する吸水部Ｃ１５３を配するとともに、この通気路Ｃ１５６内部における下流側の部位にアンモニア除去部であるアンモニア除去シートＣ１５２を配し、前記通気路Ｃ１５６内部における上流側の部位を請求項中の空間として形成したマフラーＣ１０９を採用してもよい。
【００７８】
なお、図３〜図５に示す実施形態の燃料電池システムは、その他の点では図１及び図２に示す燃料電池システム１と同様の構成を有するので、対応する箇所には同一の名称及び符号を付し、詳細な説明は省略している。
【００７９】
これらの態様を採用した場合であっても、凝結水分及びアンモニアを含む気体がアンモニア除去部に達する前に吸水部により凝結水分を吸収除去できるとともに、吸水部中の通気路を通過する際には吸水部が保温材として機能するので新たに凝縮する水分の量は抑制できることから、本発明の最も主要な効果を得ることができる。
【００８０】
加えて、図４及び図５に示す構成では、気体が前記空間に達した際に気体を断熱膨張させて気体に含まれる水分を凝結させ、その際に発生した凝結水分もアンモニア除去部に達する前に吸水部により吸収除去できるので、大気に放出されるアンモニア水の量をさらに効果的に削減できる。
【００８１】
その他、本発明の趣旨を損ねない範囲で種々に変更してよい。
【符号の説明】
【００８２】
１…燃料電池システム
１１…燃料電池
２０…燃料供給手段（燃料循環システム）
４０…エア供給手段（給排気システム）
１００…排ガス処理装置
１０８…排気管
１０９、Ａ１０９、Ｂ１０９、Ｃ１０９…マフラー
１５１、Ａ１５１、Ｂ１５１、Ｃ１５１…マフラー本体
１５２、Ａ１５２、Ｂ１５２、Ｃ１５２…アンモニア除去部（アンモニア除去シート）
１５３、Ａ１５３、Ｂ１５３、Ｃ１５３…（第１の）吸水部
１５４…第２の吸水部
１５７、Ａ１５６、Ｂ１５７、Ｃ１５６…空間
【図１】
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【図２】
2014107083.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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