(57)【要約】【課題】  燃料電池から発生する有害物質を捕捉してその排出を抑制することができ、安全性の高い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１は、液体燃料により動作する燃料電池セル２と、燃料電池セル２で生成された生成物が排出される経路の途中に設けられ、前記生成物中に含まれる有害物質を選択的に包接し得るホスト化合物を含む燃料極側包接部６１とを備える。【選択図】  図１
2006331750.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体燃料により動作する燃料電池装置と、
前記燃料電池装置で生成された生成物が排出される経路の途中に設けられ、前記生成物中に含まれる有害物質を選択的に包接し得るホスト化合物を含む包接部とを備えることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記燃料電池装置に供給される液体燃料を、液体燃料成分とホスト化合物との分子化合物として貯蔵する燃料貯蔵部をさらに備え、
前記燃料貯蔵部は、前記燃料電池装置と前記包接部とを接続する経路の途中に設けられることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記包接部が、前記燃料電池装置に供給される液体燃料を、液体燃料成分とホスト化合物との分子化合物として貯蔵する燃料貯蔵部であり、
前記燃料貯蔵部の分子化合物から液体燃料成分が放出された後のホスト化合物が、前記生成物中に含まれる有害物質を選択的に包接することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記液体燃料成分が、アルコール類、エーテル類、炭化水素類及びアセタール類からなる群より選ばれる１種又は２種以上であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記ホスト化合物が、有機化合物、無機化合物及び有機・無機複合化合物からなる群より選ばれる１種又は２種以上であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記ホスト化合物が単分子系、多分子系及び高分子系ホスト化合物よりなる群から選ばれる１種又は２種以上であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記燃料組成物が、多価アルコールの脂肪酸エステルと燃料電池用燃料とを含むことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池システムに関し、特に、有害物質の排出の抑制が可能な、安全性の高い燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
固体高分子電解質型燃料電池は、パーフルオロスルホン酸膜等の固体電解質膜を電解質とし、この膜の両面に燃料極及び酸化剤極を接合して構成され、アノードに水素やメタノール、カソードに酸素を供給して電気化学反応により発電する装置である。各電極で生じる電気化学反応は、燃料としてメタノールを用いた場合、アノードでは、
ＣＨ３ＯＨ＋Ｈ２Ｏ→６Ｈ＋＋ＣＯ２＋６ｅ−    …［１］
であり、また、カソードでは、
３／２Ｏ２＋６Ｈ＋＋６ｅ−→３Ｈ２Ｏ        …［２］
である。この反応を起こすために、両電極は触媒物質が担持された炭素微粒子と固体高分子電解質との混合体より構成されている。
【０００３】
このような固体高分子電解質型燃料電池において、燃料としてメタノールを用いた場合、アノードに供給されたメタノールは、電極中の細孔を通過して触媒に達し、触媒によりメタノールが分解されて、上記反応式［１］の反応で電子と水素イオンを生成する。水素イオンはアノード中の電解質及び両電極間の固体電解質膜を通ってカソードに達し、カソードに供給された酸素及び外部回路より流れ込む電子と反応して、上記反応式［２］のように水を生じる。一方、メタノールより放出された電子はアノード中の触媒担体を通って外部回路へ導き出され、外部回路よりカソードに流れ込む。この結果、外部回路ではアノードからカソードへ向かって電子が流れ電力が取り出される。
【０００４】
このメタノールを燃料とするダイレクトメタノール型燃料電池は、携帯機器用小型燃料電池として適用できる可能性が高く、近年、携帯用コンピューターや携帯電話等の次世代二次電池として開発が活発化してきている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ダイレクトメタノール型をはじめとする有機物を直接燃料とする燃料電池では、理想的にはすべての燃料成分から水素と二酸化炭素とが生成されるが、不純物等の混入による副反応や不完全反応等により、中間体の有機物及び一酸化炭素等が生成される。これらの中には生体に対して悪影響を及ぼすもの（有害物質）も含まれる可能性があることが種々の研究の結果明らかになってきている〔戸塚和秀，自動車研究，２４（２），ｐ．５９〜６２（２００２）〕。これらの研究によれば、例えば、ダイレクトメタノール型燃料電池からは、ギ酸、ホルムアルデヒド、ギ酸メチル、一酸化炭素等が生成されることが知られている。これらの副生成物の一部は、燃料電池の排出ガスとして燃料電池システムの外に放出されるため、オフィス等の閉空間で燃料電池を使用する際には、作業環境の悪化が懸念される。このため、固体高分子型燃料電池を使用してもこれらの有害物質の外部環境への排出を抑制することができるシステムが望まれている。
【０００６】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、燃料電池から発生する有害物質を選択的に捕捉してその排出を抑制することができ、安全性の高い燃料電池システム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】
本発明の燃料電池システムは、液体燃料により動作する燃料電池装置と、前記燃料電池装置で生成された生成物が排出される経路の途中に設けられ、前記生成物中に含まれる有害物質を選択的に包接し得るホスト化合物を含む包接部とを備えることを特徴とする（請求項１）。
【０００８】
上記発明（請求項１）によれば、燃料電池により生成され排出される有害物質は、包接部に含まれるホスト化合物により包接され、燃料電池システムの外部環境へ排出されるのを抑制することができる。
【０００９】
上記発明（請求項１）においては、前記燃料電池装置に供給される液体燃料を、液体燃料成分とホスト化合物との分子化合物として貯蔵する燃料貯蔵部をさらに備え、前記燃料貯蔵部は、前記燃料電池装置と前記包接部とを接続する経路の途中に設けられることが好ましい（請求項２）。
【００１０】
上記発明（請求項２）によれば、燃料電池装置において未反応の燃料成分が気化して返送されたとしても、燃料貯蔵部に導入され、燃料貯蔵部に貯蔵されている分子化合物から液体燃料成分が放出された後のホスト化合物により、気化した燃料成分が包接され、液体燃料として再利用することができるため、燃料貯蔵部に貯蔵されている液体燃料を効率よく燃料電池装置で使用することができる。
【００１１】
また、上記発明（請求項１）においては、前記包接部が、前記燃料電池装置に供給される液体燃料を、液体燃料成分とホスト化合物との分子化合物として貯蔵する燃料貯蔵部であり、前記燃料貯蔵部の分子化合物から液体燃料成分が放出された後のホスト化合物が、前記生成物中に含まれる有害物質を選択的に包接することが好ましい（請求項３）。
【００１２】
上記発明（請求項３）によれば、燃料貯蔵部に含まれる分子化合物から液体燃料成分が放出された後のホスト化合物により、燃料電池装置で生成された有害物質を包接することができ、その有害物質の排出を抑制することができるため、有害物質を包接するための包接部を燃料貯蔵部とは別に設ける必要がなく、燃料電池システムを簡易な構成にすることができるとともに、安全性の高い燃料電池システムを提供することができる。
【００１３】
上記発明（請求項１〜３）においては、前記液体燃料成分が、アルコール類、エーテル類、炭化水素類、及びアセタール類からなる群より選ばれる１種又は２種以上であることが好ましく（請求項４）、また、上記発明（請求項１〜４）においては、前記ホスト化合物が、有機化合物、無機化合物及び有機・無機複合化合物からなる群より選ばれる１種又は２種以上であることが好ましい（請求項５）。さらに、上記発明（請求項１〜５）においては、前記ホスト化合物が単分子系、多分子系及び高分子系ホスト化合物よりなる群から選ばれる１種又は２種以上であることが好ましく（請求項６）、上記発明（請求項１〜６）においては、前記燃料組成物が、多価アルコールの脂肪酸エステルと燃料電池用燃料とを含むことが好ましい（請求項７）。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、燃料電池装置で生成される有害物質を包接することにより、その有害物質の排出を抑制することができるため、安全性の高い燃料電池システムを提供することができる。特に、有害物質（例えば、ギ酸、ギ酸メチル、ホルムアルデヒド等）のうち活性炭等の吸着剤では除去し難いホルムアルデヒド等を高効率で除去することができる。
【００１５】
また、本発明の燃料電池システムによれば、燃料貯蔵部に貯蔵されている分子化合物から液体燃料成分が放出された後のホスト化合物により、気化した燃料成分が包接され、液体燃料として再利用することができるため、燃料貯蔵部に貯蔵されている液体燃料を効率よく使用することができる。
【００１６】
さらに、燃料電池装置に供給される燃料を液体燃料とホスト化合物との分子化合物として貯蔵する燃料貯蔵部が、燃料電池装置で生成された生成物が排出される経路の途中に設けられることにより、分子化合物から液体燃料を放出した後のホスト化合物により有害物質が包接され、その有害物質の排出を抑制することができるため、有害物質を包接するための包接部を燃料貯蔵部とは別に設ける必要がなく、燃料電池システムを簡易な構成にすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
図１〜図７は、本発明の第１〜第７の実施形態に係る燃料電池システムを概略的に示す構成図である。
【００１８】
〔第１の実施形態〕
図１に示すように、本実施形態に係る燃料電池システム１ａは、燃料電池セル２と、燃料電池セル２に供給される液体燃料が貯蔵されている燃料カートリッジ３と、燃料カートリッジ３に貯蔵されている液体燃料を燃料電池セル２に供給するためのポンプ４と、燃料電池セル２に空気を供給するためのエアポンプ５と、燃料電池セル２の燃料極において生成された有害物質を包接する燃料極側包接部６１とを備える。
【００１９】
燃料電池セル２は、燃料極及び空気極を有しており、燃料極と空気極との間に、ナフィオン（登録商標）等の水素イオン伝導性を有する固体高分子電解質膜を配した膜電極接合体（Membrane Electrode Assembly，以下「ＭＥＡ」という。）を、導電性のセパレータを介して複数積層させたスタックを含む。燃料極には、燃料カートリッジ３からポンプ４を介して液体燃料が改質されずに供給され、空気極には、エアポンプ５を介して空気が供給される。この燃料電池システム１ａにおいて、燃料カートリッジ３には、液体燃料成分が充填されていてもよいし、液体燃料成分がホスト化合物により包接され、固体化された包接化合物が充填されていてもよい。燃料カートリッジ３に、そのような包接化合物が充填されていることにより、燃料カートリッジ３に導入された有害物質を、液体燃料成分を放出した後のホスト化合物によっても包接（捕捉）することができ、より安全性の高い燃料電池システムとすることができる。
【００２０】
燃料電池システム１ａの動作時に、燃料カートリッジ３からポンプ４を介して液体燃料が燃料電池装置２に供給されるが、このときに、高濃度の液体燃料がそのまま燃料電池装置２の燃料極に供給されると、液体燃料がＭＥＡの固体高分子電解質膜を透過して空気極側に移動し、空気極側で液体燃料が反応して逆起電力が生じるおそれがある。そのため、図示しない水貯蔵タンク等から希釈水を供給し、燃料電池装置２を効率よく運転するために最適な濃度に液体燃料を希釈してから燃料電池装置２に供給する。希釈水の量を制御するために、液体燃料の濃度を検知する濃度センサを設けてもよい。
【００２１】
燃料極には、燃料カートリッジ３からポンプ４を介して液体燃料が供給される。燃料極に供給された液体燃料は、燃料極の触媒成分により水素イオン（Ｈ＋）、二酸化炭素（ＣＯ２）及び電子（ｅ−）に転換され、電子（ｅ−）は電気的接続により外部回路（図示せず）から、水素イオン（Ｈ＋）は電解質膜を通過することでそれぞれ空気極に導入される。
【００２２】
空気極には、吸入口７１からエアポンプ５を介して空気又は酸素（Ｏ２）が供給される。空気極では、この酸素（Ｏ２）が燃料極で発生した水素イオン（Ｈ＋）及び電子（ｅ−）と反応して水が生じる。未反応の酸素（Ｏ２）は、空気極側配管８１を介して空気極側排気口７２から系外に排出される。反応により生成した水は、燃料極側配管８２を介して燃料カートリッジ３に供給されてもよいし、図示しない水貯蔵タンクに供給されてもよい。また、図示しない排出口から系外に排出されてもよい。
【００２３】
燃料極側包接部６１は、燃料電池システム１ａ内に存在する有害物質を包接するために設けられる。燃料極側包接部６１は、燃料カートリッジ３の交換時に、燃料極側包接部６１も交換できるように、燃料カートリッジ３と一体的に設けられることが好ましい。これにより、燃料極側包接部６１を使用し続けて包接能力が飽和し、系内の有害物質を包接しきれずに系外に排出してしまう可能性を低減することができる。なお、燃料極側包接部６１は、燃料カートリッジ３と一体的に設けずに、液体燃料の循環経路の任意の位置（例えば、燃料極側配管８２の途中）に交換可能に設けてもよい。これにより、燃料電池装置２に供給される液体燃料に含まれるホルムアルデヒド、ギ酸、ギ酸メチル等の有害物質を除去することができ、これらの有害物質に起因する起電力の低下等を抑止することができる。
【００２４】
燃料極側包接部６１には、例えば、ホルムアルデヒド、ギ酸、ギ酸メチル、アルコール等を選択的に包接し得るホスト化合物が含まれる。燃料極側包接部６１には、１種のホスト化合物が含まれていてもよいし、複数種類のホスト化合物が組み合わされて含まれていてもよい。なお、ホスト化合物についての詳細は、後述する。
【００２５】
燃料極側包接部６１に含まれるホスト化合物は、再生することにより再度用いることができる。ホスト化合物の再生方法は、常法により行うことができ、特に限定されるものではないが、例えば、ホスト化合物を加熱し、所定の温度で所定時間保持することにより、包接した物質を脱離させることができる。
【００２６】
本実施形態では、ポンプ４により燃料電池セル２に供給された液体燃料のうち、未反応分の液体燃料は燃料カートリッジ３に戻されるので、燃料カートリッジ３内の液体燃料の濃度は、燃料電池システムの運転に伴って低下する。燃料カートリッジ３内の液体燃料の濃度が、燃料電池セル２に供給すべき燃料濃度を下回ると、燃料カートリッジ３を交換する必要があるため、交換時期を判別するために、燃料カートリッジ３内の液体燃料の濃度を検知するための濃度センサを設けてもよい。この濃度センサは、前述した希釈水の量を判断するための濃度センサと共用してもよい。
【００２７】
このような燃料電池システム１ａにおいて、未反応の液体燃料と、反応により生成した二酸化炭素等の生成物は、燃料極側配管８２を介して燃料極から燃料カートリッジ３に返送される。燃料カートリッジ３では、液体成分と気体成分とが分離され、分離された気体成分は、燃料極側包接部６１に導入される。燃料極側包接部６１では、燃料カートリッジ３で分離された気体成分に含まれる有害物質（例えば、ホルムアルデヒド、ギ酸、ギ酸メチル等）がホスト化合物に包接され、有害物質以外の物質が排気口７３から系外に排出される。
【００２８】
このように、本実施形態に係る燃料電池システムによれば、燃料極側で生成した有害物質が燃料極側包接部により包接され、排気口からの排出を抑制することができる。したがって、本実施形態によれば、安全性の高い燃料電池システムを提供することができる。
【００２９】
〔第２の実施形態〕
図２に示すように、第２の実施形態の燃料電池システム１ｂは、燃料電池セル２と、燃料電池セル２に供給される液体燃料が貯蔵されている燃料カートリッジ３と、燃料カートリッジ３に貯蔵されている液体燃料を燃料電池セル２に供給するためのポンプ４と、燃料電池セル２に空気を供給するためのエアポンプ５と、燃料電池セル２の燃料極において生成された有害物質を包接する燃料極側包接部６１と、燃料電池セル２の空気極側と空気極側排気口７２との間に設けられた空気極側包接部６２とを備える。なお、第１の実施形態と同様の構成については同一の符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００３０】
燃料電池セル２において、燃料極に供給された液体燃料が固体高分子電解質を透過して空気極側に移動すると、空気極側においても有害物質が生成される可能性がある。したがって、本実施形態に係る燃料電池システム１ｂにおいては、空気極からの配管８１と排気口７２との間に、燃料カートリッジ３と一体的に設けられた空気極側包接部６２が設けられている。なお、空気極側包接部６２は、燃料極側包接部６１と同様の構成を有する。
【００３１】
本実施形態に係る燃料電池システムによれば、空気極側において生成される微量の有害物質も適切に処理することができ、系外に排出することを防ぐことができる。したがって、本実施形態によれば、より安全性の高い燃料電池システムを提供することができる。
【００３２】
また、本実施形態に係る燃料電池システムにおいては、空気極側包接部６２についても、燃料極側包接部６１と同様に、燃料カートリッジ３と一体的に設けられているため、燃料カートリッジ３と同時に交換することができる。したがって、空気極側包接部６２を使用し続けて包接能力が飽和し、系内の有害物質を包接しきれずに系外に排出してしまう可能性を低減することができる。
【００３３】
〔第３の実施形態〕
図３に示すように、第３の実施形態に係る燃料電池システム１ｃは、燃料電池セル２と、燃料電池セル２に供給される液体燃料が貯蔵されている燃料カートリッジ３と、燃料カートリッジ３に貯蔵されている液体燃料を燃料電池セル２に供給するためのポンプ４と、燃料電池セル２に空気を供給するためのエアポンプ５と、燃料極側配管８２と空気極側配管８１とが接続された包接部６０とを備える。なお、第１の実施形態と同様の構成には同一の符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００３４】
本実施形態に係る燃料電池システム１ｃにおいては、燃料極側配管８２及び空気極側配管８１が包接部６０に接続されており、燃料電池セル２の燃料極から排出される気体成分と空気極から排出される気体成分とが、包接部６０を介して排気口７４から排出されるため、燃料極及び空気極で生成された有害物質が一つの包接部６０において包接される。このように、本実施形態に係る燃料電池システム１ｃは、安全性が高く、かつ構成を簡略化することができ、燃料カートリッジ３を小型化することができるとともに、軽量化することもできる。
【００３５】
〔第４の実施形態〕
図４に示すように、第４の実施形態に係る燃料電池システム１ｄは、燃料電池セル２と、燃料電池セル２に供給される液体燃料が貯蔵されている燃料カートリッジ３と、燃料カートリッジ３に貯蔵されている液体燃料を希釈して貯蔵する循環タンク９と、燃料カートリッジ３に貯蔵されている液体燃料を循環タンク９に供給するための第１のポンプ４１と、循環タンク９に貯蔵されている液体燃料を燃料電池セル２に供給するための第２のポンプ４２と、燃料電池セル２に空気を供給するためのエアポンプ５と、燃料カートリッジ３と一体的に設けられた燃料極側包接部６１とを備える。なお、第１の実施形態と同様の構成には同一の符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００３６】
本実施形態に係る燃料電池システム１ｄにおいて、燃料カートリッジ３には、高濃度の液体燃料が貯蔵されており、当該高濃度の液体燃料が、第１のポンプ４１を介して循環タンク９に供給される。循環タンク９に供給された液体燃料は、図示しない水貯蔵タンクから循環タンク９に供給された希釈水により、所定の濃度に希釈される。希釈された液体燃料は、第２のポンプ４２により燃料電池セル２の燃料極に供給される。燃料電池セル２の燃料極から排出された未反応の液体燃料、二酸化炭素（ＣＯ２）及び有害物質は、第１の燃料極側配管８２ａを介して希釈循環タンク９に戻り、気液分離される。分離された気体は、第２の燃料極側配管８２ｂを介して燃料極側包接部６１に導入され、有害物質が燃料極側包接部６１において包接されて、有害物質以外の気体物質が排気口７３から排出される。液体燃料は、適宜燃料カートリッジ３から追加されつつ、循環タンク９と燃料電池セル２との間で循環される。
【００３７】
燃料カートリッジ３内の液体燃料を使い切ると、燃料カートリッジ３を交換する必要があるが、本実施形態に係る燃料電池システム１ｄにおいても第１の実施形態に係る燃料電池システム１ａと同様に、燃料カートリッジ３の交換時に燃料極側包接部６１も交換できるように、燃料極側包接部６１が燃料カートリッジ３と一体的に設けられている。これにより、燃料極側包接部６１を使用し続けて包接能力が飽和し、系内の有害物質を包接しきれずに系外に排出してしまう可能性を低減することができる。したがって、本実施形態によれば、安全性の高い燃料電池システムを提供することができる。
【００３８】
〔第５の実施形態〕
図５に示すように、第５の実施形態に係る燃料電池システム１ｅは、燃料電池セル２と、燃料電池セル２に供給される液体燃料が貯蔵されている燃料カートリッジ３と、燃料カートリッジ３に貯蔵されている液体燃料を希釈して貯蔵する循環タンク９と、燃料カートリッジ３に貯蔵されている液体燃料を循環タンク９に供給するための第１のポンプ４１と、循環タンク９に貯蔵されている液体燃料を燃料電池セル２に供給するための第２のポンプ４２と、燃料電池セル２に空気を供給するためのエアポンプ５と、燃料カートリッジ３に一体的に設けられた燃料極側包接部６１及び空気極側包接部６２を備える。なお、第１〜第４の実施形態と同様の構成には同一の符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００３９】
本実施形態に係る燃料電池システム１ｅにおいては、空気極からの配管８１と排気口７２との間に空気極側包接部６２が設けられているので、空気極側において生成される微量の有害物質も適切に処理することができ、有害物質が系外に排出されるのを防止することができる。したがって、本実施形態によれば、より安全性の高い燃料電池システムを提供することができる。
【００４０】
〔第６の実施形態〕
図６に示すように、第６の実施形態に係る燃料電池システム１ｆは、燃料電池セル２と、燃料電池セル２に供給される液体燃料が貯蔵されている燃料カートリッジ３と、燃料カートリッジ３に貯蔵されている液体燃料を希釈して貯蔵する循環タンク９と、燃料カートリッジ３に貯蔵されている液体燃料を循環タンク９に供給するための第１のポンプ４１と、循環タンク９に貯蔵されている液体燃料を燃料電池セル２に供給するための第２のポンプ４２と、燃料電池セル２に空気を供給するためのエアポンプ５と、燃料カートリッジ３と一体的に設けられた包接部６０とを備え、包接部６０には、第２の燃料極側配管８２ｂと空気極側配管８１とが接続されている。なお、第１〜第４の実施形態と同様の構成には同一の符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００４１】
本実施形態に係る燃料電池システム１ｆにおいては、第２の燃料極側配管８２ｂ及び空気極側配管８１が包接部６０に接続されており、燃料電池セル２の燃料極から排出される気体成分と空気極から排出される気体成分とが、包接部６０を介して排気口７４から排出されるため、包接部６０において燃料極及び空気極で生成された有害物質が包接される。このように、本実施形態に係る燃料電池システム１ｆは、安全性が高く、かつ構成を簡略化することができ、燃料カートリッジ３を小型化することができるとともに、軽量化することもできる。
【００４２】
〔第７の実施形態〕
図７に示すように、第７の実施形態に係る燃料電池システム１ｇは、燃料電池セル２と、燃料電池セル２に供給される液体燃料が貯蔵されている燃料カートリッジ３と、燃料カートリッジ３に貯蔵されている液体燃料を希釈して貯蔵する循環タンク９と、循環タンク９に貯蔵されている液体燃料を燃料電池セル２に供給するためのポンプ４と、燃料電池セル２に空気を供給するためのエアポンプ５とを備える。なお、第１〜第６の実施形態と同様の構成には同一の符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００４３】
燃料カートリッジ３には、燃料成分を包接して固体化した包接化合物が含まれている。当該包接化合物は、水と接触することにより包接している燃料成分を放出することができる。なお、燃料カートリッジ３には、燃料成分を包接して固体化した包接化合物とともに、燃料成分を包接していないホスト化合物が含まれていてもよい。
【００４４】
包接化合物と水とが接触することにより放出された燃料の水溶液は、循環タンク９に貯蔵される。循環タンク９に貯蔵された燃料水溶液は、ポンプ４を介して燃料電池セル２の燃料極に供給される。燃料電池セル２の燃料極から排出される未反応の燃料水溶液、二酸化炭素（ＣＯ２）及び有害物質は、燃料カートリッジ３に返送される。
【００４５】
燃料カートリッジ３に返送された有害物質は、燃料カートリッジ３に含まれる燃料放出後のホスト化合物により包接される。他の気体物質は燃料カートリッジ３に接続された配管を介して、排気口７４から排出される。未反応の燃料水溶液は、循環タンク９に返送される。
【００４６】
このように、本実施形態に係る燃料電池システム１ｇは、燃料カートリッジ３に含まれる燃料放出後のホスト化合物が、燃料電池セル２の燃料極及び空気極で生成した有害物質を包接することができるため、有害物質を包接するための包接部を設ける必要がなく、構成を簡略化することができるとともに、燃料カートリッジをさらに小型化することができる。
【００４７】
また、例えば、ダイレクトメタノール型燃料電池のように、液体燃料としてメタノール等を用いる燃料電池においては、燃料電池セルの燃料極において未反応の液体燃料が、燃料電池システムの運転中に気化してしまうおそれがあるが、燃料放出後のホスト化合物は、このような気化した燃料も包接することができ、気化した燃料が燃料電池システムの系外に排出されるのを防止することもできる。
【００４８】
上述したような実施形態において、包接部６０，６１，６２に含まれるホスト化合物は、燃料電池セル２で生成される有害物質を選択的に包接（捕捉）し得る限り特に限定されるものではなく、例えば、有機化合物、無機化合物及び有機・無機複合化合物よりなるものが挙げられ、また、有機化合物としては、単分子系、多分子系、高分子系ホスト化合物等が挙げられる。
【００４９】
単分子系ホスト化合物としては、例えば、シクロデキストリン類、クラウンエーテル類、クリプタンド類、シクロファン類、アザシクロファン類、カリックスアレン類、シクロトリベラトリレン類、スフェランド類、環状オリゴペプチド類等が挙げられる。多分子系ホスト化合物としては、例えば、尿素類、チオ尿素類、デオキシコール酸類、コール酸類、ペルヒドロトリフェニレン類、トリ−ｏ−チモチド類、ビアンスリル類、スピロビフルオレン類、シクロフォスファゼン類、モノアルコール類、ジオール類、ヒドロキシベンゾフェノン類、アセチレンアルコール類、フェノール類、ビスフェノール類、トリスフェノール類、テトラキスフェノール類、ポリフェノール類、ナフトール類、ビスナフトール類、ジフェニルメタノール類、カルボン酸アミド類、チオアミド類、ビキサンテン類、カルボン酸類、イミダゾール類、ヒドロキノン類等が挙げられる。高分子系ホスト化合物としては、例えば、セルロース類、デンプン類、キチン類、キトサン類、ポリビニルアルコール類、１，１，２，２−テトラキスフェニルエタンをコアとするポリエチレングリコールアーム型ポリマー類、α，α，α’，α’−テトラキスフェニルキシレンをコアとするポリエチレングリコールアーム型ポリマー類等が挙げられる。その他に、有機りん化合物、有機ケイ素化合物等も挙げられる。
【００５０】
無機系ホスト化合物としては、例えば、酸化チタン、グラファイト、アルミナ、遷移金属ジカルコゲナイト、フッ化ランタン、粘土鉱物（モンモリロナイト等）、銀塩、ケイ酸塩、リン酸塩、ゼオライト、シリカ、多孔質ガラス等が挙げられる。
【００５１】
さらに、有機金属化合物にもホスト化合物としての性質を示すものがあり、有機金属化合物としては、例えば、有機アルミニウム化合物、有機チタン化合物、有機ホウ素化合物、有機亜鉛化合物、有機インジウム化合物、有機ガリウム化合物、有機テルル化合物、有機スズ化合物、有機ジルコニウム化合物、有機マグネシウム化合物等が挙げられる。また有機カルボン酸の金属塩や有機金属錯体等をホスト化合物として用いることも可能であるが、有機金属化合物であれば、特にこれらに限定されるものではない。
【００５２】
これらのホスト化合物のうち、包接能力がゲスト化合物の分子の大きさに左右されにくい多分子系ホスト化合物がより有効である。
【００５３】
多分子系ホスト化合物としては、具体的には、尿素、１，１，６，６−テトラフェニルヘキサ−２，４−ジイン−１，６−ジオール、１，１−ビス（２，４−ジメチルフェニル）−２−プロピン−１−オール、１，１，４，４−テトラフェニル−２−ブチン−１，４−ジオール、１，１，６，６−テトラキス（２，４−ジメチルフェニル）−２，４−ヘキサジイン−１，６−ジオール、９，１０−ジフェニル−９，１０−ジヒドロアントラセン−９，１０−ジオール、９，１０−ビス（４−メチルフェニル）−９，１０−ジヒドロアントラセン−９，１０−ジオール、１，１，２，２−テトラフェニルエタン−１，２−ジオール、４−メトキシフェノール、２，４−ジヒドロキシベンゾフェノン、４，４’−ジヒドロキシベンゾフェノン、２，２’，４，４’−テトラヒドロキシベンゾフェノン、１，１−ビス（４−ヒドロキシフェニル）シクロヘキサン、４，４’−スルホニルビスフェノール、２，２’−メチレンビス（４−メチル−６−ｔ−ブチルフェノール）、４，４’−エチリデンビスフェノール、４，４’−チオビス（３−メチル−６−ｔ−ブチルフェノール）、１，１，３−トリス（２−メチル−４−ヒドロキシ−５−ｔ−ブチルフェニル）ブタン、１，１，２，２−テトラキス（４−ヒドロキシフェニル）エタン、１，１，２，２−テトラキス（４−ヒドロキシフェニル）エチレン、１，１，２，２−テトラキス（３−メチル−４−ヒドロキシフェニル）エタン、１，１，２，２−テトラキス（３−フルオロ−４−ヒドロキシフェニル）エタン、α，α，α’，α’−テトラキス（４−ヒドロキシフェニル）−ｐ−キシレン、３，６，３’，６’−テトラメトキシ−９，９’−ビ−９Ｈ−キサンテン、３，６，３’６’−テトラアセトキシ−９，９’−ビ−９Ｈ−キサンテン、没食子酸、没食子酸メチル、カテキン、ビス−β−ナフトール、α，α，α’，α’−テトラフェニル−１，１’−ビフェニル−２，２’−ジメタノール、ジフェン酸ビス（ジシクロヘキシルアミド）、フマル酸ビス（ジシクロヘキシルアミド）、コール酸、デオキシコール酸、１，１，２，２−テトラキス（４−カルボキシフェニル）エタン、１，１，２，２−テトラキス（３−カルボキシフェニル）エタン、アセチレンジカルボン酸、２，４，５−トリフェニルイミダゾール、１，２，４，５−テトラフェニルイミダゾール、
２−フェニルフェナントロ［９，１０−ｄ］イミダゾール、２−（ｏ−シアノフェニル）フェナントロ［９，１０−ｄ］イミダゾール、２−（ｍ−シアノフェニル）フェナントロ［９，１０−ｄ］イミダゾール、２−（ｐ−シアノフェニル）フェナントロ［９，１０−ｄ］イミダゾール、ヒドロキノン、２−ｔ−ブチルヒドロキノン、２，５−ジ−ｔ−ブチルヒドロキノン、２，５−ビス（２，４−ジメチルフェニル）ヒドロキノン等が挙げられるが、１，１−ビス（４−ヒドロキシフェニル）シクロヘキサンのようなフェノール系ホスト化合物が、工業的に使用しやすい点で好ましい。
【００５４】
これらのホスト化合物は、１種を単独で用いてもよいし、２種以上を併用してもよい。これらのホスト化合物は、燃料電池セル２で生成される有害物質を選択的に捕捉し得るものであれば、どのような形状の化合物でもかまわない。
【００５５】
また、上述の有機ホスト化合物は、無機系多孔質物質に担持させた有機・無機複合素材として使用することもできる。この場合、有機ホスト化合物を担持する多孔質物質としては、シリカ類、ゼオライト類、活性炭類の他に、粘土鉱物類、モンモリロナイト類等の層間化合物等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【００５６】
このような有機・無機複合素材の製造方法としては、前述の有機ホスト化合物を溶解することのできる溶媒に溶解させ、その溶液を無機多孔質物質中に含浸させ、溶媒を乾燥、減圧乾燥等により留去することで製造することができる。無機多孔質物質に対する有機ホスト化合物の担持量は、特に限定されないが、通常、無機多孔質物質に対して１０〜８０質量％程度である。
【００５７】
上述したような第１〜第７の実施形態において、燃料電池用燃料（又は液体燃料成分）としては、例えば、アルコール類、エーテル類、炭化水素類、又はアセタール類等が挙げられるが、固体高分子型燃料電池の燃料に使用できるものであればよく、これらに限定されるものではない。具体的には、メタノール、エタノール、ｎ−プロパノール、イソプロパノール、エチレングリコール等のアルコール類；ジメチルエーテル、メチルエチルエーテル、ジエチルエーテル等のエーテル類；プロパン、ブタン等の炭化水素類；ジメトキシメタン、トリメトシキメタン等のアセタール類等が挙げられるが、これらに限定されるものではなく、またこれらは１種を単独で用いてもよいし、２種以上を混合して用いてもよい。
【００５８】
燃料電池は、好ましくは、固体高分子型燃料電池であり、その中でもダイレクトメタノール型燃料電池が好適であるが、これに限定されるものではない。
【００５９】
この燃料電池用燃料は、液体状の燃料を用いることもできるし、燃料電池用燃料の分子化合物やポリマーとして固体化又はゲル化された燃料電池用燃料組成物を用いることもできる。特に、上述した第７の実施形態において、燃料電池用燃料は、燃料電池用燃料組成物を用いる。
【００６０】
分子化合物とは、単独で安定に存在することのできる２種類以上の化合物が、水素結合やファンデルワールス力等に代表される共有結合以外の比較的弱い相互作用によって結合した化合物であり、この分子化合物には、水化物、溶媒化物、付加化合物、包接化合物等が含まれる。このような分子化合物は、分子化合物を形成する化合物と燃料電池用燃料との接触反応により形成することができる。このような分子化合物によれば、燃料電池用燃料を固体状の化合物に変化させることができるため、比較的軽量で安定に燃料電池用燃料を貯蔵することができる。
【００６１】
分子化合物としては、ホスト化合物と燃料電池用燃料との接触反応により燃料電池用燃料を包接した包接化合物を用いることができる。この燃料電池用燃料を包接するホスト化合物は、上述した包接部６０，６１，６２に含まれる、燃料電池セル２で生成される有害物質を包接するためのホスト化合物を用いればよい。これにより、燃料電池用燃料を放出した後のホスト化合物が、燃料電池セル２で生成される有害物質を選択的に包接（捕捉）し、燃料電池システムの系外への有害物質の排出を抑制することができるため、より安全性の高い燃料電池システムとすることができる。
【００６２】
上述の１，１−ビス（４−ヒドロキシフェニル）シクロヘキサン等のホスト化合物を用いた燃料電池用燃料の包接化合物は、燃料電池用燃料とホスト化合物とを直接接触させ、混合することで容易に合成することができ、また、ホスト化合物を燃料電池用燃料に加熱等行い溶解させ、再結晶する方法でも得ることができる。また、燃料電池用燃料が気体や液体の場合であれば、燃料を加圧状態でホスト化合物と接触することでも得ることができる。
【００６３】
燃料電池用燃料とホスト化合物とを接触させる温度は、特に限定されないが、常温〜１００℃程度が好ましい。また、燃料電池用燃料とホスト化合物とを接触させる時間についても特に限定されないが、作業効率等の面から０．０１〜２４時間程度とするのが好ましい。
【００６４】
なお、ホスト化合物と接触させる燃料電池用燃料は、高純度の燃料が好ましいが、燃料電池用燃料の選択的包接能を有したホスト化合物を用いる場合には、燃料電池用燃料と他の成分との混合液体であってもよい。
【００６５】
このようにして得られる燃料電池用燃料を包接した包接化合物は、ホスト化合物の種類、ホスト化合物と燃料電池用燃料との接触条件等によっても異なるが、通常、ホスト化合物１モルに対して燃料電池用燃料分子０．１〜１０モルが包接された包接化合物である。
【００６６】
このようにして得られる燃料電池用燃料を包接した包接化合物は、常温・常圧環境において、長期に亘り燃料電池用燃料を安定に貯蔵することができる。しかも、この包接化合物は、軽量で取扱性にも優れ、固体状であるため、ガラス、金属、プラスチック等の容器に入れて容易に貯蔵することができ、液漏れすることもない。また、通常は液体状の燃料が包接化により固体状になることで、劇物や危険物としての性質を回避できるようにもなる。さらには、燃料電池用燃料が有する化学的反応性が低減され、例えば、金属に対する腐食性等も緩和できるようになる。
【００６７】
以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る燃料電池システムを示す概略構成図である。
【図２】本発明の第２の実施形態に係る燃料電池システムを示す概略構成図である。
【図３】本発明の第３の実施形態に係る燃料電池システムを示す概略構成図である。
【図４】本発明の第４の実施形態に係る燃料電池システムを示す概略構成図である。
【図５】本発明の第５の実施形態に係る燃料電池システムを示す概略構成図である。
【図６】本発明の第６の実施形態に係る燃料電池システムを示す概略構成図である。
【図７】本発明の第７の実施形態に係る燃料電池システムを示す概略構成図である。
【符号の説明】
【００６９】
１ａ〜１ｇ…燃料電池システム
２…燃料電池セル
３…燃料カートリッジ
４…ポンプ
６０…包接部
６１…燃料極側包接部
６２…空気極側包接部
７２，７３…排気口
【図１】
2006331750.tif 000003
【図２】
2006331750.tif 000004
【図３】
2006331750.tif 000005
【図４】
2006331750.tif 000006
【図５】
2006331750.tif 000007
【図６】
2006331750.tif 000008
【図７】
2006331750.tif 000009