(57)【要約】【課題】  排出水の浄化を行うことができる燃料電池システムおよび燃料電池用配管を提供する。【解決手段】  燃料電池システム（１００）は、反応ガスを用いて発電を行う燃料電池（３０）と、燃料電池から反応ガスを排出するための反応ガス排出配管（２１）とを備え、反応ガス排出配管は、内側に光触媒（２１１）を備えるとともに、光触媒に光を供給するための光供給手段（２１２）を備える。発電に伴って生成された生成水に含まれる有機物は、酸化されて二酸化炭素および水となる。また、生成水中の貴金属は、還元されて反応ガス排出配管の内面に固定化される。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応ガスを用いて発電を行う燃料電池と、
前記燃料電池から前記反応ガスを排出するための反応ガス排出配管とを備え、
前記反応ガス排出配管は、内側に光触媒を備えるとともに、前記光触媒に光を供給するための光供給手段を備えることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記光供給手段は、前記光触媒に光を照射する光源であることを特徴とする請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記光供給手段は、前記燃料電池システムの外部の光を前記光触媒に供給する手段であることを特徴とする請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記燃料電池は、固体高分子型燃料電池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】
反応ガスを用いて発電を行う燃料電池から前記反応ガスを排出するための燃料電池用配管であって、
内側に光触媒を備えるとともに、前記光触媒に光を供給するための光供給手段を備えることを特徴とする燃料電池用配管。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池システムおよび燃料電池用配管に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、一般的には水素および酸素を燃料として電気エネルギを得る装置である。この燃料電池は、環境面において優れており、また高いエネルギ効率を実現できることから、今後のエネルギ供給システムとして広く開発が進められてきている。
【０００３】
この燃料電池を構成するシステムにおいては、発電継続のためには不純物の混入を抑制することが好ましい。例えば、特許文献１には、空気中の不純物を除去する技術が開示されている。また、特許文献２には、冷媒流路内の不純物を抑制する技術が開示されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−３７３６９６号公報
【特許文献２】特開２００４−１６５１２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記各特許文献の技術では、燃料電池からの排出される排出水中の浄化を行うことができない。
【０００６】
本発明は、排出水の浄化を行うことができる燃料電池システムおよび燃料電池用配管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】
本発明に係る燃料電池システムは、反応ガスを用いて発電を行う燃料電池と、燃料電池から反応ガスを排出するための反応ガス排出配管とを備え、反応ガス排出配管は、内側に光触媒を備えるとともに、光触媒に光を供給するための光供給手段を備えることを特徴とするものである。本発明に係る燃料電池システムにおいては、光触媒は、光が照射されると触媒として機能する。この場合、発電に伴って生成された生成水に含まれる有機物は、酸化されて二酸化炭素および水となる。また、生成水中の貴金属は、還元されて反応ガス排出配管の内面に固定化される。以上のことから、本発明に係る燃料電池システムは、燃料電池から排出される水を浄化することができる。
【０００８】
光供給手段は、光触媒に光を照射する光源であってもよい。また、光供給手段は、燃料電池システムの外部の光を光触媒に供給する手段であってもよい。この場合、光源を設ける必要がない。したがって、本発明に係る燃料電池システムが簡素化される。また、燃料電池は、固体高分子型燃料電池であってもよい。
【０００９】
本発明に係る燃料電池用配管は、反応ガスを用いて発電を行う燃料電池から反応ガスを排出するための配管であって、内側に光触媒を備えるとともに、光触媒に光を供給するための光供給手段を備えることを特徴とするものである。本発明に係る燃料電池用配管においては、光触媒は、光が照射されると触媒として機能する。この場合、燃料電池の発電に伴って生成された生成水に含まれる有機物は、酸化されて二酸化炭素および水となる。また、生成水中の貴金属は、還元されて反応ガス排出配管の内面に固定化される。以上のことから、燃料電池から排出される水を浄化できるとともに、貴金属を回収することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、燃料電池から排出される水を浄化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明を実施するための最良の形態を説明する。
【実施例１】
【００１２】
図１は、本発明の第１実施例に係る燃料電池システム１００について説明するための図である。図１（ａ）は、燃料電池システム１００の全体構成を示した模式図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）の燃料電池３０に含まれる単セル３１の模式的断面図である。以下、図１を参照しつつ、燃料電池システム１００の詳細について説明する。
【００１３】
図１（ａ）に示すように、燃料電池システム１００は、反応ガス供給配管部１０、反応ガス排出配管部２０および燃料電池３０を備える。反応ガス供給配管部１０は、酸化剤ガス供給配管１１および燃料ガス供給配管１２を備える。反応ガス排出配管部２０は、酸化剤ガス排出配管２１および燃料ガス排出配管２２を備える。燃料電池３０は、固体高分子型の燃料電池であり、少なくとも１つの単セル３１を備える。
【００１４】
酸化剤ガス供給配管１１は、燃料電池３０に酸化剤ガスを供給するための配管である。酸化剤ガス供給配管１１は、燃料電池３０の酸化剤ガス流路を介して酸化剤ガス排出配管２１に連通する。本実施例においては、酸化剤ガスとしてエアを用いる。燃料ガス供給配管１２は、燃料電池３０に燃料ガスを供給するための配管である。燃料ガス供給配管１２は、燃料電池３０の燃料ガス流路を介して燃料ガス排出配管２２に連通する。本実施例においては、燃料ガスとして水素ガスを用いる。以下、燃料ガスおよび酸化剤ガスを総称して反応ガスと称することがある。
【００１５】
酸化剤ガス排出配管２１は、燃料電池３０において発電に供された後の酸化剤ガスを外部に排出するための配管である。燃料ガス排出配管２２は、燃料電池３０において発電に供された後の燃料ガスを外部に排出するための配管である。酸化剤ガス排出配管２１は、光触媒２１１および光源２１２を備える。光触媒２１１は、酸化剤ガス排出配管２１の内面にコートされている。光触媒２１１は、照射される光を利用することによって触媒として機能する材料からなる。光触媒２１１は、例えば、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化タングステン、ニオブ酸リチウム、チタン酸ストロンチウム等の酸化物半導体等からなる。光源２１２は、例えば、発光ダイオード、ハロゲンランプ、水銀ランプ等からなる。光源２１２は、光触媒２１１に光を照射するための装置であり、酸化剤ガス排出配管２１の断面中央部に配置されている。
【００１６】
図１（ｂ）に示すように、単セル３１は、電解質膜３２の一方の面に触媒層３３、ガス拡散層３４およびセパレータ３５が積層され、電解質膜３２の他方の面に触媒層３６、ガス拡散層３７およびセパレータ３８が積層された構造を有する。電解質膜３２は、プロトン伝導性を有する固体高分子型電解質からなる。触媒層３３は、酸素とプロトンとの反応を促進する触媒を含む導電体層である。触媒層３６は、水素のプロトン化を促進する触媒を含む導電体層である。例えば、触媒層３３，３６は、白金担持カーボンからなる。ガス拡散層３４は、酸化剤透過性を有する材料からなる導電体層である。ガス拡散層３７は、燃料ガス透過性を有する材料からなる導電体層である。ガス拡散層３４，３７は、例えば、カーボンペーパからなる。セパレータ３５には酸化剤ガス流路が設けられ、セパレータ３８には燃料ガス流路が設けられている。
【００１７】
燃料ガス供給配管１２を流動する燃料ガスは、セパレータ３８の燃料ガス流路に供給される。燃料ガスは、ガス拡散層３７を介して触媒層３６に供給される。燃料ガスに含まれる水素は、触媒層３６の触媒を介してプロトンと電子とに解離する。プロトンは、電解質膜３２を伝導して触媒層３３に到達する。一方、酸化剤ガス供給配管１１を流動する酸化剤ガスは、セパレータ３５の酸化剤ガス流路に供給される。酸化剤ガスは、ガス拡散層３４を介して触媒層３３に供給される。触媒層３３においては、触媒を介してプロトンと酸素とが反応する。それにより、水が生成されるとともに発電が行われる。
【００１８】
ここで、電解質膜３２の劣化に起因して、発電生成水に炭化水素等の有機物が溶出することがある。また、発電時の電位変動等に起因して、触媒層３３，３６から白金等の貴金属が溶出することがある。燃料電池３０においてはカソード側で水が生成されることから、酸化剤ガス排出配管２１に発電生成水が流入することが考えられる。
【００１９】
この場合、光源２１２から照射される光によって光触媒が触媒として機能する。それにより、生成水中の炭化水素等の有機物は酸化されて二酸化炭素および水となり、白金等の貴金属は還元されて酸化剤ガス排出配管２１の内面に固定化される。以上のことから、燃料電池３０から排出される水を浄化できるとともに、貴金属を回収することができる。なお、酸化剤ガス排出配管２１の内面に固定化された貴金属は、酸等に溶かして回収することができる。
【００２０】
なお、光源２１２は、光触媒２１１の触媒機能を高める波長を有していることが好ましい。例えば、光触媒２１１が酸化チタンからなる場合、光源２１２は４００ｎｍ以下の波長を持つ紫外光を照射する光源であることが好ましい。また、光触媒２１１がチタン酸ストロンチウムからなる場合、光源２１２は３８０ｎｍ以下の波長を持つ紫外光を照射する光源であることが好ましい。このように、光触媒２１１として用いる触媒に応じて、光源２１２を選択してもよい。
【００２１】
図２は、酸化剤ガス排出配管２１の他の例を示す図である。図２（ａ）に示すように、光源２１２および光触媒２１１の両方とも酸化剤ガス排出配管２１の内面に沿って設けられていてもよい。この場合、光触媒２１１を光源２１２と対向する位置に配置することによって、光触媒２１１の触媒機能を向上させることができる。また、図２（ｂ）に示すように、光触媒２１１は、酸化剤ガス排出配管２１の断面に設けられた活性炭等の多孔質材料に担持されていてもよい。また、図２（ｃ）に示すように、酸化剤ガス排出配管２１の一部がガラス等の光透過部材２１３によって構成されていてもよい。この場合、太陽光等の外部光は、光透過部材２１３を透過して光触媒２１１に照射される。それにより、光源２１２に必要な電力が不要になる。
【００２２】
以上のように、酸化剤ガス排出配管２１に光触媒とこの光触媒に光を供給するための光供給手段とが設けられていれば、本発明の効果が得られる。なお、生成水は酸化剤ガス排出配管２１の内面に沿って流動することから、光触媒２１１は酸化剤ガス排出配管２１の内面に設けられていることが好ましい。
【００２３】
また、本実施例においては光触媒と光供給手段が酸化剤排出配管２１に設けられているが、燃料ガス排出配管２２に設けられていてもよい。すなわち、反応ガスの少なくともいずれかの排出配管に光触媒と光供給手段が設けられていれば、本発明の効果が得られる。また、固体高分子型燃料電池以外の燃料電池（例えば、ダイレクトメタノール型燃料電池）を用いても、排出された生成水を浄化することができるとともに貴金属の回収を行うことができる。
【００２４】
なお、本実施例においては、酸化剤ガス排出配管３１が反応ガス排出配管および燃料電池配管に相当し、光源２１２および光透過部材２１３が光供給手段に相当する。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の第１実施例に係る燃料電池システムについて説明するための図である。
【図２】酸化剤ガス排出配管の他の例を示す図である。
【符号の説明】
【００２６】
２０  反応ガス排出配管部
２１  酸化剤ガス排出配管
３０  燃料電池
３１  セル
１００  燃料電池
２１１  光触媒
２１２  光源
２１３  光透過部材
【図１】
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【図２】
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