(57)【要約】【課題】補器や特別の電源などを搭載する必要がなく、簡便にアノード室に蓄積する不純成分を低減することができる燃料電池システムを提供する。【解決手段】水素を供給する水素供給室を有する水素供給部２０と、固体高分子電解質膜１１を挟んでカソード極及びアノード極を有すると共に前記水素供給部２０から前記アノード極側のアノード室１８へ供給される水素を大気から前記カソード極側のカソード室へ供給される酸素と電気化学反応させて発電する発電部１０とを具備する燃料電池システム１であって、前記水素供給部２０が前記発電部１０に対して交換可能に設けられており、前記アノード室１８に入り込む不純成分を低減するための吸着手段３０が前記水素供給部２０に設けられている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素を供給する水素供給室を有する水素供給部と、固体高分子電解質膜を挟んでカソード極及びアノード極を有すると共に前記水素供給部から前記アノード極側のアノード室へ供給される水素を大気から前記カソード極側のカソード室へ供給される酸素と電気化学反応させて発電する発電部とを具備する燃料電池システムであって、
前記水素供給部が前記発電部に対して交換可能に設けられており、前記アノード室に入り込む不純成分を低減するための吸着手段が前記水素供給部に設けられていることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記吸着手段は、前記発電部の大気取込口を覆うように設けられて前記カソード室へ取り込まれる大気の不純成分を低減するものであ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】
前記水素供給部は、水素発生反応を起こす水素発生物質が格納される反応室を具備し、この反応室が前記水素供給室であることを特徴とする請求項２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記吸着手段は、前記アノード室へ連通する前記水素供給室又は当該水素供給室と前記アノード室との連通路に設けられて前記カソード室からの前記固体高分子電解質膜を介して前記アノード室へ導入された不純成分を低減するものであ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５】
前記水素供給部は、水素発生反応を起こす水素発生物質が格納される反応室を具備し、この反応室が前記水素供給室であり、前記吸着手段が前記反応室内に設けられていることを特徴とする請求項４に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記水素供給部は、水素発生反応を起こす水素発生物質が格納される反応室を具備し、この反応室が前記水素供給室であり、前記連通路に設けられていることを特徴とする請求項４に記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記連通路は、前記アノード室を介して前記固体高分子電解質膜に相対向する開口を有するものであり、前記吸着手段が当該連通路の前記開口近傍に設けられていることを特徴とする請求項４又は６に記載の燃料電池システム。
【請求項８】
前記吸着手段が、活性炭及びゼオライトから選択される少なくとも一種の吸着材を含むことを特徴とする請求項１〜７の何れか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項９】
前記吸着手段が、半透膜を介して隔離された水溶液からなる吸収部材を含むことを特徴とする請求項１〜８の何れか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項１０】
前記吸着手段は、前記発電部での発電に伴って生成した生成水を吸収する作用を有することを特徴とする請求項１〜９の何れか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項１１】
前記吸着手段は、前記発電部のケーシングや部品に用いた金属及び樹脂から溶出した成分を吸着する作用を有することを特徴とする請求項１〜１０の何れか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項１２】
前記吸着手段は、前記大気中の成分が変質した成分を吸着する作用を有することを特徴とする請求項１〜１１の何れか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項１３】
前記吸着手段は、前記発電部での電気化学反応のための触媒を担持する炭素又は集電部材の炭素が酸化されて形成される酸化成分を吸着する作用を有することを特徴とする請求項１〜１２の何れか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項１４】
前記不純成分が、窒素を含むことを特徴とする請求項１〜１３の何れか１項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、固体高分子電解質膜を用いた発電部で水素を利用して発電する燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
固体高分子電解質膜を挟んでアノード極とカソード極とを有する発電部を具備する燃料電池システムにおいては、例えば、電解質膜からのクロスオーバー等によって、発電部のアノード室内に窒素ガスや酸素ガスなどの不純ガス（不純成分）が混入してしまうことがある。この不純ガスは、発電時の出力低下や電解質膜と接合される電極触媒の劣化要因となるため、所定のタイミングで、発電部のアノード内をパージするなどしてアノード室内の不純ガスを排出して水素濃度を高める必要がある。また、アノード室内に混入する不純ガスは、アノード室内だけでなくアノード室に接続されている空間、例えば、燃料を改質して水素を発生させる水素発生器（改質器）の空間にまで拡散してしまう。このため、アノード室内と共にアノード室に接続されている空間についても、アノード室と同様にパージ等を行う必要がある。但し、未反応ガス成分を含む状態で燃料ガスを排気すると燃料の利用効率が低下するため、補器を用いてアノード室内のガスを循環させて燃料ガスの利用効率を向上させた上でパージを行っていた。例えば、補器としてコンプレッサを用いてパージするシステムが提案されている（特許文献１、２など参照）。また、窒素が混入した燃料ガスを流通させる燃料オフガス流路を設けて窒素補足手段を設けた技術が開示されている（特許文献３参照）。
【０００３】
このように補器を用いて窒素を低減するシステムは、補器の体積や重量の占める割合が大きく、携帯機器用などの小型燃料電池システムには不向きである。
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１００９６７号公報
【特許文献２】特開２００５−２９４１０７号公報
【特許文献３】特開２００５−３５３３０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、補器や特別の電源などを搭載する必要がなく、簡便にアノード室に蓄積する不純成分を低減することができる燃料電池システムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決する本発明の第１の態様は、水素を供給する水素供給室を有する水素供給部と、固体高分子電解質膜を挟んでカソード極及びアノード極を有すると共に前記水素供給部から前記アノード極側のアノード室へ供給される水素を大気から前記カソード極側のカソード室へ供給される酸素とを電気化学反応させて発電する発電部と具備する燃料電池システムであって、前記水素供給部が前記発電部に対して交換可能に設けられており、前記アノード室に入り込む不純成分を低減するための吸着手段が前記水素供給部に設けられていることを特徴とする燃料電池システムにある。
【０００７】
かかる第１の態様では、吸着手段により不純成分が吸着されることにより、アノード室に蓄積する不純成分が低減され、且つ吸着手段は水素供給部と共に交換される。
【０００８】
本発明の第２の態様は、前記吸着手段は、前記発電部の大気取込口を覆うように設けられて前記カソード室へ取り込まれる大気の不純成分を低減するものであることを特徴とする第１の態様に記載の燃料電池システムにある。
【０００９】
かかる第２の態様では、窒素成分が吸着され窒素などの不純成分が低減された大気がカソード室に導入されるので、アノード室に蓄積される不純成分が低減される。
【００１０】
本発明の第３の態様は、前記水素供給部は、水素発生反応を起こす水素発生物質が格納される反応室を具備し、この反応室が前記水素供給室であることを特徴とする第２の態様に記載の燃料電池システムにある。
【００１１】
かかる第３の態様では、水素供給部は水素発生物質の水素発生反応による水素を供給するものであり、水素発生物質が消耗した時点で水素発生物質と共に吸着手段が交換される。
【００１２】
本発明の第４の態様は、前記吸着手段は、前記アノード室へ連通する前記水素供給室又は当該水素供給室と前記アノード室との連通路に設けられて前記カソード室からの前記固体高分子電解質膜を介して前記アノード室へ導入された不純成分を低減するものであることを特徴とする第１の態様に記載の燃料電池システムにある。
【００１３】
かかる第４の態様では、アノード室側に入り込んだ不純成分が、吸着手段により吸着され、低減される。
【００１４】
本発明の第５の態様は、前記水素供給部は、水素発生反応を起こす水素発生物質が格納される反応室を具備し、この反応室が前記水素供給室であり、前記吸着手段が前記反応室内に設けられていることを特徴とする第４の態様に記載の燃料電池システムにある。
【００１５】
かかる第５の態様では、水素供給部は水素発生物質の水素発生反応による水素を供給するものであり、反応室内に設けられた吸着手段によりアノード室側に入り込んだ不純成分が吸着され低減される。
【００１６】
本発明の第６の態様は、前記水素供給部は、水素発生反応を起こす水素発生物質が格納される反応室を具備し、この反応室が前記水素供給室であり、前記連通路に設けられていることを特徴とする第４の態様に記載の燃料電池システムにある。
【００１７】
かかる第６の態様では、水素供給部は水素発生物質の水素発生反応による水素を供給するものであり、反応室とアノード室との間の連通路に設けられた吸着手段によりアノード室側に入り込んだ不純成分が吸着され低減される。
【００１８】
本発明の第７の態様は、前記連通路は、前記アノード室を介して前記固体高分子電解質膜に相対向する開口を有するものであり、前記吸着手段が当該連通路の前記開口近傍に設けられていることを特徴とする第４又は６の態様に記載の燃料電池システムにある。
【００１９】
かかる第７の態様では、アノード室を介して固体高分子電解質膜に相対向するように開口した連通路に吸着手段が設けられ、アノード室に入り込んだ不純成分を効率的に吸着する。
【００２０】
本発明の第８の態様は、前記吸着手段が、活性炭及びゼオライトから選択される少なくとも一種の吸着材を含むことを特徴とする第１〜７の何れかの態様に記載の燃料電池システムにある。
【００２１】
かかる第８の態様では、吸着材が不純成分を吸着し、アノード室に蓄積される不純成分が低減される。
【００２２】
本発明の第９の態様は、前記吸着手段が、半透膜を介して隔離された水溶液からなる吸収部材を含むことを特徴とする第１〜８の何れかの態様に記載の燃料電池システムにある。
【００２３】
かかる第９の態様では、吸収部材が不純成分を吸収し、アノード室に蓄積される不純成分が低減される。
【００２４】
本発明の第１０の態様は、前記吸着手段は、前記発電部での発電に伴って生成した生成水を吸収する作用を有することを特徴とする第１〜９の何れかの態様に記載の燃料電池システムにある。
【００２５】
かかる第１０の態様では、吸着手段により発電に伴って生成した生成水も吸収される。
【００２６】
本発明の第１１の態様は、前記吸着手段は、前記発電部のケーシングや部品に用いた金属及び樹脂から溶出した成分を吸着する作用を有することを特徴とする第１〜１０の何れかの態様に記載の燃料電池システムにある。
【００２７】
かかる第１１の態様では、吸着手段により発電部のケーシングや部品に用いた金属及び樹脂から溶出した成分も吸着される。
【００２８】
本発明の第１２の態様は、前記吸着手段は、前記大気中の成分が変質した成分を吸着する作用を有することを特徴とする第１〜１１の何れかの態様に記載の燃料電池システムにある。
【００２９】
かかる第１２の態様では、吸着手段により大気中の成分が変質した成分、例えば、過酸化水素が吸着される。
【００３０】
本発明の第１３の態様は、前記吸着手段は、前記発電部での電気化学反応のための触媒を担持する炭素又は集電部材の炭素が酸化されて形成される酸化成分を吸着する作用を有することを特徴とする第１〜１２の何れかの態様に記載の燃料電池システムにある。
【００３１】
かかる第１３の態様では、吸着手段により触媒を担持する炭素が酸化されて形成される成分、例えば、一酸化炭素、二酸化酸素などが吸着される。
【００３２】
本発明の第１４の態様は、前記不純成分が、窒素を含むことを特徴とする第１〜１３の何れかの態様に記載の燃料電池システムにある。
【００３３】
かかる第１４の態様では、不純成分としての窒素成分が吸着手段により吸着される。
【発明の効果】
【００３４】
以上のように本発明では、交換可能に設けられた水素供給部に吸着手段を設けてアノード室に蓄積する不純成分を低減するようにしたので、補器や電源を必要とすることなく、継続してアノード室内の不純成分の蓄積を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００３６】
（実施形態１）
図１は、実施形態１に係る燃料電池システムの構成を示す概略図である。
【００３７】
図１に示すように、本実施形態に係る燃料電池システム１は、発電部１０と、水素供給部２０とで構成され、水素供給部２０に吸着手段３０を具備するものである。
【００３８】
発電部（発電セル）１０は、固体高分子電解質膜１１と、この一方面側にアノード極として順次設けられたアノード触媒１２、アノードガス拡散電極１３及びアノード集電体１４と、他方面側にカソード極として設けられたカソード触媒１５、カソードガス拡散電極１６及びカソード集電体１７とを具備する。アノードガス拡散電極１３のアノード集電体１４が設けられた面はアノード室１８内に配置され、アノード室１８は、水素供給部２０へ連通路となる連通部１９に連通している。一方、カソードガス拡散電極１６のカソード集電体１７が設けられた面は大気に解放されている。なお、カソードガス拡散電極１６及びカソード集電体１７を収納するカソード室を設け、カソード室が大気に連通する構造としてもよい。
【００３９】
水素供給部２０は、例えば、水素発生反応を起こす水素発生物質が格納される反応室を具備するタイプ、水素吸蔵合金を具備するタイプなど種々のものが適用できるが、本発明では、アノード室１８に連通して水素をアノード室１８へ供給する水素供給室２１内に吸着手段３０を内蔵するものである。また、水素供給部２０は、発電部１０に対して交換可能に設けられていることが前提であり、発電部１０と水素供給部２０とは接続部５１で物理的に連結され、Ａ−Ａ線で示される部分から脱着し、また、接続可能となる。また、水素供給部２０は、発電部１０のアノード室１８に連通路となる連通部２２を介して連通部１９と連通するようになっており、これらの連通は、接続部５１を介しての発電部１０と水素供給部２０との連結により実現できるようになっている。なお、アノード室１８と水素供給室とを連通するため水素の供給が十分にできなくなった時点で、新しいものと交換するものであり、吸着手段３０も同時に交換されることになる。
【００４０】
ここで、水素供給部２０の一例として、水素発生反応を起こす水素発生物質が格納される反応室を具備するタイプを例示して説明する。
【００４１】
図２は、水素発生反応を起こす水素発生物質が格納される反応室を具備するタイプの一例の概略構成を示すものである。図２に示すように、水素供給部２０は、例えば、水素発生触媒溶液４１が貯蔵される溶液室４２と、水素発生物質４３が格納される反応室４４とを有し、これら溶液室４２と反応室４４とは連結管４５によって接続されている。また、この連結管４５には、溶液室４２内の水素発生触媒溶液４１を反応室４４に供給するためのポンプ等である溶液供給手段４６が設けられている。そして、溶液室４２内の水素発生触媒溶液４１が、溶液供給手段４６によって連結管４５を介して反応室４４に送られ、反応室４４内で水素発生物質４３と水素発生触媒溶液４１とが反応（水素発生反応）することにより水素が発生する。この場合、反応室４４は、水素供給室２１となり、例えば、図示しない逆止弁などを介して連通部２２に連結しており、反応室４４で発生した水素が連通部２２、１９を介してアノード室１８に供給されるようになっている。
【００４２】
ここで、上述した吸着手段３０は、図２の例では、反応室４４内又は反応室４４から連通部２２までの間に内蔵するようにする。
【００４３】
水素発生部２０で使用する水素発生物質４３としては、例えば、水素化ホウ素塩、水素化アルミニウム塩、水素化ホウ素ナトリウム、水素化ホウ素リチウム、水素化アルミニウムリチウム等が挙げられ、特に、水素化ホウ素ナトリウムが好ましい。水素発生触媒としては、例えば、硫酸、リンゴ酸、クエン酸水等が挙げられ、特に、リンゴ酸が好ましい。これら水素発生物質及び水素発生触媒は、特に限定されるものではなく、水素発生物質は加水分解型の金属水素化物であれば全て適用可能であり、水素発生触媒は、例えば、有機酸および無機酸あるいはルテニウム等、水素発生触媒であれば全て適用可能である。さらに、水素発生物質が水素化ホウ素ナトリウム水溶液で水素発生触媒がリンゴ酸粉末というように、水素発生物質と水素発生触媒の組み合わせは、混合することによって水素を発生する物質であれば全て適用可能である。また、このタイプの水素発生部２０は、金属と塩基性あるいは酸性水溶液との反応によって水素を得るものであってもよい。さらに、アルコール、エーテル、ケトン類を水蒸気改質して水素を得るメタノール改質型や、ガソリン、灯油、天然ガスといった炭化水素を水蒸気改質して水素を得る炭化水素改質型など、加水により水素を発生する構成であってよい。
【００４４】
本発明において、吸着手段３０は、最低限、カソード側から固体高分子電解質膜１１を透過してアノード室１８に入り込んで蓄積する窒素ガスなどの不純成分を低減する作用を有するものであり、詳細は後述するが、本実施形態においては、吸着手段３０として活性炭を用いた吸収材を用いている。活性炭を用いた吸収材としては、活性炭をバインダー等により製剤、成形したものを用いてもよく、また、粉末状の活性炭を通気性容器に収納したものなどを用いてもよい。
【００４５】
このような燃料電池システムにおいては、アノード室１８が密閉構造となり、アノード室１８及びこれに連通する水素供給室２１を開放的な１室のキャビティーにすることで、カソード側からアノード室１８に侵入した、除外する対象の物質である窒素などの不純成分の濃度勾配による拡散が促進され、吸着手段３０に到達した窒素などの不純成分がガス分圧に見合う分だけ吸収手段に３０に吸着する。すなわち、燃料ガスである水素も同時に吸着手段に吸着されるが、水素はその後も生成されるので、結果的にアノード室１８内の窒素などの不純成分が低減することになる。また、窒素などの不純成分の蓄積量を考慮して吸着手段３０として用いた、例えば、活性炭の量を制御することにより、アノード室１８内の窒素などの不純成分の分圧は規定の濃度以上にならず、水素濃度を高い状態を保つことができ、燃料電池の性能の低下することがないという効果を奏する。また、吸着手段３０は、燃料カートリッジである水素供給部２０の交換と共に定期的に交換されるので、補器を用いず、省力化した状態で、窒素などの不純成分を永久的に除去することができるという利点がある。
【００４６】
図３は、このような燃料電池システム１における不純成分の一例である不純物ガス濃度、すなわち、窒素ガス濃度の経時的な変化を表すグラフである。燃料カートリッジである水素供給部２０の交換寿命と吸着手段３０の吸着能力を調整することにより、不純物ガス濃度を燃料カートリッジである水素供給部２０の交換時期まで、不純物ガス濃度が不純物ガス濃度限界、例えば、５０％を超えないように設定すればよい。これにより、吸着手段３０として活性炭などの吸着材は、水素の供給量が限界となる時点で吸着の限界に達するように設定することができるので、吸着材を過剰に用いる必要がなく、最低限度の吸着材量を用いることができるので、吸着材収納部の体積が大きくならず、軽量化可能となるという利点もある。
【００４７】
（実施形態２）
図４は、実施形態２に係る燃料電池システム１Ａの概略構成を示すものであり、実施形態１と同一作用を示す部材には同一符号を付して重複する説明は省略する。
【００４８】
この燃料電池システム１Ａは、基本的には実施形態１と同様な構成を有し、発電部１０Ａと、水素供給部２０Ａとで構成され、水素供給部２０Ａに吸着手段３０Ａを具備するものであり、発電部１０Ａと水素供給部２０Ａとは接続部５１Ａを介して物理的に着脱自在に接続されており、Ｂ−Ｂ線の部分で分離される。但し、実施形態１と異なるのは、アノード室１８Ａの図中下側に空間６１が設けられ、空間６１内に水素供給部２０Ａの水素供給室２１Ａに連通する挿入室２３が挿入される構造となっており、挿入室２３内に吸着手段３０Ａが収納されている。よって、挿入室２３の外周面全体又は図中上側面がアノード室１８Ａとの連通部２２Ａとなっており、アノード室１８Ａの図中下側の挿入室２３に対向する面が連通部１９Ａとなっている。
【００４９】
ここで、挿入室２３は、水素供給室２１Ａをアノード室１８Ａと連通する連通路となり、少なくとも図中上面側に設けられた連通部２２Ａが連通路である挿入室２３の開口となる。挿入室２３及び開口は、固体高分子電解質膜１１の面方向全体に相対向するように設けられてもよいし、面方向の一部のみに相対向するように設けられてもよいが、固体高分子電解質膜１１の面方向全体に相対向するように設けられているのが好ましい。アノード室１８Ａから拡散する不純物ガスを吸着手段３０Ａにより有効に捕獲することができるからである。
【００５０】
（実施形態３）
図５は、実施形態３に係る燃料電池システム１Ｂの概略構成を示すものであり、実施形態１と同一作用を示す部材には同一符号を付して重複する説明は省略する。
【００５１】
この燃料電池システム１Ｂは、基本的には実施形態１と同様な構成を有し、発電部１０Ｂと、水素供給部２０Ｂとで構成され、水素供給部２０Ｂに吸着手段３０Ｂを具備するものである。この実施形態では、接続部５１Ｂの具体的構造の一例を例示しており、水素供給部２０Ｂの接続部５２の連通部２２Ｂとなる開口部には隔壁２４を設け、発電部１０Ｂ側の接続部５３には接続部５２の開口部に挿入されることにより隔壁２４を破るための突出部（ノッチ）６２を設けたものである。また、突出部６２は筒状形状となっており、その内部の通路がアノード室１８Ｂとの連通部１９Ｂとなっている。
【００５２】
これにより、交換するための新しい燃料カートリッジである水素供給部２０Ｂは隔壁２４により密封され、接続部５２を発電部１０Ｂの接続部５３に接続することにより、突出部６２が隔壁２４を破って開口部内に挿入され、連通部２２Ｂと連通部１９Ｂとを介して水素供給室２１Ｂとアノード室１８Ｂとが連通されることになる。
【００５３】
（実施形態４）
図６は、実施形態４に係る燃料電池システム１Ｃの概略構成を、図７はその拡大した要部を示すものであり、実施形態３と同一作用を示す部材には同一符号を付して重複する説明は省略する。
【００５４】
この燃料電池システム１Ｃは、基本的には実施形態３と同様な構成を有し、発電部１０Ｃと、水素供給部２０Ｃとで構成され、水素供給部２０Ｃに吸着手段３０Ｃを具備するものである。この実施形態では、接続部５１Ｃの具体的構造の一例を例示しており、水素供給部２０Ｃの接続部５２Ａの連通部２２Ｃとなる開口部には隔壁２４Ａを設け、発電部１０Ｃ側の接続部５３Ａには接続部５２Ａの開口部に挿入されることにより隔壁２４Ａを破るための突出部（ノッチ）６２Ａを設けた点は、実施形態３と同様である。また、本実施形態では、突出部６２Ａ内の連通部１９Ｃのアノード室１８Ｃ側の端部を封止する可動バルブ６３と、可動バルブ６３をアノード室１８Ｃ内から突出部６２Ａの先端方向に付勢するように作用するバネ部材６４とを設け、非接続時においては連通部１９Ｃが封止されるようにしたものである。一方、水素供給部２０Ｃの隔壁２４Ａの後方である連通部２２Ｃ内には、突出部６２Ａが隔壁２４Ａを破って連通部２２Ｃ内に侵入した際に、連通部１９Ｃ内に挿入されて先端で可動バルブ６３を付勢し、完全な接続状態ではバネ部材６４のバネ力に抗して可動バルブ６３を移動させる突起２５が設けられている。
【００５５】
これにより、発電部１０Ｃ及び水素供給部２０Ｃは、非接続時には両者とも外界と隔離され、接続時に初めて連通部２２Ｃ及び連通部１９Ｃを介して水素供給室２１Ｃとアノード室１８Ｃとを連通されるようになる。
【００５６】
（実施形態５）
図８は、実施形態５に係る燃料電池システム１Ｄの概略構成を示すものであり、実施形態１と同一作用を示す部材には同一符号を付して重複する説明は省略する。
【００５７】
この燃料電池システム１Ｄは、基本的には実施形態１と同様な構成を有し、発電部１０Ｄと、水素供給部２０Ｄとで構成され、水素供給部２０Ｄに吸着手段３０Ｄを具備するものであり、発電部１０Ｄと水素供給部２０Ｄとは接続部５１Ｄを介して物理的に着脱自在に接続されており、Ｃ−Ｃ線の部分で分離される。
【００５８】
すなわち、実施形態１と異なるのは、アノード室１８Ｄの図中下側の隔壁側に水素供給部２０Ｄが接続されており、アノード室１８Ｄの連通部１９Ｄに相対向して吸着手段３０が配置されている。なお、吸着手段３０Ｄが配置されていない領域が水素供給室２１Ｄの連通部２２Ｄとなる。
【００５９】
このような構成とすることにより、発電セルとの温度差が生じて結露しやすいアノード室１８Ｄの外部との隔壁側に水素供給部２０Ｄを接続するようにて結露を防止することができ、また、アノード室１８Ｄの隔壁に吸着手段３０Ｄを配置し、不純物ガスの低減を効率的に行うことができる。
【００６０】
（実施形態６）
図９は、実施形態６に係る燃料電池システム１Ｅの概略構成を示すものである。上述した実施形態ではアノード室側に移動した不純物ガスを吸着して吸着するようにしたが、本実施形態では、カソードに導入される不純物ガスを低減するようにしたものである。なお、実施形態１と同一作用を示す部材には同一符号を付して重複する説明は省略する。
【００６１】
この燃料電池システム１Ｅは、基本的には実施形態１と同様な構成を有し、発電部１０Ｅと、水素供給部２０Ｅとで構成され、水素供給部２０Ｅに吸着手段３０Ｅを具備するものであるが、発電部１０Ｅにはカソードガス拡散電極１６及びカソード集電体１７を収納するカソード室７１が設けられており、カソード室７１の水素供給部２０Ｅ接続側が連通部７２となっている。一方、水素供給部２０Ｅには水素供給室２１Ｅとは独立する大気開放室２６が設けられており、この大気開放室２６内に吸着手段３０Ｅが収納されている。大気開放室２６は大気開放部２７を具備すると共に、水素供給部２０Ｅと発電部１０Ｅとの接続状態でカソード室７１の連通部７２に連通するようになっており、カソード室７１が連通部７２を介して大気開放室２６に連通し、さらに、吸着手段３０Ｅを通過して大気開放部２７を介して大気に連通する構造となっている。これにより、カソード室７１は、吸着手段３０Ｅを介して大気に開放されている。なお、発電部１０Ｅと水素供給部２０Ｅとが接続状態となると、アノード室１８Ｅと水素供給室２１Ｅとは連通部１９Ｅ、２２Ｅを介して連通されるようになっている。
【００６２】
これにより、カソード室７１内に導入される大気からの窒素などの不純成分が低減され、この結果、アノード室１８Ｅへ蓄積される窒素などの不純成分が低減される。
【００６３】
このような燃料電池システム１Ｅにおいても、窒素の蓄積量を考慮して吸着手段３０Ｅとして用いた、例えば、活性炭の量を制御することにより、アノード室１８Ｅ内の窒素などの不純成分の分圧は規定の濃度以上にならず、水素濃度を高い状態を保つことができ、燃料電池の性能の低下することがないという効果を奏する。また、吸着手段３０Ｅは、燃料カートリッジである水素供給部２０の交換と共に定期的に交換されるので、補器を用いず、省力化した状態で、窒素などの不純成分を永久的に除去することができるという利点がある点も上述した実施形態と同様である。
【００６４】
また、このようにカソード室７１に導入される大気から不純物ガスを低減する構成において、さらに、上述した実施形態のようにアノード室から不純物ガスを低減する構成を付加してもよいことはいうまでもない。
【００６５】
（実施形態７）
図１０は、実施形態７に係る燃料電池システム１Ｆの概略構成を示すものである。この実施形態の燃料電池システム１Ｆは、実施形態６の改良であり、実施形態７と同一作用を示す部材には同一符号を付して重複する説明は省略する。
【００６６】
この燃料電池システム１Ｆは、基本的には実施形態６と同様な構成を有し、発電部１０Ｆと、水素供給部２０Ｆとで構成され、水素供給部２０Ｆに吸着手段３０Ｆを具備するものである。また、発電部１０Ｅにカソードガス拡散電極１６及びカソード集電体１７を収納するカソード室７１Ａが設けられ、カソード室７１Ａの水素供給部２０Ｆ接続側が連通部７２Ａとなっている点も同様であるが、カソード室７１Ａはさらに逆止弁７３を介して大気に連通されている。一方、水素供給部２０Ｆには水素供給室２１Ｆとは独立する大気開放室２６Ａが設けられ、この大気開放室２６Ａ内に吸着手段３０Ｆが収納されており、大気開放室２６Ａは大気開放部２７Ａを具備する点も同様である。なお、発電部１０Ｆと水素供給部２０Ｆとが接続状態となると、アノード室１８Ｆと水素供給室２１Ｆとは連通部１９Ｆ、２２Ｆを介して連通されるようになっている。
【００６７】
このような構成では、カソード室７１Ａは、吸着手段３０Ｆを介して大気に開放されていると共に、逆止弁７３を介して大気と連通している。ここで、逆止弁７３は、カソード室７１Ａから大気へのガスの移動は許容するが、大気のカソード室７１Ａへの通過は規制するように動作するものであり、これにより、カソード室７１Ａ内の未反応物質などを大気に排出することができ、大気開放部２７Ａからの大気の取込みを促進することができる。
【００６８】
（他の実施形態）
以上、本発明の実施形態について説明したが、勿論本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。
【００６９】
また、上述した実施形態では、吸着手段として活性炭などの吸着材を使用する例を一例として説明したが、以下に、吸着手段について詳述する。
【００７０】
吸着手段は、上述したように、カソード側から固体高分子電解質膜を透過してアノード室に入り込んで蓄積する窒素などの不純成分を低減する作用を有するものであり、活性炭を用いた吸収材を例示したが、吸着材としては、活性炭の他、ゼオライトなどの多孔質吸着材を挙げることができる。
【００７１】
ここで、活性炭としては、特に限定されず、市販されている種々の活性炭、例えば、椰子殻などを用いることができる。また、水蒸気賦活、アルカリ賦活など活性化処理された活性炭を用いることもできる。また、活性炭の吸着能力に大きく影響する比表面積も特に限定されないが、９００ｍ２／ｇ以上、好ましくは１６００ｍ２／ｇの比表面積を有するものを用いるのが好ましい。
【００７２】
また、ゼオライトも市販されている各種ゼオライトを用いることができるが、特に、不純成分としての窒素ガスを吸着する能力が高い銅イオン交換ゼオライトを用いるのが好ましい。また、酸素と窒素とを吸着速度差で分離する分子篩ゼオライトを用いることもできる。
【００７３】
このような活性炭やゼオライトなどの粉末状の吸収材は、バインダー等により製剤、成形したものを用いてもよく、また、粉末状の活性炭を通気性容器、例えば、不織布に収納したものを配置するようにしてもよい。
【００７４】
また、吸着材は、予め、２５０℃以上での加熱処理や還元雰囲気で処理することで、不純物を除いた状態で用い、水素供給室に封入するのが好ましい。ここで、還元雰囲気で処理とは、例えば、水素ガスを用いて加熱することであり、不純物を除去することができる。
【００７５】
さらに、活性炭などの吸着材は吸着性を高めるためには冷却された状態が好ましいので、アルミニウム等の熱伝導性の高い材質に塗布して用い、吸着性を高めることができる。
【００７６】
吸着手段としては、吸着材の他、半透膜を介して隔離された水溶液からなる吸収部材を用いてもよい。ここで、水溶液としては特に限定されず、半透膜を介して不純物ガスが拡散するものであればよい。水溶液としては、アノード室内の逆拡散水を用いることができる。また、図２に示した水素発生設備においては、反応室内で水素発生物質と水素発生触媒溶液とが反応（水素発生反応）した後の廃液を用いることができる。すなわち、反応室内の反応領域とアノード室との連通部を半透膜で隔離するようにすれば、廃液を用いた吸着手段が実現できる。
【００７７】
さらに、吸着手段は、上述したように不純成分として窒素などの不純物ガスを吸着するほか、他の不要物質を吸着する作用を有してもよい。この場合、上述した吸着材や吸収部材にこのような作用を有する材料を用いてもよいし、上述した吸着材や吸収部材に付加して他の不要成分を吸着する作用を有する材料を用いてもよい。
【００７８】
不要成分としては、発電部での発電に伴って生成した生成水を挙げられるが、このような生成水を吸着する作用を有するようにしてもよい。
【００７９】
このような生成水は、半透膜を介して隔離された水溶液からなる吸収部材を吸着手段とした場合には濃度勾配がでるように設定すれば、同時に吸収される。
【００８０】
また、このような生成水を吸収するためには、ポリアクリル酸（ＰＡ）、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）などの高分子吸水材、生石灰（ＣａＯ）やアルカリ水酸化物（ＮａＯＨなど）など水和・潮解する材料、シリカゲルなどの吸湿材を吸収手段の一部として採用すればよい。
【００８１】
不要成分としては、発電部のケーシングや部品に用いた金属及び樹脂から溶出した成分を挙げることができるが、これらの成分は、場合によっては、生成水と共に吸着するようにすることができる。
【００８２】
また、このような成分は、例えば、上述したゼオライトなどの吸着材に吸着させることもでき、また、付加的に、架橋スチレン系の多孔質重合体 、メタクリル酸エステル重合体などのカチオン交換樹脂、又はキレート樹脂を吸着手段の一部として用いてもよい。
【００８３】
不要成分としては、発電により大気中の成分が変質した成分、例えば、カソード側、アノード側で、酸素から生成する過酸化水素が挙げられるが、これを吸着手段により同時に除去するようにしてもよい。このような過酸化水素は、上述した生成水と共に除去するようにしてもよいし、貴金属触媒や還元剤などを吸着手段として用いて分解してもよい。
【００８４】
また、不要成分としては、発電部のガス拡散電極に設けられた触媒を担持する炭素や集電部材の炭素が酸化されて生成する酸化成分、例えば、一酸化炭素、二酸化炭素などを挙げることができ、これを吸着手段により同時に除去するようにしてもよい。酸化成分、例えば、一酸化炭素や二酸化炭素は、生石灰やアルカリ溶液により吸収させるようにしてもよいし、上述した生成水と共に除去するようにしてもよいし、貴金属触媒や還元剤などを吸着手段として用いて分解してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】実施形態１に係る燃料電池システムの構成を示す概略図である。
【図２】水素供給部の一例の概略を示す側面図である。
【図３】実施形態１に係る燃料電池システムの不純物ガス濃度の変化を表すグラフである。
【図４】実施形態２に係る燃料電池システムの構成を示す概略図である。
【図５】実施形態３に係る燃料電池システムの構成を示す概略図である。
【図６】実施形態４に係る燃料電池システムの構成を示す概略図である。
【図７】図６の要部拡大図である。
【図８】実施形態５に係る燃料電池システムの構成を示す概略図である。
【図９】実施形態６に係る燃料電池システムの構成を示す概略図である。
【図１０】実施形態７に係る燃料電池システムの構成を示す概略図である。
【符号の説明】
【００８６】
１、１Ａ〜１Ｆ  燃料電池システム
１０、１０Ａ〜１０Ｆ  発電部
１８、１８Ａ〜１８Ｆ  アノード室
２０、２０Ａ〜２０Ｆ  水素供給部
２１、２１Ａ〜２１Ｆ  水素供給室
３０、３０Ａ〜３０Ｆ  吸着手段
【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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