(57)【要約】【課題】燃料電池発電システムの冷却用循環水に含まれるフッ素成分を除去して当該システムの送水ラインの金属製配管等の耐久性を向上させる。【解決手段】上記課題を解決する燃料電池システムは、燃料電池本体４と、その燃料電池本体４に水を供給するラインと燃料電池本体から水を排出するラインとから実質的に構成される送水ライン８と、その送水ライン８の少なくとも一部に設けられ、該送水ライン８を流れる水からフッ素成分を吸収するフッ素吸収装置６とを備える。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池本体と、
その燃料電池本体に水を供給するラインと燃料電池本体から水を排出するラインとから実質的に構成される送水ラインと、
その送水ラインの少なくとも一部に設けられ、該送水ラインを流れる水からフッ素成分を吸収するフッ素吸収装置と、
を備えた燃料電池システム。
【請求項２】
前記フッ素吸収装置は、前記送水ラインを流れる水に接触するように設けられたフッ素吸収材を備えている、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記フッ素吸収装置は、
前記送水ラインの一部を構成する送水路と、該送水路内に配置されたフッ素吸収材とを備えており、
該送水ラインに交換可能に装着されるカートリッジタイプである、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記フッ素吸収材は、ハイドロキシアパタイトを主体に構成されている、請求項２又は３に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記フッ素吸収材は、櫛型多面形状、多管筒形状及びビーズ形状のなかから選ばれるいずれかの形状に形成されている、請求項２〜４のいずれかに記載の燃料電池システム。
【請求項６】
送水路と該送水路内に配置されたフッ素吸収材とを備え、
その送水路が燃料電池本体に接続される送水ラインの一部を構成するようにして、該送水ラインに交換可能に装着されるカートリッジタイプの燃料電池システム用フッ素吸収装置。
【請求項７】
前記フッ素吸収材は、ハイドロキシアパタイトを主体に構成されている、請求項６に記載のフッ素吸収装置。
【請求項８】
前記フッ素吸収材は、櫛型多面形状、多管筒形状及びビーズ形状のなかから選ばれるいずれかの形状に形成されている、請求項６又は７に記載のフッ素吸収装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、燃料電池を備えた発電設備（以下、単に「燃料電池システム」という。）に関し、詳しくは、燃料電池システムに装着されるフッ素吸収装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】燃料電池システムは、メタノールやガソリン等の燃料を改質して得た水素を燃料電池の負極（燃料極）に供給するとともに、正極（空気極）に空気（酸素）を供給し、電池（セル）内で水素と酸素の電気化学的反応を生じさせることによって電気を得ている。なかでも、電解質として水素イオン伝導性の高分子膜を採用したいわゆる高分子電解質型燃料電池（ＰＥＦＣ）を主体とするものは、コンパクトで高効率の発電システムを形成し易く、次世代自動車等の動力源として期待されている。
【０００３】
かかる高分子電解質型燃料電池では、一般に、パーフルオロ型のフッ素樹脂系イオン交換膜（例えばイオン交換基としてスルホン酸基を有するパーフルオロカーボンスルホン酸構造の膜）が高分子電解質膜として使用されている。この種の膜は、十分な水素イオンの伝導性を確保するため、膜中に保水することが不可欠である。
一方、高分子電解質型燃料電池の最適な作動温度は、８０℃〜１００℃程度である。このため、この種の燃料電池には一般に冷却水が導入される。
【０００４】
上記のように、高分子電解質型燃料電池を主体とする発電システムでは、高分子膜を保水したり、冷却したりする必要から、さらには空気極側で生成する水を排出する必要から、燃料電池本体（スタック）と接続する送水ラインが設けられている。送水ラインは、燃料電池本体に水を供給するラインと燃料電池本体から水を排出するラインとから実質的に構成される。
【０００５】
近年、燃料電池システムをよりコンパクトに設計するため、かかる送水ラインをできるだけシンプルに設ける工夫がなされている。例えば、特開平６−２７５２８４号公報には、ガスセパレータに設けられた冷却水通路に供給された冷却水の一部を電池（セル）の燃料極側に供給するとともに空気極側において生成した水を冷却水通路に誘導する構成の高分子電解質型燃料電池が記載されている。
この種の燃料電池を構成要素とする発電システムでは、冷却水を給排水する一の送水ラインを設けることによって、燃料電池への冷却水の給排水、膜の保水、生成水の排出を同時に実現することができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ところで、高分子電解質型燃料電池を主体とする発電システムを自動車のような周囲と隔離された狭いスペースに設置する場合、燃料電池本体に供給される冷却水は、送水ラインを介して所定の水供給源（タンク等）と燃料電池との間を循環させることが望ましい。また、送水ラインをシンプルにして自動車等に搭載する燃料電池システムをよりコンパクトなものにするには、かかる冷却水循環用送水ラインによって供給される水の一部を利用して高分子膜の保水を行ったり、或いは空気極側で生成した水を当該送水ラインに合流させて冷却水とともに循環させることが望ましい。
【０００７】
上記公報に記載されるような、燃料極に供給した水や空気極で生成した水を冷却水循環用送水ラインに合流させて冷却水とともに循環させる構成の燃料電池システムでは、以下のような問題があった。
すなわち、高分子電解質型燃料電池では、前述の通り、高分子電解質膜としてフッ素樹脂系のイオン交換膜が使用されており、典型的にはフッ素系樹脂から成る主鎖と、側鎖として水素イオン（プロトン）を付加することのできるスルホン酸基を有する。この種の膜は、保水（ウェット）状態で使用すると、主鎖からフッ素イオンが僅かに遊離し、周囲の水分子と反応してフッ化水素を生成する場合がある。そして、燃料極に供給した水や空気極で生成した水を合流させた冷却水を長期に亘ってシステム内を循環させて使用していると、冷却水中にフッ素イオンやフッ化水素等のフッ素成分が次第に蓄積されていく虞がある。かかるフッ素成分は、循環水（冷却水）のｐＨを低下させるとともに金属を腐食させる作用も強い。従って、水循環タイプの燃料電池システムの信頼性或いは耐用年数を向上させるためには、循環水にフッ素成分を蓄積させないことが重要である。
【０００８】
本発明は上記問題点に鑑みて創出されたものであり、循環水に含まれるフッ化水素等のフッ素成分により、燃料電池システムの金属製部分（例えば送水ラインを構成する配管）等が劣化するのを抑止することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段、作用及び効果】
上記目的を達成するため、本発明によって提供される燃料電池システムは、燃料電池本体（スタック）と、その燃料電池本体に水（水蒸気の形態であり得る。以下同じ。）を供給するラインと燃料電池本体から水（水蒸気の形態であり得る。以下同じ。）を排出するラインとから実質的に構成される送水ラインと、その送水ラインの少なくとも一部に設けられ、該送水ラインを流れる水からフッ素成分を吸収するフッ素吸収装置とを備えている。
この燃料電池システムでは、送水ラインのいずれかにフッ素吸収装置を設けておき、送水ラインを流れる水中からフッ素成分を吸収・除去することができる。このため、送水ライン等がフッ化水素等のフッ素成分により腐食されるのを抑止して、燃料電池システムの耐久性を向上させることができる。
【００１０】
上記構成の燃料電池システムとして好ましいものでは、前記フッ素吸収装置が前記送水ラインを流れる水に接触するように設けられたフッ素吸収材を備えている。
この構成のシステムでは、フッ素吸収材により、送水ラインを流れる水中からフッ素成分を吸収（典型的には吸着）して取り除くことができる。このため、循環水中のフッ素濃度の上昇を防止して、金属製配管等の腐食を効果的に抑止することができる。
【００１１】
また、本発明の燃料電池システムとして好ましい一つでは、前記フッ素吸収装置が前記送水ラインの一部を構成する送水路と、該送水路内に配置されたフッ素吸収材とを備えている。
また、フッ素吸収装置は、該送水ラインに交換可能に装着されるカートリッジタイプであることが特に好ましい。
フッ素吸収装置をカートリッジタイプとすることにより、容易にフッ素吸収装置を交換することができる。換言すれば、フッ素吸収装置をカートリッジ化することにより、フッ素吸収能が低下したフッ素吸収材の交換を容易に行うことが可能となり、高いフッ素成分吸収性能を維持することができる。従って、燃料電池システムの耐久性の向上とメンテナンス性の向上とを共に実現することができる。
【００１２】
また、本発明の他の側面として、カートリッジタイプのフッ素吸収装置を提供することができる。
このフッ素吸収装置は、送水路と該送水路内に配置されたフッ素吸水材とを備え、その送水路が燃料電池本体に接続される送水ラインの一部を構成するようにして、該送水ラインに交換可能に装着される。
かかるフッ素吸収装置を燃料電池システムの送水ラインに組み付けることにより、フッ素成分による送水ライン等（例えば配管、アクチュエータ）の腐食を防止して、燃料電池システムの耐久性を向上させることができる。
【００１３】
本発明のフッ素吸収装置に装着されるフッ素吸収材としては、ハイドロキシアパタイトを主体に構成されているものが好ましい。
ハイドロキシアパタイト（典型的にはＣａ１０（ＰＯ４）６（ＯＨ）２）は、水中のフッ素成分と反応して容易にフッ化アパタイト（典型的にはＣａ１０（ＰＯ４）６Ｆ２）となる。ハイドロキシアパタイトを含むフッ素吸収材を採用することによって、水中のフッ素成分を迅速且つ効率よく除去することができるフッ素吸収装置並びに該装置を備えた燃料電池システムを提供することができる。
【００１４】
また、好ましい本発明の燃料電池システムでは、上記フッ素吸収材は、櫛型多面形状、マルチチューブ形状及びビーズ形状のなかから選ばれるいずれかの形状に形成されている。このような形状にすると、フッ素吸収材の単位重量当たりの水接触面積を増大させることができる。このため、コンパクトで高効率のフッ素吸収装置並びに該装置を備えた燃料電池システムを提供することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施形態を説明する。なお、本明細書において特に言及している事項（例えばフッ素吸収装置の形態やフッ素吸収材の種類）以外の事柄であって本発明の実施に必要な事柄（例えば燃料電池システムの全体構成やその構築方法）は、当該分野における従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。本発明は、本明細書に開示されている内容と当該分野における技術常識とに基づいて実施することができる。
【００１６】
本発明に係る燃料電池システムは、フッ素吸収装置を送水ラインの一部に設けたことにより特徴付けられるものであり、システムを構成するその他の要素の形状や種類に特に制限はない。
例えば、自動車等のビヒクルに装備する燃料電池システムであれば、典型的には、燃料電池本体（スタック）と、この燃料電池本体に水素ガスを供給するための水素ガス供給源と、燃料電池本体に空気（酸素）を供給するための空気供給源と、前記燃料電池に冷却水等を給排水する送水ラインとを含む。送水ラインには好ましくは水供給源（タンク等）と各種アクチュエータ（ポンプ等）とが具備される。
而して、本発明を適用し得る典型的な燃料電池本体は、高分子電解質膜を介して一方の面に水素ガスが流通する負極部（燃料極部）と他方の面に空気が流通する正極部（空気極部）とを有する単位セルを複数積層して構成される。高分子電解質膜は、典型的には、上述したようなフッ素樹脂系イオン交換膜である。
【００１７】
本発明に係るフッ素吸収装置は、送水ラインを流れる水からフッ素成分（典型的にはフッ素イオン、フッ化水素）を除去するものであれば、その形状や構成物の種類に特に制限はない。
例えば、送水ライン（一時的に循環水を貯留するタンク等を包含する）を構成する配管の内壁面の一部にフッ素吸収（吸着）材を固定化した形態のものであってもよい。送水ラインの一部に交換可能に組み込まれるカートリッジタイプのフッ素吸収装置が好適である。
【００１８】
フッ素吸収装置の主体を成すフッ素吸収材は、水中のフッ素イオン、フッ化水素等のフッ素成分を吸収（典型的には吸着）し得る性質のものであれば、その作用機序に拘わらず採用することができる。
例えば、送水ラインの配管やタンクを構成している金属種よりもイオン化傾向の高い金属の化合物、典型的には水酸化カルシウム、塩化カルシウム等のカルシウム化合物（典型的には粉状又は粒状）をフッ素吸収材として使用することができる。この種の吸収材を含むフッ素吸収装置では、水中のフッ素イオンとカルシウムとが反応して析出したフッ化カルシウムを微細フィルタやアルミ系凝集剤等の固液分離手段によって捕捉することにより、送水ライン中のフッ素成分を除去することができる。
あるいは、フッ素吸着可能なイオン交換材やキレート材をフッ素吸収材として使用してもよい。例えば、ジルコニウムフェライト系のイオン交換材や、セリウム（Ｃｅ）を担持したフッ素キレート樹脂がこの種のフッ素吸収材として好ましい。
【００１９】
また、耐熱性が比較的高いセラミック材がフッ素吸収材として好適に使用され得る。この種のセラミック材としては、Ｆ−と置換され易い水酸基を有するセラミックスから成る材料が好ましい。フッ素吸着能が高く、種々の形状に成形容易である点でハイドロキシアパタイトが特に好適である。水との接触面積を増大させるという観点から、多孔質のハイドロキシアパタイト（典型的には針状結晶構造を有する）が特に好適である。
フッ素吸収材は、その全体が、フッ素吸収能を有する物質から構成されているものであってもよいが、送水ライン中の水と接触する部分にのみフッ素吸収能を有する物質が配置されたものであってもよい。例えば、機械的強度の高い支持体の表面にフッ素吸収能を有する物質（例えば上記キレート樹脂やハイドロキシアパタイト）がコーティングされた形態のフッ素吸収材であってもよい。
ハイドロキシアパタイト等のセラミック材は、それ自体の機械的強度が高く且つ成形加工性も良好であるため、当該セラミック材自体で種々の形状のフッ素吸収材を構成し得る。あるいは、シリカ等の他のセラミックから成る支持体（又は支持層）の表面に、ハイドロキシアパタイト等のフッ素吸着性セラミック材をコーティングしたものも好適である。例えば、シリカガラス層（支持層）とそのシリカガラス層の上面に形成されたハイドロキシアパタイト層とを有する二層形態のフッ素吸収材を、送水ラインを構成する配管（典型的にはステンレススチール製）の内壁に形成して構成されたフッ素吸収装置が本発明によって提供される。
【００２０】
【実施例】以下、本発明のいくつかの実施例を図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明の燃料電池システムの概略図、図２は図１の燃料電池システムを構成する燃料電池本体（スタック）の全体斜視図、図３は図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図、図４は図２の燃料電池スタックを構成する燃料電池の分解斜視図である。なお、以下の説明において各部の寸法比等は必ずしも正確に描かれていない。
【００２１】
この燃料電池システム１は、図１に示したように水素ガス供給源２、空気供給源３、燃料電池本体（スタック）４（以下、単に燃料電池４という）、水供給源（タンク）５、アクチュエータ（ポンプ）７、および、フッ素吸収装置としてのフッ素成分吸着カートリッジ６を備えた送水ライン８から大略構成されている。
【００２２】
水素ガス供給源２は、燃料電池４に燃料としての水素ガスを供給するためのものであり、たとえば液化水素ガスを充填した水素ボンベ、水素ガスを吸蔵した水素吸蔵合金などにより構成される。また、メタノールなどの炭化水素系の化合物を、水蒸気改質するなどして水素ガスを生成させる装置を構成し、これを水素ガス供給源としてもよい。
【００２３】
空気供給源３は、空気（酸素ガス）を燃料電池４に供給するためのものであり、たとえば公知のエアコンプレッサなどにより構成される。
【００２４】
燃料電池４は、図２に示したように複数の単位セル４０を直列的に積層した状態で、ボルトＢおよびナットＮを用いて、一対のエンドプレート４Ａの間に各単位セル４０を挟持した構成とされている。この燃料電池４は、燃料電池システム１が自動車用として構築される場合には、たとえばエンジンルーム内に配置される。
【００２５】
各単位セル４０は、図３および図４に示したように、正極部（空気極部）４１、負極部（燃料極部）４２、および電解部４３が、一対のプレート４４，４４（但し図３では４４，４７、４４，４８）の間に挟持された構成となっている。そして、隣り合う単位セル４０どうしは、１枚のプレート４４を共用するとともに、このプレート４４により実質的に仕切られている。
【００２６】
正極部４１および負極部４２は、集電体４１ａ，４２ａと触媒層４１ｂ，４２ｂとからなる。各集電体４１ａ，４２ａは、たとえば導体粒を固めた多孔質体として形成されており、触媒層４１ｂ，４２ｂは、たとえば炭素粒からなる多孔質マトリクスに、白金などの適宜の触媒粉末を担持させたものとして形成されている。そして、正極部４１および負極部４２は、その周縁部をガスケット４５に囲まれた状態で燃料電池４０を構成している。これらのガスケット４５は、四隅部のそれぞれに貫通孔４５ａ，４５ｂが形成されている。
【００２７】
電解部４３は、プロトン導電性を示し、プロトンとしての水素イオンを選択的に透過させるイオン交換膜により構成されている。ここでは米国Ｅ．Ｉ．デュポン社製の「ＮＡＦＩＯＮ（登録商標）」を使用した。この膜は、図５の構造式に示されるようなフッ素樹脂系のイオン交換膜である。そして、この電解部４３の四隅部のそれぞれには、ガスケット４５の貫通孔４５ａ，４５ｂに対応して貫通孔４３ａ，４３ｂが形成されている。
【００２８】
各プレート４４，４７，４８は、たとえばステンレス鋼やチタン合金などの導体により形成されている。図３および図４に示したように、プレート４４の一方の面は水素ガス供給用溝部４４Ａ，４８Ａを構成しており、直線状に延びる複数の直線状溝４４ａが形成されている。プレート４４の他方の面は空気（酸素ガス）供給用溝部４４Ｂを構成しており、直線状に延びる複数の直線状溝４４ｂが設けられている。図４に示すように、空気供給用溝部４４Ｂの各直線状溝４４ｂの周囲には、各溝４４ｂと連通する連絡凹部４４ｆが形成されている。この凹部４４ｆの一部は後述する貫通孔４４ｄと連絡している。また、図示されていないが、水素ガス供給用溝部４４Ａにおいても同様に、各直線状溝４４ａの周囲に各溝４４ａと連通する連絡凹部４４ｅが形成されている。この凹部４４ｅの一部は後述する貫通孔４４ｃと連絡している。
各プレート４４の四隅部には、ガスケット４５の貫通孔４５ａ，４５ｂに対応して貫通孔４４ｃ，４４ｄが設けられている。これらの貫通孔４４ｃ，４４ｄのうち、対角配置された二つの貫通孔４４ｃは、水素ガス供給用の連絡凹部４４ｅに連通しており、対角配置された二つの貫通孔４４ｄは、空気供給用の連絡凹部４４ｆに連通している。
【００２９】
図３において最左側に配置されたプレート４７および最右側に配置されたプレート４８は、中空状の空間部４７ｇ，４８ｇを有している。プレート４７の一方の面には、上述したプレート４４と同様、複数の直線状の溝４７ｂとその周囲に形成された連絡凹部４７ｆとから成る空気供給用溝部４７Ｂが形成されている。また、プレート４８の一方の面には、上述したプレート４４と同様、複数の直線状の溝４８ａとその周囲に形成された連絡凹部４８ｅとから成る水素ガス供給用溝部４８Ａが形成されている。
図３に示すように、プレート４７の各溝４７ｂおよびプレート４８の各溝４８ａの底には、それぞれ貫通孔４７ｈ，４８ｈが上記空間部４７ｇ，４８ｇに連通するようにして形成されている。また、プレート４７の他方の面（即ち空気供給用溝部４７Ｂが形成されていない面）およびプレート４８の他方の面（即ち水素ガス供給用溝部４８Ａが形成されていない面）の中央部には、それぞれ、空間部４７ｇ，４８ｇに繋がる孔４７ｉ，４８ｉが形成されている。
これら両端のプレート４７，４８の四隅部には、上述したプレート４４と同様、ガスケット４５の貫通孔４５ａ，４５ｂに対応して貫通孔４７ｃ，４７ｄ，４８ｃ，４８ｄが設けられている。プレート４７では対角配置された二つの貫通孔４７ｄが空気供給用溝部４７Ａに連通している。また、プレート４８では対角配置された二つの貫通孔４８ｃが水素ガス供給用溝部４８Ｂに連通している。
【００３０】
各エンドプレート４Ａは、図２および図３に示すように、各プレート４４，４７，４８よりも一回り大きな形状とされており、それぞれのエンドプレート４Ａの四隅部どうしがボルトＢおよびナットＮを介して繋げられている。エンドプレート４Ａと、プレート４７，４８との間には、それぞれ絶縁部材４９が配されている。この絶縁部材４９の四隅部は、上述した各部材の貫通孔に対応して貫通孔４９ａ，４９ｂが形成されている。さらに中央部には、エンドプレート４Ａおよびプレート４７，４８の孔４ｃ，４７ｉ，４８ｉの位置に対応して孔４９ｃが形成されている。
而して、図２に示す燃料電池本体４が構築された状態では、上述した各部材に形成された貫通孔どうしが連通してガス流路４６ａ，４６ｂが形成される（図３参照）。エンドプレート４Ａの貫通孔４ａ，４ｂは、ガス流路４６ａ，４６ｂと連通して燃料電池４における水素ガスまたは空気の出入口となる。
一方、エンドプレート４Ａ、絶縁部材４９およびプレート４７（４８）の孔４ｃ，４９ｃ，４７ｉ（４８ｉ）どうしが連通し、これがプレート４７（４８）の空間部４７ｇ（４８ｇ）に繋がっている。
【００３１】
以上のように構成された燃料電池システム１では、水素ガス供給源２から送出された水素ガスはガス流路４６ａに供給され、次いで、連絡凹部４４ｅ，４８ｅを介して水素ガス供給用溝部４４Ａ，４８Ａに導入される。
一方、空気供給源３から送出された空気はガス流路４６ｂに供給され、次いで、連絡凹部４４ｆ，４７ｆを介して水素ガス供給用溝部４４Ｂ，４８Ｂに導入される。
【００３２】
また、ポンプ７を作動させて水供給源（タンク）５から送水ライン（供給ライン）８を通って燃料電池本体４に供給された水は、孔４ｃを通って上記空間部４７ｇ，４８ｇに導入される。一方、空間部４７ｇ，４８ｇに導入された水は、孔４ｄを通って燃料電池本体４から排出され、送水ライン（排出ライン）８を通って水供給源（タンク）５に戻る。かかる水の循環によって、燃料電池４の冷却が行われる。
空間部４７ｇ，４８ｇ内に供給された水の一部は、貫通孔４７ｈ，４８ｈ及び溝４７ｂ，４８ａを介して正極部４１および負極部４２に導入され、さらには電解部４３を構成するイオン交換膜に供給される。供給された水の一部はさらにガス流路４６ａ，４６ｂを介して他の単位セル４０のイオン交換膜４３に伝達され、これを湿潤させる。このようにして、各単位セル４０のイオン交換膜４３に好適なプロトン（水素イオン）導電性が付与される。
【００３３】
一方、正極部４１における化学反応によって生成した水は、主としてガス流路４６ｂ、溝４７ｂ及び貫通孔４７ｈを介して空間部４７ｇに導入される。すなわち、正極部４１で生成した水（即ちフッ素成分を含み得る水）は、冷却用の水と合流して燃料電池本体４から排出される。
こうして排出された水は、送水ライン（排水ライン）８のフッ化水素吸着カートリッジ６を経由して水供給源５に戻り、循環して使用される。なお、送水ライン８の配管にはＳＵＳ等の耐腐食性の金属が用いられる。
【００３４】
フッ化水素吸着カートリッジ６は、送水ライン８の配管の一部を構成するものであり、取り外し可能に形成されている。図６に示すように、カートリッジ６内の水流通部（送水路）６５には、カートリッジ６の内壁面から突設された複数のプレート６１ａを有する形状（即ち櫛型多面形状）のフッ素吸収材６１が設けられている。ここでは、各プレート６１ａはそれぞれ同一の形状を有しており、水流通方向に対して略直交する方向に突設されている。なお、本実施例ではフッ素吸収材６１は、多孔質ハイドロキシアパタイトによって形成されている。
この構成の結果、循環水中のフッ素成分は、送水ライン（配管）を流れてフッ化水素吸着カートリッジ６の送水路６５に導入され、フッ素吸収材（多孔質ハイドロキシアパタイト）６１に吸収される。本実施例では、上記複数のプレート６１ａを形成して水と接触する面積を増大させており、コンパクトな構成のカートリッジ６にも拘わらず、効率よくフッ素成分の除去を行うことができる。
なお、図６に示すように、フッ素吸収材６１が形成されている部分のカートリッジ６（具体的には送水路）の直径は、その前後の部分よりも拡大されている。このことによって、コンパクトな形状のカートリッジ６にも拘わらず、フッ素吸収材６１を設けるための充分なスペースを確保することと送水路における円滑な水の流れとを両立させることができる。
なお、本実施例では、フッ素吸収材６１のプレート６１ａは、いずれも同じ形状・サイズのものが流水方向に沿って並設されているが、この形状に限定されるわけではなく、例えば、高さ及び／又は横幅が異なる何種類かのプレートを並設させたものであってもよい。高さや幅が異なるプレートを混在させたフッ素吸収材によると、送水路６５を流れる水との接触面積及び接触時間を更に増大させることが可能となり、フッ素吸収効率を向上させることができる。
【００３５】
以上、本発明の一実施例を説明したが、本発明の燃料電池システムおよびフッ素吸収装置は上記実施例に示す形態のものに限定されない。
上記の実施例では、フッ素吸収材の形状を図示するような櫛型多面状に形成しているが、これに限定されない。
例えば、第２実施例として図７に示されるような、送水路６６の一部に設けられた多管筒（マルチチューブ）形状、即ち内部に多数の筒内送水路６２ａが形成された筒形状のフッ素吸収材６２を備えたカートリッジ６Ａであってもよい。好ましくＡｈ、物理的強度を向上させる等の観点から、筒の横断面がハニカム形状であるものが好ましい。
このような形状のフッ素吸収材６２（好ましくはハイドロキシアパタイト製）を備えたカートリッジ６Ａによっても、効率よくフッ素成分を除去することができる。このタイプのカートリッジ６Ａでは、筒内送水路６２ａの数をより多くし、且つその径をより細くすることにより、カートリッジ自体の大型化を行うことなくフッ素吸収効率を向上させることが容易に行える。
【００３６】
また、第３実施例として図８に示されるような、ビーズ形状（ここで「ビーズ」とは、単純な球体のみならず歪な形状の粒体やセラミックスの破砕片のような不定形状のものを包含する用語である。）のフッ素吸収材６３を送水路６７の一部に多数配置したカートリッジ６Ｂであってもよい。このタイプのカートリッジ６Ｂでは、ビーズ形状のフッ素吸収材６３の送水路６７内における充填率を調整することにより、カートリッジ６Ｂ自体の大型化を行うことなくフッ素吸収効率を適宜調節することができる。例えば、直径の異なる２種類の球形状フッ素吸収材を混在させることにより、送水路６７の単位容積当たりのフッ素吸収材の充填率を向上させることができる。
【００３７】
また、第４実施例として図９に示されるような、カートリッジ６Ｃの内壁面に膜状のフッ素吸収材（好ましくは多孔質ハイドロキシアパタイト製）６４を形成してもよい。このタイプのフッ素吸収材６４は、例えば、フィルム状のハイドロキシアパタイト多孔体を内壁面に貼り付けるか、或いは内壁面に対してハイドロキシアパタイトを溶射することにより形成することができる。この場合、カートリッジ６Ｃを構成する配管（典型的にはステンレス製）の内壁面に予めシリカガラスをコートし、そのシリカガラス層の上にハイドロキシアパタイトがコートされたものが好ましい。このタイプのフッ素吸収材６４を備えたカートリッジ６Ｃでは、送水路６８を流れる水の流速を他の送水ライン部分と同調させることができる。
また、送水ライン８を構成する配管の略全域或いは大部分において、図９に示すような膜状フッ素吸収材６４を配管内壁面に形成してもよい。この場合、かかるフッ素吸収材が形成された配管部分が本発明に係るフッ素吸収装置に相当する。
【００３８】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の燃料電池システムの概略図である。
【図２】燃料電池本体（スタック）の全体斜視図である。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図である。
【図４】図２の燃料電池本体（スタック）を構成する単位セルの分解斜視図である。
【図５】フッ素樹脂系イオン交換膜の一例を示す構造式である。
【図６】一実施例に係るカートリッジタイプのフッ素吸収装置の内部構成図である。
【図７】一実施例に係るカートリッジタイプのフッ素吸収装置の内部構成図である。
【図８】一実施例に係るカートリッジタイプのフッ素吸収装置の内部構成図である。
【図９】一実施例に係るカートリッジタイプのフッ素吸収装置の内部構成図である。
【符号の説明】
１：燃料電池システム
２：水素ガス供給源
３：空気供給源
４：燃料電池本体（スタック）
５：水供給源
６，６Ａ，６Ｂ，６Ｃ：カートリッジタイプのフッ素吸収装置
６１，６２，６３，６４：フッ素吸収材
４０：単位セル
４１：正極部
４１ａ：集電体
４１ｂ：触媒層
４２：負極部
４２ａ：集電体
４２ｂ：触媒層
４３：電解部（イオン交換膜）
４４：プレート
４４Ａ、４８Ａ：水素ガス供給用溝部
４４Ｂ、４７Ｂ：空気供給用溝部
４７ｇ、４８ｇ：空間部
４７ｈ、４８ｈ：貫通孔
【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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