(57)【要約】【課題】  フッ素系固体高分子膜を用いる燃料電池システムにおいて、フッ化水素による配管の腐食、劣化を防止すること。【解決手段】燃料電池２０は、空気供給系３０を構成する空気循環管３４の途中、および燃料供給系４４を構成する燃料循環管４４の途中にフッ化水素処理器５０を備えている。フッ化水素処理器５０では、生成水中または逆拡散水に含まれるフッ素イオンが除去またはフッ素イオン濃度が低減される。フッ化水素処理器５０を通過してフッ素イオンが除去またはフッ素イオン濃度が低減された生成水または逆拡散水は、空気または水素と共に空気加湿器３３または水素加湿器４５に戻されて、加湿のための水源として利用される。【選択図】  図１
2005038823.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体高分子型燃料電池システムであって、
燃料供給部、燃料排出部、およびフッ素系固体高分子膜を有する燃料電池と、
前記燃料電池の燃料供給部に接続され、前記燃料電池に対して燃料を供給する燃料供給管と、
前記燃料電池の燃料排出部に接続され、前記燃料電池から未反応燃料および逆拡散水を排出する燃料排出管と、
前記燃料排出管の途中に配置されると共に前記逆拡散水中のフッ素イオン濃度を低減またはフッ素イオンを除去するフッ素イオン濃度低減手段とを備える固体高分子型燃料電池システム。
【請求項２】
請求項１に記載の固体高分子型燃料電池システムにおいて、
前記フッ素イオン濃度低減手段は、フッ素イオンを捕集することにより前記逆拡散水中のフッ素イオン濃度を低減またはフッ素イオンを除去するイオン捕集器である固体高分子型燃料電池システム。
【請求項３】
請求項１に記載の固体高分子型燃料電池システムにおいて、
前記フッ素イオン濃度低減手段は、中和剤を用いた中和反応により前記逆拡散水中のフッ素イオン濃度を低減またはフッ素イオンを除去する中和器である固体高分子型燃料電池システム。
【請求項４】
請求項３に記載の固体高分子型燃料電池システムにおいて、
前記中和器には、中和剤を内包する取り替え型の容器によって、前記中和剤が供給される固体高分子型燃料電池システム。
【請求項５】
請求項３に記載の固体高分子型燃料電池システムにおいて、
前記中和器は、前記中和剤が連続供給される連続処理型の中和器である固体高分子型燃料電池システム。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の固体高分子型燃料電池システムにおいて、
前記燃料排出管は、前記燃料供給管に接続されている高分子型燃料電池システム。
【請求項７】
固体高分子型燃料電池システムであって、
酸化ガス供給部、酸化ガス排出部、およびフッ素系固体高分子膜を有する燃料電池と、
前記燃料電池の酸化ガス供給部に接続され、前記燃料電池に対して酸化ガスを供給する酸化ガス供給管と、
前記燃料電池の酸化ガス排出部に接続され、前記燃料電池から排出酸化ガスおよび生成水を排出する酸化ガス排出管と、
前記酸化ガス排出管の途中に配置されると共に前記生成水中のフッ素イオン濃度を低減またはフッ素イオンを除去するフッ素イオン濃度低減手段とを備える固体高分子型燃料電池システム。
【請求項８】
請求項７に記載の固体高分子型燃料電池システムにおいて、
前記フッ素イオン濃度低減手段は、フッ素イオンを捕集することにより前記生成水中のフッ素イオン濃度を低減またはフッ素イオンを除去するイオン捕集器である固体高分子型燃料電池システム。
【請求項９】
請求項７に記載の固体高分子型燃料電池システムにおいて、
前記フッ素イオン濃度低減手段は、中和剤を用いた中和反応により前記生成水中のフッ素イオン濃度を低減またはフッ素イオンを除去する中和器である固体高分子型燃料電池システム。
【請求項１０】
請求項９に記載の固体高分子型燃料電池システムにおいて、
前記中和器には、中和剤を内包する取り替え型容器によって、前記中和剤が供給される中和器である固体高分子型燃料電池システム。
【請求項１１】
請求項９に記載の固体高分子型燃料電池システムにおいて、
前記中和器は、前記中和剤が連続供給される連続処理型の中和器である固体高分子型燃料電池システム。
【請求項１２】
請求項７ないし請求項１１のいずれかに記載の固体高分子型燃料電池システムにおいて、
前記酸化ガス排出管は前記酸化ガス供給管に接続されている高分子型燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フッ素系固体高分子膜を備える燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
固体高分子型燃料電池システムでは、一般的に、イオン交換膜として、耐熱性、耐酸化性などの点において優れた性能を示すフッ素系の固体高分子膜が用いられている。
【０００３】
しかしながら、フッ素系固体高分子膜にはフッ素原子が含まれており、熱水に浸積されると極微量のフッ化水素が発生し得ることが知られている（非特許文献１参照）。また、フッ化水素は、配管を劣化させるおそれのある物質であることが知られている。
【０００４】
【非特許文献１】ＮＥＤＯ技術情報データベース  報告書バーコード０１０００２１８７、タイトル：「固体高分子形燃料電池の研究開発  家庭用固体高分子形燃料電池の高耐久化研究開発」、実施年度２００１年、プロジェクト名称：「固体高分子型燃料電池の開発」
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
通常、燃料電池の運転温度は高く、固体高分子膜は熱水に浸積される環境下に置かれる。したがって、フッ素系固体高分子膜を用いる燃料電池システムでは、フッ化水素が発生する可能性があり、フッ化水素に起因する配管の腐食、劣化を防止することが望まれる。
【０００６】
本発明は、上記要求を満たすためになされたものであり、フッ素系固体高分子膜を用いる燃料電池システムにおいて、フッ化水素による配管の腐食、劣化を防止することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために本発明の第１の態様は、固体高分子型燃料電池システムを提供する。本発明の第１の態様に係る固体高分子型燃料電池システムは、燃料供給部、燃料排出部、およびフッ素系固体高分子膜を有する燃料電池と、前記燃料電池の燃料供給部に接続され、前記燃料電池に対して燃料を供給する燃料供給管と、前記燃料電池の燃料排出部に接続され、前記燃料電池から排出燃料および逆拡散水を排出する燃料排出管と、前記燃料排出管の途中に配置されると共に前記逆拡散水中のフッ素イオン濃度を低減またはフッ素イオンを除去するフッ素イオン濃度低減手段とを備えることを特徴とする。
【０００８】
本発明の第１の態様に係る固体高分子型燃料電池システムによれば、燃料排出管の途中に配置されると共に逆拡散水中のフッ素イオン濃度を低減またはフッ素イオンを除去するフッ素イオン濃度低減手段を備えるので、フッ素系固体高分子膜を用いる燃料電池システムにおいて、フッ化水素による配管の腐食、劣化を防止することができる。
【０００９】
本発明の第２の態様は、固体高分子型燃料電池システムを提供する。本発明の第２の態様に係る固体高分子型燃料電池システムは、酸化ガス供給部、酸化ガス排出部、およびフッ素系固体高分子膜を有する燃料電池と、前記燃料電池の酸化ガス供給部に接続され、前記燃料電池に対して酸化ガスを供給する酸化ガス供給管と、前記燃料電池の酸化ガス排出部に接続され、前記燃料電池から排出酸化ガスおよび生成水を排出する酸化ガス排出管と、前記酸化ガス排出管の途中に配置されると共に前記生成水中のフッ素イオン濃度を低減またはフッ素イオンを除去するフッ素イオン濃度低減手段とを備えることを特徴とする。
【００１０】
本発明の第２の態様に係る固体高分子型燃料電池システムによれば、酸化ガス排出管の途中に配置されると共に生成水中のフッ素イオン濃度を低減またはフッ素イオンを除去するフッ素イオン濃度低減手段を備えるるので、フッ素系固体高分子膜を用いる燃料電池システムにおいて、フッ化水素による配管の腐食、劣化を防止することができる。
【００１１】
本発明の第１または第２の態様に係る固体高分子型燃料電池システムにおいて、前記フッ素イオン濃度低減手段は、フッ素イオンを捕集することにより前記逆拡散水中または前記生成水中のフッ素イオン濃度を低減またはフッ素イオンを除去するイオン捕集器であっても良い。かかる場合には、逆拡散水中または生成水中のフッ素イオン濃度を低減またはフッ素イオンを除去することができるので、フッ化水素による配管の腐食、劣化を防止することができる。
【００１２】
本発明の第１または第２の態様に係る固体高分子型燃料電池システムにおいて、前記フッ素イオン濃度低減手段は、中和剤を用いた中和反応により前記逆拡散水中または前記生成水中のフッ素イオン濃度を低減またはフッ素イオンを除去する中和器であっても良い。かかる場合には、中和剤を用いた中和反応によってフッ化物を形成させ、逆拡散水中または生成水中のフッ素イオン濃度を低減またはフッ素イオンを除去することができるので、フッ化水素による配管の腐食、劣化を防止することができる。
【００１３】
本発明の第１または第２の態様に係る固体高分子型燃料電池システムにおいて、前記中和器には、中和剤を内包する取り替え型の容器によって、前記中和剤が供給されても良い。かかる場合には中和剤の取り替えが容易になると共に中和器を小型化することが可能となり、よって固体高分子膜型燃料電池システムを小型化することができる。
【００１４】
本発明の第１または第２の態様に係る固体高分子型燃料電池システムにおいて、前記中和器は、前記中和剤が連続供給される連続処理型の中和器であっても良い。かかる場合には、中和剤が連続投入されるので、処理すべきフッ素イオン量（フッ化水素量）が多い場合であっても、確実に逆拡散水中または生成水中のフッ素イオン濃度を低減またはフッ素イオンを除去することができる。
【００１５】
本発明の第１の態様に係る固体高分子型燃料電池システムにおいて、前記燃料排出管は、前記燃料供給管に接続されていても良い。かかる場合には、フッ素イオン濃度が低減またはフッ素イオンが除去された逆拡散水を、燃料の加湿に用いることができる。
【００１６】
本発明の第２の態様に係る固体高分子型燃料電池システムにおいて、前記酸化ガス排出管は前記酸化ガス供給管に接続されていても良い。かかる場合には、フッ素イオン濃度が低減またはフッ素イオンが除去された生成水を、酸化ガスの加湿に用いることができる。
【００１７】
本発明の第１または第２の態様に係る固体高分子型燃料電池システムは、この他に方法、プログラム、プログラムを格納した記録媒体の態様にて実現され得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、図面を参照しつついくつかの実施例に基づいて、本発明に係る固体高分子型燃料電池システムについて説明する。
【００１９】
第１の実施例：
図１および図２を参照して第１の実施例に係る固体高分子型燃料電池システムについて説明する。図１は本願の実施例に共通して用いられ得る固体高分子型燃料電池システムの概略構成を示す説明図である。図２は第１の実施例に係る固体高分子型燃料電池システムにおけるフッ化水素処理器の構成並びに作用を模式的に示す説明図である。
【００２０】
固体高分子型燃料電池システム１０は、燃料電池２０、燃料電池２０に対して酸化ガスとしての空気を供給する空気供給系３０、燃料電池２０に対して燃料ガスとしての水素を供給する燃料供給系４０を備えている。
【００２１】
燃料電池２０は、固体高分子型の燃料電池であり、フッ素系固体高分子膜をイオン交換膜として備えている。燃料電池２０は、空気供給系３０から供給される空気を燃料電池２０内部へ取り込むための空気供給部２１、燃料電池２０内部に取り込まれた空気を燃料電池２０の外部へ排出するための空気排出部２２を備えている。燃料電池２０は、また、燃料供給系４０から供給される水素を燃料電池２０内部へ取り込むための燃料供給部２３、燃料電池２０内部に取り込まれ、未反応の水素を燃料電池２０の外部へ排出するための燃料排出部２４を備えている。
【００２２】
空気供給系３０は、空気を送るための空気ポンプ３１、空気ポンプ３１の吐出口と燃料電池２０の空気供給部２１とを接続する空気供給管３２、空気供給管３２の途中に配置され、空気を加湿するための空気加湿器３３、燃料電池２０の空気排出部２２と空気加湿器３３とを接続する空気循環管３４、空気循環管３４の途中に配置されているフッ化水素処理器５０を備えている。
【００２３】
燃料電池２０の空気供給部２１近傍における空気供給管３２には、空気供給管３２を流れる空気流量の調整または空気流動を停止するための空気供給バルブ３２１が備えられている。また、燃料電池２０の空気排出部２２近傍における空気循環管３４には、空気循環管３４を流れる空気流量の調整または空気流動を停止するための空気排出バルブ３４１が備えられている。
【００２４】
空気供給系３０の動作について空気の流れを追って簡単に説明する。空気ポンプ３１によって取り込まれた外部空気は、燃料電池２０が備える固体高分子膜の乾燥を防ぐために空気加湿器３３によって所定の湿度まで加湿される。空気加湿器３３によって加湿された空気（空気＋水蒸気）は、空気供給管３２および空気供給部２１を介して燃料電池２０内部に供給される。
【００２５】
燃料電池２０に供給された空気（酸素）の一部は、起電反応において水素と反応することによって水または水蒸気（生成水）として、残りの空気と共に空気排出部２２から空気循環管３４へと排出される。空気循環管３４に排出された空気および生成水は、フッ化水素処理器５０に投入される。
【００２６】
フッ素系固体高分子膜を備える燃料電池２０では、高温環境下に置かれる固体高分子膜からフッ素イオンが溶け出してフッ化水素が発生し得る。すなわち、例えば、加湿された空気が流動する空気供給管３２の内壁から金属イオンが溶出し、水素イオンおよび酸素イオンと反応して過酸化水素が生成される。生成された過酸化水素がフッ素系固体高分子膜を攻撃し、フッ素イオンが発生し、周辺に存在する水素イオンと反応してフッ化水素（ＨＦ）が発生する。一旦、フッ化水素が発生すると急増する傾向を示すことが知られている。
【００２７】
したがって、空気循環管３４に排出された生成水には、フッ化水素（ＨＦ）が含まれている可能性がある。フッ化水素は配管を劣化させるおのれのある物質であることが知られているため、除去することが望まれる。そこで、本実施例では、空気循環管３４に排出された空気および生成水は、フッ化水素処理器５０に投入され、生成水中に含まれるフッ素イオンが除去またはフッ素イオン濃度が低減される。フッ化水素処理器５０の詳細については後述する。
【００２８】
フッ化水素処理器５０を通過してフッ素イオンが除去またはフッ素イオン濃度が低減された生成水は、空気と共に空気加湿器３３に戻されて、加湿のための水源として利用される。
【００２９】
燃料供給系４０は、高圧水素を貯蔵する高圧水素タンク４１、高圧水素タンク４１と燃料電池２０の燃料供給部２３とを接続する燃料供給管４２、燃料供給管４２の途中に配置され、水素を加湿するための水素加湿器４３、燃料電池２０の燃料排出部２４と水素加湿器４３とを接続する燃料循環管４４、燃料循環管４４の途中に配置されているフッ化水素処理器５０、フッ化水素処理器５０と水素加湿器４３との間に配置されている水素ポンプ４５を備えている。なお、高圧水素タンク４１に代えて水素貯蔵合金を内包する水素容器が用いられても良い。
【００３０】
燃料電池２０の燃料供給部２３近傍における燃料供給管４２には、燃料供給管４２を流れる水素流量の調整または水素流動を停止するための燃料供給バルブ４２１が備えられている。また、燃料電池２０の燃料排出部２４近傍における燃料循環管４４には、燃料循環管４４を流れる水素オフガス流量の調整または水素オフガス流動を停止するための燃料排出バルブ４４１が備えられている。
【００３１】
燃料供給系４０の動作について水素（水素リッチガス）の流れを追って簡単に説明する。高圧水素タンク４１から供給された水素は、燃料電池２０が備える固体高分子膜の乾燥を防ぐために水素加湿器４３によって所定の湿度まで加湿される。水素加湿器４３によって加湿された水素（水素＋水蒸気）は、燃料供給管４２および燃料供給部２３を介して燃料電池２０内部に供給される。
【００３２】
燃料電池２０に供給された水素のうち、起電反応において消費されなかった水素は未反応水素（アノードオフガス）として、燃料排出部２４から燃料循環管４４へと排出される。燃料電池２０のアノード側では、この他に、カソード側で生成した生成水がアノード側に移動することによって逆拡散水が発生する。したがって、燃料排出部２４からは、未反応水素と共に逆拡散水が燃料循環管４４へと排出される。
【００３３】
燃料循環管４４に排出された水素および逆拡散水は、フッ化水素処理器５０に投入される。フッ化水素処理器５０を通過してフッ素イオンが除去またはフッ素イオン濃度が低減された逆拡散水は、水素と共に水素ポンプ４５によって水素加湿器４３に戻されて、加湿のための水源として利用される。
【００３４】
図２を参照してフッ化水素処理器５０について詳細に説明する。第１の実施例におけるフッ化水素処理器５０は、アルカリ性の中和剤を用いた中和反応によりフッ化水素ＨＦを中和してフッ化物化することによって、生成水または逆拡散水に含まれるフッ素イオンを除去またはフッ素イオン濃度を低減する。本実施例では中和剤として石灰石（ＣａＣＯ3）を用いているが、この他にも重曹（Ｎａ2ＣＯ3）、消石灰（Ｃａ(ＯＨ)2）等を用いても良い。本実施例では、生成水および逆拡散水のほとんどが気体（水蒸気）としてフッ化水素処理器５０に投入されるので、一般的に、気体の処理に向いている石灰石を用いた乾式法が用いられる。
【００３５】
フッ化水素処理器５０は、石灰石を連続供給するタイプの処理器であり、石灰石を貯め置く供給部５０１から、反応により消費された量に相当する石灰石が反応部５０２に対して連続的に供給される。反応部５０２では、空気循環管３４（燃料循環管４４）を介して供給されたフッ化水素（フッ素イオン）と石灰石の中和反応が進行してフッ化カルシウム（ＣａＦ2）が生成される。この結果、生成水または逆拡散水中からフッ化水素（フッ素イオン）が除去され、フッ化水素処理器５０からは、フッ化水素（フッ素イオン）を含まない生成水または逆拡散水が排出される。
【００３６】
反応部５０２において生成されたフッ化カルシウムおよび未反応の石灰石は、回収部５０３によって回収され、廃棄部５０４に貯め置かれる。廃棄部５０４に貯め置かれたフッ化カルシウムおよび未反応の石灰石は、必要に応じて、例えば、排出口５０５を開いて重力により、あるいは、廃棄部５０４の両側面に開口部５０６ａ、５０６ｂをそれぞれ設けて、一方の開口部５０６ａから他方の開口部５０６ｂへとフッ化カルシウムおよび未反応の石灰石を押し出すことによって廃棄部５０４から取り除かれる。なお、未反応の石灰石は再利用可能であることは言うまでもない。
【００３７】
以上説明したように第１の実施例に係る固体高分子膜型燃料電池システム１０によれば、フッ化水素処理器５０を備えるので、仮に燃料電池２０から排出される生成水または逆拡散水中にフッ素イオン（フッ化水素）が含まれていたとしても、フッ素イオンを除去することができる。また、フッ素イオン濃度を低減するに止まる場合であっても、フッ素イオン濃度の低減によりフッ化水素の急増を十分に抑制、防止することができる。
【００３８】
第１の実施例における固体高分子膜型燃料電池システム１０においてフッ素イオン（フッ化水素）がどの程度、低減または除去されるかについて実験例および実験結果を示す図３に基づいて説明する。図３はフッ化水素＋水蒸気からなる気体をフッ化水素処理器５０を用いて処理した結果を示す説明図である。
【００３９】
この実験は、生成水または逆拡散水がフッ化水素処理器５０に投入される際の一般的な温度である８０℃の環境下、フッ化水素と水蒸気ガス過飽和状態で行われた。石灰石充填層、すなわち反応部５０２に対して一定濃度のフッ化水素と水蒸気とを０．１〜１０（リットル／min）で供給した。
【００４０】
実験の結果は図３に示すとおりであり、未処理の場合の比較例（処理前）に対して、処理後は、フッ化水素濃度は検出限界以下となった。したがって、第１の実施例における固体高分子膜型燃料電池システム１０によれば、空気供給管３２、空気循環管３４、燃料供給管４２、燃料循環管４４におけるフッ化水素による配管の腐食、劣化を防止することができる。
【００４１】
第２の実施例：
図４および図５を参照して第２の実施例に係る固体高分子型燃料電池システムにおいて用いられるフッ化水素処理器５１について詳細に説明する。図４は第２の実施例におけるフッ化水素処理器５１の構成並びに作用を模式的に示す説明図である。図５は第２の実施例におけるフッ化水素処理器５１に用いられる中和剤カートリッジを模式的に示す説明図である。なお、第２の実施例に係る固体高分子膜型燃料電池システムの構成は、フッ化水素処理器５１の具体的構成を除いて第１の実施例に係る固体高分子膜型燃料電池システム１０と同様であるから同一の符号を付してその説明を省略する。
【００４２】
第２の実施例におけるフッ化水素処理器５１は、アルカリ性の中和剤を用いた中和反応によりフッ化水素ＨＦを中和してフッ化物化することによって、生成水または逆拡散水に含まれるフッ素イオンを除去またはフッ素イオン濃度を低減する点では第１の実施例におけるフッ化水素処理器５０と同様である。
【００４３】
一方、第２の実施例におけるフッ化水素処理器５１は、石灰石がカートリッジによって供給される点で連続供給タイプの第１の実施例におけるフッ化水素処理器５０と異なる。フッ化水素処理器５１は、円筒形状を有し、本体部５１１に対して石灰石を内包する円筒形状のカートリッジ５１２が装着されて用いられる。
【００４４】
カートリッジ５１２は、図５に示すように燃料電池２０から延びる空気循環管３４（燃料循環管４４）を受ける受け部５１３を有する。カートリッジ５１２の受け部５１３を囲む領域は反応部５１４として機能する。反応部５１４では、空気循環管３４（燃料循環管４４）を介して供給されたフッ化水素（フッ素イオン）と石灰石の中和反応が進行してフッ化カルシウム（ＣａＦ2）が生成される。
【００４５】
カートリッジ５１２が本体部５１１に装着されることによりカートリッジ５１２の外周面と本体部５１１の内周面との間に形成されるシール層の一部には、空気加湿器３３または水素加湿器４３へと延伸する空気循環管３４（燃料循環管４４）が配置されている。
【００４６】
フッ化水素処理器５１は、作動時に本体部５１１およびカートリッジ５１２が図示しない駆動部によって矢印で示すように回転駆動され、この結果、反応部５１４における遠心力によって生成水または逆拡散水中に含まれるフッ化水素と石灰石との反応が促進される。フッ化水素（フッ素イオン）が除去された生成水または逆拡散水は、空気循環管３４（燃料循環管４４）を介してフッ化水素処理器５１から空気加湿器３３または水素加湿器４３へと排出される。
【００４７】
カートリッジ５１２の反応部５１４に生成されたフッ化カルシウムは、適宜、投入部５１５から石灰石を加圧導入することによって除去、回収することができる。
【００４８】
以上説明したように第２の実施例に係る固体高分子膜型燃料電池システムによれば、第１の実施例に係る固体高分子膜型燃料電池システム１０と同様の作用効果に加えて、カートリッジ５１２によって中和剤を取り扱うので、中和剤の取り扱いを容易化することができる。また、フッ化水素処理器５１の小型化が可能となり、例えば、車両等の移動体においても容易に用いることができる。
【００４９】
その他の実施例：
図６を参照してフッ化水素処理器のその他の態様１について詳細に説明する。図６は他の態様１に係るフッ化水素処理器の構成を模式的に示す説明図である。図６に示すフッ化水素処理器５２は、イオン捕集型のフッ化水素処理器である。フッ化水素処理器５２は、燃料電池２０から延びる空気循環管３４（燃料循環管４４）と、空気加湿器３３（水素加湿器４３）に延伸する空気循環管３４（燃料循環管４４）との間にイオン交換樹脂膜５２１を備えている。
【００５０】
この態様に係るフッ化水素処理器５２によれば、生成水または逆拡散水中に含まれるフッ素イオンはイオン交換樹脂膜５２１に捕集され、結果としてフッ素イオンを含有しない生成水または逆拡散水をフッ化水素処理器５２から排出することができる。イオン交換樹脂膜５２１に吸着（捕集）されたフッ素イオンは、逆洗時に濃縮して回収することができる。
【００５１】
図７を参照してフッ化水素処理器のその他の態様２について詳細に説明する。図７は他の態様２に係るフッ化水素処理器の構成を模式的に示す説明図である。第２の実施例におけるフッ化水素処理器５１は、石灰石がカートリッジによって供給されていたが、本態様２に係るフッ化水素処理器５３は、石灰石が予め内蔵されている非カートリッジ型のフッ化水素処理器である。フッ化水素処理器５３は、石灰石と、石灰石および反応により生成されるフッ化カルシウムの流出を防止するネット５３１を備えている。フッ化水素処理器５３は、フッ化水素（フッ素イオン）の除去能力が低下すると、ネット５３１が取り外され、石灰石よおびフッ化カルシウムが取り除かれ、新たな石灰石が装填され、ネット５３１が取り付けられることで、再び用いられる。
【００５２】
この態様に係るフッ化水素処理器５３によれば、生成水または逆拡散水中に含まれるフッ素イオンは、ネット５３１によって保持されている石灰石によって除去され、結果としてフッ素イオンを含有しない生成水または逆拡散水をフッ化水素処理器５３から排出することができる。
【００５３】
第１および第２の実施例では、水蒸気に対して乾式法によるフッ化水素の処理方法を用いたが、水蒸気を液化して液状の生成水または逆拡散水と共に湿式法によってフッ化水素を処理しても構わない。なお、一般的に、気体に対しては乾式法が、液体に対しては湿式法がそれぞれ適当であるといわれているが、燃料電池システム１０における生成水または逆拡散水は、水蒸気または／および液体として気液混合の状態でシステム内に存在する可能性がある。したがって、水蒸気および液体のどちらに対してもフッ素イオンを除去またはフッ素イオン濃度を低減することができることが望ましい。
【００５４】
湿式法の場合には、中和剤として例えば、硫酸ナトリウム（ＮａＳＯ4）を用いる方法、Ｓｗｉｆｔ法がフッ化水素（フッ素イオン）を除去する手法として知られており、これら手法を上記実施例に適用しても良い。また、この他にも乾式、湿式を問わず、フッ化水素を中和してフッ化物を生成することができる中和剤であればどのような中和剤を用いても構わない。
【００５５】
イオン捕集法を採用する場合には、イオン交換樹脂膜５２１に代えて、活性アルミナ、アパタイト、火山灰土壌、木炭等の吸着材を用いても良い。フッ素イオンを吸着することによって、フッ素イオン濃度の低減またはフッ素イオンの除去が可能である。また、気液混合系に有効なフッ素イオンの吸着（捕集）処理として、活性炭、活性化炭素繊維、ゼオライトを用い、吸着後は脱着別途処理または焼却処理を行う手法がある。さらに、逆浸透膜を用いてフッ素イオンを含む溶液（水）を濃縮処理することによって生成水または逆拡散水からフッ素イオンを除去しても良い。
【００５６】
上記各実施例では、燃料電池２０から排出された空気が循環利用される場合の構成に基づいて説明したが、燃料電池２０から排出された空気がそのまま大気中に放出される構成を備えても良い。かかる場合であっても、フッ化水素による配管の腐食、劣化を防止することができる。
【００５７】
燃料供給系４０において、フッ化水素処理器５０の下流側に燃料循環管４４から排出燃料（水素含有ガス）を排出するためのバルブをもうけ、水素濃度を所定濃度以下に希釈した後に大気へ放出する構成を備えても良い。かかる構成を備えることによって、循環燃料中に含まれる窒素を燃料供給系４０から排出することができる。また、かかる構成を備える場合であっても、フッ化水素による配管の腐食、劣化を防止することができる。
【００５８】
以上、いくつかの実施例に基づき本発明に係る固体高分子膜型燃料電池システムについて説明してきたが、上記した発明の実施の形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨並びに特許請求の範囲を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物が含まれることはもちろんである。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本願の実施例に共通して用いられ得る固体高分子型燃料電池システムの概略構成を示す説明図である。
【図２】第１の実施例に係る固体高分子型燃料電池システムにおけるフッ化水素処理器の構成並びに作用を模式的に示す説明図である。
【図３】フッ化水素＋水蒸気からなる気体をフッ化水素処理器５０を用いて処理した結果を示す説明図である。
【図４】第２の実施例におけるフッ化水素処理器５１の構成並びに作用を模式的に示す説明図である。
【図５】第２の実施例におけるフッ化水素処理器５１に用いられる中和剤カートリッジを模式的に示す説明図である。
【図６】他の態様１に係るフッ化水素処理器の構成を模式的に示す説明図である。
【図７】他の態様２に係るフッ化水素処理器の構成を模式的に示す説明図である。
【符号の説明】
【００６０】
１０…燃料電池システム
２０…燃料電池
２１…空気供給部
２２…空気排出部
２３…燃料供給部
２４…燃料排出部
３０…空気供給系
３１…空気ポンプ
３２…空気供給管
３３…空気加湿器
３４…空気循環管
４０…燃料供給系
４１…高圧水素タンク
４２…燃料供給管
４３…水素加湿器
４４…燃料循環管
４５…水素ポンプ
５０、５１、５２、５３…フッ化水素処理器
【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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