(57)【要約】【課題】燃料電池に供給される燃料ガス中のアンモニアの除去において、ランニングコストおよび信頼性が従来例に比べて改善する燃料電池システムおよびその運転方法を提供する。【解決手段】燃料電池システム２００は、燃料電池スタック３３と、燃料電池スタック３３に燃料ガス供給する燃料ガス供給部１０１と、燃料ガス供給部１０１と燃料ガス供給マニホールド３０Ａとを連通する燃料ガス配管３５と、燃料ガス中のアンモニアガスを除去できるアンモニア除去部３０Ｂと、を備える。燃料ガスは水素ガスを主成分とし、少なくともアンモニアガスと水蒸気を含む３種類以上のガスにより構成される混合ガスである。酸性官能基が付与されている燃料ガス配管３５または燃料ガス供給マニホールド３０Ａ内の燃料ガスの接触面が、アンモニア除去部３０Ｂとなっている。【選択図】図３
2012003921.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２以上の単セルが積層され、燃料ガス供給マニホールドが前記単セルの積層方向に延びている燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックに前記燃料ガス供給する燃料ガス供給部と、前記燃料ガス供給部と前記燃料ガス供給マニホールドとを連通する燃料ガス配管と、前記燃料ガス中のアンモニアガスを除去できるアンモニア除去部と、を備える燃料電池システムであって、
前記単セルは、電解質膜の両側をカソードおよびアノードで挟み、前記カソードおよびアノードのそれぞれを、ガス拡散層で挟んで一体化された膜電極接合体と、前記アノードへの燃料ガスの供給に用いる燃料ガス流路が形成されたセパレータと、を有しており、
前記燃料ガスは水素ガスを主成分とし、少なくともアンモニアガスと水蒸気を含む３種類以上のガスにより構成される混合ガスであり、
前記燃料ガス供給マニホールドは、前記単セルのそれぞれの前記セパレータの前記燃料ガス流路に、前記燃料ガス配管によって導かれた前記燃料ガスを分配するように構成されており、
酸性官能基が付与されている前記燃料ガス配管または前記燃料ガス供給マニホールド内の前記燃料ガスの接触面が、前記アンモニア除去部となっている燃料電池システム。
【請求項２】
前記アンモニア除去部において、前記燃料ガス中の水蒸気からの結露水に前記アンモニアガスを吸収させることにより、前記アンモニアガスが前記燃料ガスから除去される請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記アンモニア除去部が、前記燃料ガス供給マニホールドの内面の全域に設けられている請求項１または２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記アンモニア除去部の冷却動作に用いる冷却部を更に備える請求項１ないし３のいずれかに記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記冷却部に液体の冷媒を流すことにより、前記アンモニア除去部が冷却される請求項４に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記冷却部が気体の冷媒を送ることにより、前記アンモニア除去部が冷却される請求項４に記載の燃料電池システム。
【請求項７】
請求項４ないし６のいずれかに記載の燃料電池システムの運転方法であって、前記燃料電池システムの発電中において、前記冷却部による前記アンモニア除去部の冷却動作が間欠的に行われる燃料電池システムの運転方法。
【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その運転方法に関する。特に、本発明は、燃料電池システムの燃料ガス（反応ガス）中のアンモニアを除去する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の燃料電池は、イオン伝導性を持つ電解質の両側に一対の電極であるアノードとカソードとを備える。そして、これらの電解質および電極の対は、導電性を持つ多孔体であるガス拡散層によって両側から挟持され、これにより、ＭＥＡ（Ｍｅｍｂｒａｎｅ−Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ−Ａｓｓｅｍｂｌｙ：膜電極接合体）が形成されている。
【０００３】
ＭＥＡの外側には、これを機械的に固定するとともに、隣接したＭＥＡを互いに電気的に直列に接続できる導電性のセパレータが配置される。
【０００４】
セパレータは、グラファイトなどの導電性材料からなる板状に構成されており、セパレータのＭＥＡと接触する表面（おもて面）には、電極に反応ガスを供給するとともに、反応ガスからの生成水や余剰の反応ガスを運び去ることができるガス流路が形成されている。つまり、アノード側のセパレータの表面には、燃料ガス（例えば、水素を主成分とする混合ガス）を流す燃料ガス流路が形成され、カソード側のセパレータの表面には、酸化剤ガス（例えば、空気）を流す酸化剤ガス流路が形成されている。
【０００５】
以上により、燃料ガスおよび酸化剤ガスが、上記のセパレータを用いてＭＥＡに供給されると、これらの反応物質が持つ化学エネルギーが、各電極上で起こる酸化あるいは還元反応によって、電気エネルギーに変換され、これにより、電力（電流）が抽出される。つまり、燃料電池では、アノードにおいて、水素ガスが、下記（１）式の反応により酸化され、電子と水素イオンが発生する。水素イオンは電解質膜中を移動してカソードに達し、電子は外部回路を通ってカソードに達する。そして、カソードにおいて、空気中の酸素と電子および水素イオンが、下記（２）式の反応により還元され、その結果、水が生成される。
【０００６】
２Ｈ２→４Ｈ＋＋４ｅ・・・（１）
４Ｈ＋＋Ｏ２＋４ｅ→２Ｈ２Ｏ・・・（２）
ここで、燃料電池の固体高分子電解質膜では、湿潤状態でのみイオン導電性が発揮される。このため、固体高分子電解質膜が高い発電性能を維持するのに、上記（２）の反応によって生成する水分のみでは、固体高分子電解質膜の水分不足に陥る場合がある。この場合、外部から固体高分子電解質膜に水分を補給する必要がある。一般的には、燃料電池の本体内部あるいは外部に、燃料電池に供給されるガスを加湿できる装置を設け、このような加湿装置にガスを通すことによって、燃料電池の運転に必要な水分を供給する方法が取られる。また、メタンの水蒸気改質によって、燃料ガスを生成するシステムにおいては、改質時の余剰水蒸気によって燃料ガスの加湿がなされる。
【０００７】
また、燃料電池システムの運転温度は、固体高分子電解質膜の耐熱性能による制約を受け、通常、９０℃以下に設定される。しかしながら、上記（１）式および（２）式のそれぞれの反応は、９０℃以下の環境では起こり難いので、アノードおよびカソードには、これらの反応を活性化させる作用を持つ触媒が必要となる。したがって、この燃料電池のアノードおよびカソードは、触媒能が高い白金が用いられている。
【０００８】
以上の燃料電池を備えた既存の燃料電池システムとして、例えば、図７に示した装置構成が知られている（例えば、特許文献１参照）
図７に示すように、従来の燃料電池システム１００は、燃料ガス供給部１０１（ここでは、改質器）から供給される燃料ガス中の水素と、空気供給手段１０５（例えば、ブロアー）から供給される空気中の酸素と、を用いて発電する燃料電池スタック１０３を備える。なお、この場合、燃料ガスは、燃料ガス供給部１０１（改質器）での水蒸気改質反応によって加湿され、空気は、加湿器１１１を通すことによって加湿されている。
【０００９】
また、燃料電池システム１００は、燃料電池スタック１０３の電極反応によって発電した直流電力を交流に変換するインバータ１０９を備える。これにより、燃料電池スタック１０３の発電電力を家庭用の様々な電気機器に給電できる。
【００１０】
また、燃料電池システム１００は、燃料電池スタック１０３内部に冷却水を導くようにして、この冷却水を循環できる冷却水循環ポンプ１０８を備える。よって、燃料電池スタック１０３の電極反応によって発生した熱が、冷却水を用いて回収される。熱回収がなされた高温の冷却水は、熱交換器１１０において、貯湯循環ポンプ１０７によって循環される水に熱を与える。これにより、貯湯槽１０６に適温のお湯を貯蔵でき、貯湯槽１０６のお湯を家庭用の様々な給湯機器に供給できる。
【００１１】
なお、燃料電池システム１００では、燃料ガスの化学エネルギーを効率的に使用する目的で、マイクロプロセッサなどからなる制御器１１２の制御により、電力供給先の電力需要に応じて運転出力を変化させたり、燃料電池システム１００の起動および停止を繰り返したりする。
【００１２】
ところで、燃料電池では、燃料電池の電極反応効率を高める目的で、上述のとおり、アノードおよびカソードともに、白金を主成分とする触媒層を用いているが、このような白金を主成分とする触媒層は、様々な不純物によって被毒されることが多い。例えば、白金を主成分とする触媒層は、アンモニアにより被毒され、電極の反応が阻害される。
【００１３】
なお、燃料電池の固体高分子電解質膜は、カチオン交換樹脂によって構成されている。このため、固体高分子電解質膜についても、アンモニウムイオンによりプロトンの伝達が阻害される。
【００１４】
以上のとおり、燃料電池スタックに供給される反応ガス中にアンモニア（ＮＨ３）が存在すると、燃料電池スタックの発電電力が大幅に低下することが知られている。そして、天然ガス中には、一般的に窒素ガスがパーセントオーダで含まれているので、このような天然ガスから水蒸気改質反応によって燃料ガス（水素ガス）を生成する場合、窒素ガスと水素ガスとの反応によってアンモニア（ＮＨ３）が生成され、燃料ガスにアンモニアが含まれる可能性が高い。
【００１５】
そこで、アンモニアによる燃料電池スタックの性能低下を回避するのに、燃料電池スタックに供給される反応ガス流路内にアンモニアを吸着できるフィルターを設け、アンモニアの燃料電池スタックへの進入を抑制する工夫がすでに提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】特表２００８−５２２３６７号公報
【特許文献２】特開２００９−８７７２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
しかしながら、特許文献２の如く、アンモニアをフィルターによって除去する場合、アンモニアガスの除去可能量（ガス量）が、フィルターの性能に依存して決まっており、燃料電池の長期間に亘る発電の途中において、早晩、フィルターの交換作業（メンテナンス作業）が必要となる。この場合、燃料電池システムのランニングコストがアップする。
【００１８】
また、特許文献２の如く、反応ガス流路に設けられたフィルターを燃料電池システムの使用場所において交換する場合、交換後の反応ガス流路の気密性の確認が困難となることがある。この場合、燃料電池システムの信頼性に支障をきたす。
【００１９】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、燃料電池に供給される燃料ガス中のアンモニアの除去において、ランニングコストおよび信頼性が従来例に比べて改善する燃料電池システムおよびその運転方法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】
【００２０】
上記課題を解決するため、本発明は、２以上の単セルが積層され、燃料ガス供給マニホールドが前記単セルの積層方向に延びている燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックに前記燃料ガス供給する燃料ガス供給部と、前記燃料ガス供給部と前記燃料ガス供給マニホールドとを連通する燃料ガス配管と、前記燃料ガス中のアンモニアガスを除去できるアンモニア除去部と、を備える燃料電池システムであって、
前記単セルは、電解質膜の両側をカソードおよびアノードで挟み、前記カソードおよびアノードのそれぞれを、ガス拡散層で挟んで一体化された膜電極接合体と、前記アノードへの燃料ガスの供給に用いる燃料ガス流路が形成されたセパレータと、を有しており、
前記燃料ガスは、水素ガスを主成分とし、少なくともアンモニアガスと水蒸気を含む３種類以上のガスにより構成される混合ガスであり、
前記燃料ガス供給マニホールドは、前記単セルのそれぞれの前記セパレータの前記燃料ガス流路に、前記燃料ガス配管によって導かれた前記燃料ガスを分配するように構成されており、
酸性官能基が付与されている前記燃料ガス配管または前記燃料ガス供給マニホールド内の前記燃料ガスの接触面が、前記アンモニア除去部となっている燃料電池システムを提供する。
【００２１】
そして、前記アンモニア除去部において、前記燃料ガス中の水蒸気からの結露水に前記アンモニアガスを吸収させることにより、前記アンモニアガスが前記燃料ガスから除去される。
【００２２】
これにより、アンモニア除去部の酸性官能基の作用によって結露水へのアンモニアガスの吸収速度が増大する。また、燃料ガス中の水蒸気によって結露水も連続的に生成される。よって、アンモニア除去部のメンテナンス作業（フィルタ交換作業）が不要となる。
【００２３】
以上により、本発明の燃料電池システムは、燃料電池に供給される燃料ガス中のアンモニアの除去において、ランニングコストおよび信頼性を従来例に比べて改善できる。
【００２４】
また、本発明の燃料電池システムでは、前記アンモニア除去部を、前記燃料ガス供給マニホールドの内面の全域に設けてもよい。
【００２５】
これにより、燃料ガスとアンモニア除去部との接触時間を長く保てるので、アンモニア除去部の吸収効率を上げることができる。
【００２６】
また、本発明の燃料電池システムでは、前記アンモニア除去部の冷却動作に用いる冷却部を更に備えてもよい。
【００２７】
これにより、冷却部によってアンモニア除去部が冷却されるので、低露点の燃料ガスでも燃料ガス中の水蒸気から結露水を生成できる。
【００２８】
なお、前記冷却部に液体の冷媒を流すことにより、前記アンモニア除去部を冷却してもよい。
【００２９】
また、前記冷却部が気体の冷媒を送ることにより、前記アンモニア除去部を冷却してもよい。
【００３０】
また、本発明は、上記燃料電池システムの運転方法であって、前記燃料電池システムの発電中において、前記冷却部による前記アンモニア除去部の冷却動作が間欠的に行われる燃料電池システムの運転方法も提供する。
【００３１】
これにより、燃料電池スタックのＭＥＡのドライアップを抑制しつつ、アンモニアガスの除去に必要な量の結露水を維持することができる。
【発明の効果】
【００３２】
本発明によれば、燃料電池に供給される燃料ガス中のアンモニアの除去において、ランニングコストおよび信頼性が従来例に比べて改善する燃料電池システムおよびその運転方法が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の実施の形態１による燃料電池システムの燃料電池スタックを構成する単電池（単セル）の横断面図である。
【図２】図１の単セルを構成するアノード側導電性セパレータの平面図である。
【図３】本発明の実施の形態１による燃料電池システムの構成例を示した図である。
【図４】本発明の実施の形態２による燃料電池システムの燃料電池スタックの構成例を示した図である。
【図５】図４の燃料電池スタックに用いるアノード側導電性セパレータの平面図である。
【図６】本発明の実施の形態２による燃料電池システムの変形例１の構成例を示した図である。
【図７】従来の燃料電池システムの構成を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下、本発明の実施の形態１、２の具体例について、図面を参照しながら説明する。
【００３５】
なお、全ての図面を通じて、同一ないし相当する構成要素には同じ参照番号を付し、以下、このような構成要素の重複的記載を省略する場合がある。
【００３６】
また、本発明は、以下の実施の形態１、２に限定されない。つまり、以下の具体的な説明は、本発明の燃料電池システムの特徴を例示しているに過ぎない。よって、本発明の燃料電池システムを特定した用語と同じ用語に適宜の参照符号を付して以下の具体例を説明する場合、当該具体的な装置は、これに対応する本発明の燃料電池システムの構成要素の一例である。
【００３７】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１による燃料電池システムの燃料電池スタックを構成する単電池（単セル）の横断面図である。
【００３８】
図１に示すように、燃料電池システム２００の燃料電池スタック３３（いずれも図３参照）の単電池に相当する単セル１０は、水素イオン伝導性の固体高分子電解質膜１１と、固体高分子電解質膜１１の両面に形成されているアノード（触媒層）およびカソード（触媒層）の対（いずれも図示せず）を備える。
【００３９】
なお、固体高分子電解質膜１１には、パーフルオロスルホン酸の市販品（デュポン（株）製のＮａｆｉｏｎ膜）を用いることができ、アノードおよびカソードの触媒にはＰｔ担持カーボンを用いることができる。
【００４０】
また、アノードガス拡散層１３（以下、「ガス拡散層１３」と略す）、および、カソードガス拡散層１２（以下、「ガス拡散層１２」と略す）のそれぞれが、これらのガス拡散層１２、１３に対応する触媒層のそれぞれを外側から挟み込むようにして配されている。
【００４１】
なお、上述のとおり、固体高分子電解質膜１１と一対の触媒層と一対のガス拡散層１２、１３とによって構成される部材が、通常、ＭＥＡ１８（Ｍｅｍｂｒａｎｅ−Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ−Ａｓｓｅｍｂｌｙ：膜電極接合体）と呼ばれている。
【００４２】
図１に示すように、アノード側導電性セパレータ１７は、ガス拡散層１３に接して配され、そのガス拡散層１３との接触面には、平面視においてサーペンタイン状（図２参照）の燃料ガス流路１５が形成されている。
【００４３】
これにより、燃料ガス流路１５を流れる燃料ガスをガス拡散層１３、ひいては、アノードに供給できる。
【００４４】
また、カソード側導電性セパレータ１６は、ガス拡散層１２に接して配され、そのガス拡散層１２との接触面には、平面視においてサーペンタイン状の酸化剤ガス流路１４が形成されている。
【００４５】
これにより、酸化剤ガス流路１４を流れる酸化剤ガスをガス拡散層１２、ひいてはカソードに供給できる。
【００４６】
なお、図１に示すように、各セパレータ１６、１７間の、ＭＥＡ１８の周囲には、ガスケット１９が、ＭＥＡ１８を囲むように環状に配されている。また、カソード側導電性セパレータ１６では、ガス拡散層１２との接触面と反対側の主面に、冷却水が流れる冷却水流路２２が設けられ、アノード側導電性セパレータ１７では、ガス拡散層１３との接触面と反対側の主面にも、冷却水が流れる冷却水流路２３が設けられている。
【００４７】
次に、図１の単セル１０を構成するアノード側導電性セパレータ１７の構成を説明する。
【００４８】
図２は、図１の単セルを構成するアノード側導電性セパレータの平面図である。
【００４９】
但し、図２では、図面の簡略化の観点から、燃料ガス流路１５に連通するマニホールド孔３０、３１のみを図示し（つまり、酸化剤ガス流路１４や冷却水流路２２、２３に連通するマニホールド孔の図示を省略し）、燃料ガス流路１５の溝数も２個に省略して示している。
【００５０】
なお、カソード側導電性セパレータ１６の構成については、以下のアノード側導電性セパレータ１７の説明、および、図２の図示内容を参酌することにより、容易に理解できる。よって、ここでは、カソード側導電性セパレータ１６の詳細な図示および詳細な構成の説明も省略する。
【００５１】
図２に示すように、アノード側導電性セパレータ１７の周縁部（ＭＥＡ１８の外側の領域）には、燃料ガスの供給および排出に用いる一対のマニホールド孔３０、３１が形成されている。つまり、図２のアノード側導電性セパレータ１７の主面において、これらのマニホールド孔３０、３１は、サーペンタイン状の複数の燃料ガス流路１５に接続されている。
【００５２】
なお、単セル１０に用いるカソード側導電性セパレータ１６およびガスケット１９の周縁部にもマニホールド孔３０、３１と同じ類の開口が形成されている。
【００５３】
次に、本実施の形態の燃料電池システム２００の構成について説明する。
【００５４】
図３は、本発明の実施の形態１による燃料電池システムの構成例を示した図である。
【００５５】
図３の燃料電池スタック３３は、アノード側導電性セパレータ１７を含む複数の単セル１０を積層方向に重ねることによって製造される。
【００５６】
このとき、図３に示すように、アノード側導電性セパレータ１７のマニホールド孔３０（図２参照）の連なりとして構成される中空領域３０Ａ（燃料ガス供給マニホールド３０Ａ）が形成される。この燃料ガス供給マニホールド３０Ａは、燃料ガス配管３５を介して上述の燃料ガス供給部１０１に連通している。これにより、燃料ガス供給マニホールド３０Ａは、単セル１０のそれぞれのアノード側導電性セパレータ１７の燃料ガス流路１５に、燃料ガス配管３５によって導かれた燃料ガスを分配するように構成されている。
【００５７】
また、アノード側導電性セパレータ１７のマニホールド孔３１（図２参照）の連なりとして構成される中空領域３１Ａ（燃料ガス排出マニホールド３１Ａ）が形成される。この燃料ガス排出マニホールド３１Ａの出口側は、開放されている。これにより、燃料電池スタック３３で消費されずに、燃料ガス流路１５から出た燃料ガスは、燃料ガス排出マニホールド３１Ａに集められ、最終的に、燃料電池スタック３３の外部に排出される。
【００５８】
次に、本実施の形態の燃料電池システム２００の特徴部であるアンモニア除去部３０Ｂの構成について説明する。
【００５９】
本実施の形態の燃料電池システム２００では、燃料電池スタック３３の燃料ガス供給マニホールド３０Ａの内壁面に酸性官能基を付与することにより、アンモニア除去部３０Ｂが形成されている。つまり、本実施の形態では、酸性官能基が付与されている燃料ガス供給マニホールド３０Ａ内の燃料ガスの接触面が、アンモニア除去部３０Ｂとなっている。
【００６０】
酸性官能基の具体例としては、カルボキシル基、スルホ基、ニトロ基、チオール基、ホウ酸基、硝酸基、リン酸基などがあり、単独の官能基が付与されてもよいし、複数の官能基が混在した状態で付与されてもよい。
【００６１】
燃料ガス供給マニホールド３０Ａの内壁面に酸性官能基を付与するには、例えば、以下のような様々な方法がある。
【００６２】
第１に、アノード側導電性セパレータ１７のマニホールド孔３０の内周面３２に、硝酸や硫酸などの薬液処理をする方法がある。この場合、これらの薬液中に、アノード側導電性セパレータ１７を浸してもよいし、これらの薬液を内周面３２のみに塗布してもよい。
【００６３】
第２に、プラズマなどのエッチング処理により酸素性官能基を形成する方法がある。例えば、アルゴン（Ａｒ）プラズマ中に酸素ガスなどの反応ガスを添加し、アノード側導電性セパレータ１７のマニホールド孔３０の内周面３２に対して反応性エッチング処理を施すとよい。
【００６４】
第３に、上記官能基を持つ高分子材料を添加あるいは塗布する方法がある。例えば、アノード側導電性セパレータ１７のマニホールド孔３０の内周面３２に、上記官能基を持つ高分子材料を塗布してもよいし、このような高分子材料を、カーボンに添加して、このカーボンを成形することによりアノード側導電性セパレータ１７を製作してもよい。
【００６５】
以上の処理が施されたアノード側導電性セパレータ１７を含む複数の単セル１０を積層方法に重ねると、燃料ガス供給マニホールド３０Ａの内壁面に酸性官能基を付与でき、その結果、アンモニア除去部３０Ｂを形成できる。
【００６６】
そして、このような燃料電池スタック３３が組み込まれた燃料電池システム２００を運転（発電）すると、燃料ガス供給マニホールド３０Ａ内に入る高加湿状態の燃料ガス中の水蒸気から水が結露する。すると、燃料ガス中のアンモニアガスは、この結露水に溶解（吸収）され、その結果、燃料ガスからアンモニアが除去される。
【００６７】
特に、アンモニア除去部３０Ｂでは、上述の酸性官能基が付与されているので、結露水は、酸性に近い状態となる。このため、このようなアンモニア除去部３０Ｂの酸性官能基の作用によって結露水へのアンモニアガスの吸収速度が増大する。つまり、アンモニア除去部３０Ｂにおいて、燃料ガス中のアンモニアガスの速やかな除去が行われる。
【００６８】
また、アンモニアガスを吸収した結露水は、燃料ガスに同伴して燃料ガス流路１５を通り、燃料電池スタック３３外に排出されるが、燃料ガス供給マニホールド３０Ａに連続的に入る燃料ガス中の水蒸気によって結露水も連続的に生成される。更に、メタンなどを改質した燃料ガスを用いる場合、燃料ガス中には２０〜３０％の炭酸ガスが含まれる。このため、アンモニアにより中和された酸性官能基から、炭酸ガスを用いてアンモニウムイオンを除去することができ、その結果、アンモニア除去部３０Ｂを自己再生させることができる。これにより、アンモニア除去部３０Ｂは、長期間に亘る使用でも、その効果を適切に維持することができる。
【００６９】
以上により、本実施の形態の燃料電池システム２００では、特許文献２のようなアンモニア除去部のメンテナンス作業（フィルタ交換作業）が不要となる。
【００７０】
なお、上述のとおり、アンモニアガスを吸収した結露水の排出途中において、このような結露水が燃料ガス流路１５を通るが、図１に示すように、燃料ガス流路１５とアノード（触媒層）との間には、結露水による閉塞を防ぐために撥水処理がなされたガス拡散層１３が介在している。このため、アンモニアガスを吸収した結露水がアノード（触媒層）に到達することを防止でき、燃料電池スタック３３の電極反応に悪影響を及ばさない。
【００７１】
更に、燃料ガス供給マニホールド３０Ａは、複数の単セル１０へ燃料ガスを等配しているので、燃料ガス供給マニホールド３０Ａ中の燃料ガスは静止状態に近い状態となっている。よって、燃料ガス供給マニホールド３０Ａ内にアンモニア除去部３０Ｂを設けると、燃料ガスとアンモニア除去部３０Ｂとの接触時間を長く保てるので、アンモニア除去部３０Ｂの吸収効率を上げることができる。
【００７２】
（変形例）
本実施の形態の燃料電池システム２００では、燃料ガス供給マニホールド３０Ａの内壁面に酸性官能基を付与することにより、アンモニア除去部３０Ｂを形成する例を述べたが、これに限らない。
【００７３】
例えば、燃料ガス供給部１０１と燃料ガス供給マニホールド３０Ａとを連通する燃料ガス配管３５の内壁面に、酸性官能基を付与することにより、アンモニア除去部を形成してもよい。
【００７４】
（実施の形態２）
図４は、本発明の実施の形態２による燃料電池システムの燃料電池スタックの構成例を示した図である。また、図５は、図４の燃料電池スタックに用いるアノード側導電性セパレータの平面図である。
【００７５】
なお、本実施の形態の燃料電池システムの構成は、燃料電池スタック１３３に冷媒空間４０Ａ（冷却部）を設けた以外は、実施の形態１の燃料電池システム２００の構成と同じである。よって、両者に共通する構成の説明は省略する。
【００７６】
本実施の形態の燃料電池システムの燃料電池スタック１３３は、図４に示すように、燃料ガス供給マニホールド３０Ａ（アンモニア除去部３０Ｂ）の近傍に形成された冷媒空間４０Ａを備える。
【００７７】
なお、冷媒空間４０Ａの形成には、図５に示すように、アノード側導電性セパレータ１１７のマニホールド孔３０の近傍に、冷媒通流用の孔４０を設けるとよい。すると、アノード側導電性セパレータ１１７を含む複数の単セルを積層方向に重ねて、冷媒空間４０Ａを容易に形成できる。
【００７８】
以上により、本実施の形態の燃料電池システムでは、その運転中（発電中）において、冷却水などの液体の冷媒を冷媒空間４０Ａに流すと、冷媒空間４０Ａによってアンモニア除去部３０Ｂが冷却されるので、低露点の燃料ガスでも燃料ガス中の水蒸気から結露水を生成できる。
【００７９】
（変形例１）
本実施の形態の燃料電池システムでは、冷却部として、液体の冷媒（例えば、冷却水）が流れる冷媒空間４０Ａを例示したが、これに限らない。
【００８０】
例えば、冷却部が、図６に示した空冷ファン５０であってもよい。これにより、空冷ファン５０によって、冷気などの気体の冷媒が、燃料電池スタック３３に向けて送られ、アンモニア除去部３０Ｂを冷却することができる。
【００８１】
（変形例２）
上記冷却部によるアンモニア除去部３０Ｂの冷却動作を常時、行うと、燃料ガス中の水蒸気量が不足して、ＭＥＡ１８のドライアップによる性能低下を引き起こす場合がある。
【００８２】
そこで、アンモニア除去部３０Ｂの冷却動作を間欠的に行い、ＭＥＡ１８のドライアップを抑制しつつ、アンモニアガスの除去に必要な量の結露水を維持することが好ましい。
【００８３】
例えば、制御器１１２が、タイマー機能を用いて冷却部によるアンモニア除去部３０Ｂの冷却動作を周期的に行ってもよい。また、制御器１１２が、適宜の湿度計を用いて燃料ガスの水蒸気量（露点）を監視することにより、ＭＥＡ１８のドライアップを適切に防止できるよう、冷却部によるアンモニア除去部３０Ｂの冷却動作をフィードバック制御してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００８４】
本発明によれば、燃料電池に供給される燃料ガス中のアンモニアの除去において、ランニングコストおよび信頼性が従来例に比べて改善する燃料電池システムおよびその運転方法が得られる。よって、本発明は、例えば、燃料電池コージェネレーションシステム、自動車の動力源として利用できる。
【符号の説明】
【００８５】
１０  単セル
１１  固体高分子電解質膜
１２  カソードガス拡散層
１３  アノードガス拡散層
１４  酸化剤ガス流路
１５  燃料ガス流路
１６  カソード側導電性セパレータ
１７、１１７  アノード側導電性セパレータ
１８  ＭＥＡ
１９  ガスケット
２２、２３  冷却水流路
３０、３１  マニホールド孔
３０Ａ  燃料ガス供給マニホールド
３０Ｂ  アンモニア除去部
３１Ａ  燃料ガス排出マニホールド
３２  内周面
３３、１３３  燃料電池スタック
３５  燃料ガス配管
４０  孔
４０Ａ  冷媒空間
５０  冷却ファン
１０１  燃料ガス供給部
１１２  制御器
２００  燃料電池システム
【図１】
2012003921.tif 000003
【図２】
2012003921.tif 000004
【図３】
2012003921.tif 000005
【図４】
2012003921.tif 000006
【図５】
2012003921.tif 000007
【図６】
2012003921.tif 000008
【図７】
2012003921.tif 000009