(57)【要約】【課題】  カソード溶液の酸化反応の効率を向上させた燃料電池システムを提供する。【解決手段】  燃料電池システムは、カソードに供給されたカソード溶液内の酸化還元物質を、アノードに供給された燃料ガスで還元することにより発電する燃料電池と、酸化ガスを供給するガス供給装置と、カソードから排出された前記カソード溶液に、ガス供給装置から供給された酸化ガスの気泡を発生させる気泡発生装置と、気泡を含むカソード溶液を気泡発生装置から導入する導入口、及び導入口により導入されたカソード溶液内の酸化還元物質を酸化ガスで酸化させるための酸化室を備えた再生装置と、酸化された酸化還元物質を含むカソード溶液を、カソードに再供給する溶液供給装置とを有し、導入口は、カソード溶液の導入方向が、上面視における酸化室の中心部に向かう方向からずれるように設けられている。【選択図】図２
2017107666.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
カソードに供給されたカソード溶液内の酸化還元物質を、アノードに供給された燃料ガスで還元することにより発電する燃料電池と、
酸化ガスを供給するガス供給装置と、
前記カソードから排出された前記カソード溶液に、前記ガス供給装置から供給された前記酸化ガスの気泡を発生させる気泡発生装置と、
前記気泡を含む前記カソード溶液を前記気泡発生装置から導入する導入口、及び前記導入口により導入された前記カソード溶液内の前記酸化還元物質を前記酸化ガスで酸化させるための酸化室を備えた再生装置と、
前記再生装置により酸化された前記酸化還元物質を含む前記カソード溶液を、前記カソードに再供給する溶液供給装置とを有し、
前記導入口は、前記カソード溶液の導入方向が、上面視における前記酸化室の中心部に向かう方向からずれるように設けられていることを特徴とする燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば特許文献１に開示されているようなレドックスフロー型の燃料電池システムが知られている。レドックス（RedOx: Reduction / Oxidation）とは、還元及び酸化のことである。この燃料電池システムは、カソードと再生装置との間で、ポリオキソメタレート（ＰＯＭ:polyoxometalate）などの酸化還元物質（メディエータ）を含むカソード溶液を循環させることにより、カソードにおける酸化還元反応を実現する。
【０００３】
酸化還元物質は、カソードにおいて還元された後、再生装置により酸化されることにより再生されて、カソードに再供給される。例えば特許文献１には、再生装置内のカソード溶液に、噴射ノズルから酸化剤を噴射して吹き込む点が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−２２６９７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、レドックスフロー型の燃料電池システムを例えば自動車の動力源などに適用する場合、再生装置内における酸化還元物質の酸化反応の速度が不十分であるため、燃料電池から十分な電力を得ることが難しい場合がある。これに対し、再生装置のサイズを大きくすれば、酸化反応の時間を稼ぐことができるため、燃料電池から十分な電力を得ることができるが、自動車に再生装置を搭載する大きなスペースが必要になるという別の問題が生ずる。
【０００６】
そこで本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、カソード溶液の酸化反応の効率を向上させた燃料電池システム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】
本明細書に記載の燃料電池システムは、カソードに供給されたカソード溶液内の酸化還元物質を、アノードに供給された燃料ガスで還元することにより発電する燃料電池と、酸化ガスを供給するガス供給装置と、前記カソードから排出された前記カソード溶液に、前記ガス供給装置から供給された前記酸化ガスの気泡を発生させる気泡発生装置と、前記気泡を含む前記カソード溶液を前記気泡発生装置から導入する導入口、及び前記導入口により導入された前記カソード溶液内の前記酸化還元物質を前記酸化ガスで酸化させるための酸化室を備えた再生装置と、前記再生装置により酸化された前記酸化還元物質を含む前記カソード溶液を、前記カソードに再供給する溶液供給装置とを有し、前記導入口は、前記カソード溶液の導入方向が、上面視における前記酸化室の中心部に向かう方向からずれるように設けられている。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、カソード溶液の酸化反応の効率を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】燃料電池システムの一例を示す構成図である。
【図２】再生装置及び気泡発生装置の一例を示す外観図である。
【図３】再生装置の上面図である。
【図４】燃料電池システムの他例を示す構成図である。
【図５】再生装置による酸化反応の実験系を示す構成図である。
【図６】酸化反応の実験の条件及び結果を示す表である。
【図７】エジェクタ方式の気泡発生装置の一例を示す側面視の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１は燃料電池システムの一例を示す構成図である。燃料電池システムは、レドックスフロー型であり、例えば自動車などの車両に搭載され、車両を駆動するモータに電力ＰＷを供給する。
【００１１】
燃料電池システムは、水素タンク１１と、燃料ガス調圧弁１２と、燃料電池１３と、パージ弁１４と、水素循環ポンプＰｈと、再生装置２１と、気泡発生装置２２と、溶液循環ポンプＰｏと、エアコンプレッサ３１とを有する。
【００１２】
燃料電池１３には、燃料ガスの一例である水素ガスを供給するための燃料ガス供給路Ｒ１０と、発電に使用した水素ガスを排出するための燃料ガス排出路Ｒ１１とが接続されている。燃料ガス供給路Ｒ１０には、水素タンク１１及び燃料ガス調圧弁１２が、この順に接続されている。
【００１３】
水素タンク１１は、水素ガス（Ｈ２）の供給装置であり、内部に水素ガスを高圧の状態で貯留している。水素ガスは、水素タンク１１から燃料ガス調圧弁１２を経由して燃料電池１３のアノードに導入される。水素ガスは、燃料ガス調圧弁１２を通過することで圧力が調整される。
【００１４】
燃料電池１３から排出された水素ガス（つまりオフガス）は、燃料ガス排出路Ｒ１１に導かれる。燃料ガス排出路Ｒ１１の途中には、パージ弁１４が設けられている。パージ弁１４は、通常、閉塞されているが、燃料ガス排出路Ｒ１１から水素ガスをパージするときに開放される。
【００１５】
燃料ガス排出路Ｒ１１からは、再循環経路Ｒ１２が分岐している。分岐した再循環経路Ｒ１２は、燃料ガス供給路Ｒ１０に接続されている。再循環経路Ｒ１２には水素循環ポンプＰｈが設けられており、水素循環ポンプＰｈは、燃料ガス排出路Ｒ１１に排出された水素ガスを、再循環経路Ｒ１２を経由して燃料ガス供給路Ｒ１０に導く。再循環経路Ｒ１２から燃料ガス供給路Ｒ１０に導かれた水素ガスは、燃料電池１３に再供給される。
【００１６】
燃料電池１３のアノードには水素ガスが供給され、燃料電池１３のカソードには、酸化還元物質であるＰＯＭ（ポリオキソメタレート）を含むカソード溶液が供給される。燃料電池１３は、複数の燃料電池セルの積層体（スタック）として構成され、各燃料電池セルは、アノード電極１３ａとカソード電極１３ｃ、及びアノード電極１３ａとカソード電極１３ｃとに挟まれた電解質膜１３ｂを備える。
【００１７】
電解質膜１３ｂは、例えば、固体高分子材料としてのフッ素系スルホン酸ポリマにより形成された高分子電解質膜であり、湿潤状態において良好なプロトン電導性を有する。アノード電極１３ａ及びカソード電極１３ｃは、例えば多孔質構造を有し、圧力損失が抑制され、かつ、反応面積が大きい構造であることが望ましい。アノード電極１３ａには白金触媒が備えられており、アノード電極１３ａに供給された水素ガスは、白金触媒によりプロトン（水素イオン）に変化する。
【００１８】
一方、カソード電極１３ｃと再生装置２１の間には、ＰＯＭを含むカソード溶液が循環している。ＰＯＭは、バナジウム、モリブデン、及びタングステンなどを含む化合物である。カソード溶液内のＰＯＭは、カソード電極１３ｃにおいて、アノード電極１３ａから移動してきたプロトンと結合することにより還元されてＰＯＭ−Ｈ（還元体）に変化する。つまり、カソード電極１３ｃでは、ＰＯＭ＋ｅ−＋Ｈ＋→ＰＯＭ−Ｈの反応が生ずる。なお、ｅ−は電子を表す。
【００１９】
このように、燃料電池１３は、カソードに供給されたカソード溶液内のＰＯＭを、アノードに供給された燃料ガスで還元されることにより発電する。発電により得られた電力ＰＷは、例えば車両を駆動するモータなどに供給される。
【００２０】
燃料電池１３と再生装置２１の間には、カソード溶液を供給するための溶液供給路Ｒ２０と、発電に使用されたカソード溶液を排出するための溶液排出路Ｒ２１とが接続されている。溶液排出路Ｒ２１には、燃料電池１３と再生装置２１の間でカソード溶液を循環させるための溶液循環ポンプＰｏ、及び、再生装置２１に供給されるカソード溶液に気泡を発生させる気泡発生装置２２が接続されている。
【００２１】
溶液循環ポンプＰｏは、溶液供給装置の一例であり、カソード溶液を燃料電池１３のカソードに再供給する。より具体的には、溶液循環ポンプＰｏは、燃料電池１３と再生装置２１の間にカソード溶液の循環流を発生させることにより、燃料電池１３から排出されたカソード溶液を再生装置２１に圧送するとともに、再生装置２１から排出されたカソード溶液を燃料電池１３に圧送する。
【００２２】
気泡発生装置２２は、一例として、再生装置２１に取り付けられ、溶液排出路Ｒ２１、及び、酸化ガスである空気を供給するための酸化ガス供給路Ｒ３０に接続されている。なお、気泡発生装置２２は、再生装置２１から分離し、溶液排出路Ｒ２１の途中に設けられてもよい。
【００２３】
エアコンプレッサ３１は、ガス供給装置の一例であり、酸化ガス供給路Ｒ３０を介し気泡発生装置２２に空気を供給する。より具体的には、エアコンプレッサ３１は、例えば車両の外部から、酸素（Ｏ２）を含む空気を取り込んでエアコンプレッサ３１に圧送する。なお、本実施例では、酸化ガスの一例として空気を挙げるが、後述するように、酸素やオゾンを酸化ガスとして用いることもできる。
【００２４】
気泡発生装置２２には、燃料電池のカソードから排出されたカソード溶液が、溶液排出路Ｒ２１から流入し、エアコンプレッサ３１から供給された空気が、酸化ガス供給路Ｒ３０から流入する。気泡発生装置２２は、カソード溶液に空気の気泡を発生させる。気泡発生装置２２は、気泡として、例えば直径約１０〜１００（μｍ）のマイクロバブルを発生させる。
【００２５】
気泡発生装置２２としては、例えば特開２００９−１８９９８４に開示されたバブル発生ノズルを用いることができる。このバブル発生ノズルによると、ノズル内部に導入された気体が、テーパ部により加速された高速のループ流により細分化されるため、空気のマイクロバブルを発生させることができる。
【００２６】
このように、気泡発生装置２２は、空気をマイクロバブルとしてカソード溶液に混入させるため、後述するように、再生装置２１における酸化反応の効率を向上させることができる。気泡発生装置２２は、空気の気泡を含むカソード溶液を再生装置２１内に噴出する。
【００２７】
再生装置２１は、燃料電池１３のカソードから排出されたカソード溶液内のＰＯＭ−Ｈを、空気に含まれる酸素で酸化することでＰＯＭ（酸化体）を再生する。再生装置２１内で行われる酸化反応は、Ｏ２＋４ＰＯＭ−Ｈ→２Ｈ２Ｏ＋４ＰＯＭで表される。
【００２８】
再生装置２１には、再生したＰＯＭを燃料電池１３に再供給するための溶液供給路Ｒ２０、及び、酸化反応に使用されずに残った空気を排出するための酸化ガス排出路Ｒ３１が接続されている。溶液循環ポンプＰｏは、燃料電池１３と再生装置２１の間にカソード溶液の循環流を発生させることにより、ＰＯＭ、つまり再生装置２１により酸化されたＰＯＭを含むカソード溶液を、燃料電池１３のカソードに再供給する。
【００２９】
図２は、再生装置２１及び気泡発生装置２２の一例を示す外観図である。再生装置２１は、一例として略円柱状の外形形状を有し、カソード溶液の導入口２１１、カソード溶液の排出口２１２、空気の排出口２１３を備える。また、再生装置２１の内部には、ＰＯＭ−Ｈの酸化反応が行われる酸化室２１０が設けられている。
【００３０】
酸化室２１０は、例えば略円柱状の空間であり、導入口２１１及び排出口２１２，２１３と連通している。なお、酸化室２１０の形状は、略円柱状に限定されず、例えば略四角柱状であってもよい。また、導入口２１１及び排出口２１２，２１３の開口は、一例として円形形状を有するが、形状に限定はない。
【００３１】
導入口２１１は、気泡を含むカソード溶液を気泡発生装置２２から酸化室２１０へ導入する。導入口２１１は、気泡発生装置２２の先端部２２０に接続され、先端部２２０から噴出するカソード溶液及び気泡を酸化室２１０へ導く。なお、気泡発生装置２２が溶液排出路Ｒ２１の途中に設けられている場合、導入口２１１は溶液排出路Ｒ２１の先端部分と接続される。
【００３２】
カソード溶液は、一時的に酸化室２１０に貯留され、排出口２１２から再生装置２１の外へ排出される。排出口２１２は溶液供給路Ｒ２０と接続されているため、酸化室２１０内で酸化されたＰＯＭを含むカソード溶液が、燃料電池１３のカソードに供給される。
【００３３】
また、酸化反応に使われずに残った空気、つまり気泡は、酸化室２１０内を上昇し、その上部２１０ａに空気溜まりを形成する。酸化室２１０の上部２１０ａは排出口２１３に連通し、排出口２１３は酸化ガス排出路Ｒ３１に接続されている。このため、酸化室２１０の上部２１０ａに溜まった空気は排出口２１３から再生装置２１の外部へ排出される。
【００３４】
酸化室２１０内では、ＰＯＭ−Ｈの酸化反応に最適な環境となるように温度などの管理が行われる。カソード溶液内のＰＯＭ−Ｈは、気泡、つまり空気に含まれる酸素で酸化される。
【００３５】
酸化室２１０内において、カソード溶液は、符号Ｌで示されるように、らせん状の渦流を発生し、排出口２１２に導かれる。このため、気泡の酸化室２１０内の滞留時間は、カソード溶液が渦流を生じない場合（例えば直線状の流れとした場合）より長くなる。したがって、ＰＯＭ−Ｈの酸化反応の許容時間を延ばすことが可能となり、酸化反応の効率が向上する。
【００３６】
また、気泡はマイクロバブルであるため、気泡に作用する浮力が通常の大きさ（例えば直径約１(mm)）の気泡より小さい。このため、気泡の酸化室２１０内の滞留時間がさらに長くなり、酸化反応の許容時間をさらに延ばすことができる。
【００３７】
さらに、マイクロバブルは、カソード溶液と接触する比表面積、つまり単位体積当たりの表面積が通常の大きさの気泡より広いため、酸化反応が起こりやすい。したがって、更なる酸化反応の効率の向上が可能である。
【００３８】
カソード溶液のらせん状の渦流Ｌは、導入口２１１のカソード溶液の導入方向を、上面視における酸化室２１０の中心部に向かう方向からずらすことにより発生する。
【００３９】
図３は再生装置２１の上面図である。すなわち、図３には、上面視した再生装置２１が示されている。ここで、上面視とは、再生装置２１内に貯留されたカソード溶液の液面に対して垂直方向に再生装置２１を視ることを指す。なお、図３において、図２と共通する構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００４０】
導入口２１１は、カソード溶液の導入方向Ｄ１が、酸化室２１０の中心部２１０ｃに向かう方向Ｄ２からずれるように設けられている。より具体的には、導入口２１１は略円筒形状を有し、その中心軸に沿ってカソード溶液が流れる方向が導入方向Ｄ１となる。この導入方向Ｄ１は、例えばカソード溶液が酸化室２１０の内壁面に沿って水平に流れ込むように決定される。なお、導入方向Ｄ１は、水平面から上方向または下方向に傾いていてもかまわない。
【００４１】
これにより、カソード溶液はらせん状の渦流Ｌを発生する。なお、排出口２１２のカソード溶液の排出方向は、限定はないが、例えばカソード溶液が酸化室２１０の内壁面に沿って水平に流れ出すように決定されると望ましい。
【００４２】
また、図２から理解されるように、導入口２１１は、排出口２１２の下方に設けられている。より具体的には、導入口２１１は、酸化室２１０の底面の近傍に設けられている。導入口２１１及び排出口２１２は、上述した酸化反応の許容時間を効果的に延ばすため、鉛直方向における導入口２１１と排出口２１２の間の距離が最大となる位置に設けるのが望ましい。
【００４３】
上述した実施例では、酸化ガスとして空気を用いたが、酸化反応の効率をさらに向上させるために、オゾンを用いてもよい。
【００４４】
図４は、燃料電池システムの他例を示す構成図である。図４において、図１と共通する構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００４５】
燃料電池システムは、水素タンク１１と、燃料ガス調圧弁１２と、燃料電池１３と、パージ弁１４と、水素循環ポンプＰｈと、再生装置２１と、気泡発生装置２２と、溶液循環ポンプＰｏと、酸化ガス調圧弁３２と、オゾンタンク３３とを有する。本実施例では、酸化ガスとしてオゾンを用いるため、燃料電池システムには、先の実施例のエアコンプレッサ３１に代えて、オゾンタンク３３が設けられている。なお、酸素（純酸素）を用いる場合は、オゾンタンク３３に代えて、酸素タンクを設ければよい。
【００４６】
オゾンタンク３３は、ガス供給装置の他例であり、酸化ガス供給路Ｒ３０を介し、気泡発生装置２２にオゾンを供給する。酸化ガス調圧弁３２は、酸化ガス供給路Ｒ３０に設けられており、オゾンの供給量を調整する。
【００４７】
気泡発生装置２２は、先の実施例と同様に、カソード溶液にオゾンのマイクロバブルを発生させる。再生装置２１の酸化室２１０内では、カソード溶液に含まれるＰＯＭ−Ｈが、気泡、つまりオゾンにより酸化される。酸化反応の効率は、図２及び図３を参照して述べた構成のため、空気の場合と同様に向上する。なお、これは、オゾンに代えて酸素を用いた場合も同様である。
【００４８】
酸化反応に用いられずに残ったオゾンは、図３を参照して述べたように、酸化室２１０の上部２１０ａに溜まり、酸化ガス排出路Ｒ３１を介し外部へ排出される。このとき、オゾンの排出量が所定の規制量を上回る場合、酸化ガス排出路Ｒ３１の途中に、オゾンを酸素に分解するオゾン分解装置が設けられてもよい。
【００４９】
次に、実施例に係る燃料電池システムの効果について述べる。
【００５０】
図５は、再生装置２１による酸化反応の実験系を示す構成図である。酸化反応の実験系には、再生装置２１と、気泡発生装置２２と、溶液タンク４０と、ポンプ４１と、溶液流量計４２と、ガス流量計４３とが含まれる。
【００５１】
ガス流量計４３は、気泡発生装置２２に供給される酸化ガスの流量を計測する。酸化ガスとしては、オゾンと酸素の２種類が用いられる。また、溶液流量計４２は、気泡発生装置２２に供給されるカソード溶液の流量を計測する。
【００５２】
ポンプ４１は、再生装置２１と、カソード溶液を貯留する溶液タンク４０との間でカソード溶液を循環させる。ポンプ４１は、溶液タンク４０内のカソード溶液４０ａを気泡発生装置２２に圧送する。溶液流量計４２は、ポンプ４１と気泡発生装置２２の間に設けられている。
【００５３】
再生装置２１は、気泡発生装置２２から、酸化ガスの気泡を含むカソード溶液が導入される。気泡発生装置２２の気泡の噴出位置は、再生装置２１内とする。このとき、気泡発生装置２２の先端部２２０は、先の実施例と同様に、再生装置２１の導入口２１１に接続されている。
【００５４】
溶液タンク４０には、実験の開始前、ＰＯＭ−Ｈを含むカソード溶液のみが貯留されている。実験が開始されると、カソード溶液は再生装置２１と溶液タンク４０の間で循環するため、溶液タンク４０内のカソード溶液は、時間の経過とともにＰＯＭの濃度が増加する。また、溶液タンク４０内の上部には、再生装置２１から、酸化反応に用いられずに残った酸化ガス４０ｂが滞留する。すなわち、溶液タンク４０内では、カソード溶液４０ａと酸化ガス４０ｂの気液分離が行われる。
【００５５】
本例では実験時間を１８０（分）とし、実験の開始前と終了後に溶液タンク４０内のカソード溶液のＰＯＭの酸化還元電位（ORP: Oxidation-reduction Potential）を測定する。ＯＲＰは、酸化還元反応系における電子のやりとりの際に発生する電位である。このため、実験の開始前と終了後のＯＲＰの差分が大きいほど、酸化体のＰＯＭの濃度が高い。つまり、ＯＲＰの差分が大きいほど、再生装置２１における酸化反応の効率が高いことを示す。
【００５６】
図６には、酸化反応の実験の条件及び結果が示されている。本例では、条件の異なる４種類の実験（「実験Ｎｏ．」参照）が行われる。「気泡径」は、気泡発生装置２２が発生させる気泡の直径を示す。気泡の直径は、実験Ｎｏ．１では約１（ｍｍ）とし、実験Ｎｏ．２〜４では約１０〜１００（μm）とする。実験Ｎｏ．２〜４では、実施例と同様に、マイクロバブルを発生する気泡発生装置２２が用いられる。これに対し、実験Ｎｏ．１では、比較例としてマイクロバブルより直径の大きな気泡を発生させるため、エジェクタ方式の気泡発生装置２２が用いられる。
【００５７】
図７は、エジェクタ方式の気泡発生装置２２の一例を示す側面視の断面図である。エジェクタ方式の気泡発生装置２２は、カソード溶液が流れる筒状の本体部２２２に、酸化ガスをカソード溶液に流し込むための流入管２２１が挿入された構造を有する。
【００５８】
流入管２２１から流入した酸化ガスは、本体部２２２内のカソード溶液の流れ（矢印参照）により気泡２２１ａ，２２１ｂに分解される。しかし、エジェクタ方式の気泡発生装置２２は、単に、カソード溶液の直線状の流れで気泡を生成するため、マイクロバブルの場合と異なり、直径の小さな気泡を発生させることはできない。
【００５９】
再び図６を参照すると、「気泡導入方向」は、気泡発生装置２２の気泡を再生装置２１内へ導入する方向を示す。実験Ｎｏ．１，２において、気泡発生装置２２は、再生装置２１に対し、図３に示された中心部２１０ｃに向かう方向Ｄ２（中心方向）に沿って酸化ガスの気泡を噴出する。このため、実験Ｎｏ．１，２において、再生装置２１内のカソード溶液は、らせん状の渦流Ｌを発生せずに、導入口２１１からほぼ鉛直方向に沿って上昇し排出口２１２から排出される。
【００６０】
これに対し、実験Ｎｏ．３，４において、気泡発生装置２２は、再生装置２１に対し、図３に示された中心部２１０ｃに向かう方向Ｄ２からずれた方向Ｄ１に沿って酸化ガスの気泡を噴出する。このため、実験Ｎｏ．３，４において、再生装置２１内のカソード溶液は、らせん状の渦流Ｌを発生しながら、導入口２１１から上昇し排出口２１２から排出される。
【００６１】
また、「酸化ガス」について、実験Ｎｏ．１〜３では酸化ガスとして酸素が用いられ、実験Ｎｏ．４では酸化ガスとしてオゾンと酸素の混合ガスが用いられる。実験Ｎｏ．４ではオゾン発生器が用いられ、１(L/min.)の酸素に対して、１００(ppm)のオゾンが混合される。
【００６２】
なお、その他の条件は、実験Ｎｏ．１〜４で共通である。ガス流量計４３で計測される酸化ガスの流量は、１(L/min.)とし、酸化ガスの温度は室温とする。また、溶液流量計４２で計測されるカソード溶液の流量は、２(L/min.)とし、カソード溶液の温度は８０(℃)とする。また、実験前のカソード溶液のＰＯＭの濃度は０．３３(M)とする。
【００６３】
「ＯＲＰ(mV)」は実験の結果を表す。「差分」は、実験前（「実験前」参照）と実験後（「実験後」参照）のカソード溶液のＯＲＰの差分であり、上述したように再生装置２１における酸化反応の効率を示すパラメータである。
【００６４】
実験Ｎｏ．１と実験Ｎｏ．２の各差分を比較すると、実験Ｎｏ．２の差分は、実験Ｎｏ．１の差分の約５０倍である。このため、マイクロバブルの気泡発生装置２２を使用した場合、酸化反応の効率は、エジェクタ方式の気泡発生装置２２を使用した場合より向上することが理解される。すなわち、気泡が小さいほど、酸化反応の効率は上昇することがわかる。
【００６５】
また、実験Ｎｏ．２と実験Ｎｏ．３の各差分を比較すると、実験Ｎｏ．３の差分は、実験Ｎｏ．２の差分の約３倍である。このため、気泡発生装置２２が、再生装置２１内の中心部２１０ｃに向かう方向Ｄ２からずれた方向Ｄ１に気泡を噴出した場合、酸化反応の効率は、気泡発生装置２２が、再生装置２１内の中心部２１０ｃに向かう方向Ｄ２に気泡を噴出した場合より向上することが理解される。つまり、実験Ｎｏ．３の場合、再生装置２１の酸化室２１０内でカソード溶液の渦流が発生するため、気泡の酸化室２１０内の滞留時間が、渦流が発生しない実験Ｎｏ．２の場合より延び、これにより、酸化反応の効率が上昇することがわかる。
【００６６】
また、実験Ｎｏ．３と実験Ｎｏ．４の各差分を比較すると、実験Ｎｏ．４の差分は、実験Ｎｏ．３の差分の約１．３倍である。このため、オゾンと酸素の混合ガスを使用した場合、酸化反応の効率は、酸素のみを使用した場合より向上することが理解される。すなわち、酸化ガスとしてオゾンを使用することにより、酸化反応の効率は上昇することがわかる。
【００６７】
この実験結果を総合すると、最良の条件を使用した実験Ｎｏ．４の差分は、最悪の条件を使用した実験Ｎｏ．１の差分の約２００倍である。したがって、実験Ｎｏ．４の条件を燃料電池システムに適用することで、酸化反応の効率を大幅に向上できることがわかる。
【００６８】
これまで述べたように、実施例に係る燃料電池システムは、燃料電池１３と、燃料電池１３と、再生装置２１と、気泡発生装置２２と、エアコンプレッサ３１またはオゾンタンク３３とを有する。
【００６９】
燃料電池１３は、カソードに供給されたカソード溶液内のＰＯＭを、アノードに供給された水素ガスで還元することにより発電する。エアコンプレッサ３１は、酸化ガスとして空気を供給し、オゾンタンク３３は、酸化ガスとしてオゾンを供給する。なお、酸化ガスとして酸素を使用する場合、燃料電池システムは、エアコンプレッサ３１またはオゾンタンク３３に代えて、酸素を供給する酸素タンクを有する。
【００７０】
気泡発生装置２２は、カソードから排出されたカソード溶液に、エアコンプレッサ３１またはオゾンタンク３３から供給された酸化ガスの気泡を発生させる。再生装置２１は、気泡を含むカソード溶液を気泡発生装置２２から導入する導入口２１１、及び導入口２１１により導入されたカソード溶液内のＰＯＭ−Ｈを酸化ガスで酸化させるための酸化室２１０を備える。再生装置２１は、その酸化されたＰＯＭを含むカソード溶液を燃料電池１３のカソードに再供給する。
【００７１】
導入口２１１は、カソード溶液の導入方向Ｄ１が、上面視における酸化室２１０の中心部２１０ｃに向かう方向Ｄ２からずれるように設けられている。
【００７２】
上記の構成によると、導入口２１１は、カソード溶液の導入方向Ｄ１が、上面視における酸化室２１０の中心部２１０ｃに向かう方向Ｄ２からずれるように設けられているため、酸化室２１０内においてカソード溶液はらせん状の渦流Ｌを発生する。このため、気泡の酸化室２１０内の滞留時間は、カソード溶液が渦流Ｌを生じない場合より長くなる。
【００７３】
したがって、ＰＯＭ−Ｈの酸化反応の許容時間を延ばすことが可能となる。よって、実施例に係る燃料電池システムによると、酸化反応の効率が向上する。なお、これにより、再生装置２１のサイズを大きくすることなく、燃料電池１３から得られる電力を増加することができる。
【００７４】
上述した実施形態は本発明の好適な実施の例である。但し、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施可能である。
【符号の説明】
【００７５】
１３      燃料電池
２１      再生装置
２２      気泡発生装置
３１      エアコンプレッサ
３３      オゾンタンク
２１１     導入口
２１０     酸化室
Ｐｏ      溶液循環ポンプ
【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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