(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガス供給管と酸化剤ガス供給管を通してそれぞれ供給される燃料ガスと酸化剤ガスにより水を生成し、且つ電力を出力し、残余の燃料ガスと酸化剤ガスとを燃料ガス排出管と酸化剤ガス排出管を通して排出ガスとして排出する固体高分子型燃料電池と、前記生成水は前記燃料ガス排出管と前記酸化剤ガス排出管との少なくとも一方を通して排出され、
前記燃料ガス排出管と前記酸化剤ガス排出管のうち、前記生成水が排出される少なくとも一方の管の前記固体高分子型燃料電池側に設けられ、前記排出ガスとそれに同伴する前記生成水を前記排出ガスと前記生成水とに分離し、前記分離された生成水からイオンを除去するためのイオン除去ユニットとを具備し、
前記イオン除去ユニットは、
水が張られたポットであって、その水中にはイオン交換樹脂が設けられ、前記排出ガスとそれに同伴する前記生成水がその水中に通されて前記排出ガスは出力され、前記生成水は分離されて前記ポット内に在留するバブリングポットを備える
固体高分子型燃料電池システム。
【請求項２】
燃料ガス供給管と酸化剤ガス供給管を通してそれぞれ供給される燃料ガスと酸化剤ガスにより水を生成し、且つ電力を出力し、残余の燃料ガスと酸化剤ガスとを燃料ガス排出管と酸化剤ガス排出管を通して排出ガスとして排出する固体高分子型燃料電池と、前記生成水は前記燃料ガス排出管と前記酸化剤ガス排出管との少なくとも一方を通して排出され、
前記燃料ガス排出管と前記酸化剤ガス排出管のうち、前記生成水が排出される少なくとも一方の管の前記固体高分子型燃料電池側に設けられ、前記排出ガスとそれに同伴する前記生成水を前記排出ガスと前記生成水とに分離し、前記分離された生成水からイオンを除去するためのイオン除去ユニットとを具備し、
前記イオン除去ユニットは、
流路に設けられた邪魔板構造を有するトラップ構造を有し、その底にはイオン交換樹脂が設けられ、前記排出ガスとそれに同伴する前記生成水が前記邪魔板構造を通るとき前記排出ガスはそのまま出力され、前記生成水は分離されて前記トラップ構造の底に在留するトラップ構造を備える
固体高分子型燃料電池システム。
【請求項３】
燃料ガス供給管と酸化剤ガス供給管を通してそれぞれ供給される燃料ガスと酸化剤ガスにより水を生成し、且つ電力を出力し、残余の燃料ガスと酸化剤ガスとを燃料ガス排出管と酸化剤ガス排出管を通して排出ガスとして排出する固体高分子型燃料電池と、前記生成水は前記燃料ガス排出管と前記酸化剤ガス排出管との少なくとも一方を通して排出され、
前記燃料ガス排出管と前記酸化剤ガス排出管のうち、前記生成水が排出される少なくとも一方の管の前記固体高分子型燃料電池側に設けられ、前記排出ガスとそれに同伴する前記生成水を前記排出ガスと前記生成水とに分離し、前記分離された生成水からイオンを除去するためのイオン除去ユニットとを具備し、
前記イオン除去ユニットは、
筒状形状を有し、前記筒状形状内に設けられたイオン交換樹層の間にダミーボールを有し、前記排出ガスとそれに同伴する前記生成水が前記ダミーボール間を通るとき前記排出ガスはそのまま出力され、前記生成水は分離されて前記筒状形状の底に在留するダミーボール入りトラップ構造を備える
固体高分子型燃料電池システム。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の固体高分子型燃料電池システムにおいて、
前記イオン除去ユニットは、分離された前記排出ガスと前記イオンが除去された前記生成水とを再び混合し排出する
固体高分子型燃料電池システム。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の固体高分子型燃料電池システムにおいて、
前記残余の燃料ガスと酸化剤ガスの少なくとも一方を再び供給側に戻すガスリサイクル機構と、前記戻すガスは前記生成水を伴い、
前記戻されたガスを加湿して前記固体高分子型燃料電池に供給する加湿器とをさらに具備し、
前記加湿器は、前記ガスリサイクル機構によって、前記戻されたガスに同伴されて前記加湿器まで戻された前記生成水中に含まれるイオンを除去するための第１イオン除去ユニットを具備する
固体高分子型燃料電池システム。
【請求項６】
請求項５に記載の固体高分子型燃料電池システムにおいて、
前記ガスリサイクル機構は、その途中に設けられ、前記生成水中に含まれるイオンを除去するための第２イオン除去ユニットを具備する
固体高分子型燃料電池システム。
【請求項７】
請求項５又は６に記載の固体高分子型燃料電池システムにおいて、
前記ガスリサイクル機構は、前記排出ガスとそれに同伴される前記生成水を前記燃料電池から除くためのエジェクタを具備し、前記エジュエクタは、前記加湿器からの水により駆動される
固体高分子型燃料電池システム。
【請求項８】
燃料ガス供給管と酸化剤ガス供給管を通してそれぞれ供給される燃料ガスと酸化剤ガスにより水を生成し、且つ電力を出力し、残余の燃料ガスと酸化剤ガスとを燃料ガス排出管と酸化剤ガス排出管を通して排出する固体高分子型燃料電池と、
前記残余の燃料ガスと酸化剤ガスの少なくとも一方を再び供給側に戻すガスリサイクル機構と、
前記戻されたガスを加湿して前記固体高分子型燃料電池に供給する加湿器とを具備し、
前記加湿器は、前記ガスリサイクル機構によって、前記戻されたガスとそれに同伴されて前記加湿器まで戻された前記生成水とを前記戻されたガスと前記生成水とに分離し、分離された前記生成水中に含まれるイオンを除去するための第１イオン除去ユニットを具備し、
前記第１イオン除去ユニットは、
水が張られたポットであって、その水中にはイオン交換樹脂が設けられ、前記排出ガスとそれに同伴する前記生成水がその水中に通されて前記排出ガスは出力され、前記生成水は分離されて前記ポット内に在留するバブリングポットを備える
固体高分子型燃料電池システム。
【請求項９】
燃料ガス供給管と酸化剤ガス供給管を通してそれぞれ供給される燃料ガスと酸化剤ガスにより水を生成し、且つ電力を出力し、残余の燃料ガスと酸化剤ガスとを燃料ガス排出管と酸化剤ガス排出管を通して排出する固体高分子型燃料電池と、
前記残余の燃料ガスと酸化剤ガスの少なくとも一方を再び供給側に戻すガスリサイクル機構と、
前記戻されたガスを加湿して前記固体高分子型燃料電池に供給する加湿器とを具備し、
前記加湿器は、前記ガスリサイクル機構によって、前記戻されたガスとそれに同伴されて前記加湿器まで戻された前記生成水とを前記戻されたガスと前記生成水とに分離し、分離された前記生成水中に含まれるイオンを除去するための第１イオン除去ユニットを具備し、
前記第１イオン除去ユニットは、
流路に設けられた邪魔板構造を有するトラップ構造を有し、その底にはイオン交換樹脂が設けられ、前記排出ガスとそれに同伴する前記生成水が前記邪魔板構造を通るとき前記排出ガスはそのまま出力され、前記生成水は分離されて前記トラップ構造の底に在留するトラップ構造を備える
固体高分子型燃料電池システム。
【請求項１０】
燃料ガス供給管と酸化剤ガス供給管を通してそれぞれ供給される燃料ガスと酸化剤ガスにより水を生成し、且つ電力を出力し、残余の燃料ガスと酸化剤ガスとを燃料ガス排出管と酸化剤ガス排出管を通して排出する固体高分子型燃料電池と、
前記残余の燃料ガスと酸化剤ガスの少なくとも一方を再び供給側に戻すガスリサイクル機構と、
前記戻されたガスを加湿して前記固体高分子型燃料電池に供給する加湿器とを具備し、
前記加湿器は、前記ガスリサイクル機構によって、前記戻されたガスとそれに同伴されて前記加湿器まで戻された前記生成水とを前記戻されたガスと前記生成水とに分離し、分離された前記生成水中に含まれるイオンを除去するための第１イオン除去ユニットを具備し、
前記第１イオン除去ユニットは、
筒状形状を有し、前記筒状形状内に設けられたイオン交換樹層の間にダミーボールを有し、前記排出ガスとそれに同伴する前記生成水が前記ダミーボール間を通るとき前記排出ガスはそのまま出力され、前記生成水は分離されて前記筒状形状の底に在留するダミーボール入りトラップ構造を備える
固体高分子型燃料電池システム。
【請求項１１】
請求項８乃至１０のいずれか一項に記載の固体高分子型燃料電池システムにおいて、
前記ガスリサイクル機構は、その途中に設けられ、前記戻すガスとそれに同伴する前記生成水を前記戻すガスと前記生成水とに分離し、分離された前記生成水中に含まれるイオンを除去するための第２イオン除去ユニットを具備する
固体高分子型燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高分子型燃料電池とそれを使用する燃料電池システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来燃料電池は特殊な機器には使用されてきたが、最近では、固体高分子膜の品質も向上し固体高分子膜型燃料電池が開発されている。このため、自動車をはじめとして家庭用発電器など種々の分野での応用が検討されている。これらの適用分野では、民生用として十分な耐久年数が必要であり、燃料電池及びそれを使用するシステムの寿命は長いことが望ましい。
しかしながら、本願発案者らは、固体高分子型燃料電池システムを稼働中に、固体高分子型燃料電池の内部及び外部配管の一部に腐蝕が発生することを発見した。原因を調べた結果、それはフッ素イオンにより誘引されていることが判明した。
【０００３】
従来より固体高分子型燃料電池は複数の単位セルとそれらを隔離するセパレーターとから構成されている。図６（ａ）は、単位セル構成の分解斜視図であり、図６（ｂ）は、単位セルの断面概念図である。図６に示すように、各単位発電素子では、固体高分子膜の両側に燃料ガス電極（アノード）と酸化剤ガス電極（カソード）が接合されている。発電素子は、セパレーターにより挟まれて単位セルを構成している。本図では、燃料ガス電極と上部セパレーターとの間に燃料ガスが供給され、酸化剤ガス電極と下部セパレーターとの間に酸化剤ガスが供給されている。燃料ガスと酸化剤ガスは固体高分子膜を介して反応し、電力と生成水を生じる。原理的にはこの水は純水であるはずであるが、実際にはフッ素イオンが含まれていた。
【０００４】
固体高分子膜としては、例えば、「ナフィオン（Ｒ）膜」と呼ばれる固体高分子膜が知られている。このような膜を使用することができるようになり、固体高分子型燃料電池の寿命は飛躍的に延びている。これらの膜の主構成はＰＴＦＥ（テフロン（Ｒ））とほぼ等しく、炭素とフッ素の高分子体である。この基本構造の概略は下記の通りであることが発売元であるデュポン社等から公表されている。
【化１】
0005021868.tif 000002
ここで、ＳＯ３―Ｈ＋が、官能基であり、残りの部分は、テフロンとほぼ同じ構造を持つ主鎖及び側鎖である。
【０００５】
上記のような固体高分子膜を使用すると、構成元素であるフッ素等が分離し、フッ素イオンのような腐食性の強いイオンが生成され、各所で腐蝕が発生してしまった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、固体高分子膜から排出されるイオンを捕集することにより、燃料電池及び配管の腐蝕を防止できる固体高分子型燃料電池システムを提供することである。
【０００７】
本発明の目的は、燃料電池に使用された燃料ガスや酸化剤ガスの残余ガスをリサイクル（リサイクル）するような完全密閉型（クローズドタイプ）でありながら、イオンにより配管が腐蝕することのない固体高分子型燃料電池システムを提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
以下に、本発明の種々の観点を達成するための燃料電池システムについて説明する。
以下に、添付図面を参照して、本発明の固体高分子型燃料電池システムについて詳細に説明する。
【０００９】
従来の固体高分子型燃料電池システムでは、発電素子部から出てくるフッ素イオン等の腐食性イオンが、固体高分子型燃料電池に供給された燃料ガス又は酸化剤ガスの両方もしくは一方の残余ガスに同伴される生成水に含まれている。そこで、本発明の固体高分子型燃料電池システムでは、固体高分子型燃料電池からのガス排出管にイオン除去ユニットを設け、生成水中に含まれるイオンを除去することとした。イオン除去ユニットとしてはイオン交換樹脂を利用した反応筒を用いる。
【００１０】
しかしながら、水のイオン交換をするための一般的な反応筒は、イオン交換樹脂が密に充填されており、本発明に適用するために必要となる残余ガスと生成水とが同時に反応筒を通過する機構は設けられていない。そのため、一般的な反応筒では残余ガスがほとんど通過することができず、また通過したとしても非常に大きな圧力損失が有り、実際的ではない。
【００１１】
そこで、本発明の固体高分子型燃料電池システムでは、排出ガスを導入する容器を設け、その容器内にイオン交換樹脂と水を張り、ガスをバブリングさせることによってイオンを除去することとした。
【００１２】
またバブリングを用いずに、ガス中の水滴を捕集する水トラップ機構（例えば、ガス流速の鈍化、邪魔板、ガス流れ方向の変化や、それらの組合せ、ウイックのように親水性素材を捕集剤として用いるもの、イオン交換樹脂そのものを水トラップ用捕集剤として使用する等）を持たせ、トラップした水のみをイオン交換樹脂層に導入する方法を適用すれば、バブリングさせる場合よりガスの圧力損失は大幅に軽減され、発電システムとしての効率が上昇する。またイオン交換樹脂層には捕集された水のみが導入されるため、水位の保持機構などが不要となりイオン交換樹脂層の設計が容易になるという利点も持つ。
【００１３】
一方、このような反応筒では、ガス出口と浄化された水とが別々の排出口から排出されることとなるが、この浄化された水は重力もしくはポンプなどの力を利用して排出される必要があり、反応筒の配置位置が制限されたり、ポンプが必要になったり、システム要件が制約されることとなる。
【００１４】
そこで、反応筒内部にてガスと浄化された水とを再び混合することとした。これによれば、浄化された水は、圧力損失をあまり受けずに流出するガスに再び同伴されるため、追加のポンプなどを必要とせず、反応筒が無い場合とほぼ同じシステム要件にて設計できる。
【００１５】
また、本発明の固体高分子型燃料電池システムは、燃料ガス又は酸化剤ガス燃料ガスの少なくとも一方の残余ガスを再び供給側に戻すガスリサイクル機構（ガスリサイクルシステム）と供給ガスの加湿器とを備え、固体高分子型燃料電池の生成水が加湿器に戻る場合に、除去すべきイオンを含む生成水が加湿器の水と混合できることを利用して加湿器の液層部でイオンを除去することとした。
【００１６】
加湿器液層部のイオン除去方法として本発明では、加湿器内に直接イオン除去ユニットを設置してその場（加湿器内）でイオンを除去する方法と、加湿器の水量を利用して水をポンプ等で外部に引き出してイオン除去ユニットに導入する方法とを考案した。また、これら加湿器の水を浄化するイオン除去ユニットを用いることによって加湿器の水は常に清浄に保たれるため、腐食性を持たず、加湿器の水を燃料電池の冷却水として兼用したり、ガスリサイクル用のエジェクタ駆動水として兼用したりすることが可能となる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照して、本発明の固体高分子型燃料電池システムを説明する。
図１、図２は、全体のシステム系統の例を示し、図３乃至図５は、イオン除去ユニット部分の拡大図である。
【００１８】
まず、図１を参照して、本発明の第１の実施の形態による固体高分子型燃料電池システムの全体のシステム系統を説明する。ここではガスリサイクルシステムを持つものを記載した。
【００１９】
第１の実施の形態による固体高分子型燃料電池システムでは、固体高分子型燃料電池２は、燃料ガス供給管６２と酸化剤ガス供給管７０を通してそれぞれ供給される燃料ガスと酸化剤ガスにより発電を行い、電力を出力し、且つ反応副生物として生成水を排出する。残余の燃料ガスと酸化剤ガスとは、燃料ガス排出管５６と酸化剤ガス排出管６８を通してそれぞれ排出される。ここで、反応副生物である生成水は、燃料ガス排出管５６と酸化剤ガス排出管６８の少なくとも一方を、多くの場合には両方を通して排出される。
【００２０】
更に、この実施の形態では、燃料として水素が用いられ、酸化剤ガスとしては酸素が用いられる。固体高分子型燃料電池システムは、燃料ガス加湿器６、酸化剤ガス加湿器４、燃料ガス側加湿水ポンプ１６、酸化剤ガス側加湿水ポンプ１８、燃料ガスリサイクル機構の燃料ガスエジェクタ１０、酸化剤ガスリサイクル機構の酸化剤ガスエジェクタ８を具備する完全密閉型（クローズドタイプ）のシステムである。
【００２１】
燃料ガスは、ガス供給系５２から新規に供給されるものと、燃料ガスエジェクタ１０からリサイクルされるものとが、燃料ガス加湿器６で混合され燃料電池２へ供給される。燃料ガス排出管５６から排出される残余の燃料ガスは、燃料ガスエジェクタ１０によって冷却水と共に燃料ガス加湿器６にリサイクルされる。ここで冷却水と呼ばれる燃料ガス側の循環水は、燃料ガス加湿器６から出て、燃料ガス側加湿水ポンプ１６により、冷却水供給管５４、冷却器４０、固体高分子型燃料電池２、冷却水排水管５８、及び冷却水排水管の途中に設けられた燃料ガスエジェクタ１０を通り、燃料ガス加湿器６まで循環される。固体高分子型燃料電池２では発電に伴い発熱するが、この冷却水により冷却され、適切な作動温度に保持される。
【００２２】
酸化剤ガスは、ガス供給系７２から新規に供給されるものと、酸化剤ガスエジェクタ８からリサイクルされるものとが、酸化剤ガス加湿器４で混合され燃料電池２へ供給される。酸化剤ガス排出管６８から排出される残余の酸化剤ガスは、酸化剤ガスエジェクタ８によって循環水と共に酸化剤ガス加湿器４にリサイクルされる。ここで循環水と呼ばれる酸化剤ガス側の水は、酸化剤ガス加湿器４から出て、酸化剤ガス側加湿水ポンプ１８により、循環管６４，６６、及び循環管６４，６６の途中に設けられた酸化剤ガスエジェクタ８を通り、酸化剤ガス加湿器４まで循環される。
【００２３】
燃料ガス加湿器６と酸化剤ガス加湿器４は、それぞれヒータ１１３，１１２を内蔵し、固体高分子型燃料電池２に供給される燃料ガスと酸化剤ガスをそれぞれ適切な加湿度に調節し、燃料電池の反応特性を良好に保つ役目を持つ。
【００２４】
尚、上記の説明では、イオン除去ユニットの説明は省略されている。イオン除去ユニットについては、以下に詳細に説明する。
【００２５】
次に、図２を参照して、本発明の第２の実施の形態による固体高分子型燃料電池システムの全体のシステム系統を説明する。第２の実施の形態による固体高分子型燃料電池システムの構成は、ほぼ第１の実施の形態における固体高分子型燃料電池システムと同様である。異なる点は、イオン除去ユニットだけである。
【００２６】
第１及び第２の実施の形態に示す固体高分子型燃料電池システムは、深海探査用の潜水艇などに使用されるものを一例として記述した。この場合、生成水、燃料ガス、酸化剤ガス等をやたらに放出することができないため、生成水、燃料ガス、酸化剤ガス等の全てがクローズドシステムとして構成されている。
【００２７】
しかしながら固体高分子膜を使用した固体高分子型燃料電池では、前述の通り、フッ素イオンのようなイオンが排出され、本実施例のような循環系内を循環すると、各所で腐蝕が発生することになる。
【００２８】
そこで、燃料ガス排出管５６と酸化剤ガス排出管６８のうち少なくとも生成水が排出される管の固体高分子型燃料電池２側に、生成水中に含まれるイオンを除去するための第１のイオン除去ユニット１２，１４が設けられている。燃料ガス加湿器６と酸化剤ガス加湿器４には、冷却水又は前記循環水に含まれるイオンを除去するための第２のイオン除去ユニット７６、７８が設けられている。これにより、イオン除去ができ、目的とする防蝕が可能となる。尚、第２のイオン除去ユニット７６，７８は、少なくとも生成水が排出されるようには設けられることが望ましい。
【００２９】
また、冷却水供給管５４の燃料ガス加湿器６側と、循環管６４，６６の酸化剤ガス加湿器４側との少なくとも一方に設けられ、冷却水又は循環水に含まれるイオンを除去するための第３のイオン除去ユニット２８／３０が設けられてもよい。また、冷却水供給管５４の途中に設けられた冷却水バイパス管２０の途中と、酸化剤ガス加湿器６と酸化剤ガスエジェクタ８の間に設けられた循環水バイパス管２４の途中との少なくとも一方に設けられ、冷却水又は循環水に含まれるイオンを除去するための第４のイオン除去ユニット２２、２６が設けられてもよい。これら第１〜４のイオン除去ユニットは１つだけ設けられてもよいし、また複数設けられてもよい。
【００３０】
また、本発明の固体高分子型燃料電池を製造する際には、高分子膜の両側に燃料ガス側電極と酸化剤ガス側電極とを溶着して電極アッセンブリが形成され、前記電極アッセンブリが洗浄され、記洗浄された電極アッセンブリを用いて燃料電池の単位セルが形成される。ここで、前記洗浄は、熱水を用いる煮沸洗浄であることが望ましい。
【００３１】
次に、図３乃至図５を用いて、イオン除去ユニットを詳細に説明する。
全体システム系統である図１、図２に記載したイオン除去ユニット１２，１４は、例えば、図３（ａ）に示すバブリングポット１００である。バブリングポット１００内には水が張られ、その中に排出ガスが通される。ガス成分は泡となり出て行くが、水分はポット１００内に在留する。ポット１００の水中にはイオン交換樹脂があり、排出されたフッ素イオンはイオン交換樹脂に吸着する。こうして、フッ素イオンを取り除くことができる。但し、この場合には、燃料ガス及び酸化剤ガスを循環させるときの圧力損失が大きい。
【００３２】
このため、バブリングポット１００に代えて、図３（ｂ）に示す邪魔板によるトラップ構造１０２が採用されてもよい。排出ガスのガス成分はそのまま出力され、トラップ構造１０２の底には水成分が残る。底には、バブリングポット１００と同様に、イオン交換樹脂が存在し、フッ素イオンを吸着する。トラップ構造１０２では、圧力損失が小さく、ポンプ１６，１８の駆動能力を増加する必要がないなどの利点がある。
トラップ構造としては、その他の方式として図５（ａ）に示す反応筒内に粒子径の大きい（約５ｍｍ〜２０ｍｍの）ダミーボールを混入し、イオン交換樹脂層の中に空間を作るものもイオン捕捉能は高く有効である。
【００３３】
更に、図５（ｂ）に示すように分離したガスの流路を浄化した水の流路に交叉・合流することによって、ガスと水とを再び混合し排出する構造を持つイオン除去ユニットが可能となり、配置が容易となる。
【００３４】
次に、図１、図２に記載したイオン除去ユニット７６，７８は、図４（ａ）に概念的に示される。イオン除去ユニット７６，７８は、前述の通り、燃料ガス加湿器６と酸化剤ガス加湿器４内に設けられる。イオン除去ユニット７６，７８は、イオン交換樹脂が封入された水の出入りが自由な容器である。この容器はイオン交換樹脂の交換時にイオン交換樹脂を容易に取り出すことも可能とする。
【００３５】
このイオン除去ユニットは、加湿器４，６内の加湿するためのヒーターにより損傷する恐れがあり、また加湿器４，６の構造が複雑になるということはあるが、加湿器内部に内包されてしまうため、システムとして構造がコンパクトになる。これは、固体高分子型燃料電池システムが潜水艇のように限られた空間内に設置されなければならないときに有利である。
【００３６】
また、図１、図２に記載したイオン除去ユニット２８，３０は、図４（ｂ）に概念的に示される。前述の通り、イオン除去ユニット２８は冷却水供給管５４の途中に設けられ、また、イオン除去ユニット３０は循環水供給管６４の途中に設けられている。イオン除去ユニット２８と３０は、ポンプ１８，１６から吐出される水からイオン除去をすることから、一般的に使用されるイオン交換樹脂筒と同じく、特殊な内部構造を持たない反応筒を用いることが出来る。
【００３７】
但し、本実施例のように冷却水として兼用したりエジェクタの駆動水として兼用する場合には兼用する対象によって循環水量が決定され、その水量に適した反応筒は容積が大きくなるとともに圧力損失が大きくなりシステム特性を低下させる要因となることが多い。
【００３８】
このように循環水の兼用を行い、且つ目的のイオン除去ユニットを設置するためには、図４（ｃ）に示す位置にイオン除去ユニット２２，２６を設ける方法がある。前述の通り、イオン除去ユニット２２は、冷却水供給管５４に分岐路２０が設けられ、その分岐路２０の途中に設けられる。また、イオン除去ユニット２６は、循環水供給管６４に分岐路２４が設けられ、その分岐路２４の途中に設けられる。
【００３９】
イオン除去ユニット２２と２６は、イオン除去ユニット２８と３０と同じく、特殊な内部構造を持たない反応筒へイオン交換樹脂を充填したものを用いることが出来る。この場合には、イオンの除去能力は、分岐量および反応筒内容積により定まる。分離量が任意に設定することができることから設計自由度が有り、システム特性を低下させないというメリットがある。
【００４０】
これらイオン除去ユニット２８，３０や２２，２６は、液層のみからイオン除去を行うため、イオン除去能が高く、また一般的な手法を適用できるなどのメリットも大きいが、燃料ガス加湿器６と酸化剤ガス加湿器４の後流側に設けられるので、加湿器４，６にイオンが流入することは避けられない。このため、加湿器等に耐蝕性の強くない金属を用いる必要がある場合には、イオン除去ユニット１２、１４、及びイオン除去ユニット７６，７８と一緒に使用することが望ましい。
【００４１】
本発明の実施形態では、燃料ガス及び酸化剤ガスともにリサイクルされているが、どちらもリサイクルされていない場合でも、どちらか一方だけがリサイクルされている場合でも本願は適用可能である。
また、本発明の実施形態では、固体高分子型燃料電池２への冷却水は燃料ガスをリサイクルするためにも使用されているが、酸化剤ガスをリサイクルするために使用されてもよい。そのためには、上記の説明において、酸化剤ガスと燃料ガスを入れ替えて読めば十分である。
また、本発明による固体高分子型燃料電池システムは、自動車などの車両に搭載される燃料電池システムにも適用可能である。
【００４２】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、固体高分子型燃料電池システムは、固体高分子膜から排出されるイオンを回収することができる。従って、生成水が外部環境を腐蝕し汚染することがない。
【００４３】
固体高分子型燃料電池は、実施例で述べた潜水艇ばかりでなく自動車での利用や家庭での分散発電システムとしての利用が検討されている。この場合、生成水がそのまま垂れ流された場合、フッ素イオンのような有害なイオンが捲き散らかされることになる。そのような事態を防止するためにも本発明は有効である。
【００４４】
もちろん、本発明の固体高分子型燃料電池システムは、配管の腐蝕をも防止できる。従って、固体高分子型燃料電池システムの寿命を延ばすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の第１の実施形態による固体高分子型燃料電池システムの構成を示すブロック図である。
【図２】図２は、本発明の第２の実施形態による固体高分子型燃料電池システムの構成を示すブロック図である。
【図３】図３（ａ）は、本発明の実施形態による固体高分子型燃料電池システムで使用されるイオン除去ユニットとしてのバブリングポットを示す図であり、図３（ｂ）は、イオン除去ユニットとしてのトラップ構造を示す図である。
【図４】図４（ａ）は、加湿器に設けられたイオン交換樹脂を示す図であり、図４（ｂ）は、本発明の実施形態による固体高分子型燃料電池システムで使用されるイオン除去ユニットとしての供給管に設けられたイオン交換樹脂を示す図であり、図４（ｃ）は、イオン除去ユニットとしての供給管からの分岐路に設けられたイオン交換樹脂を示す図である。
【図５】図５（ａ）は、ダミーボールを用いたイオン除去ユニットの構造を示す図であり、図５（ｂ）は、分離したガスと浄化した水とが再混合されて排出されるイオン除去ユニットの構造を示す図である。
【図６】図６（ａ）は、本発明の一実施形態による固体高分子型燃料電池システムで使用される単位セルの分解図であり、図６（ｂ）は、単位セルの組立図である。
【符号の説明】
２：固体高分子型燃料電池
４：酸化剤ガス加湿器
６：燃料ガス加湿器
８：酸化剤ガスエジェクタ
１０：燃料ガスエジェクタ
１２，１４，２２，２６，２８，３０，７６，７８：イオン除去ユニット
１６：冷却水用ポンプ（燃料ガス側加湿水ポンプとも呼ぶ）
１８：循環水ポンプ（酸化剤ガス側加湿水ポンプとも呼ぶ）
２０：冷却水バイパス管
２４：循環水バイパス管
３２：燃料ガスボンベ
３４：酸化剤ガスボンベ
５２：燃料ガス供給系配管
５４：冷却水供給管
５６：燃料ガス排出管
５８、６０：冷却水排水管
６２：燃料ガス供給管
６４：循環水供給管
６６：循環水排水管
６８：酸化剤ガス排出管
７０：酸化剤ガス供給管
７２：酸化剤ガス供給系配管
１００：バブリングポット
１０２：トラップ構造
１１３，１１２：ヒータ
１１０，１１１：ドレイン
【図１】
0005021868.tif 000003
【図２】
0005021868.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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