(57)【要約】【課題】イオン交換樹脂の使用量を均一化するイオン交換器を提供する。【解決手段】ガス流路に配置され、当該ガス流路内を流れるガス中の不純物を除去するためのイオン交換器６０において、上方に流れるガス流路の一部に形成され、ガスが通過可能な樹脂収容部７１と、樹脂収容部７１内に収容され、樹脂収容部７１を通過するガス中の不純物を除去するイオン交換樹脂７０を有する。イオン交換樹脂７０は、樹脂収容部７１を通過するガス流により攪拌可能である。【選択図】図２
2009129831.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス流路に配置され、当該ガス流路内を流れるガス中の不純物を除去するためのイオン交換器であって、
上方に流れるガス流路の一部に形成され、ガスが通過可能な樹脂収容部と、
前記樹脂収容部内に収容され、前記樹脂収容部を通過するガス中の不純物を除去するイオン交換樹脂と、を有し、
前記イオン交換樹脂は、前記樹脂収容部を通過するガス流により攪拌可能であることを特徴とする、イオン交換器。
【請求項２】
前記樹脂収容部は、ガスを通過させイオン交換樹脂を通過させない、ガス流路の上流側と下流側の２つのフィルタを有し、当該２つのフィルタの間に前記イオン交換樹脂が収容されていることを特徴とする、請求項１に記載のイオン交換器。
【請求項３】
前記少なくとも一方のフィルタは、ガス流路の管路のフランジに取り付けられており、
前記フランジは、ガス流路の管路から取り外し可能であることを特徴とする、請求項２に記載のイオン交換器。
【請求項４】
前記ガス流路の上流側のフィルタは、ガス流路の中心が通る部分が低くなるように傾斜していることを特徴とする、請求項２又は３に記載のイオン交換器。
【請求項５】
前記ガス流路の下流側のフィルタの口径は、前記樹脂収容部の他の部分のガス流路の口径より小さく形成されていることを特徴とする、請求項２〜４のいずれかに記載のイオン交換器。
【請求項６】
前記樹脂収容部には、頂部が上流側を向いた円錐状或いは角錘状の邪魔板が設けられていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載のイオン交換器。
【請求項７】
前記イオン交換樹脂は、予め設定された所定量の水分を含有可能に構成されていることを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載のイオン交換器。
【請求項８】
燃料ガスと酸化ガスとの反応により発電を行う燃料電池を有する燃料電池システムであって、
燃料電池から排出されたガスのガス流路に、請求項１〜７のいずれかに記載のイオン交換器と、前記ガス流路のガスを圧送するポンプが設けられ、
燃料電池システムの稼働中に、前記ポンプのＯＮ・ＯＦＦを繰り返して、前記イオン交換器のイオン交換樹脂を攪拌することを特徴とする、燃料電池システム。
【請求項９】
前記ポンプのＯＮ・ＯＦＦの繰り返し動作は、燃料電池システム内の特定の装置の稼働時に行うことを特徴とする、請求項８に記載の燃料電池システム。
【請求項１０】
前記ポンプのＯＮ・ＯＦＦの繰り返し動作は、燃料電池システムの予め設定された所定の負荷より低い低負荷運転時に行うことを特徴とする、請求項８又は９に記載の燃料電池システム。
【請求項１１】
前記ガス流路には、ガス中の液体を分離する気液分離器が設けられ、
前記イオン交換器は、前記気液分離器に設けられていることを特徴とする、請求項８〜１０のいずれかに記載の燃料電池システム。
【請求項１２】
前記ガス流路は、燃料電池から排出された燃料オフガス中に含まれる燃料ガスを燃料電池に戻すための循環流路を有し、
前記イオン交換器は、前記循環流路に設けられ、燃料オフガスから不純物を除去していることを特徴とする、請求項８〜１１のいずれかに記載の燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、イオン交換器と、そのイオン交換器を備えた燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば自動車等の車両に搭載される燃料電池システムには、燃料電池に反応ガス（燃料ガスや酸化ガス）を給排するための配管系が必要になる。この配管系には、通常、燃料電池から排出されたオフガスの気液を分離する気液分離器が設けられている。この気液分離器により、オフガスから水を分離し、その後そのオフガスを再利用することが行われている。
【０００３】
ところで、上述のオフガスには、燃料電池や配管等から溶出した不純物が含まれていることがある。このオフガスを再利用するためには、含有する不純物を除去する必要がある。このため、例えば上記気液分離器に、不純物を除去するイオン交換樹脂を備えたものが提案されている（特許文献１、２参照）。イオン交換樹脂は、例えば気液分離器のケーシングのガス流入口とガス流出口の間のガス流路に、当該ガス流路を塞ぐように設置されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１００２３９号公報
【特許文献２】特開２００５−２８５７３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記気液分離器では、ガス流入口から多量に供給されたオフガスを、ガス流出口の負圧によりイオン交換樹脂に通過させ、ガス流出口から排出するので、イオン交換樹脂の面内において、例えばガス流出口から近い部分を通過するガス流量が多くなり、遠い部分を通過するガス流量が少なくなる傾向にある。この結果、イオン交換樹脂の面内の利用率が偏り、イオン交換樹脂の使用による劣化具合がばらつくことがある。この結果、例えばイオン交換樹脂の一部分の劣化が早く進んで、イオン交換樹脂全体の寿命が短くなることが考えられる。また、イオン交換樹脂全体の不純物の除去効率も低くなる恐れがある。
【０００６】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、イオン交換樹脂の使用量を均一化す  るイオン交換器、及びそのイオン交換器を備えた燃料電池システムを提供することをそ  の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するための本発明は、ガス流路に配置され、当該ガス流路内を流れるガス中の不純物を除去するためのイオン交換器であって、上方に流れるガス流路の一部に形成され、ガスが通過可能な樹脂収容部と、前記樹脂収容部内に収容され、前記樹脂収容部を通過するガス中の不純物を除去するイオン交換樹脂と、を有し、前記イオン交換樹脂は、前記樹脂収容部を通過するガス流により攪拌可能であることを特徴とする。なお、「上方」には、斜め上方も含まれる。
【０００８】
本発明によれば、ガス流により、イオン交換樹脂が樹脂収容部内で攪拌されるので、イオン交換樹脂全体が偏りなく使用され、イオン交換樹脂の使用量が均一化する。これにより、使用によるイオン交換樹脂の劣化具合も均一になり、この結果、例えばイオン交換樹脂を長寿命化できる。また、イオン交換樹脂全体の不純物の除去効率を向上できる。    
【０００９】
前記樹脂収容部は、ガスを通過させイオン交換樹脂を通過させない、ガス流路の上流側と下流側の２つのフィルタを有し、当該２つのフィルタの間に前記イオン交換樹脂が収容されているようにしてもよい。かかる場合、樹脂収容部内にイオン交換樹脂を適正に閉じ込めることができる。
【００１０】
前記少なくとも一方のフィルタは、ガス流路の管路のフランジに取り付けられており、前記フランジは、ガス流路の管路から取り外し可能であってもよい。かかる場合、フランジを取り外して、樹脂収容部内のイオン交換樹脂の量を調整できる。また、樹脂収容部内のイオン交換樹脂を容易に交換できる。
【００１１】
前記ガス流路の上流側のフィルタは、ガス流路の中心が通る部分が低くなるように傾斜していてもよい。かかる場合、ガス流により攪拌されたイオン交換樹脂がガス流路の中心に集められるので、ガス流がイオン交換樹脂に当たりやすくなり、イオン交換樹脂による不純物の除去効率が向上する。
【００１２】
前記ガス流路の下流側のフィルタの口径は、前記樹脂収容部の他の部分のガス流路の口径より小さく形成されていてもよい。
【００１３】
前記樹脂収容部には、頂部が上流側を向いた円錐状或いは角錘状の邪魔板が設けられていてもよい。かかる場合、ガス流により舞い上げられたイオン交換樹脂が、一様に樹脂収容部の外壁面側に流されるので、イオン交換樹脂の攪拌性が向上する。
【００１４】
前記イオン交換樹脂は、予め設定された所定量の水分を含有可能に構成されていてもよい。かかる場合、例えばガス流が大流量の場合に、その中に含まれる大量の水分をイオン交換樹脂が吸収し、その重さでイオン交換樹脂の遊動を抑えることができる。つまり、ガス流が大流量の場合に、イオン交換樹脂が流されて下流側のフィルタが詰まることを防止できる。
【００１５】
別の観点による本発明は、燃料ガスと酸化ガスとの反応により発電を行う燃料電池を有する燃料電池システムであって、燃料電池から排出されたガスのガス流路に、上記イオン交換器と、前記ガス流路のガスを圧送するポンプが設けられ、燃料電池システムの稼働中に、前記ポンプのＯＮ・ＯＦＦを繰り返して、前記イオン交換器のイオン交換樹脂を攪拌することを特徴とする。かかる場合、ポンプのＯＮ・ＯＦＦの繰り返し動作によりガス流路内の圧力が大きく変動し、イオン交換樹脂の攪拌が促進される。この結果、イオン交換樹脂の攪拌が十分かつ確実に行われ、イオン交換樹脂の使用量がさらに均一化される。
【００１６】
前記ポンプのＯＮ・ＯＦＦの繰り返し動作は、燃料電池システム内の特定の装置の稼働時に行うようにしてもよい。かかる場合、例えばポンプのＯＮ・ＯＦＦの繰り返し動作を、騒音の大きな装置の稼働時に行うことにより、ポンプのＯＮ・ＯＦＦ時に生じる音が目立たないようにすることができる。
【００１７】
前記ポンプのＯＮ・ＯＦＦの繰り返し動作は、燃料電池システムの予め設定された所定の負荷より低い低負荷運転時に行うようにしてもよい。燃料電池システムの低負荷運転時には、ガス中の不純物が多くなる。このため、燃料電池システムの運転時の負荷が予め設定された値より下がる時に、ポンプのＯＮ・ＯＦＦの繰り返し動作を行うことにより、ガス中に不純物が多いときにイオン交換樹脂が十分に攪拌され、イオン交換樹脂によるイオン交換を効率的に行うことができる。また、このときイオン交換が多量に行われるので、イオン交換樹脂の使用量の均一化をさらに促進できる。
【００１８】
前記ガス流路には、ガス中の液体を分離する気液分離器が設けられ、前記イオン交換器は、前記気液分離器に設けられていてもよい。
【００１９】
前記ガス流路は、燃料電池から排出された燃料オフガス中に含まれる燃料ガスを燃料電池に戻すための循環流路を有し、前記イオン交換器は、前記循環流路に設けられ、燃料オフガスから不純物を除去しているようにしてもよい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、イオン交換樹脂の使用量を均一化できるので、例えばイオン交換樹脂の寿命を延ばすことができる。また、例えばイオン交換樹脂全体の不純物の除去効率を向上できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、図面を参照して、本発明の好ましい実施の形態について説明する。図１は、本実施の形態に係るイオン交換器を有する燃料電池システム１の構成の概略を示す説明図である。本実施の形態では、燃料電池システム１を燃料電池車両（移動体）の車載発電システムに適用した例について説明する。
【００２２】
燃料電池システム１は、図１に示すように、反応ガス（酸化ガス及び燃料ガス）の供給を受けて電力を発生する燃料電池１０と、燃料電池１０に酸化ガス（例えば空気）を供給する酸化ガス配管系１１と、燃料電池１０に燃料ガスとしての水素ガスを供給する水素ガス配管系１２と、システム全体を統合制御する制御装置１３等を備えている。
【００２３】
燃料電池１０は、反応ガスの供給を受けて発電する単電池を所要数積層して構成したスタック構造を有している。燃料電池１０には、発電中の電流を検出する電流センサ１０ａが取り付けられている。
【００２４】
酸化ガス配管系１１は、加湿器２０と、加湿器２０により加湿された酸化ガスを燃料電池１０に供給する供給流路２１と、燃料電池１０から排出された酸化オフガスを加湿器２０に送る排出流路２２と、加湿器２０の酸化オフガスを外部に排出する排気流路２３を備えている。供給流路２１には、大気中の酸化ガスを取り込んで加湿器２０に圧送するコンプレッサ２４が設けられている。
【００２５】
水素ガス配管系１２は、高圧（例えば７０ＭＰａ）の水素ガスを貯留した燃料供給源としての水素タンク３０と、水素タンク３０の水素ガスを燃料電池１０に供給するための供給流路３１と、燃料電池１０から排出された水素オフガスを供給流路３１に戻すための循環流路３２を備えている。
【００２６】
なお、水素タンク３０に代えて、炭化水素系の燃料から水素リッチな改質ガスを生成する改質器と、この改質器で生成した改質ガスを高圧状態にして蓄圧する高圧ガスタンクと、を燃料供給源として採用することもできる。また、水素吸蔵合金を有するタンクを燃料供給源として採用してもよい。
【００２７】
供給流路３１には、水素タンク３０の元弁として機能し、水素タンク３０から燃料電池１０側への水素ガスの供給を遮断又は許容する遮断弁３３と、水素ガスの圧力を予め設定した二次圧に減圧するレギュレータ３４と、燃料電池１０側に供給する水素ガスの流量やガス圧を高精度に調整するインジェクタ等の調圧装置３５が設けられている。
【００２８】
循環流路３２には、本実施の形態に係るイオン交換器を備え、水素オフガスから水を分離する気液分離器３６と、循環流路３２内の水素オフガスを加圧して供給流路３１側へ圧送する水素ポンプ３７が設けられている。気液分離器３６には、気液分離器３６により分離された水や一部の水素オフガスを外部に排出する排出流路３８が接続されている。当該排出流路３８には、気液分離器３６からの水や一部の水素オフガスの排出を制御する排出制御弁３９が設けられている。なお、イオン交換器を有する気液分離器３６の構成の詳細は後述する。
【００２９】
制御装置１３は、内部にＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭを備えたマイクロコンピュータとして構成される。ＣＰＵは、制御プログラムに従って所望の演算を実行して、インジェクタ３５の開閉制御など、種々の処理や制御を行う。ＲＯＭは、ＣＰＵで処理する制御プログラムや制御データを記憶する。ＲＡＭは、主として制御処理のための各種作業領域として使用される。
【００３０】
制御装置１３は、車両に設けられた加速操作装置（アクセルペダル等）の操作量を検出し、加速要求値（例えばトラクションモータ等の電力を消費する負荷装置からの要求発電量）等の制御情報を受けて、システム１内の各種機器の動作を制御する。なお、負荷装置は、トラクションモータのほかに、燃料電池１０を作動させるために必要なコンプレッサ２４、水素ポンプ３７、及び図示しない冷媒循環用のポンプ等の補機装置のモータ、並びに、車両の走行に関与する各種装置（車輪制御部、操舵装置、懸架装置等）で使用されるアクチュエータ、空調装置、照明及びオーディオ等を含む。
【００３１】
制御装置１３には、燃料電池１０の発電量を検出する電流センサ１０ａの検出情報が入力される。また、各配管系を流れる流体の圧力、温度、流量等を検出するセンサの検出情報や、外気温を検出するセンサの検出情報等が入力される。制御装置１３は、要求発電量及び各センサの検出情報に基づき、コンプレッサ２４、遮断弁３３、及びインジェクタ３５等を駆動制御して、燃料電池１０に要求発電量に応じた流量及び圧力の反応ガスを供給する。
【００３２】
次に、上記気液分離器３６について説明する。図２は、気液分離器３６の構成の概略を示す縦断面の説明図である。
【００３３】
気液分離器３６は、例えば図２に示すように全体が略筒状のケーシング５０を有し、その内部に気液分離室が形成されている。ケーシング５０の一の側面側（図２の左側）の側壁部の下部には、水や不純物を含んだ水素オフガスが流入するガス流入口５０ａが形成され、燃料電池１０側の循環流路３２が接続されている。また、ケーシング５０の上壁部には、水等が分離された水素オフガスが流出するガス流出口５０ｂが形成され、水素ポンプ３７側の循環流路３２が接続されている。これにより、ケーシング５０内には、循環流路３２の一部を構成し下から上に向かうガス流路が形成されている。
【００３４】
例えばケーシング５０のガス流出口５０ｂ付近（ガス流出部）の上方に流れるガス流路には、イオン交換器６０が設けられている。イオン交換器６０は、イオン交換樹脂７０と、そのイオン交換樹脂７０を収容する樹脂収容部７１を備えている。
【００３５】
樹脂収容部７１は、ガス流路の一部に形成され、例えばガス流出口５０ｂより上流側（下側）の上流フィルタ７２と、ガス流出口５０ｂより下流側（上側）の下流フィルタ７３によって囲まれて形成されている。この上流フィルタ７２と下流フィルタ７３は、ガスを通過させイオン交換樹脂７０を通過させないものである。
【００３６】
上流フィルタ７２は、例えばケーシング５０内に形成され、ガス流出口５０ｂを下面側から覆うように形成されている。下流フィルタ７３は、例えばガス流出口５０ｂに接続された循環流路３２内に形成されている。ケーシング５０内のガスは、上流フィルタ７２、ガス流出口５０ｂを順に通過し、下流フィルタ７３を通過して水素ポンプ３７側に送られる。
【００３７】
樹脂収容部７１内には、イオン交換樹脂７０が収容されている。このイオン交換樹脂７０は、水素オフガスを通過させ、その水素オフガス中の水分を捕集したり、イオン化した不純物を水素イオンと交換する機能を有する。イオン交換樹脂７０は、例えばガス流により遊動可能な繊維状に形成され、細かく分割されている。イオン交換樹脂７０は、２枚のフィルタ７２、７３の間に閉じ込められており、ガス流により２枚のフィルタ７２、７３間を遊動し、同時に攪拌される。
【００３８】
また、下流フィルタ７３は、図２及び図３に示すように循環流路３２の管路の連結部のフランジ８０に取り付けられている。下流フィルタ７３は、例えば厚みのある１対のフランジ部８０ａ、８０ｂの間に挟み込まれ、溶着されている。下流フィルタ７３付きのフランジ８０は、図２に示すように循環流路３２の管路の他のフランジ８１に取り外し自在に固定されている。下流フィルタ７３付きのフランジ８０を循環流路３２の管路から取り外すことにより、樹脂収容部７１内に対してイオン交換樹脂７０を出し入れすることができる。
【００３９】
ケーシング５０の他の側面側（図２の右側）の下部には、分離或いは回収された水を一時的に溜める液溜め部５０ｃが形成されている。液溜め部５０ｃは、例えばケーシング５０の底面の一部が下に凸に湾曲して形成されており、所定量の水を溜めることができる。液溜め部５０ｃの排出側には、上述の排出流路３８が接続されている。
【００４０】
次に、以上のように構成された気液分離器３６の作用について説明する。例えば燃料電池システム１が作動し、燃料電池１０において発電が行われると、燃料電池１０から循環流路３２を通じて、気液分離器３６に水を含む水素オフガスが送られる。水を含む水素オフガスは、ガス流入口５０ａからケーシング５０内に流入される。例えばケーシング５０内において、水素オフガス中に含まれていた水は、重力により落下し、図２に示すようにケーシング５０の底面を通って液溜め部５０ｃに貯留される。
【００４１】
水が分離された水素オフガスは、下流の水素ポンプ３７による負圧により、ケーシング５０内の上方に流れ、上流フィルタ７２から樹脂収容部７１内に流れ込む。その後、水素オフガスは、イオン交換樹脂７０内を通過し、ガス流出口５０ｂを通って、下流フィルタ７３から流出する。このときイオン交換樹脂７０により、例えば水素オフガス中の細かい粒子状の水分や不純物が捕集され、除去される。また、水素オフガスの流れにより、イオン交換樹脂７０が舞い上がり攪拌され、イオン交換樹脂７０の全体が偏りなくガスと接触して、イオン交換樹脂７０の全体で不純物が除去される。
【００４２】
下流フィルタ７３から流出した水素オフガスは、水素ポンプ３７に送られ、循環流路３２を通って供給流路３１に戻される。
【００４３】
また、液溜め部５０ｃに貯留された水Ｈは、例えば所定量溜まると、適宜排出流路３８から排出される。
【００４４】
以上の実施の形態によれば、ガス流によりイオン交換樹脂７０が樹脂収容部７１内で攪拌されるので、イオン交換樹脂７０全体が偏りなく使用され、イオン交換樹脂７０の各片の使用量が均一化する。これにより、使用によるイオン交換樹脂７０の劣化具合も均一になり、この結果、例えばイオン交換樹脂７０を長寿命化できる。また、イオン交換樹脂７０全体の不純物の除去効率を向上できる。
【００４５】
また、樹脂収容部７１は、ガス流路の上流側と下流側の２つのフィルタ７２、７３を有し、当該２つのフィルタ７２、７３の間にイオン交換樹脂７０が収容されているので、イオン交換樹脂７０を樹脂収容部７１内に適正に閉じ込めることができる。
【００４６】
下流フィルタ７３は、ガス流路の管路のフランジ８０に取り付けられており、フランジ８０は、ガス流路の管路から取り外し可能であるので、フランジ８０を取り外して樹脂収容部７１内に適正な量のイオン交換樹脂７０を入れることができる。また、樹脂収容部７１内のイオン交換樹脂７０を容易に入れ替えることもできる。
【００４７】
また、本実施の形態では、上記イオン交換器６０を燃料電池システム１に適用したので、当該燃料電池システム１において燃料電池１０から排出された水素オフガスの不純物の除去を効率的に行い、水素オフガスの再利用を効率的に行うことができる。
【００４８】
イオン交換器６０は、気液分離器３６のガス流出部に形成されているので、既にある気液分離器３６のガス流路を利用してイオン交換器６０を簡単に形成できる。
【００４９】
以上の実施の形態の燃料電池システム１において、燃料電池システム１の稼働中に、水素ポンプ３７のＯＮ・ＯＦＦを繰り返して、イオン交換樹脂７０を攪拌するようにしてもよい。かかる場合、例えば燃料電池システム１の稼働時に毎回、制御装置１３から水素ポンプ３７に指示信号が送られ、図４に示すような水素ポンプ３７のＯＮ・ＯＦＦの繰り返し動作が行われる。この水素ポンプ３７のＯＮ・ＯＦＦの繰り返し動作によりガス流路内の圧力が大きく変動するので、イオン交換樹脂７０の攪拌が促進され、イオン交換樹脂７０の攪拌が十分かつ確実に行われる。この結果、イオン交換樹脂７０の使用量がさらに均一化され、例えばイオン交換樹脂７０をさらに長寿命化できる。
【００５０】
上述の水素ポンプ３７のＯＮ・ＯＦＦの繰り返し動作は、燃料電池システム１内の特定の装置の稼働時に行うようにしてもよい。例えば制御装置１３の制御により、水素ポンプ３７のＯＮ・ＯＦＦの繰り返し動作が、例えば騒音の大きなコンプレッサ２４の稼働時に行われる。こうすることにより、水素ポンプ３７のＯＮ・ＯＦＦ時に生じる音が目立たないように、上記水素ポンプ３７のＯＮ・ＯＦＦの繰り返し動作を行うことができる。
【００５１】
また、上述の水素ポンプ３７のＯＮ・ＯＦＦの繰り返し動作は、燃料電池システム１の予め設定された所定の負荷より低い低負荷運転時に行うようにしてもよい。燃料電池システム１の低負荷運転時には、ガス中の例えばフッ酸などの不純物が多くなる。このため、例えば燃料電池システム１の運転時の負荷が予め設定された値より下がる時に、制御装置１３の制御により、水素ポンプ３７のＯＮ・ＯＦＦの繰り返し動作を行うようにする。こうすることにより、ガス中に不純物が多いときにイオン交換樹脂７０が十分に攪拌され、イオン交換樹脂７０によるイオン交換を効率的に行うことができる。この結果、イオン交換樹脂７０の量を低減できる。また、このときイオン交換が多量に行われるので、イオン交換樹脂７０の使用量の均一化をさらに促進できる。なお、燃料電池システム１の負荷は、運転試験等により予め把握していてもよいし、センサを設けて検出してもよい。
【００５２】
以上の実施の形態で記載した下流フィルタ７３の口径は、樹脂収容部７１の他の部分のガス流路の口径より小さく形成されていてもよい。例えば図５に示すように下流フィルタ７３の口径が循環流路３２の管路の一定の口径より小さく形成される。かかる場合、下流フィルタ７３のガス流路が狭くなり、イオン交換樹脂７０に対する吸引力が強くなるので、イオン交換樹脂７０が下流フィルタ７３に集まりやすくなる。イオン交換樹脂７０が下流フィルタ７３に集まると、下流フィルタ７３におけるガス流の圧力損失が大きくなる。この例によれば、下流フィルタ７３における圧損の増加を検出しやすくなるので、これを利用して水素ポンプ３７のＯＮ・ＯＦＦ動作を行うことができる。つまり、下流フィルタ７３の圧損が所定値より大きくなったときに、水素ポンプ３７を直ちに停止し、圧損が小さくなったときに水素ポンプ３７を作動させる。こうすることにより、下流フィルタ７３の目詰まりによる極端な圧損の増大を防止でき、水素ポンプ３７に過大な負荷がかかることを防止できる。なお、上述の水素ポンプ３７のＯＮ・ＯＦＦの繰り返し動作を、この例の下流フィルタ７３における圧損の大小や、水素ポンプ３７に対する負荷の大小をトリガとして行ってもよい。
【００５３】
以上の実施の形態で記載した上流フィルタ７２は、例えば図６に示すようにガス流路の中心が通る部分が低くなるように傾斜していてもよい。本実施の形態では、循環流路３２、ガス流出口５０ｂの中心軸上の部分が最も低くなるように、上流フィルタ７２を傾斜させる。かかる場合、舞い上がったイオン交換樹脂７０が上流フィルタ７２上に落下した後、ガス流路の中心部に集められる。このため、ガス流がイオン交換樹脂７０に当たりやすくなるので、ガス中の不純物の除去をより効率的に行うことができる。
【００５４】
以上の実施の形態で記載した樹脂収容部７１には、例えば図７に示すように頂部が上流側（下側）を向いた円錐状或いは角錘状の邪魔板９０が設けられていてもよい。かかる場合、樹脂収容部７１内において、下流フィルタ７３側に吸い上げられたイオン交換樹脂７０は、邪魔板９０により一様に樹脂収容部７１の壁面側に流される。これにより、イオン交換樹脂７０の攪拌性が向上され、イオン交換樹脂７０の使用量の均一化がさらに促進される。
【００５５】
以上の実施の形態で記載したイオン交換樹脂７０は、予め設定された所定量の水分を含有可能に構成されていてもよい。ガス流量が多くなると、それに比例してそのガス中に含まれる水分も多くなる。イオン交換樹脂７０を所定量の水分を含有できるようにすることにより、例えばガス流量が多い場合に、図８に示すようにイオン交換樹脂７０に水分を含有させ、その重さにより、イオン交換樹脂７０の巻き上げを抑制できる。こうすることにより、大流量時にイオン交換樹脂７０が大量に巻き上げられ下流フィルタ７３が詰まって圧損が増大することを防止できる。なお、ガス流量が少ない場合には、それに含まれる水分も少ないため、イオン交換樹脂７０に多量の水分が含有せず、イオン交換樹脂７０の攪拌が十分に行われる。また、イオン交換樹脂７０の水分含有可能量は、所定のガス流量の時に巻き上げられないような重さになるように設定される。
【００５６】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に相到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００５７】
例えば以上の実施の形態では、イオン交換樹脂板７０が繊維状に形成されていたが、ガス流により攪拌されるものであれば、他の形状、大きさのものであってもよい。イオン交換器６０が気液分離器３６に設けられていたが、循環流路３２の他の位置に設けられていてもよい。例えばイオン交換器６０の樹脂収容部７１が循環流路３２の管路に設けられ、例えば下流フィルタ７３と上流フィル７２が両方とも管路のフランジに取り付けられていてもよい。
【００５８】
さらに、以上の実施の形態では、燃料電池システム１において、イオン交換器６０が循環流路３２に設けられる例を説明したが、イオン交換器が燃料電池システムの他のガス流路に設けられる場合にも、本発明は適用できる。また、上記実施の形態において、ガスが、不純物を含む水素オフガスであったが、他の種類のガスであっても本発明は適用できる。また、以上の実施の形態では、燃料電池車両に搭載する燃料電池システムについて説明したが、燃料電池システムは、燃料電池車両以外の各種移動体（ロボット、船舶、航空機等）に搭載するものであってもよい。また、燃料電池システムは、建物（住宅、ビル等）用の発電設備として用いられる定置用発電システムに適用したものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】燃料電池システムの構成の概略を示す説明図である。
【図２】気液分離器の構成の概略を示す断面図の説明図である。
【図３】下流フィルタ付きのフランジの構成を示す斜視図である。
【図４】水素ポンプのＯＮ・ＯＦＦの繰り返し動作を示すグラフである。
【図５】下流フィルタの径が小さい場合の循環流路を示す説明図である。
【図６】上流フィルタが傾斜している場合の気液分離器の説明図である。
【図７】樹脂収容部に邪魔板を備えた循環流路を示す説明図である。
【図８】イオン交換樹脂が水を含んだときの状態を示す気液分離器の説明図である。
【符号の説明】
【００６０】
１  燃料電池システム
３６  気液分離器
５０  ケーシング
５０ａ  ガス流入口
５０ｂ  ガス流出口
６０  イオン交換器
７０  イオン交換樹脂
７１  樹脂収容部
７２  上流フィルタ
７３  下流フィルタ
【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】
2009129831.tif 000007
【図６】
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【図７】
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【図８】
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