CN1926711A - 燃料电池系统 - Google Patents
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Abstract
提供一种能够可靠地去除在排出气体通路内以粒子状飞行的水分以及混在该水分中的杂质，从而可以提高燃料电池的性能和寿命的燃料电池系统(1)，该燃料电池系统(1)具有使排出气体再循环并将其再次供应给燃料电池(100)的气体循环系统，在该气体循环系统中设有离子交换树脂部件(20)，并将通过了该离子交换树脂部件(20)的流体再次供应给燃料电池(100)，其中，该离子交换树脂部件(20)吸附流经该气体循环系统的排出气体中混有的粒子状态的水分中所包含的杂质成分。
Description
技术领域
本发明涉及燃料电池系统，特别是涉及具有排出气体通路的燃料电池系统，其中，从燃料电池排出的排出气体在该排出气体通路中流通。
背景技术
以往，一般的固体高分子型燃料电池通过层叠多个电池(cell)而构成，该电池具有：膜电极组(MEA：Membrane Electrode Assembly；以下称为“MEA”)和形成有用于向所述燃料极提供燃料气体(氢)以及向氧化剂极提供氧化气体(氧，通常为空气)的流体通路的隔板，其中，MEA包括：由离子交换膜形成的电解质膜、由配置在该电解质膜的一个面上的触媒层和扩散层形成的燃料极(阳极电极)、以及由配置在所述电解质膜的另一个面上的触媒层和扩散层形成的氧化剂极(阴极电极)。
在包括该燃料电池的燃料电池系统中，作为燃料气体的氢、以及通过在燃料电池中进行的电池反应而产生的水在氢循环系统内流动。在该燃料电池中，由于被供应的氢未全部用于电池反应，所以采用使该未反应的氢再次返回燃料电池以进行有效利用的循环系统。并且，通过电池反应而产生的水被排出到外部。另外，在该氢循环系统中，通常在路径内设置泵来作为循环动力。
在这里，在所述氢循环系统内流动的水中存在有少量从燃料电池或系统的管线部件等溶出的成分。另外，有时杂质也随着从外部吸入的空气而进入到燃料电池内，并通过电解质膜混入到氢循环系统中。尤其是当从燃料电池或系统的管线部件等溶出的成分中存在有金属离子时，燃料电池自身的功能有可能降低，其寿命也可能减少。而且，在燃料电池内产生的水有时为酸性。
因此，以往通常采用使用离子交换树脂的方法来作为对在该氢循环系统中流动的水进行净化的方法。但是，例如当将该燃料电池系统装载在汽车等上时，就会需要更多的装载空间。另外也需要定期更换离子交换树脂。因此，存在着需要使燃料电池系统小型化、并且延长离子交换树脂的交换周期的问题。
作为使用该离子交换树脂对在燃料电池内被净化的水进行净化的系统，例如有日本专利文献特开平8-298130号公报中所记载的燃料电池系统，该燃料电池系统在与阴极循环增压器(cathode recycle blower)喷出管线的汇合点的下游侧设置去除燃料气体中含有的杂质的过滤器，以去除阴极气体中含有的铁锈和盐类等杂质，该阴极循环增压器喷出管线使阴极出口气体循环。
另外，在日本专利文献特开2001-313057号公报中提出了制造离子交换性过滤器的制造方法，在该方法中，对由聚烯烃或聚氟烯烃(polyfluoro olefin)形成的基体材料过滤器进行表面亲水化处理，然后在该基体材料过滤器上涂敷离子交换性聚合体溶液并进行干燥，其中，所述离子交换性过滤器去除供应给燃料极和氧化剂极的气体中含有的杂质。
另外，在日本专利文献特开2002-313404号公报中提出了固体高分子型燃料电池系统，该系统具有去除混在排出气体中的所述生成水中含有的离子的离子去除单元，该离子去除单元设置于在排出燃料电池中生成的生成水的、燃料气体排出管与所述氧化剂气体排出管中的至少一条管线的固体高分子型燃料电池一侧。
另外，在日本专利文献特开2001-35519号公报中提出了燃料电池的冷却水循环装置，该装置在安装于移动体上的燃料电池的冷却水循环管道中设置了盒式离子交换器(cartridge type ion exchanger)，并在该离子交换器中相对配置了两个过滤器，并且在一个过滤器的侧面设置了多孔板和弹簧，该弹簧对该多孔板施加向另一个过滤器方向偏置的偏置力(即，向盒式离子交换器的轴向推压)。而且，所述弹簧设置在冷却水的流路上。在该冷却水循环装置中，当在使用过程中离子交换树脂的体积发生变化(特别是收缩)时，通过由弹簧和多孔板构成的向轴向推压的推压单元来推压离子交换树脂以使其在轴向上压缩，因此可以维持适当的离子交换树脂的填充状态。
但是，在日本专利文献特开平8-298130号公报所记载的燃料电池系统中设置的过滤器虽然可以除去包含在阴极气体中的铁锈和盐类等杂质，但却不能可靠地去除混在阴极气体中的粒子状的水分中所包含的杂质。
另外，对于在从燃料电池排出的排出气体流通的排出气体通路中使用通过日本专利文献特开2001-313057号公报所记载的制造方法而得到的离子交换性过滤器没有任何记载，对去除混在所述排出气体中的粒子状的水分中所包含的杂质也未作任何考虑。
另外，在日本专利文献特开2002-313404号公报所记载的燃料电池系统中设置的离子去除单元虽然可以去除在管线内流动的生成水中所包含的离子，但却不能去除混在从燃料电池排出的排出气体中的粒子状的水分中所包含的杂质。
另外，在日本专利文献特开2001-35519号公报所记载的燃料电池的冷却水循环装置中，虽然在燃料电池的冷却水循环管道中配置了盒式离子交换器，但是对在从燃料电池排出的排出气体流通的排出气体通路中配置盒式离子交换器却未作任何考虑。尤其是对在氢循环系统中配置盒式离子交换器未作任何考虑，因此，对在气液分离器内不妨碍有效分离液体和气体的位置上配置盒式离子交换器也未进行研究。
发明内容
本发明以对上述现有的燃料电池系统进行改进为课题，其目的在于提供一种燃料电池系统，其能够可靠地去除在排出气体通路内以粒子状飞行的水分以及混在该水分中的杂质，从而可以提高燃料电池的性能和寿命。
为了达到该目的，本发明提供一种燃料电池系统，其具有从燃料电池排出的排出气体流通的排出气体通路，在所述排出气体通路中设有杂质去除部件，该杂质去除部件除去混在排出气体中的粒子状的水分中所包含的杂质。
具有该结构的燃料电池系统可以通过杂质去除部件而对在排出气体通路中流动的排出气体中混有的粒子状的水分进行净化，从而能够可靠地去除该水分中所包含的杂质。
所述杂质去除部件可以设置在燃料电池系统的氢循环系统的排出气体通路中。
另外，本发明的燃料电池系统也可以具有以下结构：在所述排出气体通路中设有气液分离器，在该气液分离器的内壁面上配置所述杂质去除部件。通过做成该结构，除了上述优点以外，由于被杂质去除部件拦截(吸附等)的水分容易沿气液分离器的内壁面滴落，所以可以进一步有效地去除所述水分。
另外，本发明的燃料电池系统也可以具有以下结构：在所述排出气体通路中设有气液分离器，按照在该气液分离器内的内壁面与该杂质去除部件的外表面之间形成间隙的方式来配置所述杂质去除部件。通过做成该结构，可以增大从气液入口流入的流体与杂质去除部件接触的面积，即可以增大所述流体流入杂质去除部件时的流入面积。因此，除了上述优点以外，还可以进一步减少压力损失，并且可以进一步提高净化效率。
所述杂质去除部件也可以按照越靠近该气液分离器的气体出口附近，流通阻力(气体通过时的阻力)越大的方式来构成。通过如上构成，除了上述优点以外，还可以进一步防止气体的流动偏向气液分离器的气体出口附近。
另外，当在气液分离器内配置所述杂质去除部件时，由于可以将气液分离器中原本存在的空间用作配置空间，所以不会由于配置了杂质去除部件而使燃料电池系统大型化。另外，用于配置杂质去除部件的部件也可降低到所需的最低限度，因此能够抑制成本的增加。
另外，本发明的燃料电池系统也可以具有以下结构：在所述排出气体通路中设有气液分离器，在该气液分离器的下游一侧配置所述杂质去除部件。通过做成该结构，也可以有效、可靠地去除在气液分离器中没有完全去除的水分以及混在该水分中的杂质。
另外，也可以在本发明的燃料电池系统中对所述杂质去除部件进行疏水处理。通过进行该疏水处理，可以更加有效地去除在排出气体通路中流动的排出气体中所混有的粒子状态的水分。
例如可在所述杂质去除部件的外表面上配置疏水性部件来作为所述疏水处理。由此，可以进一步有效地减少流入所述杂质去除部件中的水量。
另外，例如也可以将所述杂质去除部件收容在由疏水性部件构成的收容体内来作为所述疏水处理。
另外，可以在本发明的燃料电池系统中设置能够随着所述杂质去除部件的体积变化而变形的随动部件。通过做成上述设有随动部件的结构，即使假设杂质去除部件由于燃料电池的运转状态等发生了膨胀、收缩等体积变化，也可以通过所述随动部件来吸收该体积变化。即，即使假设杂质去除部件收缩，也可以防止在配置有该杂质去除部件的外壳(例如，气液分离器的内壁等)与杂质去除部件之间产生间隙。从而可以防止产生杂质去除部件性能降低等不良现象。另外，即使假设杂质去除部件膨胀，也可以防止所述外壳产生变形等不良现象。
另外，勿庸置疑，所述随动部件例如也可以随着由于存在于杂质去除部件的周围和内部的生成水等水分冻结膨胀而造成该杂质去除部件膨胀时的体积变化(体积增加)而变形。
通过如上所述来配置随动部件，可以提高作为杂质去除部件的构成要素的杂质去除材料的填充率，并可以减少杂质去除部件内的空间，从而可以防止例如车辆受到振动等而对杂质去除部件造成的不良影响。
也可以在所述杂质去除部件的内部分散设置多个所述随动部件。通过上述措施，可以大致均匀地吸收杂质去除部件整体的体积变化。
另外，也可以在所述杂质去除部件的外周配置随动部件。通过按照这种方式来配置随动部件，也可以大致均匀地吸收杂质去除部件整体的体积变化。另外，在这种情况下，可以进一步在所述杂质去除部件的内部分散配置多个随动部件。
另外，所述随动部件只要不损害燃料电池系统的性能，并且可以随着杂质去除部件的体积变化而变形即可，对其原料和形状没有特别的限定，例如，可以由多孔质材料构成。当随动部件由多孔质材料构成时，可以防止在气液分离器中阻碍气体的流动。另外，可以使液体暂时保存(含有)在多孔质材料中并使保存的液体滴落，从而可以有效地进行排水。从而可以进一步提高气液分离器的功能。另外，还可以防止由于与杂质去除部件碰撞而造成故障。
另外，本发明的燃料电池系统也可以具有以下结构：在气液分离器中配置所述杂质去除部件，并且所述随动部件包括弹性部件，将该随动部件配置在该气液分离器的避开气液流路的位置上。通过该结构，由于随动部件配置在气液分离器的避开气液流路的位置上，所以可以防止阻碍气体的流动和液体的滴落。该弹性部件可以通过弹力来发挥跟随效果。另外，作为所述弹性部件，只要不妨碍燃料电池并具有弹性功能即可，对其没有特别的限定，例如可以是弹簧部件等。
另外，所述杂质去除部件可以由具有离子交换树脂的离子交换树脂部件构成。另外，所述杂质去除部件也可以是去除异物的异物去除过滤器。
另外，当所述杂质去除部件为离子交换树脂部件、并在具有气体循环系统的燃料电池系统中采用该离子交换树脂部件时，本发明提供如下的燃料电池系统。其中，所述气体循环系统使排出气体再次循环并将其供应给燃料电池。
即，提供一种具有使排出气体再次循环并将其供应给燃料电池的气体循环系统的燃料电池系统，其中，在所述气体循环系统中设置离子交换树脂部件，该离子交换树脂部件吸附在该气体循环系统中流动的排出气体中混有的粒子状态的水分中所包含的杂质成分，并将通过了该离子交换树脂部件的流体再次供应给所述燃料电池。并且，所述气体循环系统可以是氢循环系统，也可以是氧循环系统。另外，离子交换树脂部件可以设置在氢循环系统和氧循环系统两者中。
具有该结构的燃料电池系统可以通过离子交换树脂部件而对在气体循环系统中流动的排出气体中混有的粒子状态的水分进行净化，从而能够可靠地去除包含在该水分中的杂质成分。
另外，本发明的燃料电池系统也可以具有以下结构：所述气体循环系统具有气液分离器，在该气液分离器的内壁面上配置所述离子交换树脂部件。通过做成该结构，除了上述优点以外，还由于被离子交换树脂部件拦截(吸附等)的水分容易沿气液分离器的内壁面滴落而能够更加有效地去除所述水分。
另外，本发明的燃料电池系统也可以具有以下结构：所述气体循环系统具有气液分离器，按照在该气液分离器内的内壁面与该离子交换树脂部件的外表面之间形成有间隙的方式来配置所述离子交换树脂部件。通过做成该结构，可以增大从气液入口流入的流体与离子交换树脂部件接触的面积，即可以增大所述流体流入离子交换树脂部件时的流入面积。因此，除了上述优点以外，还可以进一步减小压力损失，并且可以进一步提高净化效率。
所述离子交换树脂部件也可以按照越靠近该气液分离器的气体出口附近，气体通过时的阻力(流通阻力)越大的方式来构成。通过如上构成，除了上述优点以外，还可以进一步防止气体的流动偏向气液分离器的气体出口附近。
另外，当在气液分离器内配置所述离子交换树脂部件时，由于可以将气液分离器中原本存在的空间用作配置空间，所以不会由于配置了离子交换树脂部件而使燃料电池系统大型化。另外，用于配置离子交换树脂部件的部件也可降低到所需的最低限度，因此能够抑制成本的增加。
另外，本发明的燃料电池系统也可以具有以下结构：在所述气体循环系统中设有气液分离器，在该气液分离器的下游一侧配置所述离子交换树脂部件。通过做成该结构，也可以有效、可靠地去除在气液分离器中没有完全去除的水分、以及混在该水分中的杂质。
另外，在本发明的燃料电池系统中，也可以对所述离子交换树脂部件进行疏水处理。通过进行该疏水处理，可以更加有效地去除在气体循环系统中流动的排出气体中所混有的粒子状态的水分。
例如也可以在所述离子交换树脂部件的外表面上配置疏水部件来作为所述疏水处理。通过该措施，可以进一步有效地减少流入所述离子交换树脂部件中的水分的量。
另外，例如也可以将所述离子交换树脂部件收容在由疏水性部件构成的收容体内来作为所述疏水处理。
附图说明
图1是本实施方式的燃料电池系统的结构简图；
图2是放大示出图1所示的燃料电池系统的气液分离器和离子交换树脂部件附近的简要结构的截面图；
图3是放大示出本发明其他实施方式的燃料电池系统的气液分离器和离子交换树脂部件附近的简要结构的截面图；
图4是放大示出本发明其他实施方式的燃料电池系统的气液分离器和离子交换树脂部件附近的简要结构的截面图；
图5是放大示出本发明其他实施方式的燃料电池系统的气液分离器和离子交换树脂部件附近的简要结构的截面图；
图6是放大示出本发明其他实施方式的燃料电池系统的气液分离器和离子交换树脂部件附近的简要结构的截面图；
图7是放大示出本发明其他实施方式的燃料电池系统的气液分离器和离子交换树脂部件附近的简要结构的截面图；
图8是放大示出本发明其他实施方式的燃料电池系统的气液分离器和离子交换树脂部件附近的简要结构的截面图；
图9是放大示出本发明其他实施方式的燃料电池系统的气液分离器和离子交换树脂部件附近的简要结构的截面图；
图10是放大示出本发明其他实施方式的燃料电池系统的气液分离器和离子交换树脂部件附近的简要结构的截面图；
图11是放大示出本发明其他实施方式的燃料电池系统的气液分离器和离子交换树脂部件附近的简要结构的截面图；
图12是放大示出本发明其他实施方式的燃料电池系统的气液分离器和离子交换树脂部件附近的简要结构的截面图；
图13是放大示出本发明其他实施方式的燃料电池系统的气液分离器和离子交换树脂部件附近的简要结构的截面图；
图14是放大示出本发明其他实施方式的燃料电池系统的气液分离器和离子交换树脂部件附近的简要结构的截面图；
图15是放大示出本发明其他实施方式的燃料电池系统的气液分离器和离子交换树脂部件附近的简要结构的截面图；
图16是放大示出本发明其他实施方式的燃料电池系统的气液分离器和离子交换树脂部件附近的简要结构的截面图；
图17是放大示出本发明其他实施方式的燃料电池系统的气液分离器和离子交换树脂部件附近的简要结构的截面图；
图18是放大示出本发明其他实施方式的燃料电池系统的气液分离器和离子交换树脂部件附近的简要结构的截面图；
图19是放大示出本发明其他实施方式的燃料电池系统的气液分离器和离子交换树脂部件附近的简要结构的截面图；
图20是放大示出本发明其他实施方式的燃料电池系统的气液分离器和离子交换树脂部件附近的简要结构的截面图。
具体实施方式
下面参照附图，对本发明优选实施方式的燃料电池系统进行说明。以下记载的实施方式是用于说明本发明的例示，本发明并不限定于这些实施方式。因此，本发明可以在不脱离其宗旨的范围内以各种方式实施。
图1是本实施方式的燃料电池系统的结构简图，图2是放大示出图1所示燃料电池系统的气液分离器和离子交换树脂部件附近的简要结构的截面图。
在本实施方式中，以配置在氢循环系统中的循环通路为例来说明与燃料电池连接的排出气体通路，从燃料电池排出的排出气体在该排出气体通路中流通。
如图1所示，本实施方式的燃料电池系统1的燃料电池100具有内置电池堆的结构，该电池堆由多个电池构成，所述电池通过将MEA与隔板重叠在一起而构成，其中，在所述隔板上形成了用于向所述燃料极(阳极)提供燃料气体(氢)，以及向氧化剂极(阴极)提供氧化气体(氧，通常是空气)的流路。
在该燃料电池100的空气供应口101上连接有用于供应作为氧化气体的空气的空气供应通路102，在空气排出口103上连接有用于排出从燃料电池100排出的空气和水的空气排出通路104。另外，氢循环系统10的一端与燃料电池100的氢供应105连接，氢循环系统10的另一端与氢排出口106连接。
对于从燃料电池100排出的未反应的氢和生成水，氢循环系统10使其中未反应的氢循环，并使其与新的氢一起再次供应到燃料电池100内，而将生成水排出到外部。该氢循环系统10包括：循环通路11，其一端连接在氢排出口106上；气液分离器12，连接在循环通路11的另一端上，并分离从循环通路11导入的氢和水；循环通路13，连接在气液分离器12上，并导入从气液分离器12排出的气体；循环泵15，连接在循环通路13的下游侧，并作为氢循环系统10的循环动力而工作；以及氢供应通路16，其一端连接在氢供应105上并向燃料电池100供应氢，另一端在汇合点A处与循环通路13的下游侧的端部连接。另外，标号24是向燃料电池100供应氢时，对氢的压力进行调整的阀。
尤其，如图2所示，气液分离器12具有中空的近似圆筒的形状，其中形成有用于导入从循环通路11排出的氢和水的气液入口18、以及排出在气液分离器12内被分离的气体的气体排出口19。该气液分离器12通过使从气液入口18导入的气液混合体(流体)回旋而分离为气体和液体。
另外，在气液分离器12的下部形成有收容在气液分离器12中分离的水，并将其向外部排出的排水口17。在该排水口17上设置了排水阀(未图示)，该排水阀具有只向外部排出在气液分离器12中分离出的水，而不排出氢的结构。
另外，在气液分离器12的内部配置了离子交换树脂部件20。该离子交换树脂部件20具有阳离子交换树脂和阴离子交换树脂，其与气液分离器12的内壁接触并几乎填满气液分离器12的内部。因此，从气液入口18导入并经气液分离后的气体在通过离子交换树脂部件20之后从气体排出口19排出到循环通路13中。
作为离子交换树脂部件20的构成要素的离子交换树脂通常为粒子状，但也可以使用纤维状的。在本实施方式中，该离子交换树脂被放入并安装在具有未图示的开口的树脂制容器中，以便不被在气液分离器12内产生的气旋(流速)吹走。
当向具有上述结构的燃料电池系统1的燃料电池100供应氢和空气从而开始电反应时，
在燃料极(阳极)一侧发生以下反应：
在氧化剂极(阴极)一侧发生以下反应：
而作为燃料电池整体则发生以下反应：
通过上述电池反应，在燃料极(阳极)一侧，生成水与未反应的氢一起经由氢排出口106而被排出到循环通路11中。
被排到循环通路11中的生成水和未反应的氢通过循环泵15的动力而移动到气液分离器12中，氢和水在这里被分离。此时，从循环通路11排出的水的大约90％左右与氢分离并被收容到排水口17中，然后从该处排出到外部。但是，难以去除随氢的气流而以粒子状态飞行的水分以及该水分中含有的杂质成分，该粒子状态的水分和杂质成分会到达离子交换树脂部件20。
接着，到达离子交换树脂部件20的粒子状态的水分和杂质成分在该处被拦截。被离子交换树脂部件20拦截的粒子状态的水分沿气液分离器12的内壁而被收容到排水口17中。另外，包含在所述水分中的杂质成分中的一部分与所述水分一起被收容在排水口17中，其他杂质成分被离子交换树脂部件20吸附。另一方面，氢通过离子交换树脂部件20并向循环通路13的下游侧流动。
如上所述，通过在本实施方式的燃料电池系统1中配置离子交换树脂部件20，可以接近100％地去除在燃料电池100中产生的生成水和杂质成分。
在这里，通常伴随着燃料电池中的电池反应，会从与生成的生成水接触的燃料电池内的部件、或循环通路等管线系统部件中溶出微量的材料或其成分。另外，杂质成分有时也会随着从外部气体吸入的空气而进入燃料电池中，并通过电解质膜混入到氢循环系统10中。然后，这些污浊成分会再次流入到燃料电池中。尤其是当在污浊成分中存在有离子物质时，由于电解质膜(高分子材料)是离子交换膜，因而有时会吸附离子物质、或引发预料不到的反应等，从而会缩短电解质膜的寿命。另外，由于使氢分子分解为原子，所以有可能对安装在电解质膜表面上的铂催化剂造成不良影响。另外，在燃料电池内生成的水有时为酸性。
在本实施方式的燃料电池系统1中，如前所述，可以通过离子交换树脂部件20来可靠地拦截并去除在氢循环系统内以粒子状态飞行的水分及杂质成分。因此，可以防止生成水和杂质成分再次流入燃料电池100中，从而可以提高燃料电池100的性能和寿命。
另外，由于在气液分离器12内配置离子交换树脂部件20，即，将气液分离器20中原本存在的空间用作离子交换树脂部件20的配置空间，所以不会由于配置了离子交换树脂部件20而造成燃料电池系统1自身的大型化。另外，用于配置离子交换树脂部件20的部件也可降低到所需的最低限度，因此能够抑制成本的增加。
另外，在本实施方式中说明了按照使离子交换树脂部件20与气液分离器12的内壁接触并几乎填满气液分离器12的内部的方式来配置离子交换树脂部件20的情况，但是不限于此，只要离子交换树脂部件20能够吸附混在流经气体循环系统的排出气体中的粒子状态的水分中含有的杂质成分，并将通过了离子交换树脂部件20的气体再次供应到燃料电池100中，就不特别限定离子交换树脂部件20的配置位置和大小。
例如可以如图3所示，在离子交换树脂部件20的大致中央部分形成从气液分离器12的下部朝向上部开口、并与循环通路13连通的间隙30。通过形成该间隙30，可以更有效地防止压力损失的产生。
另外，作为本发明的其他实施方式，也可以如图4所示，在气液分离器12的形成有气液入口18的一侧的内壁上配置离子交换树脂部件20并使其覆盖气液入口18。
另外，也可以如图5所示，将离子交换树脂部件20以与气液分离器12的内壁接触的状态配置在气液分离器12内的气体排出口19一侧。也可以在该离子交换树脂部件20的下表面、即在排水口17一侧的外表面上配置疏水性的膜25。这样，通过在离子交换树脂部件20上配置疏水性的膜25，在气液分离器12中未完全除去的水分会再次被该疏水性的膜25有效地拦截。被该疏水性的膜25拦截的水分从排水口17排到外部。此时，即使所述杂质成分通过了该疏水性的膜25，该杂质成分也会在到达离子交换树脂部件20后，在此处被可靠地拦截并去除。
另外，作为本发明的其他实施方式，也可以如图6所示，将离子交换树脂部件20配置在从气液分离器12内的底面附近直至上表面的空间中，使得在气液分离器12的内壁与离子交换树脂部件20的外周之间形成间隙30。此时，也可以在离子交换树脂部件20的外表面上配置疏水性的膜25。在构成为该结构的情况下，由于存在间隙30，所以从气液入口18流入的液体与离子交换树脂部件20接触的面积相当于离子交换树脂部件20的外表面的面积，因此增大了所述流体流入离子交换树脂部件20时的流入面积。从而可进一步减少压力损失，并进一步提高净化效率。
另外，作为本发明的其他实施方式，也可以如图7所示，将离子交换树脂部件20以与气液分离器12的内壁接触的状态配置在气液分离器12内的气体排出口19一侧，并在其下连续地配置并直至气液分离器12内的底面附近，使得在气液分离器12的内壁和离子交换树脂部件20的外周之间形成间隙30。此时，也可以在离子交换树脂部件20的外表面上配置疏水性的膜25。
另外，也可以按照图8所示来配置离子交换树脂部件20，使其截面形状为气液分离器12的上部一侧较长、下部一侧较短的近似梯形的形状，并在气液分离器12的内壁与离子交换树脂部件20的外周之间形成间隙30。通过上述结构，可以使得越靠近气液分离器12的气体排出口19，气体通过时的阻力(流通阻力)就越大，从而可以进一步防止气体的流动偏向气体排出口19附近。并且，此时也可以在离子交换树脂部件20的外表面上配置疏水性的膜25。
另外，也可以如图9所示，将离子交换树脂部件20以与气液分离器12的内壁接触的状态配置在气液分离器12内的气体排出口19一侧，并在其下连续地配置，使其截面形状为气液分离器12的上部一侧较长、下部一侧较短的近似梯形的形状，同时在气液分离器12的内壁和离子交换树脂部件20的外周之间形成间隙30。通过该结构，也可以使得越靠近气液分离器12的气体排出口19，流通阻力就越大，从而可以进一步防止气体的流动偏向气体排出口19附近。而且，此时也可以在离子交换树脂部件20的外表面上配置疏水性的膜25。
另外，作为本发明的其他实施方式，也可以如图10所示，在气液分离器12的下游一侧形成与气液分离器12连通的离子交换树脂部件收容室40，并将离子交换树脂部件20收容在该离子交换树脂部件收容室40内。另外，气液分离器12与离子交换树脂部件收容室40既可以接近配置，也可以配置成分开一定距离的状态。而且，此时也可以在离子交换树脂部件20的外表面上配置疏水性的膜25。
另外，也可以如图11所示，在气液分离器12的内壁与离子交换树脂部件20的上部外周之间形成间隙30A，并在离子交换树脂部件20的大致中央部分形成从气液分离器12的下部朝向上部开口并与循环通路13连通的间隙30B。通过如上构成，可以进一步减少压力损失。另外，也可以在离子交换树脂部件20的、与气液分离器12的内壁相对的表面上配置疏水性的膜25。
另外，也可以如图12所示，在气液分离器12的内壁与离子交换树脂部件20的上部外周之间形成间隙30A，并在离子交换树脂部件20的大致中央部分形成保留下部一侧而向上部开口、并与循环通路13连通的间隙30B。通过如上构成，可以进一步减少压力损失。另外，也可以在离子交换树脂部件20的、与气液分离器12的内壁相对的表面上配置疏水性的膜25。
另外，也可以如图13所示，在气液分离器12的内壁与离子交换树脂部件20的外周之间形成间隙30A，并在离子交换树脂部件20的大致中央部分形成从气液分离器12的下部朝向上部开口并与循环通路13连通的间隙30B。通过如上构成，可以进一步减少压力损失。另外，也可以在离子交换树脂部件20的、与气液分离器12的内壁相对的表面上配置疏水性的膜25。
另外，也可以如图14所示，在气液分离器12的内壁与离子交换树脂部件20的外周之间形成间隙30A，并在离子交换树脂部件20的大致中央部分形成保留下部一侧而朝向上部开口、并与循环通路13连通的间隙30B。通过如上构成，可以进一步减少压力损失。另外，也可以在离子交换树脂部件20的、与气液分离器12的内壁相对的表面上配置疏水性的膜25。
另外，可以在图8、图9所示形状的离子交换树脂部件20的大致中央部分形成从气液分离器12的下部朝向上部开口并与循环通路13连通的间隙30B，或者也可以在离子交换树脂部件20的大致中央部分形成保留下部一侧而向上部开口、并与循环通路13连通的间隙30B。
另外，在本实施方式中，对将离子交换树脂放入未图示的树脂制容器内并将其安装在预定的位置上来作为离子交换树脂部件20的情况进行了说明，另外还对根据需要而在该离子交换树脂部件20的外表面上配置疏水性的膜25的情况进行了说明，但不限于此，例如也可以将离子交换树脂、或通过收容在所述容器中而形成的离子交换树脂部件20收容在由疏水性的膜25构成的袋子等收容体内。
另外，在本实施方式中，对在氢循环系统10中配置离子交换树脂部件20和疏水性的膜25的情况进行了说明，但不限于此，也可以在氧循环系统中配置离子交换树脂部件20和疏水性的膜25。另外，也可以在氢循环系统10和氧循环系统这两者中配置离子交换树脂部件20和疏水性的膜25。
另外，作为本发明的其他实施方式，也可以如图15所示，将多个作为随动部件的多孔质材料、即海绵状材料50分散在离子交换树脂部件20中。这样，通过将多个海绵状材料50分散在离子交换树脂部件20中，例如即使离子交换树脂部件20发生了膨胀、收缩等体积变化，也可以由海绵状材料50跟随并吸收该体积变化。因此，可以防止在疏水性的膜25与离子交换树脂部件20之间产生间隙，或疏水性的膜25受离子交换树脂部件20的压迫。
另外，由于在离子交换树脂部件20中分散配置了多个海绵状材料50，因而可以均匀地吸收离子交换树脂部件20整体的体积变化。并且，由于海绵状材料50非常柔软，因此不会因与离子交换树脂部件碰撞而引起不良后果。
由于海绵状材料50可以使气体通过，所以不会在气液分离器12内阻碍气体的流动。并且，由于海绵状材料50可以暂时保存(含有)水分，并使保存的水分落入排水口17中，因此能够有效地进行排水。从而可以进一步提高气液分离功能。
海绵状材料50当然也可以配置在没有配置疏水性的膜25的离子交换树脂部件20中。此时，可以防止在放入了离子交换树脂部件20的未图示的树脂制容器与离子交换树脂部件20之间产生间隙，或该树脂制容器受离子交换树脂部件20的压迫。另外，如图2～图5所示，当将离子交换树脂部件20以与气液分离器12的内壁接触的状态配置时，可以防止在气液分离器12的内壁与离子交换树脂部件20之间产生间隙，或气液分离器12的内壁受离子交换树脂部件20的压迫。
另外，作为本发明的其他实施方式，也可以如图16所示，在离子交换树脂部件20的外周面上配置作为随动部件的海绵状材料50。此时，例如即使离子交换树脂部件20发生了膨胀、收缩等体积变化，海绵状材料50也可以跟随并吸收该体积变化。从而可以防止在疏水性的膜25与离子交换树脂部件20之间产生间隙，或疏水性的膜25受离子交换树脂部件20的压迫。
海绵状材料50当然也可以配置在没有配置疏水性的膜25的离子交换树脂部件20的外周面上，此时也能够取得与上述相同的效果。
另外，海绵状材料50既可以配置在离子交换树脂部件20的整个外周面上，也可以配置在期望的一部分上。
另外，作为本发明的其他实施方式，也可以如图17所示，在离子交换树脂部件20的外周面上配置作为随动部件的海绵状材料50，并且在离子交换树脂部件20中分散配置多个海绵状材料50。
另外，作为本发明的其他实施方式，也可以如图18所示，在气液分离器12的避开气液流路的内壁上、即在图18中与气液入口18相对的内壁上设置由弹簧61和板状部件62构成的作为随动部件的弹簧部件60，所述板状部件62固定弹簧61的一端，并且可以与离子交换树脂部件20的与气液入口18相对的外周面抵接。
在构成为上述结构的情况下，即使离子交换树脂部件20发生了膨胀、收缩等体积变化，也可以由弹簧部件60跟随并吸收该体积变化。并且，由于弹簧部件60配置在气液分离器12的避开气液流路的位置上，所以可以防止对气体的流动以及液体向排水口17中的落入造成阻碍。
另外，弹簧部件60当然也可以应用于没有配置疏水性的膜25的离子交换树脂部件20，此时也可以取得与上述相同的效果。
另外，作为本发明的其他实施方式，也可以如图19所示，在离子交换树脂部件20中，按图19的上下方向配置多个(在图19中为两个)作为随动部件的海绵状材料50。
随动部件不限于多孔质材料(例如，海绵状材料50)，只要不损害燃料电池系统1的性能，并能够随着离子交换树脂部件20的体积变化而变形，可以使用各种部件，例如，弹簧部件、波纹部件、橡胶、软质树脂等。另外，随动部件可以设置至少一个。
另外，作为本发明的其他实施方式，也可以如图20所示，在离子交换树脂部件20中设置可容许离子交换树脂部件20体积变化的空间70来作为随动部件。即，该空间70具有在离子交换树脂部件20膨胀时可容许(吸收)其膨胀的大小，因此可根据(跟随)离子交换树脂部件20的体积变化而发生相对变形。另外，为了不使生成水等水分进入气体排出口19，优选在该空间70的下侧开口。
以上说明的随动部件可以吸收由于燃料电池100的运转状态等而引起的离子交换树脂部件20的膨胀、收缩等体积变化。另外，还能够随着由于离子交换树脂部件20的周围和内部存在的生成水等水分冻结膨胀而造成离子交换树脂部件20膨胀时的体积变化(体积增加)而变形。
另外，在本实施方式中，对使用离子交换树脂部件20来作为杂质去除部件的情况进行了说明，但不限于此，也可以采用其他能够去除杂质的部件来作为杂质去除部件，例如可以使用去除异物的异物去除过滤器等。
另外，在本实施方式中，以配置在氢循环系统中的循环通路为例对从燃料电池100排出的排出气体流通的排出气体通路进行了说明，但不限于此，排出气体通路也可以是空气排出通路104。另外，只要是从燃料电池100排出的排出气体流通的通路即可，对其没有特别的限定。
根据以上说明，本发明的燃料电池系统可以通过杂质去除部件而可靠地去除在排出气体通路内以粒子状飞行的水分、以及混在该水分中的杂质。其结果是，可以防止排出气体通路内的水分和杂质对燃料电池产生不良影响，从而可以提高燃料电池的性能和寿命。
Claims (15)
1.一种燃料电池系统，其特征在于，包括：
燃料电池；
排出气体通路，从所述燃料电池排出的排出气体在该排出气体通路中流通；以及
杂质去除部件，设置在所述排出气体通路中，去除混在所述排出气体中的粒子状的水分中所包含的杂质。
2.如权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，在氢循环系统的排出气体通路中配置所述杂质去除部件。
3.如权利要求1或2所述的燃料电池系统，其特征在于，在所述排出气体通路中设有气液分离器，并在该气液分离器的内壁面上配置所述杂质去除部件。
4.如权利要求1或2所述的燃料电池系统，其特征在于，在所述排出气体通路中设有气液分离器，并按照在该气液分离器的内壁面与杂质去除部件的外表面之间形成间隙的方式来配置所述杂质去除部件。
5.如权利要求3或4所述的燃料电池系统，其特征在于，所述杂质去除部件被构成为，越靠近该气液分离器的气体出口附近，流通阻力就越大。
6.如权利要求1或2所述的燃料电池系统，其特征在于，在所述排出气体通路中设有气液分离器，并在该气液分离器的下游侧配置所述杂质去除部件。
7.如权利要求1至6中任一项所述的燃料电池系统，其特征在于，对所述杂质去除部件进行疏水处理。
8.如权利要求7所述的燃料电池系统，其特征在于，在所述杂质去除部件的外表面上配置疏水性部件。
9.如权利要求7所述的燃料电池系统，其特征在于，将所述杂质去除部件收容在由疏水性部件构成的收容体内。
10.如权利要求1至9中任一项所述的燃料电池系统，其特征在于，设有能够随着所述杂质去除部件的体积变化而变形的随动部件。
11.如权利要求10所述的燃料电池系统，其特征在于，在所述杂质去除部件的内部分散有多个所述随动部件。
12.如权利要求10或11所述的燃料电池系统，其特征在于，在所述杂质去除部件的外周配置所述随动部件。
13.如权利要求10至12中任一项所述的燃料电池系统，其特征在于，所述随动部件由多孔质材料构成。
14.如权利要求10所述的燃料电池系统，其特征在于，所述杂质去除部件配置在气液分离器内，并且所述随动部件包括弹性部件，将该随动部件配置在该气液分离器的避开气液流路的位置上。
15.如权利要求1至14中任一项所述的燃料电池系统，其特征在于，所述杂质去除部件包括离子交换树脂。
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