JP2007329002A - 燃料電池システム - Google Patents
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Abstract
【課題】気液分離器により回収された液体に燃料を残留させず、気液分離器中の燃料濃度の変動を抑制することで、燃料電池システムの発電安定性を改善する。
【解決手段】燃料の供給を受けるアノードと酸素の供給を受けるカソードを備えた燃料電池のアノードおよびカソードの排出側に気液分離器を設けた燃料電池システムにおいて、前記気液分離器にて、アノードおよびカソードから排出される気体と液体とをすべて触媒浄化させて水を回収する。
【選択図】図１
【解決手段】燃料の供給を受けるアノードと酸素の供給を受けるカソードを備えた燃料電池のアノードおよびカソードの排出側に気液分離器を設けた燃料電池システムにおいて、前記気液分離器にて、アノードおよびカソードから排出される気体と液体とをすべて触媒浄化させて水を回収する。
【選択図】図１
Description
本発明は、燃料電池システムに関し、特に当該燃料システムに具備される気液分離器に関する。
近年、燃料電池システムとしては、コージェネレーション用燃料電池システムに代表される定置型の燃料電池システムだけではなく、携帯電子機器や電気自動車等に用いられる非定置型燃料電池システムが提案されている。例えばＡＣアダプターからの充電を必要としないユビキタスモバイル電源として、特に直接型燃料電池が着目され、当該直接型燃料電池について活発な研究開発が行われている。
燃料を直接アノードへ供給する構成を有するダイレクト酸化型燃料電池では、アノードにおいて燃料の酸化反応が起こり、カソードで酸素の還元反応が起こる。燃料としてメタノールを使用するダイレクトメタノール型燃料電池の場合の反応式は下記のとおりである。
アノード：ＣＨ3ＯＨ＋Ｈ2Ｏ→ＣＯ2＋６Ｈ+＋ｅ- （１）
カソード：３／２Ｏ2＋６Ｈ+＋ｅ-→３Ｈ2Ｏ （２）
アノード：ＣＨ3ＯＨ＋Ｈ2Ｏ→ＣＯ2＋６Ｈ+＋ｅ- （１）
カソード：３／２Ｏ2＋６Ｈ+＋ｅ-→３Ｈ2Ｏ （２）
上記式（１）のようにアノードにおける反応には水が必要とされるが、燃料電池システムの外部から燃料とともに水を供給する場合には、燃料を貯蔵するタンクや別のカートリッジに水を貯蔵するために、新たなスペースが必要になり、結果としてエネルギー密度が低下する。従って、ダイレクトメタノール型燃料電池では、上記式（２）に従ってカソードで生成する水の一部を燃料電池システム内で回収し、再利用することが一般的である。
さらに、燃料電池システム内において水のみを回収するのではなく、アノードおよびカソードから排出された排出物（未反応燃料および生成水等を含む。）を一旦回収し、当該排出物を燃料タンク内の高濃度燃料と混合し、所定の濃度に調整された燃料を含む燃料混合物を再度発電に利用する循環型燃料電池システム等も提案されている。
また、燃料電池の小型軽量化や長時間駆動化を実現するために、所定の濃度に調整された燃料を利用して、その燃料供給量を発電時に消費される量に限りなく近づけた状態で運転し、燃料を再度利用せずに水を回収し、回収水を再利用することを基本構想とする燃料非循環（完全消費）／水循環（回収）型の燃料電池システムも提案されている（例えば特許文献１）。
上記特許文献１記載の燃料電池システムでは、有害物質の燃料電池システム外部への排出を防止するために、アノードから排出された未反応燃料を浄化装置で浄化したり、上記未反応燃料を一度カソード側に送り、燃料電池の発電部内で上記未反応燃料の一部を浄化するとともに、カソードの排出口側に設けられた浄化装置で浄化したりしている。ただし、燃料電池の発電部内での触媒浄化は発電特性の著しい低下をもたらす。
上記以外にも、有害物質の燃料電池システム外部への排出を防止するために、以下のように様々な提案がなされている。例えば、特許文献２においては、発電により生成した有害物質を効率的に回収し外部に排出しないように、燃料循環／水循環型の燃料電池システム内に気液分離手段と有害物質回収手段（活性炭やゼオライト等の吸着剤）を具備させることが提案されている。
また、特許文献３においては、アノードおよびカソードからの排出物中の気体成分を選択的に透過させる気液分離部材と、これを透過した気体成分を酸化燃焼させる触媒部と、を具備する有害物質除去フィルターを、燃料電池システム内に設けることが提案されている。
特開２００５−２５９５９号公報
特開２００５−２９３９７４号公報
特開２００５−１８３０１４号公報
しかしながら、上記のような従来技術においては、燃料電池から排出された気体成分中の有害物質の外部への散逸防止手段や気体成分中の有害物質の清浄化手段が提案されているだけであり、燃料電池のアノードおよびカソードから排出される気体と液体とを含む排出物をすべて触媒浄化させて水を回収するという概念はなかった。即ち、従来技術においては、燃料電池から排出された気体成分は触媒浄化された後、水蒸気等として外部に排出されているだけであり、有効に再利用されてはいなかった。
さらに、上記従来技術において気液分離器により回収された液体には燃料が残留するため、上記気液分離器中の燃料濃度が変動し、当該変動に起因して燃料電池システムの発電安定性が低下するという問題があった。
そこで、本発明は、燃料電池のアノードおよびカソードから排出される気体と液体とを含む排出物を有効利用し、かつ発電安定性に優れた燃料電池システムを提供することを目的とする。
そこで、本発明は、燃料電池のアノードおよびカソードから排出される気体と液体とを含む排出物を有効利用し、かつ発電安定性に優れた燃料電池システムを提供することを目的とする。
上記の課題を解決するため、本発明は、
アノード、前記アノードに燃料を供給するためのアノード側流路、カソード、および前記カソードに酸化剤を供給するためのカソード側流路を有する燃料電池と、
前記アノード側流路の排出口および前記カソード側流路の排出口に接続され、前記アノードおよび前記カソードからの排出物を触媒浄化して回収水を得る気液分離器と、を具備すること、
を特徴とする燃料電池システムを提供する。
アノード、前記アノードに燃料を供給するためのアノード側流路、カソード、および前記カソードに酸化剤を供給するためのカソード側流路を有する燃料電池と、
前記アノード側流路の排出口および前記カソード側流路の排出口に接続され、前記アノードおよび前記カソードからの排出物を触媒浄化して回収水を得る気液分離器と、を具備すること、
を特徴とする燃料電池システムを提供する。
このような構成によって、燃料電池から排出された気体成分および液体成分に含まれる未反応燃料や反応副生成物を触媒浄化するだけでなく、触媒浄化により水を回収することができるため、有害物質を外部へ放出することなく、発電に必要な水を確保することが可能となる。また、上記触媒浄化は燃料電池内で行われる構成ではないため、発電特性の低下を伴わない。即ち、本発明においていう「排出物」とは、燃料電池のアノードおよびカソードから排出された気体成分および液体成分、例えば未反応燃料、反応副生成物および生成水等をすべて含むものである。
ここで、本発明における気液分離器は、触媒浄化機能を有し、かつ前記触媒浄化機能により前記回収水に含まれる前記燃料の濃度を制御する凝縮部を具備すること、が好ましい。
このような構成によって、気液分離器により得られる回収水中の燃料の濃度変動を改善することができる。その結果、燃料電池に直接供給される燃料の濃度を一定に保つことが可能となるため、燃料の濃度変動に基づく発電安定性の低下を抑制することができる。
このような構成によって、気液分離器により得られる回収水中の燃料の濃度変動を改善することができる。その結果、燃料電池に直接供給される燃料の濃度を一定に保つことが可能となるため、燃料の濃度変動に基づく発電安定性の低下を抑制することができる。
また、このとき、前記回収水に含まれる前記燃料の濃度を０．１Ｍ以下に制御するのが好ましい。
このような構成によって、燃料電池に直接供給される燃料の濃度変動が抜本的に改善され、発電安定性に優れた燃料電池システムを提供することができる。特に燃料供給量を発電時に消費される量に限りなく近づけるように本発明の燃料電池システムを運転することにより、アノード側から気液分離器に排出される排出物に含まれる未反応燃料や反応副生成物の量を大幅に低減させることができ、回収水に含まれる燃料濃度を０．１Ｍ以下に制御することができる。
このような構成によって、燃料電池に直接供給される燃料の濃度変動が抜本的に改善され、発電安定性に優れた燃料電池システムを提供することができる。特に燃料供給量を発電時に消費される量に限りなく近づけるように本発明の燃料電池システムを運転することにより、アノード側から気液分離器に排出される排出物に含まれる未反応燃料や反応副生成物の量を大幅に低減させることができ、回収水に含まれる燃料濃度を０．１Ｍ以下に制御することができる。
また、本発明の燃料電池システムは、前記燃料とともに前記回収水が前記アノード側流路に供給されるように構成されていること、が好ましい。例えば、燃料タンクからの燃料と、上記気液分離器からの回収水と、を含む燃料混合物を、燃料電池に供給するように構成されていることが好ましい。
このような構成によって、燃料電池に直接供給される燃料の濃度を、例えば燃料濃度検知用のセンサーによるフィードバック制御を必要とせずに、燃料タンクからの燃料と気液分離器からの回収水との送液量により調整することができる。
このような構成によって、燃料電池に直接供給される燃料の濃度を、例えば燃料濃度検知用のセンサーによるフィードバック制御を必要とせずに、燃料タンクからの燃料と気液分離器からの回収水との送液量により調整することができる。
さらに、本発明の燃料電池システムは、前記アノード側流路に供給される前記燃料および前記回収水の単位時間あたりの流量の比を制御する流量制御部を具備すること、が好ましい。
このような構成によって、燃料タンクからの燃料と、気液分離器からの回収水との単位時間あたりの流量の比を一定に制御することができ、上記燃料タンクから燃料電池に供給される燃料の濃度を、例えば送液ポンプ等の流量制御により精密調整することが可能となる。
このような構成によって、燃料タンクからの燃料と、気液分離器からの回収水との単位時間あたりの流量の比を一定に制御することができ、上記燃料タンクから燃料電池に供給される燃料の濃度を、例えば送液ポンプ等の流量制御により精密調整することが可能となる。
本発明の燃料電池システムにおける前記凝縮部は、第１触媒層、第１多孔質体および気液分離膜を含む上部積層体と、第２多孔質体および第２触媒層を含む下部積層体と、を具備し、
前記排出物が前記上部積層体および前記下部積層体を通過して触媒浄化されることによって、前記回収水が得られること、が好ましい。
前記排出物が前記上部積層体および前記下部積層体を通過して触媒浄化されることによって、前記回収水が得られること、が好ましい。
このような構成によって、燃料電池から排出された気体成分は、上部の第１気液分離膜を通過した後に、第１多孔質体内を拡散して第１触媒層中に均一に供給される。気体成分中の未反応燃料や反応副生成物については、この第１触媒層により触媒浄化され水として回収される。また、発電および触媒浄化により発生した二酸化炭素については空気とともに速やかに大気中に放出されることになる。一方、液体成分は、下部の第２多孔質体を拡散し第２触媒層中に均一に供給される。液体成分中の未反応燃料や反応副生成物については、この第２触媒層により触媒浄化され水として回収される。これにより、有害物質を外部へ放出することなく、発電に必要な水を確保することが可能となる。
さらに、本発明の燃料電池システムにおいては、前記凝縮部の周囲に水吸収体が配置されていること、が好ましい。
このような構成によって、触媒浄化により発生した水を吸収して気液分離器内の水貯蔵部に速やかに浸透移動させることができ、水の滞留による触媒浄化率の低下を抑制しつつ、発電に必要な水を確保することが可能となる。
このような構成によって、触媒浄化により発生した水を吸収して気液分離器内の水貯蔵部に速やかに浸透移動させることができ、水の滞留による触媒浄化率の低下を抑制しつつ、発電に必要な水を確保することが可能となる。
本発明によれば、気液分離器中の液体成分に含まれる未反応燃料や反応副生成物を触媒浄化し水として回収することができるため、送液ポンプの流量制御による燃料濃度の精密調整が可能なる。その結果、燃料濃度検知用のセンサーを用いたフィードバック制御が不要となり、燃料電池システムの簡素化が図れるとともに、燃料電池に直接供給される燃料の濃度変動が抜本的に改善され、発電安定性に優れた燃料電池システムを提供することができる。
以下、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する。なお、以下の説明では、同一または相当部分には同一符号を付し、重複する説明は省略することもある。
図１は、本発明の燃料電池システムの一実施の形態の構成を示す図であり、図２は、図１に示す燃料電池システムにおける気液分離器の構成を示す概略断面図である。
図１は、本発明の燃料電池システムの一実施の形態の構成を示す図であり、図２は、図１に示す燃料電池システムにおける気液分離器の構成を示す概略断面図である。
図１に示すように、本実施の形態の燃料電池システムは、アノード１７、アノード１７に燃料を供給するためのアノード側流路１７ａ、カソード１９、カソード１９に酸化剤を供給するためのカソード側流路１９ａを有する燃料電池１１と、アノード側流路１７ａの排出口１７ｂおよびカソード側流路１９ａの排出口１９ｂに接続され、アノード１７およびカソード１９からの排出物を触媒浄化して回収水を得る気液分離器１と、を具備すること、を特徴とする。そして、アノード側流路１７ａの排出口１７ｂと気液分離器１とは、アノード側排出経路１７ｃで接続されており、カソード側流路１９ａの排出口１９ｂと気液分離器１とは、カソード側排出経路１９ｃで接続されている。
本発明の燃料電池システムは、燃料電池１１のアノード１７およびカソード１９から排出された排出物（気体成分および液体成分）に含まれる未反応燃料や反応副生成物を触媒浄化し水として回収する。即ち、本発明の本質は、燃料を再度利用せずに水を回収し、得られた回収水を再利用することを基本構想とする燃料非循環（完全消費）／水循環（回収）型の新規発電システムにある。
この燃料電池システムにおいては、燃料タンク１２中の所定濃度の燃料と、気液分離器１中の回収水とが、それぞれ送液ポンプ１３と送液ポンプ１４を用いて所定の流量にて混合タンク１５内に供給される。混合タンク１５内で均一に混合された希釈燃料（燃料混合物）は、送液ポンプ１６を用いて燃料電池１１のアノード１７に直接供給される。この際、アノード１７への燃料供給量は発電時に消費される量の１．１〜２．２倍に設定されるのが好ましい。
次いで、空気ポンプ１８を用いて燃料電池１１のカソード１９に空気が供給されることにより燃料電池１１が発電を開始する。そして、発電によって燃料電池１１のアノード１７およびカソード１９から排出された排出物（気体成分および液体成分）はすべて気液分離器１内に導入され、未反応燃料や反応副生成物は触媒浄化されて水として回収される。一方、発電および触媒浄化により発生した二酸化炭素は空気とともに大気中に放出される。
次に、本発明の燃料電池システムの特徴部分である気液分離器１の構成について説明する。気液分離器１は、燃料電池から排出された気体成分および液体成分中の有害物質を触媒浄化し水として回収する。触媒浄化機能を有する気液分離器１は、上部に開口を有する筐体２と、凝縮部１ａと、を具備する。凝縮部１ａは、上部積層体（第１凝縮部）７および下部積層体（第２凝縮部）８を有し、上部積層体７と下部積層体８との間には空間からなる気液分離室３が形成されている。即ち、上部積層体７と下部積層体８との間には両端が開口した第２の筐体２ｂが配置され、空間を介して上部積層体７と下部積層体８とが対向している。
上部積層体７は、第１触媒層５ａ、第１触媒層５ａを挟む一対の第１多孔質体６ａ、および第１の多孔質体６ａの外側に配置された一対の気液分離膜４を含む。また、下部積層体８は、第２触媒層５ｂ、および第２触媒層５ｂを挟む一対の第２多孔質体６ｂを含む。さらに、筐体２と気液分離室３との間には、排出物に含まれる水分（即ち触媒燃焼反応により生成した水等）を吸収して筐体２の底部の水貯蔵部９により確実に送ることができるように、水吸収体１０が備えられている。
そして、アノード１７およびカソード１９からの排出物は、気液分離器１の側面から気液分離室３内部に導入される。上記排出物のうちの気体成分は、気液分離膜４→第１多孔質体６ａ→第１触媒層５ａの方向（矢印Ｘの方向）に通過して、触媒浄化される。この際、反応により発生した水は、水吸収体１０を経て水貯蔵部９に送られる。また、発電および触媒浄化により発生した二酸化炭素は、更に第１多孔質体６ａ→気液分離膜４を通過して空気とともに開口部２ａから大気中に放出される。
一方、上記排出物のうちの液体成分は、第２多孔質体６ｂ→第２触媒層５ｂの方向（矢印Ｙの方向）に通過して、触媒浄化される。この際、発電および触媒浄化により発生した水は、第２多孔質体６ｂおよび水吸収体１０を経て水貯蔵部９に送られる。
ここで、気液分離膜４としては、例えばポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等のフッ素樹脂製の撥水性を有する多孔質シートを用いることができる。
ここで、気液分離膜４としては、例えばポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等のフッ素樹脂製の撥水性を有する多孔質シートを用いることができる。
また、第１触媒層５ａおよび第２触媒層５ｂに含まれる触媒としては、白金または白金合金を含む触媒を用いるのが好ましい。白金以外にも、白金族の金属（ルテニウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、イリジウム）、コバルト、鉄、チタン、金、銀、クロム、マンガン、モリブデン、タングステン、アルミニウム、ケイ素、レニウム、亜鉛およびスズからなる群より選択される１種以上の金属を含んでもよい。白金合金としては、白金以外の白金族の金属（ルテニウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、イリジウム）、コバルト、鉄、チタン、金、銀、クロム、マンガン、モリブデン、タングステン、アルミニウム、ケイ素、レニウム、亜鉛およびスズからなる群より選択される１種以上の金属と、白金と、の合金であるのが好ましい。また、第１触媒層５ａおよび第２触媒層５ｂに同じ触媒を用いても異なる触媒を用いてもよい。
第１多孔質体６ａおよび第２多孔質体６ｂは、上記第１触媒層５ａおよび第２触媒層５ｂを保持するとともに、燃料電池１１から排出された排出物（気体成分および液体成分）を拡散させる役割を担うものであれば良く、例えばカーボンクロスやカーボンペーパ等の多孔質炭素材料を用いることができる。第１多孔質体６ａおよび第２多孔質体６ｂに同じ材料を用いても異なる材料を用いてもよい。
また、水吸収体１０としては、水を吸収して水貯蔵部９に速やかに浸透・移動させる機能を有するものであれは良く、例えば綿等の樹脂製毛細管体を適用することができる。水をより確実かつ効率的に水貯蔵部９側へ移動させることができるように、水吸収体１０は、筐体２の開口部分２ａから水貯蔵部９側へ向けて、即ち矢印Ｘ及びＹの方向に対して略平行に設置するのが好ましい。
上記のような構成を有する本発明の気液分離器１のうち、特に第１触媒層５ａおよび第２触媒層５ｂは以下のようにして作製することができる。第１触媒層５ａおよび第２触媒層５ｂは、第１触媒層５ａおよび第２触媒層５ｂの構成を実現可能な成分組成に調製された複数の触媒層形成用インクを用いて形成することができる。触媒層形成用インクを調製するために用いる分散媒としては、水、メタノール、エタノール、プロパノール、ｎ−ブチルアルコール、イソブチルアルコール、ｓｅｃ−ブチルアルコールおよびｔｅｒｔ―ブチルアルコールのうちの少なくとも１種を含んでいることが好ましい。これらの水およびアルコールは単独でも使用してもよく、２種以上混合してもよい。
上記触媒層形成用インクを用いて第１触媒層５ａおよび第２触媒層５ｂを形成する際には、第１多孔質体５ａおよび第２多孔質体５ｂに対して直接形成する直接塗布法であっても、他の支持体に形成してから第１多孔質体５ａおよび第２多孔質体５ｂに形成する間接的に形成する間接塗布方法のいずれを採用することも可能である。塗布法としては、スクリーン印刷法、ダイコート法、スプレー法およびインクジェット法等が挙げられる。間接塗布法としては、例えばポリプロピレンまたはポリエチレンテレフタラート製の支持体上に、上記の方法で第１触媒層５ａおよび第２触媒層５ｂを形成した後、熱転写等により、第１多孔質体５ａおよび第２多孔質体５ｂ上に形成する方法等が挙げられる。
上部積層体７は、上記のようにして形成した第１触媒層５ａ、第１触媒層５ａを挟む一対の第１多孔質体６ａ、および第１多孔質体６ａの外側に配置された一対の気液分離膜４を、例えば接着剤又はホットプレスにより接合して得ることができる。
また、下部積層体８は、上記のようにして形成した第２触媒層５ｂ、および第２触媒層５ｂを挟む一対の第２多孔質体６ａを、例えば接着剤又はホットプレスにより接合して得ることができる。
また、下部積層体８は、上記のようにして形成した第２触媒層５ｂ、および第２触媒層５ｂを挟む一対の第２多孔質体６ａを、例えば接着剤又はホットプレスにより接合して得ることができる。
次に、本発明の燃料電池システムに含まれる燃料電池１１は、例えば陽イオン（水素イオン）伝導性を有する高分子電解質を含む膜電極接合体（MEA; Membrane Electrode Assembly）と、当該膜電極接合体を挟む一対のセパレータと、を含む単電池を少なくとも１つ含む。ここで、図３は、本発明の燃料電池システムの燃料電池１１に用いることのできる単電池の基本構成の一例を示す概略断面図である。図３に示すように、単電池１００には、膜電極接合体１０１と、膜電極接合体１０１を挟む一対のセパレータ１１６と、を具備する。
図３に示すように、膜電極接合体１０１においては、水素イオンを選択的に輸送する高分子電解質膜１１１の両面に、触媒（例えば白金系の金属触媒）を炭素粉末に担持させて得られる電極触媒と、水素イオン伝導性を有する高分子電解質とを含む触媒層１１２が形成される。これを膜触媒層接合体と呼ぶ。高分子電解質膜１１１としては、パーフルオロカーボンスルホン酸からなる高分子電解質膜（例えば、米国Du Pont社製のNafion（商品名）等）が一般的に使用される。
触媒層１１２の外面には、例えば撥水処理を施したカーボンペーパやカーボンクロスを用いて、通気性および電子伝導性を併せ持つガス拡散層１１３が形成される。この触媒層１１２とガス拡散層１１３との組合せによりガス拡散電極（アノード又はカソード）１１４が構成されている。そして、単電池１００は、膜電極接合体１０１と、ガスケット１１５と、一対のセパレータ１１６とで構成される。
ガスケット１１５は、供給される燃料ガスおよび酸化剤ガスの外部へのリーク防止や混合を防止するため、ガス拡散電極の周囲に高分子電解質膜を挟んで配置される。このガスケットは、ガス拡散電極および高分子電解質膜と一体化してあらかじめ組み立てられ、これらすべてを組み合わせたものを膜電極接合体と呼ぶこともある。
膜電極接合体１０１の外側には、膜電極接合体１０１を機械的に固定するための一対のセパレータ１１６が配置される。セパレータ１１６の膜電極接合体１０１と接触する部分には、ガス拡散電極（アノードおよびカソード）１１４にそれぞれ燃料および酸化剤を供給し、反応生成物、未反応燃料を電極反応場から電極外部に運び去るための流路（アノード側流路およびカソード側流路）１１７が形成されている。
このように、一対のセパレータ１１６で膜電極接合体１０１を固定し、一方のセパレータ１１６の流路１１７に燃料を供給し、他方のセパレータ１１６の流路１１７に酸化剤を供給することにより発電を行うことができる。但し、必要に応じて、単電池１００を必要とする個数だけ直列もしくは並列に連結したものを図１における燃料電池１１として使用することもできる。
以上、本発明の燃料電池システムの代表的な実施の形態について説明したが、本発明はこれらのみに限定されるものではない。例えば、燃料電池の構成は上記の態様に限定されるものではなく、種々の設計変更が可能である。
本発明の燃料電池システムは、メタノールおよびジメチルエーテル等を水素に改質せずに燃料として直接用いることができ、携帯電話、携帯情報端末（ＰＤＡ）、ノートＰＣおよびビデオカメラ等の携帯電子機器用の電源として有用である。また、電動スクータおよび自動車用電源等にも適用できる。
１ 気液分離器
１ａ 凝縮部
２ 筐体
２ａ 開口部
３ 気液分離室
４ 気液分離膜
５ａ 第１触媒層
５ｂ 第２触媒層
６ａ 第１多孔質体
６ｂ 第２多孔質体
７ 上部積層体（第１凝縮部）
８ 下部積層体（第２凝縮部）
９ 水貯蔵部
１０ 水吸収体
１１ 燃料電池
１２ 燃料タンク
１３、１４、１６ 送液ポンプ
１５ 混合タンク
１７ アノード
１７ａ アノード側流路
１７ｂ 排出口
１７ｃ アノード側排出経路
１８ 空気ポンプ
１９ カソード
１９ａ カソード側流路
１９ｂ 排出口
１９ｃ カソード側排出経路
１００ 単電池
１０１ 膜電極接合体
１１１ 高分子電解質膜
１１２ 触媒層
１１３ ガス拡散層
１１４ ガス拡散電極
１１５ ガスケット
１１６ セパレータ
１１７ 流路
１ａ 凝縮部
２ 筐体
２ａ 開口部
３ 気液分離室
４ 気液分離膜
５ａ 第１触媒層
５ｂ 第２触媒層
６ａ 第１多孔質体
６ｂ 第２多孔質体
７ 上部積層体（第１凝縮部）
８ 下部積層体（第２凝縮部）
９ 水貯蔵部
１０ 水吸収体
１１ 燃料電池
１２ 燃料タンク
１３、１４、１６ 送液ポンプ
１５ 混合タンク
１７ アノード
１７ａ アノード側流路
１７ｂ 排出口
１７ｃ アノード側排出経路
１８ 空気ポンプ
１９ カソード
１９ａ カソード側流路
１９ｂ 排出口
１９ｃ カソード側排出経路
１００ 単電池
１０１ 膜電極接合体
１１１ 高分子電解質膜
１１２ 触媒層
１１３ ガス拡散層
１１４ ガス拡散電極
１１５ ガスケット
１１６ セパレータ
１１７ 流路
Claims (7)
- アノード、前記アノードに燃料を供給するためのアノード側流路、カソード、および前記カソードに酸化剤を供給するためのカソード側流路を有する燃料電池と、
前記アノード側流路の排出口および前記カソード側流路の排出口に接続され、前記アノードおよび前記カソードからの排出物を触媒浄化して回収水を得る気液分離器と、を具備すること、
を特徴とする燃料電池システム。 - 前記気液分離器は、触媒浄化機能を有し、かつ前記触媒浄化機能により前記回収水に含まれる前記燃料の濃度を制御する凝縮部を具備すること、
を特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。 - 前記回収水に含まれる前記燃料の濃度が０．１Ｍ以下に制御されること、
を特徴とする請求項２記載の燃料電池システム。 - 前記燃料とともに前記回収水が前記アノード側流路に供給されるように構成されていること、
を特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の燃料電池システム。 - 前記アノード側流路に供給される前記燃料および前記回収水の単位時間あたりの流量の比を制御する流量制御部を具備すること、
ことを特徴とする請求項４記載の燃料電池システム。 - 前記凝縮部は、第１触媒層、第１多孔質体および気液分離膜を含む上部積層体と、第２多孔質体および第２触媒層を含む下部積層体と、を具備し、
前記排出物が前記上部積層体および前記下部積層体を通過して触媒浄化されることによって、前記回収水が得られること、
を特徴とする請求項２記載の燃料電池システム。 - 前記凝縮部の周囲に水吸収体が配置されていること、
を特徴とする請求項６記載の燃料電池システム。
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