JP2014192021A - 燃料電池発電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】構成の簡素化を図る形態で、酸素含有ガスとしての空気中に含まれている不純物の除去と、酸素含有ガスとしての空気中に混入した加湿水中の不純物の除去とを行って、燃料電池セルの性能や耐久性の低下を回避できる燃料電池発電装置を提供する。
【解決手段】固体高分子電解質膜の一方の面に酸素極を備え且つ他方の面に燃料極を備えた燃料電池セルを積層したセルスタックＮＣに、酸素極に酸素含有ガスを供給する酸素含有ガス供給路１０及び燃料極に水素含有ガスを供給する水素含有ガス供給路９が接続され、酸素含有ガス供給路１０を通流する酸素含有ガスを加湿する酸素側加湿手段Ｋｓよりも下流側箇所に、酸素含有ガス供給路１０を通流する酸素含有ガスに含まれる不純物を除去するイオン交換樹脂を備えた不純物除去手段Ｂが設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、固体高分子電解質膜の一方の面に酸素極を備え且つ他方の面に燃料極を備えた燃料電池セルを積層したセルスタックに、前記酸素極に酸素含有ガスを供給する酸素含有ガス供給路及び前記燃料極に水素含有ガスを供給する水素含有ガス供給路が接続された燃料電池発電装置に関する。

かかる燃料電池発電装置においては、一般に、酸素含有ガスとして空気が使用されることになるが、空気中には、粉塵等の埃や、ＮＯｘ及びＳＯｘ等のイオン系不純物が含まれるものであるため、燃料電池セルの劣化を防止する必要上、粉塵等の埃やイオン系不純物を、酸素含有ガス供給路を通して酸素極に供給する空気中から除去することになる。

粉塵等の埃やイオン系不純物を空気中から除去するように構成された燃料電池発電装置の従来例として、粉塵等の埃を除去する粗フィルターに加えて、アルカリ性不純物を除去するアルカリ性不純物除去フィルターや酸性不純物を除去する酸性不純物除去フィルターを備えさせたものがある（例えば、特許文献１参照）。

アルカリ性不純物を除去するアルカリ性不純物除去フィルターの具体例として、繊維状の活性炭シートにアルカリ性不純物の吸収剤として一定濃度に調整したリン酸溶液を含浸させ、分離して、乾燥して、さらにシートをコルゲート加工したもの、つまり、活性炭を利用したものが記載されている。

酸性不純物を除去する酸性不純物除去フィルターの具体例として、酸性不純物を吸収するアルカリとして水酸化カルシウムを用い、活性炭と硬化剤とを混練して、造粒した後、ハニカム型に生成したもの、つまり、活性炭を利用したものが記載されている。

ところで、固体高分子電解質膜を用いて燃料電池セルを構成する場合には、一般に、酸素含有ガスとしての空気を加湿することになり、特許文献１にも、酸素含有ガスとしての空気を加湿することが説明されている。
そして、特許文献１においては、酸素含有ガスとしての空気を加湿するための具体構成は詳述されてはいないが、アルカリ性不純物除去フィルターや酸性不純物除去フィルターが活性炭を利用して構成されるものであることを鑑みると、アルカリ性不純物除去フィルターや酸性不純物除去フィルターを通過した後の空気を、加湿する構成であると考えることができる。

特開２００５−３２２５０６号公報

酸素含有ガスを加湿するには、加湿水を酸素含有ガスに噴霧する噴霧加湿形態や、貯留した加湿水の内部に酸素含有ガスを噴出させるバブリング加湿形態等の種々の形態が用いられることになるが、加湿水には、配管やポンプから溶出したイオン系不純物、例えば、Ｆｅイオンや油（シリコン）イオンが含まれている虞がある。

そして、酸素含有ガスを加湿する際に、加湿水に含まれている不純物が酸素含有ガスに混入すると、この混入された不純物のために、燃料電池セルの性能や耐久性が低下する虞があるが、従来では、加湿水に含まれている不純物（例えば、Ｆｅイオン等）が酸素含有ガスに混入した場合の対策が講じられていないため、改善が望まれるものであった。

つまり、上述した特許文献１の燃料電池発電装置においては、酸素含有ガスとしての空気中に含まれている不純物は除去されるものの、不純物が除去された空気に、加湿水に含まれている不純物が混入して、加湿水中の不純物が混入した空気がセルスタックに供給されることにより、燃料電池セルの性能や耐久性が低下する虞があった。

本発明は、上記実状に鑑みて為されたものであって、その目的は、構成の簡素化を図る形態で、酸素含有ガスとしての空気中に含まれている不純物の除去と、酸素含有ガスとしての空気に混入する加湿水中の不純物の除去とを行って、燃料電池セルの性能や耐久性の低下を回避できる燃料電池発電装置を提供する点にある。

本発明の燃料電池発電装置は、固体高分子電解質膜の一方の面に酸素極を備え且つ他方の面に燃料極を備えた燃料電池セルを積層したセルスタックに、前記酸素極に酸素含有ガスを供給する酸素含有ガス供給路及び前記燃料極に水素含有ガスを供給する水素含有ガス供給路が接続されたものであって、その第１特徴構成は、
前記酸素含有ガス供給路を通流する酸素含有ガスを加湿する酸素側加湿手段よりも下流側箇所に、前記酸素含有ガス供給路を通流する酸素含有ガスに含まれる不純物を除去するイオン交換樹脂を備えた不純物除去手段が設けられている点を特徴とする。

すなわち、酸素含有ガス供給路を通流する酸素含有ガスに含まれる不純物を除去するイオン交換樹脂を備えた不純物除去手段が、酸素含有ガス供給路を通流する酸素含有ガスを加湿する酸素側加湿手段よりも下流側箇所に設けられているから、イオン交換樹脂を備えた不純物除去手段によって、酸素含有ガスとしての空気中に含まれているイオン系不純物、例えば、ＮＯｘ及びＳＯｘ等のイオン系不純物を除去することに加えて、加湿水に含まれているイオン系不純物、例えば、Ｆｅイオンや油（シリコン）イオン等のイオン系不純物が酸素含有ガスとしての空気中に混入しても、その混入したイオン系不純物を除去できることになる。

このように、酸素含有ガスとしての空気中に含まれているイオン系不純物を除去することや、加湿水に含まれているイオン系不純物が酸素含有ガスとしての空気中に混入しても、その混入したイオン系不純物を除去できるから、不純物が除去された空気がセルスタックに供給されることになり、燃料電池セルの性能や耐久性が空気中の不純物のために低下することを回避できる。

ちなみに、空気中には、粉塵等の埃が含まれることが多いが、そのような埃を除去するためのフィルターを、酸素含有ガス供給路における酸素側加湿手段よりも上手側箇所に設けておくことにより、粉塵等の埃が除去された空気をセルスタックに供給して、燃料電池セルの性能や耐久性が、粉塵等の埃のために低下することを回避できる。
尚、空気中に、シリカ等の微細粒子が存在した場合、その微細粒子が上述したフィルターや酸素側加湿手段をすり抜けて流動する虞があるが、酸素側加湿手段を通過することによって濡れ状態となる微細粒子を、不純物除去手段に付着させる（へばり付く）形態で除去することが可能となるものであり、不純物除去手段は、微細粒子によって燃料電池セルの性能や耐久性が低下することを回避する上でも有効となる。

そして、本発明の第１特徴構成によれば、イオン交換樹脂を備えた不純物除去手段を、酸素含有ガスとしての空気中に含まれている不純物の除去と、酸素含有ガスとしての空気中に混入した加湿水中の不純物の除去とに、兼用するものであるから、構成の簡素化を図る形態で、酸素含有ガスとしての空気中に含まれている不純物の除去と、酸素含有ガスとしての空気中に混入した加湿水中の不純物の除去とを行うことができるのである。

要するに、本発明の第１特徴構成によれば、構成の簡素化を図る形態で、酸素含有ガスとしての空気中に含まれている不純物の除去と、酸素含有ガスとしての空気に混入する加湿水中の不純物の除去とを行って、燃料電池セルの性能や耐久性の低下を回避できる燃料電池発電装置を提供できる。

本発明の燃料電池発電装置の第２特徴構成は、上記第１特徴構成に加えて、
前記酸素含有ガス供給路における前記酸素側加湿手段よりも下流側箇所に、Ｌ字状に屈曲する屈曲路部分が設けられ、
前記不純物除去手段が、前記屈曲路部分の上手側流路部分と下手側流路部分との接続箇所の壁面のうちで、前記上手側流路部分の長手方向に沿って流動する酸素含有ガスが衝突する壁面部に設けられている点を特徴とする。

すなわち、酸素含有ガス供給路における酸素側加湿手段よりも下流側箇所に、Ｌ字状に屈曲する屈曲路部分が設けられて、不純物除去手段が、屈曲路部分の上手側流路部分と下手側流路部分との接続箇所の壁面のうちで、上手側流路部分の長手方向に沿って流動する酸素含有ガスが衝突する壁面部に設けられているから、酸素含有ガス供給路を通して流動する酸素含有ガスとしての空気を、イオン交換樹脂を備えた不純物除去手段に的確に接触させることができる。

このように、酸素含有ガス供給路を通して流動する酸素含有ガスとしての空気を、イオン交換樹脂を備えた不純物除去手段に的確に接触させることができるため、酸素含有ガスとしての空気に含まれているイオン系不純物や加湿水に含まれていることによって空気中に混入したイオン系不純物を、イオン交換樹脂を備えた不純物除去手段に的確に除去できるのである。

要するに、本発明の第２特徴構成によれば、上記第１特徴構成による作用効果に加えて、酸素含有ガスとしての空気に含まれているイオン系不純物や加湿水に含まれていることによって空気中に混入したイオン系不純物を、イオン交換樹脂を備えた不純物除去手段に的確に除去できる燃料電池発電装置を提供できる。

本発明の燃料電池発電装置の第３特徴構成は、上記第１特徴構成に加えて、前記酸素含有ガス供給路が、複数の屈曲路部分を備える蛇行状に形成され、
複数の前記屈曲路部分の夫々に対応して前記不純物除去手段が設けられている点を特徴とする。

すなわち、酸素含有ガス供給路が、複数の前記屈曲路部分を備える蛇行状に形成されて、複数の屈曲路部分の夫々に対応して不純物除去手段が設けられているから、酸素含有ガス供給路を通して流動する酸素含有ガスとしての空気が、不純物除去手段に接触する回数を増加させることができる。

このように、酸素含有ガス供給路を通して流動する酸素含有ガスとしての空気が、イオン交換樹脂を備えた不純物除去手段に接触する回数を増加させることができるため、酸素含有ガスとしての空気に含まれているイオン系不純物や加湿水に含まれていることによって空気中に混入したイオン系不純物を、イオン交換樹脂を備えた不純物除去手段にて一層的確に除去できるのである。

要するに、本発明の第３特徴構成によれば、上記第１特徴構成による作用効果に加えて、酸素含有ガスとしての空気に含まれているイオン系不純物や加湿水に含まれていることによって空気中に混入したイオン系不純物を一層的確に除去できる燃料電池発電装置を提供できる。

本発明の燃料電池発電装置の第４特徴構成は、上記第１〜第３特徴構成のいずれかに加えて、
前記不純物除去手段が、酸素含有ガスを導入する内面部を前記酸素含有ガス供給路の内面と面一状にする形態で、前記酸素含有ガス供給路の外部に装着されている点を特徴とする。

すなわち、不純物除去手段が、酸素含有ガスを導入する内面部を酸素含有ガス供給路の内面と面一状にする形態で、酸素含有ガス供給路の外部に装着されているから、不純物除去手段が酸素含有ガスの流動に大きな抵抗を与えることを回避しながら、酸素含有ガスと不純物除去手段を接触させることができる。

つまり、不純物除去手段を、酸素含有ガスを導入する内面部を酸素含有ガス供給路の内面よりも内方側に突出させる形態で酸素含有ガス供給路に装着することが考えられるが、この場合、不純物除去手段が酸素含有ガスの流動に大きな抵抗を与えることになり、酸素含有ガスとしての空気を送風するブロアとして、送風能力の高いものを設置しなければならない等の不都合を招くものとなる。

要するに、本発明の第４特徴構成によれば、上記第１〜第３特徴構成のいずれかによる作用効果に加えて、不純物除去手段が酸素含有ガスの流動に大きな抵抗を与えることを回避できる燃料電池発電装置を提供できる。

本発明の燃料電池発電装置の第５特徴構成は、上記第１〜第４特徴構成のいずれかに加えて、
前記不純物除去手段が、前記酸素含有ガス供給路を形成する形成体に着脱自在に装着されている点を特徴とする。

すなわち、不純物除去手段が、酸素含有ガス供給路を形成する形成体に着脱自在に装着されているから、使用に伴ってイオン交換樹脂の不純物除去能力が低下したときには、新たな不純物除去手段に交換することにより、イオン交換樹脂による不純物除去作用を適切に発揮させることができる。

つまり、不純物除去手段が備えるイオン交換樹脂は、使用に伴って、不純物除去能力が低下することになるから、使用に伴ってイオン交換樹脂の不純物除去能力が低下したときには、新たな不純物除去手段に交換することにより、イオン交換樹脂が不純物除去作用を適切に発揮する状態に復帰させることができる。

要するに、本発明の第５特徴構成によれば、上記第１〜第４特徴構成のいずれかによる作用効果に加えて、イオン交換樹脂が不純物除去作用を適切に発揮する状態に復帰させることができる燃料電池発電装置を提供できる。

熱電併給システムの全体図 セルスタックの一部切欠側面図 燃料電池の縦断側面図 第１実施形態の不純物除去部の装着形態を示す切欠側面図 実験結果を示すグラフ 第２実施形態の不純物除去部の装着形態を示す切欠側面図 第３実施形態の不純物除去部の装着形態を示す切欠側面図 第４実施形態の不純物除去部の装着形態を示す切欠側面図

〔第１実施形態〕
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
（熱電併給システムの全体構成）
図１に示すように、熱電併給システムには、発電部１、その発電部１にて発生する排熱によって加熱した湯水を貯湯タンク２に貯湯して給湯する貯湯ユニット３、発電部１及び貯湯ユニット３の運転を制御する運転制御部４等が備えられている。

発電部１には、水素と酸素の電気化学反応により発電する燃料電池５、燃料電池５に供給する水素含有ガスとしての燃料ガスを生成するガス生成部６、燃料電池５に酸素含有ガスとしての空気を供給するブロア７、燃料電池５から出力される直流電力を交流電力に変換して電力消費機器に供給するインバータ８が設けられている。

燃料電池５は、固体高分子型燃料電池であって、ガス生成部６にて生成されて水素含有ガス供給路９を通して供給される燃料ガス中の水素と、ブロア７から酸素含有ガス供給路１０を通して供給される空気中の酸素とを電気化学反応させて発電するように構成されている。
そして、酸素含有ガス供給路１０には、酸素側加湿手段としての酸素側加湿器Ｋｓが設けられ、水素含有ガス供給路９には、燃料ガスを加湿する燃料ガス側加湿器Ｋｎが設けられている。

酸素側加湿器Ｋｓ及び燃料ガス側加湿器Ｋｎは、本実施形態においては、酸素含有ガスとしての空気や燃料ガスを、貯留された加湿水中に噴出して加湿するバブリング式形態が採用されている。
ちなみに、ガス生成部６から供給される燃料ガスは、後述の如く、水蒸気改質処理によって生成されることにより加湿されているため、燃料ガス側加湿器Ｋｎは省略することができる。

酸素含有ガス供給路１０における酸素側加湿器Ｋｓよりも上流側箇所に、空気中に含まれている粉塵等の埃を除去する除塵フィルターＪが配設されている。
また、酸素含有ガス供給路１０における酸素側加湿器Ｋｓよりも下流側箇所に、空気中に含まれている不純物（イオン系不純物）を除去するための不純物除去手段としての不純物除去部Ｂが設けられている。
この不純物除去部Ｂは、ブロア７に吸引される空気中に含まれている不純物（イオン系不純物）や、加湿水に含まれていることによって空気中に混入した不純物（イオン系不純物）を除去することになる。

ガス生成部６には、供給される都市ガスなどの炭化水素系の原燃料ガスを脱硫処理する脱硫部１１、供給される改質水にて水蒸気を生成する水蒸気生成部１２、水蒸気生成部１２にて生成された水蒸気が混合された脱硫原燃料ガスを改質反応させる改質処理部１３、その改質処理部１３から排出される改質ガス中の一酸化炭素を水蒸気にて二酸化炭素に変成処理する変成部１４、その変成部１４から排出される変成ガス中に残留している一酸化炭素を除去するＣＯ除去部１５が備えられている。

改質処理部１３における改質反応が吸熱反応であるので、改質用バーナ１６ａの燃焼熱により改質処理部１３を加熱する改質処理用加熱部１６が設けられている。
改質用バーナ１６ａには、燃料電池５からのオフガスが排燃料ガス路１７を通して供給され、かつ、ブロア７からの空気が酸素含有ガス供給路１０から分岐された燃焼用空気供給路１８を通して供給されて、燃料電池５からのオフガスを燃焼させるように構成されている。
また、改質用バーナ１６ａにおける燃焼排ガスは、水蒸気生成部１２を経由する燃料排ガス路１９を通して流動されて、水蒸気を生成するための熱源として使用されるように構成されている。

脱硫部１１に原燃料ガスを供給する水素含有ガス供給路９の流路中には、燃料電池５への燃料ガス供給量を調整する燃料ガス供給量調整弁２０が設けられている。
そして、運転制御部４が、発電負荷に応じて、燃料ガス供給量調整弁２０の開度とブロア７の作動状態を制御することにより、燃料電池５に供給する燃料ガスの供給量および空気の供給量を調整して、燃料電池５からの発電出力を調整するように構成されている。

すなわち、運転制御部４は、発電負荷が大きくなるほど、燃料電池５に供給する燃料ガスの供給量および空気の供給量を増大側に調整して、燃料電池５からの発電出力を増大させるように構成されている。

燃料電池５の冷却水を循環させる冷却水循環路２１には、冷却水循環ポンプ２２、及び、燃料電池５の冷却水と貯湯タンク２内の湯水とを熱交換させる排熱回収熱交換器２３が設けられている。

貯湯ユニット３は、温度成層を形成する状態で湯水を貯湯タンク２に貯湯するように構成されるものであって、具体的には、貯湯タンク２の下部と上部とを接続する湯水循環路２４が、排熱回収熱交換器２３を経由する状態で設けられ、湯水循環ポンプ２５の作動によって、貯湯タンク２の下部から取り出した湯水を、排熱回収熱交換器２３を通過させて流動させて、貯湯タンク２の上部に戻すように構成されている。

貯湯タンク２の下部には、水道水圧を用いて給水する給水路２６が設けられて、貯湯タンク２の上部に接続した給湯路２７から湯水が取り出されると、取り出された量に応じた水が貯湯タンク２に給水されるように構成されている。
ちなみに、給湯路２７には、加熱用ガスバーナ２８ａを備えて、給湯路２７を通過する湯水を加熱する補助加熱器２８が設けられている。

（燃料電池の構成）
燃料電池５は、図２及び図３に示すように、固体高分子電解質膜３１の一方の面に酸素極３２を備え、他方の面に燃料極３３を備えた複数の燃料電池セルＣを積層して、セルスタックＮＣとして構成されている。

すなわち、燃料電池セルＣにおける酸素極側箇所に、酸素極３２に酸素含有ガスを供給する酸素供給路Ｒｓを形成する酸素側セパレータ３５が配置され、かつ、燃料電池セルＣにおける燃料極側箇所に、燃料極３３に水素含有ガスを供給する燃料供給流路Ｒｎを形成する燃料側セパレータ３６が配置されている。
尚、隣接する酸素側セパレータ３５と燃料側セパレータ３６との間には、燃料電池セルＣを冷却するための冷却水を通流される冷却水流路Ｆが形成されている。

そして、燃料電池セルＣ、酸素側セパレータ３５、及び、燃料側セパレータ３６が順次積層され、この積層体の両端部夫々に、電力取り出し用の集電部３７が設けられて、セルスタックＮＣが構成されている。
尚、一対の集電部３７の間に、電気負荷が接続されることになる。

図２に示すように、一対の集電部３７の一方側の外部には、供給側接続部３８が配置され、一対の集電部３７の他方側の外部には、排出側接続部３９が配置されている。
そして、供給側接続部３８には、ガス生成部６にて生成された燃料ガスを供給する水素含有ガス供給路９、ブロア７にて送風される空気を供給する酸素含有ガス供給路１０、及び、冷却水循環路２１が接続され、排出側接続部３９には、燃料電池５からのオフガスが流動する排燃料ガス路１７、燃料電池５のから排出される空気が流動する排空気路４０、及び、冷却水循環路２１が接続されている。

ちなみに、酸素含有ガス供給路１０から供給側接続部３８に供給された空気は、複数の燃料電池セルＣの酸素供給路Ｒｓを順次通過して、排出側接続部３９の排空気路４０に流動し、水素含有ガス供給路９から供給側接続部３８に供給された燃料ガスは、複数の燃料電池セルＣの燃料供給流路Ｒｎを順次通過して、排出側接続部３９の排燃料ガス路１７に流動することになるが、その構成は周知であるので、本実施形態では詳細な説明を省略する。

また、冷却水循環路２１を通して供給側接続部３８に供給された冷却水は、隣接する酸素側セパレータ３５と燃料側セパレータ３６との間の冷却水流路Ｆを順次通過して、排出側接続部３９に流動することになるが、その構成は周知であるので、本実施形態では詳細な説明を省略する。

（燃料電池セルの詳細）
固体高分子電解質膜３１は、例えば、フッ素樹脂系のイオン交換膜（ナフィオン等）にて構成され、酸素極３２及び燃料極３３は、次述の如く、触媒を担持した通気性のある導電材として形成され、酸素側セパレータ３５及び燃料側セパレータ３６は、カーボン等から成る気密性の導電材にて形成されている。

図３に示すように、酸素極３２は、固体高分子電解質膜３１に隣接する酸素側触媒層３２Ａと、ガス及び水分の透過性を備えた酸素側拡散層３２Ｂとからなる。
燃料極３３は、固体高分子電解質膜３１に隣接する燃料側触媒層３３Ａと、ガス及び水分の透過性を備えた燃料側拡散層３３Ｂとからなる。

酸素極３２の酸素側触媒層３２Ａ及び燃料極３３の燃料側触媒層３３Ａの夫々は、粒径が数ｎｍの微細な白金製の粒子（触媒）を、炭素微粉末に担持させた形態に構成されるものであり、酸素極３２の酸素側拡散層３２Ｂ及び燃料極３３の燃料側拡散層３３Ｂは、カーボンペイパーやカーボンクロス等を用いて構成されることになる。

（不純物除去部の詳細）
図１及び図４に示すように、酸素含有ガス供給路１０における酸素側加湿器Ｋｓよりも下流側箇所に、Ｌ字状に屈曲する屈曲路部分Ｌが設けられている。
そして、不純物除去部Ｂが、屈曲路部分Ｌの上手側流路部分Ｌｕと下手側流路部分Ｌｓとの接続箇所の壁面のうちで、上手側流路部分Ｌｕの長手方向に沿って流動する酸素含有ガスが衝突する壁面部、換言すれば、上手側流路部分Ｌｕの空気流動方向の端部に相当する箇所に、上手側流路部分Ｌｕの長手方向に交差する状態で位置する壁面部に設けられている。

不純物除去部Ｂは、図４に示すように、酸素含有ガス供給路１０を通流する酸素含有ガスとしての空気に含まれる不純物を除去するイオン交換樹脂４１を備えるものであり、酸素含有ガスとしての空気を導入するメッシュ状の内面部４２を酸素含有ガス供給路１０の内面と面一状にする形態で、酸素含有ガス供給路１０の外部に装着されている。

説明を加えると、不純物除去部Ｂは、酸素含有ガスとしての空気を導入するメッシュ状の内面部４２を備える有底筒状のケーシング４３の内部に、イオン交換樹脂４１を収納する形態に構成されている。
そして、酸素含有ガス供給路１０を形成する流路形成体としての管状体１０Ｋに形成した開口部を通して、メッシュ状の内面部４２を酸素含有ガス供給路１０の内部に露出させた状態で、管状体１０Ｋに装着されている。

ちなみに、イオン交換樹脂４１には、陽イオン交換樹脂と陰イオン交換樹脂とが含まれており、空気に含まれる酸性不純物（酸性イオン系不純物）及びアルカリ性不純物（アルカリ性イオン系不純物）を除去できるように構成されている。
尚、酸素含有ガスとしての空気中に、シリカ等の微細粒子が存在した場合、その微細粒子が上述した除塵フィルターＪや酸素側加湿器Ｋｓをすり抜けて流動する虞があるが、酸素側加湿器Ｋｓを通過することによって濡れ状態となる微細粒子を、不純物除去手段Ｂに付着させる（へばり付く）形態で除去することが可能となる。

また、不純物除去部Ｂが、酸素含有ガス供給路１０を形成する管状体１０Ｋに着脱自在に装着されている。
すなわち、不純物除去部Ｂのケーシング４３が、酸素含有ガス供給路１０を形成する管状体１０Ｋに設けた連結部Ｇに、連結ボルト４４によって連結されている。
したがって、連結ボルト４４を装着及び離脱しながら、不純物除去部Ｂのケーシング４３を管状体１０Ｋに対して装着及び離脱させることにより、不純物除去部Ｂを管状体１０Ｋに対して着脱できるように構成されている。

したがって、不純物除去部Ｂのイオン交換樹脂４１が劣化した際には、別途用意した不純物除去部Ｂに付け替えることにより、酸素含有ガスとしての空気に含まれる不純物（イオン系不純物）を適切に除去できる。

（不純物除去部の考察）
上述の如く、不純物除去部Ｂを酸素含有ガス供給路１０における酸素側加湿器Ｋｓよりも下流側箇所に装着した状態で、燃料電池５を発電したところ、図５に示すように、発電開始から１５０時間が経過しても、燃料電池セルＣの発電電圧（セル電圧）が低下しないことを確認できた。

また、不純物除去部Ｂを酸素含有ガス供給路１０から外した状態で、燃料電池５を発電したところ、図５に示すように、燃料電池セルＣの発電電圧（セル電圧）が、発電開始から漸次低下することを確認できた。

この実験結果により、ブロア７が吸引する空気中に含まれているイオン系不純物、例えば、ＮＯｘ及びＳＯｘ等のイオン系不純物を除去することに加えて、加湿水に含まれているイオン系不純物、例えば、Ｆｅイオンや油（シリコン）イオン等のイオン系不純物が酸素含有ガスとしての空気中に混入しても、その混入したイオン系不純物を除去することにより、燃料電池セルＣの性能や耐久性が空気中の不純物のために低下することを回避できることが明らかになった。

〔第２実施形態〕
次に、第２実施形態を説明するが、この第２実施形態は、不純物除去部Ｂの装着形態の別実施形態を示すものであって、その他の構成は第１実施形態と同様であるので、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明して、第１実施形態と同様な構成については、第１実施形態と同じ符号を付して、詳細な説明を省略する。

図６に示すように、酸素含有ガス供給路１０が、複数の屈曲路部分Ｌを備える蛇行状に形成され、複数の屈曲路部分Ｌの夫々に対応して不純物除去部Ｂが設けられている。
複数の屈曲路部分Ｌが、上記第１実施形態と同様に、Ｌ字状に形成され、複数の不純物除去部Ｂの夫々が、上記第１実施形態と同様に、屈曲路部分Ｌの上手側流路部分Ｌｕと下手側流路部分Ｌｓとの接続箇所の壁面のうちで、上手側流路部分Ｌｕの長手方向に沿って流動する酸素含有ガスが衝突する壁面部に装着されている。

また、複数の不純物除去部Ｂに夫々が、酸素含有ガス供給路１０を形成する管状体１０Ｋに着脱自在に装着されている。
すなわち、不純物除去部Ｂのケーシング４３が、酸素含有ガス供給路１０を形成する管状体１０Ｋに設けた連結部Ｇに、連結ボルト４４によって連結されている。

この第２実施形態によれば、酸素含有ガス供給路１０を流動する酸素含有ガスとしての空気中に含まれる不純物（イオン系不純物）を、複数の不純物除去部Ｂにて除去することができ、また、不純物除去部Ｂのイオン交換樹脂４１が劣化した際には、別途用意した不純物除去部Ｂに付け替えることにより、酸素含有ガスとしての空気に含まれる不純物（イオン系不純物）を適切に除去できる。

〔第３実施形態〕
次に、第３実施形態を説明するが、この第３実施形態は、不純物除去部Ｂの装着形態の別実施形態を示すものであって、その他の構成は第１実施形態と同様であるので、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明して、第１実施形態と同様な構成については、第１実施形態と同じ符号を付して、詳細な説明を省略する。

図７に示すように、複数の不純物除去部Ｂが、酸素含有ガス供給路１０における直線状流路部分に、流路長手方向に間隔を隔てて設けられている。
すなわち、不純物除去部Ｂが、酸素含有ガスとしての空気を導入するメッシュ状の内面部４２を酸素含有ガス供給路１０の内面と面一状にする形態で、酸素含有ガス供給路１０の外部に装着されている。

また、複数の不純物除去部Ｂの夫々が、上記第１実施形態と同様に、酸素含有ガス供給路１０を形成する管状体１０Ｋに着脱自在に装着されている。
すなわち、不純物除去部Ｂのケーシング４３が、酸素含有ガス供給路１０を形成する管状体１０Ｋに設けた連結部Ｇに、連結ボルト４４によって連結されている。

この第３実施形態によれば、酸素含有ガス供給路１０を流動する酸素含有ガスとしての空気中に含まれる不純物（イオン系不純物）を、複数の不純物除去部Ｂにて除去することができ、また、不純物除去部Ｂのイオン交換樹脂４１が劣化した際には、別途用意した不純物除去部Ｂに付け替えることにより、酸素含有ガスとしての空気に含まれる不純物（イオン系不純物）を適切に除去できる。

さらに、この第３実施形態によれば、酸素含有ガス供給路１０における不純物除去部Ｂを装着する部分を直線状に形成するものであるから、酸素含有ガス供給路１０の通気抵抗の低下を図る上で有利である。

〔第４実施形態〕
次に、第４実施形態を説明するが、この第４実施形態は、不純物除去部Ｂの装着形態の別実施形態を示すものであって、その他の構成は第１実施形態と同様であるので、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明して、第１実施形態と同様な構成については、第１実施形態と同じ符号を付して、詳細な説明を省略する。

図８に示すように、不純物除去部Ｂが、イオン交換樹脂４１を管体４５の内面にコーティングした形態に構成されている。
そして、不純物除去部Ｂを備える管体４５の両端部に、管継手用フランジ部４５ａが形成されて、不純物除去部Ｂを備える管体４５が、酸素含有ガス供給路１０を形成する管状体１０Ｋの途中部分に、着脱自在に装着されている。

ちなみに、この第４実施形態の場合には、酸素含有ガス供給路１０を形成する管状体１０Ｋに、連結部Ｇとして、管体４５をフランジ接続するフランジ状部が形成され、管体４５の管継手用フランジ部４５ａと管状体１０Ｋのフランジ状の連結部Ｇとが、連結ボルト４４にて連結されている。

この第４実施形態によれば、酸素含有ガス供給路１０を流動する酸素含有ガスとしての空気中に含まれる不純物（イオン系不純物）を、不純物除去部Ｂにて除去することができ、また、不純物除去部Ｂのイオン交換樹脂４１が劣化した際には、別途用意した不純物除去部Ｂを備える管体４５に付け替えることにより、酸素含有ガスとしての空気に含まれる不純物（イオン系不純物）を適切に除去できる。

尚、図８においては、イオン交換樹脂４１を備える管体４５が、直管状に形成される場合を例示するが、イオン交換樹脂４１を備える管体４５を、Ｌ字状に屈曲する形態に構成してもよく、また、イオン交換樹脂４１を備える管体４５を、Ｌ字状やＵ字状等に屈曲する複数の屈曲部分を備える蛇行状形態に構成してもよい。

〔別実施形態〕
（１）上記第１〜第４実施形態では、酸素側加湿器Ｋｓが、バブリング式の加湿器として構成される場合を例示したが、酸素側加湿手段としては、酸素含有ガスとしての空気に加湿水を噴霧する形態のもの等、種々の形態の加湿器を使用できる。

（２）上記第２実施形態では、酸素含有ガス供給路１０における酸素側加湿器Ｋｓよりも下手側部分に、複数の屈曲路部分Ｌを備える蛇行状の供給路部分を備えさせるに、複数の屈曲路部分Ｌを、Ｌ字状に形成する場合を例示したが、複数の屈曲路部分Ｌを、Ｕ字状に形成する等、複数の屈曲路部分Ｌの屈曲形態は種々変更できる。

（３）上記第１〜第４実施形態では、燃料極３３に供給する水素含有ガスとして、ガス生成部６にて改質処理された燃料ガスを供給する場合を例示したが、水素ボンベや水素貯蔵合金等に貯蔵された水素を、水素含有ガスとして燃料極３３に供給する燃料電池発電装置にも本発明は適用できる。

１０ 酸素含有ガス供給路
１０Ａ 流路形成体
３１ 固体高分子電解質膜
３２ 酸素極
３３ 燃料極
４１ イオン交換樹脂
４２ 内面部
Ｂ 不純物除去手段
Ｃ 燃料電池セル
Ｋｓ 酸素側加湿手段
Ｌ 屈曲路部分
Ｌｕ 上手側流路部分
Ｌｓ 下手側流路部分
ＮＣ セルスタック

Claims (5)

1. 固体高分子電解質膜の一方の面に酸素極を備え且つ他方の面に燃料極を備えた燃料電池セルを積層したセルスタックに、前記酸素極に酸素含有ガスを供給する酸素含有ガス供給路及び前記燃料極に水素含有ガスを供給する水素含有ガス供給路が接続された燃料電池発電装置であって、
   前記酸素含有ガス供給路を通流する酸素含有ガスを加湿する酸素側加湿手段よりも下流側箇所に、前記酸素含有ガス供給路を通流する酸素含有ガスに含まれる不純物を除去するイオン交換樹脂を備えた不純物除去手段が設けられている燃料電池発電装置。
2. 前記酸素含有ガス供給路における前記酸素側加湿手段よりも下流側箇所に、Ｌ字状に屈曲する屈曲路部分が設けられ、
   前記不純物除去手段が、前記屈曲路部分の上手側流路部分と下手側流路部分との接続箇所の壁面のうちで、前記上手側流路部分の長手方向に沿って流動する酸素含有ガスが衝突する壁面部に設けられている請求項１記載の燃料電池発電装置。
3. 前記酸素含有ガス供給路が、複数の屈曲路部分を備える蛇行状に形成され、
   複数の前記屈曲路部分の夫々に対応して前記不純物除去手段が設けられている請求項１記載の燃料電池発電装置。
4. 前記不純物除去手段が、酸素含有ガスを導入する内面部を前記酸素含有ガス供給路の内面と面一状にする形態で、前記酸素含有ガス供給路の外部に装着されている請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃料電池発電装置。
5. 前記不純物除去手段が、前記酸素含有ガス供給路を形成する流路形成体に着脱自在に装着されている請求項１〜４のいずれか１項に記載の燃料電池発電装置。

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