特許 6871790 燃料電池システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6871790

(24)【登録日】2021年4月20日

(45)【発行日】2021年5月12日

(54)【発明の名称】燃料電池システム

(51)【国際特許分類】

   H01M 8/04 20160101AFI20210426BHJP

   H01M 8/04186 20160101ALI20210426BHJP

   H01M 8/0662 20160101ALI20210426BHJP

   B01D 15/00 20060101ALI20210426BHJP

   B01J 39/05 20170101ALI20210426BHJP

   B01J 39/20 20060101ALI20210426BHJP

   B01J 41/05 20170101ALI20210426BHJP

   B01J 41/14 20060101ALI20210426BHJP

   B01J 47/04 20060101ALI20210426BHJP

【ＦＩ】

   H01M8/04 N

   H01M8/04186

   H01M8/0662

   B01D15/00 M

   B01D15/00 101B

   B01J39/05

   B01J39/20

   B01J41/05

   B01J41/14

   B01J47/04

【請求項の数】7

【全頁数】18

(21)【出願番号】特願2017-72270(P2017-72270)

(22)【出願日】2017年3月31日

(65)【公開番号】特開2018-56110(P2018-56110A)

(43)【公開日】2018年4月5日

【審査請求日】2019年11月22日

(31)【優先権主張番号】特願2016-187363(P2016-187363)

(32)【優先日】2016年9月26日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000005186

【氏名又は名称】株式会社フジクラ

(74)【代理人】

【識別番号】110000486

【氏名又は名称】とこしえ特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】奥 健太

(72)【発明者】

【氏名】郭 振

(72)【発明者】

【氏名】大橋 正和

(72)【発明者】

【氏名】梅田 淑夫

(72)【発明者】

【氏名】▲高▼口 裕哲

【審査官】 大内 俊彦

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１２−１６４４６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−２０８１５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−２４３２５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６２−１１５１０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｍ ８／００−８／２４９５

Ｂ０１Ｄ １５／００

Ｂ０１Ｊ ３９／０５，３９／２０

Ｂ０１Ｊ ４１／０５，４１／１４，４７／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

膜電極接合体を有する燃料電池と、
前記燃料電池のアノードに液体燃料を供給する液体燃料供給手段と、
前記燃料電池のカソードに酸化剤を供給する酸化剤供給手段と、
前記液体燃料に含まれるイオン系不純物を除去する除去手段と、
前記液体燃料を貯蔵する燃料タンクと、
前記燃料電池を介さずに前記燃料タンクに貯蔵された前記液体燃料が循環する循環流路と、を備え、
前記除去手段は、前記循環流路に設けられており、
容器本体と、
前記容器本体に収容された粒状の複数のイオン交換樹脂とを含み、
前記循環流路は、
前記容器本体に前記液体燃料を供給する第１の流路と、
前記容器本体から前記液体燃料を排出する第２の流路と、を含み、
前記第１の流路は、前記容器本体の上端から前記容器本体内に挿通されており、
前記第２の流路は、前記容器本体の下端以外から前記容器本体内に挿通されている燃料電池システム。

【請求項2】

請求項１に記載の燃料電池システムであって、
前記循環流路の両端は、前記燃料タンクの表面に接続されている燃料電池システム。

【請求項3】

請求項１又は２に記載の燃料電池システムであって、
前記第２の流路は、前記容器本体の上端から前記容器本体内に挿通されており、
前記容器本体内には、前記容器本体に収容された前記液体燃料の液面よりも上側に容器内空間が存在している燃料電池システム。

【請求項4】

請求項１〜３の何れか一項に記載の燃料電池システムであって、
複数の前記イオン交換樹脂は、前記容器本体の底部に堆積して粒子層を形成しており、
前記粒子層の上面は、前記容器本体に収容された前記液体燃料の液面よりも低い位置に配されている燃料電池システム。

【請求項5】

請求項４に記載の燃料電池システムであって、
前記第１の流路の一端は、前記粒子層の上面の高さ以下の高さ位置に配されている燃料電池システム。

【請求項6】

請求項１〜５の何れか一項に記載の燃料電池システムであって、
前記第２の流路に設けられたフィルタを備える燃料電池システム。

【請求項7】

請求項６に記載の燃料電池システムであって、
前記フィルタは、前記第２の流路の一端以外に設けられ、さらに、前記容器本体内に設けられている燃料電池システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、燃料電池システムに関するものである。

【背景技術】

【0002】

燃料電池システムにおいて、燃料タンクに貯蔵された循環燃料を燃料極に供給する供給経路から分岐したバイパス流路に循環燃料を流入させ、イオン交換樹脂装置により循環燃料からアルミニウムイオンを除去するものが知られている（例えば特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１２−１６４４６８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記技術では、液体燃料は、イオン交換樹脂装置を一度のみ通過した後、燃料電池に供給されるため、液体燃料に含まれるイオン系不純物が十分に除去されないまま燃料電池に到達するおそれがあり、これによって、燃料電池の電池性能が低下するおそれがあるという問題がある。

【0005】

本発明が解決しようとする課題は、燃料電池の電池性能の低下を抑制できる燃料電池システムを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

［１］本発明に係る燃料電池システムは、膜電極接合体を有する燃料電池と、前記燃料電池のアノードに液体燃料を供給する液体燃料供給手段と、前記燃料電池のカソードに酸化剤を供給する酸化剤供給手段と、前記液体燃料に含まれるイオン系不純物を除去する除去手段と、前記液体燃料を貯蔵する燃料タンクと、前記燃料電池を介さずに前記燃料タンクに貯蔵された前記液体燃料が循環する循環流路と、を備え、前記除去手段は、前記循環流路に設けられている燃料電池システムである。

【0007】

［２］本発明において、前記循環流路の両端は、前記燃料タンクの表面に接続されていてもよい。

【0008】

［３］上記発明において、前記除去手段は、容器本体と、前記容器本体に収容された粒状の複数のイオン交換樹脂とを含み、前記循環流路は、前記容器本体に前記液体燃料を供給する第１の流路と、前記容器本体から前記液体燃料を排出する第２の流路と、を含み、前記第１の流路は、前記容器本体の上端から前記容器本体内に挿通されており、前記第２の流路は、前記容器本体の下端以外から前記容器本体内に挿通されていてもよい。

【0009】

［４］上記発明において、前記第２の流路は、前記容器本体の上端から前記容器本体内に挿通されており、前記容器本体内には、前記容器本体に収容された前記液体燃料の液面よりも上側に容器内空間が存在していてもよい。

【0010】

［５］上記発明において、複数の前記イオン交換樹脂は、前記容器本体の底部に堆積して粒子層を形成しており、前記粒子層の上面は、前記容器本体に収容された前記液体燃料の液面よりも低い位置に配されていてもよい。

【0011】

［６］上記発明において、前記第１の流路の一端は、前記粒子層の高さ以下の高さ位置に配されていてもよい。

【0012】

［７］上記発明において、前記第２の流路に設けられたフィルタを備えてもよい。

【0013】

［８］上記発明において、前記フィルタは、前記第２の流路の一端以外に設けられ、さらに、前記容器本体内に設けられていてもよい。

【発明の効果】

【0014】

本発明によれば、液体燃料に混入したイオン系不純物を、循環流路に設けられた除去手段により十分に除去することができるため、燃料電池の電池性能の低下を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】図１は、本発明の一実施の形態に係る燃料電池システムを示すブロック図である。

【図2】図２は、本発明の一実施の形態に係るイオン交換装置を示す斜視図である。

【図3】図３は、図２のIII-III線に沿った断面図である。

【図4】図４は、本発明の他の実施の形態に係る燃料電池システムの一部を示すブロック図である。

【図5】図５は、本発明の他の実施の形態に係るイオン交換装置の作用を説明するためのブロック図である。

【図6】図６は、実施例２および比較例２における、液体燃料における塩素濃度（ｐｐｍ）と、燃料電池システムの運転開始からの経過時間（ｈｒ）との関係を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

【0017】

図１に示す燃料電池システム１は、燃料電池１０と、燃料タンク１２と、燃料ポンプ１４と、ブロワ１６と、凝縮器１８と、水タンク２０と、水ポンプ２２と、外部燃料タンク２４と、外部燃料ポンプ２６と、イオン交換装置３０と、循環ポンプ３６とを備えている。上記の燃料電池システム１の構成のうち、燃料電池１０と、燃料タンク１２と、燃料ポンプ１４と、ブロワ１６と、凝縮器１８と、水タンク２０と、水ポンプ２２と、イオン交換装置３０と、循環ポンプ３６とは、装置筐体１１に収容され、外部燃料タンク２４と、外部燃料ポンプ２６とは、装置筐体１１外に設置されている。

【0018】

燃料電池１０は、ダイレクトメタノール型の燃料電池（ＤＭＦＣ：Direct Methanol Fuel Cell）である発電セル１０１が積層された発電装置であり、家庭・産業用の電源等として用いられる。この燃料電池１０は、積層された複数の発電セル１０１と、複数の発電セル１０１をその積層方向に挟む一対の集電体１０２と、発電セル１０１及び一対の集電体１０２を発電セル１０１の積層方向に挟む一対のエンドプレート１０３とを備えている。

【0019】

発電セル１０１は、膜電極接合体１０４を含んでいる。膜電極接合体１０４は、水素イオン（陽イオン）伝導性を有する略矩形の高分子電解質膜１０５と、略矩形のアノード触媒層１０６と、カソード触媒層１０７を含み、さらに図示は省略するが、略矩形のアノードガス拡散層とカソードガス拡散層を含む。アノード触媒層１０６とアノードガス拡散層がアノード（燃料極）を構成し、カソード触媒層１０７とカソードガス拡散層がカソード（空気極）を構成する。

【0020】

高分子電解質膜１０５としては、特に限定されるものではなく、通常の高分子電解質形燃料電池に搭載される高分子電解質膜を使用することができる。例えば、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DuPont社製のNafion（商品名）、旭化成（株）製のAciplex（商品名）、ジャパンゴアテックス（株）製のＧＳIIなど）を使用することができる。

【0021】

アノード触媒層１０６およびカソード触媒層１０７は、例えば白金系の金属触媒などの電極触媒と、当該電極触媒を担持する導電性炭素粒子（カーボン粉末）と、水素イオン伝導性を有する高分子電解質とで構成されている。

【0022】

アノード触媒層１０６およびカソード触媒層１０７における担体である導電性炭素粒子としては、導電性を有する細孔の発達したカーボン材料を用いるのが好ましく、例えばカーボンブラック、活性炭、カーボンファイバーおよびカーボンチューブなどを使用することができる。カーボンブラックとしては、例えばチャネルブラック、ファーネスブラック、サーマルブラックおよびアセチレンブラックなどが挙げられる。また、活性炭は、種々の炭素原子を含む材料を炭化処理および賦活処理することによって得ることができる。

【0023】

アノード触媒層１０６およびカソード触媒層１０７における電極触媒としては、白金または白金合金を用いるのが好ましい。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）、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。特に、本実施形態のアノード触媒層１０６にあっては、中間生成物である一酸化炭素が白金触媒を被毒するのを抑えるため、耐一酸化炭素被毒性を有するルテニウムを含んでいることが好ましい。上記白金合金には、白金と上記金属との金属間化合物が含有されていてもよい。さらに、白金からなる電極触媒と白金合金からなる電極触媒を混合して得られる電極触媒混合物を用いてもよい。

【0024】

アノード触媒層１０６およびカソード触媒層１０７の外側に配置されるアノードガス拡散層およびカソードガス拡散層（いずれも図示を省略する）としては、当該分野において公知の種々のガス拡散層を用いることができる。これらのガス拡散層を構成する基材としては、ガス透過性を持たせるために、発達したストラクチャー構造を有するカーボン微粉末、造孔材、カーボンペーパーまたはカーボンクロスなどを用いて作製された、導電性多孔質基材を用いることができる。また、排水性を向上させるために、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、テトラフルオロエチレン・エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）などのフッ素樹脂を代表とする撥水性材料（高分子）を上記基材の内部に分散させて、上記基材は撥水処理を施されていてもよい。さらに、電子伝導性を持たせるために、カーボン繊維、金属繊維またはカーボン微粉末などの電子伝導性材料で上記基材を構成してもよい。なお、カソード側およびアノード側において同じガス拡散層を用いても異なるガス拡散層を用いてもよい。

【0025】

このような発電セル１０１を備える燃料電池１０は、アノード供給口１０Ａと、アノード排出口１０Ｂと、カソード供給口１０Ｃと、カソード排出口１０Ｄとを備えている。アノード供給口１０Ａは、燃料ポンプ１４を介して燃料タンク１２に連通されており、アノードに液体燃料を供給する供給口である。また、アノード排出口１０Ｂは、燃料タンク１２に連通されており、アノードの生成物を排出する排出口である。また、カソード供給口１０Ｃは、ブロワ１６を介してシステム外部に連通されており、カソードに酸化剤（空気）を供給する供給口である。また、カソード排出口１０Ｄは、凝縮器１８を介して水タンク２０に連通されており、カソードの生成物を排出する排出口である。

【0026】

燃料タンク１２には、数重量％に希釈化されたメタノール水溶液（ＭｅＯＨ）からなる液体燃料が貯蔵されている。システムが起動すると、燃料ポンプ１４により、液体燃料が燃料タンク１２からアノード供給口１０Ａを通じてアノード（燃料極）に供給され、ブロワ１６により、外部から酸化剤がカソード供給口１０Ｃを通じてカソード（空気極）に供給される。

【0027】

アノードでは、下記（１）式で示すように、触媒による酸化反応により二酸化炭素、水素イオン、及び電子が生成される。アノードで生成された電子が外部の回路を通ることで、ユーザ側の電子機器等の外部負荷に電力が供給される。一方、アノードで生成された水素イオンは、高分子電解質膜を経過してカソードに移動する。カソードでは、下記（２）式で示すように、触媒による酸素の還元反応により水が生成される。
ＣＨ_３ＯＨ＋Ｈ_２Ｏ→ＣＯ_２＋６Ｈ^＋＋６ｅ⁻ … （１）
３／２Ｏ_２＋６Ｈ^＋＋６ｅ⁻→３Ｈ_２Ｏ … （２）

【0028】

燃料電池１０のアノードで生じた生成物（二酸化炭素など）及び未反応のメタノールは、アノード排出口１０Ｂから排出されて燃料タンク１２に戻される。燃料タンク１２に戻されたメタノールは、燃料タンク１２に留まり、一方、燃料タンク１２に戻された二酸化炭素は、システム外部に放出される。燃料電池１０のカソードで生じた生成物に含まれる水蒸気は、カソード排出口１０Ｄから排出され、凝縮器１８において液化され、水タンク２０に送られる。

【0029】

水タンク２０は、燃料電池１０のカソードで生成される水を収容しており、水ポンプ２２を介して燃料タンク１２に連通されている。水ポンプ２２は、水タンク２０に貯蔵された水を燃料タンク１２に供給している。また、外部燃料タンク２４は、高濃度のメタノール水溶液を収容しており、外部燃料ポンプ２６を介して燃料タンク１２に連通している。外部燃料タンク２４に貯蔵された高濃度のメタノール水溶液が、外部燃料ポンプ２６により燃料タンク１２に供給されると共に、水タンク２０に貯蔵された水が、水ポンプ２２により燃料タンク１２に供給されることにより、数重量％の濃度に希釈化されたメタノール水溶液が、燃料タンク１２に収容される。

【0030】

因みに、本実施形態において、燃料電池システムを構成する各種機器等を繋ぐ流路は、燃料電池システムの大きさやレイアウト等に応じて、配管又は通路などの具体的構造を採用することができる。この場合、配管又は通路としては、メタノールに対して耐腐食性を有することが好ましく、例えば金属材料を用いることが好ましい。

【0031】

図２は本発明の一実施の形態に係るイオン交換装置を示す斜視図、図３は図２のIII-III線に沿った断面図である。

【0032】

図１〜図３に示すイオン交換装置３０は、燃料タンク１２に貯蔵された液体燃料に含まれるイオン系不純物を吸着除去する装置である。このイオン交換装置３０は、図１に示すように、燃料電池１１を介さずに燃料タンク１２に貯蔵された液体燃料が循環する循環流路３４に設けられている。循環流路３４の両端は、燃料タンク１２に連通しており、燃料タンク１２の表面に接続されている。また、循環流路３４の両端は、燃料タンク１２内に貯蔵された液体燃料の液面以下の高さとなる位置に配されている。このため、燃料タンク１２内に貯蔵された液体燃料が直接、循環流路３４の供給管３４１に供給され、また、循環流路３４の排出管３４２から排出される。この循環流路３４には、循環ポンプ３６が設けられている。循環ポンプ３６により、燃料タンク１２に貯蔵された液体燃料がイオン交換装置３０に供給され、イオン交換装置３０から排出された液体燃料が燃料タンク１２に戻され、燃料タンク１２とイオン交換装置３０との間を液体燃料が循環する。

【0033】

なお、イオン系不純物としては、燃料電池１０における発電反応により生成され、燃料電池システム１の系内に混入したアルミニウムイオン（Ａｌ^３＋）、ニッケルイオン（Ｎｉ^２＋）、鉄イオン（Ｆｅ^２＋）、クロムイオン（Ｃｒ^３＋）等の酸性などの陽イオン系不純物（陽イオン不純物）や、外部燃料タンク２４から送られる高濃度のメタノール水溶液に混入、又は、ブロワ１６を通じて外部から燃料電池システム１の系内に混入した塩素イオン（Ｃl⁻）といったハロゲン化物イオン等の塩基性などの陰イオン系不純物（陰イオン不純物）が挙げられる。

【0034】

イオン交換装置３０は、図２及び図３に示すように、容器本体３１と、容器本体３１に収容されたイオン交換樹脂３２とを含んでいる。容器本体３１は、円筒形状を有し、その長手方向の両端が循環流路３４に接続されている。イオン交換樹脂３２は、容器本体３１の内部に充填されている。このイオン交換樹脂３２は、陽イオン交換樹脂３２１と、陰イオン交換樹脂３２２とを含んでいる。

【0035】

本実施形態では、陽イオン交換樹脂３２１は粒状とされており、スチレン系の樹脂母体（具体的には、スチレンとジビニルベンゼンとの共重合体）に、イオン交換基として、スルホン酸基を含む樹脂材料を含んでいる。

【0036】

このスルホン酸基は、例えば、酸性等の陽イオン系不純物に対してイオン交換反応が可能であり、陽イオン交換樹脂３２１に液体燃料が接触すると、液体燃料中の陽イオン系不純物が吸着除去され、代わりにプロトン（水素イオン）が液体燃料中に排出される。なお、陽イオン交換樹脂３２１に含まれる樹脂材料のイオン交換基は、陽イオン系不純物に対してイオン交換反応性を有するものであれば、特にスルホン酸基に限定されるものではない。例えば、陽イオン交換樹脂３２１に含まれる樹脂材料のイオン交換基として、樹脂材料に存在する水素部が陽イオン系不純物に対してイオン交換反応性を有するものを用いてもよい。また、陽イオン交換樹脂３２１の樹脂母体も、特に上述に限定されるものではない。

【0037】

陰イオン交換樹脂３２２は粒状とされており、スチレン系の樹脂母体（具体的には、スチレンとジビニルベンゼンとの共重合体）に、イオン交換基として、メトキシ基を含む樹脂材料を含んでいる。

【0038】

このメトキシ基は、例えば、塩基性などの陰イオン系不純物に対してイオン交換反応が可能であり、陰イオン交換樹脂３２２に液体燃料が接触すると、陰イオン系不純物が吸着除去され、代わりに加水分解により生じたメタノールが液体燃料中に排出される（下記（３）式参照）。なお、陰イオン交換樹脂３２２の樹脂母体は、特に上述に限定されるものではない。
Ｒ^１−ＯＣＨ_３＋Ｃｌ⁻＋Ｈ^＋→Ｒ^１−Ｃｌ＋ＣＨ_３ＯＨ … （３）
但し、上記（３）式において、Ｒ^１は樹脂母体の炭化水素骨格を表す。

【0039】

なお、陰イオン交換樹脂３２２に含まれる樹脂材料のイオン交換基は、陰イオン系不純物に対してイオン交換反応性を有するものであれば、特に上述に限定されるものではなく、例えば、イオン交換基として水酸基を含むイオン交換樹脂を陰イオン交換樹脂３２２として用いてもよい。

【0040】

本実施形態では、一つの容器本体３１に、陽イオン交換樹脂３２１と陰イオン交換樹脂３２２とを混合して充填しているが、これら陽イオン交換樹脂３２１と陰イオン交換樹脂３２２とを別々の容器に充填してもよい。

【0041】

なお、このような本実施形態の陰イオン交換樹脂３２２は、以下の製造方法により製造される。まず、スチレン−ジビニルベンゼンの共重合体を樹脂母体とし、交換基として塩素基を含む樹脂材料を用意する。そして、メトキシドナトリウム（ＣＨ_３ＯＮａ）を上記の樹脂材料に投入する。これにより、下記（４）式に示すように、樹脂材料中の塩素基とメトキシ基が交換される。その後、純水により上記の樹脂材料を洗浄した後、乾燥させる。以上により、本実施形態の陰イオン交換樹脂３２２が得られる。なお、陰イオン交換樹脂３２２の製造方法は、特に上述に限定されない。
Ｒ^２−Ｃｌ＋ＣＨ_３ＯＮａ→Ｒ^２−ＯＣＨ_３＋Ｃｌ⁻＋Ｎａ^＋ … （４）
但し、上記（４）式において、Ｒ^２は樹脂母体の炭化水素骨格を表す。

【0042】

本実施形態の燃料電池システムは、以下の効果を奏する。

【0043】

本実施形態では、イオン交換装置３０を燃料タンク１２に貯蔵された液体燃料が循環する循環流路３４に設けている。このため、液体燃料に混入したイオン系不純物を、循環流路３４に設けられたイオン交換装置３０により除去することができる。この場合、液体燃料は、循環流路３４によって、燃料タンク１２とイオン交換装置３０との間で循環するため、イオン交換装置３０を複数回通過する可能性が高くなる。このため、燃料タンク１２から燃料電池１０に対して液体燃料が供給される前に、上述したイオン交換蔵置３０により液体燃料に混入したイオン系不純物を十分に除去することができるため、液体燃料に同伴してイオン系不純物が燃料電池１０のアノードに到達してしまうのを抑制することができる。これにより、燃料電池１０の電池性能が低下するのを抑制することができる。

【0044】

また、本実施形態では、燃料タンク１２から燃料電池１０のアノード供給口１０Ａまでの流路上にイオン交換装置３０を設けていない。このため、燃料タンク１２から燃料電池１０のアノード供給口１０Ａまでの流路上にイオン交換装置３０を設けた場合に、燃料タンク１２から燃料電池１０のアノード供給口１０Ａまでの間で起こり得る圧力損失の増大が生じ難く、燃料電池１０のアノードに対してより安定した燃料供給を維持することができる。これにより、燃料電池１０での発電反応がより一層安定して行われるため、燃料電池１０の電池性能が低下するのをさらに抑制することができる。

【0045】

ここで、陰イオン系不純物を吸着除去するイオン交換樹脂として、例えば、イオン交換基として塩素基を含むものが知られている。イオン交換基として塩素基を含むイオン交換樹脂を用いると、イオン交換時に吸着除去するイオン系不純物の代わりに塩素イオンが液体燃料中に排出されるが、この塩素イオンが燃料電池の触媒層に到達すると、微細な触媒粒子に対してすきま腐食が発生する場合がある。特に、カソード側の触媒層にルテニウムが含有している場合、液体燃料中の塩素イオンが作用して、ルテニウムが溶出してしまうおそれがあり、触媒層に不可逆的な損傷が生じるおそれがある。

【0046】

また、イオン交換基として塩素基を含むイオン交換樹脂では、イオン交換時に排出された塩素イオンが、燃料電池システムの系内に用いられる各種金属配管を腐食させ、腐食した金属配管から溶出した金属イオンがイオン系不純物として液体燃料中に混入してしまい、これがアノード側もしくはカソード側の触媒層に到達するようになり、燃料電池の触媒の反応場が占有された結果、触媒の反応を阻害させ、燃料電池の発電効率が低下するおそれがある。

【0047】

なお、イオン交換基として、塩素基以外の、例えば、硝酸基や硫酸基等を含むものを用いた場合では、イオン交換時に生じる硝酸や硫酸が不純物として液体燃料に混入することで、これがアノード側もしくはカソード側の触媒層に到達するようになり、燃料電池の触媒の反応場が占有された結果、触媒の反応を阻害させ、燃料電池の発電効率の低下を招くおそれがある。

【0048】

また、燃料電池のカソードの生成物である水を燃料タンクに供給し、高濃度のメタノール水溶液を希釈する希釈水として再利用する燃料電池システムの場合、液体燃料に混入したイオン系不純物がシステム内を循環するため、液体燃料中の不純物濃度が燃料電池システムの運転時間に比例して増大してしまう。このため、液体燃料にイオン系不純物が混入した場合の燃料電池の電池性能の低下が生じ易い。

【0049】

これに対し、本実施形態では、イオン交換基としてメトキシ基を含むイオン交換樹脂３２２を含むイオン交換装置３０を用いている。この場合、メトキシ基が陰イオン系不純物に対してイオン交換反応性を有するため、液体燃料がイオン交換装置３０を通過すると、陰イオン系不純物がイオン交換樹脂３２２に固定され、代わりにメタノールが排出される。このため、液体燃料中の陰イオン系不純物が吸着除去されると共に、イオン交換時に新たな不純物が生成されることを抑制できる。これにより、燃料電池１０の発電効率の低下を抑制でき、延いては、燃料電池１０の電池性能の劣化を抑制することができる。

【0050】

なお、本実施形態では、イオン交換時にメタノールが排出されるため、液体燃料のメタノール濃度が変化してしまうおそれがある。しかしながら、このイオン交換装置３０で生じるメタノール量は数ｐｐｍ程度であり、燃料タンク１２に貯蔵される液体燃料の量が十分大きいことを考慮すると、イオン交換時に排出されるメタノールにより起こり得る液体燃料のメタノール濃度変化の影響は非常に小さい。

【0051】

因みに、仮にイオン交換装置３０を燃料タンク１２とアノード供給口１０Ａとの間に設けると、イオン交換装置３０で生じたメタノールが、燃料タンク１２とアノード供給口１０Ａとの間の流路に直接供給されるため、燃料電池１０のアノードに送られる液体燃料のメタノール濃度が局所的に高い状態となったり、低い状態となったりする可能性がある。この場合、燃料電池１０のアノードへのメタノールの供給が不安定となり、燃料電池１０の発電効率の低下を招くおそれがある。

【0052】

これに対して、本実施形態では、燃料タンク１２に貯蔵された液体燃料をイオン交換装置３０に供給し、イオン交換装置３０から排出された液体燃料を燃料タンク１２に供給する循環流路３４にイオン交換装置３０を設けている。この場合、イオン交換装置３０で生じたメタノールが燃料タンク１２に貯蔵される液体燃料中に十分に分散された後、燃料電池１０のアノードに供給されるので、メタノール濃度が変動する等の要因によって、当該アノードへのメタノールの供給が不安定となる可能性は低い。このため、燃料電池１０の発電効率の低下を抑制することができる。

【0053】

また、本実施形態では、液体燃料を燃料電池１０に供給していない場合でも、循環流路３４を単独で循環させることで、燃料タンク１２に貯蔵される液体燃料に含まれるイオン系不純物を除去することができる。このため、燃料電池システム１の動作状態に関わらず、イオン交換装置３０を稼働させることができるため、イオン交換装置３０の積算稼働時間をより長時間確保することができる。

【0054】

本実施形態における「燃料電池システム１」が本発明における「燃料電池システム」の一例に相当し、本実施形態における「燃料電池１０」が本発明における「燃料電池」の一例に相当し、本実施形態における「燃料タンク１２」が本発明における「燃料タンク」の一例に相当し、本実施形態における「燃料ポンプ１４」が本発明における「液体燃料供給手段」の一例に相当し、本実施形態における「ブロワ１６」が本発明における「酸化剤供給手段」の一例に相当し、本実施形態における「イオン交換装置３０」が本発明における「除去手段」の一例に相当し、本実施形態における「循環流路３４」が本発明における「循環流路」の一例に相当する。

【0055】

図４は本発明の他の実施の形態に係る燃料電池システムの一部を示すブロック図である。なお、上述の実施形態と同様の構成には同一の符号を付し、繰り返しの説明は省略して、上述の実施形態においてした説明を援用する。

【0056】

図４に示す燃料電池システム１Ｂでは、循環流路３４Ｂに供給側フィルタ３８と、循環ポンプ３６と、濃度センサ４０と、イオン交換装置３０Ｂとが設けられている。これら供給側フィルタ３８と、循環ポンプ３６と、濃度センサ４０と、イオン交換装置３０Ｂとは、循環流路３４Ｂの上流側から下流側に向けて順に配されている。

【0057】

イオン交換装置３０Ｂは、容器本体３１Ｂと、イオン交換樹脂３２とを含んでいる。容器本体３１Ｂは、竪型の円筒形状とされている。この容器本体３１Ｂ内には、粒状の複数のイオン交換樹脂３２が収容されている。複数のイオン交換樹脂３２は、容器本体３１Ｂに収容された液体燃料中に沈没している。また、複数のイオン交換樹脂３２は、容器本体３１Ｂ内の底部に堆積して粒子層３２３を形成している。この粒子層３２３の上面３２３ａは、容器本体３１Ｂに収容された液体燃料の液面よりも低い位置に配されている。

【0058】

また、容器本体３１Ｂ内には、容器本体３１Ｂに収容された液体燃料の液面よりも上側に容器内空間３１１が存在している。なお、燃料電池システム１Ｂでは、稼働状態に応じて、容器本体３１Ｂに収容された液体燃料の液量の増減に伴い、当該液体燃料の液面が上下に移動することにより、これによって、容器内空間３１１の体積が変化するようになっている。

【0059】

循環流路３４Ｂは、容器本体３１Ｂに対して液体燃料を供給する供給管３４１と、容器本体３１Ｂから液体燃料を排出する排出管３４２とを含んでいる。

【0060】

供給管３４１は、容器本体３１Ｂの上端から容器本体３１Ｂ内に挿通されている。供給管３４１の一端３４１ａは、容器本体３１Ｂに収容される液体燃料の液面よりも低い位置に配されており、さらに、粒子層３２３の上面３２３ａの高さ以下の高さ位置に配されている。排出管３４１の他端は、燃料タンク１２に連通している。

【0061】

排出管３４２も、容器本体３１Ｂの上端から容器本体３１Ｂ内に挿通されている。この排出管３４２の一端３４２ａは、容器本体３１Ｂの上端よりも低い位置であって、供給管３４１の一端３４１ａよりも高い位置に配されている。なお、排出管３４２の一端３４２ａの位置は、容器本体３１Ｂの下端以外から容器本体３１Ｂ内に挿通されるのであれば、特に上述に限定されない。また、容器本体３１Ｂの側面に排出管３４２の一端３４２ａを設ける場合、樹脂が十分に攪拌され、拡散移動する要件としては、排出管３４２の一端３４２ａの取付け位置の高さが粒子層３２３の上面３２３ａよりも高い位置にあることがより好ましい。排出管３４２の他端は、燃料タンク１２に連通している。

【0062】

さらに、燃料電池システム１Ｂでは、排出管３４２に排出側フィルタ３４３が設けられている。この排出側フィルタ３４３は、燃料タンク１２から供給された、燃料電池１０の化学反応（例えば、上記（１）式や上記（２）式における反応などが挙げられる。以下、当該反応を含めた化学反応を単に化学反応と示す場合がある。）に寄与しない或いは化学反応を阻害する阻害物を吸着除去するフィルタである。この排出側フィルタ３４３としては、プラスチック状シートを用いることができる。本実施形態では、排出側フィルタ３４３は、環状（リング状）とされており、排出管３４２の一端３４２ａ以外に設けられ、さらに、容器本体３１Ｂ内に設けられている。なお、この排出側フィルタ３４３は、２本の排出管３４２の一端がそれぞれ上記の排出側フィルタ３４３の両端に接続される様に設けられていても良い。この場合、排出側フィルタ３４３に接続されている２本の排出管３４２のうち、容器本体３１Ｂの下側に設けられた排出管を取り外すことで、排出側フィルタ３４３が排出管３４２の一端３４２ａに設けられている構成を取る事が可能となる。

【0063】

このような燃料電池システム１Ｂでは、容器本体３１Ｂに対して液体燃料が供給されると、上述したように、液容器本体３１Ｂに収容された液体燃料の液量の増加に伴い、当該液体燃料の液面が徐々に上昇する。そして、液体燃料の液面が排出管３４２の一端３４２ａに到達すると、毛細管現象が作用することによって、排出管３４２内に液体燃料が導入され、液体燃料が燃料タンク１２に戻される。これによって、燃料タンク１２とイオン交換装置３０Ｂとの間で液体燃料の循環が行われる。なお、排出管３４２の一端３４２ａが容器本体３１Ｂの上端の高さよりも高さの低い位置に配置されていることで、少なくとも容器本体３１Ｂ内に突出する排出管３４２の長さ分だけ、容器内空間３１１の高さが確保されている。

【0064】

本実施形態の燃料電池システム１Ｂは、以下の効果を奏する。図５は本発明の他の実施の形態に係るイオン交換装置の作用を説明するためのブロック図である。

【0065】

本実施形態では、供給管３４１から容器本体３１Ｂに供給される液体燃料の流入の勢いによって、図５中の矢印で示す液体燃料及びイオン交換樹脂３２の循環流れが生じる。この循環流れによって、容器本体３１Ｂ内でイオン交換樹脂３２が巻上げられ、イオン交換樹脂３２が撹拌される。これにより、特に、供給管３４１近傍のイオン交換樹脂３２において、高濃度のイオン系不純物に接するイオン交換樹脂３２が連続的に入れ替わるように拡散移動することによって、例えば、後述するカラムタイプのイオン交換装置などで起こり得る、複数のイオン交換樹脂３２の一部が局所的に片寄ってイオン系不純物を吸着除去することを抑制でき、代わりに複数のイオン交換樹脂３２が均等にイオン系不純物の吸着除去に寄与することができる。この結果、燃料電池システム１Ｂにおいてイオン系不純物を効率的に除去することができる。

【0066】

ここで、イオン交換装置として、例えば、液体燃料の供給口としての容器入口と液体燃料の排出口としての容器出口とが対向している構成であって、この容器入口と容器出口との間において、イオン交換樹脂が筒状容器内に詰まっているもの（いわゆる、カラムタイプのイオン交換装置）では、イオン系不純物を含む液体燃料がイオン交換樹脂に染み込んで浸透していくため、容器入口付近に存在するイオン交換樹脂が優先して比較的高濃度のイオン系不純物と接触し易くなる。このため、容器入口付近のイオン交換樹脂が劣化し易く、容器入口付近のイオン交換樹脂のイオン交換性が低くなる傾向がある。この場合、イオン系不純物が、容器入口付近に存在するイオン交換樹脂を通過して容器出口付近にまで到達し易くなり、結果として、イオン系不純物がイオン交換装置で除去されず通過してしまうおそれがあり、延いては、燃料電池の電池性能の低下を招くおそれがある。また、カラムタイプのイオン交換装置では、複数の球状のイオン交換樹脂のうち、一粒の球状のイオン交換樹脂に着目した場合、容器入口側に存在する球状の上側の部位に液体燃料が接触し易くなる傾向があり、また、球状の下側の部位に液体燃料が接触し難くなる傾向がある。また、カラムタイプのイオン交換装置では、容器内全体にわたってほぼ隙間なくイオン交換樹脂が充填されているため、容器内においてイオン交換樹脂が移動できる余地は少ない。この場合、隣接するイオン交換樹脂の互いに接触する部分が液体燃料に露出し難いため、当該接触部分がイオン系不純物の吸着除去に十分に寄与することができない。

【0067】

これに対して、本実施形態では、イオン交換樹脂３２が液体燃料中を拡散移動しているため、複数のイオン交換樹脂３２間でのイオン交換反応性のばらつきが抑えられ、複数のイオン交換樹脂３２が比較的均等にイオン系不純物の吸着除去に寄与することができる。これによって、イオン系不純物がイオン交換樹脂３２に吸着除去されずにイオン交換装置３０Ｂを通過してしまうのを抑制することができ、燃料電池１０の電池性能の低下を抑制することができる。また、本実施形態では、イオン交換樹脂３２を液体燃料中で拡散移動させているため、一のイオン交換樹脂３２においても、イオン系不純物の吸着除去に十分に寄与できない部分が生じることを抑制することができる。特に、供給管３４１の一端３４１ａ近傍における比較的高濃度のイオン系不純物を、経年劣化等によるイオン交換反応性が相対的に大きく低下したイオン交換樹脂３２により吸着されることを抑制でき、代わりにイオン交換反応性が相対的に大きく低下していないイオン交換樹脂３２により吸着させることができるようになるため、イオン系不純物の除去をより効率的に行うことができる。

【0068】

また、本実施形態では、容器本体３１Ｂ内には、容器本体３１Ｂに収容された液体燃料の液面よりも上側に容器内空間３１１が存在している。この場合、容器本体３１Ｂ内で液体燃料が波打つ余地が存在するため、液体燃料が撹拌され易くなる。これによって、イオン交換樹脂３２の拡散移動が促進されるため、イオン系不純物の除去をより効率的に行うことができる。なお、燃料電池システム１Ｂの運転状態（容器本体３１Ｂに液体燃料が十分に供給された状態）において、排出管３４２の一端３４２ａの高さ位置と、容器本体３１Ｂに収容された液体燃料の液面の高さ位置とが実質的に一致していると、容器本体３１Ｂ内の内圧の上昇が抑えられ、容器本体３１Ｂ内に収容された液体燃料が撹拌され易くなるため好ましい。

【0069】

また、本実施形態では、複数のイオン交換樹脂３２は、容器本体３１Ｂの底部に堆積して粒子層３２３を形成しており、この粒子層３２３の上面３２３ａが、容器本体３１Ｂに収容された液体燃料の液面よりも低い位置に配されている。このため、液体燃料中においてイオン交換樹脂３２が拡散移動する余地が存在するため、イオン交換樹脂３２が撹拌され易くなる。これによって、イオン系不純物の除去をより一層効率的に行うことができる。なお、上述した粒子層３２３は、粒子層３２３の最外側に位置するイオン交換樹脂３２と容易本体３１Ｂの内面（側端）との間に隙間が形成されない程度に充填されており、容器本体３１Ｂの中心部から容器本体３１Ｂの側端近傍まで、容器本体３１Ｂの幅方向全体に亘って設けられている。このため、供給管３４１の一端３４１ａから供給された液体燃料が、容器本体３１Ｂの側端近傍に到達した際においても、イオン交換樹脂３２が存在している為、イオン系不純物の除去をさらに一層効率的に行うことができる。

【0070】

また、本実施形態では、供給管３４１の一端３４１ａが、粒子層３２３の上面３２３ａよりも低い位置に配されている。このため、供給管３４１の一端３４１ａとイオン交換樹脂３２との距離がより近くなり、供給管３４１の一端３４１ａから吹き出す液体燃料が勢いを維持したままイオン交換樹脂３２に到達し易くなるため、イオン交換樹脂３２がより一層巻上げられ易くなる。これによって、イオン交換樹脂３２の撹拌がさらに促進され、イオン系不純物の除去をより一層効率的に行うことができる。また、上述した供給管３４１の一端３４１ａは、粒子層３２３の内部に挿通されて配されている。これにより、の一端３４１ａとイオン交換樹脂３２との距離がより一層近くなるので、上述した、イオン交換樹脂３２がより一層巻上げられ易くなる効果がより一層得られやすくなる。したがって、イオン交換樹脂３２の撹拌がより一層促進され、イオン系不純物の除去をさらに一層効率的に行うことができる。

【0071】

なお、供給管３４１の一端３４１ａ近傍でのイオン交換樹脂３２の撹拌効果をより高める観点から、供給管３４１を回転させる機構をさらに設けてもよい。

【0072】

また、本実施形態では、排出管３４２に排出側フィルタ３４３を設けていることで、燃料タンク１２から供給された、燃料電池１０の化学反応に寄与しない或いは化学反応を阻害する阻害物を吸着除去することができる。これによって、上述した阻害物が燃料電池１０に供給されにくくなる分、燃料電池１０における化学反応の阻害を抑制でき、燃料電池特性の低下を抑制できる。

【0073】

また、本実施形態では、排出側フィルタ３４３が、排出管３４２の一端３４２ａ以外であって、容器本体３１Ｂ内に設けられている。このため、排出管３４２の一端３４２ａが排出側フィルタ３４３に覆われることなく容器本体３１Ｂ内に露出するため、容器本体３１Ｂ内に収容される液体燃料が排出管３４２内に導かれ易くなる。これによって、循環流路３４Ｂにおいて、液体燃料を効率的に循環させることができる。

【0074】

本実施形態における「供給管３４１」が本発明における「第１の流路」の一例に相当し、本実施形態における「排出管３４２」が本発明における「第２の流路」の一例に相当し、本実施形態における「容器内空間３１１」が本発明における「容器内空間」の一例に相当し、本実施形態における「粒子層３２３」が本発明における「粒子層」の一例に相当し、本実施形態における「排出側フィルタ３４３」が本発明における「フィルタ」の一例に相当する。

【0075】

なお、以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。

【0076】

例えば、上述の実施形態では、液体燃料としてメタノールを含む場合について説明したが、特にこれに限定されず、プロトン移動型の液体燃料電池であれば本発明を適用することができる。例えば、液体燃料として蟻酸を含むものを用いた場合、下記（５）式及び（６）式に示す反応が燃料電池のアノード及びカソードで生じ、燃料電池が発電する。この場合においても、燃料電池システムに上記のイオン交換装置を適用することで、新たな不純物の排出を抑制しつつ、イオン系不純物を吸着除去することができる。これにより、燃料電池の電池性能の低下を抑制することができる。
ＨＣＯＯＨ → ＣＯ_２ + ２Ｈ^＋＋ ２ｅ^― … （５）
１/２ Ｏ_２ ＋ ２Ｈ^＋＋ ２ｅ^― → Ｈ_２Ｏ … （６）

【実施例】

【0077】

以下に、実施例及び比較例を挙げて、本発明についてより具体的に説明する。以下の実施例及び比較例は、上述した実施形態における燃料電池の電池性能の劣化の抑制効果を確認するためのものである。

【0078】

＜実施例１＞
実施例１では、上述したメタノールを含む液体燃料を用いる、燃料電池システムであって、燃料タンクから燃料電池のアノード供給口に対して５Ｌ／ｍｉｎの流量で液体燃料を供給できる燃料電池システムにおいて、両端が燃料タンクに連通する循環流路を設け、この循環流路に上述したイオン交換装置を設けたものを準備した。ここで、このイオン交換装置は、上述した実施形態におけるイオン交換装置と同じく、容器本体と、イオン交換樹脂とを含んでいる。また、容器本体には、竪型の円筒形状の容器を使用した。また、イオン交換樹脂には、陽イオン交換樹脂として複数の粒状の樹脂材料を含んだものを使用した。なお、この樹脂材料としては、スチレン系の樹脂母体（具体的には、スチレンとジビニルベンゼンとの共重合体）を備え、さらに、この樹脂材料のイオン交換基としては、当該樹脂材料に存在する水素部が陽イオン系不純物に対してイオン交換反応性を有するものを使用した。この実施例１において、液体燃料中に塩化カルシウムを溶解させ、この液体燃料を循環流路に５Ｌ／ｍｉｎの流量で供給させた。この実施例１において、燃料電池のアノード排出口から排出される液体燃料のカルシウム濃度を測定した。実施例１における、液体燃料中のカルシウム濃度の、燃料電池システムの運転開始からの時間経過に対する変化を表１に示す。なお、表１では、カルシウム濃度として、燃料電池システムの運転開始時（運転開始からの経過時間が０の場合）の測定値を１００とした場合の相対値を示している。

【0079】

＜比較例１＞
比較例１では、循環流路にイオン交換装置を設けずに、代わりに、燃料タンクと燃料電池のアノード供給口との間にイオン交換装置を設けた点以外は、実施例１と同様にして燃料電池システムを準備した。

【0080】

この比較例１に係る燃料電池システムについても、実施例１と同様にして試験を行った。比較例１における、液体燃料中のカルシウム濃度の、燃料電池システムの運転開始からの時間経過に対する変化を表１に示す。

【0081】

【表1】

【0082】

＜実施例１、比較例１の評価＞
表１に示すように、燃料タンクに貯蔵された液体燃料が循環する循環流路を設け、イオン交換装置をこの循環流路に設けた実施例１においては、循環流路にイオン交換装置を設けず、代わりに、燃料タンクと燃料電池のアノード供給口との間にイオン交換装置を設けた比較例１と比較して、時間経過に対して液体燃料中のカルシウム濃度が格段に低下しており、実施例１においてイオン系不純物が十分に除去されていることが確認できる。

【0083】

この実施例１の結果から、燃料タンクに貯蔵された液体燃料が循環する循環流路を設け、イオン交換装置をこの循環流路に設けたことで、燃料電池の電池性能の低下の抑制を適切に実現できるものであることが確認できる。

【0084】

＜実施例２＞
実施例２では、上述したメタノールを含む液体燃料を用いる、プロトン移動型の燃料電池システムにおいて、イオン交換装置として、スチレンとジビニルベンゼンとの共重合体を樹脂母体とし、イオン交換基としてメトキシ基を含む陰イオン交換樹１００ｇをカラムに充填したものを準備した。この実施例２において、液体燃料中に塩素イオンを１００ｐｐｍ混入し、塩素イオンが混入した液体燃料を１０ｍＬ／ｍの流量で循環した。この場合、燃料タンクに貯蔵される液体燃料における塩素濃度を測定した。この液体燃料における塩素濃度の、燃料電池に対して液体燃料の供給を開始し、イオン交換装置に対して液体燃料の供給を開始したとき（以下、燃料電池システムの運転開始ともいう。）からの時間経過に対する変化を図６に示す。

【0085】

また、この実施例２において、燃料電池システムの運転開始時の燃料電池の出力、燃料電池システムの運転開始から１時間後の出力、燃料電池システムの運転開始から５時間後の出力、及び、燃料電池システムの運転開始から１０時間後の出力をそれぞれ測定した。燃料電池システムの運転開始時の燃料電池の出力を１とした場合、燃料電池システムの運転開始から各時間経過後の出力の相対値の結果を、表２に示す。

【0086】

＜比較例２＞
比較例２では、イオン交換装置を設けていないこと以外は、実施例２に係る燃料電池システムと同様にして燃料電池システムを準備した。

【0087】

この比較例２に係る燃料電池システムについても、実施例２と同様にして試験を行った。液体燃料における塩素濃度の燃料電池システムの運転開始からの時間経過に対する変化を図６に示す。また、この比較例２において、燃料電池システムの運転開始時の燃料電池の出力、燃料電池システムの運転開始から１時間後の出力、燃料電池システムの運転開始から５時間後の出力、及び、燃料電池システムの運転開始から１０時間後の出力をそれぞれ測定した。燃料電池システムの運転開始時の燃料電池の出力を１とした場合、燃料電池システムの運転開始から各時間経過後の出力の相対値の結果を、表２に示す。

【0088】

【表2】

【0089】

＜実施例２、比較例２の評価＞
図６に示すように、イオン交換基としてメトキシ基を含むイオン交換樹脂を含むイオン交換装置を備える実施例２においては、イオン交換装置を備えない比較例２と比較して、時間経過に対して液体燃料における塩素濃度が格段に低下しており、実施例２においてイオン系不純物が除去されていることが確認できる。

【0090】

また、表２に示すように、イオン交換基としてメトキシ基を含むイオン交換樹脂を含むイオン交換装置を備える実施例２においては、イオン交換装置を備えない比較例２と比較して、燃料電池の出力低下の度合いが小さいことが確認できる。

【0091】

ここで、比較例２の結果より、イオン交換装置を用いない場合には、燃料電池システムの運転開始からの時間経過に対する燃料電池の出力低下の度合いが大きいものであったが、その原因としては、液体燃料に含まれる塩素イオンが燃料電池の触媒層に付着、置換したことで、燃料電池の出力特性が低下したことによると考えられる。なお、比較例２に係る燃料電池システムでは、その運転を停止した後に運転を再開しても、燃料電池の出力は十分に回復せず、燃料電池（特に、触媒層）に不可逆的な損傷が生じたものと考えられる。

【0092】

すなわち、実施例２の結果から、イオン交換基としてメトキシ基を含むイオン交換樹脂を含むイオン交換装置を備えることで、燃料電池の電池性能の低下の抑制を適切に実現できるものであることが確認できる。

【符号の説明】

【0093】

１…燃料電池システム
１０…燃料電池
１０１…発電セル
１０４…膜電極接合体
１０５…高分子電解質膜
１０６…アノード触媒層
１０７…カソード触媒層
１０２…集電体
１０３…エンドプレート
１０Ａ…アノード供給口
１０Ｂ…アノード排出口
１０Ｃ…カソード供給口
１０Ｄ…カソード排出口
１２…燃料タンク
１４…燃料ポンプ
１６…ブロワ
１８…凝縮器
２０…水タンク
２２…水ポンプ
２４…外部燃料タンク
２６…外部燃料ポンプ
３０…イオン交換装置
３１…容器本体
３２…イオン交換樹脂
３２１…陽イオン交換樹脂
３２２…陰イオン交換樹脂
３２３…粒子層
３２３ａ…上面
３４…循環流路
３４１…供給管
３４１ａ…一端
３４２…排出管
３４２ａ…一端
３４３…排出側フィルタ
３６…循環ポンプ
３８…供給側フィルタ
４０…濃度センサ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】