JP2009199808A - 燃料電池の水精製システム - Google Patents

Abstract

【課題】凝縮水において菌類が繁殖することを抑制するのに有利な燃料電池の水精製システムを提供する。
【解決手段】燃料電池の水精製システムは、燃料電池システム内で使用されるガスに含まれている水蒸気を凝縮させて凝縮水を精製する単数または複数の凝縮器１と、凝縮器１で生成された凝縮水を回収水として貯留する凝縮水流路２と、凝縮水流路２に貯留されている水を抗菌処理する抗菌イオンを発生できる抗菌イオン発生部３とを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は燃料電池の水精製システムに関する。

従来、燃料電池システムにおいては、当該システムで使用されるガスに含まれている水蒸気を凝縮器で凝縮させて凝縮水を生成させる。この凝縮水を凝縮水流路に回収して再利用することにしている。しかし凝縮水は殺菌用の塩素等を含有しておらず、純水度が高い。このため、凝縮水流路において菌類（カビ類、藻類を含む）が発生することがある。殊に燃料電池システムの運転中においては、凝縮水流路は暖かい雰囲気に晒されるため、凝縮水流路において菌類（カビ類、藻類を含む）が発生することがある。

この場合、燃料電池システムに影響を与えるおそれがある。そこで特許文献１では、塩素、硫黄、フッ素を含まない有機系抗菌剤を凝縮水中に添加する技術が開示されている。また特許文献２では、抗菌対策として、凝縮水を加熱する技術が開示されている。
特開２００２−３４３３９３号公報 特開２００２−２７０１９４号公報

上記した特許文献１，２に係る技術によれば、凝縮水に対する抗菌対策としては、必ずしも充分ではない。

本発明は上記した実情に鑑みてなされたものであり、凝縮水において菌類（カビ類、藻類を含む）が繁殖することを抑制するのに有利な燃料電池の水精製システムを提供することを課題とする。

（１）様相１に係る燃料電池の水精製システムは、燃料電池システム内で使用されるガスに含まれている水蒸気を凝縮させて凝縮水を生成する凝縮器と、凝縮器で生成された凝縮水が流れる凝縮水流路と、凝縮水流路内の水を抗菌処理する抗菌イオンを発生できる抗菌イオン発生部とを具備することを特徴とする。

凝縮水は、ガスに含まれている水蒸気を凝縮させたものである。凝縮水は、塩素殺菌されている水道水とは異なり、純水度が高いため、凝縮水タンクにおいて菌類（カビ類、藻類を含む）が繁殖するおそれがある。抗菌イオン発生部は、凝縮水流路内の水を抗菌処理する。このため、燃料電池システムの使用時または不使用時において、凝縮水流路内において菌類（カビ類、藻類を含む）が繁殖することが抑制される。抗菌イオン発生部は、菌の増殖を抑制したり低減させる抗菌イオンを発生させる部位である。抗菌イオン発生部は、銀および銅のうちの少なくとも１種を含むことが好ましい。この場合、抗菌イオン発生部を銀または銅で形成できる。

燃料電池システム内で使用されるガスとしては、反応ガス、反応オフガス、燃焼排ガスが例示される。凝縮器は、燃料電池システム内で使用されるガスに含まれている水蒸気を凝縮させて凝縮水を生成する。従って、凝縮器としては、アノードガスを凝縮させる凝縮器、アノードオフガスを凝縮させる凝縮器、カソードガスを凝縮させる凝縮器、カソードオフガスを凝縮させる凝縮器、燃焼排ガスを凝縮させる燃焼排ガス凝縮器が例示される。凝縮水流路は、凝縮水を一時的に溜める凝縮水タンクを有することが好ましい。凝縮水タンクは、凝縮器で生成された凝縮水を回収水として一時的に貯留する。

（２）様相２に係る燃料電池の水精製システムによれば、上記した様相において、水を精製して純水化を促進させると共に抗菌イオンを吸着できる水精製材を有する水精製器と、凝縮水流路において抗菌イオン発生部により抗菌処理され且つ抗菌イオンを含み得る水を水精製器に供給する第１給水部とを具備しており、凝縮水流路で発生した抗菌イオンを水精製器に供給し、水精製器の水精製器の水精製材で低減または除去することを特徴とする。

水精製器は、水を精製して純水化を促進させると共に抗菌イオンを吸着できる水精製材を有する。水精製材はイオン交換樹脂または活性炭が例示される。上記したように凝縮水流路において抗菌イオン発生部により抗菌処理された水は、抗菌イオンを含み得る。このように抗菌イオンを含み得る凝縮水流路の水は、第１給水部により水精製器に供給される。この場合、水と共に水精製器に供給された抗菌イオンは、水精製器の水精製材に吸着され、抗菌イオンの濃度は低減または除去される。故に、菌類の繁殖を抑え得る利点をもつ抗菌イオンが改質器や改質反応に影響を与えることが低減される。

（３）様相３に係る燃料電池の水精製システムによれば、上記した様相において、水精製器には水道水が供給されるようになっており、水精製器の水精製材は、水道水に含まれる塩素イオンを抗菌イオンと共に低減または除去し、塩素イオンおよび抗菌イオンを除去した水を改質水として溜める改質水タンクが設けられていることを特徴とする。

水道水は塩素イオンを含むため、抗菌イオンが溶出している凝縮水流路に直接供給することは好ましくない。その理由としては、抗菌イオンと塩素イオンとが化学的に結合するおそれがあり、この場合、凝縮水流路における抗菌イオンの濃度が低下し、抗菌性が低下するおそれがあるためである。

そこで本様相によれば、水精製器に水道水が供給される。そして水精製器の水精製材は、水道水に含まれる塩素イオンを抗菌イオンと共に低減または除去し、塩素イオンおよび抗菌イオンを除去した水を改質水タンクに改質水として溜める。
このように改質水タンク内の水においては、塩素イオンおよび抗菌イオンの双方が低減または除去されている。故に、塩素イオンおよび抗菌イオンが改質器および改質反応に影響を与えることが抑制される。

本発明によれば、次の態様が例示される。

・改質水タンクには抗菌イオン発生部が設けられていない態様が例示される。この場合、抗菌イオンが改質器側に影響を与えることが抑制される。

・凝縮水タンクの容積や形状によっては、水が停留する淀みが凝縮水タンク等の凝縮水流路において発生するおそれがある。水の淀みは、菌類（カビ類、藻類を含む）が繁殖する要因となるため、回避することが好ましい。そこで、凝縮水タンク等の凝縮水流路に流入する凝縮水が凝縮水流路において淀むことを抑制するように、抗菌イオン発生部は凝縮水タンク等の凝縮水流路内に配置されている態様が例示される。すなわち、凝縮水は淀みを無くするように抗菌イオン発生部に沿って流れることが好ましい。このため抗菌イオン発生部は水を案内できるように長手形状とすることができる。

・また、改質水タンクから連通路を介して凝縮水流路に流入する流入水が凝縮水流路における淀みを低減させるように、抗菌イオン発生部は、流入水を淀み発生部に向けて案内するように凝縮水流路内に配置されている態様が例示される。このため凝縮水流路における水の淀みが低減または解消され、凝縮水流路における菌類（カビ類、藻類を含む）の繁殖が抑制される。

・抗菌イオン発生部は、異なる方向に延設された複数の面を有する形状、網形状、多孔形状、パイプ形状、針形状、棒形状、板形状および箱形状のうちの少なくとも一つの形状をなしている態様が例示される。抗菌イオン発生部から抗菌イオン（例えば銀イオン、銅イオン）の溶出量を増加させるため、抗菌イオン発生部の形状および表出面積を調整することができる。従って、異なる方向に延設された複数の面を有する形状、網形状、多孔形状、パイプ形状、針形状、棒形状、板形状および箱形状のうちの少なくとも一つの形状を、必要に応じて選択することができる。

・凝縮水流路は、凝縮水を一時的に溜める凝縮水タンクを具備し、抗菌イオン発生部は凝縮水タンク内に設けられている態様が例示される。凝縮水タンクに溜められている凝縮水において菌類が繁殖することが抑制される。

・抗菌イオン発生部から発生した抗菌イオンを低減または除去する抗菌イオン低減部が設けられていることが好ましい。抗菌イオンが燃料電池システムに影響を与えることが抑制される。抗菌イオン低減部としては、イオン交換樹脂、活性炭が例示される。

本発明によれば、凝縮水流路内の凝縮水において菌類（カビ類、藻類を含む）が繁殖することを抑制することができる。

（実施形態１）
本実施形態は定置用の燃料電池システムに適用した場合である。燃料電池の水精製システムは、燃料電池システム内で使用されるガスに含まれている水蒸気を凝縮させて凝縮水を精製する複数の凝縮器１と、凝縮器１で生成された凝縮水を回収水として回収して貯留する凝縮水流路の一部として機能する凝縮水タンク２と、凝縮水タンク２に貯留されている水を抗菌処理する抗菌イオンを発生できる抗菌イオン発生部３とを備えている。

凝縮水タンク２は、凝縮器１の重力方向の下方に配置されており、凝縮器１で生成された凝縮水を貯留する凝縮水タンク室２０をもつ。凝縮水タンク２の水位を検知する第１水位検知手段として機能する第１水位センサ２１が凝縮水タンク２に設けられている。

抗菌イオン発生部３は銀または銅で形成されている。抗菌イオン発生部３の全体は、凝縮水タンク２に貯留されている水に浸漬されており、抗菌処理する抗菌イオン（銀イオンまたは銅イオン）を発生させて水に放出できる。抗菌イオン発生部３は、異なる方向に延設された複数の表面３１ａ〜３１ｊを有する形状をなしている。すなわち、抗菌イオン発生部３は、これの長手方向と直交する横断面で、溝３０および外向きの鍔３２を有するチャンネル形状をなしており、表出面積を増加させている。これにより抗菌イオン（銀イオンまたは銅イオン）の溶出量を増加させている。外向きの鍔３２により抗菌イオン発生部３の着地性は向上している。凝縮水タンク２は、抗菌イオン発生部３を収容する収容部として機能することができる。

水精製器４は、燃料電池システムの外部から供給される水道水（原水）を精製して純水化を促進させるものである。水精製器４は、精製容器４１と、精製容器４１に交換可能に収容された水精製材４２と、精製容器４１内に設けられた通水路４３を形成する通水管４４とを有する。通水管４４は、精製容器４１の底側に吸込ポート４５を有すると共に、上端に吐水ポート４６を有する。水精製材４２は、ビーズ状、粉末状または繊維状のイオン交換樹脂で形成されている第１水精製材４２ｆと、活性炭で形成されている第２水精製材４２ｓとで形成されており、高い水精製能力をもつ。第１水精製材４２ｆは、抗菌イオン、塩素イオンといった各種イオンを吸着できる機能をもち、水道水を純水化できる。

上記した抗菌イオンが溶出する凝縮水タンク２には、イオン交換樹脂で形成されている第１水精製材４２ｆが設けられていないことが好ましい。その理由としては、凝縮水タンク２に発生している抗菌イオン（銀イオンまたは銅イオン）が第１水精製材４２ｆに吸着されてしまうため、凝縮水タンク２において抗菌イオンの抗菌作用が過剰に低下するためである。例えば抗菌イオンが銀イオンであれば、Ａｇ^＋＋Ｃｌ⁻→ＡｇＣｌの反応が進行し、凝縮水タンク２における銀イオンが低減される。

第１給水部５は、凝縮水タンク２において抗菌イオン発生部３により抗菌処理された水（抗菌イオンを含み得る水）を水精製器４の精製容器４０の上部に向けて矢印Ａ１方向に供給する。具体的には、第１給水部５は、第１吸込部５１をもつ第１ポンプ５２（第１水搬送源）と、第１ポンプ５２の第１吐出口５２ｐと水精製器４の上部とを繋ぐ第１給水路５３とをもつ。

改質水タンク６は、燃料電池システムにおける水蒸気改質反応に使用される改質水として、水精製器４で精製された水を貯留する改質水タンク室６０をもつ。改質水タンク６と水精製器４とは、第２給水部としての第２給水路７を介して連通している。水精製器４の水精製材４２で精製されて塩素イオンが除去された水は、水精製器４の水頭圧（Ｈ１）により、通水管４４の下端部の吸込ポート４５から通水路４３を矢印Ｕ１方向に上昇し、第２給水路７を介して改質水タンク６に流入して貯留される。

改質水タンク６の水位を検知する水位検知手段として機能する第２水位センサ６１が改質水タンク６に設けられている。改質水タンク６に溜められている水を改質器８０の蒸発部８１に供給する第３給水部８４が改質水タンク６に設けられている。第３給水部８４は、改質水タンク６内の水を吸い込む第３吸込部８５をもつ第３ポンプ８６（第３水搬送源）と、第３ポンプ８６の第３吐出口８６ｐと蒸発部８１とを繋ぐ第３給水路８７とをもつ。

ここで、改質水タンク６の水面６ｗの高さ位置は、凝縮水タンク２の水面２ｗの高さ位置よりも高くなるように、制御部９０は第１ポンプ５２および第３ポンプ８６等を制御する。改質水タンク６は回収水タンクに対して仕切壁６５を介して一体的に形成されている。仕切壁６５は、改質水タンク室６０と凝縮水タンク２のタンク室２０との直接的連通を遮断させている。但し、改質水タンク６の水面６ｗの高さ位置は、凝縮水タンク２の水面２ｗの高さ位置と同程度でも良い。場合によっては、改質水タンク６の水面６ｗの高さ位置は、凝縮水タンク２の水面２ｗの高さ位置よりも低くても良い。

さて燃料電池システムの運転時には、燃料電池システム内で使用されるガス（アノードガス、アノードオフガス、カソードオフガス）に含まれている水蒸気を凝縮器１において冷却させて凝縮させ、凝縮水を生成させる。凝縮水は、回収水通路２８を介して回収水として凝縮水タンク２（凝縮水流路の一部）に回収され、凝縮水タンク２に一時的に貯留される。

凝縮水タンク２に貯留されている水に、抗菌イオン発生部３から抗菌イオン（銀イオンまたは銅イオン）が溶出する。故に、凝縮水タンク２に貯留されている水は、抗菌処理される。このため使用期間が長期にわたったとしても、凝縮水タンク２において菌類が発生することが抑制される。

凝縮水タンク２において抗菌処理された水は、第１ポンプ５２の駆動により、第１吸込部５１から第１給水路５３を介して矢印Ａ１方向に移動され、水精製器４の上部に供給される。更にその水は、水精製器４内の第１水精製材４２ｆおよび第２水精製材４２ｓにより精製されて、浄化されて純水化される。

水精製器４内で精製されて純水化された水は、水頭圧Ｈ１により、第２給水路７を介して矢印Ａ２方向に流れ、改質水タンク６に自動的に流入する。改質水タンク６に溜められている水は、第３ポンプ８６の駆動により第３給水路８７を介して改質器８０の蒸発部８１に供給され、蒸発部８１において水蒸気化される。水蒸気は、燃料原料（メタンガス等の炭化水素系ガス）を水蒸気改質反応させてアノードガス（水素ガス、水素含有ガス）を生成させるためのものである。

以上説明したように本実施形態によれば、凝縮水は、塩素殺菌されている水道水とは異なり、凝縮水タンク２において菌類（カビ類、藻類を含む）が繁殖するおそれがある。抗菌イオン発生部３は、凝縮水タンク２に貯留されている水を抗菌処理する。このため、燃料電池システムの使用時または不使用時において、凝縮水タンク２において菌類（カビ類、藻類を含む）が繁殖することが抑制される。

抗菌イオンは、水における菌類（カビ類、藻類を含む）の発生を抑制できるものの、改質器８０、水蒸気改質反応等に影響を与えるおそれがあるため、蒸発部８１には供給しない方が好ましいと考えられる。

この点について本実施形態によれば、前述したように、水道水を精製して純水化を促進させると共に抗菌イオンを吸着できる水精製材４２を有する水精製器４が設けられている。そして、凝縮水タンク２において抗菌イオン発生部３から溶出した抗菌イオン（銀イオンまたは銅イオン）を含む水を第１給水部５により水精製器４（抗菌イオン発生部３の下流に配置されている）に供給することにしている。このため、凝縮水タンク２内の抗菌イオン（銀イオンまたは銅イオン）を、水精製器４の水精製材４２で低減または除去することができる。

このように抗菌イオンを水精製器４の水精製材４２で低減または除去した水を、改質水タンク６に供給して、水蒸気改質反応に使用する。このため抗菌イオンが改質器８０に供給されることが低減または回避される。この結果、抗菌イオン（銀イオンまたは銅イオン）が水蒸気改質反応等に影響を与えることが抑制される。

また水道水は一般的には殺菌用の塩素イオン（殺菌イオン）を含むため、純水度が低い。このため、水道水を凝縮水タンク２に直接供給することは好ましくない。その理由としては、抗菌イオンが存在している凝縮水タンク２において、抗菌イオン（銀イオンまたは銅イオン）と塩素イオンとが化学的に結合するおそれがあるためである。このように抗菌イオンと塩素イオンとが化学的に結合すると、凝縮水タンク２における抗菌イオンの濃度が必要以上に低下する。この場合、凝縮水タンク２における抗菌能力が過剰に低下するおそれがある。

そこで本実施形態によれば、水道水を水精製器４の水精製材４２で予め精製し、水道水の塩素イオンを低減または除去する。このように塩素イオンを低減または除去した水を、抗菌イオンが溶出している凝縮水タンク２ではなく、抗菌イオンが溶出していない改質水タンク６に向けて、第２給水路７を介して矢印Ａ２方向に供給する。このため、抗菌イオンと塩素イオンとが化学的に結合することが抑制され。抗菌イオンの抗菌能力が過剰に低下することが抑制される。

図２は、抗菌イオン発生部３の各種形態を示す。図２（Ａ）によれば、抗菌イオン発生部３は、異なる方向に延設された複数の表面３１ａ〜３１ｊを有するハット形状をなす。すなわち、抗菌イオン発生部３は、長手方向と直交する断面で、溝３０および外向きの鍔３２を有するチャンネル形状をなしている。これにより表出面積、溶出面積を増加させている。これにより抗菌イオン（銀イオン）の溶出量を増加させている。換言すると、図２（Ａ）に示すように、抗菌イオン発生部３は、表面３１ａ，３１ｂを有する壁３０１と、表面３１ｃ，３１ｄを有する壁３０２と、表面３１ｅ，３１ｆを有する壁３０３と、表面３１ｇ，３１ｈを有する壁３０４と、表面３１ｉ，３１ｊを有する壁３０５とを備える。外方向に延設されている鍔３２が着地性を高めるため、抗菌イオン発生部３の設置性が確保される。なお、溝３０および鍔３２は、抗菌イオン発生部３の長手方向に沿って形成されている。

図２（Ｂ）によれば、抗菌イオン発生部３Ｂは網形状されている。これにより表出面積を増加させている。これにより抗菌イオン（銀イオン）の溶出量を増加させている。図２（Ｃ）によれば、抗菌イオン発生部３Ｃは板形状されている。これにより表出面積を増加させ、抗菌イオン（銀イオン）の溶出量を増加させている。図２（Ｄ）によれば、抗菌イオン発生部３Ｄは、流路となるパイプ穴３３０をもつパイプ形状されている。これにより表出面積を増加させている。これにより抗菌イオン（銀イオン）の溶出量を増加させている。図２（Ｅ）によれば、抗菌イオン発生部３Ｅは針形状または棒形状とされている。これにより表出面積が調整され、抗菌イオン（銀イオン）の溶出量が調整されている。図２（Ｆ）によれば、抗菌イオン発生部３Ｆは流路となる穴３４０をもつ箱形状とされている。これにより表出面積が調整され、抗菌イオン（銀イオン）の溶出量が調整されている。図２（Ｇ）によれば、抗菌イオン発生部３Ｇは複数の貫通孔を有する多孔形状とされている。これにより表出面積が調整され、抗菌イオン（銀イオン）の溶出量が調整されている。

（実施形態２）
図３は実施形態２を示す。本実施形態は実施形態１と基本的には同様の構成、同様の作用効果を有する。凝縮水タンク２と改質水タンク６は仕切壁６５で仕切られつつ一体化されている。凝縮水タンク２と改質水タンク６とを連通させる連通路６６が仕切壁６５に形成されている。

ここで、燃料電池システムが運転されているとき、改質水タンク６の水面６ｗの高さ位置は、凝縮水タンク２の水面２ｗの高さ位置よりも高く設定されている。この結果、改質水タンク６と凝縮水タンク２との間の水圧差により、改質水タンク６に溜められている水は、連通路６６から凝縮水タンク２に矢印Ｗ１方向に流入する。凝縮水タンク２に流入した水は、再び、凝縮水タンク２内の抗菌イオン発生部３により抗菌処理される。燃料電池システムの運転が停止しているとき、改質水タンク６の水面６ｗの高さ位置と、凝縮水タンク２の水面２ｗの高さ位置とは同じとされる。この場合、弁６６ｘが自身の付勢力で自動的に閉じ、連通路６６を閉鎖する。これにより凝縮水タンク２内の抗菌イオンが改質水タンク６側に流入することが抑制される。

（実施形態３）
図４は実施形態３を模式的に示す平面図である。本実施形態は実施形態１と基本的には同様の構成、同様の作用効果を有する。凝縮水タンク２と改質水タンク６は仕切壁６５で仕切られつつ一体化されている。仕切壁６５には連通路が形成されてない。従って、凝縮水タンク２と改質水タンク６との直接的連通は、遮断されている。凝縮水タンク２において、凝縮水が供給される凝縮水供給部２５から離間した領域において、水の流れが停滞している淀みＲａが発生することがある。淀みＲａは、菌類（カビ類、藻類を含む）の発生の要因となり得る。このため凝縮水タンク２において水の淀みＲａを低減させることが好ましい。このため凝縮水供給部２５に流入した凝縮水は、矢印Ｅ１，Ｅ２方向に分流され、抗菌イオン発生部３の壁に沿って案内される。この結果、水の流れが停滞している淀みＲａが発生することが抑制される。もし抗菌イオン発生部３が凝縮水タンク２内に設けられていないと、淀みＲａが発生する。

（実施形態４）
図５は実施形態４を模式的に示す平面図である。本実施形態は実施形態１と基本的には同様の構成、同様の作用効果を有する。凝縮水タンク２と改質水タンク６は仕切壁６５で仕切られつつも、一体化されている。仕切壁６５には連通路６６が形成されている。従って、連通路６６により凝縮水タンク２と改質水タンク６とは直接的に連通されている。凝縮水タンク２において、凝縮水が供給される凝縮水供給部２５から離間した領域において、水の流れが停滞している淀みＲａが発生することがある。淀みＲａはカビ類の発生の要因となり得る。このため凝縮水タンク２において水の淀みＲａを低減させることが好ましい。ここで、改質水タンク６の水は、改質水タンク６から連通路６６を介して凝縮水タンク２に流入するように設定されている。改質水タンク６の水面の高さ位置は、改質水タンク６の水面の高さ位置よりも高く設定されているためである。この結果、改質水タンク６の水は、連通路６６を介して矢印Ｗ１方向に流れる。

本実施形態によれば、抗菌イオン発生部３は、連通路６６から矢印Ｗ１方向に流入する流入水を更に淀み部Ｒａに向けて案内するように、凝縮水タンク２内に配置されている。改質水タンク６から連通路６６を介して凝縮水タンク２に向けて矢印Ｗ１方向に流入する流入水は、抗菌イオン発生部３の壁により案内され、凝縮水タンク２における淀みＲａに向かうことになり、淀みＲａにおける水の停滞を低減または解消させることができる。

（実施形態５）
図６は本発明の実施形態５を示す。図６において、燃料電池の水精製システムは、アノードガス凝縮器１００（凝縮器）と、アノードオフガス凝縮器２００（凝縮器）と、カソードオフガス凝縮器３００（凝縮器）と、各凝縮器１００，２００，３００で凝縮させた凝縮水を精製（浄化）させる水精製器４００と、凝縮器１００，２００，３００と水精製器４００とを繋ぐ凝縮水流路５００とを有する。アノードガスは、ガス状または液状の燃料原料を改質器８０で改質（水蒸気改質）させた反応ガス（例えば水素ガスまたは水素含有ガス）であり、スタック８Ｓのアノードに供給されるものであり、改質反応などにおいて発生した二酸化炭素を含むことがある。アノードガス凝縮器１００は、冷却水等の冷却媒体が流れる第１冷却通路１００ｗを有しており、スタックのアノードに供給されるアノードガスを冷却することにより、アノードガスに含まれている水蒸気を凝縮させて凝縮水を生成する。これによりアノードガスの湿度は低下する。

アノードオフガス（アノードガスのオフガス）は、スタックのアノードの出口から排出された発電反応後のガスであり、発電反応等に基づく水蒸気を含む。アノードオフガス凝縮器２００は、冷却水等の冷却媒体が流れる第２冷却通路２００ｗを有しており、アノードオフガスを冷却することにより、アノードオフガスに含まれている水蒸気を凝縮させて凝縮水を生成する。これによりアノードオフガスの湿度は低下する。カソードオフガス（カソードガスのオフガス）は、スタックのカソードの出口から排出された発電反応後のガスであり、発電反応等に基づく水蒸気を含む。カソードオフガス凝縮器３００は、冷却水等の冷却媒体が流れる第３冷却通路３００ｗを有しており、カソードオフガスを冷却することにより、カソードオフガスに含まれている水蒸気を凝縮させて凝縮水を生成する。これによりカソードオフガスの湿度は低下する。

図６に示すように、凝縮水流路５００は、アノードガス凝縮器１００で凝縮された凝縮水を一時的に溜める第１凝縮水タンク５１０と、アノードオフガス凝縮器２００で凝縮された凝縮水を一時的に溜める第２凝縮水タンク５２０と、集合部５３０ｋをもつ集合配管５３０と、第１凝縮水タンク５１０と集合配管５３０とを第１バルブ５８０を介して繋ぐ第１配管５４０と、第２凝縮水タンク５２０と集合配管５３０とを第２バルブ５９０を介して繋ぐ第２配管５５０と、カソードオフガス凝縮器３００と集合配管５３０とを繋ぐ第３配管５６０と、集合配管５３０の先端に設けられた凝縮水タンク５７０とを有する。

図６に示すように、第３配管５６０はカソードオフガス（例えば空気）を排出する排出口５６０ｄをもつ。集合配管５３０は、鉛直方向に沿って延設されている縦配管部分５３１と、水平方向に沿って延設されている横配管部分５３２とを有する。第１凝縮水タンク５１０は、アノードガス凝縮器１００の重力方向の下方に配置されており、アノードガス凝縮器１００で凝縮された凝縮水を一時的に溜める。第１凝縮水タンク５１０に設けられている第１レベルセンサが所定の水位を検知すると、その検知信号が制御部９０に入力され、制御部９０は第１バルブ５８０を開放させる指令を出力する。第１バルブ５８０が開放されると、第１凝縮水タンク５１０に溜められている凝縮水は集合配管５３０を介して凝縮水タンク５７０に供給される。

凝縮水タンク５７０は、第１凝縮水タンク５１０および第２凝縮水タンク５２０よりも重力方向の下方に配置されている。凝縮水タンク５７０は、エア抜き５７ｍとドレイン５７ｎとをもつ。凝縮水タンク５７０と水精製器４００とを繋ぐ連通配管６００が設けられている。連通配管６００は、水搬送源として機能するポンプ６１０と、凝縮水タンク５７０の水を吸い込むように凝縮水タンク５７０内に進入する吸込口６２０とをもつ。

第２凝縮水タンク５２０は、アノードオフガス凝縮器２００の重力方向の下方に配置されており、アノードオフガス凝縮器２００で凝縮された凝縮水を一時的に溜める。第２凝縮水タンク５２０と凝縮水タンク５７０との間には、第２バルブ５９０が設けられている。第２バルブ５９０は、通常時には閉鎖されており、アノードオフガス凝縮器２００を流れるアノードオフガスが流出しないようされている。第２凝縮水タンク５２０に設けられている第２レベルセンサが所定の水位を検知すると、その検知信号が制御部９０に入力され、制御部９０は第２バルブ５９０を開放させる指令を出力する。第２バルブ５９０が開放されると、第２凝縮水タンク５２０の凝縮水は集合配管５３０を介して凝縮水集合タンク５７０に供給される。カソードオフガス凝縮器３００で凝縮された凝縮水は、集合配管５３０を介して凝縮水タンク５７０に重力により供給される。

上記したように凝縮水タンク５７０は、第１凝縮水タンク５１０に溜められた凝縮水、第２凝縮水タンク５２０で溜められた凝縮水、カソードオフガス凝縮器３００で凝縮された凝縮水をまとめて一次的に溜めることができる。

水精製器４００は、精製タンク４０１と、精製タンク４０１に設けられた水精製材４０２とを有する。水精製材４０２は、イオン交換樹脂で形成されたビーズの集合体で形成されている。場合によっては、水精製材４０２は、イオン交換樹脂で形成された膜で形成しても良く、要するに異物としてのイオンを吸着して凝縮水を純水化できるものであればよい。

燃料電池システムの運転時には、改質器８０で生成されたアノードガスは、スタック８Ｓに供給される前に、アノードガス凝縮器１００を通過する。そしてアノードガスはアノードガス凝縮器１００で冷却され、アノードガスに含まれている水蒸気が凝縮して凝縮水が生成され、その凝縮水は重力により第１凝縮水タンク５１０に流下する。スタック８Ｓのアノードから吐出された発電反応後のアノードオフガスは、大気に放出される前に、アノードオフガス凝縮器２００を通過する。そしてアノードオフガスはアノードオフガス凝縮器２００で冷却され、アノードオフガスに含まれている水蒸気が凝縮して凝縮水が生成され、その凝縮水は第２凝縮水タンク５２０に重力により流下する。

スタック８Ｓのカソードから吐出されたカソードオフガスは、大気に放出される前に、カソードオフガス凝縮器３００を通過する。そしてカソードオフガスはカソードオフガス凝縮器３００で冷却され、カソードオフガスに含まれている水蒸気が凝縮して凝縮水が生成され、集合配管５３０に重力により流下する。上記した各凝縮水は重力により集合配管５３０から凝縮水タンク５７０に供給されて一時的に溜められる。ポンプ６１０が駆動すると、凝縮水タンク５７０に一時的に回収水として溜められていた凝縮水は、連通配管６００を介して水精製器４００に供給される。水精製器４００に供給された水に含まれている抗菌イオンが除去され、水は精製される。精製された水は、高温の蒸発部で水蒸気化され、改質器８０における改質反応に使用される。

以上説明したように本実施形態においても、凝縮水タンク５７０に貯留されている水を抗菌処理する抗菌イオンを発生できる抗菌イオン発生部３が設けられている。このため菌類（カビ類、藻類を含む）の発生は抑制されている。抗菌イオン発生部３を第１凝縮水タンク５１０および／または第２凝縮水タンクに設けてもよい。

また抗菌イオンは、凝縮水タンク５７０に貯留されている水における菌類（カビ類、藻類を含む）の発生を抑制できる利点を発揮するものの、改質器８０、水蒸気改質反応等に影響を与えるおそれがある。この点について本実施形態によれば、凝縮水タンク５７０内の水を抗菌イオンと共に水精製器４００の水精製材４０２（イオン交換樹脂）で低減または除去することができる。このように抗菌イオンを水精製器４００に供給するため、抗菌イオンを水精製器４００の水精製材４０２（抗菌イオン低減部として機能する）で低減または除去し、その水を改質器８０の蒸発部に供給して、水蒸気改質反応に使用することができる。このため抗菌イオンが改質器８自体、改質器８における水蒸気改質反応等に影響を与えることが抑制される。

（試験例）
図１に示す装置を用いて試験を実施した。抗菌イオン発生部３は銀で形成されており、図２（Ａ）に示すハット形状とされており、長さは２００ミリメートル、重量は６３グラムであった。燃料電池システムの運転中において凝縮水タンク２における貯水量は一般的には５００〜７００グラム程度であった。この試験によれば、凝縮水タンク２に抗菌イオン発生部３を投入した後、３週間目あたりから抗菌作用が認められ、凝縮水タンク２における細菌数が低下していた。細菌数は、ＪＩＳ−Ｋ０１０２で規定されている標準寒天培地法により測定した。

スタック（定格出力：１ＫＷ）を運転モード１で運転したとき、１〜１５週間において、凝縮水タンク２における銀イオン濃度は０．１６５〜０．０４３ミリグラム／リットルであった。スタックを運転モード２で運転したとき、１〜１５週間において、凝縮水タンク２に貯留されている銀イオン濃度は０．０１３〜０．０８２ミリグラム／リットルであった。

また改質水タンク６に貯留されている改質水における銀イオン濃度としては、スタックを運転モード１（１ＫＷ）で運転したとき、改質水タンク６における銀イオン濃度は０．００１〜０．００２ミリグラム／リットルであり、極く微量であった。スタックを運転モード２で運転したとき、凝縮水タンク６における銀イオン濃度は０．００１〜０．００２ミリグラム／リットルであり、極く微量であった。上記したように改質水タンク６における銀イオン濃度は、凝縮水タンク２における銀イオン濃度に比較してかなり低かった。このためので、水蒸気改質を実施する改質水として改質水タンク６内の水を用いても支障がないと考えられる。上記した運転モード１は、スタックを連続運転させる運転モードである。上記した運転モード２は、起動→１ＫＷおよび３００Ｗを交互に繰り替す運転を１サイクルとし、これを４サイクル繰り返す運転→運転停止を繰り替えす運転モードである。

上記した試験結果を考慮すれば、銀イオンの年間推定溶出量は０．３グラム程度と推察される。これに対して水精製器４の第１水精製材４ｆ（イオン交換樹脂）の銀イオン吸着能力は１０９グラムである。このように銀イオンの年間推定溶出量は、水精製器４に第１水精製材４ｆ（イオン交換樹脂）の能力のせいぜい１％程度である。このように抗菌イオン発生部３は半永久的に使用できると推察され、燃料電池システムの耐久期間においては充分に使用できる。このため、第１水精製材４ｆ（イオン交換樹脂）に銀イオンが付着したとしても、水精製器４の水精製能力に影響を与えることはないと考えられる。

（その他）
実施形態１によれば、イオン交換樹脂で形成されている第１水精製材４２ｆが凝縮水タンク２に設けられていない。これに限らず、イオン交換樹脂で形成されている第１水精製材４２ｆが凝縮水タンク２に設けられている場合でも良い。この場合には、水精製器４の室容積に占める第１水精製材４２ｆの体積比をＶ１とし、凝縮水タンク２の室容積に占める第１水精製材４２ｆの体積比Ｖ２とすると、Ｖ２はＶ１よりも小さく設定されていることが好ましい。この場合、実施形態１のように、凝縮水タンク２の室容積に占める第１水精製材４２ｆの体積比Ｖ２は０とすることができる。水精製材４２ｆはビーズでも良いし、膜状でも良い。

凝縮水タンク２と改質水タンク６とは互いに分離されていても良い。凝縮水タンク２と水精製器４とは一体化されていても良い。水精製材４２は、イオン交換樹脂で形成されている第１水精製材４２ｆと、活性炭で形成されている第２水精製材４２ｓとで形成されているが、これに限らず、イオン交換樹脂で形成されている第１水精製材のみで形成されていても良い。本発明は上記した実施形態のみに限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施できる。上記した記載から次の技術的思想が把握される。

［付記項１］燃料電池システム内で使用されるガスに含まれている水蒸気を凝縮させて凝縮水をさせる凝縮器と、前記凝縮器で生成された凝縮水が流れる凝縮水流路と、前記凝縮水流路内の水を抗菌処理する抗菌イオンを発生できる抗菌イオン発生部とを具備しており、前記凝縮水流路は、前記凝縮水を一時的に溜めると共に前記抗菌イオン発生部を収容する収容部と、前記収容部の抗菌イオン発生部の下流に設けられ前記抗菌イオンを低減させる抗菌イオン低減部（例えばイオン交換樹脂）とを具備していることを特徴とする燃料電池の水精製システム。抗菌イオンが燃料電池システムに影響を与えることが抑制される。改質器に供給される水に含まれている抗菌イオンを低減させるため、抗菌イオン低減部は改質器の上流に位置していることが好ましい。

本発明は例えば定置用、車両用、電子機器用、電気機器用、可搬用の燃料電池システムに利用することができる。

実施形態１のシステム図である。 抗菌イオン発生部の形態を示す構成図である。 実施形態２のシステム図である。 実施形態３のシステム図である。 実施形態４のシステム図である。 実施形態５のシステム図である。

符号の説明

１は凝縮器、２は凝縮水タンク（凝縮水流路）、３は抗菌イオン発生部、４は水精製器、４２は水精製材、４２ｆは第１水精製材、４２ｓは第２水精製材、５は第１給水部、５２は第１ポンプ、５３は第１給水路、６は改質水タンク、６１は第２水位センサ、６５は仕切壁、６６は連通路、８０は改質器、８１は蒸発部、７は第２給水部、８４は第３給水部、８６は第３ポンプを示す。

Claims (6)

1. 燃料電池システム内で使用されるガスに含まれている水蒸気を凝縮させて凝縮水を生成する凝縮器と、前記凝縮器で生成された凝縮水が流れる凝縮水流路と、前記凝縮水流路内の水を抗菌処理する抗菌イオンを発生できる抗菌イオン発生部とを具備することを特徴とする燃料電池の水精製システム。
2. 請求項１において、前記凝縮水流路は、前記凝縮水を一時的に溜める凝縮水タンクを具備し、前記抗菌イオン発生部は前記凝縮水タンク内に設けられていることを特徴とする燃料電池の水精製システム。
3. 請求項１または２において、水を精製して純水化を促進させると共に前記抗菌イオンを吸着できる水精製材を有する水精製器と、前記凝縮水流路において前記抗菌イオン発生部により抗菌処理され且つ前記抗菌イオンを含み得る水を前記水精製器に供給する第１給水部とを具備しており、
   前記凝縮水流路で発生した前記抗菌イオンを前記水精製器に供給し、前記水精製器の前記水精製器の前記水精製材で低減または除去することを特徴とする燃料電池の水精製システム。
4. 請求項３において、前記水精製器には水道水が供給されるようになっており、前記水精製器の前記水精製材は、前記水道水に含まれる塩素イオンを前記抗菌イオンと共に低減または除去し、前記塩素イオンおよび前記抗菌イオンを除去した水を改質水として溜める改質水タンクが設けられていることを特徴とする燃料電池の水精製システム。
5. 請求項１〜４のうちの一項において、前記凝縮水流路に流入する凝縮水が前記凝縮水流路における淀むことを抑制するように、前記抗菌イオン発生部は前記凝縮水流路内に配置されていることを特徴とする燃料電池の水精製システム。
6. 請求項１〜５のうちの一項において、前記抗菌イオン発生部は、異なる方向に延設された複数の面を有する形状、網形状、多孔形状、パイプ形状、針形状、棒形状、板形状および箱形状のうちの少なくとも一つの形状をなしていることを特徴とする燃料電池の水精製システム。

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