JP2009231155A - 燃料電池システム用水精製装置 - Google Patents

Abstract

【課題】回収水精製器の水精製部材の寿命を延ばすことができる燃料電池システム用水精製装置を提供する。
【解決手段】燃料電池システム用水精製装置は、燃料電池システムの改質器４に水蒸気を供給する蒸発部４０と水道源とを繋ぐ水路１と、水路１に設けられ水道水を精製する水道水精製器２と、水路１において水道水精製器２に対して直列に設けられ燃料電池システムにおいて生成された凝縮水を回収した回収水を精製する回収水精製器３とを有する。水道水精製器２は回収水精製器３よりも上流に、回収亜水精製器は水道水精製器２よりも下流に配置されている。水道水を水道水精製器２で精製させた後、回収水精製器３で精製させる。
【選択図】図１

Description

本発明は燃料電池システム用水精製装置に関する。

特許文献１には、燃料電池システムにおいて、凝縮器で凝縮させた凝縮水および水道水を水精製器に溜めて精製させて水の純度を高める水精製装置が開示されている。このものによれば、凝縮器で凝縮させた凝縮水および水道水の双方が水精製器に溜まる。

特許文献２には、スタックと、スタックを冷却する冷却水を貯蔵する冷却水タンクと、スタックの排ガスから水を回収させる回収手段と、回収手段で回収した回収水を貯蔵する回収水タンクとを有する燃料電池システムが開示されている。このものによれば、回収手段で回収された回収水および補充水（水道水）の双方が水精製器に溜まる。

特許文献３には、水精製度検知手段で計測された水の精製度が精製用のしきい値を超えるとき、水精製部の水精製能力を果たすイオン交換樹脂の交換を警告する警告部をもつ燃料電池システムが開示されている。このものによれば、塵埃除去用のフィルタを通過した水道水を水精製器で精製させた後、水タンクに供給することにしている。このようにフィルタを通過した水道水の他に、燃料電池システムの凝縮器で凝縮された凝縮水が回収水としてこの水タンクに供給される。この場合、フィルタは塵埃除去用であり、水道水の塩素等の物質を除去する水精製機能を有するものではない。
特開２００６−３１８７１３号公報 特開２００６−１０７８８９号公報 特開２００３−２４３００５号公報

ところで、回収水精製器のイオン交換樹脂等の水精製部材の寿命を更に延ばすことが要請されている。

本発明は上記した実情に鑑みてなされたものであり、回収水精製器の水精製部材の寿命を延ばすのに有利な燃料電池システム用水精製装置を提供することを課題とする。

（１）様相１に係る燃料電池システム用水精製装置は、燃料電池システムの改質器に水蒸気を供給する蒸発部と水道源とを繋ぐ水路と、水路に設けられ水道水を精製する水道水精製器と、水路において水道水精製器に対して直列に設けられ燃料電池システムにおいて生成された凝縮水を回収した回収水を精製する回収水精製器とを具備しており、水道水精製器は回収水精製器よりも上流に、回収水精製器は水道水精製器よりも下流に配置されており、水道水を水道水精製器で精製させた後、回収水精製器で精製させることを特徴とする。

水道水は殺菌用の塩素、配管からの鉄分、シリカ等を含んでいることが多く、回収水よりも純度が相対的に低い。これに対して、回収水は、燃料電池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させた凝縮水であり、水道水よりも純度が高い。本様相によれば、純度が相対的に低い水道水を回収水精製器に直接供給する方式を廃止しており、純度が相対的に低い水道水を水道水精製器で予め精製させ、その後、回収水精製器で再び精製させる。このため回収水精製器に設けられている水精製材の精製能力の寿命を更に延ばすことができると共に、水の精製度を向上させることができる。

（２）様相２に係る燃料電池システム用水精製装置によれば、上記様相において、水道水精製器は、第１容器と、第１容器に収容された水を精製させる精製能力を有する第１水精製材とを備えており、第１容器の中間高さ位置よりも下部に第１入口ポートを有し、第１水精製材よりも上方に第１出口ポートを有することを特徴とする。第１水精製材は一般的には空気に触れると、劣化が促進されると言われている。本様相によれば、水道水精製器において第１水精製材よりも上方に第１出口ポートが設けられている。このため水道水精製器の第１容器の水の水面は第１出口ポートとほぼ同じ高い位置か、あるいは、第１出口ポートよりも下方に存在している。この結果、第１容器に貯留された精製水内に水道水精製器の第１水精製材が浸漬されている。このため第１水精製材は空気に触れにくくなる。故に、空気による第１水精製材の劣化が抑制されており、第１水精製材の長寿命化を図り得る。

或いは、水道水精製器が回収水精製器よりも高さが低い場合においては回収水精製器への入口配管をいったんそれよりも高く立ち上げる場合でも良い。またこの場合、水道水精製器の中央より上部から水道水精製器の内部に水を導入し、水道水精製器の高さ方向の中央よりも下部から第１出口ポートを設けること（ダウンフロー）も可である。この場合、空気による第１水精製材の劣化を抑制し、第１水精製材の長寿命化を図り得るのに有利である。

（３）様相３に係る燃料電池システム用水精製装置によれば、上記様相において、回収水精製器は、第２容器と、第２容器に収容された水を精製させる精製能力を有する第２水精製材とを備えており、第２容器内の第２水精製材よりも上方に第２入口ポートを有し、第２入口ポートよりも下方に第２出口ポートを有することを特徴とする。回収水精製器内の精製水の自重によって、精製水を回収水精製器内の第２出口ポートから吐出させることができる。従ってポンプを廃止または簡素化することができる。

（４）様相４に係る燃料電池システム用水精製装置によれば、上記様相において、精製水を貯蔵する精製水タンクが回収水精製器の下流に設けられており、回収水精製器の第２出口ポートは、逆Ｕ字管により精製水タンクに連通しており、逆Ｕ字管で通水するとき逆Ｕ字管において空気を残留させ得るように設定されていることを特徴とする。

本様相によれば、逆Ｕ字管で通水するとき、逆Ｕ字管において空気を残留させ得る。このため、逆Ｕ字管が、回収水精製器が空状態になるまで連続的に通水するサイホン管として機能することが抑制されている。この結果、回収水精製器の水が精製水タンクに連続的に吐出され続けることが抑制されている。従って、燃料電池システムの運転中において、回収水精製器の水面の水位が良好に維持される。このため燃料電池システムの運転中において、回収水精製器に貯留された水内に、第２水精製材の全部またはほとんどを浸漬させることができる。このため第２水精製材は空気に触れにくくなり、空気による第２水精製材の劣化が抑制されている。

（５）様相５に係る燃料電池システム用水精製装置によれば、上記様相において、水道水精製器および回収水精製器のうちの少なくとも一方の水面には抗菌剤が設けられていることを特徴とする。好気性菌は空気に触れると、増殖し易くなり、従って水面付近で繁殖し易くなる。この点本様相によれば、水道水精製器および回収水精製器のうちの少なくとも一方の水面または水面付近に抗菌剤が設けられている。このため水面付近における好気性菌の繁殖が抑制される。水道水精製器や回収水精製器の寿命を延ばすことができる。抗菌剤としては銀および／または銅等が例示される。

本発明によれば、水道水は塩素、鉄分、シリカ等の物質を水以外の物質を含んでいることが多く、燃料電池システムで回収された回収水（水蒸気を凝縮させた凝縮水）よりも純度が低い。このように純度が相対的に低い水道水を水道水精製器で精製させた後、回収水精製器で精製させる。このため回収水精製器の寿命を延ばすことができると共に、水の精製度を向上させることができる。

（実施形態１）
本発明の実施形態１について図１および図２を参照して具体的に説明する。燃料電池システム用の水精製装置は、燃料電池システムの改質器４に水蒸気を供給するための蒸発部４０と水道源２６とを繋ぐ水路１と、水路１に設けられ水道水を精製する水道水精製器２と、水路１において水道水精製器２に対して直列に設けられた回収水精製器３とを有する。回収水精製器３は、燃料電池システムにおいて生成された凝縮水を回収水として回収し、精製する。精製するとは、純水化させることを意味する。

図１に示すように、水道水精製器２は、水路１において回収水精製器３よりも上流に配置されており、回収水精製器３よりも高さが高く、且つ、内容積も大きくされている。但し、これに限定されるものではなく、水道水精製器２の上端部は回収水精製器３の上端部よりも高さが低い場合でも良い。

水道水は、凝縮水よりも塩素やシリカ等の物質を微量（例えばＰＰＭオーダー）ではあるが、含むことが多いためである。水道水精製器２は、第１容器２０と、第１容器２０に収容された水を精製させる精製能力を有する第１水精製材２２とを備えている。第１水精製材２２の量は、後述する第２水精製材３２の量よりも多く設定されている。但し、これに限定されるものではなく、第１水精製材２２の量は後述する第２水精製材３２の量よりも少なく設定されている方式としても良い。

水道水精製器２において、第１容器２０の中間高さ位置Ｐ１よりも下部に第１入口ポート２３が設けられている。第１水精製材２２よりも上方に、つまり、中間高さ位置Ｐ１よりも上方に第１出口ポート２４が設けられている。従って、水道水精製器２において水道水は底注ぎ方式で給水される。故に、水道水は、水道水精製器２において下部から上部に向けて供給される。このため水道水精製器２において第１水精製材２２を水に充分に浸漬させることができる。けられている。なお、水道水精製器２において水道水は底注ぎ方式で給水される方式に限定されるものではない。従って、水道水精製器２において水道水は上部から供給される上注ぎ方式で給水される方式としても良い。

上記した第１水精製材２２は、水精製機能を有するイオン交換樹脂のビーズの集合体で形成されている。第１水精製材２２は一般的には空気に触れると、劣化が促進されると言われている。このため第１水精製材２２の上端２２ｕよりも上方に第１出口ポート２４が設けられている。このため、水道水精製器２の第１容器２０の水の水面２ｗは、第１出口ポート２４の高さ位置または第１出口ポート２４の下方に存在している。よって、第１容器２０に貯留された水に、第１水精製材２２の全部またはほとんどが浸漬されている。このため第１水精製材２２は、水道水精製器２の水面２ｗ上の空気に触れにくくなる。故に、空気による第１水精製材２２の劣化が抑制されている。なお、本明細書によれば、上方、下方とは、重力方向に沿った方向における上方、下方を意味し、斜め上方、斜め下方を含む。

図１に示すように、水路１のうち水道水精製器２と水道源２６との間には、絞り付き給水弁２７（給水弁）が配置されている。絞り付き給水弁２７は、水道水の流量を絞る機能を有する絞り２７ｃを有する。このため、水道源２６の水道水が急激に水道水精製器２に供給されることが抑制される。すなわち、水道源２６から水道水精製器２に供給される水道水の単位時間当たりの流量を制限すると共に、水道源２６の水圧が急激に水道水精製器２に印加されることが抑制されている。この場合、第１水精製材２２の寿命の向上、精製度の向上に有利である。

図１に示すように、回収水精製器３および水道水精製器２は、互いに並設されている。回収水精製器３は、水路１において水道水精製器２よりも下流に配置されている。回収水精製器３は、第２容器３０と、第２容器３０に収容された水を精製させる精製能力を有する第２水精製材３２とを備えている。回収水精製器３において、第２容器３０内の第２水精製材３２よりも上方に、第２入口ポート３３が設けられている。第２入口ポート３３は、水道水精製器２の第１出口ポート２４よりも低い位置に設定されている。これにより水道水精製器２の第１出口ポート２４から第２入口ポート３３を水を自動的に落下させることができる。なお第２容器３０の上端の高さ位置は、第１容器２０の上端の高さ位置よりも低く設定されている。

更に図１に示すように、第２入口ポート３３よりも下方に第２出口ポート３４が設けられている。第２出口ポート３４に対する水頭圧Ｈ１（図２参照）をできるだけ高くするため、第２出口ポート３４は回収水精製器３の底部付近に形成されている。第２水精製材３２は、水精製機能を有するイオン交換樹脂のビーズの集合体で形成されている。

図１に示すように、燃料電池システムには、燃料電池のスタック（図示せず図）と、蒸発部４０およびバーナ４１を有する改質器４が設けられている。更に、アノードガス凝縮器４２と、アノードオフガス凝縮器４３と、カソードオフガス凝縮器４７と、排気熱交換器４４とが、回収水精製器３の重力方向上方に設けられている。その理由としては、各凝縮器４２，４３，４７，排気熱交換器４４に溜まった凝縮水を、回収水精製器３に自重で自動的に落下させるためである。上記した燃料電池は膜電極接合体を有する。膜電極接合体は、シート型でも良いし、チューブ型でも良い。なお、燃料電池のアノードにはアノードガス（水素ガス含有ガス）が供給され、且つ、燃料電池のカソードにはカソードガス（酸素ガス含有ガス）が供給される。

ここで、改質器４は、燃料原料（例えば都市ガスなど）を高温領域で水蒸気改質反応させてアノードガス（水素含有ガス）を生成させる。蒸発部４０は改質用水を高温に加熱することにより、水蒸気改質用の水蒸気を生成させる。アノードガス凝縮器４２は、改質器４の出口とスタックのアノードの入口との間に設けられており、改質器４で水蒸気改質された高湿度の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精製し、アノードガスの湿度を低下させるものである。アノードガス凝縮器４２から回収水精製器３にかけて排水路５ａが設けられている。排水路５ａには排水弁６ａが設けられている。通常時には排水弁６ａが閉鎖されているため、アノードガスの漏れは防止されている。排水弁６ａが開放されると、アノードガス凝縮器４２に溜まった凝縮水は、排水路５ａを介して回収水精製器３のポート３ｓに回収水として回収される。

アノードオフガス凝縮器４３は、スタックのアノードの出口に繋がれており、スタックのアノードの出口から吐出された高湿度のアノードオフガス（アノードガスを発電反応させた後のガス）に含まれている水蒸気を凝縮させて凝縮水を生成し、アノードオフガスの湿度を低下させるものである。アノードオフガス凝縮器４３から回収水精製器３にかけて排水路５ｂが設けられている。排水路５ｂには排水弁６ｂが設けられている。通常時には排水弁６ｂが閉鎖されているため、アノードオフガスの漏れは防止されている。排水弁６ｂが開放されると、アノードガス凝縮器４２に溜まった凝縮水は、排水路５ｂを介して回収水精製器３のポート３ｔに回収水として回収される。

本実施形態によれば、排水弁６ａ，６ｂはそれぞれ同時に開放されないように制御部により設定されている。すなわち、排水弁６ａ，６ｂはそれぞれ時間をずらして開放されるように設定されている。その理由としては、排水弁６ａ，６ｂが同時に開放されると、回収水精製器３内に回収される回収水の流量が急激に増加するため、これを抑制するためである。なお、回収水精製器３内に回収される回収水の単位時間当たりの流量が急激に増加すると、回収水精製器３から逆Ｕ字管８に供給される流量が急激に増加し、逆Ｕ字管８がサイホン管となるおそれがある。なお、前述したように、回収水精製器３の水面３ｗの水位を高く確保するためには、逆Ｕ字管８がサイホン管となることは回避することが好ましい。

カソードオフガス凝縮器４７は、スタックのカソードの出口に繋がれており、スタックのカソードの出口から吐出された高湿度のカソードオフガス（カソードガスを発電反応させたガス）に含まれている水蒸気を凝縮させて凝縮水を生成し、カソードオフガスの湿度を低下させるものである。カソードオフガス凝縮器４７から回収水精製器３にかけて排水路５ｃが設けられている。排水路５ｃには排水バルブが設けられていない。この場合、カソードオフガス凝縮器４７に溜まった凝縮水は、排水路５ｃを介して重力により自動的に回収水精製器３に回収水として回収される。

排気熱交換器４４は、改質器４から排気される排気ガスに含まれている水蒸気を凝縮させて凝縮水を精製させる。排気熱交換器４４から回収水精製器３にかけて排水路５ｄが設けられている。排水路５ｄには排水バルブが設けられていない。この場合、排気熱交換器４４に溜まった凝縮水は、排水路５ｄを介して重力により自動的に回収水精製器３のポート３ｆに回収水として回収される。

上記した燃料電池システムの発電出力との関係から、回収水精製器３に回収される回収水は、単位時間（例えば１分間）あたり所定流量以下（例えば１分間あたり２０ｃｃ以下、または、１５ｃｃ以下、または１０ｃｃ以下）とされている。従って、回収水精製器３から逆Ｕ字管８に通水される単位時間（例えば１分間）あたりの流量は、制限されている。

回収水精製器３内に回収された回収水は、第２水精製材３２により精製され、純度が高められる。回収水精製器３の第２出口ポート３４は、回収水精製器３の底部付近に設けられており、逆Ｕ字管８により精製水タンク７に連通している。図２に示すように、逆Ｕ字管８は、回収水精製器３の第２出口ポート３４から上向きに延びる第１流路８１と、水平方向に沿った第２流路８２と、下向きに延びる第３流路８３とをもつ。燃料電池システムの運転時には、図２に示すように、逆Ｕ字管８の第２流路８２における水面８２ｗの高さと、回収水精製器３における水面３ｗの高さとは、ほぼ同一とされている。そして水面８２ｗの上方の空間８２ｒには、空気が残留している（図２参照）。

ここで、図２に示す状態において、単位時間あたり、水が回収水精製器３に流量α１で供給されると、供給された流量α１に相当する流量ぶん、逆Ｕ字管８を介して精製水タンク７に供給される。なお、第１流路８１の流路径をＤ１とし、第２流路８２の流路径をＤ２とし、第３流路８３の流路径をＤ３とすると、Ｄ２はＤ１よりも大きく設定されている（Ｄ２＞Ｄ１）。このため、回収水精製器３で精製された精製水を回収水精製器３から精製水タンク７に移動させるにあたり、逆Ｕ字管８の第２流路８２における水の水面８２ｗ上に空気が溜まる。このため逆Ｕ字管８はサイホン管としては機能しない。ここで、逆Ｕ字管８がサイホン管として機能すると、回収水精製器３の水が連続的に精製水タンク７に移動する。このため回収水精製器３が空になり、収水精製器内の第２水精製材３２が空気に触れて第２水精製材３２の劣化が促進されるおそれがある。

この点本実施形態によれば、逆Ｕ字管８は給水管として機能するものの、サイホン管としては機能しない。このため、回収水精製器３に溜められている水が精製水タンク７に連続的に吐出され続けることが抑制される。ひいては、回収水精製器３の水が空になることが抑制される。この結果、回収水精製器３内の第２水精製材３２が空気に触れることが抑制され、第２水精製材３２の長寿命化が確保される。なお、水の吐出性を高めるべく、Ｄ３は、Ｄ１および／またはＤ２よりも大きく設定することができる（Ｄ３＞Ｄ１）。あるいは、Ｄ３はＤ１と同じに設定することができる（Ｄ３＝Ｄ１，Ｄ３≒Ｄ１）。

なお、第３流路８３の水は、重力により入口７ｉから精製水タンク７に落下する。ここで、図３に示すように、蒸発などで回収水精製器３の水面３ｗの水位が低下すると、逆Ｕ字管８の第１流路８１には水が供給されているものの、第２流路８２は空状態となる。第３流路８３の水は、重力で精製水タンク７の入口７ｉに落下するため、空状態となる。

上記したように本実施形態によれば、回収水精製器３の水が精製水タンク７に連続的に吐出され続けることが抑制されている。回収水精製器３に貯留されている精製水の水面３ｗの水位（自重）によって、回収水精製器３内の精製水を第２出口ポート３４から精製水タンク７の入口７ｉに吐出させることができる。従って水を搬送させる搬送源であるポンプを廃止または簡素化することができる。更に、回収水精製器３の水面３ｗの水位の高さ位置が良好に維持される。このため回収水精製器３に貯留された水内に第２水精製材３２が浸漬されている。このため第２水精製材３２は空気に触れにくくなり、空気による第２水精製材３２の劣化が抑制されている。

図１に示すように、回収水精製器３と蒸発部４０との間には、精製水を貯蔵する精製水タンク７が設けられている。すなわち、回収水精製器３の下流に精製水タンク７が設けられている。精製水タンク７には、精製水タンク７の水位を検知するレベルセンサ７０が設けられている。水路１において、精製水タンク７と蒸発部４０との間には、水搬送源として機能するポンプ１２（水搬送源）が配置されている。

ポンプ１２が駆動すると、精製水タンク７の水が改質用の水として、高温状態の蒸発部４０に供給され、水蒸気化する。生成された水蒸気は、改質器４に供給され、水蒸気改質反応に使用される。この結果、精製水タンク７の水位が所定水位よりも低下する。レベルセンサ７０が水位の低下を検知すると、レベルセンサ７０の検知信号が制御部に入力され、制御部が給水弁２７を開放させる。このため、水道源２６から水道水が水道水精製器２に供給される。すると、水道水精製器２に貯留されている水面２ｗの水位が第１出口ポート２４よりも上方に越えようとする。このため、水道水精製器２の水が、第１出口ポート２４から回収水精製器３の第２入口ポート３３に流路２ｓを介して供給される。これにより回収水精製器３の水面３ｗの水位が増加しようとするため、回収水精製器３の第２出口ポート３４から逆Ｕ字管８を経て精製水タンク７に供給され、精製水タンク７の水面７ｗの水位が上昇する。

なお、レベルセンサ７０で検知する精製水タンク７の水面７ｗの水位が所定水位よりも低下すると、制御部により制御された給水弁２７が間欠的に開放し、開放および閉鎖を交互に所定時間繰り返す。これにより、水道源２６から大流量の水道水が水道水精製器２に一度に供給されることが抑制されている。この場合、第１精製材２２の長寿命化に貢献できる。

上記したように本実施形態によれば、水道水を上流側の水道水精製器２で精製させ、その後、下流側の回収水精製器３で精製させる。ここで、水道水は塩素、鉄分、シリカ等の物質を含んでいることが多く、一般的には回収水よりも純度が低い。文献によれば、水とシリカが存在するとき、次の反応式により硅素化合物のイオン化が進行する記載されている。Ｈ_２Ｏ＋ＳｉＯ_２←→Ｈ^＋＋ＨＳｉＯ_３ ⁻
これに対して、回収水は水蒸気を凝縮させた凝縮水であり、水道水よりも純度が高い。このように純度が相対的に低い水道水を水道水精製器２で予め精製させ、その後、回収水精製器３で精製させる。このため未精製性であり純度が低い水道水（塩素、鉄分、シリカを含むことが多い）が回収水精製器３に直接的に供給されることが抑制される。従って、回収水精製器３の第２精製材３２の耐久性および寿命を延ばすことができると共に、回収水精製器３で精製される水の精製度を向上させることができる。

図１に示すように、水道水精製器２の水面２ｗには、抗菌剤（銀および／または銅）が保持された浮遊体９が設けられている。回収水精製器３の水面３ｗには、抗菌剤が保持された浮遊体９が設けられている。好気性菌は空気に触れると、増殖し易くなり、従っても好気性菌は水面２ｗ，３ｗ付近で繁殖し易くなる。本実施形態によれば、上記したように水道水精製器２および回収水精製器３の双方の水面２ｗ，３ｗには、抗菌剤が設けられている。このため水面２ｗ，３ｗ付近における好気性菌の繁殖が抑制される。この結果、水道水精製器２および回収水精製器３の耐久性および寿命を延ばすことができる。抗菌剤が保持された浮遊体９に代えて、抗菌剤が保持されたイオン交換樹脂を水面付近に配置しても良い。

本実施形態によれば、前述したように、水道水精製器２の第１容器２０の水は第１出口ポート２４よりも下方に存在しており、第１容器２０に貯留された精製水内に第１水精製材２２が浸漬されている。このため第１水精製材２２は空気に触れにくくなる。故に、空気による第１水精製材２２の劣化が抑制されている。

更に本実施形態によれば、前述したように、回収水精製器３は、第２容器３０と、第２容器３０に収容された水を精製させる精製能力を有する第２水精製材３２とを備えており、第２容器３０内の第２水精製材３２よりも上方に第２入口ポート３３を有し、第２入口ポート３３よりも下方に第２出口ポート３４を有する。このため回収水精製器３内の精製水の自重（図２に示す水頭圧Ｈ１）によって、精製水を第２出口ポート３４から精製水タンク７の入口ポート７ｉに自動的に吐出させることができる。従って水道水精製器２から回収水精製器３を介して精製水タンク７に水を供給するためのポンプを廃止することができる。この場合、コストダウンおよびメンテナンスに有利である。

更に本実施形態によれば、前述したように、精製水を貯蔵する精製水タンク７が回収水精製器３の下流に設けられている。回収水精製器３の第２出口ポート３４は、逆Ｕ字管８により精製水タンク７に連通している。そして、逆Ｕ字管８の第２流路８２における水の水面８２ｗの高さと、回収水精製器３における水面３ｗの高さとは、ほぼ同一となるように設定されている。この場合、回収水精製器３の水が長時間にわたり精製水タンク７に向けて連続的に吐出され続けることが抑制される。従って、回収水精製器３の水面３ｗの水位が良好に維持される。このため回収水精製器３に貯留された水内に第２水精製材３２の全部または大部分が浸漬されている。このため第２水精製材３２は水面３ｗ上の空気に触れにくくなる。故に、空気による第２水精製材３２の劣化が抑制されている。

本実施形態によれば、燃料電池システムの運転を長期にわたり停止しているとき、水道水精製器２および回収水精製器３内の水が蒸発によって減少するとき、給水弁２７を開放させて水道水を水道水精製器２に補充するだけで、水道水精製器２だけでなく、回収水精製器３についても水を補充することができる利点が得られる。

また本実施形態によれば、精製水タンク７の底部には、排水部に繋がる主排水路５ｘが設けられている。主排水路５ｘには主排水弁６ｘ（排水弁６）が設けられている。燃料電池システムの運転停止時において凍結が発生するおそれがあるときには、主排水弁６ｘを開放させ、精製水タンク７の水を全てまたは大部分を排出させることができる。

ところで、精製前の凝縮水と精製前の水道水との双方を水精製器に供給し、水精製器で凝縮水および水道水を精製させることも考えられる。この場合、凝縮水中に含まれている炭酸イオン（ＨＣＯ_３ ⁻）が、水精製器の水精製部材（イオン交換樹脂）に吸着されていたシリカを脱離させて押し流すおそれがある。その理由としては、水精製部材において炭酸イオンの吸着力とシリカ成分の吸着力とが相違するためである。すなわち、水精製部材において炭酸イオンの吸着力は、シリカ成分（ＨＳｉＯ_３ ⁻）の吸着力よりも強いためである。この場合、燃料電池システムの使用期間が長期化すると、シリカ成分が改質器４の配管系の流路に堆積し、流路断面積を損なうおそれがある。この点本実施形態によれば、シリカを含有し得る水道水を水道水精製器２で予め精製させ、その後、回収水精製器３で精製させることにしている。このため凝縮水中に含まれている炭酸イオンが水道水精製器２に供給されることが抑止されている。故に、水道水精製器２の水精製部材において、凝縮水である回収水に含まれている吸着力が強い炭酸イオンが、当該水精製部材に吸着していた吸着力が弱いシリカ成分を脱離させてしまうことが抑制される。従って上記した不具合が解消される。

（実施形態２）
図４は実施形態２を示す。本実施形態は実施形態１と基本的には共通する構成、共通する作用効果を有する。図４に示すように、逆Ｕ字管８は、回収水精製器３の第２出口ポート３４から上向きに延びる第１流路８１と、水平方向に沿った第２流路８２と、下向きに延びる第３流路８３とをもつ。

逆Ｕ字管８で通水するとき、第２流路８２における水の水面上に空気が溜まるように、第２流路８２には、大気に連通する大気開放開口８２ｍが形成されている。大気開放開口８２ｍは第２流路８２の上部に形成されており、大気開放開口８２ｍから水が流出しないようにされている。このため逆Ｕ字管８はサイホン管としては機能しない。

このような本実施形態によれば、回収水精製器３の水が長時間にわたり精製水タンク７に連続的に吐出され続けることが抑制される。故に、回収水精製器３の水が空になることが抑制される。ひいては、回収水精製器３内の第２水精製材３２の上端部３２ｕが空気に触れることが抑制され、第２水精製材３２の長寿命化が確保される。

（実施形態３）
図５は実施形態３を示す。本実施形態は実施形態１と基本的には共通する構成、共通する作用効果を有する。図５に示すように、前述したように、逆Ｕ字管８は、回収水精製器３の第２出口ポート３４から上向きに延びる第１流路８１と、水平方向に沿った第２流路８２と、下向きに延びる第３流路８３とをもつ。

第１流路８１には、回収水精製器３から精製水タンク７に供給させる単位時間あたりの流量を絞る絞り部８１ｒが形成されている。このため回収水精製器３に供給される水の流量が増加するときであっても、回収水精製器３から精製水タンク７に供給させる単位時間あたりの水の流量が絞られる。このため逆Ｕ字管８に通水させつつ、第２流路８２における水の水面８２ｗの上方に空気を容易に残留させることができる。なお、絞り部８１ｒは、オリフィスまたはノズルでも良いし、流路を狭くした配管用の継手でも良い。なお、Ｄ１＝Ｄ２＝Ｄ３の関係、または、Ｄ１≒Ｄ２≒Ｄ３の関係とされている。但し、これに限定されるものではなく、Ｄ２＞Ｄ１としても良い。

（実施形態４）
図６は実施形態４を示す。本実施形態は実施形態１と基本的には共通する構成、共通する作用効果を有する。図６に示すように、前述したように、逆Ｕ字管８は、回収水精製器３の第２出口ポート３４から上向きに延びる第１流路８１と、水平方向に沿った第２流路８２と、下向きに延びる第３流路８３とをもつ。逆Ｕ字管８で通水するとき、第２流路８２における水の水面８２ｗの上方に、空気を残留させることができる。このため逆Ｕ字管８はサイホン管としては機能しない。このため回収水精製器３の水が精製水タンク７に連続的に吐出され続けることが抑制され、回収水精製器３の水が空になることが抑制される。ひいては、収水精製器内の第２水精製材３２の上端部３２ｕが空気に触れることが抑制され、第２水精製材３２の長寿命化が確保される。Ｄ１＝Ｄ２＝Ｄ３の関係、または、Ｄ１≒Ｄ２≒Ｄ３の関係とされている。但しこれに限定されるものではない。なお、燃料電池システムの運転上、回収水精製器３に供給される単位時間あたりの水の流量は少なくされている。

（実施形態５）
図７は実施形態５を示す。本実施形態は実施形態１と基本的には共通する構成、共通する作用効果を有する。図７に示すように、水道水精製器２の上端２ｕの高さは、回収水精製器３の上端の高さよりも低い。ここで、図７に示すように水道水精製器２の中央よりも上部の上端２ｕ側から、水道水精製器２の内部に水道水を導入する。図７に示すように、水道水精製器２の高さ方向の中央よりも下部２ｄに、第１出口ポート２４が設けられている。この場合、水道水精製器２から回収水精製器３の第２入口ポート３３へ向かう入口配管を、いったん水道水精製器２の上端２ｕよりも高く立ち上げる。本実施形態によれば、水道水精製器２の第１水精製材が空気により劣化することを抑制し、水道水精製器２の第１水精製材の長寿命化を図り得るのに有利である。

（実施形態６）
図８は実施形態６を示す。本実施形態は実施形態１と基本的には共通する構成、共通する作用効果を有する。図８に示すように、水道水精製器２の上端２ｕの高さは、回収水精製器３の上端の高さよりも低い。この場合、図８に示すように水道水精製器２の中央よりも下方の下部２ｄから、水道水精製器２の内部に水道水を導入する。図８に示すように、水道水精製器２の高さ方向の中央よりも上方の上端２ｕ側に第１出口ポート２４が設けられている。そして、水道水精製器２から回収水精製器３の第２入口ポート３３へ向かう入口配管をいったん水道水精製器２の上端２ｕよりも高く立ち上げる。

（その他）
本発明は上記し且つ図面に示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可能である。ある実施形態に特有の構造および機能は他の実施形態についても適用できる。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）燃料電池システムの改質器に水蒸気を供給する蒸発部と水道源とを繋ぐ水路と、前記水路に設けられ水道水を精製する水道水精製器と、前記水路において水道水精製器に対して直列に設けられ燃料電池システムにおいて生成された凝縮水を回収した回収水を精製する回収水精製器とを具備していることを特徴とする燃料電池システム用水精製装置。この場合、水道水精製器は、水道水に含まれていることが多いシリカ成分を低減できる。これに対して、回収水精製器は、凝縮水である回収水に含まれていることが多い炭酸イオン成分を低減できる。なお、燃料電池システムで生成される凝縮水には、燃料原料を改質させる改質反応で水素と共に生成された二酸化炭素に起因する炭酸成分（ＨＣＯ_３ ⁻）が微量ではあるが含有されていることがある。
（付記項２）付記項１において、精製水を貯蔵する精製水タンクが回収水精製器の下流に設けられており、前記回収水精製器の出口ポートは、逆Ｕ字管により前記精製水タンクに連通しており、前記逆Ｕ字管で通水するとき、前記逆Ｕ字管には空気が残留するように設定されていることを特徴とする燃料電池システム用水精製装置。
（付記項３）付記項１において、精製水を貯蔵する精製水タンクが回収水精製器の下流に設けられており、前記回収水精製器の出口ポートは、逆Ｕ字管により前記精製水タンクに連通しており、前記逆Ｕ字管で通水するとき、前記逆Ｕ字管における水面高さと前記回収水精製器における水面高さとは同一となるように設定されていることを特徴とする燃料電池システム用水精製装置。
（付記項４）燃料電池システムの改質器に水蒸気を供給する蒸発部と水道源とを繋ぐ水路と、前記水路に設けられ水道水を精製する水道水精製器と、前記水路において設けられ燃料電池システムにおいて生成された凝縮水を回収した回収水を精製する回収水精製器とを具備していることを特徴とする燃料電池システム用水精製装置。この場合、水道水精製器は、水道水に含まれていることが多いシリカ成分を回収水精製器に対して独立して、炭酸成分に過剰に影響されることなく、低減できる。これに対して、回収水精製器は、凝縮水である回収水に含まれていることが多い炭酸イオン成分を水道水精製器と独立して、シリカ成分に過剰に影響されることなく、独立して低減できる。なお、燃料電池システムで生成される凝縮水には、燃料原料を改質させる改質反応で水素と共に生成された二酸化炭素に起因する炭酸成分（ＨＣＯ_３ ⁻）が微量ではあるが含有されていることがある。

本発明は水精製機能を有する燃料電池システムに利用することができる。燃料電池システムは、例えば、定置用、車両用、電気機器用、電子機器用、携帯用、可搬用とすることができる。

燃料電池システムの水精製装置を模式的に示す図である。 燃料電池システムの水精製装置の回収水精製器付近を模式的に示す図である。

燃料電池システムの水精製装置の回収水精製器（水位低下）付近を模式的に示す図である。 実施形態２に係り、燃料電池システムの水精製装置の回収水精製器付近を模式的に示す図である。 実施形態３に係り、燃料電池システムの水精製装置の回収水精製器付近を模式的に示す図である。 実施形態４に係り、燃料電池システムの水精製装置の回収水精製器付近を模式的に示す図である。 実施形態５に係り、燃料電池システムの水精製装置の回収水精製器付近を模式的に示す図である。 実施形態６に係り、燃料電池システムの水精製装置の回収水精製器付近を模式的に示す図である。

符号の説明

１は水路、２は水道水精製器、２０は第１容器、２２は第１水精製材、２３は第１入口ポート、２４は第１出口ポート、３は回収水精製器、３０は第２容器、３２は第２水精製材、３３は第２入口ポート、３４は第２出口ポート、７は精製水タンク、７０はレベルセンサ、８は逆Ｕ字管、８１は第１流路、８２は第２流路、８３は第３流路、４は改質器、４０は蒸発部、４２はアノードガス凝縮器、４３はアノードオフガス凝縮器、４４は排気熱交換器、４７はカソードオフガス凝縮器を示す。

Claims (5)

1. 燃料電池システムの改質器に水蒸気を供給する蒸発部と水道源とを繋ぐ水路と、前記水路に設けられ水道水を精製する水道水精製器と、前記水路において前記水道水精製器に対して直列に設けられ前記燃料電池システムにおいて生成された凝縮水を回収した回収水を精製する回収水精製器とを具備しており、
   前記水道水精製器は前記回収水精製器よりも上流に、前記回収水精製器は前記水道水精製器よりも下流に配置されており、
   水道水を前記水道水精製器で精製させた後、前記回収水精製器で精製させることを特徴とする燃料電池システム用水精製装置。
2. 請求項１において、前記水道水精製器は、第１容器と、前記第１容器に収容された水を精製させる精製能力を有する第１水精製材とを備えており、前記第１容器の中間高さ位置よりも下部に第１入口ポートを有し、前記第１水精製材よりも上方に第１出口ポートを有することを特徴とする燃料電池システム用水精製装置。
3. 請求項１または２において、前記回収水精製器は、第２容器と、前記第２容器に収容された水を精製させる精製能力を有する第２水精製材とを備えており、前記第２容器内の前記第２水精製材よりも上方に第２入口ポートを有し、前記第２入口ポートよりも下方に第２出口ポートを有することを特徴とする燃料電池システム用水精製装置。
4. 請求項１〜３のうちの一項において、精製水を貯蔵する精製水タンクが前記回収水精製器の下流に設けられており、前記回収水精製器の前記第２出口ポートは、逆Ｕ字管により前記精製水タンクに連通しており、前記逆Ｕ字管で通水するとき前記逆Ｕ字管において空気を残留させ得るように設定されていることを特徴とする燃料電池システム用水精製装置。
5. 請求項１〜４のうちの一項において、前記水道水精製器および前記回収水精製器のうちの少なくとも一方の水面または水面付近には、抗菌剤が設けられていることを特徴とする燃料電池システム用水精製装置。

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