JP2015191766A - 燃料電池装置の浄水構造 - Google Patents

Abstract

【課題】イオン交換樹脂の交換の作業効率を向上すると共に、イオン交換樹脂の交換の際の水漏れを防止することができる燃料電池装置の浄水構造を提供する。
【解決手段】浄水部６３は、水タンク６４の上側に配置されると共に、水タンク６４の上端部６４ａに連結される。従って、イオン交換樹脂の交換の際に十分な作業スペースを確保することができる。また、浄水部６３と水タンク６４との間には、引き出し構造９０が設けられている。従って、イオン交換樹脂の交換の作業効率を向上できる。また、流路配管７３は、水タンク６４の上端部側面６４ｂに接続されている。このような構成により、イオン交換樹脂を交換する時は、浄水部６３から流路配管７３を取り外せば、流路配管７３内の凝縮水は自重によって水タンク６４内へ移動する。従って、イオン交換樹脂の交換の際に水漏れが生じることを防止できる。
【選択図】図３

Description

本発明は、燃料ガスと酸化剤ガスとを反応させて発電を行なう燃料電池装置の浄水構造に関し、さらにはイオン交換樹脂を有する浄水部と、当該浄水部で浄化された凝縮水を貯留する水タンクとを一体化した構造を備えることでメンテナンス性を向上させた燃料電池装置の浄水構造に関する。

従来の燃料電池装置の浄水構造として、イオン交換樹脂を有する浄水部と、浄水部で浄化された凝縮水を貯留する水タンクと、を備えたものが知られている（特許文献１）。この特許文献１には、水タンクに対して水平方向に隣り合う位置に浄水部が配置されている。また、浄水部で浄化された凝縮水を水タンクへ供給するための流路配管は、浄水部の下端部側面に接続されると共に、水タンクの下端部側面に接続されている。

特開２０１３−１８２８３２号公報

ここで、イオン交換樹脂は定期的な交換が必要である。上述の燃料電池装置の浄水構造にあっては、水タンクと浄水部とが横並びに配置されるため、燃料電池装置内において水タンク及び浄水部が占めるスペースが大きくなる。従って、イオン交換樹脂の交換時には、浄水部を取り外す作業を行うための作業スペースが十分でない場合があった。更に、浄水部と水タンクが分離されて互いに異なる位置に配置されているため、イオン交換樹脂を交換して再び装置に組み付ける時には、浄水部の固定位置を調整する必要があった。従って、イオン交換樹脂の交換時における作業効率が低下する場合があった。また、交換時におけるイオン交換樹脂は水で満たされた状態であるため、浄水部と水タンクとを接続する流路配管を取り外すときに、装置内部に水が漏れる可能性があった。

本発明は上述のような課題を解決するためになされたものであり、イオン交換樹脂の交換の作業効率を向上すると共に、イオン交換樹脂の交換の際の水漏れを防止することができる燃料電池装置の浄水構造を提供することを目的とする。

本発明に係る燃料電池装置の浄水構造は、イオン交換樹脂を有する浄水部と、浄水部で浄化された凝縮水を貯留する水タンクと、を備え、凝縮水を反応流体の一つとして発電を行う燃料電池装置の浄水構造であって、浄水部は、水タンクの上側に配置されると共に、水タンクの上端部に連結され、浄水部と水タンクとの間には、浄水部を水タンクの上端部に沿って引き出し及び収納可能である引き出し構造が設けられ、浄水部と水タンクとを接続する凝縮水の流路配管は、水タンクの上端部側面に接続されている。

このような燃料電池装置の浄水構造によれば、浄水部は、水タンクの上側に配置されると共に、水タンクの上端部に連結される。従って、燃料電池装置において浄水部及び水タンクが占める平面面積を低減することができるため、イオン交換樹脂の交換の際に十分な作業スペースを確保することができる。また、浄水部と水タンクとの間には、浄水部を水タンクの上端部に沿って引き出し及び収納可能である引き出し構造が設けられている。このような構造により、イオン交換樹脂を交換するときは浄水部を水タンクの上端部に沿って引き出すだけで容易に取り外すことができ、交換後は水タンクの上端部に沿って収納するだけで容易に設置することができる。従って、イオン交換樹脂の交換の作業効率を向上できる。また、浄水部が水タンクの上側に配置されると共に、浄水部と水タンクとを接続する凝縮水の流路配管は、水タンクの上端部側面に接続されている。このような構成により、イオン交換樹脂を交換する時は、浄水部から流路配管を取り外せば、流路配管内の凝縮水は自重によって水タンク内へ移動する。従って、イオン交換樹脂の交換の際に水漏れが生じることを防止できる。以上によって、イオン交換樹脂の交換の作業効率を向上すると共に、イオン交換樹脂の交換の際の水漏れを防止することができる。

本発明に係る燃料電池装置の浄水構造において、引き出し構造は、浄水部の引き出し方向に沿った往復移動を可能とすると共に、引き出し方向に対する横方向への移動を規制するガイド部と、浄水部を引き出し方向における前方側から収納して収納位置に達したときに、浄水部の後方側への移動を規制する移動規制部と、を備えてよい。これによって、浄水部をガイド部に沿って前方側へ移動させるだけで容易に引き出すことができる。また、浄水部の収納時は、浄水部をガイド部に沿って後方側へ移動させると共に、収納位置まで達したときは移動規制部で浄水部の移動が規制されるため、浄水部の固定位置の調整作業を不要とすることができる。

本発明に係る燃料電池装置の浄水構造において、水タンクに凍結を防止する凍結防止用ヒータが設けられ、凍結防止用ヒータは、水タンクを介して浄水部に当該凍結防止用ヒータで発熱した熱を伝達してよい。これによって、水タンクに設けられた凍結防止用ヒータの熱を伝熱させて、浄水部の凍結を防止するために用いることができる。これによって、水タンクと浄水部とで凍結防止用ヒータを共有することができる。

本発明に係る燃料電池装置の浄水構造において、上下方向から見て、浄水部の底部の形状は、水タンクの上端部の形状と略同一であってよい。これによって、水タンクの凍結防止用ヒータの熱が、浄水部に効率よく伝達することができる。

本発明に係る燃料電池装置の浄水構造において、浄水部は、内部にイオン交換樹脂が充填された水流路を備え、水流路には、水平方向に対向する第１の隔壁及び第２の隔壁が交互に設けられ、第１の隔壁は、浄水部の上壁から底壁側へ向かって延びると共に、底壁から離間し、第２の隔壁は、浄水部の底壁から上壁側へ向かって延びると共に、上壁から離間してよい。このような構成により、浄水部の水流路内の凝縮水を水圧によって下流側へ流すことができる。

本発明に係る燃料電池装置の浄水構造において、流路配管の水タンクに対する接続部は、水タンク内に所定量以上の凝縮水が貯留された時に外部に凝縮水を排出するオーバーフロー部よりも高い位置に配置されていてよい。これによって、水タンク内の凝縮水が流路配管の接続部から漏れることを確実に防止することができる。

本発明によれば、イオン交換樹脂の交換の作業効率を向上すると共に、イオン交換樹脂の交換の際の水漏れを防止することができる。

図１は、本発明の実施形態における燃料電池装置のブロック図である。 図２は、燃料電池装置を模式的に示す斜視図である。 図３は、浄水部及び水タンクの概略断面図である。 図４は、引き出し機構を示す模式図である。 図５は、ガイド部の例を示す図である。 図６は、移動規制部の例を示す図である。 図７は、比較例に係る浄水構造を示す概念図である。

図１は、本発明の実施形態における燃料電池装置のブロック図である。なお、本実施形態では、燃料電池装置として、家庭用電源として用いられ得る固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）を備える燃料電池装置を例にとって説明するが、燃料電池装置の種類はこれに限らない。例えば、燃料電池装置として、固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ）を備える燃料電池装置等の種類の燃料電池装置を採用してもよい。

図１に示すように、燃料電池装置１００は、発電部１と、排ガス処理部２と、熱交換器３と、パワーコンディショナー（以下、「ＰＣＳ」という）５と、制御ユニット６と、箱状の筐体７と、を含んで構成される。発電部１は、後述する燃料電池スタック１２を含む。排ガス処理部２では、発電部１より排出される排ガスが浄化される。熱交換器３では、排ガス処理部２にて浄化された排ガスの熱を回収して温水を得る。ＰＣＳ５では、発電部１の発電電力を取り出す。筐体７は、発電部１、排ガス処理部２、熱交換器３、ＰＣＳ５、及び制御ユニット６を収容する。なお、図１は燃料電池装置１００の各構成部品のブロック図であるため、各構成部品の位置関係は模式的に示されている。

筐体７内の発電部１は、箱状のケーシング１０内に、改質器１１と、燃料電池スタック１２（複数の燃料電池セル１３の組立体）と、オフガス燃焼部１４とを配置して構成される。すなわち、ケーシング１０は、発電部１の外枠体であり、改質器１１と、燃料電池スタック１２と、オフガス燃焼部１４とを取り囲んでいる。ケーシング１０は耐熱性金属により形成され得る。ここで、燃料電池スタック１２及び燃料電池セル１３は、本発明の燃料電池に対応するものである。

図１に示すように、筐体７の外部からケーシング１０の内部へ、原燃料の供給流路２０が設けられている。ここで、原燃料としては、例えば、炭化水素系燃料が用いられる。炭化水素系燃料としては、分子中に炭素と水素とを含む化合物（酸素等、他の元素を含んでいてもよい）若しくはそれらの混合物が用いられ、例えば、炭化水素類、アルコール類、エーテル類、バイオ燃料が挙げられる。具体的には、炭化水素類として、メタン、エタン、プロパン、ブタン、天然ガス、ＬＰＧ（液化石油ガス）、都市ガス、ガソリン、ナフサ、灯油、軽油が挙げられる。アルコール類として、メタノール、エタノールが挙げられる。エーテル類として、ジメチルエーテルが挙げられる。バイオ燃料として、バイオガス、バイオエタノール、バイオディーゼル、バイオジェットが挙げられる。

図１に示すように、原燃料の供給流路２０のうち筐体７の内部に位置する部分には、上流側から下流側に向かって順に、脱硫器２１と、流量センサ２２と、バッファタンク２３と、ポンプ等によって構成される原燃料供給部２４と、混合タンク２５とが設けられている。脱硫器２１では、原燃料中の硫黄化合物が除去される。流量センサ２２では、原燃料の流量が検出される。この流量センサ２２からの流量検出信号は、図示しない信号線を介して、制御ユニット６に伝達される。バッファタンク２３は、原燃料の供給流路２０と比較して断面積が大きく形成されており、原燃料の脈動を抑制する機能を有する。混合タンク２５では、原燃料と、後述する改質用空気の供給流路３０からの改質用空気とが混合される。

図１に示すように、筐体７の外部から混合タンク２５へ、改質用空気の供給流路３０が設けられている。改質用空気の供給流路３０のうち筐体７の内部に位置する部分には、上流側から下流側に向かって順に、エアフィルタ３１と、ポンプ等によって構成される改質用空気供給部３２と、流量センサ３３とが設けられている。エアフィルタ３１は、空気中の異物を除去する機能を有する。流量センサ３３では、改質用空気の流量が検出される。この流量センサ３３からの流量検出信号は、図示しない信号線を介して、制御ユニット６に伝達される。

図１に示すように、筐体７内の後述する水タンク６４からケーシング１０内へ、水蒸気改質用の水（改質水）の供給流路４０が設けられている。筐体７内における改質水の供給流路４０には、改質用水供給部４２が設けられている。改質水の流量を検出する必要がある場合には、流量センサ４１が改質水の供給流路４０に更に設けられる。流量センサ４１では、改質水の流量が検出される。この流量センサ４１からの流量検出信号は、図示しない信号線を介して、制御ユニット６に伝達される。

図１に示すように、筐体７の外部からケーシング１０の内部へ、カソード用空気の供給流路５０が設けられている。ここで、カソード用空気の供給流路５０は、その下流側の端部が、燃料電池セル１３の空気極（カソード）に臨んでいる。カソード用空気の供給流路５０のうち筐体７の内部に位置する部分には、上流側から下流側に向かって順に、エアフィルタ５１と、カソード用空気供給部５２と、流量センサ５３とが設けられている。エアフィルタ５１は、空気中の異物を除去する機能を有する。流量センサ５３では、カソード用空気の流量が検出される。この流量センサ５３からの流量検出信号は、図示しない信号線を介して、制御ユニット６に伝達される。ここにおいて、カソード用空気の供給流路５０を流れる空気は、後述する燃料電池セル１３の空気極に供給される酸化剤である。

図１に示す改質器１１は、耐熱性金属により形成されたケース内の空間に改質触媒を充填して構成されている。改質器１１には、原燃料及び改質水の供給流路２０，４０が接続されている。従って、改質器１１は、水を気化させて得た水蒸気の存在下で、原燃料を水蒸気改質反応により改質し、水素リッチな燃料ガス（改質ガス）を生成する。尚、水蒸気改質反応に替えて、部分酸化反応又は自己熱改質反応など、更にはこれらの改質反応の組み合わせなど、水素発生手法として公知な手法によって改質ガスを生成してもよい。ここにおいて、改質器１１で生成される改質ガスは、後述する燃料電池セル１３の燃料極に供給される水素含有燃料である。

燃料電池スタック１２は、複数の固体酸化物形燃料電池セル１３を直列及び／又は並列に接続してなる組立体である。各セル１３は、固体酸化物電解質の両面に燃料極（アノード）と空気極（カソード）を積層してなる。燃料極には改質器１１出口からの改質ガスの供給流路１５により改質ガスが供給される。空気極には、カソード用空気の供給流路５０により空気が供給される。従って、燃料電池セル１３の各々において、空気極にて、下記（１）式の電気化学反応が生起され、燃料極にて、下記（２）式の電気化学反応が生起されて、発電がなされる。
空気極： １／２Ｏ_２＋２ｅ⁻→Ｏ^２−（固体電解質） ・・・（１）
燃料極： Ｏ^２−（固体電解質）＋Ｈ_２→Ｈ_２Ｏ＋２ｅ⁻・・・（２）

オフガス燃焼部１４は、ケーシング１０内に設けられている。オフガス燃焼部１４では、燃料電池スタック１２での余剰の改質ガス（アノードオフガス）を余剰の空気の存在下で燃焼させる。ケーシング１０は、オフガス燃焼部１４で発生する燃焼熱により、改質器１１及び燃料電池スタック１２を高温状態に維持する。

ケーシング１０には、その内部での燃焼によって生成された高温の排ガスを浄化する排ガス処理部２が接続されている。排ガス処理部２は、例えば、金属製のケース内の室に燃焼触媒を充填して構成される。排ガス処理部２では、排ガス中に含まれる一酸化炭素や水素などの成分が、燃焼触媒により浄化処理される。

図１に示すように、排ガス処理部２には、排ガス処理部２で処理された後の排ガスと水とで熱交換を行う熱交換器３が接続されている。熱交換器３では、発電部１の廃熱（燃料電池スタック１２で発生する熱を含む排ガスの熱）を回収して温水を得る。熱交換器３を通過した排ガスは、排ガス流路１６を介して、筐体７の外部に排出される。

熱交換器３は、図示しない給湯装置（筐体７とは別の筐体）の貯湯槽と熱媒体循環流路６０により接続されている。筐体７内の熱媒体循環流路６０には、適宜の供給量制御装置としてのポンプ６１が設けられている。

熱交換器３内の排ガス流路では、熱媒体循環流路６０との熱交換により排ガス中の水分が凝縮する。このため、熱交換器３内の排ガス流路の途中には、凝縮水の回収流路６２が接続されている。筐体７内の凝縮水の回収流路６２には、浄水部６３が設けられている。浄水部６３は、例えばイオン交換樹脂を含んで構成される。また、筐体７内の凝縮水の回収流路６２の下流端は水タンク６４に接続されている。

熱交換器３での熱交換により生成された凝縮水は、凝縮水の回収流路６２を通り、浄水部６３で処理されて、水タンク６４に貯留される。水タンク６４に貯留された水は、前述の改質用水供給部４２により吸引され、改質水の供給流路４０を通って、改質器１１に供給される。このように、燃料電池装置１００は、凝縮水を反応流体の一つとして発電を行う。

ＰＣＳ５は、発電部１の燃料電池スタック１２で発生した直流電力を取り出すものである。また、ＰＣＳ５はインバータを備え、直流電力を交流電力に変換して、図示しない家庭内負荷（電気機器）に供給する。尚、燃料電池スタック１２の発電電力が家庭内負荷の需要電力に満たない場合は、不足分として、図示しない系統電源からの系統電力が家庭内負荷に供給される。

制御ユニット６は、燃料電池スタック１２の発電電力や、熱交換に用いる熱媒体を循環させるためのポンプ６１の運転などを制御するものである。制御ユニット６はマイクロコンピュータにより構成される。このマイクロコンピュータはＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、及び入出力インターフェイスなどを備えている。

制御ユニット６による発電電力の制御は、供給部２４，３２，４２を介して改質器１１への原燃料、改質水、改質用空気の供給量を制御して、燃料電池スタック１２への改質ガス（アノードガス）の供給量を制御することによって、また、供給部５２を介して燃料電池スタック１２への空気（カソードガス）の供給量を制御することによって、行われる。従って、制御ユニット６は、家庭内負荷の需要電力に応じて、定格最大発電電力の範囲内で、燃料電池スタック１２の発電電力目標値を設定し、これに従って（発電電力目標値を得るように）、燃料、水、及び空気の供給量を制御することにより、燃料電池スタック１２の発電電力を制御する。

制御ユニット６はまた、ＰＣＳ５を制御する。具体的には、燃料電池スタック１２の発電電力目標値に基づいて、燃料電池スタック１２から取り出す電流を設定・制御する。より詳しくは、燃料電池スタック１２の発電電力目標値を燃料電池スタック１２の出力電圧（瞬時値）で除算して、電流目標値を設定し、この電流目標値に従って、燃料電池スタック１２から取り出す電流を制御する。

次に、図２〜図５を参照して、本実施形態に係る燃料電池装置１００の浄水構造１５０について説明する。図２及び図３に示すように、浄水部６３は、水タンク６４の上側に配置されると共に、水タンク６４の上端部６４ａに連結されている。浄水部６３は、水タンク６４の上端部６４ａに載置された状態にて、当該水タンク６４に連結されている。浄水部６３は、水タンク６４と直接密着する態様にて水タンク６４と連結されていてもよい。すなわち、浄水部６３の底部６３ａと水タンク６４の上端部６４ａとが、一部又は全面において互いに接触する態様にて、浄水部６３が水タンク６４と連結されてよい。また、浄水部６３と水タンク６４との間に別部材が介在しており、浄水部６３が間接的に水タンク６４と連結されてもよい。ただし、介在する別部材は、水タンク６４に設けられた凍結防止用ヒータ７１の熱が浄水部６３へ伝達されることを遮断しない部材が採用される。また、浄水部６３と水タンク６４との間には、引き出し構造９０が設けられる。

水タンク６４には、凍結を防止する凍結防止用ヒータ７１が設けられる（図２参照）。凍結防止用ヒータ７１は、水タンク６４のみに設けられ、浄水部６３には設けられていない。凍結防止用ヒータ７１は、水タンク６４を介して浄水部６３に当該凍結防止用ヒータ７１で発熱した熱を伝達する。凍結防止用ヒータ７１は、例えば、水タンク６４の側壁部に設けられた状態で断熱材に覆われる。これによって、凍結防止用ヒータ７１の熱は、水タンク６４の側壁部から上端部６４ａへ伝達され、上端部６４ａから底部６３ａを介して浄水部６３に伝達される。凍結防止用ヒータ７１として、例えばシーズヒータ、フロアヒータ等が適用される。

本実施形態において、水タンク６４は、矩形箱状の形状をなしている。また、浄水部６３は、水タンク６４の形状に対応し、矩形箱状の形状をなしている。浄水部６３は、水平方向に延びる辺の寸法が、高さ寸法よりも大きい扁平な箱体である。浄水部６３の底部６３ａは矩形状に広がる平面を有しており、水タンク６４の上端部６４ａは矩形状に広がる平面を有している。従って、浄水部６３が水タンク６４に密着して連結される場合、浄水部６３の底部６３ａの平面と水タンク６４の上端部６４ａの平面が互いに密着する。これによって、水タンク６４と浄水部６３との間の接触面積を広く確保することができ、水タンク６４に設けられた凍結防止用ヒータ７１の熱が、浄水部６３に伝達され易くなる。上下方向から見て、浄水部６３の底部６３ａの形状は、水タンク６４の上端部６４ａの形状と略同一である。すなわち、上下方向から見たときの浄水部６３の底部６３ａの外形形状が、水タンク６４の上端部６４ａの外形形状と略同一である。なお、略同一とは、底部６３ａと上端部６４ａの形状が完全に一致しているのみならず、寸法誤差の範囲で若干形状や大きさが異なる場合も含まれるものとする。ただし、浄水部６３の底部６３ａと水タンク６４の上端部６４ａとが略同形状でなくともよく、例えば、水タンク６４の上端部６４ａが浄水部６３の底部６３ａより大きくてもよく、浄水部６３の底部６３ａが水タンク６４の上端部６４ａより大きくてもよい。

次に、図３を参照して浄水部６３の内部構造、及び配管構成について説明する。浄水部６３は、凝縮水を浄水部６３の内部へ流入させるための流入口６６と、凝縮水を浄水部６３の外部へ流出させる流出口６７と、を備えている。流入口６６及び流出口６７は、浄水部６３の上端部６３ｂに形成されている。また、流入口６６及び流出口６７は、凝縮水が漏れないように、上方へ向かって開口している。図３に示す例では、流入口６６は、浄水部６３の水平方向における一端側の側壁６３ｃ寄りの位置に配置されており、流出口６７は、他端側の側壁６３ｄ寄りの位置に配置されている。流入口６６には、熱交換器３から延びる凝縮水の流路配管７２が接続されている。熱交換器３からの凝縮水は、流路配管７２及び流入口６６を介して浄水部６３に供給される。

また、流出口６７には、浄水部６３と水タンク６４とを接続する凝縮水の流路配管７３が接続されている。また、流路配管７３は、水タンク６４の上端部側面６４ｂに接続されている。上端部側面６４ｂとは、水タンク６４の側面のうち、上端部６４ａ付近の領域を示す。流路配管７３の水タンク６４に対する接続部７４は、上端部側面６４ｂから水平方向へ向かって水タンク６４の外部へ開口している。ここで、水タンク６４の上端部側面６４ｂには、水タンク６４内に所定量以上の凝縮水が貯留された時に外部に凝縮水を排出するオーバーフロー部７６が形成されている。オーバーフロー部７６は、水タンク６４の上端部側面６４ｂから外部へ向かって延びる配管によって構成されている。接続部７４は、オーバーフロー部７６よりも高い位置に配置されている。これにより、接続部７４は、水タンク６４に貯留される凝縮水の最大時の水面ＷＦよりも高い位置に配置される。従って、水タンク６４内の凝縮水が接続部７４から漏れることが確実に防止される。以上のような構成により、流出口６７から延びた流路配管７３は、接続部７４へ向けて下方へ延びて当該接続部７４へ接続される。なお、上述の流入口６６と流路配管７２との間の接続、流出口６７と流路配管７３との間の接続、及び接続部７４と流路配管７２との間の接続についての接続方法は特に限定されないが、メンテナンス性の観点からクイックファスナーホースバンド接続を採用してもよい。

浄水部６３は、内部にイオン交換樹脂ＥＲ（図３においてグレースケールで示す領域）が充填された水流路８０を備えている。水流路８０は、一端側の側壁６３ｃ寄りの位置に設けられた流入口６６と、他端側の側壁６３ｄ寄りの位置に設けられた流出口６７との間に形成されている。水流路８０には、水平方向に対向する第１の隔壁８１及び第２の隔壁８２が交互に設けられる。第１の隔壁８１及び第２の隔壁８２は、流入口６６と流出口６７との間で所定の間隔で複数枚配置されている。また、第１の隔壁８１は、浄水部６３の上壁６３ｅから底壁６３ｆ側へ向かって延びると共に、底壁６３ｆから離間している。第１の隔壁８１と底壁６３ｆとの間の隙間は、凝縮水の流れが下方から上方へ反転する反転部８３として機能する。また、第２の隔壁８２は、浄水部６３の底壁６３ｆから上壁６３ｅ側へ向かって延びると共に、上壁６３ｅから離間している。第２の隔壁８２と上壁６３ｅとの間の隙間は、凝縮水の流れが上方から下方へ反転する反転部８４として機能する。このように、凝縮水の流れ方向を上下方向に反転させる反転部８３，８４が、複数設けられている。従って、水流路８０は、反転部８３，８４により縦方向に蛇行するとともに、凝縮水が水圧により下流側へ供給される。従って、浄水部６３が矩形箱状の形状をなすと共に、流入口６６及び流出口６７が上端部６３ｂに形成される構造を採用した場合であっても、凝縮水は浄水部６３内部に満たされ、イオン交換樹脂ＥＲによって十分に浄化される。

次に、図４及び図５を参照して、引き出し構造９０について説明する。引き出し構造９０は、浄水部６３を水タンク６４の上端部６４ａに沿って引き出し及び収納可能とする構造である。なお、本実施形態では水タンク６４の上端部６４ａは水平方向に広がるように構成されているため、浄水部６３を水タンク６４の上端部６４ａに沿って引き出した場合、浄水部６３は水平方向に引き出されるような構成となる。また、作業者が筐体７の蓋面を開放したときに浄水部６３を引き出せることができるように、引き出し構造９０は、燃料電池装置１００の蓋面から浄水部６３を引き出し可能であることが好ましい。筐体７の前面が開放される場合、引き出し構造９０は、燃料電池装置１００の前方から浄水部６３を引き出し可能であることが好ましい。なお、浄水部６３を収納する状態とは、浄水部６３を水タンク６４の上端部６４ａに連結させた状態（燃料電池装置１００を稼働させるときの状態）のことを示す。また、そのときの浄水部６３の位置を収納位置と称する。以下の説明では、浄水部６３を引き出すときの進行方向を「前」とし、浄水部６３を収納するときの進行方向を「後」として説明を行う。

図４（ａ）に示す引き出し構造９０Ａは、ガイド部９１と、移動規制部９２と、を備えている。ガイド部９１は、浄水部６３の引き出し方向Ｄ１に沿った往復移動を可能とすると共に、引き出し方向Ｄ１に対する横方向への移動を規制する。また、移動規制部９２は、浄水部６３を引き出し方向Ｄ１における前方側から収納して収納位置に達したときに、浄水部６３の後方側への移動を規制する。ガイド部９１は、水タンク６４の上端部６４ａのうち、前側から見たときの左右の両縁部に一対設けられている。また、移動規制部９２は、水タンク６４の上端部６４ａのうち、後側の縁部に設けられている。なお、ガイド部９１は、左右の両縁部ではなく、水タンク６４の上端部６４ａの横方向における中央付近に設けられていてもよい。

ここで、ガイド部９１は、浄水部６３の引き出し方向Ｄ１に沿った往復移動を可能とすると共に、引き出し方向Ｄ１に対する横方向への移動を規制する構成であれば、どのような構成を採用してもよい。図５（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ），（ｅ）は、ガイド部９１を前側から見たときの拡大断面図である。例えば、図５（ａ）に示すように、水タンク６４の上端部側面６４ｂに板状のレール部９１Ａを設けることでガイド部９１を構成してもよい。板状のレール部９１Ａは、水タンク６４の上端部６４ａよりも上方まで延びており、上端部６４ａの縁部に沿って前後方向に延びている。浄水部６３の収納状態においては、浄水部６３は、左右両側の側面を一対の板状のレール部９１Ａで挟み込まれるような状態となる。浄水部６３を引き出す場合は、浄水部６３は一対の板状のレール部９１Ａに挟まれることによって横方向への移動が規制された状態で前方へ移動する。また、浄水部６３が引き出された状態から収納された状態とする場合は、浄水部６３は一対の板状のレール部９１Ａに挟まれることによって横方向への移動が規制された状態で後方へ移動する。あるいは、図５（ｂ）に示すように、水タンク６４の上端部６４ａに前後方向に延びる溝状のレール部９１Ｂを形成することによってガイド部９１を構成してもよい。このとき、浄水部６３の底部６３ａには溝状のレール部９１Ｂに嵌り込むように突出した被ガイド部９４Ｂが形成される。この被ガイド部９４Ｂは、浄水部６３の底部６３ａの縁部に沿って前後方向に延びている。なお、水タンク６４の上端部６４ａに突出して前後方向に延びるレール部を形成し、浄水部６３の底部６３ａに溝状の被ガイド部を形成してもよい。あるは、図５（ｃ）に示すように、水タンク６４の上端部６４ａに前後方向に延びる段差状のレール部９１Ｃを形成することによってガイド部９１を構成してもよい。このとき、浄水部６３の底部６３ａにはレール部９１Ｃと対応する形状の段差状の被ガイド部９４Ｃが形成される。この段差状の被ガイド部９４Ｃは、浄水部６３の底部６３ａの縁部に沿って前後方向に延びている。なお、図５（ｃ）では、水タンク６４の上端部６４ａの縁部が上方に突出するような段差が設けられて、浄水部６３の底部６３ａの縁部が上方へ窪むような段差が設けられている。これに代えて、水タンク６４の上端部６４ａの縁部が下方に窪むような段差が設けられて、浄水部６３の底部６３ａの縁部が下方へ突出するような段差が設けられていてもよい。あるいは、図５（ｄ）に示すように、水タンク６４の上端部側面６４ｂから外側及び上方へ突出して前後方向に延びるレール部９１Ｄを形成することによってガイド部９１を構成してもよい。このとき、浄水部６３の下端部側面６３ｈがレール部９１Ｄにガイドされる。あるいは、図５（ｅ）に示すように、浄水部６３の下端部側面６３ｈから外側及び下方へ突出して前後方向に延びるレール部９１Ｅを形成することによって被ガイド部を構成してもよい。このとき、水タンク６４の上端部側面６４ｂがガイド部として機能する。

移動規制部９２は、浄水部６３を引き出し方向Ｄ１における前方側から収納して収納位置に達したときに、浄水部６３の後方側への移動を規制する構成であれば、どのような構成を採用してもよい。例えば、水タンク６４の上端部６４ａの後側の縁部に、図５（ａ）に示すような板状のストッパを設けることによって移動規制部９２を構成してもよく、突出形状や段差形状のストッパを設けることによって移動規制部９２を構成してもよい。これらのストッパは、上端部６４ａの後側の縁部に沿って横方向の全領域に設けられていてもよく、浄水部６３の移動を規制できる限り、一部の領域にのみ設けられていてもよい。また、図５（ｂ）に示すように、水タンク６４の上端部６４ａに溝状のレール部９１Ｂを形成した場合、レール部９１Ｂの前後方向における後端側の溝を埋めることによって、移動規制部９２を構成してもよい。以上のような構成により、浄水部６３の前方側からの収納が完了したとき、浄水部６３が移動規制部９２を構成するストッパと当接することによって、浄水部６３の後方側へのそれ以上の移動が規制される。

また、図４（ｂ）に示す引き出し構造９０Ｂでは、浄水部６３側に移動規制部９３が設けられている。具体的には、移動規制部９３は、浄水部６３の前側の側壁６３ｇから底部６３ａよりも下方へ向かって延びる板状のストッパによって構成されている。なお、ストッパは、図４（ｂ）のように浄水部６３の前側の側壁６３ｇに沿って横方向の全域に設けてもよく、図６（ａ）に示すように、側壁６３ｇの横方向における両端側の一部に部分的にストッパを設けてもよい。また、図６（ｂ）に示すように、側壁６３ｇの横方向における中央側の一部に部分的にストッパを設けてもよい。以上のような構成により、浄水部６３の前方側からの収納が完了したとき、水タンク６４の前側の側壁が浄水部６３において移動規制部を構成するストッパと当接することによって、浄水部６３の後方側へのそれ以上の移動が規制される。

次に、本実施形態に係る燃料電池装置１００の浄水構造１５０の作用・効果について説明する。

まず、図７を参照して比較例に係る浄水構造について説明する。図７（ａ）及び図７（ｂ）に示すように、比較例に係る浄水構造においては、水タンク６４に対して水平方向に隣り合う位置に浄水部１６３が配置されている。この浄水部１６３は、上下方向に延びる円筒状の形状をなしている。また、浄水部で浄化された凝縮水を水タンクへ供給するための流路配管１７３は、図７（ａ）においては浄水部１６３の下端部側面に接続されると共に、水タンク６４の下端部側面に接続されている。また、図７（ｂ）においては、浄水部１６３の下端部側面に接続されると共に、水タンク６４の上端部側面に接続されている。

ここで、イオン交換樹脂は定期的な交換が必要である。図７に示す燃料電池装置の浄水構造にあっては、燃料電池装置内において水タンク６４及び浄水部１６３が占めるスペースが大きくなる。従って、イオン交換樹脂の交換時には、浄水部１６３を取り外す作業を行うための作業スペースが十分でない場合があった。更に、浄水部１６３と水タンク６４が互いに異なる位置に配置されているため、イオン交換樹脂を交換して再び装置に組み付ける時には、浄水部１６３の固定位置を調整する必要があった。従って、イオン交換樹脂の交換時における作業効率が低下する場合があった。また、交換時におけるイオン交換樹脂は水で満たされた状態である。従って、図７（ａ）に示す接続構造によれば、浄水部１６３と水タンク６４とを接続する流路配管１７３を取り外すときに、装置内部に水が漏れる可能性があった。図７（ｂ）に示す接続構造においても、水タンク６４の上端部側面から流路配管１７３を取り外すと、流路配管１７３内に水が残留することで、装置内部に水が漏れる可能性があった。

これに対し、本実施形態に係る燃料電池装置１００の浄水構造１５０によれば、浄水部６３は、水タンク６４の上側に配置されると共に、水タンク６４の上端部６４ａに連結される。従って、燃料電池装置１００において浄水部６３及び水タンク６４が占める平面面積を低減することができるため、イオン交換樹脂の交換の際に十分な作業スペースを確保することができる。また、浄水部６３と水タンク６４との間には、浄水部６３を水タンク６４の上端部６４ａに沿って引き出し及び収納可能である引き出し構造９０が設けられている。このような構造により、イオン交換樹脂を交換するときは浄水部６３を水タンク６４の上端部６４ａに沿って引き出すだけで容易に取り外すことができ、交換後は水タンク６４の上端部６４ａに沿って収納するだけで容易に設置することができる。従って、イオン交換樹脂の交換の作業効率を向上できる。また、浄水部６３が水タンク６４の上側に配置されると共に、浄水部６３と水タンク６４とを接続する凝縮水の流路配管７３は、水タンク６４の上端部側面６４ｂに接続されている。このような構成により、イオン交換樹脂を交換する時は、浄水部６３から流路配管７３を取り外せば、流路配管７３内の凝縮水は自重によって水タンク６４内へ移動する。従って、イオン交換樹脂の交換の際に水漏れが生じることを防止できる。以上によって、イオン交換樹脂の交換の作業効率を向上すると共に、イオン交換樹脂の交換の際の水漏れを防止することができる。

本実施形態に係る燃料電池装置１００の浄水構造１５０において、引き出し構造９０は、浄水部６３の引き出し方向Ｄ１に沿った往復移動を可能とすると共に、引き出し方向Ｄ１に対する横方向への移動を規制するガイド部９１と、浄水部６３を引き出し方向Ｄ１における前方側から収納して収納位置に達したときに、浄水部６３の後方側への移動を規制する移動規制部９２，９３と、を備えている。これによって、浄水部６３をガイド部９１に沿って前方側へ移動させるだけで容易に引き出すことができる。また、浄水部６３の収納時は、浄水部６３をガイド部９１に沿って後方側へ移動させると共に、収納位置まで達したときは移動規制部９２，９３で浄水部６３の移動が規制されるため、浄水部６３の固定位置の調整作業を不要とすることができる。

本実施形態に係る燃料電池装置１００の浄水構造１５０において、水タンク６４に凍結を防止する凍結防止用ヒータ７１が設けられ、凍結防止用ヒータ７１は、水タンク６４を介して浄水部６３に当該凍結防止用ヒータ７１で発熱した熱を伝達する。これによって、水タンク６４に設けられた凍結防止用ヒータ７１の熱を浄水部６３の凍結を防止するために用いることができる。これによって、水タンク６４と浄水部６３とで凍結防止用ヒータ７１を共有することができる。従来の構造のように、水タンクと、浄水部とが離れた構造であれば、各々に凍結防止用ヒータが必要となり、構造が複雑となり、かつコストを要する。

本実施形態に係る燃料電池装置１００の浄水構造１５０において、上下方向から見て、浄水部６３の底部６３ａの形状は、水タンク６４の上端部６４ａの形状と略同一である。これによって、水タンク６４の凍結防止用ヒータ７１の熱を浄水部６３に伝達する際の伝達効率を向上することができる。

本実施形態に係る燃料電池装置１００の浄水構造１５０において、浄水部６３は、内部にイオン交換樹脂が充填された水流路８０を備える。水流路８０には、水平方向に対向する第１の隔壁８１及び第２の隔壁８２が交互に設けられている。第１の隔壁８１は、浄水部６３の上壁６３ｅから底壁６３ｆ側へ向かって延びると共に、底壁６３ｆから離間している。第２の隔壁８２は、浄水部６３の底壁６３ｆから上壁６３ｅ側へ向かって延びると共に、上壁６３ｅから離間してよい。このような構成により、浄水部６３の水流路８０内の凝縮水を水圧によって下流側へ流すことができる。

本実施形態に係る燃料電池装置１００の浄水構造１５０において、流路配管７３の水タンク６４に対する接続部７４は、水タンク６４内に所定量以上の凝縮水が貯留された時に外部に凝縮水を排出するオーバーフロー部７６よりも高い位置に配置されていている。これによって、流路配管７３内に溜まった凝縮水は水タンク６４に自重で落下するため、必ず空洞となっており、浄水部６３を取り外して部品交換する場合において、水タンク６４内の凝縮水が流路配管７３の接続部７４から漏れることを確実に防止することができる。

本発明は、上述の実施形態に限定されるものではない。

例えば、浄水部及び水タンクの形状は特に限定されるものではない。例えば、上述の実施形態では、浄水部として矩形箱状のものを例示したが、浄水部の形状を扁平な円筒形状等にしてもよい。また、上述の実施形態では、引き出し構造は、移動規制部によって収納時の浄水部の位置決めを行うことができるものであったが、移動規制部を設けなくともよい。例えば、作業者が手動で浄水部の位置決めを行い、ビス等で固定をしてもよい。

６３…浄水部、６４…水タンク、６７…流出口、７１…凍結防止用ヒータ、７３…流路配管、７６…オーバーフロー部、８０…水流路、８１…第１の隔壁、８２…第２の隔壁、９０…引き出し構造、９１…ガイド部、９２，９３…移動規制部、１００…燃料電池装置、１５０…浄水構造。

Claims (7)

1. イオン交換樹脂を有する浄水部と、
   前記浄水部で浄化された凝縮水を貯留する水タンクと、を備え、
   前記凝縮水を反応流体の一つとして発電を行う燃料電池装置の浄水構造であって、
   前記浄水部は、前記水タンクの上側に配置されると共に、前記水タンクの上端部に連結され、
   前記浄水部と前記水タンクとの間には、前記浄水部を前記水タンクの前記上端部に沿って引き出し及び収納可能である引き出し構造が設けられ、
   前記浄水部と前記水タンクとを接続する前記凝縮水の流路配管は、前記水タンクの上端部側面に接続されている、燃料電池装置の浄水構造。
2. 前記浄水部の前記凝縮水の前記流路配管への流出口は、前記浄水部の上端部に形成されている、請求項１に記載の燃料電池装置の浄水構造。
3. 前記引き出し構造は、
   前記浄水部の引き出し方向に沿った往復移動を可能とすると共に、前記引き出し方向に対する横方向への移動を規制するガイド部と、
   前記浄水部を前記引き出し方向における前方側から収納して収納位置に達したときに、前記浄水部の後方側への移動を規制する移動規制部と、を備える、請求項１又は２に記載の燃料電池装置の浄水構造。
4. 前記水タンクに凍結を防止する凍結防止用ヒータが設けられ、
   前記凍結防止用ヒータは、前記水タンクを介して前記浄水部に当該凍結防止用ヒータで発熱した熱を伝達する、請求項１〜３の何れか一項に記載の燃料電池装置の浄水構造。
5. 上下方向から見て、前記浄水部の底部の形状は、前記水タンクの前記上端部の形状と略同一である、請求項１〜４の何れか一項に記載の燃料電池装置の浄水構造。
6. 前記浄水部は、内部に前記イオン交換樹脂が充填された水流路を備え、
   前記水流路には、水平方向に対向する第１の隔壁及び第２の隔壁が交互に設けられ、
   前記第１の隔壁は、前記浄水部の上壁から底壁側へ向かって延びると共に、前記底壁から離間し、
   前記第２の隔壁は、前記浄水部の前記底壁から前記上壁側へ向かって延びると共に、前記上壁から離間する、請求項１〜５の何れか一項に記載の燃料電池装置の浄水構造。
7. 前記流路配管の前記水タンクに対する接続部は、前記水タンク内に所定量以上の前記凝縮水が貯留された時に外部に前記凝縮水を排出するオーバーフロー部よりも高い位置に配置されている、請求項１〜６の何れか一項に記載の燃料電池装置の浄水構造。