JP4804699B2 - 燃料電池システム - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、水素などの燃料ガスと酸素などの酸化剤ガスとを用いて発電を行う燃料電池システムに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来の一般的な燃料電池発電システムの概略構成は、図8に表されるものがよく知られている(例えば特開2000−243420の図6)。
【0003】
以下に、図8を用いて、従来の固体高分子型燃料電池発電システムを説明する。
【0004】
水素生成器2は、燃料電池1で残った燃料ガスを燃焼させる改質用のバーナー(図示せず)を備えており、必要に応じてこれに天然ガスなどが加えられ、水素生成器2内を水蒸気改質に必要な温度に維持する。そして、水素生成器2に天然ガスなどの原料ガスが供給され、水蒸気が加えられて水蒸気改質されることにより、水素リッチな燃料ガスを生成し、燃料電池1に供給する。
【0005】
一方、空気などの酸化剤が、必要に応じて空気加湿器3を経由して、燃料電池1に導入される。そして、燃料電池1内において、水素リッチなガスに含まれる水素と、空気に含まれる酸素とが反応して、電気を発生させる。反応に使用されず残った空気は、空気側水凝縮器4に導入され、貯湯水と熱交換することにより、含まれる水蒸気が凝縮水として回収される。回収された凝縮水は、空気側凝縮水用タンク5へ導かれ、改質用の水などとして再利用される。
【0006】
また、貯湯タンク6に貯えられている貯湯水は、ポンプ(図示せず)などにより引かれて空気側水凝縮器4に導入され、空気側凝縮水配管17と熱交換することにより昇温する。昇温された貯湯水は、熱交換器7に導入され、冷却水配管19を介した燃料電池1の冷却水ラインと熱交換してさらに昇温し、貯湯タンク6に返される。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来例のような燃料電池システムにおいて発電を行う際、水回収を空気側のみで行っているため、燃料電池システムに必要な水量の確保が困難であり、水自給率が低く、外部から水を補給する必要があった。一般に補給水には、水道水などが使用されるが、燃料電池システムに悪影響を及ぼす鉄錆、塩素、カルキなどの不純物が多く含まれており、これらの悪影響を排除するためには、フィルターやイオン交換樹脂を用いて除去する必要がある。このため、フィルターやイオン交換樹脂の必要量が多く、交換を頻繁に実施しなければならず、メンテナンスコストが高額となっていた。
【0008】
本発明は、上記従来の燃料電池システムが有する課題を考慮して、水自給率が高く、フィルターやイオン交換樹脂の必要量や、取替えなどのメンテナンス回数が少なく、メンテナンスコストを低減することができる燃料電池システムを提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための、第1の本発明(請求項1に対応)は、燃料ガスラインおよび酸化剤ガスラインを有する燃料電池と、前記酸化剤ガスラインに接続された酸化剤側水凝縮器と、前記酸化剤側水凝縮器に接続された酸化剤側凝縮水回収部と、前記燃料ガスラインに接続され、前記燃料電池より排出され、かつ燃焼前の前記燃料ガスに含まれる水蒸気を凝縮するための燃料側水凝縮器と、前記燃料側水凝縮器に接続された燃料側凝縮水回収部と、前記酸化剤側凝縮水回収部から前記燃料側凝縮水回収部へ水を移動させるための凝縮水通路とを備える、燃料電池システムである。
【0011】
第2の本発明(請求項2に対応)は、前記酸化剤側凝縮水回収部または前記燃料側凝縮水回収部に前記回収部内の水位を感知する水位感知手段が設けられ、前記凝縮水通路に弁が設けられ、前記水位感知手段からの信号に対応して前記弁の開閉が制御される、第1の本発明の燃料電池システムである。
【0012】
第3の本発明(請求項3に対応)は、前記凝縮水通路の一端は、前記酸化剤側凝縮水回収部および前記燃料側凝縮水回収部のうち内部ガス圧力の高い方の回収部の下部に開口し、前記凝縮水通路の他端が、内部ガス圧力の低い方の回収部の上部に開口し、前記凝縮水通路の少なくとも一部が前記内部圧力の高い方の回収部内の凝縮水の液面よりも高い位置にある、第1の本発明の燃料電池システムである。
【0013】
第4の本発明(請求項4に対応)は、前記酸化剤側凝縮水回収部および前記燃料側凝縮水回収部のいずれか一方に、フロートガイドと、前記フロートガイドに沿って作動するフロートとを備え、前記フロートの作動により前記凝縮水通路を開閉する、第1または第3の本発明の燃料電池システムである。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を、固体高分子型燃料電池システムを例にとり、図面を参照して説明する。
【0016】
なお、従来例と同一部品には同一番号を付し、部品機能の詳細な説明を省略する。
【0017】
(実施の形態1)
図1は、本発明の第1の実施の形態における固体高分子型燃料電池の構成を示す模式図である。
【0018】
図1に示すように、本発明の燃料電池1は、燃料ガスラインと酸化剤ガスラインとしての空気ラインとを有し、燃料ガスラインの上流側には、燃料ガス配管13を介して水素生成器2が接続されている。空気ラインの上流側には空気配管14を介して空気加湿器3などの酸化剤側加湿器が接続され、空気加湿器3の上流には、空気配管14が接続されている。水素生成器2の上流側には原料ガス配管が接続されている。
【0019】
本発明の燃料側水凝縮器8は、被熱回収側である1次側と、熱回収側である2次側とを有する。燃料側水凝縮器8の1次側の上流側は、燃料ガス配管13を介して燃料電池1の燃料ラインの下流に接続され、燃料側水凝縮器8の1次側の下流側には、残燃料ガス配管16の一端および燃料側凝縮水配管15の一端が接続されている。残燃料ガス配管16の他端は、水素生成器2の改質用のバーナ(図示せず)に接続されている。改質用のバーナーには、また、原料ガスラインの一部が分岐(図示せず)されて接続されている。
【0020】
そして、燃料側凝縮水配管15の他端は、燃料側凝縮水回収部である燃料側凝縮水用タンク9に接続されている。なお、図1において、残燃料ガス配管16と燃料側凝縮水配管15とは、別々に示されているが、燃料側水凝縮器8の内部においては両者は通じ合っている。
【0021】
燃料側凝縮水用タンク9の内部には、水位感知手段としての水位センサー11が設けられている。この水位センサー11は、電極棒タイプのものであってもよいし、フロートスイッチタイプであってもよく、水位に応じて、比例出力または接点出力などの電気的出力を生じるものであれば、どのようなタイプのものであってもよい。
【0022】
本発明の酸化剤側水凝縮器としての空気側水凝縮器4は、被熱回収側である1次側と、熱回収側である2次側とを有する。空気側水凝縮器4の1次側の上流側には、燃料電池1の空気ラインの下流が空気配管14を介して接続されている。そして、空気側水凝縮器4の1次側の下流側には、空気排出配管18の一端および空気側凝縮水配管17の一端が接続されている。空気排出配管18の他端は、大気に開放されており、空気側凝縮水配管17の他端は、酸化剤側凝縮水回収部である空気側凝縮水用タンク5に接続されている。
【0023】
なお、図1において、空気排出配管18と空気側凝縮水配管17とは、別々に示されているが、空気側水凝縮器4の内部においては両者は通じ合っている。
【0024】
空気側凝縮水用タンク5には、凝縮水を燃料生成部等に送出するための配管(図示せず)が接続され、この配管には、凝縮水循環ポンプ(図示せず)が接続されている。
【0025】
燃料側凝縮水用タンク9と空気側凝縮水用タンク5とは、凝縮水通路10により連絡されている。そして凝縮水通路10の途中に弁として電磁弁12が挿入されている。ここで、電磁弁12は水位センサー11と電気的に連絡されている。
【0026】
燃料側水凝縮器8の2次側の上流には、取出口(図示せず)および取入口(図示せず)を有する貯湯タンク6の取出口が接続され、下流には空気側水凝縮器4の2次側の上流が接続されている。そして空気側水凝縮器4の2次側の下流には、1次側および2次側を有する熱交換器7の2次側の上流に接続され、その下流は貯湯タンク6の取入口に接続されている。
【0027】
熱交換器7の1次側の上流には、冷却水配管19を介して燃料電池1の冷却水ラインの下流が接続され、熱交換器7の1次側の下流には、冷却水配管19を介して燃料電池1の冷却水ラインの上流に接続されている。
【0028】
次に、このような構成の本実施の形態の動作を説明する。天然ガスなどの原料ガスが、水素生成器2に供給される。このとき同時に供給された水(図示せず)が水素生成器2の改質器のバーナーで加熱され水蒸気となり、原料ガスと反応することにより、水素リッチな燃料ガスが生成される。生成された燃料ガスは、燃料ガス配管13を介して燃料電池1の燃料ラインに導入される。
【0029】
燃料電池1で残った燃料ガスは、燃料側水凝縮器8の1次側に導入され、2次側の貯湯水と熱交換することにより、冷却されて燃料ガスに含まれる水蒸気が凝縮される。凝縮された水は、燃料側凝縮水配管15を通じて、燃料側凝縮水用タンク9に回収される。また、燃料側水凝縮器8を出た除湿された燃料ガスは、残燃料ガス配管16を介して水素生成器2に返され、改質用の加熱バーナーの燃料として、原料ガス配管から分岐された配管により導入された原料ガスとともに燃焼され、水素リッチなガスを生成するために水素生成器2を必要な温度に維持する作用をする。
【0030】
一方、酸化剤ガスとしての空気が、空気供給口(図示せず)から取り込まれ、空気加湿器3を介して加湿され、空気配管14を通して燃料電池1の空気ラインに供給される。燃料電池1内の燃料ガスと反応して発電した後、残った空気は、空気側水凝縮器4の1次側に導入され、2次側の貯湯水と熱交換することにより冷却されて残った空気に含まれる水蒸気を凝縮する。凝縮された水は、空気側凝縮水配管17を通じて、空気側凝縮水回収部である空気側凝縮水用タンク5に回収される。一方、除湿された空気は、空気排出配管18から排出される。
【0031】
次に、燃料側凝縮水用タンク9に貯えられている凝縮水の水位が設定した水位に達すると、水位センサー11から電磁弁12を開くように電気信号が発せられる。この電気信号を受けることにより、電磁弁12が開き所定の量の水が、燃料側凝縮水用タンク9から空気側凝縮水用タンク5へ移動する。
【0032】
燃料側凝縮水用タンク9内の凝縮水の水位が、設定した水位を下回ると、水位センサー11から電磁弁12を閉じるように電気信号が発せられる。この電気信号を受けることにより、電磁弁12が閉じ、凝縮水の移動は停止する。
【0033】
そして、空気側凝縮器用タンク5に移動した凝縮水は、イオン交換樹脂(図示せず)などを介して金属イオン他の不純物を除去し、配管を介して水素生成器2に供給され改質用の水として再利用される。このように水素生成器2での改質等に再利用される凝縮水は、空気側凝縮水用タンク5から供給されればよいので、効率的に凝縮水を再利用することができる。
【0034】
一方、燃料側水凝縮器8の2次側および空気側水凝縮器4の2次側には、熱媒である貯湯水が貯湯タンク6の取出口から導入され、燃料側水凝縮器8の1次側および空気側水凝縮器4の1次側とそれぞれ熱交換することにより昇温する。昇温された貯湯水は、熱交換器7の2次側に導入され、この熱交換器7の1次側と熱交換することにより、さらに昇温して貯湯タンク6の取入口に戻される。このように貯湯タンク6内の貯湯水温度を所定温度に維持することができるので、貯湯水は、暖房や給湯に利用される。
【0035】
燃料電池1の1次側には、燃料電池1の冷却水が冷却水循環ポンプ(図示せず)により循環されており、燃料電池1で発生した反応熱は、熱交換器7で貯湯水と熱交換される。
【0036】
上記の実施の形態1に記載の燃料電池システムを使用すれば、効率的に凝縮水を回収することができ、水自給率を高め、フィルターやイオン交換樹脂の必要量および取替えなどのメンテナンス回数を少なくした燃料電池システムを得ることができる。
【0037】
なお、熱媒の流れは、図1では、燃料側水凝縮器8、空気側水凝縮器4、燃料電池1で発生した反応熱を放熱する熱交換器7の順に図示しているが、別の順序で流しても良い。
【0038】
また、上記の説明では、燃料側凝縮水用タンク9に水位センサー11が設けられ、水位センサー11の信号により電磁弁12が開放して、燃料側凝縮水用タンク9から空気側凝縮水用タンク5へ凝縮水が移動するとしたが、上記とは逆に、空気側凝縮水用タンク5に水位センサー11が設けられ、この水位センサー11の信号により電磁弁12が開放して、空気側凝縮水用タンク5から燃料側凝縮水用タンク9へ凝縮水が移動する構成であってもよい。
【0039】
また、弁として電磁弁を用いる例で説明したが、電磁弁の代わりに空気弁であってもよい。
【0040】
(実施の形態2)
実施の形態2における燃料電池システムの部分構成について、図2、3を参照しながら説明する。
【0041】
なお、実施の形態1と同一の部品には同一番号を付し、部品の説明を省略する。また、以下の燃料側凝縮水用タンク9内のガス圧が、空気側凝縮水用タンク5内のガス圧よりも高いものとして説明を行う。
【0042】
図2に示すように、燃料側凝縮水用タンク9と空気側凝縮水用タンク5とは、1つの容器内に仕切り27を入れることにより、互いに隣接して構成されている。そして、燃料側凝縮水用タンク9の上部には、燃料側凝縮水配管15が接続されており、空気側凝縮水用タンク5の上部には、空気側凝縮水配管17が接続されている。
【0043】
そして、燃料側凝縮水用タンク9と空気側凝縮水用タンク5との間には、凝縮水を連通させる凝縮水通路21が設けられている。この凝縮水通路21は、鉛直部24、水平部25および短鉛直部26を有し、凝縮水通路21の鉛直部24の一端は、内部ガス圧力が高い燃料側凝縮水用タンク9側の下部の下部開口22において開口し、凝縮水の液面よりも低い位置にある。凝縮水通路21の鉛直部24の他端は、水平部25の一端に接続され、水平部25の他端は、短鉛直部26の一端に接続されて、短鉛直部26の他端は、上部開口23に接続され開口している。このように燃料側凝縮水用タンク9内に貯められた凝縮水の液面の位置よりも、凝縮水通路21は高い部分を有している。
【0044】
次にこのように構成された凝縮水通路21の作用を説明する。まず、燃料側凝縮水配管15を通じた燃料側凝縮水用タンク9に加わるガス圧力(以下燃料側ガス圧力という)は、空気側凝縮水配管17を通じた空気側凝縮水用タンク5に加わるガス圧力(以下空気側ガス圧力という)よりも大きい。従って、燃料側凝縮水用タンク9内に貯えられた凝縮水は、凝縮水通路21の鉛直部24を上昇していく。この上昇は、燃料側凝縮水用タンク9内の液面から凝縮水通路21の鉛直部24内の液面まで(図2のaに相当)の凝縮水の単位面積当たりの重量(以下水頭差という)が、燃料側ガス圧力と空気側ガス圧力との差(以下差圧という)に等しくなる所で停止する。
【0045】
このとき、差圧が水頭差よりも大きくなれば、凝縮水通路21の鉛直部24内を上昇が続き、鉛直部24内の凝縮水の一部は、水平部25および短鉛直部26を経由して空気側凝縮水用タンク5内へ自動的に供給される。しかし、燃料側凝縮水用タンク9内の液面が低下するので、差圧と水頭差はいずれバランスし、燃料側凝縮水用タンク9から空気側凝縮水用タンク5への凝縮水の移動はやがて停止する。
【0046】
この場合、過大な差圧がかかると、燃料側凝縮水用タンク9内の凝縮水の液面が低下し、下部開口22よりも低い液面となり燃料ガスと空気が混合してしまうので、下部開口22の位置は、差圧と燃料側凝縮水用タンク9に導入される単位時間あたりの凝縮水の量とを考慮して決定される。
【0047】
また、瞬間的に大きな差圧が生じても燃料側凝縮水用タンク9から凝縮水が一気になくなることがないように、差圧と、燃料側凝縮水用タンク9に導入される単位時間あたりの凝縮水の量と、凝縮水が凝縮水通路21を通過する際の抵抗作用とを考慮して凝縮水通路21の幅または容積が決定される。
【0048】
このように、凝縮水通路21を構成することにより、電磁弁12や水位センサー11を用いることなく、簡単な構成で水自給率が高くメンテナンスコストが安い燃料電池システムを提供することができる。
【0049】
なお、図3では凝縮水通路21が鉛直部24と、水平部25と短鉛直部26とから構成されるとして示したが、これらに限定されることなく、凝縮水通路21の少なくとも一部が、燃料側凝縮水用タンク9内の凝縮水の液面よりも高い位置にあれば、どのような構成の凝縮水通路21であってもよい。例えば凝縮水通路21は、凝縮水の液面に対して斜め方向に配置されていてもよいし、凝縮水通路21自体に抵抗を持たせるために曲がりくねっていてもよい。
【0050】
上記のように、実施の形態2の燃料電池システムによれば、簡単な構成で効率的に凝縮水を回収し、水自給率を高め、フィルターやイオン交換樹脂の必要量および取替えなどのメンテナンス回数を少なくし、メンテナンスコストを低減させた燃料電池システムを得ることができる。
【0051】
図3は、第2の実施の形態の変形例であり、燃料側凝縮水用タンク9および空気側凝縮水用タンク5は、1枚の仕切りではなく、燃料側凝縮水用仕切り34と燃料側凝縮水用仕切り34に対向している空気側凝縮水用仕切り35の2枚で仕切られている。そして、燃料側凝縮水用仕切り34の下部の少なくとも一部に下部開口32を有し、空気側凝縮水用仕切り35の上部の少なくとも一部に上部開口33を有している。
【0052】
従って凝縮水通路31は、燃料側凝縮水用仕切り34と、空気側凝縮水用仕切り35と、燃料側凝縮水用タンク9および空気側凝縮水用タンク5の側壁(図示せず)とにより形成されている。さらに、凝縮水通路31のうち少なくとも上部開口33付近の凝縮水通路31は、燃料側凝縮水の液面よりも高い位置にある。
【0053】
この場合、水頭差よりも差圧が大きくなれば、凝縮水は、凝縮水通路31から溢れて燃料側凝縮水用タンク9から空気側凝縮水用タンク5に自動的に移動する。燃料側凝縮水用タンク9内の凝縮水の液面が低下すると、水頭差が大きくなるので差圧とバランスする時点で凝縮水の移動は停止する。
【0054】
なお、図3では凝縮水通路31は、燃料側凝縮水用仕切り34と、空気側凝縮水用仕切り35と、燃料側凝縮水用タンク9および空気側凝縮水用タンク5の側壁(図示せず)とにより形成されている例を示したが、これに限定されず、燃料側凝縮水用仕切り34と、空気側凝縮水用仕切り35と、燃料側凝縮水用仕切り34および空気側凝縮水用仕切り35の間に挟まれた1枚以上の側板(図示せず)とにより囲まれた空間を凝縮水通路31としてもよい。
【0055】
このとき、燃料側凝縮水用仕切り34と空気側凝縮水用仕切り35との間の間隔は、差圧と、燃料側凝縮水用タンク9に導入される単位時間あたりの凝縮水の量とを考慮して決定される。
【0056】
(実施の形態3)
実施の形態3における燃料電池システムの構成について、図4、5、6、7を参照しながら説明する。なお、実施の形態1および実施の形態2と同一の部品には同一番号を付し、部品の説明を省略する。また、以下の燃料側凝縮水用タンク9内のガス圧が、空気側凝縮水用タンク5内のガス圧よりも高いものとして説明を行う。
【0057】
図4に示すように、本発明の燃料側凝縮水用タンク9の底部には、開閉口43が設けられ、燃料側凝縮水用タンク9は、凝縮水通路42を経由して空気側凝縮水用タンク5の底部と接続されている。
【0058】
燃料側凝縮水用タンク9の上部には、燃料側凝縮水配管15が接続され、空気側凝縮水用タンク5の上部には、空気側凝縮水配管17が接続されている。
【0059】
燃料側凝縮水用タンク9の底部には、開閉口43に接続されるようにフロートガイド44が設けられている。そしてフロートガイド44内には、テーパー形状の底部を有するフロート41が挿入され、フロート41と当接する開閉口43の部分には、フロート41のテーパー形状と一致するように面取りがなされている。また、フロートガイド44の底部付近には、複数の導入口45が設けられている。一方、フロートガイド44の上部は、燃料側凝縮水用タンク9内に開口している。
【0060】
なお、フロート41は、水に対して浮力を有する材質から構成されていてもよいし、中身を中空にして水に対して浮力を持たせるように構成されていてもよい。
【0061】
また、フロートガイド44の導入口45には、フィルター46が設置され、異物やごみがフロート41と開閉口43との間に入ることを防いでいる。
【0062】
このような構成を有した場合の凝縮水の移動作用について次に述べる。燃料側凝縮水用タンク9内の凝縮水の液面が低い場合は、フロート41の自重により開閉口43が閉鎖されている。しかし、燃料側凝縮水用タンク9内の凝縮水の量が増えると、凝縮水はフロートガイド44の導入口45からフロートガイド44の内部に侵入し、フロート41に浮力を与える。さらに、凝縮水が増えて、フロート41の自重よりもフロート41に与えられる浮力が勝ると、フロート41がフロートガイド44に沿って上方に移動して、開閉口43を通じて凝縮水通路42を開き、燃料側凝縮水用タンク9内の凝縮水は凝縮水通路42を経由して空気側凝縮水用タンク5に移動する。しかし、燃料側凝縮水用タンク9内の凝縮水の量が減ると、フロート41に与える浮力よりもフロート41の自重が勝り、フロート41はフロートガイド44に沿って下方に移動することにより、開閉口43を閉じることにより凝縮水通路42を閉鎖し、凝縮水の移動は停止する。
【0063】
このように上記のような構成としても簡単な構成で水自給率が高くメンテナンスコストが安い燃料電池システムを提供することができる。
【0064】
図5は、図4の変形例を示す。この変形例において、フロートガイド54の上部には円周状の縁部55が設けられている。そして縁部55とフロート51との間には、ばね52が挿入され、このばね52の一端は縁部55に当接し、ばね52の他端はフロート51に当接して凝縮水通路42を閉じる方向にフロート51を付勢している。
【0065】
このような構成にすることにより、フロート51は、フロート51の自重に加えてばね52の付勢力を追加して開閉部を押している。従って、燃料側凝縮水用タンク9内により多くの凝縮水が溜まってから、フロートが上昇して凝縮水が移動する。また、凝縮水が減少してくると、ばねの付勢力がフロートの自重に追加されているので、より早く開閉口を閉じることができる。
【0066】
従って、この状態で燃料側ガス圧力が急激に変動しても、燃料ガスと空気とが混合することはなく、外乱に強く信頼性の高い凝縮水移動機構を得ることができるので、効率的に凝縮水を回収し、水自給率を高め、フィルターやイオン交換樹脂の必要量および取替えなどのメンテナンス回数を少なくした燃料電池システムを得ることができる。
【0067】
図6に示す例は、上記第2および第3の実施の形態の変形例である。図6に示すように、空気側凝縮水用タンク5には、空気側凝縮用タンクの高さ方向の寸法よりも短い高さ方向の寸法を有する仕切り65が設けられている。この仕切り65と空気側凝縮水用タンク5の側壁(図示せず)とが凝縮水通路66を形成している。
【0068】
空気側凝縮水用タンク5の内部で凝縮水通路66の一端はその上部において、上部開口68を形成し、凝縮水通路66の他端は、凝縮水通路67の一端に接続され、凝縮水通路67の他端は、燃料側凝縮水用タンク9の底部に形成された開閉口62に接続されている。 燃料側凝縮水用タンク9の構成は、第3の実施の形態のものと同じであるが、フロート61の上部側の径を下部側の径よりも大きくしている。また、異物やごみを排除するため導入口63付近にはフィルター64が設けられている。
【0069】
このように構成した場合、フロート61の浮力がより大きくなっているので、燃料側凝縮水用タンク9に凝縮水が貯まってくると、より確実にフロート61を上方に移動させて、凝縮水の移動を開始することができる。そして、差圧が水頭差よりも大きくなれば空気側凝縮水用タンク5内の凝縮水通路66の上部開口68より凝縮水が溢れる。
【0070】
そして、燃料側凝縮水用タンク9内の凝縮水の水位が低下すると、フロート61はフロートガイド54に沿って下方に移動し、開閉口62を閉塞する。
【0071】
従って、燃料側凝縮水用タンク9内に凝縮水が少し貯まった段階で、凝縮水を空気側凝縮水用タンク5に移動できるので、燃料側凝縮水用タンク9の容量をより小さくすることができる。従って、コンパクトで簡単な構成で効率的に凝縮水を回収し、水自給率を高め、フィルターやイオン交換樹脂の必要量および取替えなどのメンテナンス回数を少なくした、メンテナンスコストが安い燃料電池システムを得ることができる。
【0072】
図7は、図6において、燃料側凝縮水用タンク9に接続されている凝縮水通路72が、空気側凝縮水用タンク5の底部を貫通し、空気側凝縮水用タンク5の上部で開口している例を示すが、この場合の作用効果は、図6の例によるものと同じである。
【0073】
なお、以上の説明では、燃料側凝縮水用タンク9にかかる圧力が空気側凝縮水用タンク5にかかる圧力よりも高いとして説明したが、空気側凝縮水用タンク5にかかる圧力の方が燃料側凝縮水用タンク9にかかる圧力よりも高い場合もあり得る。その場合には、燃料側凝縮水用タンク9と空気側凝縮水用タンク5との記載を入れ替えて構成される。
【0074】
また、酸化剤として空気を用いる例を示したが、純酸素を用いてもよい。
【0075】
また、燃料電池1として固体高分子型燃料電池を使用するとして説明しているが、本発明の燃料電池システムは、固体高分子型燃料電池に限定されないことは言うまでもない。
【0076】
【発明の効果】
以上説明したところから明らかなように、本発明の燃料電池システムでは、水自給率を高め、フィルターやイオン交換樹脂の必要量や、取替えなどのメンテナンス回数を減少させることができ、メンテナンスコストを低減させることができる。
【0077】
酸化剤側凝縮水回収部と燃料側凝縮水回収部との間に凝縮水通路を有している場合は、効率的に凝縮水を回収することができ、さらにメンテナンスコストを低減させることができる。
【0078】
凝縮水通路の一端が、内部ガス圧力の高い方の回収部の下部に開口し、凝縮水通路の他端が、内部ガス圧力の低い方の回収部の上部に開口する場合は、簡単な仕組みで効率的に凝縮水を回収することができ、さらにメンテナンスコストを削減することができる。
【0079】
一方の凝縮水回収部にフロートとフロートガイドを設けて、凝縮水を開閉する場合は、凝縮水回収部において燃料ガスと空気が混合する恐れがなく、簡単な仕組みで効率的に凝縮水を回収することができ、さらにメンテナンスコストを削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 図1は、本発明の第1の実施の形態における燃料電池システムを示す構成を示す模式図である。
【図2】 図2は、本発明の第2の実施の形態における燃料電池システムの部分構成を示す断面図である。
【図3】 図3は、本発明の第2の実施の形態における燃料電池システムの部分構成を示す断面図である。
【図4】 図4は、本発明の第3の実施の形態における燃料電池システムの部分構成を示す断面図である。
【図5】 図5は、本発明の第3の実施の形態における燃料電池システムの部分構成を示す断面図である。
【図6】 図6は、本発明の第3の実施の形態における燃料電池システムの部分構成を示す断面図である。
【図7】 図7は、本発明の第3の実施の形態における燃料電池システムの部分構成を示す断面図である。
【図8】 図8は、従来の固体高分子型燃料電池発電システムの構成を示す模式図である。
Claims (1)
- 燃料ガスラインおよび酸化剤ガスラインを有する燃料電池と、
前記酸化剤ガスラインに接続された酸化剤側水凝縮器と、
前記酸化剤側水凝縮器に接続された酸化剤側凝縮水回収部と、
前記燃料ガスラインに接続され、前記燃料電池より排出され、かつ燃焼前の前記燃料ガスに含まれる水蒸気を凝縮するための燃料側水凝縮器と、
前記燃料側水凝縮器に接続された燃料側凝縮水回収部と、
前記酸化剤側凝縮水回収部から前記燃料側凝縮水回収部へ水を移動させるための凝縮水通路とを備える、燃料電池システム。
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