JP4837808B2 - 燃料電池システム - Google Patents

Description

本発明は、システム内の水経路での微生物の増殖を抑制し、長期間メンテナンスをすること無く運転させることが出来る燃料電池システムに関するものである。

一般的に燃料電池システムにて発電させる際は、都市ガス等の燃料から水素リッチな改質ガスを生成する水素供給手段での改質反応のため、あるいは、燃料電池の冷却用として、不純物が少ない水を供給する必要がある。一方、燃料電池システムでの発電の際、燃料電池では反応生成水が生じ、また水素供給手段では燃焼生成水が生じる。そこで、これらを凝縮水として凝縮水タンクに回収し、この凝縮水を一般的に活性炭及びイオン交換樹脂からなる水浄化装置に通してから水タンクに貯留した後、この水を、上述したような燃料電池システムでの改質反応のため、あるいは発電時の冷却用に必要な水として使用している。

このように燃料電池システムには、凝縮水が回収，貯留，及び循環する水経路が形成されている。この水経路を流れる凝縮水には基本的に塩素は含まれていないが、凝縮する過程で色々な部品や配管を通過するので、イオン系の不純物や有機成分（ＴＯＣ：Total Organic Carbon）などの不純物が若干量含まれている。このうち、イオン系の不純物はイオン交換樹脂にて回収されるが、非イオン系の不純物はイオン交換樹脂を通過してしまう。但し、非イオン系の不純物の中でも、ＴＯＣと総称される有機物等は、活性炭を用いて吸着することができる。

活性炭を用いて、ＴＯＣを吸着する公知の技術としては、以下のようなものがある。

例えば、特許文献１の図３には、貯水タンク（１０）に活性炭（２４）を内蔵し、貯水タンクと水素生成器（２）との間、及び貯水タンクと冷却水循環流路（２５）との間のそれぞれに、イオン交換器（１３，１４）を設ける技術が開示されている。しかしながら、ここに開示された構成では、水に含まれる有機物を活性炭を用いて吸着することは可能であるが、活性炭にてバクテリアが発生することを抑制することはできない。

また、例えば、特許文献２には、燃料電池システムの停止期間中にポンプを動作させることにより、活性炭（７ａ）及びイオン交換樹脂（７ｂ）を有する水浄化装置７を含む水供給流路において、水が移動するように制御する技術も提案されている。しかしながら、この構成では、活性炭の内部で発生したバクテリアを外部へ排出することは可能であるが、活性炭の内部でのバクテリアの発生自体を抑制することはできない。

このように、活性炭はＴＯＣの吸着に有効ではあるものの、ＴＯＣは微生物類の栄養源となるため、活性炭は微生物が繁殖しやすい環境になっており、しかも、上記特許文献１，２に開示された技術では活性炭での微生物の繁殖を抑制することができない。そのため、活性炭を使用すると、他の箇所と比較すると微生物が発生しやすく、増殖した微生物により活性炭や活性炭を配置した経路内が閉塞し、燃料電池システムの運転に不具合が生じる恐れがあった。

このような事態に対応するために、水浄化手段の中のイオン交換樹脂に抗菌剤を充填する技術が提案されている（例えば、特許文献３参照）。

本願図９は、特許文献３に記載された従来の燃料電池システムの水浄化手段を示すものである。本願図９に示すように、この従来の燃料電池システムの場合、凝縮水を純水化する純水器２４０には、イオン交換樹脂２４３ａと、抗菌作用を有する粉末を固着させた活性炭からなる抗菌部２４３ｂとが混床または複床されている（特許文献３の図２，図４参照）。そして、このような構成にすることにより、液体の流れが遅く微生物が繁殖しやすくなる純水器中においても、抗菌剤による抗菌作用により微生物の繁殖を抑制できることが開示されている。更に、システムが停止している間に純水器２４０内で水が滞留するような場合であっても、内部に混床されている抗菌剤、具体的には活性炭に固着させた銀粉末から銀イオンが溶出しているので、微生物の繁殖は抑制することが出来る。

しかしながら、溶出した銀イオン、特に純水器２４０の最も下流側で溶出した銀イオンは、純水器２４０内のイオン交換樹脂では捕捉されないので、純水器２４０から流出する可能性がある。水素供給手段である改質器内に、流出した銀イオンが到達した場合は、そこで析出した銀が堆積して改質器への水の供給を阻害し、水の供給量を低下させて、改質器の運転に不具合が発生する可能性がある。また、純水器２４０を通過した水を燃料電池の冷却水として使用した場合は、溶解している銀イオンによって冷却水の導電率が上昇し、燃料電池内の必要箇所での絶縁性を確保できなくなる可能性がある。従って、抗菌イオンがイオン交換樹脂より下流に流出しないように、抗菌イオンを発生する抗菌剤、及び、ＴＯＣを吸着する活性炭は、イオン交換樹脂より上流側に配置することが好ましい。

抗菌イオンを発生する抗菌剤が、イオン交換樹脂より上流側に配置されている公知の技術としては、次のようなものがある。即ち、特許文献４には、凝縮水タンク内に抗菌イオン（具体的には銀イオンや銅イオン）を発生できる抗菌イオン発生部を備え、その下流側に活性炭及びイオン交換樹脂を配置した技術が開示されている。

本願図１０は、特許文献４に記載された従来の燃料電池システムを示すものである。図１０に示すように、凝縮水タンク３０２の中に、例えば網状の銀または銅からなる抗菌イオン発生部３０３が設置されている。また、イオン交換樹脂（第１水精製材３４２ｆ）と活性炭（第２水精製材３４２ｓ）から形成される水精製器３０４が設置されている。また、凝縮水タンク内の水は、第１ポンプ３５２によって、水精製器へと導かれるようになっている。そして、このような構成にすることにより、抗菌イオン発生部から抗菌イオンが凝縮水中に溶出するため、凝縮水タンク及び水精製器内の水中で微生物が繁殖するのを抑制できることが開示されている。

また、特許文献５の図２には、イオン交換樹脂（４３ａ）と、その重力方向における上方に、活性炭を基材とする所定厚さの抗菌剤（４３ｂ）とが充填された収容部（４２）を備える燃料電池システムが開示されている。そして、燃料電池システムの停止時に収容部に滞留する回収水の水面が、常に上記抗菌剤を浸すように構成する技術が提案されている。

特開２００１−３３８６６８号公報 国際公開２００６／０８８０５３号 特開２００５−２４３２５１号公報 特開２００９−１９９８０８号公報 特開２０１０−３３９１７号公報

しかしながら、特許文献４に記載された従来の構成（図１０参照）では、抗菌イオンを含んだ凝縮水は第１ポンプ３５２を用いて水精製器３０４に供給され、まず前段にある活性炭３４２ｓを通り、次に後段のイオン交換樹脂３４２ｆに到達する。従って、第１ポンプが停止している状態では、水精製器３０４へ十分に抗菌イオンを供給できない。特にシステムが運転を停止し、システム中の水が流れずに滞留している場合は、抗菌イオンが十分に供給されないことに加え、イオン交換樹脂３４２ｆにより抗菌イオンが吸着されるため、水精製器３０４内の活性炭３４２ｓでバクテリアが繁殖する恐れがある。バクテリアが繁殖すると、活性炭３４２ｓに目詰まりが生じる可能性がある。

また、特許文献５に記載された従来の構成では、イオン交換樹脂（４３ａ）の重力方向の上方に抗菌剤（４３ｂ）が配置され、また、収容部（４２）の上部に空間が設けられている。この空間は、例えば、回収水を導入する配管（６３）を介して、燃焼ガス又は燃焼排ガスに含まれている水蒸気を凝縮するための第５凝縮器（３４）又は第３凝縮器（３５）に連通している。さらに、第５凝縮器（３４）又は第３凝縮器（３５）は、燃焼ガス又は燃焼排ガスを外部に排気するために外部と連通している。また、このような経路とは別に、上記空間は、排出口（４５ａ４）を介して、イオン交換樹脂（４３ａ）内で発生した炭酸ガスなどのガスを排出するために外部と連通している。

このように、収容部（４２）の上部の空間は外部に連通しているため、特に燃料電池システムの停止中は、外部から酸素を含む空気が多量に供給される。一方、この燃料電池システムは、停止時に収容部に滞留する回収水の水面が、常に活性炭を含む抗菌剤を浸すように構成されている。その結果、システムの停止時には、抗菌剤の基材を成す活性炭が、酸素が十分に供給される空間に常に曝されることとなるため、抗菌剤の抗菌能力を超えて活性炭でバクテリアが繁殖する恐れがある。

更に、特許文献５では、イオン交換樹脂（４３ａ）の上面に接触するようにして、活性炭を基材とする抗菌剤（４３ｂ）の層が設けられている。そのため、抗菌剤の層において、イオン交換樹脂の上面の近傍に位置する部分では、抗菌イオンが早急にイオン交換樹脂中に吸収されてしまうと考えられる。従って、当該部分では、抗菌イオンによる活性炭に対する十分な抗菌作用は期待できない。

本発明は、上述したような解決するものであり、システムの運転停止中、特に長期の運転停止中においても、簡便な構成で、水浄化装置内の活性炭層で微生物が繁殖することをより確実に防止できる燃料電池システムを提供することを目的とする。

本発明に係る燃料電池システムは、燃料ガスおよび酸化剤ガスを用いて発電して電力を供給する燃料電池ユニットと、該燃料電池ユニットから排出されるガスから回収した凝縮水を貯留する凝縮水タンクと、該凝縮水タンクから前記燃料電池ユニットへ水を供給する水供給経路と、該水供給経路上に配置され、少なくとも水中のイオンを浄化する水浄化装置と、を備え、前記水浄化装置は、イオン交換樹脂層と、該イオン交換樹脂層の流れ方向の上流側に配置された抗菌剤層と、前記イオン交換樹脂層及び前記抗菌剤層の間に配置される活性炭層と、該活性炭層及び前記イオン交換樹脂の間に形成される第１隙間部と、を有する。

このような構成とすることにより、活性炭層及びイオン交換樹脂層の間の第１隙間部に水を滞留させることができる。この第１隙間部の水には、抗菌剤層及び活性炭層を通過した抗菌イオンが含まれることになる。そのため、運転停止中（特に、長期の運転停止中）に水の流れが停止した場合、当該第１隙間部の水に含まれる抗菌イオンの少なくとも一部が、活性炭層に再び供給されるため、活性炭層でのバクテリアの発生をより確実に低減することができる。また、当該第１隙間部の水に残留する抗菌イオンにより、この水の中でのバクテリアの発生も抑制することができる。更に、抗菌剤層から溶出した抗菌イオンを、活性炭層の全体へ（特に、イオン交換樹脂層側の面まで）十分に拡散して供給することができる。

また、上記構成によれば、抗菌剤層及びイオン交換樹脂の間に活性炭層が配置され、抗菌剤層が活性炭層より流れ方向の上流側に配置される。そのため、燃料電池システムの運転中に、よりバクテリアの発生が起こりやすい活性炭層の上流側の部分に、抗菌イオンを適切に供給することができる。また、抗菌剤層から溶出する抗菌イオンが、活性炭層にて抗菌作用を発揮することなくイオン交換樹脂に吸着されることを防止でき、抗菌イオンを有効に活用することができる。

更に、本発明では、活性炭及び抗菌剤をそれぞれ層状に形成した別の部材を用いて構成することができる。この場合には、活性炭及び抗菌剤の粉末を混合した部材を用いる場合と比較して、製造コスト及び取り扱いの簡便さの観点からより好ましい構成となる。

なお、本発明において、凝縮水タンクから水供給経路を通じて燃料電池ユニットへ供給する水は、例えば、燃料電池を冷却するための冷却水として用いてもよく、あるいは、原料及び水から水素を生成する改質反応のための改質水として用いてもよい。

また、前記第１隙間部には、通流性を有する第１スペーサーが配置されていてもよい。なお、この第１スペーサーは、イオン交換することができない板状の部材であることがより好ましい。例えば、複数の貫通孔を設けた樹脂部材、多孔質の樹脂部材、織布、又は不織布であってもよい。

また、前記水浄化装置は、前記抗菌剤層及び前記活性炭層の間に第２隙間部を有していてもよい。

このような構成とすることにより、抗菌剤層及び活性炭層の間の第２隙間部に水を滞留させることができるため、抗菌剤層から溶出した抗菌イオンをより拡散することができ、滞留する水中及び活性炭層等での適切な抗菌作用を期待することができる。

また、前記第２隙間部には、通流性を有する第２スペーサーが配置されていてもよい。なお、この第２スペーサーは、イオン交換することができない板状の部材であることがより好ましい。例えば、複数の貫通孔を設けた樹脂部材、多孔質の樹脂部材、織布、又は不織布であってもよい。

ここで、第１隙間部に第１スペーサーを配置し、且つ、第２隙間部に第２スペーサーを配置するようにしてもよい。この場合、活性炭層の厚み方向（水の通流方向）から見て、活性炭層の周縁部の端面を覆うように、第１スペーサー及び／又は第２スペーサーを配置し、両スペーサーを接続するようにしてもよい。これにより、活性炭層の周縁部の端面にまで、抗菌イオンを含む水を供給することができるため、活性炭層でのバクテリアの発生をより確実に抑制することができる。

また、前記水浄化装置は、その内部の水面が前記活性炭層よりも重力方向の上側となり、前記抗菌剤層及び前記活性炭層が水没するように構成されていてもよい。

このような構成とすることにより、抗菌剤層及び活性炭層が水没するため、燃料電池システムの運転停止中に、抗菌イオンを拡散させて活性炭層の両面（上面及び下面）に十分供給することができる。また、活性炭層と空気が直接触れないため、活性炭層への酸素の供給を低減でき、バクテリアの発生をより確実に抑制できる。

また、前記水浄化装置は、重力方向下側の部分から水が供給されるように前記水供給経路が接続されており、前記抗菌剤層及び前記活性炭層は、前記イオン交換樹脂層の重力方向の下側に配置されていてもよい。

このような構成とすることにより、簡便な構成で、水浄化装置内の抗菌剤層及び活性炭層をより確実に水没させることができ、活性炭層への抗菌イオンの適切な供給と酸素の供給の低減とを期待することができる。

また、前記凝縮水タンクは、重力方向下側の部分から水が排出されるように前記水供給経路が接続されており、その内部の水面が、前記活性炭層より重力方向の上側となるように構成されていてもよい。

また、前記抗菌剤層は、抗菌材料を担持または混練した抗菌剤と、複数の貫通孔を有して前記抗菌剤を収容する容器とを備えていてもよい。

また、前記抗菌剤層は、抗菌材料を担持または混練した抗菌支持体であってもよい。

本発明の燃料電池システムによれば、運転停止中においても、活性炭でのバクテリア等の微生物の発生及び増殖を抑制することができる。また、水浄化装置内に抗菌剤が溶出して滞留していた場合でも、燃料電池システムの運転が再開された時に水浄化装置から抗菌剤が流出するのを抑制又は防止することができるため、下流側の水素供給手段や燃料電池に対する抗菌剤の影響を低減又は防止することができる。

本発明の実施の形態１における燃料電池システムの構成図である。 図１の燃料電池システムが備える水浄化装置の下部拡大断面図である。 変形例１〜４に係る水浄化手段の構成を示す下部拡大断面図である。 変形例５に係る燃料電池システムの凝縮水タンク及び水浄化装置１４の構成を示す模式図である。 本発明の実施の形態２の燃料電池システムに搭載した水浄化装置の下部拡大断面図である。 本発明の実施の形態３の燃料電池システムに搭載した水浄化装置の下部拡大断面図である。 本発明の実施の形態４の燃料電池システムに搭載した水浄化装置の下部拡大断面図である。 本発明の実施の形態５における燃料電池システムの構成図である。 従来の燃料電池システムの水浄化装置及び水タンクを示す断面図である。 従来の燃料電池システムの構成図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施形態における燃料電池システムの構成図であり、図２は、図１の燃料電池システムが備える水浄化装置の断面の下部拡大図である。図１に示すように、この燃料電池システム１００は、水素供給手段１、燃料電池ユニット（以下、単に「燃料電池」と称する）２、熱交換器３〜６、凝縮水タンク７、水タンク８、水供給経路９、及び制御装置２１等を備えている。

このうち水素供給手段１は、システム１００の外部から導入された燃料ガスを水素リッチな改質ガスに改質し、燃料電池２のアノード極２ａに供給する。一方、燃料電池２のカソード極２ｂには、外部から適切な露点に加湿された空気が供給される。

燃料電池２のアノード極２ａから排出されたアノードオフガスは、熱交換器３にて凝縮水が分離されたのち、水素供給手段１の燃焼用ガスの一部として該水素供給手段１へ供給される。また、分離された凝縮水は凝縮水タンク７に回収される。一方、燃料電池２のカソード極２ｂから排出されたカソードオフガスは、熱交換器４にて凝縮水が分離された後、システム１００の外部へ放出される。また、分離された凝縮水は凝縮水タンク７に回収される。また、水素供給手段１から排出される燃焼排ガスは、熱交換器５にて燃焼排ガス中の凝縮水が分離された後、システム１００の外部に放出される。そして、分離された凝縮水は凝縮水タンク７に回収される。

凝縮水タンク７と水タンク８とは、途中に水供給ポンプ１３及び水浄化装置１４が設けられた水供給経路９を介して接続されている。従って、凝縮水タンク７に回収された各凝縮水は、水供給ポンプ１３が駆動することにより、途中でイオン交換体（イオン交換樹脂層）１５，活性炭（活性炭層）１６，抗菌手段（抗菌剤層）１７，及び支持体１８などから構成される水浄化装置１４（図２参照）を通過し、水タンク８へ送られてここに貯留される。また、水タンク８をあふれた水は、オーバーフロー径路１０を経由して凝縮水タンク７に戻されるようになっている。

ここで、水浄化装置１４の構成についてより詳しく説明する。本実施の形態に係る水浄化装置１４は、所定の容量を有する例えば直方体形状のケーシング３０を備え、該ケーシング３０の下部には凝縮水タンク７からの水の入口３１が設けられ、上部には水タンク８への水の出口（図１参照）が設けられている。従って、凝縮水タンク７から水供給経路９を介して送られてきた水は、下部の入口３１からケーシング３０内に入り、上部の出口を通じて水タンク８へと送り出される。即ち、ゲーシング３０内の水の通流方向は、下から上へ向かう方向となっている。

また、ケーシング３０内には、抗菌手段１７，活性炭１６、及びイオン交換体１５が、水の通流方向の上流側からこの順序で配設されている。換言すれば、重力方向の下側から上側へ、抗菌手段１７，活性炭１６、及びイオン交換体１５がこの順序で配設されている。そして、抗菌手段１７を下方から支持するようにして支持体１８が設けられ、該支持体１８とケーシング３０の入口３１との間に所定のスペースが形成されている。また、活性炭１６とその上方のイオン交換体１５との間には、両者を隔てる第１隙間部３３が設けられている。

なお、本実施の形態では、上記イオン交換体１５にはイオン交換樹脂を、活性炭１６には層状にした繊維状活性炭を用いている。また、抗菌手段１７としては、非水溶性のバインダーで有機系抗菌剤を粒状に成型したものを、ポリエステルメッシュ製の収容体内に封入して層状に構成し、これを図２に示すように活性炭１６の下面に接触させるようにして配置している。ここではポリエステルメッシュが多数有する開口部分を介して活性炭１６と抗菌手段１７とが直接接触するように、ポリエステルメッシュの開口径が最適なものを選定している。また、支持体１８としては樹脂を格子状に成形したものを用いている。

付言しておくと、抗菌手段１７は、抗菌剤を水中へ効率的に溶出できる層状の構成とするのが好ましく、例えば、抗菌材料を担持又は混練した抗菌剤と、複数の貫通孔を有して前記抗菌剤を収容する容器とを用いて層状に構成したものであってもよく、あるいは、抗菌材料を担持又は混練した抗菌支持体を層状に構成したものであってもよい。

また、水タンク８は、冷却水ポンプ１９が途中に設けられた冷却水経路１１を介して燃料電池２に接続されている。そして、水タンク８内の水は、冷却水ポンプ１９の駆動により冷却水経路１１を通じて燃料電池２に供給され、燃料電池２にて発電時に発生する熱を回収する。冷却水中に回収された熱は、熱交換器６により、外部に備えられたタンク（図示せず）内に貯留された水に蓄熱される。

また、水タンク８は、改質水供給ポンプ２０が途中に設けられた改質水供給経路１２を介して水素供給手段１とも接続されている。そして、水タンク８内の水は、改質水供給ポンプ２０の駆動により改質水供給経路１２を通じて水素供給手段１へ改質水として供給される。なお、制御装置２１は、上述した燃料電池システム１００全体の動作（特に、電力と熱を供給するための動作）を制御する。

以上のように構成された燃料電池システム１００における凝縮水の挙動について、以下に説明する。

まず、燃料電池システム１００が発電を行っている状態では、水タンク８内の水は水素供給手段１へ供給されて消費されると共に、燃料電池２の冷却水として循環している。一方、システム内の各経路から回収された凝縮水は凝縮水タンク７に集められる。凝縮水タンク７内の水は、水タンク８内の水位が一定量低下した時点で、水供給ポンプ１３の駆動により水供給経路９を通じて送り出され、水浄化装置１４にて浄化された後、水タンク８に供給される。このように、発電状態においては、水浄化装置１４内の水は定期的に流動している為、バクテリア等の微生物が特定の場所で極端に増殖し、水経路を閉塞させるというような事態には至りにくい。

また、水浄化装置１４を通じて水タンク８へ送られる水は、この水浄化装置１４内にて抗菌手段１７を経ることで抗菌剤（抗菌イオン又は有機系抗菌剤）が含有される。この抗菌剤は、水の流れに伴って活性炭１６に運ばれるため、活性炭１６中でのバクテリア等の発生及び繁殖をより確実に抑制することができる。また、抗菌イオンの場合は、活性炭１６から更に下流側へ流出してイオン交換体１５に到達すると、該イオン交換体１５にて吸収されるため、水浄化装置１４から水タンク８へ送られる水中の抗菌イオン濃度を低減することができる。

このように、本実施の形態に係る燃料電池システム１００の発電中においては、イオン交換体１５によるイオン除去、及び活性炭１６による有機物の除去に加えて、抗菌剤によるバクテリア等の除去も適切に行われ、水浄化装置１４からの抗菌イオンの流出も抑制することができる。

一方、燃料電池システム１００の発電が停止されると、上記の水の動きも停止するので、水浄化装置１４内の水は内部で滞留する。ここで、活性炭１６は、システム１００の運転中に流れてきた凝縮水中の有機物を吸着しているので、微生物が発生及び増殖しやすい環境となっているが、活性炭１６に接触させる形で配置した抗菌手段１７による抗菌効果により、微生物の発生及び増殖が抑制されている。そのため活性炭１６で目詰まりが発生することもなく、次のシステム１００の運転再開時点でも、凝縮水の流れを妨げることなく、順調に発電運転を継続することができる。

また、活性炭１６の上方には第１隙間部３３が形成されており、そこに水が滞留可能になっている。この水には抗菌手段１７から溶出した抗菌剤が含まれており、発電停止期間中に該抗菌剤が活性炭１６へと供給される。従って、より長時間にわたって、活性炭１６のバクテリア等の発生及び増殖を抑制することができる。また、第１隙間部３３にまで抗菌剤を含む水が滞留している場合、活性炭１６の全体がこの水に浸った状態となっているため、活性炭１６の全体へ抗菌剤を十分供給することができる。更に、この第１隙間部３３により、活性炭１６がイオン交換体１５から隔てられている。従って、抗菌剤が抗菌イオンの場合に、活性炭１６の上面近傍の抗菌イオンがイオン交換体１５へ早急に吸収されてしまうのを防止することができ、活性炭１６の上面近傍でのバクテリア等の発生及び増殖を適切に抑制することができる。

なお、本実施の形態では、システム１００の外部から導入された燃料ガスを水素リッチな改質ガスに改質する水素供給手段１（具体的には改質機）を用いた形態について説明したが、もちろんこれに限られることはない。例えば、水素供給手段として、システム１００の外部から直接水素ガスを供給する構成を採用してもよい。この場合、改質機としての水素供給手段に水タンク８の水を供給する必要がないので、改質水供給経路１２及び改質水供給ポンプ２０などが不用になる為、システムを大幅に簡素化することが出来る。

次に、上述した実施の形態１に係る燃料電池システム１の変形例について説明する。図３は、変形例１〜４に係る水浄化手段の構成を示す下部拡大断面図である。

（変形例１）
図３（ａ）に示す水浄化手段１４ａは、図２に示した水浄化手段１４と大部分において同じ構成を備える一方、第１隙間部３３に第１スペーサー３４を備える点で異なっている。この第１スペーサー３４は、イオン交換することができない材料を用いて平坦状に構成されており、且つ水が通流可能になっている。そのような材料としては、例えば、複数の貫通孔を設けた樹脂部材、多孔質の樹脂部材、織布、又は不織布を採用することができる。

このような構成とすることにより、第１隙間部３３を、所定容量を有する空間として確実に確保することができる。なお、図３（ａ）において図２と同一符号が付された部分は、図２の水浄化手段１４にて対応する部分と同様の構成になっているため、ここではそれらについての説明は省略する（図３（ｂ）〜（ｄ）についても同様）。

（変形例２）
図３（ｂ）に示す水浄化手段１４ｂは、図２に示した水浄化手段１４と大部分において同じ構成を備える一方、第１隙間部３３に加えて、活性炭１６と抗菌手段１７との間に第２隙間部３５を備えている。このような構成とすることにより、この第２隙間部３５にも、抗菌イオンを含有する水を多く滞留できるため、抗菌剤を活性炭１６の周囲により多く拡散して存在させることができる。

（変形例３）
図３（ｃ）に示す水浄化手段１４ｃは、変形例２の水浄化手段１４ｂと大部分において同じ構成を備える一方、第２隙間部３５に第２スペーサー３６を備える点で異なっている。この第２スペーサー３６は、イオン交換することができない材料を用いて平坦状に構成されており、且つ水が通流可能になっている。そのような材料としては、例えば、複数の貫通孔を設けた樹脂部材、多孔質の樹脂部材、織布、又は不織布を採用することができる。このような構成とすることにより、第２隙間部３５を、所定容量を有する空間として確実に確保することができる。

（変形例４）
図３（ｄ）に示す水浄化装置１４ｄは、上述した第１隙間部３３及び第２隙間部３５を共に備え、且つ、夫々に第１スペーサー３４及び第２スペーサー３６を備えた構成となっている。また、活性炭１６の周面（平面視したときの外周面）の少なくとも一部は、水浄化装置１４ｄのケーシング３０の内壁面から内方に離隔した形状となっている。図３（ｄ）では、そのような活性炭１６の典型例として、活性炭１６の全周面とケーシング３０の内壁面との間に、所定寸法の第３隙間部３７が設けられた構成を示している。

そして、変形例４に係る水浄化装置１４ｄでは、この第３隙間部３７に対し、上方からは第１スペーサー３４の周縁部３４ａが延設され、下方からは第２スペーサー３６の周縁部３６ａが延設されている。また、これらの周縁部３４ａ，３６ａは、第３隙間部３７内で互いに当接している。

このような構成とすることにより、活性炭１６の厚み方向（水の通流方向）から見て、活性炭１６の周縁部の端面が、第１スペーサー３４の周縁部３４ａと第２スペーサー３６の周縁部３６ａとによって覆われることになる。そのため、活性炭１６の周縁部の端面にまで、抗菌剤を含む水を供給することができるため、活性炭１６でのバクテリア等の発生をより確実に抑制することができる。

なお、第１スペーサー３４の周縁部３４ａのみを、第３隙間部３７の下端又はそれより下方にまで延設するようにしてもよいし、第２スペーサー３６の周縁部３６ａのみを、第３隙間部３７の上端又はそれより上方にまで延設するようにしてもよい。

（変形例５）
図４は、変形例５に係る燃料電池システム１００の凝縮水タンク７及び水浄化装置１４の構成を示す模式図である。図４に示すように、この燃料電池システム１００では、凝縮水タンク７の下部に水の排出口７ａが設けられており、ここから延設された水供給経路９が、水浄化装置１４のケーシング３０の下部に設けられた入口３１に接続されている。また、凝縮水タンク７内の水位Ｈ１は、水浄化装置１４内の活性炭１６の上端位置Ｈ２よりも重力方向の上方に位置するように設定されている。

このような構成とすることにより、燃料電池システム１００が停止して水供給ポンプ１３が開状態になった場合であっても、活性炭１６（及び抗菌手段１７）が水に浸った状態を維持することができる。従って、抗菌手段１７から溶出した抗菌剤を、活性炭１６へ供給することができる。なお、上記のような凝縮水タンク７内を水位Ｈ１に調整するためには、凝縮水タンク７に水位計を設置し、水位Ｈ１を維持するように適宜外部から水道水等を補充できるようにしておくことが好ましい。

一方、凝縮水タンク７の水位を調整するのに代えて、水供給ポンプ１３を制御して、水浄化装置１４内の水位が活性炭１６の上端位置Ｈ２より上方に位置するようにしてもよい。この場合、例えば、水浄化装置１４に水位計を設置し、その検出値（水位）に基づいて制御装置２１が水供給ポンプ１３を駆動するようにすればよい。また、例えば、制御装置２１により開閉制御可能な弁を水供給経路９に設置し、水供給ポンプ１３を駆動制御して、水浄化装置１４内の水位が活性炭１６の上端位置Ｈ２より上方に位置するように調整した後、当該弁を閉止するよう制御してもよい。水供給ポンプ１３の駆動によって水浄化装置１４内の水位を活性炭１６の上端位置Ｈ２より上方に位置するように調整するには、例えば、水供給ポンプ１３を駆動して、予め求めておいた所定の水量を水浄化装置１４に供給するようにすればよい。

（実施の形態２）
図５は、本発明の第２の実施の形態の燃料電池システムに搭載した水浄化装置１４ｅの断面の下部拡大図である。

図５に示すように、この水浄化装置１４ｅでは、抗菌手段１７は活性炭１６の上流側、すなわち活性炭１６と支持体１８の間に配置されている。ここで、抗菌手段１７としては、バインダーとして水溶性のものを用いた以外は、実施の形態１と同様の構成とした。また、活性炭１６と抗菌手段１７の間に少し隙間を設けている。

このような構成にすることにより、燃料電池システムの発電停止時でも、抗菌手段１７から溶出した抗菌剤が拡散により活性炭１６の表面に到達する為、活性炭１６表面での微生物の発生及び増殖を抑制することができる。また燃料電池システムの運転再開時には、凝縮水が水浄化手段１４ｅの中を抗菌手段１７から活性炭１６の方向に流れるので、抗菌手段１７から溶出した有機系抗菌剤は活性炭１６で捕捉され、水浄化手段１４の下流側に流出することはない。すなわち、水浄化装置１４ｅの下流側に配置されてその水を利用する水素供給手段１に従来のような不具合を発生させることなく運転を継続することができる。

なお、本実施の形態に係る水浄化装置１４ｅでは、活性炭１６と抗菌手段１７の間に少し隙間を設けて配置したが、図２に示した水浄化装置１４と同様に両者を接触させて配置しても同様の効果を得ることができる。

（実施の形態３）
図６は、本発明の第３の実施の形態の燃料電池システムに搭載した水浄化装置１４ｆの断面の下部拡大図である。

図６に示すように、この水浄化装置１４ｆでは、抗菌手段１７として、ポリエステルメッシュの表面に非水溶性のバインダーにて有機系抗菌剤を担持させたものを用い、これを活性炭１６の下面に接触させるようにして、該活性炭１６の上流側に配置している。

このような構成にすることにより、抗菌剤担体の表面積を大きくできるので、少量の抗菌剤でも有効に作用させることができ、その分、抗菌剤の使用量を削減することにより、コストを低減することができる。また、抗菌手段１７の体積も小さくできるので、水浄化手段１４やシステム全体を小さくすることができ、全体のコストを低減できると共に商品性も高めることができる。

なお、本実施の形態では抗菌剤の担体としてポリエステルメッシュを用いた例で説明したが、他の種類の樹脂やセラミックなど耐熱的に使用可能な各種材料を用いた織物、クロス、不織布、薄板、パンチング板、多孔質板など、様々な部材を担体に用いた場合であっても、上記と同様の効果を得ることができる。

また、担体に抗菌剤性能を付与する方法として、担体表面に担持させる方法を用いたが、担体内部に抗菌剤を練り込んでも同様の効果を得ることができる。この方法では、状況によっては抗菌剤の使用量を多くする必要がある場合もあるが、担体から抗菌剤が離脱しにくい為、耐久性に優れるというメリットがある。

さらに、バインダーと抗菌剤のタイプとして、非水溶性のバインダーと有機系抗菌剤の組み合わせを例示したが、これもこの組み合わせに限定する必要はない。例えば、水溶性バインダーや金属イオンタイプの抗菌剤を、実施の形態１〜３で示したようなそれぞれの組み合わせの特性に合わせた構成で用いても同様の効果を得ることができる。

（実施の形態４）
図７は、本発明の第４の実施の形態の燃料電池システムに搭載した水浄化装置１４ｇの断面の下部拡大図である。

図７に示すように、この水浄化装置１４ｇでは、抗菌手段１７として、実施の形態１で説明した格子状の樹脂製支持体に金属イオンタイプの抗菌剤を練り込んだものを用い、これを活性炭１６の下面に接触させるようにして、該活性炭１６の上流側に設置している。

このような構成にすることにより、抗菌手段１７を活性炭１６の支持体と兼ねることができるので、部品点数削減によるコストダウン効果を得ることができる。

（実施の形態５）
図８は、本発明の第５の実施の形態の燃料電池システム１０１の構成図を示すものである。

図８に示す燃料電池システム１０１は、その基本的な構成は実施の形態１に示した燃料電池システム１００と同様であるので、互いに同様の部分についての説明は割愛し、実施の形態１と異なる部分のみを説明する。

燃料電池システム１０１では、凝縮水タンク７に、電気ヒーターからなる加熱手段２２及び温度検知手段２３が設置されている。これらは制御手段２１と接続されており（接続態様は図示せず）、必要な時間、所望の温度を維持するように、凝縮水タンク中の凝縮水を加熱することができる。

このように構成された燃料電池システム１０１について、以下その動作、作用を説明する。

燃料電池システム１０１は、燃料電池２にて発電を行っている間に、定期的に加熱手段２２で凝縮水タンク７内の凝縮水を加熱する。加熱条件としては、例えば６０℃で１時間維持する加熱を、１日１回の頻度で行う。このような運転をすることにより、凝縮水タンク７内での微生物の増殖が抑制されるので、下流側の水浄化手段１４内の活性炭１６に付着する微生物の量も抑制することができる。

本実施の形態の場合、発電停止時の活性炭１６での微生物の増殖抑制は抗菌手段１７によって実現できているので、加熱手段２２による加熱は、燃料電池システム１０１が発電を行なっている間のみ行なえばよく、系統からの余分が電力を使用する必要がなく非常に効率的である。

また、活性炭１６近傍に設置する抗菌手段１７についても、微生物が最も増殖しやすい状況である燃料電池システムの発電中については、加熱手段２２の作動によりその増殖を抑制している。そのため、抗菌手段１７に用いる抗菌剤の量も、燃料電池システム１０１の停止時の微生物増殖を抑制するのに必要な分だけに押さえられるので、抗菌手段１７の長寿命化や低コスト化を実現することができる。

なお、本実施の形態では加熱手段２２の具体的な方法として、電気ヒーターを用いる方法で説明したが、これに限る必要はなく、凝縮水を所定温度で所定時間維持できる構成であればよい。例えば、燃料電池２の冷却水にも用いる水タンク８の水温は、発電中は一般的に７０〜８０℃に保たれているので、水タンク８内の水を、オーバーフロー経路１０を介して凝縮水タンク７に供給することにより、凝縮水タンク７内の水温を所定温度まで上昇させることができる。この方法を用いれば、電気ヒーターなどの部品を追加したり、余分な電力を使用することなく、発電中において凝縮水中での微生物の増殖を抑制することができる。

以上のように、本発明にかかる燃料電池システムは、運転停止中においても活性炭での微生物の発生及び増殖を抑制することができる。また、水浄化手段内に抗菌剤が溶出し滞留していた場合でも、燃料電池システムの運転が再開された時に水浄化手段から抗菌剤が流出することがないため、下流側の水素供給手段や燃料電池に対して抗菌剤が影響を及ぼすことを防止することが可能となる。従って、長期間メンテナンスをすることなく運転させることができる燃料電池コージェネレーションシステム等に適用することができる。

１ 水素供給手段
２ 燃料電池
７ 凝縮水タンク
８ 水タンク
９ 水供給経路
１４ 水浄化手段
１５ イオン交換体
１６ 活性炭
１７ 抗菌手段
１８ 支持体
３３ 第１隙間部
３４ 第１スペーサー
３５ 第２隙間部
３６ 第２スペーサー
３７ 第３隙間部

Claims (9)

1. 燃料ガスおよび酸化剤ガスを用いて発電して電力を供給する燃料電池ユニットと、
   該燃料電池ユニットから排出されるガスから回収した凝縮水を貯留する凝縮水タンクと、
   該凝縮水タンクから前記燃料電池ユニットへ水を供給する水供給経路と、
   該水供給経路上に配置され、少なくとも水中のイオンを浄化する水浄化装置と、
   を備え、
   前記水浄化装置は、イオン交換樹脂層と、該イオン交換樹脂層の流れ方向の上流側に配置された抗菌剤層と、前記イオン交換樹脂層及び前記抗菌剤層の間に配置される活性炭層と、該活性炭層及び前記イオン交換樹脂の間に形成される第１隙間部と、を有する、
   燃料電池システム。
2. 前記第１隙間部には、通流性を有する第１スペーサーが配置されている、請求項１に記載の燃料電池システム。
3. 前記水浄化装置は、前記抗菌剤層及び前記活性炭層の間に第２隙間部を有している、請求項１又は２に記載の燃料電池システム。
4. 前記第２隙間部には、通流性を有する第２スペーサーが配置されている、請求項３に記載の燃料電池システム。
5. 前記水浄化装置は、その内部の水面が前記活性炭層よりも重力方向の上側となり、前記抗菌剤層及び前記活性炭層が水没するように構成されている、請求項１〜４のいずれかに記載の燃料電池システム。
6. 前記水浄化装置は、重力方向下側の部分から水が供給されるように前記水供給経路が接続されており、
   前記抗菌剤層及び前記活性炭層は、前記イオン交換樹脂層の重力方向の下側に配置されている、請求項５に記載の燃料電池システム。
7. 前記凝縮水タンクは、重力方向下側の部分から水が排出されるように前記水供給経路が接続されており、その内部の水面が、前記活性炭層より重力方向の上側となるように構成されている、請求項６に記載の燃料電池システム。
8. 前記抗菌剤層は、抗菌材料を担持または混練した抗菌剤と、複数の貫通孔を有して前記抗菌剤を収納する容器とを備える、請求項１〜７のいずれかに記載の燃料電池システム。
9. 前記抗菌剤層は、抗菌材料を担持または混練した抗菌支持体である、請求項１〜７のいずれかに記載の燃料電池システム。

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