JP4959112B2 - 燃料電池システム - Google Patents

Description

本発明は、改質器により生成された改質ガスと空気を燃焼電池に供給して発電させる燃料電池システムに関する。

燃料電池システムとして、燃料極に供給された水素および空気極に供給された酸素を用いて発電する燃料電池１と、空気極から送出される排出ガス（空気オフガス）中の水蒸気を少なくとも凝縮して回収水として回収する凝縮器（生成水回収装置２１）と、この凝縮器から供給される回収水を貯水する貯水器（混合水タンク２２）と、この貯水器から供給される回収水を純水にする純水器（水処理装置３３）と、この純水器から供給される純水化された回収水と燃料（原燃料）を改質して改質ガスを導出する改質器（燃料改質装置２）とを備えたものが知られている（特許文献１）。このシステムにおいては、貯水器に貯水されている回収水を純水器に供給するポンプ３１と、純水器で純水化された回収水を冷却板３および熱交換器１３を介して水蒸気分離器１１に供給するポンプ１２をさらに備え、水蒸気分離器１１にて回収水から分離された水蒸気の一部が改質水として改質器２に供給されている。

また、このように燃料電池から排出される排出ガス内の水蒸気を凝縮して回収水として回収し、その回収水を改質水として再利用する他の従来技術として、特許文献２に記載されているものも知られている。このシステムにおいては、水素を含む燃料と空気を用いて発電を行う固体高分子型の燃料電池２１と、燃料電池２１への供給空気と燃料電池２１からの排出空気との間の熱交換を行うとともに、供給空気の加湿および排出空気の除湿を行う湿度交換型熱交換器２６と、湿度交換型熱交換器２６より排出される空気に含まれる水蒸気を凝縮して回収する凝縮器（空気側水回収器２７）とを備え、燃料電池２１、湿度交換型熱交換器２６、空気側水回収器２７は、鉛直方向にこの順番で上から設置されている。これにより、燃料電池２１の空気側流路内に凝縮して生じる水滴を重力を利用してスムーズに流下することができることから、空気流路の圧力変動が抑えられる。したがって、空気の流れが安定し、電池内部の反応が一定状態で進み、高い効率が得られる。
特開平０９−３０６５２３号公報（第２−４頁、図１） 特開２０００−１５６２３６号公報（第３−４頁、図１）

上述した特許文献１に記載されている燃料電池システムにおいては、ポンプ３１が混合水タンク２２と水処理装置３３とを連通する配管の途中に設けられており、この配管中または水処理装置３３内に空気が溜まるとその空気がバッファとなったりまた配管中の空気をポンプ３１が吸い込んでエア噛み状態となったりして回収水が所定量供給できなくなるおそれがあった。また、ポンプ１２が水処理装置３３と水蒸気分離器１１とを連通する配管の途中に設けられており、この配管中または水処理装置３３内に空気が溜まるとその空気がバッファとなったりまた配管中の空気をポンプ１２が吸い込んでエア噛み状態となったりして回収水が所定量水蒸気分離器１１に供給できなくなり、ひいては水蒸気分離器１１からの水蒸気が所定量改質器２に供給されなくなりすなわち改質水の安定供給ができなくなり、これによりシステムの安定運転ができなくなるおそれがあった。

上述した特許文献２に記載されている燃料電池システムにおいては、燃料電池２１、湿度交換型熱交換器２６、空気側水回収器２７は、鉛直方向にこの順番で上から設置されており、これによる作用・効果として燃料電池２１の空気側流路内に凝縮して生じる水滴を重力を利用してスムーズに流下するようになっている旨の記載はあるが、改質水の安定供給ができなくなってシステムの安定運転ができなくなるのを防止する旨の記載はない。

本発明は、上述した問題を解消するためになされたもので、燃料電池、凝縮器、純水器および貯水器を、この順番にて、かつ、これら部材のなかで互いに隣り合う２部材のうち上流に位置する部材内の液体は自重にて直下流に位置する部材に流れるように配置することにより、改質器に改質水を安定供給する燃料電池システムを提供することを目的とする。

上記の課題を解決するため、請求項１に係る発明の構成上の特徴は、燃料極に供給された水素および空気極に供給された酸素を用いて発電する燃料電池と、燃料極または空気極から送出される排出ガス中の水蒸気を少なくとも凝縮して回収水として回収する凝縮器と、該凝縮器から供給される回収水を純水にする純水器と、該純水器から供給される純水化された回収水を貯水する貯水器と、該貯水器に貯水されている回収水と燃料を改質して水素リッチな改質ガスを導出し前記燃料電池に供給する改質器と、貯水器に貯水されている回収水を改質器に供給する給水手段とを備えてなり、燃料電池、凝縮器、純水器および貯水器は、この順番にて、かつ、これら部材のなかで互いに隣り合う２部材のうち上流に位置する部材内の液体は自重にて直下流に位置する部材に流れるように配置され、凝縮器は純水器の上方に配置され、凝縮器は純水器の上端の導入部に設けられた導入口に配管で接続されており、純水器は上方に開口するＵ字状に形成された通路を備え、該通路内にイオン交換樹脂が充填されてイオン交換樹脂部が形成され、通路の一方上端に導入口を備えた導入部が形成され、通路の他方上端に純水化された回収水を貯水器に導出する導出口を供えた導出部が形成され、導入口は導出口より高い位置に配置されたことである。

また請求項２に係る発明の構成上の特徴は、燃料極に供給された水素および空気極に供給された酸素を用いて発電する燃料電池と、燃料極または空気極から送出される排出ガス中の水蒸気を少なくとも凝縮して回収水として回収する凝縮器と、該凝縮器から供給される回収水を純水にする純水器と、該純水器から供給される純水化された回収水を貯水する貯水器と、該貯水器に貯水されている回収水と燃料を改質して水素リッチな改質ガスを導出し燃料電池に供給する改質器と、貯水器に貯水されている回収水を改質器に供給する給水手段とを備えてなり、燃料電池、凝縮器、純水器および貯水器は、この順番にて、かつ、これら部材のなかで互いに隣り合う２部材のうち上流に位置する部材内の液体は自重にて直下流に位置する部材に流れるように配置され、凝縮器は純水器の上方に配置され、凝縮器は純水器の上端の導入部に設けられた導入口に配管で接続されており、純水器は上方に開口するＵ字状に形成された通路を備え、該通路内にイオン交換樹脂が充填されてイオン交換樹脂部が形成され、通路の一方上端に導入口を備えた導入部が形成され、通路の他方上端に貯水器が一体的に形成され、導入口は貯水器の導出口より高い位置に配置されたことである。

また請求項３に係る発明の構成上の特徴は、請求項１または請求項２において、貯水器は、一端が外部に連通する排水管の他端が接続されるオーバーフロー口を設けたことである。

また請求項４に係る発明の構成上の特徴は、請求項１または請求項２において、貯水器に貯水されている回収水中に配設されて同回収水の導電率を検出する導電率センサをさらに備え、給水手段は、一端が貯水器の底部まで延在されて配設され他端が改質器に接続された給水管とこの給水管の途中に設けられて一端から貯水器に貯水されている回収水を吸い込んで改質器に圧送するポンプとから構成され、導電率センサを給水管の一端付近に配置することである。

上記のように構成した請求項１に係る発明においては、燃料電池システムの稼動中にて燃料電池、凝縮器および純水器内で発生した液体（回収水）は自重により直下流の凝縮器、純水器および貯水器にそれぞれ流れるので、各部材間にポンプを設けることなく回収水を貯水器に回収することができる。そして、凝縮器は純水器の上端の導入部に設けられた導入口に配管で接続されており、純水器内に発生するエアはその浮力にて上部に溜まり上方から容易に抜くことができる。配管は内部を流れる液体が純水器まで溜まることなく自重によって落水する構造となっている。したがって、従来のように配管中または凝縮器もしくは純水器内に発生するエアだまりによって貯水器までの供給量が不安定となることなく、貯水器までは回収水を安定供給することができ、ひいては改質器へ回収水を安定供給することができる。
さらに、純水器が凝縮器から供給される回収水が自重にて純水器内のイオン交換樹脂部を流通するように構成されているので、イオン交換樹脂部内に発生するエアはイオン交換樹脂部の上部に溜まりその溜まったエアを容易に抜くことができる。
また、純水器は上方に開口するＵ字状に形成された通路を備え、この通路内にイオン交換樹脂が充填され、通路の一端に凝縮器から供給される回収水を導入する導入口を備えた導入部が形成され、通路の他端に純水化された回収水を貯水器に導出する導出口を供えた導出部が形成され、導入口は導出口より高い位置に配置されたので、一旦純水器に回収水が流通されるとその通路内は回収水で満たされ通路内のイオン交換樹脂は常に水に浸かる状態となる。したがって、イオン交換樹脂中に大気が残留することがなく、水がイオン交換樹脂内を偏流することがないため、イオン交換樹脂のイオン交換基に二酸化炭素の炭酸イオンが吸着する機会を抑制でき、寿命を延ばすことができる。

上記のように構成した請求項２に係る発明においては、燃料電池システムの稼動中にて燃料電池、凝縮器および純水器内で発生した液体（回収水）は自重により直下流の凝縮器、純水器および貯水器にそれぞれ流れるので、各部材間にポンプを設けることなく回収水を貯水器に回収することができる。そして、凝縮器は純水器の上端の導入部に設けられた導入口に配管で接続されており、純水器内に発生するエアはその浮力にて上部に溜まり上方から容易に抜くことができる。配管は内部を流れる液体が純水器まで溜まることなく自重によって落水する構造となっている。したがって、従来のように配管中または凝縮器もしくは純水器内に発生するエアだまりによって貯水器までの供給量が不安定となることなく、貯水器までは回収水を安定供給することができ、ひいては改質器へ回収水を安定供給することができる。
さらに、純水器が凝縮器から供給される回収水が自重にて純水器内のイオン交換樹脂部を流通するように構成されているので、イオン交換樹脂部内に発生するエアはイオン交換樹脂部の上部に溜まりその溜まったエアを容易に抜くことができる。
また、純水器は上方に開口するＵ字状に形成された通路を備え、この通路内にイオン交換樹脂が充填され、通路の一端に凝縮器から供給される回収水を導入する導入口を備えた導入部が形成され、通路の他方上端に貯水器が一体的に形成されているので、純水器に貯水器を一体構造化することにより装置を小型化することができる。
さらに、導入口は貯水器の導出口より高い位置に配置されたので、一旦純水器に回収水が流通されるとその通路内は回収水で満たされ通路内のイオン交換樹脂は常に水に浸かる状態となる。したがって、イオン交換樹脂中に大気が残留することがなく、水がイオン交換樹脂内を偏流することがないため、イオン交換樹脂のイオン交換基に二酸化炭素の炭酸イオンが吸着する機会を抑制でき、寿命を延ばすことができる。

また、上記のように構成した請求項３に係る発明においては、貯水器は一端が外部に連通する排水管の他端が接続されるオーバーフロー口を設けているので、純水器によって純水処理されたものがオーバーフロー口および排水管を通って外部に排水され、その排水によって環境が悪化するのを防止することができる。

また、上記のように構成した請求項４に係る発明においては、貯水器に貯水されている回収水中に配設されて同回収水の導電率を検出する導電率センサをさらに備え、給水手段は、一端が貯水器の底部まで延在されて配設され他端が改質器に接続された給水管とこの給水管の途中に設けられて一端から貯水器に貯水されている回収水を吸い込んで改質器に圧送するポンプとから構成され、導電率センサを給水管の一端付近に配置するので、回収水の吸い込み流速によって導電率センサの表面がフラッシングされ、精度よく導電率を検出することができる。

以下、本発明による燃料電池システムの一実施の形態について説明する。図１はこの燃料電池システムの概要を示す概要図である。この燃料電池システムは燃料電池１０と燃料電池（燃料電池スタック）１０に必要な水素ガスを含む改質ガスを生成する改質器２０を備えている。

燃料電池１０は、燃料極１１と空気極１２と両極１１，１２間に介装された電解質１３を備えており、燃料極１１に供給された改質ガスおよび空気極１２に供給された空気（カソードエア）を用いて発電するものである。なお、本実施の形態においては、燃料電池１０が高分子電解質形燃料電池である場合について説明する。したがって、電解質１３はイオン交換膜（特にカチオン交換膜）であり、燃料は天然ガス、メタノールである。

燃料極１１においては、供給された水素ガスが下記化１のように反応し、生成物である水素イオンが電解質１３を通って空気極１２に供給されるとともに未反応の水素ガスを含んだアノードオフガスが排出される。また空気極１２においては、供給された空気中の酸素および燃料極１１から電解質１３を介して供給された水素イオンが下記化２のように反応し、水（水蒸気）が生成されその水蒸気を含んだカソードオフガスが排出される。

（化１）
H_２ → ２H^＋＋２ｅ⁻
（化２）
２H^＋＋１／２Ｏ_２＋２ｅ⁻ → H_２Ｏ
ここで、燃料極１１で生成された電子は外部に接続された回路（インバータ回路）を通って空気極１２に到達し、空気極１２にてその電子を使用して上記化２に示す反応が生じこれにより燃料電池１０は発電する。

なお、燃料電池１０の空気極１２には、空気を供給する供給管６１およびカソードオフガスを排出する排出管６２が接続されており、これら供給管６１および排出管６２の途中には、空気を加湿するための加湿器１４が設けられている。この加湿器１４は水蒸気交換型であり、排出管６２中すなわち空気極１２から排出される気体中の水蒸気を除湿してその水蒸気を供給管６１中すなわち空気極１２へ供給される空気中に供給して加湿するものである。

改質器２０は、天然ガス、ＬＰガス、灯油などの炭化水素系燃料を水蒸気改質し、水素リッチな改質ガスを燃料電池１０に供給するものであり、バーナ２１、改質部２２、一酸化炭素シフト反応部（以下、ＣＯシフト部という）２３および一酸化炭素選択酸化反応部（以下、ＣＯ選択酸化部という）２４から構成されている。

バーナ２１は、起動時に外部から燃焼用燃料および燃焼用空気が供給され、または定常時に燃料電池１０の燃料極１１からアノードオフガス（燃料電池に供給され使用されずに排出された改質ガス）が供給され、供給された各ガスを燃焼して燃焼ガスを改質部２２に導出するものである。この燃焼ガスは改質部２２を（同改質部２２の触媒の活性温度域となるように）加熱し、その後燃焼ガス用凝縮器３４を通って燃焼ガスに含まれている水蒸気を凝縮されて外部に排気される。燃焼ガス用凝縮器３４は配管６３を介して後述する純水器４０に連通している。燃焼ガス用凝縮器３４は純水器４０より上方に配設されており、配管６３は内部を流れる液体が純水器４０まで溜まることなく自重によって落水するように構造となっている。

改質部２２は、外部から供給された燃料に蒸発部（図示省略）からの水蒸気を混合した混合ガスを改質部２２に充填された触媒により改質して水素ガスと一酸化炭素ガスを生成している（いわゆる水蒸気改質反応）。これと同時に、水蒸気改質反応にて生成された一酸化炭素と水蒸気を水素ガスと二酸化炭素とに変成している（いわゆる一酸化炭素シフト反応が）。これら生成されたガス（いわゆる改質ガス）はＣＯシフト部２３に導出される。

ＣＯシフト部２３は、この改質ガスに含まれる一酸化炭素と水蒸気をその内部に充填された触媒により反応させて水素ガスと二酸化炭素ガスとに変成している。これにより、改質ガスは一酸化炭素濃度が低減されてＣＯ選択酸化部２４に導出される。

ＣＯ選択酸化部２４は、改質ガスに残留している一酸化炭素と外部からさらに供給されたＣＯ浄化用の空気とをその内部に充填された触媒により反応させて二酸化炭素を生成している。これにより、改質ガスは一酸化炭素濃度がさらに低減されて（１０ｐｐｍ以下）燃料電池１０の燃料極１１に導出される。

改質器２０のＣＯ選択酸化部２４と燃料電池１０の燃料極１１とを連通する配管６４の途中には、凝縮器３０が設けられている。この凝縮器３０は改質ガス用凝縮器３１、アノードオフガス用凝縮器３２およびカソードオフガス用凝縮器３３が一体的に接続された一体構造体である。改質ガス用凝縮器３１は配管６４中を流れる燃料電池１０の燃料極１１に供給される改質ガス中の水蒸気を凝縮する。アノードオフガス用凝縮器３２は、燃料電池１０の燃料極１１と改質器２０のバーナ２１とを連通する配管６５の途中に設けられており、その配管６５中を流れる燃料電池１０の燃料極１１から排出されるアノードオフガス中の水蒸気を凝縮する。カソードオフガス用凝縮器３３は、排出管６２の加湿器１４の下流に設けられており、その排出管６２中を流れる燃料電池１０の空気極１２から排出されるカソードオフガス中の水蒸気を凝縮する。なお、凝縮器３０には、図示しない貯湯槽の低温液体またはラジエータおよび冷却ファンによって冷却された液体が供給されるようになっており、この液体との熱交換によって各ガス中の水蒸気を凝縮している。

これら各凝縮器３１，３２，３３は燃料電池１０より下方となり、かつ純水器４０より上方となるように配設されている。また、これら各凝縮器３１，３２，３３は配管６６を介して純水器４０に連通している。配管６６は内部を流れる液体が純水器４０まで溜まることなく自重によって落水するように構造となっている。なお、凝縮器３０は、少なくともカソードオフガス用凝縮器３３を含むように構成すればよい。凝縮して回収される回収水が最も多いからである。

純水器４０は、凝縮器３０および燃焼ガス用凝縮器３４から供給された水すなわち回収水を純水にするものである。この純水器４０は、図２に示すように、上方に開口するU字状に形成されたハウジング４１を備えている。このハウジング４１は左右筒体４１ａ，４１ｂと両筒体４１ａ，４１ｂの下部を連通する連結部４１ｃとから構成されている。左右筒体４１ａ，４１ｂと連結部４１ｃとの内部は上方に開口するU字状に形成された空間であり、この空間が回収水を流通させる通路４２として機能し、この通路内にイオン交換樹脂が充填されてイオン交換樹脂部４３が形成されている。左右筒体４１ａ，４１ｂ内にはイオン交換樹脂部４３の各上面に押え部材を兼ねた濾過部材４４が当接されて取付固定されている。なお、Ｕ字状通路４２においては回収水が自重にてイオン交換樹脂部４３内を流通するように構成されている。

イオン交換樹脂は、イオン交換樹脂部４３を流通する原水である回収水から陽イオン（カチオン：Ｎａ^＋、Ｃａ^２＋、Ｍｇ^２＋など）および陰イオン（アニオン：Ｃｌ⁻、ＨＣＯ_３ ⁻など）を除去する不溶性の合成樹脂をいい、樹脂は化学的に不活性な部分の樹脂基体とイオン交換基の部分から構成されている。本実施の形態のイオン交換樹脂は原水中の陽イオンをＨ^＋に交換する陽イオン交換樹脂および原水中の陰イオンをＯＨ⁻に交換する陰イオン交換樹脂を均一に混合してなる混床タイプのものである。なお、陽イオン交換樹脂と陰イオン交換樹脂の混合比は凝縮水の陽イオンおよび陰イオンのバランスにより最適設計されるが、通常、１：１．５〜１：２程度である。

右筒体４１ｂの上端（通路４２の一端）には、有底筒状体に形成された導入部４５の開口端が液密に接続されている。導入部４５の天壁４５ａには、凝縮器３０から供給される回収水を導入する配管６６に接続された導入口４５ａ１、燃焼ガス用凝縮器３４から供給される回収水を導入する配管６３に接続された導入口４５ａ２、および図示しない水道水供給源（例えば水道管）から供給される補給水を導入する配管６７に接続された導入口４５ａ３が設けられている。また、天壁４５ａにはエア抜き用の孔４５ａ４が形成されている。

また、左筒体４１ａの上端（通路４２の一端）には、貯水器５０が一体的に形成されている。貯水器５０は有底筒状体に形成されたハウジング５１を備えており、このハウジング５１の開口端が左筒体４１ａの上端に液密に接続されている。ハウジング５１の天壁５１ａには、エア抜き口５１ａ１が設けられており、導入部４５に回収水が供給されると、右筒体４１ｂ、左筒体４１ａを満たし、貯水器５０内に貯水される。ハウジング５１内上部には一端が外部に連通する排水管の他端が接続されるオーバーフロー口５２が設けられており、左筒体４１ａの水位が上昇しオーバーフロー口５２を越えるとそのオーバーフロー口５２および排水管を通って外部に排水される。

ハウジング５１の天壁５１ａ上にはポンプ５３が取り付け固定されており、その吸込口５３ａには下端が貯水器５０の底部（ハウジング５１の開口端付近）まで延在されて配設された取水管６８の上端が接続され、ポンプ５３の吐出口５３ｂには上端が改質部２２に接続された配管６９の下端が接続されている。取水管６８の下端には、フィルタを持った取水部５４が固定されている。さらに、貯水器５０には貯水されている回収水中に配設されて同回収水の導電率を検出する導電率センサ５５ａがハウジング５１の下部に固定された支持部５５ｂによって支持固定されている。導電率センサ５５ａは取水部５４付近に配置されている。なお本実施の形態においては、取水管６８と配管６９とにより請求項６に記載の給水管を構成し、ポンプ５３、取水管６８および配管６９により請求項６に記載の給水手段を構成する。

ハウジング５１の天壁５１ａ上には貯水器５０内の上限および下限水位を検知できる水位計５６が取り付け固定されている。水位計５６が下限水位を検知すると、純水器４０に対する水の供給例えば水道水の補給を開始し、水位計５６が上限水位を検知すると、純水器４０に対する水の供給例えば水道水の補給を停止するようになっている。上限水位はオーバーフローラインより若干低い位置に設定され、下限水位は取水部５４より若干高い位置に設定されている。なお、純水器４０および貯水器５０内の水位は図２に示すようにほぼ同レベルにある。

次にこのように構成された燃料電池システムの作用を説明する。燃料電池システムの稼動中において、凝縮器３０および燃焼ガス用凝縮器３４にて凝縮され回収された回収水は配管６６および６３を通って自重にて直下流の純水器４０に流れる。純水器４０の導入部４５に流入した回収水は、右筒体４１ｂ内を自重によって上から下へ向かって流れ、連結部４１ｃ内を通って左筒体４１ａ内に流入する。左筒体４１ａに流入した回収水は右筒体４１ｂ内に溜まった回収水の自重で左右両筒体４１ａ，４１ｂの水位が同程度（純水器４０の圧損分の水位差がある。）まで左筒体４１ａ内を下から上へ向かって流れる。そして貯水器５０に到達する。すなわち純水器４０内の回収水は自重によってイオン交換樹脂部４３を通って直下流の貯水器５０に到達して貯水される。この時、この貯水されている回収水はイオン交換樹脂によって純水化されている。なお、導入部４５に流入する回収水の量が改質器２０に供給される量より大きくなりその水位がオーバーオフロー口５２より高くなればオーバーフロー口５２および排水管を通って外部に排水される。また、貯水器５０内の水位は、水位センサ５６により監視されており、上限水位と下限水位との間となるようになっている。そして、貯水器５０に貯水された回収水は、燃料電池の負荷に応じた所定量がポンプ５３によって改質器２０に給水されるようになっている。

また、燃料電池１０から凝縮器３０までの配管中では水滴が発生するおそれがあり、例え水滴が発生しても、燃料電池１０は凝縮器３０より上方に設置されており、燃料電池１０から凝縮器３０までの配管もその内部の流体が自重にて流れ落ちるように構成されているので、燃料電池１０の液体は配管を通って直下流の凝縮器３０に自重にて流れ落ちる。

上述した説明から理解できるように、この実施の形態においては、燃料電池システムの稼動中にて燃料電池１０で発生した液体は自重により直下流の凝縮器３０に、凝縮器３０および凝縮器３４で発生した液体は自重により直下流の純水器４０に流れるので、各部材間にポンプを設けることなく回収水を貯水器５０に回収することができる。したがって、従来のように配管中または凝縮器もしくは純水器内に発生するエアだまりによって貯水器までの供給量が不安定となることなく、貯水器４０までは回収水を安定供給することができ、ひいては改質器２０へ回収水を安定供給することができる。

また、純水器４０が凝縮器３０から供給される回収水が自重にて純水器４０内のイオン交換樹脂部４３を流通するように構成されているので、イオン交換樹脂部４３内に発生するエアがその浮力にてイオン交換樹脂部４３の上部に溜まりその溜まったエアをエア抜き用孔４５ａ４，５１ａ１から容易に抜くことができる。

また、Ｕ字状の通路４２が形成された純水器４０においては、各導入口４５ａ１,４５ａ２はオーバーフロー口５２（導出口）より高い位置に配置されているので、一旦純水器４０に回収水が流通されるとその通路４２内は回収水で満たされ通路４２内のイオン交換樹脂は常に水に浸かる状態となる。したがって、イオン交換樹脂中に大気が残留することがなく、水がイオン交換樹脂内を偏流することがないため、イオン交換樹脂のイオン交換基に二酸化炭素の炭酸イオンが吸着する機会を抑制でき、寿命を延ばすことができる。

また、貯水器５０が純水器４０に一体的に形成されているので、純水器４０に貯水器５０を一体構造化することにより装置を小型化することができる。

また、貯水器５０は一端が外部に連通する排水管の他端が接続されるオーバーフロー口５２を設けているので、純水器４０によって純水処理されたものがオーバーフロー口５２および排水管を通って外部に排水され、その排水によって環境が悪化するのを防止することができる。

また、導電率センサ５５ａが取水部５４（給水管の一端）付近に配置されているので、回収水の吸い込み流速によって導電率センサ５５ａの表面がフラッシングされ、精度よく導電率を検出することができる。

なお、上記実施の形態においては、貯水器５０をＵ字状通路４２の下流端の上に配置されるように純水器４０に一体的に設けるようにしたが、図３に示すように貯水器５０を純水器４０から分離して別部材として配置するようにしてもよい。この場合、貯水器５０は上部が開放されたタンク５７を備えており、このタンクに５７にオーバーフロー口５２、ポンプ５３、配管６８、取水部５４、導電率センサ５５ａおよび水位計５６が設けられている。また、純水器４０の左筒体の上端には、有底筒状体に形成された導出部４６の開口端が液密に接続されている。導出部４６の上部には、純水化された回収水を貯水器５０に導出する配管７１に接続された導出口４６ｂが設けられている。この導出口４６ｂは導入口４５ａ１,４５ａ２より低い位置に配置されている。また、導出部４６の天壁４６ａにはエア抜き用の孔４６ａ１が形成されている。これによれば、上記作用・効果に加えて、純水器４０の大きさに関係なく貯水器５０の容積を自由に設定することができるので、できるだけ貯水器５０の容積を大きくすることができる。なお上記実施の形態と同一部材には同一符号を付してその説明を省略する。

また、上記実施の形態においては、純水器４０を通路４２がＵ字状となるように形成したが、図４に示すように、通路４２がストレートとなるように純水器４０を形成するようにしてもよい。この場合、純水器４０は、右筒体４１ｂおよび導入部４５から構成され、右筒体４１ｂの下部には一端が貯水器５０に連通された導出管７２の他端が接続されている。ストレート状に形成されたイオン交換樹脂部４３の下部は支持部材４７によって支持されている。導入部４５には、図２に示す水位計５６が設けられている。また、貯水器５０は図３に示すものから水位計５６を削除したものを使用しており、この貯水器５０は右筒体４１ｂ内の水位（導出管７２を介して連通しているので貯水器５０の水位とほぼ同一高さとなる）がイオン交換樹脂部４３より上となるように配置されている。これにより、イオン交換樹脂部４３は常に水に浸かる状態となる。なお上記実施の形態と同一部材には同一符号を付してその説明を省略する。また、水位計５６は導入部４５でなく貯水器５０に設けるようにしてもよい。

本発明による燃料電池システムの一実施の形態の概要を示す概要図である。 図１に示す純水器および貯水器を示す断面図である。 純水器および貯水器の変形例を示す断面図である。 純水器および貯水器の変形例を示す断面図である。

符号の説明

１０…燃料電池、１１…燃料極、１２…空気極、２０…改質器、２１…バーナ、２２…改質部、２３…一酸化炭素シフト反応部（ＣＯシフト部）、２４…一酸化炭素選択酸化反応部（ＣＯ選択酸化部）、３０…凝縮器、３１…改質ガス用凝縮器、３２…アノードオフガス用凝縮器、３３…カソードオフガス用凝縮器、３４…燃焼ガス用凝縮器、４０…純水器、４１…ハウジング、４１ａ，４１ｂ…筒体、４１ｃ…連結部、４２…通路、４３…イオン交換樹脂部、４４…濾過部材、４５…導入部、４５ａ１，４５ａ２，４５ａ３…導入口、４６…導出部、４６ａ１…エア抜き用孔、４６ｂ…導出口、４７…支持部材、５０…貯水器、５１…ハウジング、５２…オーバーフロー口、５３…ポンプ、５４…取水部、５５ａ…導電率センサ、５６…水位計、５７…タンク、６１〜６９，７１…配管、７２…導出管。

Claims (4)

1. 燃料極に供給された水素および空気極に供給された酸素を用いて発電する燃料電池と、
   前記燃料極または空気極から送出される排出ガス中の水蒸気を少なくとも凝縮して回収水として回収する凝縮器と、
   該凝縮器から供給される回収水を純水にする純水器と、
   該純水器から供給される純水化された回収水を貯水する貯水器と、
   該貯水器に貯水されている回収水と燃料を改質して水素リッチな改質ガスを導出し前記燃料電池に供給する改質器と、
   前記貯水器に貯水されている回収水を前記改質器に供給する給水手段とを備えてなり、
   前記燃料電池、凝縮器、純水器および貯水器は、この順番にて、かつ、これら部材のなかで互いに隣り合う２部材のうち上流に位置する部材内の液体は自重にて直下流に位置する部材に流れるように配置され、
   前記凝縮器は前記純水器の上方に配置され、前記凝縮器は前記純水器の上端の導入部に設けられた導入口に配管で接続されており、
   前記純水器は上方に開口するＵ字状に形成された通路を備え、該通路内にイオン交換樹脂が充填されてイオン交換樹脂部が形成され、前記通路の一方上端に前記導入口を備えた前記導入部が形成され、前記通路の他方上端に純水化された回収水を前記貯水器に導出する導出口を供えた導出部が形成され、前記導入口は導出口より高い位置に配置されたことを特徴とする燃料電池システム。
2. 燃料極に供給された水素および空気極に供給された酸素を用いて発電する燃料電池と、
   前記燃料極または空気極から送出される排出ガス中の水蒸気を少なくとも凝縮して回収水として回収する凝縮器と、
   該凝縮器から供給される回収水を純水にする純水器と、
   該純水器から供給される純水化された回収水を貯水する貯水器と、
   該貯水器に貯水されている回収水と燃料を改質して水素リッチな改質ガスを導出し前記燃料電池に供給する改質器と、
   前記貯水器に貯水されている回収水を前記改質器に供給する給水手段とを備えてなり、
   前記燃料電池、凝縮器、純水器および貯水器は、この順番にて、かつ、これら部材のなかで互いに隣り合う２部材のうち上流に位置する部材内の液体は自重にて直下流に位置する部材に流れるように配置され、
   前記凝縮器は前記純水器の上方に配置され、前記凝縮器は前記純水器の上端の導入部に設けられた導入口に配管で接続されており、
   前記純水器は上方に開口するＵ字状に形成された通路を備え、該通路内にイオン交換樹脂が充填されてイオン交換樹脂部が形成され、前記通路の一方上端に前記導入口を備えた前記導入部が形成され、前記通路の他方上端に前記貯水器が一体的に形成され、
   前記導入口は前記貯水器の導出口より高い位置に配置されたことを特徴とする燃料電池システム。
3. 請求項１または請求項２において、前記貯水器は、一端が外部に連通する排水管の他端が接続されるオーバーフロー口を設けたことを特徴とする燃料電池システム。
4. 請求項１または請求項２において、前記貯水器に貯水されている回収水中に配設されて同回収水の導電率を検出する導電率センサをさらに備え、
   前記給水手段は、一端が前記貯水器の底部まで延在されて配設され他端が前記改質器に接続された給水管とこの給水管の途中に設けられて前記一端から前記貯水器に貯水されている回収水を吸い込んで前記改質器に圧送するポンプとから構成され、
   前記導電率センサを前記給水管の一端付近に配置することを特徴とする燃料電池システム。

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