JP5559625B2 - 燃料電池システム - Google Patents

Description

本発明は燃料電池システムに関するものである。

燃料電池は、水素と酸素との直接反応により化学エネルギーを電気エネルギーに変換するものであり、発電効率が高く、大気汚染物質もほとんど排出しないことから環境にやさしい発電装置である。また、発電と同時に熱も発生するため、この熱を回収することによりコージェネシステムを構築することができ、トータルエネルギー効率を７０％〜８０％に高めることができる。このため、燃料電池は、地球温暖化防止に貢献できる技術として期待されている。

燃料電池の燃料となる水素含有ガス（水素を主成分とするガス）は、例えば水素生成器において、都市ガスなどの炭化水素系の原料ガスと水とを反応（改質反応）させることによって得られる。水素生成器には、一般に、水素を効率よく生成させるために触媒が用いられる。

水素生成器において、改質反応に用いられる水（改質水）に金属イオンなどの不純物が含まれていると、水素生成器で使用される触媒の性能を低下させるおそれがある。また、この不純物が水素生成器の内部で付着し、水素生成性能を低下させる可能性がある。このため、金属イオンなどの不純物が除去された水を、改質水として水素生成器に供給する必要がある。

一方、燃料電池が効率よく発電するためには、発電運転時に燃料電池本体を冷却する必要がある。多くの場合、冷却には水（冷却水）が用いられている。このとき、冷却水の導電性が高いと漏電を起こすおそれがあるため、冷却水に含まれるイオン性成分を除去して、冷却水の導電率を下げることが好ましい。

従って、燃料電池および水素生成器を備えた燃料電池システムでは、通常、各種フィルタ、イオン交換樹脂などを通じて不純物が除去された後の水を、水素生成器に供給して改質反応に用いたり、燃料電池の冷却のために使用する。

水素の生成や燃料電池の冷却に用いられる水として、燃料電池の発電によって生成された水を利用することができる。発電によって生成された水は、発電時に空気電極から排出される排ガスを冷却することによって凝縮・回収される。凝縮・回収した水（以下、「回収水」）は、微量の有機物を含み、かつ、その水温が４０℃未満であることが多いため、菌の繁殖に適した状態となっている。従って、システムの外部から導入された水や、水を回収した後の空気（排ガス）を排出する排気口などからカビや菌類が回収水に侵入すると、これらが回収水経路で繁殖して、回収水経路の閉塞などの不具合の原因になる可能性がある。

これに対し、抗菌剤を用いて回収水の抗菌を行うことが提案されている。例えば特許文献１には、回収水と水道水とを含む混合水の流路に、紫外線抗菌装置と抗菌性フィルタとを配置することが提案されている。また、抗菌性フィルタとして、粒状吸収剤（活性炭）の表面に、抗菌作用を有する金属膜を添着した充填槽を用いることが記載されている。

また、特許文献２には、回収水を純水化する純水器において、イオン交換樹脂の重力方向における上方に、抗菌剤を配置することが提案されている。具体的には、粒状の活性炭に、抗菌作用を有する金属などの微粒子を固着したものを純水器に充填することが記載されている。

特開平９−６３６１２号公報 特開２０１０−３３９１７号公報

特許文献１および２では、粒状の活性炭の表面に、抗菌作用を有する金属などの物質（抗菌剤）を固着させた粒子を使用している。しかしながら、このような抗菌剤を含む粒子の製造工程は複雑である。

本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであり、その目的は、抗菌剤を活性炭の表面に固着させることなく、活性炭に対して抗菌作用を発揮する燃料電池システムを提供することにある。

本発明の燃料電池システムは、燃料電池と、前記燃料電池から排出される排ガスから回収された回収水を利用する水利用機器と、前記回収水を前記水利用機器に供給するための第１の水経路と、前記第１の水経路に設けられ、前記回収水を貯える第１の水タンクと、前記第１の水経路において、前記第１の水タンクの下流側に設けられ、活性炭を有する浄化器と、前記第１の水経路に設けられ、前記第１の水タンク内の前記回収水を前記水利用機器へ送出するための水送出器と、前記第１の水経路において、前記活性炭よりも上流に設けられた抗菌剤とを備える。

ある好ましい実施形態において、上記燃料電池システムは、前記第１の水経路において、前記抗菌剤よりも下流に設けられたフィルタをさらに備える。

ある好ましい実施形態において、前記フィルタは、前記浄化器において、前記活性炭の下流側の端面近傍に配置されている。

ある好ましい実施形態において、前記活性炭および前記抗菌剤は、同一容器内において、重力方向における上方から前記活性炭及び前記抗菌剤の順に配設されている。

前記活性炭の上流側の端面は前記抗菌剤と接していてもよい。

ある好ましい実施形態において、前記第１の水経路において、前記フィルタの下流側に設けられたイオン交換体をさらに備え、重力方向における上方から前記イオン交換体、前記フィルタ、前記活性炭および前記抗菌剤の順に配設されている。

前記イオン交換体は前記フィルタによって支持されていてもよい。

ある好ましい実施形態において、前記燃料電池システムは、前記抗菌剤を含有する複数の粒子またはペレットを有し、前記複数の粒子またはペレットは水を通過する容体に収納されている。

ある好ましい実施形態において、前記抗菌剤は、前記燃料電池システムの発電運転中よりも発電運転停止後の方が、前記抗菌剤から水への抗菌成分の溶出量が増加するよう構成されている。

前記抗菌剤は、前記第１の水タンク内に設けられ、前記燃料電池システムの発電運転中よりも発電運転停止後の方が、前記抗菌剤のうち前記第１の水タンク内の水に浸漬している部分の容積が増加するよう構成されていてもよい。

ある好ましい実施形態において、前記燃料電池システムの発電運転中においては、前記第１の水タンクの水位を、前記抗菌剤全体が前記第１の水タンク内の水に浸漬する下限水位未満に維持し、発電運転停止後は、前記発電運転中よりも前記第１の水タンクの水位を上昇させる水位制御器をさらに備える。

ある好ましい実施形態において、前記燃料電池システムは、第２の水タンクと、前記第１の水タンクと前記第２の水タンクとを接続する第２の水経路と、前記第２の水経路に設けられた弁とを備え、前記弁の動作は前記水位制御器によって制御される。

ある好ましい実施形態において、前記第１の水タンクは、前記抗菌剤を含有する材料により構成されている。

前記抗菌剤は銀系抗菌剤を含んでもよい。

前記抗菌剤は、その抗菌成分が前記回収水中に１０μｇ／Ｌ以上１００μｇ／Ｌ以下の範囲で溶出するように構成されていてもよい。

本発明によると、抗菌剤は、活性炭よりも上流側に配設されるので、水に溶出した抗菌成分が水の流れに乗って活性炭に供給される。従って、従来のように活性炭に抗菌剤を固着させなくても、活性炭に対して抗菌作用を発揮することが可能になる。

本発明による第１の実施形態の燃料電池システムの構成を示す図である。 （ａ）は、本発明の実施形態における浄化器の模式的な拡大断面図であり、（ｂ）は、抗菌剤が活性炭の下流側に配置された参考例の浄化器の拡大断面図である。 本発明による第２の実施形態の燃料電池システムの構成を示す図である。 本発明による第３の実施形態の燃料電池システムの構成を示す図である。 （ａ）および（ｂ）は発電運転中、（ｃ）は発電運転停止後の回収水１４の水位を例示する拡大断面図である。 本発明による第４の実施形態の燃料電池システムの構成を示す図である。

（第１の実施形態）
以下、図面を参照しながら、本発明の第１の実施形態の燃料電池システムを説明する。

図１は、本実施形態の燃料電池システムの構成を示す図である。

燃料電池システム１００は、燃料電池１と、燃料電池１から排出される排ガスから水を凝縮して回収する凝縮器１０と、回収された水（回収水）を利用する水利用機器（図示せず）と、回収水を水利用機器に供給するための水経路３０とを備えている。

水経路３０には、回収水を貯える回収水タンク（「第１の水タンク」ともいう）５と、回収水タンク５の下流側に設けられ、回収水を浄化するための浄化器６と、回収水タンク５内の回収水を水利用機器に送出するための水送出器７と、回収水でカビや菌類が繁殖することを抑制する抗菌剤１５とが設けられている。浄化器６は、活性炭１２を有している。活性炭１２は、回収水に含まれる有機物や塩素分などを吸着して除去する。活性炭１２の形態は任意であるが、例えば、回収水の流れに対して所定の厚さを有し、かつ上流側および下流側で略平面を形成するよう構成される形態が好ましい。具体的には、筒状の容器に活性炭粒子を充填して活性炭層が形成される形態であったり、平板状の活性炭繊維フィルタなどを用いる形態が例示される。

抗菌剤１５は、水経路３０において、活性炭１２よりも上流側に配設されている。抗菌剤１５は、水経路３０の配管内に配設されていてもよいし、浄化器６内や回収水タンク５内に配設されていてもよい。抗菌剤（例えば銀系抗菌剤）１５が回収水と接すると、回収水中に抗菌成分（例えば銀イオン）が溶出し、抗菌作用を発現する。抗菌剤１５を活性炭１２の上流側に配置することにより、後で詳述するように、特に活性炭１２におけるカビや菌類の繁殖を効率的に抑制できる。従って、カビや菌類に起因する水経路３０の閉塞を抑制できる。

本実施形態では、浄化器６は、活性炭１２の下流側に、イオン交換樹脂などのイオン交換体１３を有している。これにより、抗菌剤１５から回収水に溶出した抗菌成分（例えば銀イオン）を、水利用機器に供給される前の回収水から除去することができる。

さらに、活性炭１２の下流の水経路３０には、フィルタ１１が配置されている。フィルタ１１は、抗菌剤１５よりも下流側（水利用機器側）に配置されていることが好ましい。このように配置すると、活性炭１２を通過した抗菌成分の一部がフィルタ１１で捕捉され、フィルタ１１の近傍で抗菌作用を発現するので、フィルタ１１の目詰まりがさらに効果的に抑制される。

燃料電池システム１００の動作を簡単に説明する。

まず、燃料電池１の空気電極（カソード電極）に空気、燃料電極（アノード電極）に水素を主に含むガス（以下、単に「水素含有ガス」と称する）が供給される。燃料電池１では、空気中の酸素と、水素含有ガス中の水素とが反応して発電する。これにより、燃料電池１のカソード電極から、発電によって生成された水を含むガス（以下、「排ガス」）が排出される。アノード電極からは、酸素と反応せずに残った水素を含むガス（以下、「水素オフガス」）が排出される。

燃料電池１の排ガスは凝縮器１０に送られ、ここで、排ガスに含まれる水が凝縮される。凝縮された水（回収水）は、回収水タンク５に貯えられる。回収水タンク５内の水は、水経路３０によって水利用機器に適宜送られる。図１に示す例では、水経路３０を流れる回収水は、抗菌剤１５と接した後、活性炭１２を有する浄化器６を経て水利用機器に供給される。

水利用機器は、特に限定しないが、燃料電池を冷却する冷却水として回収水を利用する場合には、冷却水経路、冷却水タンクなどを含む冷却水供給器が水利用機器に相当する。また、水素生成器において、炭化水素系の原料ガスと反応させる改質水として利用する場合には、水素生成器が水利用機器に相当する。なお、回収水は冷却水および改質水の両方に用いられてもよく、その場合には、水利用機器は冷却水供給器および水素生成器を含む。

本発明者が検討したところ、従来の燃料電池システムにおいて、回収水を浄化するために活性炭を設けると、燃料電池システムを長期（例えば１ヶ月間）停止する場合、停止中に活性炭内でカビ等が繁殖しやすいことを見出した。

これに対し、本実施形態の燃料電池システム１００では、抗菌剤１５が活性炭１２よりも上流側に配置されているので、活性炭１２でのカビ等の繁殖を効率的に防止できる。以下、図面を参照しながら、詳しく説明する。

図２（ａ）は、本実施形態における浄化器６の模式的な拡大断面図である。浄化器６では、抗菌剤１５の抗菌成分（例えば銀イオン）１５ａは、回収水に溶出し、回収水の流れに沿って活性炭１２に流入する。このため、活性炭１２におけるカビや菌類の繁殖を効果的に抑制できる。また、流入した抗菌成分１５ａの一部は活性炭に吸着され、活性炭１２でトラップされると、特に燃料電池システムの運転停止中などに回収水を流通させない場合でも、活性炭１２におけるカビや菌類の繁殖をより効果的に抑制できる。

一方、図２（ｂ）に示す参考例のように、抗菌剤１５を活性炭１２の下流側に配置すると、抗菌剤１５から溶出した抗菌成分１５ａは、回収水の流れに沿って抗菌剤１５の下流側に流れるので、活性炭１２に流入し難い。従って、活性炭１２に十分な抗菌効果が及ばず、活性炭１２におけるカビ等の繁殖を十分に抑制できないおそれがある。

また、本実施形態では、図２（ａ）に示すように、活性炭１２の下流側にフィルタ１１を配置する。これにより、抗菌剤１５から溶出した抗菌成分１５ａのうち活性炭１２でトラップされずに活性炭１２を通過した抗菌成分１５ａが回収水とともにフィルタ１１を通過する。このとき、一部の抗菌成分１５ａはフィルタ１１で捕捉され得る。従って、抗菌成分１５ａの抗菌作用により、フィルタ１１の閉塞を抑制できる。さらに、フィルタ１１の下流側に例えばイオン交換体１３が配置されている場合には、イオン交換体１３に流入する抗菌成分１５ａの量を低減できるので、イオン交換体１３の負担を軽減できる。

本実施形態における水経路３０は、回収水が浄化器６内を重力方向と反対方向に流通するように構成されていることが好ましい。これにより、浄化器６内において、気泡が浮上する方向と、水が流通する方向とが同方向となるので、水の流れが気泡を噛みにくいというメリットがある。

フィルタ１１は、活性炭１２の下流側端面の近傍に配設されていることが好ましい。これにより、フィルタ１１にトラップされた抗菌成分１５ａによって、活性炭１２の下流側端面で菌が繁殖することを抑制できる。ここでいう「活性炭１２の下流側端面の近傍」とは、フィルタ１１にトラップされた抗菌成分１５ａの抗菌作用が活性炭１２の下流側端面まで及ぶ範囲内であればよい。

このように、本実施形態によると、抗菌剤１５から溶出され、活性炭１２やフィルタ１１でトラップされた抗菌成分１５ａによって、活性炭１２におけるカビや菌の繁殖をより効率的に抑制できる。従って、特許文献１および２のように、活性炭粒子の表面に抗菌剤を固着させる必要がないので、製造プロセスを簡便にでき、製造コストも抑えることができる。

抗菌剤１５は、活性炭１２の上流側の水経路３０に配置されていればよいが、回収水タンク５内または回収水タンク５よりも下流側の水経路３０に配置されていることが好ましい。これにより、回収水タンク５内に長期間保持された後の回収水を水利用機器に供給する際でも、回収水のカビや菌類に起因する水経路３０の閉塞を抑制できる。

また、抗菌剤１５は、活性炭１２と同一の容器内に設けられていてもよい。この場合、同一容器内において、活性炭１２および抗菌剤１５が、上方からこの順に設けられていることが好ましい。これにより、活性炭１２の上流側端面と抗菌剤１５とが接するので、活性炭１２の上流側端面の抗菌作用の低下を抑制できる。

さらに、イオン交換体１３、フィルタ１１、活性炭１２および抗菌剤１５が、上方からこの順に設けられていると、フィルタ１１は抗菌成分１５ａをトラップする機能のみでなく、イオン交換体１３の支持体としても機能できる。

本実施形態では、抗菌剤１５として、特に限定しないが、例えば銀、銅、亜鉛などの抗菌作用を有する金属を用いることができる。好ましくは銀錯体などの銀化合物を用いる。また、金属以外の有機系、無機系抗菌剤を用いてもよい。また、抗菌剤１５の形状も特に限定しない。例えば抗菌剤を含有する粒子（以下、「抗菌剤粒子」）またはペレット（抗菌剤ペレット）を水経路３０に配設してもよい。抗菌剤粒子は、例えば粒子状のセラミックに抗菌剤（Ａｇの微粒子など）を担持させたものでもよい。また、抗菌剤ペレットは、ナイロンなどの樹脂材料に抗菌剤（銀微粒子など）を添加してペレット化したものであってもよい。あるいは、抗菌剤１５を含むフィルタを配置してもよい。

複数の抗菌剤ペレットまたは複数の抗菌剤粒子を用いる場合、これらのペレットまたは粒子が所定の配設位置から移動すると、種々の問題を引き起こす可能性がある。例えば、回収水タンク５内に抗菌剤ペレットを配設すると、抗菌剤ペレットが回収水の流れに沿って回収水タンク５から浄化器６に向かって配管内を移動し、配管詰りを引き起こすおそれがある。また、例えば浄化器６の容器口近傍に抗菌剤ペレットを配設すると、浄化器６をシステムに取り付けたり、取り外したりする際に、抗菌剤ペレットが浄化器６の容器口から外部にこぼれる可能性がある。そこで、これらの複数の抗菌剤ペレットまたは複数の抗菌剤粒子は、水を通過し得る容体に収容されていることが好ましい。これにより、抗菌剤ペレットや抗菌剤粒子が、システム構築時に配設された所定の位置から移動することを防止できる。上記容体は、例えばポリプロプロピレンメッシュで構成されていてもよい。

また、抗菌剤１５を配置する代わりに、水経路３０に設けられた配管や回収水タンク、フィルタ、浄化器６の容器などの一部または全体が抗菌剤を含む材料から構成されていてもよい。あるいは、配管や容器の表面の一部または全体に、表面加工により、抗菌剤が付与されていてもよい。

（第２の実施形態）
図３は、本発明による第２の実施形態の燃料電池システム２００の構成図である。本実施形態は、回収水を冷却水供給器および水素生成器で利用するように構成されている。図３において、図１と同様の構成要素には同じ参照符号を付し、説明を省略する。

燃料電池システム２００は、燃料電池１と、凝縮器１０と、燃料電池１に供給する水素含有ガスを生成するための水素生成器２と、燃料電池１を冷却する冷却水供給器３２と、燃料電池１の排ガスを凝縮して得られた回収水を水素生成器２および冷却水供給器３２に供給するための水経路３０とを備えている。

水経路３０には、回収水タンク５、浄化器６および水送出器７が設けられている。本実施形態における浄化器６は、図１に示す浄化器６と同様の構成を有している。すなわち、浄化器６の容器には、上方から、イオン交換体１３、フィルタ１１、活性炭１２および抗菌剤１５がこの順で配置されている。

水素生成器２は、改質触媒を有する改質部（図示せず）と、改質部を加熱する燃焼部３とを備えている。改質部では、原料（ここでは都市ガス）と水との改質反応により、水素を主に含有する水素含有ガスを生成する。生成された水素含有ガスは、燃料電池１のアノード電極に供給される。改質部において、原料と反応させる水（改質水）として、浄化器６を経た回収水を利用することができる。また、燃焼部３では、燃料電池１のアノード電極から排出されるオフガス（水素オフガス）を燃焼させてもよい。なお、改質部で生成された水素含有ガス中の一酸化炭素濃度を低減するために、水素含有ガスの流通方向に対して改質部の下流側に、ＣＯ低減部が設けられていてもよい。ＣＯ低減部は、例えば、変成触媒を有する変成部と酸化触媒またはメタン化触媒を有するＣＯ除去部の一方または両方を含んでいてもよい。

冷却水供給器３２は、冷却水タンク４と、冷却水を燃料電池１と冷却水タンク４との間で循環させる冷却水経路３４と、冷却水経路３４に設けられた送水器８と、燃料電池１に流通させる前の冷却水を放熱するための熱変換器９とを備えている。本実施形態では、浄化器６を通過した後の回収水は冷却水タンク４に送られる。冷却水タンク４内の水は、冷却水経路３４において、熱交換器９で放熱した後、燃料電池１に設けられた冷却水流路（図示せず）に送られ、燃料電池１を冷却する。この後、冷却水タンク４に戻される。また、図示するように、冷却水タンク４には、冷却水タンク４に収容される水の量が所定の量を超えると、超過した量の水を回収水タンク５に戻すためのオーバーフロー水経路３６が設けられていてもよい。

本実施形態では、浄化器６を経て冷却水タンク４に収容された水を、熱交換器９で放熱した後、改質部に供給する水経路４０が設けられている。これにより、冷却水タンク４内の回収水を、改質水として利用できる。なお、水経路４０によって、熱交換器９で放熱した後の水を回収タンク５に戻してもよい。

本実施形態によると、前述の実施形態（図１）と同じ方法で回収水の処理（回収水の抗菌、回収水からの不純物の除去など）を行うことができるので、前述の実施形態と同様の効果が得られる。

また、本実施形態では、回収水から金属イオンなどの不純物（抗菌剤１５から溶出した金属イオンも含む）を活性炭１２、フィルタ１１およびイオン交換体１３で除去した後に、水素生成器２に供給する。従って、水素生成器２において、不純物によって改質触媒の触媒性能が低下することを抑制できる。また、不純物が水素生成器２内に付着することによる水素生成性能の低下を抑制できる。

さらに、イオン性成分を除去して導電率を低下させた水を冷却水として利用するので、燃料電池１本体を冷却する際の漏電を防止できる。

なお、本実施形態では、抗菌剤１５は、活性炭１２の上流側に活性炭１２と接するように配設されているが、抗菌剤１５が配設される位置は、これに限定されない。抗菌剤１５は、活性炭１２の上流側、言い換えると、水経路３０のうち凝縮器１０から活性炭１２までの間に配設されれば、本発明の効果を得ることができる。

好ましくは、抗菌剤１５は、回収水タンク５内、または、回収水タンク５から活性炭１２までの間の水経路３０に配設される。燃料電池システム２００では、発電運転停止時には回収水は回収水タンク５内などで保持される。この後、発電運転を再開する際に、回収水タンク５内で保持されていた水を改質水や冷却水として利用する。このため、抗菌剤１５が上記の位置に配設されていると、発電運転の再開時に、保持されていた回収水内のカビや菌類によって水経路３０が閉塞することをより効果的に抑制できるからである。

（第３の実施形態）
図４は、本発明による第３の実施形態の燃料電池システム３００の構成図である。図３において、図１および図３と同様の構成要素には同じ参照符号を付し、説明を省略する。

本実施形態では、抗菌剤１５を回収水タンク５の内部に配置する。また、抗菌剤１５と回収水との接触面積を変化させることによって、抗菌剤１５から回収水に溶出する抗菌成分の量を制御できる点で、前述の実施形態と異なっている。

燃料電池システム３００では、回収水タンク５の上方に抗菌剤１５が配置されている。また、回収水タンク５には、レベルセンサー１６、電磁弁１７および水位制御器１８が設けられている。レベルセンサー１６は、回収水タンク５内の回収水１４の水位を検知する。電磁弁１７は、回収水タンク５の給水口と接続されている。水位制御器１８は、レベルセンサー１６で検知された水位に基づいて、回収水タンク５内の水位を調整する。例えば燃料電池システム３００の運転を停止する操作を行う場合、水位制御器１８は、電磁弁１７を開放して、システムの外部から水道水などの水を回収水タンク５に補給する。これにより、回収水タンク５内の回収水１４の水位が上がり、抗菌剤１５のうち回収水１４に浸漬する部分の容積が増加するので、より大きな抗菌効果が発揮される。なお、改質水の水経路３０を切り替えることによって、冷却水タンク４の水を回収水タンク５に移して、回収水タンク５の水位を上げることもできる。

本実施形態では、水位制御器１８は、回収水１４の水位を、燃料電池システム３００の発電運転中よりも発電運転停止後の方が高くなるように制御する。これにより、発電運転停止後では、発電運転中よりも抗菌剤１５と回収水１４との接触面積を大きくできるので、回収水１４に溶出する抗菌成分の量を増加させることができる。従って、特に長期間のシステムの停止中のカビや菌類の増殖をより効果的に抑制できる。一方、燃料電池システム３００の発電運転中は、回収水１４への抗菌成分（例えば銀イオン）の溶出量を抑えることができるので、イオン交換体１３で除去すべき抗菌成分の量を低減でき、イオン交換体１３の負担を軽減できる。

次に、図面を参照しながら、回収水タンク５内の水位の一例を説明する。図５（ａ）および（ｂ）は燃料電池システム３００の発電運転中、図５（ｃ）は発電運転停止後の回収水１４の水位を例示する拡大断面図である。

燃料電池システム３００の発電運転中においては、図５（ａ）に示すように、回収水１４の水位Ｌは、抗菌剤１５全体が回収水１４に浸漬する下限水位Ｌｘ未満に維持される。これにより、抗菌剤１５の一部のみが回収水１４と接するので、抗菌剤１５から回収水１４への抗菌成分の溶出量を低減できる。従って、イオン交換体１３の負担を軽減し、劣化を抑えることができる。

なお、発電運転中は、発電運転停止後に比べてカビ菌の繁殖は発生しにくい。これは、一般的に、発電運転中では、冷却水タンク４への水の供給が実行される頻度が発電運転停止後よりも多く、発電運転停止後に比べて水経路３０内の水の滞留が抑制されるからである。従って、図５（ｂ）に示すように、発電運転中には、回収水１４が抗菌剤１５と接しないように水位Ｌが制御されてもよい。これにより、イオン交換体１３の劣化をより効果的に抑制しつつ、発電運転停止後のみに、回収水１４に必要な量の抗菌成分を溶出させることが可能となる。

一方、発電運転停止後は、図５（ｃ）に示すように、回収水１４の水位Ｌは、抗菌剤１５全体が回収水１４に浸漬するように（すなわち下限水位Ｌｘ以上に）制御されてもよい。これにより、抗菌剤１５から回収水１４への抗菌成分の溶出量をより多くできるので、抗菌作用をより効果的に発現させることができる。従って、特に発電運転停止中に、回収水中でカビ・菌類などが繁殖することによる水経路３０の閉塞を抑制できる。

なお、回収水１４の水位は図５に示す例に限定されない。つまり、発電運転の停止後に、抗菌剤１５全体を回収水１４に浸漬される水位まで上昇させなくても、回収水１４の水位を発電運転中の水位よりも上昇させ、抗菌剤１５のうち回収水１４に浸漬する部分の容積を増加させることによって、上記と同様の効果が得られる。

また、本実施形態では、回収水タンク５における回収水１４の水位と抗菌剤１５の配設位置との関係により、抗菌剤１５からの抗菌成分の溶出量を制御しているが、他の方法で抗菌成分の溶出量を制御してもよい。例えば発電運転時と発電運転停止後との間で、抗菌剤１５の位置を変えることによって、抗菌剤１５のうち回収水１４に浸漬する部分の容積を、発電運転停止後に発電運転中よりも増加させてもよい。

また、回収水タンク５に抗菌剤１５を配置する代わりに、回収水タンク５が抗菌剤（銀など）を含む材料から構成されていてもよい。この場合、発電運転停止後に、回収水タンク内の水量を発電運転中の水量よりも多くすることによって、抗菌剤と水との接触面積を大きくできるので、抗菌成分の溶出量を増加させることが可能になる。

（第４の実施形態）
図６は、本発明による第５の実施形態の燃料電池システム４００の構成図である。図６において、図１、図３および図４と同様の構成要素には同じ参照符号を付し、説明を省略する。

本実施形態では、リザーブタンク（「第２の水タンク」ともいう）１９と、リザーブタンク１９内の水（リザーブタンク水）２０を回収水タンク５に流入させるためのリザーブ水経路３８と、リザーブ水経路３８に配置された電磁弁２１とを備え、回収水タンク５の給水口に電磁弁（図３に示す電磁弁１７）が設けられていない点で、図３に示す燃料電池システム３００と異なっている。

リザーブタンク１９のリザーブタンク水２０の水面は、燃料電池システム４００の発電運転時には、回収水タンク５に配置された抗菌剤１５よりも高くなるように構成されていることが好ましい。図示しないが、例えばリザーブタンク１９が回収水タンク５よりも上方に配置されていてもよい。従って、電磁弁２１を開放すると、リザーブタンク水２０が、リザーブ水経路３８を通って回収水タンク５に送られる。電磁弁２１は、水位制御器１８によって開閉されるように構成されている。

これにより、発電運転中は、電磁弁２１を閉じて、回収水タンク５の水位を抗菌剤１５全体が凝縮水１４に浸漬する下限水位Ｌｘ（図５）未満に維持し、発電運転停止後に、電磁弁２１を開放することによって、リザーブタンク１９内に貯めておいたリザーブタンク水２０を回収水タンク５に流入させることができる。この結果、発電運転停止後は、発電運転中よりも回収水タンク５の水位が高くなるので、抗菌剤１５のうち回収水１４に浸漬する容積が増大し、抗菌剤１５から回収水１４への抗菌成分の溶出量を増加させることができる。

従って、本実施形態でも、前述の第３の実施形態（図４）と同様の効果が得られる。また、リザーブタンク１９を設けることにより、発電運転停止後に回収水タンク５に速やかに、かつ、より確実に水を補給できる。

なお、上記電磁弁２１としては、ノーマルオープン弁及びノーマルクローズ弁のいずれを用いても構わない。

燃料電池１の排熱を貯湯器などで利用する場合には、燃料電池システム４００に貯湯タンクを設けてもよい。この場合、貯湯タンクを、リザーブタンク１９として利用することもできる。

（実施例１）
ここでは、銀系の抗菌剤を用いた場合の抗菌成分（銀イオン）の溶出濃度の範囲を調べた。

まず、純水にカビの栄養分（例えばカビ用の培地）を１０ｍｇ／Ｌとなるように添加し、試験水とした。次いで、試験水中にカビ培養飽和溶液を１／１００の割合で添加し、カビ菌添加溶液を得た。このカビ菌添加溶液に、銀系抗菌剤を溶解した液を適当量添加し、銀濃度の異なる複数の培養液を調整した。この後、これらの培養液に対し、４０℃のインキュベータ内で６日間の振とう培養を行った。各培養液における銀系抗菌剤の制菌効果は、振とう培養後の溶液の濁り度合いの経時変化を目視確認することによって調べた。この結果、培養液の銀濃度が１０μｇ／Ｌ以上であれば、カビの繁殖をより効果的に抑制できることがわかった。

また、数種類の銀系抗菌剤を用いて上記の実験を行い、６日間の振とう培養後も培養液に濁りが確認されない最低濃度を求め、銀系抗菌剤の制菌効果濃度とした。この結果、ある種類の銀系抗菌剤では、制菌効果が認められる銀濃度（制菌効果濃度）は２５μｇ／Ｌであり、他の種類の銀系抗菌剤では、制菌効果濃度は５２μｇ／Ｌであった。

一方、抗菌成分の溶出濃度が高すぎると、イオン交換体の負担が増大するという問題がある。従って、抗菌成分の溶出濃度は１００μｇ／Ｌ以下であることが好ましい。

なお、抗菌成分の溶出濃度は、抗菌剤の種類だけでなく、その形状によっても変わる。具体的には、抗菌剤と水との接触面積が大きいほど、水中に溶出する抗菌成分の量が多くなる。

１ 燃料電池
２ 水素生成器
３ 燃焼部
４ 冷却水タンク
５ 回収水タンク
６ 浄化器
７ 送水器（ポンプ）
８ 冷却水ポンプ
９ 熱交換器
１０ 凝縮器
１１ フィルタ
１２ 活性炭
１３ イオン交換体
１４ 回収水（凝縮水）
１５ 抗菌剤
１５ａ 抗菌成分
１６ レベルセンサー
１７ 電磁弁
１８ 水位制御器
１９ リザーブタンク
２０ リザーブタンク水
２１ ノーマルオープン弁
３０ 水経路（回収水経路）
３２ 冷却水供給器
３４ 冷却水経路
３６ オーバーフロー水経路
３８ リザーブ水経路

Claims (9)

1. 燃料電池と、
   前記燃料電池から排出される排ガスから回収された回収水を利用する水利用機器と、
   前記回収水を前記水利用機器に供給するための第１の水経路と、
   前記第１の水経路に設けられ、前記回収水を貯える第１の水タンクと、
   前記第１の水経路において、前記第１の水タンクの下流側に設けられ、活性炭を有する浄化器と、
   前記第１の水経路に設けられ、前記第１の水タンク内の前記回収水を前記水利用機器へ送出するための水送出器と、
   前記第１の水経路において、前記活性炭よりも上流に設けられた抗菌剤と
   を備え、
   前記活性炭および前記抗菌剤は、同一容器内において、重力方向における上方から前記活性炭及び前記抗菌剤の順に配設されている、燃料電池システム。
2. 前記活性炭の上流側の端面は前記抗菌剤と接している、請求項１に記載の燃料電池システム。
3. 燃料電池と、
   前記燃料電池から排出される排ガスから回収された回収水を利用する水利用機器と、
   前記回収水を前記水利用機器に供給するための第１の水経路と、
   前記第１の水経路に設けられ、前記回収水を貯える第１の水タンクと、
   前記第１の水経路において、前記第１の水タンクの下流側に設けられ、活性炭を有する浄化器と、
   前記第１の水経路に設けられ、前記第１の水タンク内の前記回収水を前記水利用機器へ送出するための水送出器と、
   前記第１の水経路において、前記活性炭よりも上流に設けられた抗菌剤と
   前記浄化器において、前記活性炭の下流側の端面近傍に配置されたフィルタと、
   前記第１の水経路において、前記フィルタの下流側に設けられたイオン交換体と
   を備え、
   重力方向における上方から前記イオン交換体、前記フィルタ、前記活性炭および前記抗菌剤の順に配設されている、燃料電池システム。
4. 前記イオン交換体は前記フィルタによって支持されている、請求項３に記載の燃料電池システム。
5. 燃料電池と、
   前記燃料電池から排出される排ガスから回収された回収水を利用する水利用機器と、
   前記回収水を前記水利用機器に供給するための第１の水経路と、
   前記第１の水経路に設けられ、前記回収水を貯える第１の水タンクと、
   前記第１の水経路において、前記第１の水タンクの下流側に設けられ、活性炭を有する浄化器と、
   前記第１の水経路に設けられ、前記第１の水タンク内の前記回収水を前記水利用機器へ送出するための水送出器と、
   前記第１の水タンク内に設けられた抗菌剤と
   を備えた燃料電池システムであって、
   前記燃料電池システムの発電運転中においては、前記第１の水タンクの水位を、前記抗菌剤の全体が前記第１の水タンク内の水に浸漬する下限水位未満に維持し、発電運転停止後は、前記発電運転中よりも前記第１の水タンクの水位を上昇させる水位制御器をさらに備え、
   前記燃料電池システムの発電運転中よりも発電運転停止後の方が、前記抗菌剤のうち前記第１の水タンク内の水に浸漬している部分の容積が増加するように構成されている、燃料電池システム。
6. 第２の水タンクと、
   前記第１の水タンクと前記第２の水タンクとを接続する第２の水経路と、
   前記第２の水経路に設けられた弁と
   を備え、
   前記弁の動作は前記水位制御器によって制御される、請求項５に記載の燃料電池システム。
7. 前記抗菌剤を含有する複数の粒子またはペレットを有し、
   前記複数の粒子またはペレットは、水を通過する容体に収納されている、請求項１、３および５のいずれかに記載の燃料電池システム。
8. 前記抗菌剤は銀系抗菌剤を含む、請求項１、３および５のいずれかに記載の燃料電池システム。
9. 前記抗菌剤は、その抗菌成分が前記回収水中に１０μｇ／Ｌ以上１００μｇ／Ｌ以下の範囲で溶出するように構成されている、請求項１、３および５のいずれかに記載の燃料電池システム。

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