JP5798855B2 - 燃料電池システム - Google Patents

Description

本発明は、燃料電池から排出される排ガスに含まれる水分を凝縮して回収し、その回収した凝縮水を燃料ガスの改質用などに再利用できる燃料電池システムに関する。

従来より、例えば固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）等の燃料電池においては、発電後の排ガス（オフガス）を熱交換して、排ガス中に含まれる水分を凝縮して回収している。
この回収した凝縮水は、燃料ガスの改質用などに再利用されるが、凝縮水に含まれる鉄等の酸化物などからなる汚損物（異物）が、水質の低下や水を輸送するポンプを傷つける原因となっていた。

そこで、凝縮水中の異物を除去する方法として、例えば、凝縮水の輸送配管に異物除去用のフィルタを設ける方法が提案されている（特許文献１参照）。
具体的には、この燃料電池システムにおいては、図９に示す様に、燃料電池Ｐ１を有する発電モジュールＰ２、排熱回収用熱交換器Ｐ３、上水用フィルタＰ４、排熱回収用水ポンプＰ５、水タンクＰ６、液面高さ検出器Ｐ７を備えるとともに、改質水ラインＰ８には、水改質用ポンプＰ９、異物除去用フィルタクＰ１０、イオン交換樹脂フィルタＰ１１、水流検出器Ｐ１２等を備えており、改質水ラインＰ８に配置された異物除去用フィルタＰ１０にて異物を除去するように構成されている。

また、上述した技術とは別に、例えば、凝縮水を回収する水タンクを設けるとともに、水タンク内に筒状の異物除去用のフィルタを配置し、このフィルタの内側に凝縮水を供給する方法が提案されている（特許文献２参照）。

具体的には、この燃料電池システムでは、図１０に示す様に、燃料電池Ｐ１３を有する発電モジュールＰ１４、排熱回収用熱交換器Ｐ１５、上水用フィルタＰ１６、排熱回収用水ポンプＰ１７、異物除去用フィルタＰ１８を収容した水タンクＰ１９、液面高さ検出器Ｐ２０を備えるとともに、改質水ラインＰ２１には、水改質用ポンプＰ２２、イオン交換樹脂フィルタＰ２３、水流検出器Ｐ２４等を備えており、水タンクＰ１９内に配置された異物除去用フィルタＰ１８にて異物を除去するように構成されている。

特開平９−１６１８３３号公報 特開２００８−１７６９９９号公報

ところが、上述した従来技術のうち、特許文献１の技術では、（異物除去用の）フィルタの目詰まりの状態が分からないという問題があった。また、フィルタに目詰まりが発生すると、フィルタを交換する必要があるが、フィルタの交換の際には、配管の水抜き作業が発生するので、メンテナンスに時間がかかるという問題があった。

一方、特許文献２の技術では、特許文献１の技術に比べて、メンテナンスは容易であるものの、フィルタの目詰まりの状態が分からず、また、この技術の場合には、筒状のフィルタ内に異物が堆積するが、その異物の堆積状態が分からず、そのため、フィルタの性能の低下が分からないという問題があった。更に、水タンク内の筒状のフィルタで異物を回収し続けると、フィルタ内に異物が堆積するとともに目詰まりが生じるので、そのまま、フィルタ内に凝縮水を供給し続けると、改質に用いる（フィルタにて濾過された）浄水が十分に得られない恐れがあった。

本発明は、こうした問題に鑑みなされたものであり、フィルタの目詰まり等によるフィルタの浄水供給能力の低下を容易に検知して、フィルタの性能の低下による問題の発生を未然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。

（１）かかる問題を解決するためになされた本発明は、第１態様として、酸化剤ガスと燃料ガスとを用いて発電を行う燃料電池と、前記燃料電池から排出される排ガスから凝縮水を取り出す熱交換器と、前記凝縮水を含む水を貯める水タンクと、前記水タンクに貯められた水を前記燃料電池に供給するポンプと、を備えた燃料電池システムにおいて、前記水タンク内に配置され、内側に前記凝縮水を一旦収容し、底面または側面を濾過面として前記収容された水を前記水タンク内に濾過して排出する有底筒状のフィルタと、前記フィルタの内側に前記熱交換器から前記凝縮水を導入する導入管路と、前記フィルタの内側の水位を検出する内側検出手段と、前記フィルタの外側の水位を検出する外側検出手段と、を備えており、前記内側検出手段によって検出された内側の水位と、前記外側検出手段によって検出された外側の水位とに基づき、前記フィルタの前記内側と前記外側の水位差が検知されるものであり、さらに、前記フィルタの内側に水道水を供給する水道水供給手段を備え、前記外側検出手段によって検出された前記フィルタの外側の水位が、第１の閾値以下になった場合には、前記水道水供給手段によって、前記フィルタの内側に水道水を供給することを特徴とする。

本第１態様では、燃料電池から排出される排ガスから凝縮水を取り出し、その凝縮水を水タンク内に配置された有底筒状のフィルタの内側に導入し、フィルタでは凝縮水から異物を除去して濾過し、その濾過した浄水を燃料電池に供給する。

このとき、フィルタの内側の水位はフィルタの目詰まりの状態や異物の堆積状態に応じて変化するので、フィルタの目詰まり等の程度に応じて、フィルタの内側と外側の水位には差が生じる。つまり、目詰まり等によって、フィルタの内側から外側に供給される水の供給状態（即ちフィルタの浄化性能）が低下すると、フィルタの内側の水位は外側の水位より高くなり、その水位差が大きいほど目詰まり等の程度（従ってフィルタの浄水供給能力の低下）が大きいと考えられる。

よって、本第１形態では、フィルタの内側と外側の水位を検出し、フィルタの内側と外側の水位差を検知する。この水位差は、フィルタの目詰まり等によるフィルタの浄化性能の低下の状態に対応しているので、内側と外側の水位差からフィルタの目詰まり等によるフィルタの浄化性能の低下を容易に検知することができる。

従って、フィルタの浄化性能の低下を検知した場合には、例えばフィルタの交換や清掃をすることにより、フィルタの浄化性能の低下によって生じる問題点、例えばフィルタの浄化性能の低下によって、燃料電池の改質器等に供給する浄水が不足するという問題の発生を未然に防止することができる。

また、本発明では、さらに、フィルタの内側に水道水を供給する水道水供給手段を備え、外側検出手段によって検出されたフィルタの外側の水位が、第１の閾値（例えばＴＨ１）以下になった場合には、水道水供給手段によって、フィルタの内側に水道水を供給する。
つまり、フィルタの外側の水位が、過度に低くなった（第１の閾値以下）場合には、フィルタの内側に水道水を供給するので、常にフィルタ内（従って水タンク内）に、十分な水を確保することができる。
従って、フィルタによって濾過された水を、例えば改質水として燃料電池に供給する場合には、供給する改質水が不足することはない。
なお、ここで、水道水とは、本燃料電池システムにて回収される凝縮水以外の外部から供給される水（以下上水と記することもある）のことである。
なお、内側検出手段及び外側検出手段としては、抵抗式センサ、超音波式センサ、静電容量式センサなどの各種の液面の高さを検出する水位センサ（液面センサ）を採用できる。
（２）本発明では、第２態様として、前記外側検出手段によって検出された前記フィルタの外側の水位が、前記第１の閾値（例えばＴＨ１）を上回る第２の閾値（例えばＴＨ２）以上になった場合には、前記水道水供給手段による前記フィルタの内側への水道水の供給を停止することを特徴とする。
本第２態様では、フィルタの外側の水位が、過度に高く（第１の閾値を上回る第２の閾値以上）なった場合には、フィルタの内側の水位も過度に高くなったとみなして、フィルタの内側への水道水の供給を停止するので、フィルタ内の凝縮水等が（浄化されずに）フィルタ上部からフィルタ外に溢れることがない。
従って、水タンクからは、常に、フィルタにて浄化された浄水を燃料電池に供給することができる。
（３）本発明では、第３態様として、前記内側検出手段によって検出された前記フィルタの内側の水位が、前記第２の閾値（例えばＴＨ２）を上回る第３の閾値（例えばＴＨ３）以上となった場合には、前記水道水供給手段による前記フィルタの内側への水道水の供給を停止することを特徴とする。
本第３態様では、フィルタの内側の水位が、過度に高く（第２の閾値を上回る第３の閾値以上）なった場合には、フィルタの内側への水道水の供給を停止するので、フィルタ内の凝縮水等が（浄化されずに）フィルタ上部からフィルタ外に溢れることがない。
従って、水タンクからは、常に、フィルタにて浄化された浄水を燃料電池に供給することができる。

（４）本発明では、第４態様として、さらに、前記内側の水位と前記外側の水位とを比較し、前記内側と前記外側の水位差が所定閾値を超えるか否かを監視する水位差監視手段を備えることを特徴とする。

本第４態様では、水位差監視手段によって、フィルタの内側と外側の水位差が所定閾値を超えるか否かを監視することにより、フィルタの目詰まり等によるフィルタの浄化性能の低下を検知することができる。

なお、目詰まり等によるフィルタの浄化性能の低下には、低下の程度によって段階があるので、どの程度の閾値を設定するかは、実験等によって適宜設定すればよい（以下同様）。

（５）本発明では、第５態様として、前記水位差監視手段は、前記内側と前記外側の水位差が前記所定閾値を超えた場合に、前記水位差が前記所定閾値を超過する超過時間が所定時間閾値を超えるか否かを監視する時間監視手段を、更に備えることを特徴とする。

本第５態様では、時間監視手段によって、フィルタの内側と外側の水位差が、上述した所定閾値を超過する超過時間が所定時間閾値を超えるか否かを監視するので、フィルタの目詰まり等によるフィルタの浄化性能の低下をより確実に検出することができる。

ここで、超過時間とは、水位差が所定閾値を超過してからの経過時間である。
（６）本発明では、第６態様として、前記水位差監視手段は、警報を発信する警報発信手段を備えることを特徴とする。

本第６態様では、水位差監視手段によって、フィルタの内側と外側の水位差が所定閾値を超えたことが検知された場合には、その旨を報知する警報を発信するので、フィルタの目詰まり等によるフィルタの浄化性能の低下を作業者等に確実に報知することができる。

（７）本発明では、第７態様として、前記水タンクの内部には、前記フィルタを位置決めするガイドを備えていることを特徴とする。
本第７態様では、ガイドによって、フィルタの位置決めを確実に行うことができる。

（８）本発明では、第８態様として、前記フィルタは、多孔質体又は網状体の構造を有することを特徴とする。
ここでは、フィルタの好適な構造を例示している。

（９）本発明では、第９態様として、前記フィルタの多孔質体又は網状体の部分において、前記凝縮水を含む水が透過する透孔の径は、１０μｍ以下であることを特徴とする。
ここでは、フィルタの好適な構造を例示している。つまり、透孔の径が１０μｍ以下の場合には、凝縮水中のほぼ全ての異物を好適に除去することができる。

なお、この透孔の径とは、透孔の内接円の直径を意味する。
（１０）本発明では、第１０態様として、前記フィルタの材質は、金属又はセラミックであることを特徴とする。

ここでは、フィルタの好適な構造を例示している。つまり、フィルタの材質が金属又はセラミックである場合には、微生物が付着しにくく、フィルタ自体が新たな異物の発生源になりにくいという利点がある。

なお、金属としては、ステンレス（ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６など）が挙げられ、セラミックとしては、窒化珪素、アルミナなどが挙げられる。

実施例１の燃料電池システムを模式的に示す説明図である。 燃料電池システムの水タンク及びフィルタにおける液面の高さ等を示す説明図である。 実施例１のフィルタ目詰まり検知処理を示すフローチャートである。 実施例１の第１液面制御処理を示すフローチャートである。 実施例１の第２液面制御処理を示すフローチャートである。 実施例１の他のフィルタ目詰まり検知処理を示すフローチャートである。 実施例２の燃料電池システムの要部を示す説明図である。 実施例３の燃料電池システムの要部を示す説明図である。 従来技術の燃料電池システムを模式的に示す説明図である。 他の従来技術の燃料電池システムを模式的に示す説明図である。

以下、本発明が適用された燃料電池システムの実施例について、図面を用いて説明する。

ａ）まず、本実施例の燃料電池システムの構成について説明する。
図１に模式的に示す様に、本実施例の燃料電池システム１は、周知の固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）である燃料電池３のシステムであり、燃料ガス（アノード燃料：例えば都市ガス）と酸化剤ガス（カソードエア：例えば空気）との供給を受けて発電を行う燃料電池３と、燃料電池３に供給する燃料ガスを水素リッチのガスに改質する改質器５などを備えており、それらは、断熱容器７に収納されている。

なお、この燃料電池３及び改質器５等を断熱容器７に収容した構成を、発電モジュール９と称する。
また、発電モジュール９の外部には、基本的な構成として、空気を燃料電池３の図示しない空気極側に送る空気供給ライン１１と、燃料ガスを燃料電池３の図示しない燃料極側に送る燃料供給ライン１３とを備えるとともに、排ガスから水分を凝縮して回収する排熱回収用熱交換器１５と、凝縮水を溜める水タンク（改質水タンク）１７と、水タンク１７内に配置された異物除去用フィルタ１９と、発電モジュール９（即ち燃料電池３）から排出される排ガス（オフガス）を熱交換器１５に導く第１排ガスライン２１と、熱交換器１５によって回収された凝縮水（改質水）等を水タンク１７に導く導入管路２３と、凝縮水を改質水として水タンク１７から改質器５に送る改質水ライン２５とを備えている。

また、これとは別に、水道水等の上水を熱交換器１９に供給する第１上水ライン２７と、熱交換後の温水を排出する温排水ライン２９と、上水を水タンク１７に供給する第２上水ライン３１と、水タンク１７から気液分離後の排ガスを排出する第２排ガスライン３３と、水タンク１７から余剰の水（ドレン水）を排出するドレンライン３５とを備えている。

以下、各構成について説明する。
前記燃料電池３は、図示しないが、固体酸化物形燃料電池の発電単位である板状の燃料電池セルが複数個積層されたスタックである。この燃料電池セルは、いわゆる燃料極支持膜形タイプの燃料電池セルであり、周知の（燃料流路に接する様に配置された）燃料極と、固体電解質体と、（空気流路に接する様に配置された）空気極とを備えている。

前記改質器５は、燃料電池３に供給される燃料ガスを水素リッチの燃料ガス（改質ガス）に改質する装置である。この改質器５の上流側には、図示しないが、改質水を気化させる気化器が設けられている。

なお、ここで、改質に使用する燃料ガスとしては、都市ガスのほかに、ＬＰＧ・灯油・メタノール・バイオメタノールなどがある。
前記熱交換器１５は、燃料電池３から排出される（発電後の）排ガスを冷却し、その排ガス中から水分を凝縮して回収する装置であり、排ガスの冷却のために、外部から冷却水として（例えば水道水や井戸水等の）上水が導入される。

前記フィルタ１９は、有底カップ状であり、その側面が濾過面として構成されている。このフィルタ１９は、多孔質体又は網状体であり、（細菌の増殖を防止するために）例えばステンレス等の金属、又は例えばアルミナ等のセラミックから構成されている。なお、凝縮水が酸性になる場合は、金属の場合には、耐酸性が高い材質か表面に耐酸性処理を施すことが望ましい。更に、異物のサイズは通常１０μｍ以上であるので、フィルタ１９の目の粗さは１０μｍ以下とする。

前記改質水ライン２５には、周知の水改質用ポンプ３７、イオン交換樹脂フィルタ３９、水流検出器４１が配置されている。
また、前記第１上水ライン２７には、周知の上水用フィルタ４３、排熱回収用水ポンプ４５が配置され、第２上水ライン２９には、上水の供給を調節する（例えば電磁弁である）給水弁４７が配置されている。

なお、第２排ガスライン３３は、水タンク１７の上部の蓋４９に接続され、ドレンライン３５は水タンク１７の側壁５０に接続されている。
更に、本実施例では、フィルタ１９の内側の水位を検出するために、蓋４９に内側水位センサ５１が配置されている。この内側水位センサ５１は、フィルタ１９の内部の液面を検知する検知部５３を備えている。

同様に、蓋４９には、フィルタ１９の外側の水位を検出するために、外側水位センサ５５が配置されている。この外側水位センサ５５は、フィルタ１９の外側の液面を検知する検知部５７を備えている。

そして、内側水位センサ５１及び外側水位センサ５３は、周知のマイコン等を備えた電子制御装置（コントローラ）５９を備えており、この電子制御装置５９により、燃料電池システム１の各種の動作が制御される。

なお、図示しないが、電子制御装置５９には、フィルタ１９の目詰まり等の異常を、表示や音声等の音で報知する表示装置やスピーカ等が接続されている。
ｂ）次に、燃料電池システム１の要部である水タンク１７等の構成について説明する。

図２に拡大して示すように、本実施例では、水タンク１７のタンク内底面からの高さ方向において、各種の高さが設定されている。
具体的には、フィルタ１９の高さであるフィルタ高さＨ２、フィルタ１９内の凝縮水の高さの上限である満水時高さＨ１（＝第３の閾値ＴＨ３）が設定されている。なお、Ｈ２＞Ｈ１である。

特に本実施例では、第３の閾値ＴＨ３より低い位置に、フィルタ１９の外側の水位の下限値である第１の閾値ＴＨ１が設定され、第３の閾値ＴＨ３と第１の閾値ＴＨ１との間に、フィルタ１９の外側の水位の上限値である第２の閾値ＴＨ２が設定されている。

なお、以下では、内側検出センサ５１によって検出されたフィルタ１９の内側の水位をフィルタ内液面高さｈ２と称し、外側検出センサ５５によって検出されたフィルタ１９の外側の水位をフィルタ外液面高さ（タンク内液面高さ）ｈ１と称する。

また、水タンク１７の蓋４９に取り付けられた第２排ガスライン３３は、水タンク１７側の開口部６１が、水タンク１７内の水に接しないような高さ（フィルタ高さＨ２よりも高い位置）に設けられている。

更に、水タンク１７の側壁５０に取り付けられたドレンライン３５の取水口６３は、水タンク１７内の水位が所定の高さ（満水時高さＨ１）を超えないように、満水時高さＨ１に設けられている。なお、図示しないが、ドレンライン３５の他の取水口は、フィルタ１９においても、満水時高さＨ１に設けられている。これにより、フィルタ１９の外側の、水位が満水時高さＨ１を上回らないように設定されている。

また、改質水ライン２５の取水口６５は、水タンク１７の側壁５０の低い位置、例えば第１の閾値ＴＨ１よりも低い位置に設けられている。
ｃ）次に、燃料電池システム１の動作と電子制御装置５９にて行われる処理について説明する。

＜フィルタ目詰まり検知処理＞
本処理は、フィルタ１９の内側と外側の液面高さの差（水位差Δｈ＝ｈ２−ｈ１）が、所定の水位差の閾値ΔｈＴＨに達した場合には、目詰まり等によるフィルタ交換時期であるとして、警報を発生する処理である。

図３に示す様に、まず、ステップ（Ｓ）１００にて、外側水位センサ５５によって、フィルタ外液面高さ（タンク内液面高さ）ｈ１を検出する。
続くステップ１１０では、内側水位センサ５１によって、フィルタ内液面高さｈ２を検出する。

続くステップ１２０では、目詰まりや異物の堆積の程度が大きくなると、その程度に応じて、フィルタ内液面高さｈ２がフィルタ外液面高さｈ１より大きくなるので、フィルタ内液面高さｈ２からフィルタ外液面高さｈ１を引いて、その水位差Δｈ（＝ｈ２−ｈ１）を求める。

続くステップ１３０では、フィルタ外液面高さｈ２とフィルタ外液面高さｈ１との水位差Δｈが、閾値ΔｈＴＨ以上か否かを判定する。ここで肯定判断されると、ステップ１４０に進み、一方否定判断されるとステップ１００に戻る。

なお、この閾値ΔｈＴＨは、目詰まりや異物の堆積の程度（従ってフィルタ１９の浄水供給能力の低下の程度）を判定するための基準値であり、実験等によって定めることができる。

ステップ１４０では、水位差Δｈが大きく、よって、目詰まりや異物の堆積の程度が大きく（従ってフィルタ１９の浄水供給能力の低下が大きく）、フィルタ１９の交換時期（或いは清掃時期）であるとみなして、その旨の警報を出し、一旦本処理を終了する。

＜第１液面制御処理＞
本処理は、フィルタ外液面高さｈ１が、第１の閾値ＴＨ１に達した場合には、貯水量不足として、フィルタ１９内に上水を供給し、また、フィルタ外液面高さｈ１が、第２の閾値ＴＨ２に達した場合には、貯水量過剰として、フィルタ１９内への上水の供給を停止する処理である。

図４に示す様に、まず、ステップ２００にて、外側水位センサ５５によって、フィルタ外液面高さｈ１を検出する。
続くステップ２１０にて、フィルタ外液面高さｈ１の高さの判定を行う。具体的には、フィルタ外液面高さｈ１の高さが、「ｈ１≦第１の閾値ＴＨ１」か、「第１の閾値ＴＨ１＜ｈ１＜第２の閾値ＴＨ２」か、「第２の閾値ＴＨ２≦ｈ１」かを判定する。そして、「ｈ１≦第１の閾値ＴＨ１」の場合はステップ２２０に進み、「第１の閾値ＴＨ１＜ｈ１＜第２の閾値ＴＨ２」の場合はステップ２３０に進み、「第２の閾値ＴＨ２≦ｈ１」の場合はステップ２４０に進む。

ステップ２２０では、フィルタ１９の外側の水位が過度に低下した（下限に達した）として、給水弁４７を開き、上水をフィルタ１９の内側に供給する。
ステップ２４０では、フィルタ１９の外側の水位が過度に上昇した（上限に達した）として、給水弁４７を閉じ、上水のフィルタ１９の内側への供給を停止する。

ステップ２３０では、給水弁４７による上水の供給中か、或いは、フィルタ１９の外側の水位が適度だとして、前回の制御状態を維持し（給水弁４７の開放又は閉鎖の維持）、一旦本処理を終了する。

＜第２液面制御処理＞
上水供給時に、フィルタ１９を通過する水流量が、フィルタ１９内に供給される上水の供給量より少ないと、フィルタ１９の内側の水位が上昇し、フィルタ１９の上面から（未浄化の）水が溢れる恐れがある。そこで、本処理では、フィルタ内液面高さｈ２が、第３の閾値ＴＨ３に達した場合には、フィルタ１９内への上水の供給を停止する。なお、本処理は、上水が供給されている場合の処理である。

図５に示す様に、まず、ステップ３００にて、内側水位センサ５１によって、フィルタ内液面高さｈ２を検出する。
続くステップ３１０にて、フィルタ内液面高さｈ２が第３の閾値ＴＨ３以上か否かを判定する。ここで肯定判断されるとステップ３２０に進み、一方否定判断されるとステップ３００に進む。

ステップ２３０では、フィルタ１９の内側の水位が過度に上昇した（満水時高さＨ１に達した）として、給水弁４７を閉じ、上水のフィルタ１９の内側への供給を停止する。
ｄ）次に、本実施例の効果を説明する。

本実施例では、燃料電池３から排出される排ガスから凝縮水を取り出し、その凝縮水を水タンク１７内に配置されたフィルタ１９の内側に導入し、フィルタ１９では凝縮水から異物を除去して濾過し、その濾過した浄水を改質器５に供給する。

このとき、フィルタ１９の内側の水位は、フィルタ１９の目詰まりや異物の堆積の状態（従ってフィルタ１９の浄水供給能力）に応じて変化するので、フィルタ１９の目詰まり等の程度に応じて、フィルタ１９の内側の水位と外側の水位とには差が生じる。

よって、本実施例では、フィルタ内液面高さｈ２とフィルタ外液面高さｈ１とを検出し、その高さの差（水位差）Δｈを求める。この水位差Δｈは、フィルタ１９の目詰まり等の程度に対応しているので、この水位差Δｈからフィルタ１９の目詰まり等の程度、従って目詰まり等によるフィルタ１９の浄水供給能力（浄化性能）の低下を容易に検知することができる。

従って、例えば水位差Δｈが所定の（目詰まり等の判定値である）閾値ΔｈＴＨ以上となった場合、即ち、フィルタ１９に（フィルタ１９の交換等に対応する程度の）目詰まり等があると判断した場合には、その旨やフィルタ交換の案内等を報知することにより、フィルタ１９の適切な交換や清掃を行うことができる。

これにより、フィルタ１９の目詰まり等によるフィルタの浄化性能の低下によって生じる問題点、例えば、改質器５に供給する浄水が不足するという問題の発生を未然に防止することができる。

また、本実施例では、フィルタ１９の外側の水位が、過度に低くなった（第１の閾値ＴＨ１以下）場合には、フィルタ１９の内側に上水を供給するので、常にフィルタ１９内（従って水タンク１７内）に、十分な水を確保することができる。よって、改質水が不足することはない。

更に、本実施例では、フィルタ１９の外側の水位が、過度に高く（第２の閾値ＴＨ２以上）なった場合には、フィルタ１９の内側の水位も過度に高くなったとみなして、フィルタ１９の内側への上水の供給を停止するので、フィルタ１９内の凝縮水等が（浄化されずに）フィルタ１９外に溢れることがない。よって、水タンク１７からは、常に、フィルタ１９にて浄化された浄水を改質器５に供給することができる。

その上、本実施例では、上水の供給中に、フィルタ１９の内側の水位が、過度に高く（第３の閾値ＴＨ３以上）なった場合には、フィルタ１９の内側への上水の供給を停止するので、フィルタ１９内の凝縮水等が（浄化されずに）フィルタ１９外に溢れることがない。よって、この点からも、フィルタ１９にて浄化された浄水を改質器５に供給することができる。

また、本実施例では、フィルタ１９の透孔の径は、１０μｍ以下であるので、凝縮水中のほぼ全ての異物を好適に除去することができる。
更に、本実施例では、フィルタ１９の材質が金属又はセラミックであるので、微生物が発生することがなく、フィルタ自体が新たな異物の発生源になりにくいという利点がある。

その上、本実施例では、改質水ライン２５が水タンク１７の下部に接続されているので、フィルタ１９内の凝縮水は、ほぼ下方に向かってフィルタ１９外に流れる。よって、異物が舞い上がりにくくフィルタ１９内の底部に堆積し易いという利点がある。

また、本実施例では、導入配管２３がフィルタ１９の内側に向かって配置されるとともに、第２排ガスライン３３は、蓋４９に接続されている。従って、熱交換器１５によって気液分離された凝縮水は減少することなく、全量がフィルタ１９内に供給される。

なお、他の例として、フィルタ外液面高さ（タンク内液面高さ）ｈ１とフィルタ内液面高さｈ２との差である水位差Δｈが、上述した所定の閾値ΔｈＴＨを連続して超過する超過時間（連続時間）を監視し、この連続した超過時間が所定時間閾値Ｔａ以上となった場合に、目詰まりなどによるフィルタ交換時期であるとして、警報を発する処理を行っても良い。これによって、一層的確にフィルタ１９の目詰まり検出することができる。

以下に、この他の例のフィルタ目詰まり検知処理について簡単に説明する。
図６に示す様に、まず、ステップ４００にて、外側水位センサ５５によって、フィルタ外液面高さ（タンク内液面高さ）ｈ１を検出する。

続くステップ４１０では、内側水位センサ５１によって、フィルタ内液面高さｈ２を検出する。
続くステップ４２０では、フィルタ内液面高さｈ２からフィルタ外液面高さｈ１を引いて、その水位差Δｈ（＝ｈ２−ｈ１）を求める。

続くステップ４３０では、フィルタ外液面高さｈ２とフィルタ外液面高さｈ１との水位差Δｈが、閾値ΔｈＴＨ以上か否かを判定する。ここで肯定判断されると、ステップ４４０に進み、一方否定判断されるとステップ４００に戻る。

ステップ４４０では、水位差Δｈが、閾値ΔｈＴＨを連続して超過する超過時間が所定時間閾値Ｔａ以上か否かを判定する。ここで肯定判断されると、ステップ４５０に進み、一方否定判断されるとステップ４００に戻る。
ステップ４５０では、超過時間が大きいで、目詰まり等の程度が大きく、フィルタ１９の交換時期（或いは清掃時期）であるとみなして、その旨の警報を出し、一旦本処理を終了する。

次に、実施例２について説明するが、前記実施例１と同様な内容の説明は省略する。
本実施例の燃料電池システムでは、水タンクの構成に特徴があるので、水タンクの構成について説明する。

図７（ａ）に示す様に、本実施例の燃料電池システム７１は、前記実施例１と同様に、凝縮水は、熱交換器７３から導入管路７５を介して水タンク７７に供給されるように構成されている。

特に本実施例では、水タンク７７の内部に、有底円筒のフィルタ７９が配置されるとともに、水タンク７７の底部８１の上面には、フィルタ７９の底部の周囲を囲むように環状に突出するガイド８３が設けられている。これにより、フィルタ７９は水タンク７７に対して着脱可能となっている。なお、分散して３箇所以上にガイドを設けてもよい。

また、水タンク７７の側壁８５の上部には、板状で且つ環状のリング部材８７が配置されるとともに、リング部材８７の上部には、水タンク７７の上部の開口部８９を覆うように、円盤状の蓋９１が配置されている。なお、水タンク７７の底部８１及び側壁８５からなる容器を本体７８と称する。

更に、リング部材８７と蓋９１との間には、環状のシール部材９３が配置され、水タンク７７の本体７８とリング部材８７と蓋９１とは、図示しないネジ部材によって一体に固定されている。

また、図７（ｂ）に示す様に、熱交換器７３の底部９５と水タンク７７の蓋９１とは、導入管路７５によって接続されており、導入管路７５は、上パイプ９７と下パイプ９９とが互いのフランジ１０１、１０３にて、ボルト１０５及びナット１０７によって結合されている。なお、下パイプ９９の下端は、フィルタ７９の上端より下方に位置している。

本実施例によっても、前記実施例１と同様な効果を奏する。
また、本実施例では、水タンク７７の蓋９１を開けて、フィルタ７９を着脱可能に交換できるので、メンテナンスが容易である。

更に、水タンク７７の内部にはガイド８３が設けてあるので、フィルタ７９の位置決めや固定が容易であり、フィルタ７９の転倒を防止することができる。
その上、下パイプ９９の下端は、フィルタ７９の上端より下方に位置しているので、熱交換器７３から供給される凝縮水を確実にフィルタ７９内に供給することができる。

次に、実施例３について説明するが、前記実施例１と同様な内容の説明は省略する。
本実施例の燃料電池システムでは、水タンクの構成に特徴があるので、水タンクの構成について説明する。

図８に示す様に、本実施例の燃料電池システム１１１は、前記実施例１と同様に、凝縮水は、熱交換器１１３から導入管路１１５を介して水タンク１１７に供給されるように構成されている。

また、本実施例では、水タンク１１７の内部に、有底円筒のフィルタ１１９が着脱可能に配置されている。
更に、前記実施例２と同様に、水タンク１１７の側壁１２１の上部には、環状のリング部材１２３と円盤状の蓋１２５とが、環状のシール部材１２７を介して、図示しないネジ部材によって一体に固定されている。

特に本実施例では、蓋１２５の内側に、フィルタ１１９の上部が嵌り込む円盤状の凹部１２９が形成されている。
なお、導入管路１１５は、蓋１２５を貫通してフィルタ１１９内に到るように構成されており、第２排ガスライン１３１も、蓋１２５を貫通してフィルタ１１９内に到るように構成されている。

本実施例によっても、前記実施例１と同様な効果を奏する。
また、本実施例では、蓋１２５を閉めることにより、フィルタ１１９を固定できるので、固定作業が容易であるという利点がある。

更に、構造上、常にフィルタ１１９の上端は満水時の液面高さより高い位置にあるので、フィルタ１１９の上部から凝縮水が溢れにくいという利点がある。
以上、本発明の実施例について説明したが、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、種々の態様を採ることができる。

１、７１、１１１…燃料電池システム
３…燃料電池
５…改質器
１５、７３、１１３…熱交換器
１７、７７、１１７…水タンク
１９、７９、１１９…フィルタ
２１、７５、１１５…導入管路
２５…改質水ライン
４７…給水弁
５１…内側水位センサ
５５…外側水位センサ
５９…電子制御装置（コントローラ）
８３…ガイド

Claims (10)

1. 酸化剤ガスと燃料ガスとを用いて発電を行う燃料電池と、
   前記燃料電池から排出される排ガスから凝縮水を取り出す熱交換器と、
   前記凝縮水を含む水を貯める水タンクと、
   前記水タンクに貯められた水を前記燃料電池に供給するポンプと、
   を備えた燃料電池システムにおいて、
   前記水タンク内に配置され、内側に前記凝縮水を一旦収容し、底面または側面を濾過面として前記収容された水を前記水タンク内に濾過して排出する有底筒状のフィルタと、
   前記フィルタの内側に前記熱交換器から前記凝縮水を導入する導入管路と、
   前記フィルタの内側の水位を検出する内側検出手段と、
   前記フィルタの外側の水位を検出する外側検出手段と、
   を備えており、
   前記内側検出手段によって検出された内側の水位と、前記外側検出手段によって検出された外側の水位とに基づき、前記フィルタの前記内側と前記外側の水位差が検知されるものであり、
   さらに、前記フィルタの内側に水道水を供給する水道水供給手段を備え、
   前記外側検出手段によって検出された前記フィルタの外側の水位が、第１の閾値以下になった場合には、前記水道水供給手段によって、前記フィルタの内側に水道水を供給することを特徴とする燃料電池システム。
2. 前記外側検出手段によって検出された前記フィルタの外側の水位が、前記第１の閾値を上回る第２の閾値以上になった場合には、前記水道水供給手段による前記フィルタの内側への水道水の供給を停止することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
3. 前記内側検出手段によって検出された前記フィルタの内側の水位が、前記第２の閾値を上回る第３の閾値以上となった場合には、前記水道水供給手段による前記フィルタの内側への水道水の供給を停止することを特徴とする請求項２に記載の燃料電池システム。
4. さらに、前記内側の水位と前記外側の水位とを比較し、前記内側と前記外側の水位差が所定閾値を超えるか否かを監視する水位差監視手段を備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
5. 前記水位差監視手段は、
   前記内側と前記外側の水位差が前記所定閾値を超えた場合に、前記水位差が前記所定閾値を超過する超過時間が所定時間閾値を超えるか否かを監視する時間監視手段を、更に備えることを特徴とする請求項４に記載の燃料電池システム。
6. 前記水位差監視手段は、警報を発信する警報発信手段を備えることを特徴とする請求項４又は５に記載の燃料電池システム。
7. 前記水タンクの内部には、前記フィルタを位置決めするガイドを備えていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
8. 前記フィルタは、多孔質体又は網状体の構造を有することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
9. 前記フィルタの多孔質体又は網状体の部分において、前記凝縮水を含む水が透過する透孔の径は、１０μｍ以下であることを特徴とする請求項８に記載の燃料電池システム。
10. 前記フィルタの材質は、金属又はセラミックであることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の燃料電池システム。