WO2010079561A1 - 燃料電池システム - Google Patents

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WO2010079561A1
WO2010079561A1 PCT/JP2009/007084 JP2009007084W WO2010079561A1 WO 2010079561 A1 WO2010079561 A1 WO 2010079561A1 JP 2009007084 W JP2009007084 W JP 2009007084W WO 2010079561 A1 WO2010079561 A1 WO 2010079561A1
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exhaust gas
fuel
condensed water
gas
fuel cell
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PCT/JP2009/007084
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山本雅夫
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パナソニック株式会社
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Publication date
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    • H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
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    • H—ELECTRICITY
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    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Definitions

  • the present invention relates to a fuel cell system.
  • a conventional fuel cell system recovers hydrogen contained in fuel exhaust gas discharged from a fuel cell and burns the recovered hydrogen.
  • the conventional fuel cell system collects water from the combustion exhaust gas discharged by the combustion, and removes the collected water by an ion removing device.
  • a conventional fuel cell system uses deionized water from which ions have been removed to generate hydrogen used for power generation of the fuel cell.
  • FIG. 7 is a configuration diagram showing a conventional fuel cell system described in Patent Document 1.
  • the fuel cell system 70 includes a fuel cell 71, a fuel gas generator 72, a gas-liquid separator 74, a heat exchanger 75, a deaerator 76, a condensed water tank 78, An ion removing device 79 and a pure water tank 77 are included.
  • the fuel gas generator 72 generates fuel gas to be supplied to the fuel cell 71.
  • the gas-liquid separator 74 condenses moisture contained in the fuel exhaust gas discharged from the fuel cell 71 and separates it into fuel exhaust gas condensed water and combustion gas containing hydrogen.
  • the combustion unit 73 of the fuel gas generation device 72 burns the combustion gas containing hydrogen separated by the gas-liquid separator 74.
  • the heat exchanger 75 condenses the combustion exhaust gas discharged by the combustion in the combustion unit 73 by heat exchange, and generates combustion exhaust gas condensed water.
  • the degassing device 76 degasses the combustion exhaust gas condensed water condensed in the heat exchanger 75 with the exhausted air discharged from the fuel cell 71.
  • the condensed water tank 78 stores the fuel exhaust gas condensed water condensed by the gas-liquid separator 74 and the combustion exhaust gas condensed water condensed by the heat exchanger 75 and then deaerated by the deaerator 76.
  • the ion removing device 79 removes ions contained in the condensed water stored in the condensed water tank 78.
  • the deionized water from which ions have been removed is stored in a pure water tank 77.
  • the fuel exhaust gas condensed water condensed by the gas-liquid separator 74 contains a large amount of carbon dioxide. Carbon dioxide gas dissociates as bicarbonate ions in the condensed water tank 78. For this reason, the condensed water stored in the condensed water tank 78 contains a large amount of bicarbonate ions. As a result, the amount of ions to be removed by the ion removing device 79 increases. As a result, the durability of the ion removing device 79 is lowered, and the operation of the fuel cell system becomes unstable in a short period of time.
  • the present invention solves the above-described conventional problems, and provides a fuel cell system in which the concentration of carbon dioxide contained in fuel exhaust gas condensed water is reduced and the operation state is stable for a long period of time.
  • the fuel cell system of the present invention includes a condensed water tank that stores condensed water, an ion removing device that generates deionized water by removing ions contained in the condensed water, and hydrogen using deionized water as a main component.
  • a fuel gas generation device that generates fuel gas and an air supply device that supplies air.
  • the present invention provides a fuel cell that generates power using hydrogen contained in fuel gas and air supplied from an air supply device, and converts the fuel exhaust gas discharged from the fuel cell into combustion gas and fuel exhaust gas condensed water.
  • a gas-liquid separator for performing gas-liquid separation.
  • the present invention provides a combustion part provided in a fuel gas generation device, which combusts hydrogen in combustion gas separated by a gas-liquid separator, and heat exchange between combustion exhaust gas generated by combustion in the combustion part.
  • a heat exchanger that condenses moisture in the exhaust gas and generates combustion exhaust gas condensed water.
  • the present invention provides a condensation product obtained by removing carbon dioxide contained in fuel exhaust gas condensed water and combustion exhaust gas condensed water by bringing the fuel exhaust gas condensed water and combustion exhaust gas condensed water into contact with deaeration air. And a deaerator for generating water.
  • the combustion exhaust gas condensate and the fuel exhaust gas condensate are deaerated by the deaerator. For this reason, the density
  • the fuel cell system according to the present invention improves the durability of the ion removing device by reducing the concentration of bicarbonate ions in the condensed water stored in the condensed water tank, and the fuel cell system has a stable operating state over a long period of time. System.
  • FIG. 1 is a configuration diagram showing a fuel cell system according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 2 is a configuration diagram showing a fuel cell system according to Embodiment 2 of the present invention.
  • FIG. 3A is a configuration diagram of a fuel cell system according to Embodiment 3 of the present invention.
  • FIG. 3B is a configuration diagram showing another state of the fuel cell system according to the embodiment.
  • FIG. 4 is a configuration diagram showing a fuel cell system according to Embodiment 4 of the present invention.
  • FIG. 5 is a configuration diagram showing a fuel cell system according to Embodiment 5 of the present invention.
  • FIG. 6A is a configuration diagram of a fuel cell system according to Embodiment 6 of the present invention.
  • FIG. 6B is a configuration diagram showing another state of the fuel cell system according to the embodiment.
  • FIG. 7 is a block diagram showing a conventional fuel cell system.
  • FIG. 1 is a configuration diagram showing a fuel cell system according to Embodiment 1 of the present invention.
  • the fuel cell system 10 includes a condensed water tank 18, an ion removing device 19, a water pump 110, a fuel gas generating device 12, an air supply device 114, a fuel
  • the battery 11 is included.
  • the condensed water tank 18 stores condensed water.
  • the ion removing device 19 removes the condensed water ions supplied from the condensed water tank 18 to convert the condensed water into deionized water.
  • the deionized water is sent to the fuel gas generator 12 by the water pump 110.
  • the fuel gas generation device 12 receives the supply of deionized water, reforms the city gas, and generates a fuel gas mainly containing hydrogen.
  • the fuel cell 11 receives supply of air from the air supply device 114 and supply of fuel gas from the fuel gas generation device 12.
  • the fuel cell 11 generates power from hydrogen contained in the fuel gas supplied from the fuel gas generation device 12 and oxygen contained in the air supplied from the air supply device 114.
  • the condensed water tank 18 is made of, for example, stainless steel or resin, and stores condensed water.
  • the ion removing device 19 is filled with an ion exchange resin in a container made of, for example, stainless steel or resin.
  • the ion exchange resin adsorbs cations and anions in the condensed water, deionizes the condensed water, and generates deionized water.
  • the fuel gas generating device 12 for example, a container made of stainless steel or the like is filled with a catalyst having ruthenium supported on an alumina carrier.
  • the fuel gas generation device 12 chemically reacts the city gas and the deionized water generated by the ion removal device 19 at about 650 ° C. to generate hydrogen and carbon dioxide. In this case, deionized water plays a role in causing the chemical reaction to proceed.
  • the fuel gas generator 12 includes a selective oxidizer, for example, that oxidizes a small amount of carbon monoxide generated by a chemical reaction into carbon dioxide.
  • the selective oxidation apparatus is configured, for example, by arranging a catalyst in which platinum is supported on an alumina carrier on the downstream side.
  • the fuel cell 11 is an assembly in which a plurality of batteries each having a fuel electrode (not shown) and an air electrode (not shown) are stacked on both sides of a hydrogen ion conductive electrolyte membrane (not shown).
  • a hydrogen ion conductive electrolyte membrane Consists of As the hydrogen ion conductive electrolyte membrane, a polymer-based one in which a side chain of a sulfone group is attached to a main chain of fluorocarbon is used.
  • the fuel electrode and the air electrode are formed by supporting platinum particles of catalyst on carbon black. With this configuration, the fuel cell 11 causes an electrochemical reaction between hydrogen in the fuel gas supplied from the fuel gas generation device 12 to the fuel electrode and oxygen in the air supplied from the air supply device 114 to the air electrode. Generate electricity.
  • the fuel gas generator 12 is provided with a combustion unit 13.
  • the combustion unit 13 burns city gas in the initial operation of the fuel cell system 10, and burns hydrogen in the fuel exhaust gas discharged without being used in the fuel cell 11 during stable operation. In this way, the combustion unit 13 heats the catalyst filled in the fuel gas generation device 12 to about 650 ° C.
  • combustion exhaust gas is generated by the combustion of hydrogen.
  • the combustion exhaust gas is sent from the combustion unit 13 to the heat exchanger 15.
  • Moisture contained in the combustion exhaust gas is condensed by heat exchange in the heat exchanger 15 to become combustion exhaust gas condensed water, which is stored in the condensed water tank 18.
  • the fuel gas generation device 12 When the catalyst of the fuel gas generation device 12 is heated to about 650 ° C., the fuel gas generation device 12 performs the following operation. First, the fuel gas generation device 12 includes deionized water supplied from the condensed water tank 18 via the ion removing device 19 and the water pump 110, and city gas supplied from a gas supply pipe (not shown). For example, a fuel gas mainly containing hydrogen is generated by a reforming reaction. Next, the fuel cell 11 generates power by an electrochemical reaction between hydrogen in the supplied fuel gas and oxygen in the air supplied from the air supply device 114. Hydrogen in the fuel exhaust gas discharged without being used in the fuel cell 11 is supplied to the combustion unit 13 of the fuel gas generator 12. The fuel gas generator 12 burns this hydrogen.
  • the gas-liquid separator 14 provided between the fuel cell 11 and the fuel gas generator 12 separates the fuel exhaust gas into combustion gas that is a gas component and fuel exhaust gas condensate that is a liquid component. Hydrogen in the fuel exhaust gas is contained in the combustion gas and supplied to the combustion unit 13 of the fuel gas generation device 12. In this way, the combustion gas, which is a hydrogen-based reformed gas with a low water content, is combusted in the combustion section 13 and stable combustion is achieved without generating soot.
  • the flue gas condensed water condensed by the heat exchanger 15 is disposed at the dropping position of the flue gas condensed water, for example, below the heat exchanger 15 via the flue gas condensed water passage 111. Water is sent to.
  • the combustion exhaust gas condensate water channel 111 is not an essential configuration. For example, there is a configuration in which the heat exchanger 15 and the deaeration device 16 are integrated without using the combustion exhaust gas condensed water flow path 111.
  • the fuel exhaust gas condensate separated by the gas-liquid separator 14 is degassed via the fuel exhaust gas condensate flow path 112, for example, below the gas-liquid separator 14, at the position where the fuel exhaust gas condensate falls. Water is sent to the device 16.
  • the fuel exhaust gas condensate water channel 112 is not an essential configuration. For example, there is a configuration in which the gas-liquid separator 14 and the deaeration device 16 are integrated without using the fuel exhaust gas condensed water flow path 112.
  • the inside of the deaeration device 16 is filled with a filler 17 composed of, for example, Raschig rings.
  • the deaeration air sent from the blower 113 flows from, for example, the lower side of the deaeration device 16 through the air supply port 115 provided in the condensed water tank 18.
  • the combustion exhaust gas condensate and the fuel exhaust gas condensate flowing in from the upper side of the degassing device 16 and the degassing air flowing in from the lower side of the degassing device 16 are in contact with each other in the inflow direction.
  • the combustion exhaust gas condensed water and the fuel exhaust gas condensed water are stored in the condensed water tank 18 as condensed water after the carbon dioxide gas is removed.
  • the condensed water stored in the condensed water tank 18 is sent to the ion removing device 19 by the water pump 110.
  • the condensed water is supplied to the fuel gas generator 12 as deionized water after ions are removed by the ion removing device 19.
  • the carbon dioxide contained in the combustion exhaust gas condensate is removed and the carbon dioxide contained in the fuel exhaust gas condensate is also removed.
  • the concentration of bicarbonate ions dissociated in the condensed water stored in the condensed water tank 18 is significantly reduced.
  • the amount of ions to be removed by the ion removing device 19 is further reduced, and the durability of the ion removing device 19 is dramatically improved.
  • the condensate in the fuel cell system 10 of the present embodiment was 1/2 times the conductivity and 1/4 times the amount of bicarbonate ions compared to the condensate of the conventional fuel cell system. From this result, according to this Embodiment, durability of the ion removal apparatus 19 improves about 4 times by the reduction
  • FIG. 2 is a configuration diagram showing a fuel cell system according to Embodiment 2 of the present invention.
  • the same components as those in FIG. 1 will be described using the same reference numerals.
  • the fuel cell system 20 of the present embodiment is implemented in that a buffer tank 21 is provided in a fuel exhaust gas condensate water flow path 112 that communicates a gas-liquid separator 14 and a deaeration device 16. Different from Form 1.
  • the buffer tank 21 is made of, for example, stainless steel or resin, and is connected to the gas-liquid separator 14 and the deaeration device 16 via the fuel exhaust gas condensed water flow path 112.
  • the buffer tank 21 stores the fuel exhaust gas condensed water separated from the combustion exhaust gas by the gas-liquid separator 14.
  • the position (height) of the bottom surface 21A of the buffer tank 21 is arranged to be lower than the position (height) of the uppermost surface 16A of the deaeration device 16. Further, the position (height) of the uppermost surface 21 ⁇ / b> B of the buffer tank 21 is arranged to be higher than the position (height) of the uppermost surface 16 ⁇ / b> A of the deaeration device 16.
  • the buffer tank 21 always stores a certain amount of fuel exhaust gas condensed water.
  • the buffer tank 21 is supplied with degassing air that flows back through the fuel exhaust gas condensate flow path 112 from the degassing device 16 and fuel exhaust gas that cannot be separated by the gas-liquid separator 14 and flows into the fuel exhaust gas condensate flow path 112. Seal with water.
  • reaction due to contact between the fuel exhaust gas and the deaeration air is prevented in advance.
  • the fuel cell system 20 is operated stably and safely over a long period of time.
  • the carbon dioxide contained in the combustion exhaust gas condensed water is removed, and the carbon dioxide contained in the fuel exhaust gas condensed water is also removed. For this reason, the concentration of bicarbonate ions dissociated in the condensed water stored in the condensed water tank 18 is remarkably reduced. As a result, the amount of ions removed by the ion removing device 19 is further reduced, and the durability of the ion removing device 19 is dramatically improved.
  • the effect will be specifically described based on the properties of the condensed water stored in the condensed water tank 18.
  • the properties of the condensed water stored in the condensed water tank 18 after the fuel cell system 20 of the present embodiment was continuously operated for 24 hours were evaluated from the conductivity and the bicarbonate ion concentration.
  • the conductivity was 5 ⁇ S / cm and the bicarbonate ion concentration was 3.1 mg / L.
  • the same evaluation was made on a conventional fuel cell system in which only the combustion exhaust gas condensate was degassed and the fuel exhaust gas condensate was not degassed and stored directly in the condensate tank 18.
  • the conductivity was 10 ⁇ S / cm and the bicarbonate ion concentration was 12.4 mg / L.
  • the condensed water of the fuel cell system 20 of the present embodiment was 1/2 times the conductivity and 1/4 times the amount of bicarbonate ions compared to the condensed water of the conventional fuel cell system. From this result, according to the present embodiment, the durability of the ion removing device 19 is improved by about four times due to the decrease in the amount of bicarbonate ions. For this reason, the fuel cell system 20 is stably operated over a long period of time.
  • FIGS. 3A and 3B are configuration diagrams of a fuel cell system according to Embodiment 3 of the present invention.
  • FIG. 3A shows a state where the water level of the fuel exhaust gas condensate stored in the buffer tank is lower than a preset reference water level.
  • FIG. 3B shows a state where the water level of the fuel exhaust gas condensate stored in the buffer tank is equal to or higher than a preset reference water level.
  • 3A and 3B the same components as those in FIG. 1 will be described using the same reference numerals. As shown in FIGS.
  • the fuel cell system 30 opens and closes a buffer tank 31 having a water level sensor 33 in the fuel exhaust gas condensate flow path 112, and a shutoff valve 32 and a shutoff valve 32.
  • a control unit 34 to be controlled is provided.
  • the buffer tank 31 is made of, for example, stainless steel or resin, and is connected to the gas-liquid separator 14 and the shut-off valve 32 via the fuel exhaust gas condensed water passage 112. Further, the shutoff valve 32 is connected to the deaeration device 16.
  • the water level sensor 33 detects the water level of the fuel exhaust gas condensed water stored in the buffer tank 31.
  • the control unit 34 controls the opening / closing of the shutoff valve 32 based on the information detected by the water level sensor 33. The opening / closing control of the shut-off valve 32 by the control unit 34 will be described below.
  • the fuel exhaust gas condensed water separated by the gas-liquid separator 14 is stored in the buffer tank 31.
  • the control unit 34 closes the shutoff valve 32.
  • the shutoff valve 32 shuts off the buffer tank 31 and the deaerator 16 in the fuel exhaust gas condensed water flow path 112. That is, the flow of the deaeration air that flows back from the degassing device 16 through the fuel exhaust gas condensate flow path 112 and the flow of the fuel exhaust gas that cannot be separated by the gas-liquid separator 14 and flow through the fuel exhaust gas condensate flow path 112 are: It is shut off by the shut-off valve 32.
  • the control unit 34 opens the shutoff valve 32. .
  • the fuel exhaust gas condensed water falls from the buffer tank 31 to the deaeration device 16.
  • the fuel exhaust gas condensed water is deaerated by the deaerator 16 and then stored in the condensed water tank 18.
  • the degassing air that flows backward through the degassing device 16 and the fuel exhaust gas that cannot be separated by the gas-liquid separator 14 and that flows through the fuel exhaust gas condensed water flow path 112 are stored in the buffer tank 31. Sealed with water.
  • the reference water level described above is, for example, about 10 cm in the case of a buffer tank of a general stationary fuel cell system for home use.
  • the reference water level is not limited to the above water level.
  • the reference water level is, for example, the water level at which the water seal is maintained in the buffer tank 31 according to the pressure of the deaeration air sent from the blower 113 or the pressure of the fuel exhaust gas that leaks without being completely separated by the gas-liquid separator 14.
  • the deaeration air can be prevented from flowing back to the fuel exhaust gas condensate flow path 112 via the deaeration device 16. Further, it is possible to block fuel exhaust gas that could not be separated by the gas-liquid separator 14 from flowing into the deaeration device 16. As a result, reaction due to contact between the fuel exhaust gas and the deaeration air is prevented in advance. Thereby, the safety of the fuel cell system 30 is ensured.
  • the carbon dioxide contained in the combustion exhaust gas condensed water is removed, and the carbon dioxide contained in the fuel exhaust gas condensed water is also removed. For this reason, the concentration of bicarbonate ions dissociated in the condensed water stored in the condensed water tank 18 is significantly reduced. As a result, the amount of ions removed by the ion removing device 19 is further reduced, and the durability of the ion removing device 19 is dramatically improved.
  • the effect will be specifically described based on the properties of the condensed water stored in the condensed water tank 18.
  • the property of the condensed water stored in the condensed water tank 18 after the fuel cell system 30 of this embodiment was operated continuously for 24 hours was evaluated from the conductivity and the bicarbonate ion concentration.
  • the conductivity was 5 ⁇ S / cm and the bicarbonate ion concentration was 3.1 mg / L.
  • the same evaluation was made on a conventional fuel cell system in which only the combustion exhaust gas condensate was degassed and the fuel exhaust gas condensate was not degassed and stored directly in the condensate tank 18.
  • the conductivity was 10 ⁇ S / cm and the bicarbonate ion concentration was 12.4 mg / L.
  • the condensed water of the fuel cell system 30 of the present embodiment was 1/2 times the conductivity and 1/4 times the amount of bicarbonate ions compared to the condensed water of the conventional fuel cell system. From this result, according to the present embodiment, the durability of the ion removing device 19 is improved by about four times due to the decrease in the amount of bicarbonate ions. For this reason, the fuel cell system 30 is stably operated over a long period of time.
  • FIG. 4 is a configuration diagram showing a fuel cell system according to Embodiment 4 of the present invention.
  • the same components as those in FIG. 1 will be described using the same reference numerals.
  • the fuel cell system 40 of the present embodiment does not obtain the deaeration air supplied to the deaeration device 16 from the blower 113 shown in FIG. 1, but exhausts air from the fuel cell 11. This is different from the first embodiment in that
  • the exhaust air discharged from the fuel cell 11 is sent to the air supply port 115 of the condensed water tank 18 through the exhaust air passage 41 and further supplied to the deaeration device 16 as deaeration air. Circulated.
  • the exhaust air is preferably passed from the lower part to the upper part of the deaeration device 16 with the fuel cell system 40 left stationary. Thereby, since carbon dioxide gas and deaeration air are opposed to each other, the contact time becomes longer and the efficiency of the deaeration process is improved.
  • the exhaust air heated by the power generation of the fuel cell 11 can be used for the deaeration process.
  • the heated exhaust air has an improved reaction efficiency with carbon dioxide, the efficiency of the deaeration process is improved. That is, the concentration of bicarbonate ions in the fuel exhaust gas condensed water and the combustion exhaust gas condensed water is further reduced.
  • the blower 113 since the blower 113 is not used, the configuration of the fuel cell system 40 can be simplified and downsized.
  • the carbon dioxide contained in the combustion exhaust gas condensed water is removed, and the carbon dioxide contained in the fuel exhaust gas condensed water is also removed. For this reason, the concentration of bicarbonate ions dissociated in the condensed water stored in the condensed water tank 18 is remarkably reduced. As a result, the amount of ions removed by the ion removing device 19 is further reduced, and the durability of the ion removing device 19 is dramatically improved.
  • the effect will be specifically described based on the properties of the condensed water stored in the condensed water tank 18.
  • the properties of the condensed water stored in the condensed water tank 18 after the fuel cell system 40 of the present embodiment was operated continuously for 24 hours were evaluated from the conductivity and the bicarbonate ion concentration.
  • the conductivity was 5 ⁇ S / cm and the bicarbonate ion concentration was 3.1 mg / L.
  • the same evaluation was made on a conventional fuel cell system in which only the combustion exhaust gas condensate was degassed and the fuel exhaust gas condensate was not degassed and stored directly in the condensate tank 18.
  • the conductivity was 10 ⁇ S / cm and the bicarbonate ion concentration was 12.4 mg / L.
  • the condensed water of the fuel cell system 40 of the present embodiment was 1/2 times the conductivity and 1/4 times the amount of bicarbonate ions compared to the condensed water of the conventional fuel cell system. From this result, according to the present embodiment, the durability of the ion removing device 19 is improved by about four times due to the decrease in the amount of bicarbonate ions. For this reason, the fuel cell system 40 is stably operated over a long period of time.
  • FIG. 5 is a configuration diagram showing a fuel cell system according to Embodiment 5 of the present invention.
  • the same components as those in FIG. 2 will be described using the same reference numerals.
  • the fuel cell system 50 according to the present embodiment does not obtain the deaeration air supplied to the deaeration device 16 from the blower 113 shown in FIG. Is different from the second embodiment in that
  • the exhausted air discharged from the fuel cell 11 is sent to the air supply port 115 of the condensed water tank 18 via the exhausted air flow path 51 and further supplied to the degassing device 16 as degassing air. Circulated.
  • the exhaust air is preferably passed from the lower part to the upper part of the deaeration device 16 with the fuel cell system 50 left stationary. Thereby, since carbon dioxide gas and deaeration air are opposed to each other, the contact time becomes longer and the efficiency of the deaeration process is improved.
  • the exhaust air heated by the power generation of the fuel cell 11 can be used for the deaeration process.
  • the heated exhaust air has an improved reaction efficiency with carbon dioxide, the efficiency of the deaeration process is improved. That is, the concentration of bicarbonate ions in the fuel exhaust gas condensed water and the combustion exhaust gas condensed water is further reduced.
  • the blower 113 since the blower 113 is not used, the configuration of the fuel cell system 50 can be simplified and downsized.
  • the buffer tank 21 includes the degassing air that flows backward from the degassing device 16 through the fuel exhaust gas condensate flow channel 112 and the fuel exhaust gas condensate water flow channel 112 that cannot be separated by the gas-liquid separator 14.
  • the fuel exhaust gas flowing through the water is sealed with water. As a result, reaction due to contact between the fuel exhaust gas and the deaeration air is prevented in advance. Thereby, the fuel cell system 50 is stably and safely operated over a long period of time.
  • the carbon dioxide contained in the combustion exhaust gas condensed water is removed and the carbon dioxide contained in the fuel exhaust gas condensed water is also removed. For this reason, the concentration of bicarbonate ions dissociated in the condensed water stored in the condensed water tank 18 is significantly reduced. As a result, the amount of ions removed by the ion removing device 19 is further reduced, and the durability of the ion removing device 19 is dramatically improved.
  • the effect will be specifically described based on the properties of the condensed water stored in the condensed water tank 18.
  • the properties of the condensed water stored in the condensed water tank 18 after the fuel cell system 50 of the present embodiment was continuously operated for 24 hours were evaluated from the conductivity and the bicarbonate ion concentration.
  • the conductivity was 5 ⁇ S / cm and the bicarbonate ion concentration was 3.1 mg / L.
  • the same evaluation was made on a conventional fuel cell system in which only the combustion exhaust gas condensate was degassed and the fuel exhaust gas condensate was not degassed and stored directly in the condensate tank 18.
  • the conductivity was 10 ⁇ S / cm and the bicarbonate ion concentration was 12.4 mg / L.
  • the condensed water of the fuel cell system 50 of the present embodiment was 1/2 times the conductivity and 1/4 times the amount of bicarbonate ions compared to the condensed water of the conventional fuel cell system. From this result, according to the present embodiment, the durability of the ion removing device 19 is improved by about four times due to the decrease in the amount of bicarbonate ions. For this reason, the fuel cell system 50 is stably operated over a long period of time.
  • FIGS. 6A and 6B are configuration diagrams of a fuel cell system according to Embodiment 6 of the present invention.
  • FIG. 6A shows a state where the water level of the fuel exhaust gas condensate stored in the buffer tank is lower than a preset reference water level.
  • FIG. 6B shows a state where the water level of the fuel exhaust gas condensate stored in the buffer tank is equal to or higher than a preset reference water level.
  • FIGS. 3A and 3B the same components as those in FIGS. 3A and 3B will be described using the same reference numerals. As shown in FIGS.
  • the fuel cell system 60 of the present embodiment does not obtain the deaeration air supplied to the deaeration device 16 from the blower 113 in FIGS. 3A and 3B, but a fuel cell. 11 is different from the third embodiment in that exhaust air from 11 is used.
  • Other configurations and operations are the same as those in the third embodiment.
  • the exhausted air discharged from the fuel cell 11 is sent to the air supply port 115 of the condensed water tank 18 through the exhausted air flow path 61, and further supplied to the degassing device 16 as degassing air. Circulated.
  • the exhaust air is preferably passed from the lower part to the upper part of the deaeration device 16 with the fuel cell system 60 left stationary. Thereby, since carbon dioxide gas and deaeration air are opposed to each other, the contact time becomes longer and the efficiency of the deaeration process is improved.
  • the exhaust air heated by the power generation of the fuel cell 11 can be used for the deaeration process.
  • the heated exhaust air has an improved reaction efficiency with carbon dioxide, the efficiency of the deaeration process is improved. That is, the concentration of bicarbonate ions in the fuel exhaust gas condensed water and the combustion exhaust gas condensed water is further reduced.
  • the blower 113 since the blower 113 is not used, the configuration of the fuel cell system 60 can be simplified and downsized.
  • the exhaust air used for the deaeration treatment flows back to the fuel exhaust gas condensate flow path 112 via the deaeration device 16 by the shut-off valve 32 and the water seal of the fuel exhaust gas condensate as in the third embodiment. Can be shut off. Further, the fuel exhaust gas that could not be separated by the gas-liquid separator 14 can be reliably blocked from flowing into the deaeration device 16. As a result, reaction due to contact between the fuel exhaust gas and the deaeration air is prevented in advance. Thereby, the safety of the fuel cell system 60 is ensured.
  • the carbon dioxide contained in the combustion exhaust gas condensed water is removed, and the carbon dioxide contained in the fuel exhaust gas condensed water is also removed. For this reason, the concentration of bicarbonate ions dissociated in the condensed water stored in the condensed water tank 18 is significantly reduced. As a result, the amount of ions removed by the ion removing device 19 is further reduced, and the durability of the ion removing device 19 is dramatically improved.
  • the effect will be specifically described based on the properties of the condensed water stored in the condensed water tank 18.
  • the property of the condensed water stored in the condensed water tank 18 after operating the fuel cell system 60 of the present embodiment continuously for 24 hours was evaluated from the conductivity and the bicarbonate ion concentration.
  • the conductivity was 5 ⁇ S / cm and the bicarbonate ion concentration was 3.1 mg / L.
  • the same evaluation was made on a conventional fuel cell system in which only the combustion exhaust gas condensate was degassed and the fuel exhaust gas condensate was not degassed and stored directly in the condensate tank 18.
  • the conductivity was 10 ⁇ S / cm and the bicarbonate ion concentration was 12.4 mg / L.
  • the condensed water of the fuel cell system 60 of the present embodiment was 1/2 times the conductivity and 1/4 times the amount of bicarbonate ions compared to the condensed water of the conventional fuel cell system. From this result, according to the present embodiment, the durability of the ion removing device 19 is improved by about four times due to the decrease in the amount of bicarbonate ions. For this reason, the fuel cell system 60 is stably operated over a long period of time.
  • Embodiments 4 to 6 the example in which the fuel cell 11 and the air supply port 115 of the condensed water tank 18 are connected by the exhaust air passages 41, 51, 61 has been described, but the present invention is not limited to this.
  • the present invention is not limited to this.
  • the moisture contained in the exhaust air is condensed by the heat exchanger (not shown) and becomes exhaust air condensed water.
  • the exhaust air condensed water is collected and stored in the condensed water tank 18 through an exhaust air condensed water flow path (not shown).
  • the exhaust air condensed water hardly contains carbon dioxide gas.
  • the durability of the ion removing device 19 is not affected at all. Thereby, it is possible to prevent a shortage of condensed water stored in the condensed water tank 18. Thereby, the fuel cell system 60 is stably operated.
  • the reason for this will be described using the fuel cell system 60 shown in Embodiment 6 as an example.
  • the fuel cell system 60 cannot control the temperature of the fuel cell 11 and the reforming reaction of the fuel gas generator 12.
  • tap water is supplied to the condensed water tank 18 from outside the fuel cell system 60.
  • the tap water contains more ionic components than the condensed water recovered by the fuel cell system 60.
  • the durability (life) of the ion removing device 19 is significantly deteriorated.
  • the fuel cell system 60 cannot operate stably over a long period of time.
  • the fuel cell system 60 is stably operated by recovering the exhaust air condensed water having a small ion component from the exhaust air.
  • This configuration can be similarly implemented in the configurations of the fourth and fifth embodiments, and has the same effect.
  • the Raschig ring was demonstrated to the example as a filler utilized for the deaeration apparatus 16, it is not restricted to this.
  • a filler such as a Lessing ring, Dixon packing, a pole ring, a helipak, a coil pack, a McMahon packing, and a sulzer packing can be used.
  • the configuration in which the deaeration air is introduced from the lower part of the deaeration device 16 is described as an example, but the present invention is not limited to this.
  • the deaeration air is exhausted air in the fourth to sixth embodiments.
  • the buffer tanks 21 and 31 that store the fuel exhaust gas condensed water separated by the gas-liquid separator 14 are configured separately from the gas-liquid separator 14.
  • the fuel cells 11 mounted on the fuel cell systems 10, 20, 30, 40, 50, 60 in each embodiment include phosphoric acid form, solid oxide form, solid polymer form, molten carbonate form, etc.
  • Various fuel cells can be used.
  • the amount of carbon dioxide contained in the fuel exhaust gas condensed water is larger than that in other fuel cells. For this reason, in this invention, there exists a peculiar effect that a carbon dioxide gas can be efficiently deaerated.
  • the gas-liquid separator 14 has a dedicated configuration, but another configuration that can separate gas and liquid can be used instead of the dedicated configuration.
  • gas-liquid separation can be performed using a heat exchanger, a condenser, or the like.
  • the present invention mainly uses a condensed water tank that stores condensed water, an ion removing device that generates deionized water by removing ions contained in the condensed water, and hydrogen using the deionized water.
  • a fuel gas generating device that generates fuel gas as a component; and an air supply device that supplies air.
  • the present invention provides a fuel cell that generates power using hydrogen contained in fuel gas and air supplied from an air supply device, and converts the fuel exhaust gas discharged from the fuel cell into combustion gas and fuel exhaust gas condensed water.
  • a gas-liquid separator for performing gas-liquid separation.
  • the present invention provides a combustion part provided in a fuel gas generation device, which combusts hydrogen in combustion gas separated by a gas-liquid separator, and heat exchange between combustion exhaust gas generated by combustion in the combustion part.
  • a heat exchanger that condenses moisture in the exhaust gas and generates combustion exhaust gas condensed water.
  • the present invention provides a condensation product obtained by removing carbon dioxide contained in fuel exhaust gas condensed water and combustion exhaust gas condensed water by bringing the fuel exhaust gas condensed water and combustion exhaust gas condensed water into contact with deaeration air. And a deaerator for generating water.
  • combustion exhaust gas condensate and the fuel exhaust gas condensate are deaerated by the deaerator.
  • combustion exhaust gas condensed water and fuel exhaust gas condensed water are collected after the concentration of carbon dioxide gas is reduced.
  • the collected condensed water has a remarkably low concentration of bicarbonate ions dissociated in the condensed water tank.
  • the amount of ions to be removed by the ion removing device is reduced, so that the durability of the ion removing device is improved and a fuel cell system in which the operation state is stable for a long time is obtained.
  • the present invention further includes a buffer tank for storing the fuel exhaust gas condensed water separated by the gas-liquid separator. Further, according to the present invention, the position of the bottom surface of the buffer tank is disposed below the position of the top surface of the deaeration device, and the position of the top surface of the buffer tank is disposed above the position of the top surface of the deaeration device.
  • the present invention also includes a buffer tank for storing the fuel exhaust gas condensate separated by the gas-liquid separator, and a shut-off valve provided between the buffer tank and the degassing device for blocking the flow of the fuel exhaust gas condensate.
  • the present invention further includes a water level sensor that detects the level of the fuel exhaust gas condensate stored in the buffer tank, and controls opening and closing of the shutoff valve based on information detected by the water level sensor.
  • the shut-off valve is opened, and the fuel exhaust gas condensate is sent from the buffer tank to the deaerator. That is, the backflowing degassing air and the fuel exhaust gas that could not be separated by the gas-liquid separator are sealed with the fuel exhaust gas condensed water stored in the buffer tank.
  • the shutoff valve is first closed and the flow path is shut off.
  • the deaeration air that flows back through the flow path and the fuel exhaust gas that could not be separated by the gas-liquid separator are blocked by the cutoff valve.
  • the reaction due to the contact between the fuel exhaust gas and the deaeration air is prevented in advance, so that the fuel cell system can be operated stably and safely for a long time.
  • the degassing air is caused to flow into the degassing device in a direction opposite to the direction in which the fuel exhaust gas condensed water and the combustion exhaust gas condensed water flow into the degassing device.
  • the fuel exhaust gas condensate and the combustion exhaust gas condensate injected into the degassing device and the degassing air supplied to the degassing device are in opposite contact with each other, so that the contact time becomes longer and the degassing efficiency is improved.
  • the concentration of carbon dioxide contained in the fuel exhaust gas condensed water and the combustion exhaust gas condensed water is more efficiently reduced, and the durability of the ion removing device is further improved. Therefore, the fuel cell system can be operated stably and safely for a longer period.
  • exhaust air discharged from the fuel cell is supplied as degassing air to a degassing device.
  • a blower it is not necessary to arrange a blower, and the fuel cell system has a simple configuration.
  • the exhaust air is heated to a predetermined temperature in the fuel cell, the efficiency of the deaeration process is improved.
  • the fuel cell system of the present invention can reduce the concentration of carbon dioxide contained in the fuel exhaust gas condensed water obtained by condensing the fuel exhaust gas, so that a high reliability and a long life are required. Available to:

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Abstract

燃料電池（１１）から排出された燃料排ガスを気液分離する気液分離器（１４）と、分離された燃料排ガス中の水素を燃焼させる燃焼部（１３）と、燃焼により発生した燃焼排ガスを熱交換して燃焼排ガス中の水分を凝縮し、燃焼排ガス凝縮水を得る熱交換器（１５）と、燃焼排ガス凝縮水と気液分離器（１４）で分離された燃料排ガス凝縮水とから炭酸ガスを除去する脱気装置（１６）とを備え、脱気された凝縮水を凝縮水タンク（１８）に貯水する。

Description

燃料電池システム
　本発明は、燃料電池システムに関する。
　従来の燃料電池システムは、例えば特許文献１に開示されたように、燃料電池から排出された燃料排ガスに含まれる水素を回収し、回収した水素を燃焼させる。従来の燃料電池システムは、上記燃焼により排出された燃焼排ガスから水を回収し、回収した水をイオン除去装置によりイオンを除去する。従来の燃料電池システムは、イオンを除去した脱イオン水を利用して、燃料電池の発電に用いる水素を生成する。
　図７は、特許文献１に記載された従来の燃料電池システムを示す構成図である。図７に示すように、燃料電池システム７０は、燃料電池７１と、燃料ガス生成装置７２と、気液分離器７４と、熱交換器７５と、脱気装置７６と、凝縮水タンク７８と、イオン除去装置７９と、純水タンク７７とから構成される。
　燃料ガス生成装置７２は、燃料電池７１に供給する燃料ガスを生成する。気液分離器７４は、燃料電池７１から排出された燃料排ガスに含まれる水分を凝縮し、燃料排ガス凝縮水と水素を含む燃焼ガスとに分離する。燃料ガス生成装置７２の燃焼部７３は、気液分離器７４により分離された水素を含む燃焼ガスを燃焼する。熱交換器７５は、燃焼部７３での燃焼によって排出された燃焼排ガスを、熱交換により凝縮し、燃焼排ガス凝縮水を生成する。
　脱気装置７６は、熱交換器７５で凝縮された燃焼排ガス凝縮水を、燃料電池７１から排出された排空気により脱気処理する。凝縮水タンク７８は、気液分離器７４で凝縮された燃料排ガス凝縮水と、熱交換器７５で凝縮された後に脱気装置７６により脱気された燃焼排ガス凝縮水とを貯水する。イオン除去装置７９は、凝縮水タンク７８に貯水された凝縮水に含まれるイオンを除去する。イオンを除去された脱イオン水は、純水タンク７７に貯水される。
　しかしながら、上記従来の燃料電池システムにおいては、気液分離器７４で凝縮された燃料排ガス凝縮水は、多量の炭酸ガスを含む。炭酸ガスは、凝縮水タンク７８において、重炭酸イオンとして解離する。このため、凝縮水タンク７８に貯水される凝縮水は、多量の重炭酸イオンを含む。この結果、イオン除去装置７９で除去すべきイオンの量が増大する。これにより、イオン除去装置７９の耐久性が低下し、燃料電池システムの運転が短期間で不安定になる課題を有していた。
特開２００５－１２９３３４号公報
　本発明は、上記従来の課題を解決するもので、燃料排ガス凝縮水に含まれる炭酸ガスの濃度を低減し、長期に亘り運転状態が安定する燃料電池システムを提供する。
　本発明の燃料電池システムは、凝縮水を貯水する凝縮水タンクと、凝縮水に含まれるイオンを除去して脱イオン水を生成するイオン除去装置と、脱イオン水を利用して水素を主成分とする燃料ガスを生成する燃料ガス生成装置と、空気を供給する空気供給装置とを有する。さらに本発明は、燃料ガスに含まれる水素および空気供給装置から供給された空気を利用して発電を行う燃料電池と、燃料電池から排出された燃料排ガスを、燃焼ガスと燃料排ガス凝縮水とに気液分離する気液分離器とを有する。さらに本発明は、燃料ガス生成装置に設けられ、気液分離器で分離された燃焼ガス中の水素を燃焼させる燃焼部と、燃焼部での燃焼により発生した燃焼排ガスを熱交換することにより燃焼排ガス中の水分を凝縮し、燃焼排ガス凝縮水を生成する熱交換器とを有する。さらに本発明は、燃料排ガス凝縮水と燃焼排ガス凝縮水とを、脱気用空気と接触させることにより、燃料排ガス凝縮水および燃焼排ガス凝縮水の中に含まれる炭酸ガスを除去して得られる凝縮水を生成する脱気装置とを有する。
　かかる構成によれば、燃焼排ガス凝縮水および燃料排ガス凝縮水が脱気装置により脱気処理される。このため、燃焼排ガス凝縮水および燃料排ガス凝縮水の中の炭酸ガスの濃度が低減し、凝縮水タンクの中で解離する重炭酸イオンの濃度が著しく低減する。この結果、イオン除去装置で除去すべきイオンの量が減少することにより、イオン除去装置の耐久性が向上し、燃料電池システムの長期に亘る安定した運転状態が維持される。従って本発明の燃料電池システムは、凝縮水タンクに貯水された凝縮水の重炭酸イオンの濃度を低減することにより、イオン除去装置の耐久性を向上させ、長期に亘り運転状態が安定する燃料電池システムとなる。
図１は、本発明の実施の形態１に係る燃料電池システムを示す構成図である。 図２は、本発明の実施の形態２に係る燃料電池システムを示す構成図である。 図３Ａは、本発明の実施の形態３に係る燃料電池システムの構成図である。 図３Ｂは、同実施の形態における燃料電池システムの別な状態を示す構成図である。 図４は、本発明の実施の形態４に係る燃料電池システムを示す構成図である。 図５は、本発明の実施の形態５に係る燃料電池システムを示す構成図である。 図６Ａは、本発明の実施の形態６に係る燃料電池システムの構成図である。 図６Ｂは、同実施の形態における燃料電池システムの別な状態を示す構成図である。 図７は、従来の燃料電池システムを示す構成図である。
　（実施の形態１）
　図１は、本発明の実施の形態１に係る燃料電池システムを示す構成図である。図１に示すように、本実施の形態に係る燃料電池システム１０は、凝縮水タンク１８と、イオン除去装置１９と、水ポンプ１１０と、燃料ガス生成装置１２と、空気供給装置１１４と、燃料電池１１とを有している。凝縮水タンク１８は、凝縮水を貯水する。イオン除去装置１９は、凝縮水タンク１８から供給される凝縮水のイオンを除去することにより、凝縮水を脱イオン水にする。脱イオン水は、水ポンプ１１０により、燃料ガス生成装置１２へ送られる。燃料ガス生成装置１２は、脱イオン水の供給を受けて都市ガスを改質し、水素を主成分とする燃料ガスを生成する。燃料電池１１は、空気供給装置１１４から空気の供給を受けるとともに、燃料ガス生成装置１２から燃料ガスの供給を受ける。燃料電池１１は、燃料ガス生成装置１２から供給された燃料ガスに含まれる水素と、空気供給装置１１４から供給された空気に含まれる酸素とから発電を行う。
　以下に、本実施の形態に係る燃料電池システム１０を構成する各構成要素の、材料や作用について具体的に説明する。凝縮水タンク１８は、例えばステンレスや樹脂などで構成され、凝縮水を貯水する。イオン除去装置１９は、例えばステンレスや樹脂などで構成された容器内に、イオン交換樹脂が充填されている。イオン交換樹脂は、凝縮水中の陽イオンと陰イオンとを吸着して、凝縮水を脱イオン化し、脱イオン水を生成する。
　また、燃料ガス生成装置１２は、例えばステンレスなどで構成された容器に、アルミナ担体にルテニウムを担持した触媒が充填されている。燃料ガス生成装置１２は、都市ガスと、イオン除去装置１９により生成された脱イオン水とを、約６５０℃で化学反応させて、水素と二酸化炭素を生成する。この場合、脱イオン水は、上記化学反応を進行させる役割を担っている。なお、燃料ガス生成装置１２は、化学反応により微量発生する一酸化炭素を、二酸化炭素に酸化する、例えば選択酸化装置などを有している。選択酸化装置は、例えば、アルミナ担体に白金を担持した触媒を後流側に配置して構成される。
　また、燃料電池１１は、水素イオン伝導性電解質膜（図示せず）の両側に、それぞれ燃料極（図示せず）と空気極（図示せず）とを備えた電池を、複数積層した集合体から構成される。水素イオン伝導性電解質膜は、フッ化炭素の主鎖にスルホン基の側鎖を付着させた高分子系のものを用いる。また、燃料極と空気極は、カーボンブラックに触媒の白金粒子を担持して構成したものを用いる。この構成により、燃料電池１１は、燃料ガス生成装置１２から燃料極へ供給される燃料ガス中の水素と、空気供給装置１１４から空気極へ供給される空気中の酸素とを電気化学反応させて発電する。
　また、燃料ガス生成装置１２には、燃焼部１３が設けられている。燃焼部１３は、燃料電池システム１０の運転初期においては都市ガスを燃焼させ、安定運転時においては燃料電池１１で使用されずに排出された燃料排ガス中の水素を燃焼させる。このようにして、燃焼部１３は、燃料ガス生成装置１２の内部に充填した触媒を約６５０℃に加熱する。
　燃焼部１３においては、水素の燃焼により、燃焼排ガスが発生する。燃焼排ガスは、燃焼部１３から熱交換器１５に送られる。燃焼排ガス中に含まれる水分は、熱交換器１５で熱交換により凝縮され、燃焼排ガス凝縮水となり、凝縮水タンク１８に貯水される。
　以下に、本実施の形態の燃料電池システム１０の運転動作について説明する。運転開始時、ガス供給管（図示せず）からの都市ガスと、燃焼空気供給用送風機（図示せず）からの燃焼用空気が、燃焼部１３に供給されて燃焼が始まる。燃焼部１３において燃焼により発生した燃焼排ガスは、熱交換器１５に送られる。燃焼排ガス中に含まれる水分は、熱交換器１５で熱交換により凝縮され、燃焼排ガス凝縮水となり、凝縮水タンク１８に貯水される。同時に、燃焼部１３は、燃料ガス生成装置１２の内部に充填した触媒を約６５０℃に加熱する。
　燃料ガス生成装置１２の触媒が約６５０℃まで加熱されると、燃料ガス生成装置１２は、以下の運転動作を行う。まず、燃料ガス生成装置１２は、凝縮水タンク１８から、イオン除去装置１９と水ポンプ１１０を介して供給される脱イオン水と、ガス供給管（図示せず）から供給される都市ガスとの、例えば改質反応により、水素を主成分とする燃料ガスを生成する。つぎに、燃料電池１１は、供給された燃料ガス中の水素と、空気供給装置１１４から供給された空気中の酸素との電気化学反応により発電を行う。燃料電池１１で使用されずに排出された燃料排ガス中の水素は、燃料ガス生成装置１２の燃焼部１３に供給される。燃料ガス生成装置１２は、この水素を燃焼させる。
　燃料電池１１と燃料ガス生成装置１２との間に設けられた気液分離器１４は、燃料排ガスを、気体成分である燃焼ガスと液体成分である燃料排ガス凝縮水とに分離する。燃料排ガス中の水素は、燃焼ガスに含まれ、燃料ガス生成装置１２の燃焼部１３に供給される。このようにして、含有水分量の少ない水素系改質ガスである燃焼ガスが燃焼部１３で燃焼され、煤などが発生しない、安定した燃焼となる。
　以下に、本実施の形態の燃料電池システム１０における凝縮水の流れについて説明する。まず、熱交換器１５により凝縮された燃焼排ガス凝縮水は、燃焼排ガス凝縮水流路１１１を介して、例えば熱交換器１５の下側で、燃焼排ガス凝縮水の落下位置に配置した脱気装置１６に送水される。なお、燃焼排ガス凝縮水流路１１１は必須の構成ではない。例えば、燃焼排ガス凝縮水流路１１１を用いずに、熱交換器１５と脱気装置１６とを一体とする構成がある。
　一方、気液分離器１４により分離された燃料排ガス凝縮水は、燃料排ガス凝縮水流路１１２を介して、例えば気液分離器１４の下側で、燃料排ガス凝縮水の落下位置に配置した脱気装置１６に送水される。なお、燃料排ガス凝縮水流路１１２は必須の構成ではない。例えば、燃料排ガス凝縮水流路１１２を用いずに、気液分離器１４と脱気装置１６とを一体とする構成がある。
　脱気装置１６の内部には、例えばラシヒリングなどで構成される充填材１７が充填される。送風機１１３から送られた脱気用空気は、凝縮水タンク１８に設けられた空気供給口１１５を通して、脱気装置１６の、例えば下部側から流入する。この場合、脱気装置１６の上側から流入する燃焼排ガス凝縮水および燃料排ガス凝縮水と、脱気装置１６の下側から流入する脱気用空気とは、流入する方向が対向して接触する。これにより、燃焼排ガス凝縮水および燃料排ガス凝縮水は、炭酸ガスが除去された後に、凝縮水として凝縮水タンク１８に貯水される。凝縮水タンク１８に貯水された凝縮水は、水ポンプ１１０によりイオン除去装置１９に送られる。凝縮水は、イオン除去装置１９によりイオンが除去された後、脱イオン水として燃料ガス生成装置１２に供給される。
　上記構成により、燃焼排ガス凝縮水に含まれる炭酸ガスが除去されるとともに、燃料排ガス凝縮水に含まれる炭酸ガスも除去される。このため、凝縮水タンク１８に貯水された凝縮水の中で解離する重炭酸イオンの濃度が著しく減少する。この結果、イオン除去装置１９で除去すべきイオンの量がさらに少なくなり、イオン除去装置１９の耐久性が飛躍的に向上する。
　以下に、凝縮水タンク１８に貯水される凝縮水の性状を基準に、効果について具体的に説明する。本実施の形態の燃料電池システム１０を２４時間連続で運転した後の、凝縮水タンク１８に貯水された凝縮水の性状を、導電率と重炭酸イオン濃度とから評価した。この結果、導電率は５μＳ／ｃｍで、重炭酸イオン濃度は３．１ｍｇ／Ｌであった。一方、比較のために、燃焼排ガス凝縮水のみを脱気処理し、燃料排ガス凝縮水は脱気処理せず、直接、凝縮水タンク１８に貯水する従来の燃料電池システムについて同様の評価をした。この結果、導電率は１０μＳ／ｃｍで、重炭酸イオン濃度は１２．４ｍｇ／Ｌであった。
　つまり、本実施の形態の燃料電池システム１０の凝縮水は、従来の燃料電池システムの凝縮水に比べて、導電率で１／２倍、重炭酸イオンの量で１／４倍であった。この結果から、本実施の形態によれば、重炭酸イオンの量の減少により、イオン除去装置１９の耐久性が、４倍程度向上する。このため、燃料電池システム１０は、長期に亘り安定して運転される。
　（実施の形態２）
　以下に、本発明の実施の形態２に係る燃料電池システムについて、図面を用いて説明する。図２は、本発明の実施の形態２に係る燃料電池システムを示す構成図である。なお、図２において、図１と同一の構成要素は同じ符号を用いて説明する。図２に示すように、本実施の形態の燃料電池システム２０は、気液分離器１４と脱気装置１６とを連通する燃料排ガス凝縮水流路１１２に、バッファータンク２１を設けた点で実施の形態１と異なる。
　バッファータンク２１は、例えばステンレスや樹脂などで構成され、燃料排ガス凝縮水流路１１２を介して、気液分離器１４と脱気装置１６とに接続される。バッファータンク２１は、気液分離器１４により燃焼排ガスから分離された燃料排ガス凝縮水を貯水する。
　この場合、バッファータンク２１の底面２１Ａの位置（高さ）は、脱気装置１６の最上面１６Ａの位置（高さ）より下側になるように配置される。また、バッファータンク２１の最上面２１Ｂの位置（高さ）は、脱気装置１６の最上面１６Ａの位置（高さ）より上側になるように配置される。
　この構成により、バッファータンク２１は、常に一定量の燃料排ガス凝縮水を貯水する。これにより、バッファータンク２１は、脱気装置１６から燃料排ガス凝縮水流路１１２を逆流する脱気用空気と、気液分離器１４で分離しきれず燃料排ガス凝縮水流路１１２に通流する燃料排ガスとを水封する。この結果、燃料排ガスと脱気用空気との接触による反応が未然に防止される。これにより、燃料電池システム２０は、長期に亘り安定かつ安全に運転される。
　また、実施の形態１と同様に、燃焼排ガス凝縮水に含まれる炭酸ガスが除去されるとともに、燃料排ガス凝縮水に含まれる炭酸ガスも除去される。このため、凝縮水タンク１８に貯水された凝縮水の中で解離する重炭酸イオンの濃度が、著しく減少する。この結果、イオン除去装置１９で除去するイオンの量が、さらに少なくなり、イオン除去装置１９の耐久性が、飛躍的に向上する。
　以下に、凝縮水タンク１８に貯水する凝縮水の性状を基準に、効果について具体的に説明する。本実施の形態の燃料電池システム２０を２４時間連続で運転した後の、凝縮水タンク１８に貯水された凝縮水の性状を、導電率と重炭酸イオン濃度とから評価した。この結果、導電率は５μＳ／ｃｍで、重炭酸イオン濃度は３．１ｍｇ／Ｌであった。一方、比較のために、燃焼排ガス凝縮水のみを脱気処理し、燃料排ガス凝縮水は脱気処理せず、直接、凝縮水タンク１８に貯水する従来の燃料電池システムについて同様の評価をした。この結果、導電率は１０μＳ／ｃｍで、重炭酸イオン濃度は１２．４ｍｇ／Ｌであった。
　つまり、本実施の形態の燃料電池システム２０の凝縮水は、従来の燃料電池システムの凝縮水に比べて、導電率で１／２倍、重炭酸イオンの量で１／４倍であった。この結果から、本実施の形態によれば、重炭酸イオンの量の減少によりイオン除去装置１９の耐久性が４倍程度向上する。このため、燃料電池システム２０は、長期に亘り安定して運転される。
　（実施の形態３）
　以下に、本発明の実施の形態３に係る燃料電池システムについて、図面を用いて説明する。図３Ａおよび図３Ｂは、本発明の実施の形態３に係る燃料電池システムの構成図である。図３Ａは、バッファータンクに貯水された燃料排ガス凝縮水の水位が、予め設定した基準水位未満での状態を示す。図３Ｂは、バッファータンクに貯水された燃料排ガス凝縮水の水位が、予め設定した基準水位以上での状態を示す。なお、図３Ａ、図３Ｂにおいて、図１と同一の構成要素は同じ符号を用いて説明する。図３Ａ、図３Ｂに示すように、本実施の形態の燃料電池システム３０は、燃料排ガス凝縮水流路１１２に、水位センサ３３を備えたバッファータンク３１と、遮断弁３２および遮断弁３２の開閉を制御する制御部３４とを設けた点で実施の形態１と異なる。
　バッファータンク３１は、例えばステンレスや樹脂などで構成され、燃料排ガス凝縮水流路１１２を介して、気液分離器１４と遮断弁３２とに接続される。さらに、遮断弁３２は、脱気装置１６に接続される。水位センサ３３は、バッファータンク３１に貯水された燃料排ガス凝縮水の水位を検出する。制御部３４は、水位センサ３３により検出された情報に基づいて、遮断弁３２の開閉を制御する。制御部３４による遮断弁３２の開閉制御について、以下に説明する。
　図３Ａおよび図３Ｂを用いて、本実施の形態の燃料排ガス凝縮水流路１１２における、燃料排ガス凝縮水および、燃料排ガスや脱気用空気の流れについて説明する。気液分離器１４で分離された燃料排ガス凝縮水は、バッファータンク３１に貯水される。
　まず、図３Ａに示すように、バッファータンク３１に貯水された燃料排ガス凝縮水の水位が予め設定した基準水位未満であると水位センサ３３が検出した場合、制御部３４は遮断弁３２を閉止する。これにより、燃料排ガス凝縮水流路１１２の、バッファータンク３１と脱気装置１６との間が、遮断弁３２により遮断される。つまり、脱気装置１６から燃料排ガス凝縮水流路１１２を逆流する脱気用空気の流れと、気液分離器１４で分離しきれず燃料排ガス凝縮水流路１１２に通流する燃料排ガスの流れとが、遮断弁３２により遮断される。
　一方、図３Ｂに示すように、バッファータンク３１に貯水された燃料排ガス凝縮水の水位が予め設定した基準水位以上であると水位センサ３３が検出した場合、制御部３４は遮断弁３２を開放する。これにより、燃料排ガス凝縮水が、バッファータンク３１から脱気装置１６に落下する。燃料排ガス凝縮水は、脱気装置１６により脱気処理された後、凝縮水タンク１８に貯水される。つまり、脱気装置１６を介して逆流する脱気用空気と、気液分離器１４で分離しきれず燃料排ガス凝縮水流路１１２に通流する燃料排ガスとが、バッファータンク３１に貯水した燃料排ガス凝縮水により水封される。
　ここで、上記で説明した基準水位は、一般的な家庭用の据置型燃料電池システムのバッファータンクであれば、例えば１０ｃｍ程度である。なお、この基準水位は、上記水位に限定されるものではない。基準水位は、例えば、送風機１１３から送り込まれる脱気用空気の圧力や、気液分離器１４で分離しきれずに漏洩する燃料排ガスの圧力に応じて、バッファータンク３１で水封が保たれる水位に設定される。
　上記構成により、脱気用空気が、脱気装置１６を介して燃料排ガス凝縮水流路１１２へ逆流することを遮断できる。また、気液分離器１４で分離しきれなかった燃料排ガスが、脱気装置１６へ流入することを遮断できる。この結果、燃料排ガスと脱気用空気との接触による反応が未然に防止される。これにより、燃料電池システム３０の安全性が確保される。
　また、実施の形態１と同様に、燃焼排ガス凝縮水に含まれる炭酸ガスが除去されるとともに、燃料排ガス凝縮水に含まれる炭酸ガスも除去される。このため、凝縮水タンク１８に貯水された凝縮水の中で解離する重炭酸イオンの濃度が著しく減少する。この結果、イオン除去装置１９で除去するイオンの量が、さらに少なくなり、イオン除去装置１９の耐久性が飛躍的に向上する。
　以下に、凝縮水タンク１８に貯水する凝縮水の性状を基準に、効果について具体的に説明する。まず、本実施の形態の燃料電池システム３０を２４時間連続で運転した後の、凝縮水タンク１８に貯水された凝縮水の性状を導電率と重炭酸イオン濃度とから評価した。この結果、導電率は５μＳ／ｃｍで、重炭酸イオン濃度は３．１ｍｇ／Ｌであった。一方、比較のために、燃焼排ガス凝縮水のみを脱気処理し、燃料排ガス凝縮水は脱気処理せず、直接、凝縮水タンク１８に貯水する従来の燃料電池システムについて同様の評価をした。この結果、導電率は１０μＳ／ｃｍで、重炭酸イオン濃度は１２．４ｍｇ／Ｌであった。
　つまり、本実施の形態の燃料電池システム３０の凝縮水は、従来の燃料電池システムの凝縮水に比べて、導電率で１／２倍、重炭酸イオンの量で１／４倍であった。この結果から、本実施の形態によれば、重炭酸イオンの量の減少によりイオン除去装置１９の耐久性が４倍程度向上する。このため、燃料電池システム３０は、長期に亘り安定して運転される。
　（実施の形態４）
　以下に、本発明の実施の形態４に係る燃料電池システムについて、図面を用いて説明する。図４は、本発明の実施の形態４に係る燃料電池システムを示す構成図である。なお、図４において、図１と同一の構成要素は同じ符号を用いて説明する。図４に示すように、本実施の形態の燃料電池システム４０は、脱気装置１６に供給する脱気用空気を、図１に示す送風機１１３から得るのではなく、燃料電池１１からの排空気を利用する点で、実施の形態１と異なる。
　具体的には、燃料電池１１から排出された排空気は、排空気流路４１を介して凝縮水タンク１８の空気供給口１１５に送られ、さらに、脱気用空気として、脱気装置１６に通流される。なお、排空気は、燃料電池システム４０を静置させた状態で、脱気装置１６の下部から上部に向かって通流させることが好ましい。これにより、炭酸ガスと脱気用空気とが対向して接触するため、接触時間が長くなり、脱気処理の効率が向上する。
　この構成により、燃料電池１１の発電によって加温された排空気を、脱気処理に利用できる。この場合、加温された排空気は炭酸ガスとの反応効率が向上しているため、脱気処理の効率が向上する。つまり、燃料排ガス凝縮水および燃焼排ガス凝縮水中の重炭酸イオンの濃度が、さらに低減される。また、送風機１１３を用いないため、燃料電池システム４０の構成の簡素化や小型化が実現できる。
　また、実施の形態１と同様に、燃焼排ガス凝縮水に含まれる炭酸ガスが除去されるとともに、燃料排ガス凝縮水に含まれる炭酸ガスも除去される。このため、凝縮水タンク１８に貯水された凝縮水の中で解離する重炭酸イオンの濃度が、著しく減少する。この結果、イオン除去装置１９で除去するイオンの量が、さらに少なくなり、イオン除去装置１９の耐久性が飛躍的に向上する。
　以下に、凝縮水タンク１８に貯水する凝縮水の性状を基準に、効果について具体的に説明する。まず、本実施の形態の燃料電池システム４０を２４時間連続で運転した後の凝縮水タンク１８に貯水された凝縮水の性状を、導電率と重炭酸イオン濃度とから評価した。この結果、導電率は５μＳ／ｃｍで、重炭酸イオン濃度は３．１ｍｇ／Ｌであった。一方、比較のために、燃焼排ガス凝縮水のみを脱気処理し、燃料排ガス凝縮水は脱気処理せず、直接、凝縮水タンク１８に貯水する従来の燃料電池システムについて同様の評価をした。この結果、導電率は１０μＳ／ｃｍで、重炭酸イオン濃度は１２．４ｍｇ／Ｌであった。
　つまり、本実施の形態の燃料電池システム４０の凝縮水は、従来の燃料電池システムの凝縮水に比べて、導電率で１／２倍、重炭酸イオンの量で１／４倍であった。この結果から、本実施の形態によれば、重炭酸イオンの量の減少によりイオン除去装置１９の耐久性が４倍程度向上する。このため、燃料電池システム４０は、長期に亘り安定して運転される。
　（実施の形態５）
　以下に、本発明の実施の形態５に係る燃料電池システムについて、図面を用いて説明する。図５は、本発明の実施の形態５に係る燃料電池システムを示す構成図である。なお、図５において、図２と同一の構成要素は同じ符号を用いて説明する。図５に示すように、本実施の形態の燃料電池システム５０は、脱気装置１６に供給する脱気用空気を、図２に示す送風機１１３から得るのではなく、燃料電池１１からの排空気を利用する点で、実施の形態２と異なる。
　具体的には、燃料電池１１から排出された排空気は、排空気流路５１を介して凝縮水タンク１８の空気供給口１１５に送られ、さらに、脱気用空気として、脱気装置１６に通流される。なお、排空気は、燃料電池システム５０を静置させた状態で、脱気装置１６の下部から上部に向かって通流させることが好ましい。これにより、炭酸ガスと脱気用空気とが対向して接触するため、接触時間が長くなり、脱気処理の効率が向上する。
　この構成により、燃料電池１１の発電によって加温された排空気を、脱気処理に利用できる。この場合、加温された排空気は炭酸ガスとの反応効率が向上しているため、脱気処理の効率が向上する。つまり、燃料排ガス凝縮水および燃焼排ガス凝縮水中の重炭酸イオンの濃度が、さらに低減される。また、送風機１１３を用いないため、燃料電池システム５０の構成の簡素化や小型化が実現できる。
　また、実施の形態２と同様に、バッファータンク２１は、脱気装置１６から燃料排ガス凝縮水流路１１２を逆流する脱気用空気と、気液分離器１４で分離しきれず燃料排ガス凝縮水流路１１２に通流する燃料排ガスとを水封する。この結果、燃料排ガスと脱気用空気との接触による反応が未然に防止される。これにより、燃料電池システム５０は、長期に亘り安定かつ安全に運転される。
　さらに、実施の形態２と同様に、燃焼排ガス凝縮水に含まれる炭酸ガスが除去されるとともに、燃料排ガス凝縮水に含まれる炭酸ガスも除去される。このため、凝縮水タンク１８に貯水された凝縮水の中で解離する重炭酸イオンの濃度が著しく減少する。この結果、イオン除去装置１９で除去するイオンの量が、さらに少なくなり、イオン除去装置１９の耐久性が飛躍的に向上する。
　以下に、凝縮水タンク１８に貯水する凝縮水の性状を基準に、効果について具体的に説明する。まず、本実施の形態の燃料電池システム５０を２４時間連続で運転した後の、凝縮水タンク１８に貯水された凝縮水の性状を、導電率と重炭酸イオン濃度とから評価した。この結果、導電率は５μＳ／ｃｍで、重炭酸イオン濃度は３．１ｍｇ／Ｌであった。一方、比較のために、燃焼排ガス凝縮水のみを脱気処理し、燃料排ガス凝縮水は脱気処理せず、直接、凝縮水タンク１８に貯水する従来の燃料電池システムについて同様の評価をした。この結果、導電率は１０μＳ／ｃｍで、重炭酸イオン濃度は１２．４ｍｇ／Ｌであった。
　つまり、本実施の形態の燃料電池システム５０の凝縮水は、従来の燃料電池システムの凝縮水に比べて、導電率で１／２倍、重炭酸イオンの量で１／４倍であった。この結果から、本実施の形態によれば、重炭酸イオンの量の減少によりイオン除去装置１９の耐久性が４倍程度向上する。このため、燃料電池システム５０は、長期に亘り安定して運転される。
　（実施の形態６）
　以下に、本発明の実施の形態６に係る燃料電池システムについて、図面を用いて説明する。図６Ａおよび図６Ｂは、本発明の実施の形態６に係る燃料電池システムの構成図である。図６Ａは、バッファータンクに貯水された燃料排ガス凝縮水の水位が、予め設定した基準水位未満での状態を示す。図６Ｂは、バッファータンクに貯水された燃料排ガス凝縮水の水位が、予め設定した基準水位以上での状態を示す。なお、図６Ａ、図６Ｂにおいて、図３Ａ、図３Ｂと同一の構成要素は同じ符号を用いて説明する。図６Ａ、図６Ｂに示すように、本実施の形態の燃料電池システム６０は、脱気装置１６に供給する脱気用空気を、図３Ａ、図３Ｂにおける送風機１１３から得るのではなく、燃料電池１１からの排空気を利用する点で、実施の形態３と異なる。なお、他の構成や作用は、実施の形態３と同様である。
　具体的には、燃料電池１１から排出された排空気は、排空気流路６１を介して凝縮水タンク１８の空気供給口１１５に送られ、さらに、脱気用空気として、脱気装置１６に通流される。なお、排空気は、燃料電池システム６０を静置させた状態で、脱気装置１６の下部から上部に向かって通流させることが好ましい。これにより、炭酸ガスと脱気用空気とが対向して接触するため、接触時間が長くなり、脱気処理の効率が向上する。
　この構成により、燃料電池１１の発電によって加温された排空気を、脱気処理に利用できる。この場合、加温された排空気は炭酸ガスとの反応効率が向上しているため、脱気処理の効率が向上する。つまり、燃料排ガス凝縮水および燃焼排ガス凝縮水中の重炭酸イオンの濃度が、さらに低減される。また、送風機１１３を用いないため、燃料電池システム６０の構成の簡素化や小型化が実現できる。
　また、遮断弁３２や燃料排ガス凝縮水の水封により、実施の形態３と同様に、脱気処理に使用する排空気が、脱気装置１６を介して燃料排ガス凝縮水流路１１２へ逆流することを遮断できる。また、気液分離器１４で分離しきれなかった燃料排ガスが、脱気装置１６へ流入することを確実に遮断できる。この結果、燃料排ガスと脱気用空気との接触による反応が未然に防止される。これにより、燃料電池システム６０の安全性が確保される。
　さらに、実施の形態３と同様に、燃焼排ガス凝縮水に含まれる炭酸ガスが除去されるとともに、燃料排ガス凝縮水に含まれる炭酸ガスも除去される。このため、凝縮水タンク１８に貯水された凝縮水の中で解離する重炭酸イオンの濃度が著しく減少する。この結果、イオン除去装置１９で除去するイオンの量が、さらに少なくなり、イオン除去装置１９の耐久性が飛躍的に向上する。
　以下に、凝縮水タンク１８に貯水する凝縮水の性状を基準に、効果について具体的に説明する。まず、本実施の形態の燃料電池システム６０を２４時間連続で運転した後の、凝縮水タンク１８に貯水された凝縮水の性状を導電率と重炭酸イオン濃度とから評価した。この結果、導電率は５μＳ／ｃｍで、重炭酸イオン濃度は３．１ｍｇ／Ｌであった。一方、比較のために、燃焼排ガス凝縮水のみを脱気処理し、燃料排ガス凝縮水は脱気処理せず、直接、凝縮水タンク１８に貯水する従来の燃料電池システムについて同様の評価をした。この結果、導電率は１０μＳ／ｃｍで、重炭酸イオン濃度は１２．４ｍｇ／Ｌであった。
　つまり、本実施の形態の燃料電池システム６０の凝縮水は、従来の燃料電池システムの凝縮水に比べて、導電率で１／２倍、重炭酸イオンの量で１／４倍であった。この結果から、本実施の形態によれば、重炭酸イオンの量の減少によりイオン除去装置１９の耐久性が４倍程度向上する。このため、燃料電池システム６０は、長期に亘り安定して運転される。
　なお、実施の形態４～６では、燃料電池１１と凝縮水タンク１８の空気供給口１１５を排空気流路４１、５１、６１により接続した例を説明したが、これに限られない。例えば、燃料電池１１から排出される排空気の排空気流路４１、５１、６１に熱交換器（図示せず）を設ける構成がある。この構成によると、排空気中に含まれる水分は、熱交換器（図示せず）によって凝縮され、排空気凝縮水となる。この排空気凝縮水は回収され、排空気凝縮水流路（図示せず）を介して凝縮水タンク１８に貯水される。この場合、排空気凝縮水は炭酸ガスをほとんど含まない。このため、イオン除去装置１９の耐久性には何ら影響を及ぼさない。これにより、凝縮水タンク１８に貯水する凝縮水が不足することが防止できる。これにより、燃料電池システム６０が安定して運転される。
　以下に、この理由を、実施の形態６に示す燃料電池システム６０を例にして説明する。凝縮水タンク１８に貯水される凝縮水がなくなった場合、燃料電池システム６０は、燃料電池１１の温度と、燃料ガス生成装置１２の改質反応とを制御することができなくなる。この場合、一般的には、燃料電池システム６０の系外から、例えば水道水などが凝縮水タンク１８に補填される。しかし、水道水は、燃料電池システム６０で回収される凝縮水に比べて、多くのイオン成分を含む。このため、イオン除去装置１９の耐久性（寿命）を著しく劣化させる。この結果、燃料電池システム６０は、長期に亘り安定した運転ができなくなる。そこで、燃料排ガス凝縮水や燃焼排ガス凝縮水が不足した場合であっても、排空気からイオン成分の少ない排空気凝縮水を回収することにより、燃料電池システム６０は安定して運転される。なお、この構成は、実施の形態４、５の構成においても同様に実施でき、同様の効果を奏する。
　また、各実施の形態において、脱気装置１６に利用する充填材としてラシヒリングを例に説明したが、これに限られない。例えば、レッシングリング、ディクソンパッキン、ポールリング、ヘリパック、コイルパック、マクマホンパッキンやスルザーパッキンなどの充填材を利用することができる。
　また、各実施の形態では、脱気用空気を、脱気装置１６の下部から流入させる構成を例に説明したが、これに限られない。例えば、脱気装置１６の上部や側面部から流入させる方法がある。なお、この場合の脱気用空気は、実施の形態４～６においては、排空気である。
　また、実施の形態２、３、５、６においては、気液分離器１４で分離した燃料排ガス凝縮水を貯水するバッファータンク２１，３１は、気液分離器１４と分離して構成されているが、これに限られない。例えば、気液分離器１４の下部に、バッファータンク２１、３１を気液分離器１４と一体的に備える構成があり、同様の効果を奏する。
　なお、各実施の形態における燃料電池システム１０、２０、３０、４０、５０、６０に搭載する燃料電池１１には、リン酸形、固体酸化物形、固体高分子形、溶融炭酸塩形等の各種燃料電池を利用することができる。特に、運転温度が１００℃以下の燃料電池、例えば固体高分子形の燃料電池においては、燃料排ガス凝縮水に含まれる炭酸ガスが、他の燃料電池と比較して多い。このため、本願発明では炭酸ガスを効率的に脱気処理できるという特有の効果がある。
　さらに、各実施の形態において、気液分離器１４は専用の構成としたが、専用の構成ではなく、気体と液体とを分離できる別な構成が利用できる。例えば、熱交換器や凝縮器等を利用して気液分離することができる。
　以上説明したように本発明は、凝縮水を貯水する凝縮水タンクと、凝縮水に含まれるイオンを除去して脱イオン水を生成するイオン除去装置と、脱イオン水を利用して水素を主成分とする燃料ガスを生成する燃料ガス生成装置と、空気を供給する空気供給装置とを有する。さらに本発明は、燃料ガスに含まれる水素および空気供給装置から供給された空気を利用して発電を行う燃料電池と、燃料電池から排出された燃料排ガスを、燃焼ガスと燃料排ガス凝縮水とに気液分離する気液分離器とを有する。さらに本発明は、燃料ガス生成装置に設けられ、気液分離器で分離された燃焼ガス中の水素を燃焼させる燃焼部と、燃焼部での燃焼により発生した燃焼排ガスを熱交換することにより燃焼排ガス中の水分を凝縮し、燃焼排ガス凝縮水を生成する熱交換器とを有する。さらに本発明は、燃料排ガス凝縮水と燃焼排ガス凝縮水とを、脱気用空気と接触させることにより、燃料排ガス凝縮水および燃焼排ガス凝縮水の中に含まれる炭酸ガスを除去して得られる凝縮水を生成する脱気装置とを有する。
　これにより、燃焼排ガス凝縮水および燃料排ガス凝縮水が脱気装置により脱気処理される。このため、燃焼排ガス凝縮水および燃料排ガス凝縮水は、炭酸ガスの濃度が低減された後に回収される。この回収された凝縮水は、凝縮水タンクの中で解離する重炭酸イオンの濃度が著しく低い。この結果、イオン除去装置で除去すべきイオンの量が減少することにより、イオン除去装置の耐久性が向上し、長期に亘り運転状態が安定した燃料電池システムとなる。
　また本発明は、気液分離器で分離された燃料排ガス凝縮水を貯水するためのバッファータンクをさらに備える。さらに本発明は、バッファータンクの底面の位置を脱気装置の最上面の位置より下側に、かつバッファータンクの最上面の位置を脱気装置の最上面の位置より上側に配置する。
　これにより、バッファータンクには常に一定量の燃料排ガス凝縮水が貯水され、燃料排ガスや空気などが水封される。つまり、脱気用空気が燃料排ガス凝縮水流路に逆流することや、気液分離器で分離しきれなかった燃料排ガスが脱気装置へ流入することを遮断できる。この結果、燃料排ガスと脱気用空気との接触による反応が未然に防止されて、長期に亘り安定かつ安全に運転される燃料電池システムとなる。
　また本発明は、気液分離器で分離された燃料排ガス凝縮水を貯水するためのバッファータンクと、バッファータンクと脱気装置の間に設け、燃料排ガス凝縮水の流れを遮断する遮断弁とを備える。さらに本発明は、バッファータンクに貯水された燃料排ガス凝縮水の水位を検知する水位センサとをさらに備え、水位センサが検出した情報に基づき遮断弁の開閉を制御する。
　これにより、より安全に燃料排ガス凝縮水の脱気処理が行われる。具体的には、バッファータンクに基準水位以上の燃料排ガス凝縮水が貯水されている場合は、まず、遮断弁が開放され、燃料排ガス凝縮水がバッファータンクから脱気装置に送られる。つまり、逆流する脱気用空気と、気液分離器で分離できなかった燃料排ガスとが、バッファータンクに貯水された燃料排ガス凝縮水により水封される。また、バッファータンクの貯水量が基準水位未満の場合は、まず、遮断弁が閉止され、流路が遮断される。つまり、流路を逆流する脱気用空気と、気液分離器で分離できなかった燃料排ガスとが、遮断弁により遮断される。この結果、燃料排ガスと脱気用空気との接触による反応が未然に防止されて、長期に亘り安定かつ安全に運転される燃料電池システムとなる。
　また本発明は、燃料排ガス凝縮水および燃焼排ガス凝縮水が脱気装置に流入する方向と対向する方向に、脱気用空気を脱気装置に流入させた。これにより、脱気装置に注入される燃料排ガス凝縮水および燃焼排ガス凝縮水と、脱気装置に供給される脱気用空気とが対向接触するため、接触時間が長くなり、脱気効率が向上する。この結果、燃料排ガス凝縮水と燃焼排ガス凝縮水の中に含まれる炭酸ガスの濃度が、より効率よく低減されて、イオン除去装置の耐久性がさらに向上する。従って、より長期に亘り安定かつ安全に運転される燃料電池システムとなる。
　また本発明は、燃料電池から排出された排空気を脱気用空気として、脱気装置に供給する。これにより、送風機を配置する必要がなく、燃料電池システムが簡易な構成となる。また、排空気は、燃料電池で所定の温度に加熱されているため、脱気処理の効率が向上する。
　本発明の燃料電池システムは、燃料排ガスを凝縮した燃料排ガス凝縮水に含まれる炭酸ガスの濃度を低減できるので、高い信頼性と長寿命が要望される、定置式や移動式の燃料電池発電システムに利用できる。
　１０，２０，３０，４０，５０，６０　　燃料電池システム
　１１　　燃料電池
　１２　　燃料ガス生成装置
　１３　　燃焼部
　１４　　気液分離器
　１５　　熱交換器
　１６　　脱気装置
　１７　　充填材
　１８　　凝縮水タンク
　１９　　イオン除去装置
　２１，３１　　バッファータンク
　３２　　遮断弁
　３３　　水位センサ
　３４　　制御部
　４１，５１，６１　　排空気流路
　１１１　　燃焼排ガス凝縮水流路
　１１２　　燃料排ガス凝縮水流路
　１１３　　送風機
　１１４　　空気供給装置
　１１５　　空気供給口

Claims (5)

  1. 凝縮水を貯水する凝縮水タンクと、
    前記凝縮水に含まれるイオンを除去して脱イオン水を生成するイオン除去装置と、
    前記脱イオン水を利用して、水素を主成分とする燃料ガスを生成する燃料ガス生成装置と、
    空気を供給する空気供給装置と、
    前記燃料ガスに含まれる前記水素および前記空気供給装置から供給された前記空気を利用して発電を行う燃料電池と、
    前記燃料電池から排出された燃料排ガスを、燃焼ガスと燃料排ガス凝縮水とに気液分離する気液分離器と、
    前記燃料ガス生成装置に設けられ、前記気液分離器で分離された前記燃焼ガス中の水素を燃焼させる燃焼部と、
    前記燃焼部での燃焼により発生した燃焼排ガスを熱交換することにより前記燃焼排ガス中の水分を凝縮し、燃焼排ガス凝縮水を生成する熱交換器と、
    前記燃料排ガス凝縮水と前記燃焼排ガス凝縮水とを、脱気用空気と接触させることにより、前記燃料排ガス凝縮水および前記燃焼排ガス凝縮水の中に含まれる炭酸ガスを除去して得られる前記凝縮水を生成する脱気装置と、
    を備えた燃料電池システム。
  2. 前記気液分離器で分離された前記燃料排ガス凝縮水を貯水するためのバッファータンクをさらに備え、前記バッファータンクの底面の位置を前記脱気装置の最上面の位置より下側に、かつ前記バッファータンクの最上面の位置を前記脱気装置の最上面の位置より上側に配置した請求項１に記載の燃料電池システム。
  3. 前記気液分離器で分離された前記燃料排ガス凝縮水を貯水するためのバッファータンクと、前記バッファータンクと前記脱気装置の間に設け、前記燃料排ガス凝縮水の流れを遮断する遮断弁と、前記バッファータンクに貯水された前記燃料排ガス凝縮水の水位を検知する水位センサとをさらに備え、前記水位センサが検出した情報に基づき、前記遮断弁の開閉を制御する請求項１に記載の燃料電池システム。
  4. 前記燃料排ガス凝縮水および前記燃焼排ガス凝縮水が前記脱気装置に流入する方向と対向する方向に、前記脱気用空気を前記脱気装置に流入させた請求項１に記載の燃料電池システム。
  5. 前記燃料電池から排出された排空気を前記脱気用空気として、前記脱気装置に供給する請求項１に記載の燃料電池システム。
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