(57)【要約】【課題】フィルタの詰まり対応のメンテナンスの間隔を広くできる燃料電池システムを提供する。【解決手段】燃料電池１より排出される反応後の酸化剤ガスを凝縮して得た凝縮水を貯める酸化剤凝縮水タンク９と、酸化剤凝縮水タンク９に貯まった凝縮水を純水器１０に供給する凝縮水供給装置１１と、凝縮水供給装置１１に供給される凝縮水中の異物を除去する除去フィルタ１８と、純水器１０で生成された純水を水素生成装置４に供給する純水供給装置１６と、制御器１９とを備えた燃料電池システムであって、制御器１９は、異物による除去フィルタ１８の詰まり具合に応じて凝縮水供給装置１１の供給能力を増加するので、異物により除去フィルタ１８に詰まりが生じた場合でも、凝縮水の供給量不足を凝縮水供給装置１１の供給能力を増加することで対応できる間は、燃料電池システムの運転を継続することができる。【選択図】図１
2010244924.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料と水とを用いて水素を含む還元剤ガスを生成する水素生成装置と、酸化剤ガスを供給する空気供給装置と、前記水素生成装置より供給される還元剤ガスと前記空気供給装置より供給される酸化剤ガスとを用いて発電する燃料電池と、前記燃料電池より排出される反応後の還元剤ガスまたは反応後の酸化剤ガスを凝縮して凝縮水を得る凝縮器と、前記凝縮器で得られた凝縮水を貯める凝縮水タンクと、前記凝縮水タンクに貯まった凝縮水を純水器に供給する凝縮水供給装置と、前記凝縮水供給装置に供給される凝縮水中の異物を除去する除去フィルタと、前記純水器で生成された純水を貯える純水タンクと、前記純水タンクに貯えられた純水を前記水素生成装置に供給する純水供給装置と、各装置を制御する制御器とを備え、前記制御器は、異物による前記除去フィルタの詰まり具合に応じて前記凝縮水供給装置の供給能力を増加することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
原料と水とを用いて水素を含む還元剤ガスを生成する水素生成装置と、酸化剤ガスを供給する空気供給装置と、前記水素生成装置より供給される還元剤ガスと前記空気供給装置より供給される酸化剤ガスとを用いて発電する燃料電池と、前記燃料電池より排出される反応後の還元剤ガスまたは反応後の酸化剤ガスを凝縮して凝縮水を得る凝縮器と、前記凝縮器で得られた凝縮水を貯める凝縮水タンクと、前記凝縮水タンクの排水口から流出した凝縮水を純水器に供給する凝縮水供給装置と、前記凝縮水タンクの排水口近傍の前記凝縮水タンク内に設けられ前記凝縮水タンクの水位を計測する水位センサーと、前記凝縮水タンクの前記排水口と前記水位センサーを囲むように前記凝縮水タンク内に設けられ前記凝縮水供給装置に供給される凝縮水中の異物を除去すると共に前記水位センサーを凝縮水中の異物から保護する保護フィルタと、前記凝縮水タンク内の前記凝縮水の不足時に開けられて水道水を前記凝縮水タンク内に補給する給水弁と、前記純水器で生成された純水を貯える純水タンクと、前記純水タンクに貯えられた純水を前記水素生成装置に供給する純水供給装置と、各装置を制御する制御器とを備え、前記制御器は、前記水位センサーにより前記凝縮水タンクの水位低下を検知後、前記凝縮水供給装置の動作を停止させ、さらに前記凝縮水タンクの水位低下を所定の時間継続して検知した場合に、前記給水弁により水道水を補給することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項３】
原料と水とを用いて水素を含む還元剤ガスを生成する水素生成装置と、酸化剤ガスを供給する空気供給装置と、前記水素生成装置より供給される還元剤ガスと前記空気供給装置より供給される酸化剤ガスとを用いて発電する燃料電池と、前記燃料電池より排出される反応後の還元剤ガスを凝縮して凝縮水を得る還元剤凝縮器と、前記還元剤凝縮器で得られた凝縮水を貯める還元剤凝縮水タンクと、前記燃料電池より排出される反応後の酸化剤ガスを凝縮して凝縮水を得る酸化剤凝縮器と、前記酸化剤凝縮器で得られた凝縮水を貯める酸化剤凝縮水タンクと、凝縮水を純水器に供給する凝縮水供給装置と、前記還元剤凝縮水タンクの水位を計測する還元剤水位センサーと、前記酸化剤凝縮水タンクの底部の排水口または前記排水口の近傍に設けられ前記凝縮水供給装置に供給される凝縮水中の異物を除去する除去フィルタと、前記酸化剤凝縮水タンクの前記排水口と前記還元剤凝縮水タンクの底部の排水口とを接続する排水経路と、前記排水経路に設置された排水弁と、前記排水弁と前記酸化剤凝縮水タンクの前記排水口との間の排水経路と前記凝縮水供給装置とを接続する凝縮水供給経路と、前記純水器で生成された純水を貯える純水タンクと、前記純水タンクに貯えられた純水を前記水素生成装置に供給する純水供給装置と、各装置を制御する制御器とを備え、前記還元剤凝縮水タンクは前記酸化剤凝縮水タンクよりも高い位置に配置され、前記制御器は、前記還元剤水位センサーにより前記還元剤凝縮水タンクの水位上昇を検知して前記排水弁を開き、前記排水弁の開から所定の時間経過後も前記還元剤凝縮水タンクの水位が低下しない場合は前記凝縮水供給装置を動作させて前記還元剤凝縮水タンクの排水を行うことを特徴とする燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体高分子形やリン酸形などの燃料電池を備え、電気の供給を行なう燃料電池システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
水素と酸素の反応により発電する固体高分子形やリン酸形などの燃料電池を用いた燃料電池システムは、都市ガスやプロパン、灯油などの炭化水素原料と水を用いた水蒸気改質反応により水素を多く含んだ還元剤ガスを生成する水素生成装置と、酸化剤ガスとしての空気を供給する空気供給装置と、水素生成装置より供給される還元剤ガスと空気供給装置より供給される酸化剤ガスとを用いて発電する燃料電池と、燃料電池で反応に使用した後の還元剤ガスや酸化剤ガスから凝縮水として水分を回収する凝縮器と、凝縮器で回収された凝縮水を貯える凝縮水タンクと、回収された凝縮水の不純物を取り除き純水として再利用するための純水器とで構成されている。
【０００３】
生成された純水は、水素生成装置に供給され水蒸気改質反応に利用される。このように、燃料電池システムにおいては、一般的に水の利用・回収において、自立した系で運転が行われる。
【０００４】
このように従来の燃料電池システムでは、システム内において水の利用・回収を循環して繰り返しているが、凝縮水の貯えられる凝縮水タンクは大気とつながっており、ゴミなどの異物の侵入や内部での発生を防止できない。そのため、凝縮水を利用する際には異物を除去するためのフィルタが必要不可欠になる（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−１７９３７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、フィルタによる異物の除去は、燃料電池システムを長期間運転することでフィルタの詰まりとなって各種異常を引き起こす原因となり、定期的なフィルタ清掃などのメンテナンスや、フィルタを大型化することが必要であった。
【０００７】
本発明は、上記従来の課題に鑑み、フィルタの詰まり対応のメンテナンスの間隔を広げたり、フィルタの小型化が可能な燃料電池システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明は、凝縮水タンクに貯まった凝縮水を純水器に供給する凝縮水供給装置と、前記凝縮水供給装置に供給される凝縮水中の異物を除去する除去フィルタと、異物による前記除去フィルタの詰まり具合に応じて前記凝縮水供給装置の供給能力を増加する制御器とを備えたのである。
【０００９】
本発明によれば、除去フィルタの詰まりに応じて凝縮水供給装置の供給能力が増加するので、凝縮水中のゴミなどの異物により除去フィルタに詰まりが生じた場合でも、凝縮水の供給量不足を凝縮水供給装置の供給能力を増加することで対応できる間は、燃料電池システムの運転を継続することができる。
【００１０】
これにより、必要なメンテナンスの間隔を広げることが可能となり、燃料電池システムの設置における維持作業を軽減することができる。また、メンテナンスの間隔が十分な場合には、必要なメンテナンスの間隔を広げる代わりに、フィルタを小型化することが可能となり、燃料電池システムのコストやフィルタサイズの低減ができる。
【００１１】
また、上記目的を達成するために、別の本発明は、凝縮水タンクの排水口から流出した凝縮水を純水器に供給する凝縮水供給装置と、前記凝縮水タンクの排水口近傍の前記凝縮水タンク内に設けられ前記凝縮水タンクの水位を計測する水位センサーと、前記凝縮水タンクの前記排水口と前記水位センサーを囲むように前記凝縮水タンク内に設けられ前記凝縮水供給装置に供給される凝縮水中の異物を除去すると共に前記水位センサーを凝縮水中の異物から保護する保護フィルタと、前記凝縮水タンク内の前記凝縮水の不足時に開けられて水道水を前記凝縮水タンク内に補給する給水弁と、各装置を制御する制御器とを備え、前記制御器は、前記水位センサーにより前記凝縮水タンクの水位低下を検知後、前記凝縮水供給装置の動作を停止させ、さらに前記凝縮水タンクの水位低下を所定の時間継続して検知した場合に、前記給水弁により水道水を補給するのである。
【００１２】
本発明によれば、水位センサーを凝縮水中の異物から保護する保護フィルタが、凝縮水供給装置に供給される凝縮水中の異物を除去する除去フィルタの機能を兼ね備えているので、水位センサーを凝縮水中の異物から保護する保護フィルタと凝縮水供給装置に供給される凝縮水中の異物を除去する除去フィルタとを一つのフィルタで構成することができる。これにより、単純な構造となり、コストやフィルタ清掃などのメンテナンス時の作業工数の低減が可能となる。
【００１３】
ところで、水位センサーを凝縮水中の異物から保護する保護フィルタに、凝縮水供給装置に供給される凝縮水中の異物を除去する除去フィルタの機能を持たせると、凝縮水供給装置の動作により、保護フィルタの内側の水位が保護フィルタの外側の水位より低くなる傾向があり、保護フィルタの網の目の大きさが小さくなるほど、または、保護フィルタの異物による詰まりが多くなるほど、保護フィルタの内側と外側の水位の差は大きくなり、凝縮水供給装置が動作を停止しても、保護フィルタの内側と外側の水位の差がなくなるまでに要する時間が長くなる。
【００１４】
また、水位センサーは保護フィルタの内側の水位を検知（計測）するので、保護フィルタの網の目の大きさが小さくなるほど、または、保護フィルタの異物による詰まりが多くなるほど、凝縮水供給装置の動作中は、水位センサーによる水位検知（計測）により凝縮水タンクの凝縮水が実際よりも不足していると判断され、凝縮水タンクの凝縮水不足の検知後、直ちに凝縮水タンクに水道水を補給すると、凝縮水タンクに十分な量の凝縮水が貯まっているにもかかわらず凝縮水タンクに水道水が補給されてしまう可能性が高くなる。
【００１５】
そこで、給水弁を作動させるべき水位を検知した時点で、凝縮水供給装置の動作を停止させて所定時間待つことにより、保護フィルタへの異物詰まりで発生する保護フィルタの内外での水位差を解消または水位差を小さくし、凝縮水タンクへの水道水の不必要な給水を防止することができる。これにより純水器への負荷を低減することができ、必要なメンテナンスの間隔を広げることができる。
【００１６】
なお、給水弁を作動させるべき水位を検知した時点で、凝縮水供給装置の動作を停止させて所定時間待つ場合でも、純水器で生成された純水を純水タンクに貯え、純水タンクに貯えられた純水を水素生成装置に供給するように構成し、純水タンクに十分な量の純水を貯めていれば、水素生成装置への純水の供給が途絶える虞はない。
【００１７】
また、上記目的を達成するために、さらに別のもう一つの本発明は、水素生成装置より供給される還元剤ガスと空気供給装置より供給される酸化剤ガスとを用いて発電する燃料電池と、前記燃料電池より排出される反応後の還元剤ガスを凝縮して凝縮水を得る還元剤凝縮器と、前記還元剤凝縮器で得られた凝縮水を貯める還元剤凝縮水タンクと、前記燃料電池より排出される反応後の酸化剤ガスを凝縮して凝縮水を得る酸化剤凝縮器と、前記酸化剤凝縮器で得られた凝縮水を貯める酸化剤凝縮水タンクと、凝縮水を純水器に供給する凝縮水供給装置と、前記還元剤凝縮水タンクの水位を計測する還元剤水位センサーと、前記酸化剤凝縮水タンクの底部の排水口または前記排水口の近傍に設けられ前記凝縮水供給装置に供給される凝縮水中の異物を除去する除去フィルタと、前記酸化剤凝縮水タンクの前記排水口と前記還元剤凝縮水タンクの底部の排水口とを接続する排水経路と、前記排水経路に設置された排水弁と、前記排水弁と前記酸化剤凝縮水タンクの前記排水口との間の排水経路と前記凝縮水供給装置とを接続する凝縮水供給経路と、各装置を制御する制御器とを備え、前記還元剤凝縮水タンクは前記酸化剤凝縮水タンクよりも高い位置に配置され、前記制御器は、前記還元剤水位センサーにより前記還元剤凝縮水タンクの水位上昇を検知して前記排水弁を開き、前記排水弁の開から所定の時間経過後も前記還元剤凝縮水タンクの水位が低下しない場合は前記凝縮水供給装置を動作させて前記還元剤凝縮水タンクの排水を行うのである。
【００１８】
本発明によれば、還元剤水位センサーにより還元剤凝縮水タンクの水位上昇を検知した場合に、還元剤凝縮水タンクの底部の排水口と酸化剤凝縮水タンクの底部の排水口とを接続する排水経路に設置された排水弁が開く。このとき、還元剤凝縮水タンクは酸化剤凝縮水タンクよりも高い位置に配置されているので、排水弁が開くと、還元剤凝縮水タンクの水位と酸化剤凝縮水タンクの水位は同じ水位になるように、還元剤凝縮水タンク内の凝縮水が酸化剤凝縮水タンク内に流れて還元剤凝縮水タンクの水位が低下していく。このとき、異物による除去フィルタの詰まりが多くなるほど、還元剤凝縮水タンクの水位が低下していく速度が遅くなる。そして、排水弁の開から所定の時間経過後も還元剤凝縮水タンクの水位が低下しない場合は凝縮水供給装置を動作させて還元剤凝縮水タンクの排水を行うので、除去フィルタへの異物詰まりにより発生する還元剤凝縮水タンクの排水不良を抑制することができる。
【００１９】
これにより、必要なメンテナンスの間隔を広げることができる。メンテナンスの間隔が十分な場合には、必要なメンテナンスの間隔を広げる代わりに、フィルタを小型化することが可能となり、燃料電池システムのコストやフィルタサイズの低減ができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、凝縮水中のゴミなどの異物により除去フィルタに詰まりが生じた場合でも、凝縮水の供給量不足を凝縮水供給装置の供給能力を増加することで対応できる間は、燃料電池システムの運転を継続することができる。これにより、必要なメンテナンスの間隔を広げることが可能となり、燃料電池システムの設置における維持作業を軽減することができる。また、メンテナンスの間隔が十分な場合には、必要なメンテナンスの間隔を広げる代わりに、フィルタを小型化することが可能となり、燃料電池システムのコストやフィルタサイズの低減ができる。
【００２１】
また、別の本発明によれば、水位センサーを凝縮水中の異物から保護する保護フィルタと凝縮水供給装置に供給される凝縮水中の異物を除去する除去フィルタとを一つのフィルタで構成することができる。これにより、単純な構造となり、コストやフィルタ清掃などのメンテナンス時の作業工数の低減が可能となる。また、凝縮水タンクへの水道水の不必要な給水を防止することができる。これにより純水器への負荷を低減することができ、必要なメンテナンスの間隔を広げることができる。
【００２２】
また、さらに別のもう一つの本発明によれば、除去フィルタへの異物詰まりにより発生する還元剤凝縮水タンクの排水不良を抑制することができるので、必要なメンテナンスの間隔を広げることができる。メンテナンスの間隔が十分な場合には、必要なメンテナンスの間隔を広げる代わりに、フィルタを小型化することが可能となり、燃料電池システムのコストやフィルタサイズの低減ができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施の形態１による燃料電池システムのシステム構成図
【図２】本発明の実施の形態２による燃料電池システムのシステム構成図
【図３】本発明の実施の形態３による燃料電池システムのシステム構成図
【発明を実施するための形態】
【００２４】
第１の発明は、原料と水とを用いて水素を含む還元剤ガスを生成する水素生成装置と、酸化剤ガスを供給する空気供給装置と、前記水素生成装置より供給される還元剤ガスと前記空気供給装置より供給される酸化剤ガスとを用いて発電する燃料電池と、前記燃料電池より排出される反応後の還元剤ガスまたは反応後の酸化剤ガスを凝縮して凝縮水を得る凝縮器と、前記凝縮器で得られた凝縮水を貯める凝縮水タンクと、前記凝縮水タンクに貯まった凝縮水を純水器に供給する凝縮水供給装置と、前記凝縮水供給装置に供給される凝縮水中の異物を除去する除去フィルタと、前記純水器で生成された純水を貯える純水タンクと、前記純水タンクに貯えられた純水を前記水素生成装置に供給する純水供給装置と、各装置を制御する制御器とを備え、前記制御器は、異物による前記除去フィルタの詰まり具合に応じて前記凝縮水供給装置の供給能力を増加することを特徴とする燃料電池システムである。
【００２５】
第１の発明によれば、除去フィルタの詰まりに応じて凝縮水供給装置の供給能力が増加するので、凝縮水中のゴミなどの異物により除去フィルタに詰まりが生じた場合でも、凝縮水の供給量不足を凝縮水供給装置の供給能力を増加することで対応できる間は、燃料電池システムの運転を継続することができる。
【００２６】
これにより、必要なメンテナンスの間隔を広げることが可能となり、燃料電池システムの設置における維持作業を軽減することができる。また、メンテナンスの間隔が十分な場合には、必要なメンテナンスの間隔を広げる代わりに、フィルタを小型化することが可能となり、燃料電池システムのコストやフィルタサイズの低減ができる。
【００２７】
第２の発明は、原料と水とを用いて水素を含む還元剤ガスを生成する水素生成装置と、酸化剤ガスを供給する空気供給装置と、前記水素生成装置より供給される還元剤ガスと前記空気供給装置より供給される酸化剤ガスとを用いて発電する燃料電池と、前記燃料電池より排出される反応後の還元剤ガスまたは反応後の酸化剤ガスを凝縮して凝縮水を得る凝縮器と、前記凝縮器で得られた凝縮水を貯める凝縮水タンクと、前記凝縮水タンクの排水口から流出した凝縮水を純水器に供給する凝縮水供給装置と、前記凝縮水タンクの排水口近傍の前記凝縮水タンク内に設けられ前記凝縮水タンクの水位を計測する水位センサーと、前記凝縮水タンクの前記排水口と前記水位センサーを囲むように前記凝縮水タンク内に設けられ前記凝縮水供給装置に供給される凝縮水中の異物を除去すると共に前記水位センサーを凝縮水中の異物から保護する保護フィルタと、前記凝縮水タンク内の前記凝縮水の不足時に開けられて水道水を前記凝縮水タンク内に補給する給水弁と、前記純水器で生成された純水を貯える純水タンクと、前記純水タンクに貯えられた純水を前記水素生成装置に供給する純水供給装置と、各装置を制御する制御器とを備え、前記制御器は、前記水位センサーにより前記凝縮水タンクの水位低下を検知後、前記凝縮水供給装置の動作を停止させ、さらに前記凝縮水タンクの水位低下を所定の時間継続して検知した場合に、前記給水弁により水道水を補給することを特徴とする燃料電池システムである。
【００２８】
第２の発明によれば、水位センサーを凝縮水中の異物から保護する保護フィルタが、凝縮水供給装置に供給される凝縮水中の異物を除去する除去フィルタの機能を兼ね備えているので、水位センサーを凝縮水中の異物から保護する保護フィルタと凝縮水供給装置に供給される凝縮水中の異物を除去する除去フィルタとを一つのフィルタで構成することができる。これにより、単純な構造となり、コストやフィルタ清掃などのメンテナンス時の作業工数の低減が可能となる。
【００２９】
ところで、水位センサーを凝縮水中の異物から保護する保護フィルタに、凝縮水供給装置に供給される凝縮水中の異物を除去する除去フィルタの機能を持たせると、凝縮水供給装置の動作により、保護フィルタの内側の水位が保護フィルタの外側の水位より低くなる傾向があり、保護フィルタの網の目の大きさが小さくなるほど、または、保護フィルタの異物による詰まりが多くなるほど、保護フィルタの内側と外側の水位の差は大きくなり、凝縮水供給装置が動作を停止しても、保護フィルタの内側と外側の水位の差がなくなるまでに要する時間が長くなる。
【００３０】
また、水位センサーは保護フィルタの内側の水位を検知（計測）するので、保護フィルタの網の目の大きさが小さくなるほど、または、保護フィルタの異物による詰まりが多くなるほど、凝縮水供給装置の動作中は、水位センサーによる水位検知（計測）により凝縮水タンクの凝縮水が実際よりも不足していると判断され、凝縮水タンクの凝縮水不足の検知後、直ちに凝縮水タンクに水道水を補給すると、凝縮水タンクに十分な量の凝縮水が貯まっているにもかかわらず凝縮水タンクに水道水が補給されてしまう可能性が高くなる。
【００３１】
そこで、給水弁を作動させるべき水位を検知した時点で、凝縮水供給装置の動作を停止させて所定時間待つことにより、保護フィルタへの異物詰まりで発生する保護フィルタの内外での水位差を解消または水位差を小さくし、凝縮水タンクへの水道水の不必要な給水を防止することができる。これにより純水器への負荷を低減することができ、必要なメンテナンスの間隔を広げることができる。
【００３２】
なお、給水弁を作動させるべき水位を検知した時点で、凝縮水供給装置の動作を停止させて所定時間待つ場合でも、純水器で生成された純水を純水タンクに貯え、純水タンクに貯えられた純水を水素生成装置に供給する構成としているので、純水タンクに十分な量の純水を貯めていれば、水素生成装置への純水の供給が途絶える虞はない。
【００３３】
第３の発明は、原料と水とを用いて水素を含む還元剤ガスを生成する水素生成装置と、酸化剤ガスを供給する空気供給装置と、前記水素生成装置より供給される還元剤ガスと前記空気供給装置より供給される酸化剤ガスとを用いて発電する燃料電池と、前記燃料電池より排出される反応後の還元剤ガスを凝縮して凝縮水を得る還元剤凝縮器と、前記還元剤凝縮器で得られた凝縮水を貯める還元剤凝縮水タンクと、前記燃料電池より排出される反応後の酸化剤ガスを凝縮して凝縮水を得る酸化剤凝縮器と、前記酸化剤凝縮器で得られた凝縮水を貯める酸化剤凝縮水タンクと、凝縮水を純水器に供給する凝縮水供給装置と、前記還元剤凝縮水タンクの水位を計測する還元剤水位センサーと、前記酸化剤凝縮水タンクの底部の排水口または前記排水口の近傍に設けられ前記凝縮水供給装置に供給される凝縮水中の異物を除去する除去フィルタと、前記酸化剤凝縮水タンクの前記排水口と前記還元剤凝縮水タンクの底部の排水口とを接続する排水経路と、前記排水経路に設置された排水弁と、前記排水弁と前記酸化剤凝縮水タンクの前記排水口との間の排水経路と前記凝縮水供給装置とを接続する凝縮水供給経路と、前記純水器で生成された純水を貯える純水タンクと、前記純水タンクに貯えられた純水を前記水素生成装置に供給する純水供給装置と、各装置を制御する制御器とを備え、前記還元剤凝縮水タンクは前記酸化剤凝縮水タンクよりも高い位置に配置され、前記制御器は、前記還元剤水位センサーにより前記還元剤凝縮水タンクの水位上昇を検知して前記排水弁を開き、前記排水弁の開から所定の時間経過後も前記還元剤凝縮水タンクの水位が低下しない場合は前記凝縮水供給装置を動作させて前記還元剤凝縮水タンクの排水を行うことを特徴とする燃料電池システムである。
【００３４】
第３の発明によれば、還元剤水位センサーにより還元剤凝縮水タンクの水位上昇を検知した場合に、還元剤凝縮水タンクの底部の排水口と酸化剤凝縮水タンクの底部の排水口とを接続する排水経路に設置された排水弁が開く。このとき、還元剤凝縮水タンクは酸化剤凝縮水タンクよりも高い位置に配置されているので、排水弁が開くと、還元剤凝縮水タンクの水位と酸化剤凝縮水タンクの水位は同じ水位になるように、還元剤凝縮水タンク内の凝縮水が酸化剤凝縮水タンク内に流れて還元剤凝縮水タンクの水位が低下していく。このとき、異物による除去フィルタの詰まりが多くなるほど、還元剤凝縮水タンクの水位が低下していく速度が遅くなる。そして、排水弁の開から所定の時間経過後も還元剤凝縮水タンクの水位が低下しない場合は凝縮水供給装置を動作させて還元剤凝縮水タンクの排水を行うので、除去フィルタへの異物詰まりにより発生する還元剤凝縮水タンクの排水不良を抑制することができる。
【００３５】
これにより、必要なメンテナンスの間隔を広げることができる。メンテナンスの間隔が十分な場合には、必要なメンテナンスの間隔を広げる代わりに、フィルタを小型化することが可能となり、燃料電池システムのコストやフィルタサイズの低減ができる。
【００３６】
以下、本発明の燃料電池システムの実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００３７】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１におけ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、本実施の形態における燃料電池システムは、燃料電池１と、燃料電池１に接続され還元剤ガスを供給する還元剤ガス供給経路２と、燃料電池１に接続され酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給経路３と、還元剤ガス供給経路２に接続され水素を含有した還元剤ガスを生成する水素生成装置４と、酸化剤ガス供給経路３に接続され酸化剤ガスとして空気を供給する空気供給装置５と、燃料電池１で反応後の還元剤ガスを排気する還元剤ガス排気経路６と、燃料電池１で反応後の酸化剤ガスを排気する酸化剤ガス排気経路７と、酸化剤ガス排気経路７に接続され反応後の酸化剤ガス中の水分を凝縮して回収する酸化剤凝縮器８と酸化剤凝縮水タンク９と、純水器１０と、純水器１０に凝縮水を供給する凝縮水供給装置１１と、酸化剤凝縮水タンク９の底部の排水口から凝縮水供給装置１１を経て純水器１０に接続された凝縮水供給経路１２と、純水器１０に接続され純水を貯える純水タンク１３に至る純水経路１４と、純水タンク１３の水位を検知する純水水位センサー１５と、純水タンク１３より純水を水素生成装置４に供給する純水供給装置１６および純水供給経路１７と、酸化剤凝縮水タンク９の底部の排水口と凝縮水供給装置１１との間の凝縮水供給経路１２に設置された除去フィルタ１８と、制御器１９とを備えている。
【００３８】
以上のように構成された本実施の形態の燃料電池システムについて、以下、その動作を説明する。
【００３９】
燃料電池１では、水素生成装置４により還元剤ガス供給経路２から供給された水素を含有した還元剤ガスと、空気供給装置５により酸化剤ガス供給経路３から供給された酸素を含む空気などの酸化剤ガスとの電気化学反応により発電を行ない、発電に利用された後の還元剤ガスおよび酸化剤ガスを還元剤ガス排気経路６および酸化剤ガス排気経路７からそれぞれ排気する。
【００４０】
水素生成装置４では、都市ガスやプロパンガス、灯油などの炭化水素系原料から水蒸気改質反応などにより水素を含有した還元剤ガスを生成し燃料電池１へ供給する。燃料電池１としては、主に固体高分子形やリン酸形などが用いられ、空気供給装置５としては、主に往復ポンプやターボファン、スクロールファンなどが用いられる。
【００４１】
燃料電池１で反応に利用された後の酸化剤ガスは、酸化剤ガス排気経路７に設置された酸化剤凝縮器８においてガス中の蒸気が凝縮されることで気液分離され、酸化剤凝縮水タンク９には凝縮水が貯えられる。酸化剤凝縮器８としては、主にプレート式熱交換器や二重管式熱交換器などが用いられる。
【００４２】
酸化剤凝縮水タンク９に貯えられた凝縮水は、ゴミなどの異物を凝縮水供給経路１２に設置された除去フィルタ１８で除去した後、凝縮水供給装置１１にて純水器１０に送られ、各種イオンなどが除去されて純水タンク１３に貯えられる。凝縮水供給装置１１としては、主に遠心ポンプや斜流ポンプ、往復ポンプなどが用いられ、純水器１０としては、主にイオン交換樹脂や逆浸透膜などが用いられる。
【００４３】
純水タンク１３に貯えられた純水は、純水供給装置１６により純水供給経路１７を経て水素生成装置４に供給され、水蒸気改質反応に利用される。純水供給装置１６としては、主に遠心ポンプや斜流ポンプ、往復ポンプなどが用いられる。
【００４４】
燃料電池１で発電した電力は、電力変換装置（図示せず）で直流電力から交流電力に変換および電圧調整を行ない、電灯や各種電気機器などの電力負荷に供給される。電力負荷は、燃料電池システムからの出力電力とともに火力発電所などの電力会社の商用系統と接続され、必要に応じて両者の電力を使用している。これら各機器の制御は制御器１９により実施され、温度やガスの供給量、発電量などが制御される。
【００４５】
制御器１９は、純水水位センサー１５により純水タンク１３の水位を監視し、水素生成装置４での利用による純水の水位低下を検知して、凝縮水供給装置１１を動作させ純水タンク１３の水位を所定内に維持する。純水水位センサー１５としては、主にフロート式センサーや光学界面式センサー、超音波式センサーなどが用いられる。
【００４６】
さらに制御器１９は、凝縮水供給装置１１を動作させてから所定時間内に純水タンク１３の水位が回復しない場合には、凝縮水中のゴミなどの異物により除去フィルタ１８が詰まっている可能性があるため、凝縮水供給装置１１の供給能力が増加するように凝縮水供給装置１１に制御電圧や、制御周波数などを増加した指示を実施する。
【００４７】
本実施の形態の燃料電池システムは、原料と水とを用いて水素を含む還元剤ガスを生成する水素生成装置４と、酸化剤ガスを供給する空気供給装置５と、水素生成装置４より供給される還元剤ガスと空気供給装置５より供給される酸化剤ガスとを用いて発電する燃料電池１と、燃料電池１より排出される反応後の酸化剤ガスを凝縮して凝縮水を得る酸化剤凝縮器８と、酸化剤凝縮器８で得られた凝縮水を貯める酸化剤凝縮水タンク９と、酸化剤凝縮水タンク９に貯まった凝縮水を純水器１０に供給する凝縮水供給装置１１と、凝縮水供給装置１１に供給される凝縮水中の異物を除去する除去フィルタ１８と、純水器１０で生成された純水を貯える純水タンク１３と、純水タンク１３に貯えられた純水を水素生成装置４に供給する純水供給装置１６と、各装置を制御する制御器１９とを備え、制御器１９は、異物による除去フィルタ１８の詰まり具合に応じて凝縮水供給装置１１の供給能力を増加するものであり、除去フィルタ１８の詰まりに応じて凝縮水供給装置１１の供給能力が増加するので、凝縮水中のゴミなどの異物により除去フィルタ１８に詰まりが生じた場合でも、凝縮水の供給量不足を凝縮水供給装置１１の供給能力を増加することで対応できる間は、燃料電池システムの運転を継続することができる。
【００４８】
これにより、必要なメンテナンスの間隔を広げることが可能となり、燃料電池システムの設置における維持作業を軽減することができる。また、メンテナンスの間隔が十分な場合には、必要なメンテナンスの間隔を広げる代わりに、フィルタを小型化することが可能となり、燃料電池システムのコストやフィルタサイズの低減ができる。
【００４９】
なお、凝縮器および凝縮水タンクとして、本実施の形態では、酸化剤ガスから水を回収する方式について例示しているが、この水回収は酸化剤ガスからに限らず、還元剤ガスからの回収を採用した装置であっても良い。
【００５０】
（実施の形態２）
図２は本発明の実施の形態２における燃料電池システムを示す構成図である。なお、実施の形態１と同様の構成要素については、同一符号を付与し、その説明を省略する。
【００５１】
図２に示すように、本実施の形態における燃料電池システムは、酸化剤凝縮水タンク９の底部排水口の上方で酸化剤凝縮水タンク９内に設けられ酸化剤凝縮水タンク９の水位を検知（計測）する凝縮水水位センサー２０と、酸化剤凝縮水タンク９の底部排水口と凝縮水水位センサー２０の周囲を囲むように設けられ凝縮水水位センサー２０を凝縮水中の異物から保護する保護フィルタ２１と、酸化剤凝縮水タンク９に接続され水道配管より水道水を供給する給水経路２２および給水経路２２を開閉する給水弁２３とをさらに備えている。保護フィルタ２１は、実施の形態１における除去フィルタ１８の機能も兼ね備えており、本実施の形態では、除去フィルタを廃している。
【００５２】
以上のように構成された本実施の形態の燃料電池システムについて、以下、その動作を説明する。
【００５３】
制御器１９は、凝縮水水位センサー２０により酸化剤凝縮水タンク９の水位を監視し、凝縮水供給装置１１の動作による凝縮水の水位低下を検知して、給水弁２３を開動作させ酸化剤凝縮水タンク９の水位を所定内に維持する。
【００５４】
まず、凝縮水水位センサー２３により給水弁２３を作動させるべき水位を検知した後、凝縮水供給装置１１が動作中であれば動作を停止させ、所定時間経過後に再び凝縮水水位センサー２３による水位が給水弁２３を作動させるべき水位である場合のみ、給水弁２３により給水を実施する。凝縮水水位センサー２０としては、主にフロート式センサーや光学界面式センサー、超音波式センサーなどが用いられる。
【００５５】
本実施の形態における保護フィルタ２１は、凝縮水供給装置１１に供給される凝縮水中の異物を除去する機能を有しているため、凝縮水供給装置１１の動作中は、保護フィルタ２１の内側の水位が保護フィルタ２１の外側の水位より低くなる傾向があり、保護フィルタ２１の網の目の大きさが小さくなるほど、または、保護フィルタ２１の異物による詰まりが多くなるほど、保護フィルタ２１の内側と外側の水位の差は大きくなり、凝縮水供給装置１１の動作が停止してから、保護フィルタ２１の内側と外側の水位の差がなくなるまでに要する時間が長くなる。
【００５６】
また、凝縮水水位センサー２０は保護フィルタ２１の内側の水位を検知（計測）するので、保護フィルタ２１の網の目の大きさが小さくなるほど、または、保護フィルタ２１の異物による詰まりが多くなるほど、凝縮水供給装置１１の動作中は、凝縮水水位センサー２０による水位検知（計測）により酸化剤凝縮水タンク９の凝縮水が実際よりも不足していると判断され、酸化剤凝縮水タンク９の凝縮水不足の検知後、直ちに酸化剤凝縮水タンク９に水道水を補給すると、酸化剤凝縮水タンク９に十分な量の凝縮水が貯まっているにもかかわらず酸化剤凝縮水タンク９に水道水が補給されてしまう可能性が高くなる。
【００５７】
そこで、凝縮水水位センサー２０により給水弁２３を作動させるべき水位を検知した時点で、凝縮水供給装置１１の動作を停止させて所定時間待つことにより、保護フィルタ２１への異物詰まりで発生する保護フィルタ２１の内外での水位差を解消または水位差を小さくし、不必要な給水を防止することができる。
【００５８】
なお、給水弁２３を作動させるべき水位を検知した時点で、凝縮水供給装置１１の動作を停止させて所定時間待つ場合でも、純水器１０で生成された純水を純水タンク１３に貯え、純水タンク１３に貯えられた純水を水素生成装置４に供給する構成としているので、純水タンク１３に十分な量の純水を貯めていれば、水素生成装置４への純水の供給が途絶える虞はない。
【００５９】
本実施の形態の燃料電池システムは、原料と水とを用いて水素を含む還元剤ガスを生成する水素生成装置４と、酸化剤ガスを供給する空気供給装置５と、水素生成装置４より供給される還元剤ガスと空気供給装置５より供給される酸化剤ガスとを用いて発電する燃料電池１と、燃料電池１より排出される反応後の酸化剤ガスを凝縮して凝縮水を得る酸化剤凝縮器８と、酸化剤凝縮器８で得られた凝縮水を貯める酸化剤凝縮水タンク９と、酸化剤凝縮水タンク９の底部の排水口から流出した凝縮水を純水器１０に供給する凝縮水供給装置１１と、酸化剤凝縮水タンク９の排水口近傍の酸化剤凝縮水タンク９内に設けられ酸化剤記凝縮水タンク９の水位を計測する凝縮水水位センサー２０と、酸化剤凝縮水タンク９の底部の排水口と凝縮水水位センサー２０を囲むように酸化剤凝縮水タンク９内に設けられ凝縮水供給装置１１に供給される凝縮水中の異物を除去すると共に凝縮水水位センサー２０を凝縮水中の異物から保護する保護フィルタ２１と、酸化剤凝縮水タンク９内の凝縮水の不足時に開けられて水道水を酸化剤凝縮水タンク９内に補給する給水弁２３と、純水器１０で生成された純水を貯える純水タンク１３と、純水タンク１３に貯えられた純水を水素生成装置４に供給する純水供給装置１６と、各装置を制御する制御器１９とを備え、制御器１９は、凝縮水水位センサー２０により酸化剤凝縮水タンク９の水位低下を検知後、凝縮水供給装置１１の動作を停止させ、さらに酸化剤凝縮水タンク９の水位低下を所定の時間継続して検知した場合に、給水弁２３により水道水を補給するものである。
【００６０】
本実施の形態の燃料電池システムによれば、凝縮水水位センサー２０を凝縮水中の異物から保護する保護フィルタ２１が、凝縮水供給装置１１に供給される凝縮水中の異物を除去する除去フィルタの機能を兼ね備えているので、凝縮水水位センサー２０を凝縮水中の異物から保護する保護フィルタと凝縮水供給装置１１に供給される凝縮水中の異物を除去する除去フィルタとを一つのフィルタで構成することができる。これにより、単純な構造となり、コストやフィルタ清掃などのメンテナンス時の作業工数の低減が可能となる。
【００６１】
さらに、給水弁２３を作動させるべき水位を検知した時点で、凝縮水供給装置１１の動作を停止させて所定時間待つことにより、保護フィルタ２１への異物詰まりで発生する保護フィルタ２１の内外での水位差を解消または水位差を小さくし、酸化剤凝縮水タンク９への水道水の不必要な給水を防止することができる。これにより純水器１０への負荷を低減することができ、必要なメンテナンスの間隔を広げることができる。
【００６２】
なお、凝縮器および凝縮水タンクとして、本実施の形態では、酸化剤ガスから水を回収する方式について例示しているが、この水回収は酸化剤ガスからに限らず、還元剤ガスからの回収を採用した装置であっても良い。
【００６３】
（実施の形態３）
図３は本発明の実施の形態３における燃料電池システムを示す構成図である。なお、実施の形態１または実施の形態２と同様の構成要素については、同一符号を付与し、その説明を省略する。
【００６４】
図３に示すように、本実施の形態における燃料電池システムは、還元剤ガス排気経路６に接続され反応後の還元剤ガス中の水分を凝縮して回収する還元剤凝縮器２４と還元剤凝縮水タンク２５と、還元剤凝縮水タンク２５の水位を検知する還元剤水位センサー２６と、還元剤凝縮水タンク２５の底部排水口と酸化剤凝縮水タンク９の底部排水口とを接続する排水経路２７と、排水経路２７に設置された排水弁２８とを備え、凝縮水供給経路１２が排水弁２８と酸化剤凝縮水タンク９の底部排水口との間の排水経路２７に接続されている。
【００６５】
以上のように構成された本実施の形態の燃料電池システムについて、以下、その動作を説明する。
【００６６】
制御器１９は、還元剤水位センサー２６により還元剤凝縮水タンク２５の水位を監視し、還元剤凝縮器２４で回収された凝縮水の水位上昇を検知して、排水弁２８を開き還元剤凝縮水タンク２５の水位を所定内に維持する。
【００６７】
まず、還元剤水位センサー２６により排水弁２８を作動させるべき水位を検知した後、排水弁２８を開く。所定時間経過後に再び還元剤水位センサー２６による水位が排水弁２８を作動させるべき水位である場合には、凝縮水供給装置１１を動作させて還元剤凝縮水タンク２５の排水を実施する。還元剤水位センサー２６としては、主にフロート式センサーや光学界面式センサー、超音波式センサーなどが用いられる。
【００６８】
本実施の形態の燃料電池システムは、
原料と水とを用いて水素を含む還元剤ガスを生成する水素生成装置４と、酸化剤ガスを供給する空気供給装置５と、水素生成装置４より供給される還元剤ガスと空気供給装置５より供給される酸化剤ガスとを用いて発電する燃料電池１と、燃料電池１より排出される反応後の還元剤ガスを凝縮して凝縮水を得る還元剤凝縮器２４と、還元剤凝縮器２４で得られた凝縮水を貯める還元剤凝縮水タンク２５と、燃料電池１より排出される反応後の酸化剤ガスを凝縮して凝縮水を得る酸化剤凝縮器８と、酸化剤凝縮器８で得られた凝縮水を貯める酸化剤凝縮水タンク９と、凝縮水を純水器１０に供給する凝縮水供給装置１１と、酸化剤凝縮水タンク９に回収された凝縮水を純水器１０に供給する凝縮水供給装置１１と、還元剤凝縮水タンク２５の水位を計測する還元剤水位センサー２６と、酸化剤凝縮水タンク９の底部排水口近傍の酸化剤凝縮水タンク９内に設けられ酸化剤記凝縮水タンク９の水位を計測する凝縮水水位センサー２０と、酸化剤凝縮水タンク９の排水口と凝縮水水位センサー２０を囲むように酸化剤凝縮水タンク９内に設けられ凝縮水供給装置１１に供給される凝縮水中の異物を除去すると共に凝縮水水位センサー２０を凝縮水中の異物から保護する除去フィルタを兼ねた保護フィルタ２１と、酸化剤凝縮水タンク９の底部の排水口と還元剤凝縮水タンク２５の底部の排水口とを接続する排水経路２７と、排水経路２７に設置された排水弁２８と、排水弁２８と酸化剤凝縮水タンク９の底部の排水口との間の排水経路２７と凝縮水供給装置１１の吸込側とを接続する凝縮水供給経路１２と、純水器１０で生成された純水を貯える純水タンク１３と、純水タンク１３に貯えられた純水を水素生成装置４に供給する純水供給装置１６と、各装置を制御する制御器１８とを備え、還元剤凝縮水タンク２５は酸化剤凝縮水タンク９よりも高い位置に配置され、制御器１９は、還元剤水位センサー２６により還元剤凝縮水タンク２５の水位上昇を検知して排水弁２８を開き、排水弁２８の開から所定の時間経過後も還元剤凝縮水タンク２５の水位が低下しない場合は凝縮水供給装置１１を動作させて還元剤凝縮水タンク２５の排水を行うものである。
【００６９】
本実施の形態の燃料電池システムによれば、還元剤水位センサー２６により還元剤凝縮水タンク２５の水位上昇を検知した場合に、還元剤凝縮水タンク２５の底部の排水口と酸化剤凝縮水タンク９の底部の排水口とを接続する排水経路２７に設置された排水弁２８が開く。このとき、還元剤凝縮水タンク２５は酸化剤凝縮水タンク９よりも高い位置に配置されているので、排水弁２８が開くと、還元剤凝縮水タンク２５の水位と酸化剤凝縮水タンク９の水位は同じ水位になるように、還元剤凝縮水タンク２５内の凝縮水が酸化剤凝縮水タンク９内に流れて還元剤凝縮水タンク２５の水位が低下していく。このとき、異物による保護フィルタ２１の詰まりが多くなるほど、還元剤凝縮水タンク２５の水位が低下していく速度が遅くなる。そして、排水弁２８の開から所定の時間経過後も還元剤凝縮水タンク２５の水位が低下しない場合は凝縮水供給装置１１を動作させて還元剤凝縮水タンク２５の排水を行うので、保護フィルタ２１への異物詰まりにより発生する還元剤凝縮水タンク２５の排水不良を抑制することができる。
【００７０】
これにより、必要なメンテナンスの間隔を広げることができる。メンテナンスの間隔が十分な場合には、必要なメンテナンスの間隔を広げる代わりに、フィルタを小型化することが可能となり、燃料電池システムのコストやフィルタサイズの低減ができる。
【産業上の利用可能性】
【００７１】
本発明の燃料電池システムは、フィルタの詰まり対応のメンテナンスの間隔を広げたり、フィルタの小型化が可能であるので、例えば家庭用の燃料電池コージェネレーションシステム等として有用である。
【符号の説明】
【００７２】
１  燃料電池
４  水素生成装置
５  空気供給装置
８  酸化剤凝縮器
９  酸化剤凝縮水タンク
１０  純水器
１１  凝縮水供給装置
１２  凝縮水供給経路
１３  純水タンク
１６  純水供給装置
１８  除去フィルタ
１９  制御器
２０  凝縮水水位センサー
２１  保護フィルタ
２３  給水弁
２４  還元剤凝縮器
２５  還元剤凝縮水タンク
２６  還元剤水位センサー
２７  排水経路
２８  排水弁
【図１】
2010244924.tif 000003
【図２】
2010244924.tif 000004
【図３】
2010244924.tif 000005