(57)【要約】【課題】水位検知器におけるシリカ等の析出物の析出を防止し、安定な運転を維持する燃料電池システムを提供すること。【解決手段】燃料電池システムが、水素生成器１１と、燃料電池１３と、アルカリ化剤を具備し水道水を貯水する第１タンク１６と、凝縮水を貯える第２タンク１７と、第１タンク１６に貯水した凝縮水を浄化する浄水器１２６と、浄化水を貯える浄化水タンク１２９を具備して構成される。第１タンク１６と第２タンク１７は、仕切板１８で仕切られ、水供給経路１１２を通して第１タンク１６に水道水が供給される。水道水はアルカリ化剤１９と接触し、水道水に含まれるシリカが電離し、仕切板を１８介して、第２タンク１７に送られる。第２タンク１７から、浄化水が水素生成器１１と燃料電池１３に供給され、燃料電池システム１０が起動する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化剤ガス及び水素含有ガスを用いて発電する燃料電池を備える燃料電池モジュールと、
前記燃料電池モジュールから排出される排ガス中の水蒸気が凝縮した凝縮水を貯える水タンクと、
前記水タンクを第１タンクと第２タンクとに仕切る仕切板と、
前記第２タンク内の水位を検知する水位検知器と、
前記第１タンクに水道水を供給する水供給経路と、
前記第１タンク内に配置され、水をアルカリ化するアルカリ化剤と、
を備える燃料電池システム。
【請求項２】
前記第２タンクが、当該第２タンクに貯水した余剰の水を排水する排水口を備え、
前記排水口の下端の位置が、前記仕切板の上端の位置より低い位置に設けられている、請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記燃料電池モジュールから排ガスを排気する排気経路と、
前記排気経路及び前記第２タンクを接続し、排ガス中の水蒸気が凝縮した凝縮水を回収する凝縮水流路と、を備え、
前記凝縮水が、前記凝縮水流路から第２タンクへ貯えられるよう構成されている、請求項１又は２記載の燃料電池システム。
【請求項４】
酸化剤ガス及び水素含有ガスを用いて発電する燃料電池を備える燃料電池モジュールと、
水道水を貯える第１タンクと、
前記燃料電池モジュールから排出される排ガス中の水蒸気が凝縮した凝縮水を貯える第２タンクと、
前記第１タンクの出水口と前記第２タンクの入水口とを連結する連結配管と、
前記第２タンク内の水位を検知する水位検知器と、
前記第１タンクに水道水を供給する水供給経路と、
前記第１タンク内に配置され、水をアルカリ化するアルカリ化剤と、
を備える燃料電池システム。
【請求項５】
前記第１タンクの出水口の下端が、前記第２タンクの入水口の下端より高い位置になるように配置される、請求項４記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記水供給経路に設けられた水供給手段と、
前記水供給手段を制御する制御器と、を備え、
前記制御器は、前記水位検知器が検知する水位が低下した場合に、前記第１タンクに水道水を供給するよう前記水供給手段を制御する、請求項１〜５のいずれかに記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記アルカリ化剤が、炭酸金属塩である請求項１〜６のいずれかに記載の燃料電池システム。
【請求項８】
前記第１タンク及び前記第２タンクから水を排出する水抜き経路を備える、請求項１〜請求項７のいずれかに記載の燃料電池システム。
【請求項９】
前記水抜き経路のうち前記第１タンクから水抜き経路に、フィルタが配置されている、請求項８記載の燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池システムは、空気中の酸素と、燃料ガスとしての水素を利用して発電し、電力を取り出すシステムである。
【０００３】
従来、このような燃料電池システムは、燃料電池から排出される排ガスに含まれる水蒸気を凝縮することによって得た凝縮水を一旦水タンクに貯水し、当該水タンクから、ポンプなどの送水手段を用いてイオンを除去する機能を有する浄水器に送り、脱イオン処理した後、燃料電池の冷却水等に利用し、その時に余剰となった水は水タンクに設けた排水口から燃料電池システムの外部に排水する構成をとる。
【０００４】
ここで、水タンクには、水位検知器が設置され、水タンクに貯水した水の水位を監視できる構成とし、燃料電池システムを設置した時の初期の水張りや、燃料電池システムの運転中に水タンクに貯水した水の水量が不足した場合は、燃料電池システムの外部から、水タンクに水道水が補給される構成としていた（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
また、水位検知器には、リードスイッチを内部に固定したステムと、マグネットを内部に封入したフロートを具備し、ステムをガイドとしたフロートの上下動により、リードスイッチをＯＮ−ＯＦＦさせ水位を検知するフロート式水位検知器が一般的に使用されていた。
【０００６】
図５は、特許文献１に開示された従来の燃料電池システムの概略を示した構成図である。図５に示すように、燃料電池５１は、水素を主成分とする燃料ガスと、空気を利用して発電する。燃料電池５１から排出される排空気と燃料排ガスは、ラジエータ５１０に供給され、ラジエータ５１０において、排空気と燃料排ガスに含まれる水蒸気が凝縮され、凝縮水として水タンク５３に回収される。水タンク５３には、水位検知器５４が配置され、水タンク５３に貯水した水の水位を検知し、検知した情報に基づいて、その水位が所定量以下になった時、水タンク５３に、燃料電池システムの外部から水道水が補給される。水タンク５３に貯えられた凝縮水と水道水は、送水手段５５によりイオン交換樹脂から構成される浄水器５７に送られ、凝縮水と水道水に含まれるイオンが除去された後、循環ポンプ５８により燃料電池５１に送られ、冷却水として利用される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１２−４０８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、前記特許文献１に係る従来の構成では、外部から補給する水道水に含まれる析出物が水タンクに供給され、析出物が水位検知器の一部に析出し、水位検知器が水タンクの水位を適切に検出できないという課題があった。特に、フロート式水位検知器を用いた場合、ステムに析出物が析出し、フロートの上下動が阻害され、水位検知器の水位検知機能が著しく損なわれるという課題があった。ここで、水位検知器に析出する析出物はシリカを主たる成分とする析出物であった。
【０００９】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、水道水に含まれる析出物、特にシリカが水位検知器に析出するのを防止する手段を提供し、安定な運転を継続できる燃料電池システムを実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記従来の課題を解決するために、本発明の燃料電池システムは、燃料電池モジュールと、凝縮水を貯える水タンクと、水タンクを第１タンクと第２タンクに仕切る仕切板と、第２タンクの水位を検知する水位検知器と、第１タンクに水道水を供給する水供給経路と、第１タンクに配置され、水をアルカリ化するアルカリ化剤とを備える構成としたものである。
【００１１】
これによって、水タンクに供給される水道水をアルカリ化剤と接触させ、アルカリ化できるため、水道水に含まれるシリカが電離し、水位検知器へのシリカの析出を抑止することができる。
【００１２】
また、本発明の燃料電池システムは、第２タンクが、貯水した余剰の水を排水する排水口を備え、当該排水口の下端の位置が、仕切板の上端の位置より低い位置に設けた構成としたものである。
【００１３】
これによって、第２タンクに貯水した水が、第１タンクに逆流することを防止でき、第２タンクから水質の安定した水を浄水器に供給することができる。
【００１４】
また、本発明の燃料電池システムは、燃料電池モジュールから排ガスを排気する排気経路と、排気経路及び第２タンクを接続し、排ガス中の水蒸気が凝縮した凝縮水を第２タンクに回収する凝縮水経路を備えた構成としたものである。
【００１５】
これによって、排ガス中の水蒸気が凝縮した凝縮水を第２タンクに貯水することができるので、第２タンクに外部から供給される水道水の供給量を減らすことができ、また、第２タンクから水質の安定した水を浄水器に供給することができる。
【００１６】
また、本発明の燃料電池システムは、燃料電池モジュールと、水道水を貯える第１タンクと、凝縮水を貯える第２タンクと、第１タンクの出水口と第２タンクの入水口とを連結する連結配管と、第２タンク内の水位を検知する水位検知器と、第１タンク内に配置され、水をアルカリ化するアルカリ化剤を備える構成としたものである。
【００１７】
これによって、外部から供給される水道水をアルカリ化剤と接触させ、アルカリ化できるため、水道水に含まれるシリカを電離することができ、また、連結配管を通して、水位検知器が存在する第２タンクにシリカが電離した状態の水道水を供給できるため、水位検知器へのシリカの析出を抑止することができる。
【００１８】
また、本発明の燃料電池システムは、第１タンクの出水口の下端が、第２タンクの入水口の下端より高い位置になるように配置される構成としたものである。
【００１９】
これによって、ポンプ等の輸送手段を利用することなく、第１タンクから第２タンクに水道水を供給できる。また、第１タンクに供給される水道水は、アルカリ化剤と接触することで、その中に含まれるシリカが電離し、第２タンクに供給されるので、水位検知器へのシリカの析出を防止することができる。
【００２０】
また、本発明の燃料電池システムは、水供給経路に設けられた水供給手段と、水供給手段を制御する制御器を備え、制御器が水位検知器が検知する水位が低下した場合に、第１
タンクに水道水を供給するよう制御器を制御する構成としたものである。
【００２１】
これによって、第２タンクに貯水した水が減少した場合であっても、外部から水道水を供給することができ、第２タンクに常に所定量の水を貯水することができる。また、第１タンクに供給される水道水は、アルカリ化剤と接触することで、その中に含まれるシリカが電離し、第２タンクに供給されるので、水位検知器へのシリカの析出を防止することができる。
【００２２】
また、本発明の燃料電池システムは、アルカリ化剤を炭酸金属塩とする構成としたものである。
【００２３】
これによって、少量のアルカリ化剤で水道水をアルカリ化でき、また、水道水の中にアルカリ化剤から溶出するイオンの発生量を減らすことができる。また、第２タンクにおけるイオンの量を少なく維持することができるので、浄水器において吸着除去するイオンの量を減らすことができるので、浄水器の寿命を延ばすことができる。
【００２４】
また、本発明の燃料電池システムは、第１タンク及び第２タンクから水を排出する水抜き経路を備える構成としたものである。
【００２５】
これによって、燃料電池システムを長期間に亘って停止し、放置する時において、第１タンク及び第２タンクに貯水した水を排水することができ、放置に伴う貯水の水質劣化を防止することができる。
【００２６】
また、本発明の燃料電池システムは、第１タンクからの水抜き経路に、フィルタが配置する構成としたものである。
【００２７】
これによって、第１タンクから貯水した水を排水する時に、アルカリ化剤が第１タンクから流出すことを防止でき、排水によってアルカリ化剤が消費されることを防止することができる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明の燃料電池システムは、水道水に含まれるシリカが水位検知器に析出するのを防止できるので、水位検知器が安定して水位を検知することができ、安定な運転を継続する燃料電池システムを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】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
【図２】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
【図３】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
【図４】シリカの存在状態のｐＨ依存性を示す相関図
【図５】従来の燃料電池システムを示す構成図
【発明を実施するための形態】
【００３０】
第１の発明は、酸化剤ガス及び水素含有ガスを用いて発電する燃料電池を備える燃料電池モジュールと、燃料電池モジュールから排出される排ガス中の水蒸気が凝縮した凝縮水を貯える水タンクと、水タンクを第１タンクと第２タンクとに仕切る仕切り板と、第２タンク内の水位を検知する水位検知器と、第１タンクに水道水を供給する水供給経路と、第１タンク内に配置され、水をアルカリ化するアルカリ化剤とを備える燃料電池システムである。
【００３１】
この構成により、水道水をアルカリ化剤と接触させアルカリ化できるため、水道水に含まれるシリカが電離し、水位検知器へのシリカの析出を防止することができ、燃料電池システムを安定して運転することができる。
【００３２】
ここで、アルカリ化剤により水道水がアルカリ化され、水道水に含まれるシリカがイオン化されることについて、以下、図面を参酌し、より詳細に説明する。
【００３３】
図４は、シリカの水溶液中での存在状態のｐＨ依存性を示す相関図である。シリカ（ＳｉＯ２）は、水溶液中で水と反応し、非イオン性のＨ２ＳｉＯ４となるが、 Ｈ２ＳｉＯ４は、図４に示すように、アルカリ性域（ｐＨ８以上）で一部電離し、イオン性シリカ（Ｈ３ＳｉＯ４−，Ｈ２ＳｉＯ４２−）の状態で存在する。一方、ｐＨ８以下のｐＨ域では、Ｈ２ＳｉＯ４は電離せず、非イオン性のシリカ（Ｈ２ＳｉＯ４）の状態で存在する。
【００３４】
ここで、第１タンクに供給された水道水は、第１タンクに具備したアルカリ化剤と接触し、アルカリ化される（概ねｐＨ１１以上）。この時、水道水中に含まれるシリカ（ＳｉＯ２）は、イオン性シリカ（Ｈ３ＳｉＯ４−，Ｈ２ＳｉＯ４２−）となり、第２タンクに送られる。第２タンクに貯水した水は、アルカリ性を維持できるため、第２タンク配置した水位検知器におけるシリカの析出を防止できる。
【００３５】
第２の発明は、特に、第１の発明の第２タンクが、その中に貯水した余剰の水を排水する排水口を備え、排水口の下端の位置が、仕切板の上端の位置より低い位置に設けられた燃料電池システムである。
【００３６】
これの構成により、第２タンクに貯水した水が、第１タンクに逆流することを防止できるので、第２タンクから、水質の安定した凝縮水を浄水器に供給することができ、燃料電池システムを安定して運転することができる。
【００３７】
第３の発明は、特に、第１の発明または第２の発明の燃料電池モジュールから排ガスを排気する排気経路と第２タンクを接続し、排ガス中の水蒸気が凝縮した凝縮水を回収する凝縮水経路を備え、燃料電池モジュールから排出される排ガス中の水蒸気から凝縮した凝縮水が、凝縮水経路から第２タンクへ貯えられるよう構成した燃料電池システムである。
【００３８】
この構成により、排ガス中の水蒸気が凝縮した凝縮水を第２タンクに貯水することができるので、第２タンクに外部から供給される水道水の供給量を減らすことができる。また、第２タンクから、水質の安定した凝縮水を浄水器に供給することができ、燃料電池システムを安定して運転することができる。
【００３９】
第４の発明は、酸化剤ガス及び水素含有ガスを用いて発電する燃料電池を備える燃料電池モジュールと、水道水を貯える第１タンクと、燃料電池モジュールから排出される排ガス中の水蒸気が凝縮した凝縮水を貯える第２タンクと、第１タンクの出水口と第２タンクの入水口とを連結する連結配管と、第２タンク内の水位を検知する水位検知器と、第１タンクに水道水を供給する水供給経路と、第１タンク内に配置され、水をアルカリ化するアルカリ化剤とを備える燃料電池システムである。
【００４０】
この構成により、外部から供給される水道水をアルカリ化剤と接触させアルカリ化できるため、水道水に含まれるシリカが電離し、また、連結配管を介して、水位検知器の存在する第２タンクにシリカが電離した状態の水道水を供給できるため、水位検知器へのシリカの析出を防止することができ、燃料電池システムを安定して運転することができる。
【００４１】
第５の発明は、特に、第４の発明の第１タンクの出水口の下端が、第２タンクの入水口
の下端より高い位置になるように配置される燃料電池システムである。
【００４２】
この構成によって、ポンプ等の送水手段を利用することなく、第１タンクから、第２タンクに水道水を供給できる。また、第１タンクに供給され、アルカリ化剤と接触することで、その中に含まれるシリカが電離した水道水を、第２タンクに供給できるので、水位検知器におけるシリカの析出を防止することができ、燃料電池システムを安定して運転することができる。
【００４３】
第６の発明は、特に、第１から第５の発明の水供給経路に設けられた水供給手段と、水供給手段を制御する制御器を備え、制御器が、水位検知器が検知する水位が低下した場合に、第１タンクに水道水を供給するよう前記水供給手段を制御する燃料電池システムである。
【００４４】
この構成により、第２タンクに貯水した水が減少した場合であっても、外部から水道水を供給することができ、第２タンクに常に所定量の水を貯水することができる。また、第１タンクに供給される水道水は、アルカリ化剤と接触することで、その中に含まれるシリカが電離し、第２タンクに供給されるので、水位検知器へのシリカの析出を防止することができ、燃料電池システムを安定して運転することができる。
【００４５】
第７の発明は、特に、第１から第６の発明のアルカリ化剤を、炭酸金属塩とする構成としたものである。
【００４６】
この構成によって、少量のアルカリ化剤で水道水をアルカリ化でき、また、水道水の中にアルカリ化剤から溶出するイオンの発生量を減らし、第２タンクにおけるイオンの量を少なく維持することができる。その結果、浄水器において吸着除去するイオンの量を減らすことができ、浄水器の寿命を延ばすことができ、燃料電池システムを安定して運転することができる。ここで、少量のアルカリ化剤で水道水をアルカリ化できるのは、炭酸金属塩の水に対する溶解度が極めて小さいためである。
【００４７】
第８の発明は、特に、第１から第７の発明の第１タンク及び第２タンクから水を排出する水抜き経路を備える燃料電池システムである。
【００４８】
この構成によって、燃料電池システムを長期間に亘って停止し、放置する時において、第１タンク及び第２タンクに貯水した水を排水し、放置に伴う貯水の水質劣化を防止することができ、燃料電池システムを安定して運転することができる。
【００４９】
第９の発明は、特に、第８の発明の水抜き経路のうち第１タンクから水を排出する経路に、フィルタが配置する燃料電池システムである。
【００５０】
この構成によって、第１タンクから、貯水した水を排水する時に、アルカリ化剤が第１タンクから流出すことを防止でき、アルカリ化剤が排水によって消費されることを防止することができ、燃料電池システムを安定して運転することができる。
【００５１】
以下、本発明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。
【００５２】
（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態における燃料電池システムの構成図を示すものである。
【００５３】
図１において、燃料電池システム１０は、仕切板１８により第１タンク１６と第２タンク１７に仕切られ構成される水タンク１５と、第１タンク１６に配置されるアルカリ化剤１９としての炭酸カルシウムと、第１タンク１６に配置され、当該第１タンク１６に外部から水道水を供給する水供給経路１１２及び水供給手段１３０と、水供給手段１３０を制御する制御器１１３と、を備える。また、燃料電池システム１０は、第２タンク１７に配置され、当該第２タンク１７に貯水した水の水位を検知するための水位検知器１１０と、第２タンク１７に貯水した水に含まれるイオンを除去して浄化水とする浄水器１２６と、浄水器１２６から供給される浄化水を貯える浄化水タンク１２９と、第２タンク１７に貯水した水を浄水器１２６を介して浄化水タンク１２９に送る送水器である凝縮水供給器１２５と、浄化水タンク１２９から浄化水を送水する第１浄化水供給器１２７及び第２浄化水供給器１２８と、を備える。また、燃料電池システム１０は、第１浄化水供給器１２７から浄化水の供給を受けて、原料ガスとしての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水素生成器１１と、空気を供給する空気供給装置１４と、水素生成器１１から供給される燃料ガスと空気供給装置１４から供給される空気により発電を行う燃料電池１３と、を備える。また、燃料電池システム１０は、燃料電池１３から排出される排空気中に含まれる水蒸気を凝縮し排空気凝縮水を得る排空気凝縮器１１６と、排空気凝縮器１１６で凝縮した排空気凝縮水を第２タンク１７に導く排空気凝縮水流路１１７と、燃料電池１３から排出される燃料排ガス中に含まれる水蒸気を凝縮し燃料排ガス凝縮水を得る燃料排ガス凝縮器１１８と、燃料排ガス凝縮器１１８で凝縮した燃料排ガス凝縮水を第２タンク１７に導く燃料排ガス凝縮水流路１１９と、燃料排ガス凝縮器１１８で水蒸気が除去された燃料排ガスを通流する燃料排ガス流路１２０と、を備える。また、燃料電池システム１０は、水素生成器１１から送られる燃料ガス中に含まれる水蒸気を凝縮し除去する燃料ガス凝縮器１１４と、水素生成器１１から供給される燃料ガスを燃料ガス凝縮器１１４に導く燃料ガスバイパス流路１２２と、燃料ガス凝縮器１１４で凝縮した燃料ガス凝縮水を第２タンク１７に導く燃料ガス凝縮水流路（図示せず）と、水素生成器１１から供給される燃料ガスの通流方向を切り換える三方弁１２１と、を備える。また、燃料電池システム１０は、水素生成器１１の中に配置され、原料ガスと、燃料ガスバイパス流路１２２と燃料ガス凝縮器１１４を介して流れる燃料ガスと、燃料排ガス流路１２０を通流する燃料排ガスを燃焼する燃焼器１２と、燃焼器１２において、原料ガスと、燃料ガスバイパス流路１２２と燃料ガス凝縮器１１４を介して流れる燃料ガスと、燃料排ガス流路１２０を通流する燃料排ガスを燃焼した時に発生する燃焼排ガスに含まれる水蒸気を凝縮し燃焼排ガス凝縮水を得る燃焼排ガス凝縮器１２３と、燃焼排ガス凝縮器１２３で凝縮した燃焼排ガス凝縮水を第２タンク１７に導く燃焼排ガス凝縮水流路１２４と、を備える。
【００５４】
ここで、第２タンク１７は、第２タンク１７に貯水した余剰の水を排水する排水口１１１を有する。また、第１タンク１６と第２タンク１７には、それぞれ、各タンクに貯水した水を排水できるように、各水タンクの底面に水抜き経路１３１が配置され、第１タンク１６の水抜き経路１３１には、排水時にアルカリ化剤１９が流出を防止するためのフィルタ１１５が配置されている。
【００５５】
以上のように構成された燃料電池システムについて、以下、主な構成要素の材料や、その作用について具体的に説明する。
【００５６】
水素生成器１１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。そして、原料ガスとしての都市ガスと、浄化水タンク１２９から第１浄化水供給器１２７を介して供給される浄化水を約６５０℃で化学反応させて、水素と二酸化炭素を生成する。このとき、水素生成器１１に設けられている燃焼器１２は、原料ガスとしての都市ガスを燃焼させる。
【００５７】
燃料電池１３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水素イ
オン伝導性電解質膜（図示せず）の両側に、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燃料極と空気極（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。そして、水素生成器１１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１４から空気極へ供給される空気中の酸素との電気化学反応により、発電する。
【００５８】
第１タンク１６と第２タンク１７は、例えばステンレスや樹脂などで構成され、その内に水道水や凝縮水が貯水される。第２タンク１７に配置された水位検知器１１０により、第２タンク１７に貯水した水の水位が低下したことを検知した時、制御器１１３により、水供給手段１３０が稼動し、水供給経路１１２から、第１タンク１６に水道水が供給され、供給された水道水は、アルカリ化剤１９と接触した後、仕切板１８を介して、第２タンク１７に供給される。
【００５９】
浄水器１２６は、例えば、ステンレスや樹脂で構成される容器にカチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂を充填して構成され、凝縮水及び水道水に含まれるカチオンとアニオンを吸着除去する。
【００６０】
次に、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。
【００６１】
まず、運転開始時、ガス供給管（図示せず）から、原料ガスとしての都市ガスと、送風機（図示せず）からの空気が、燃焼器１２に供給されて燃焼が始まり、燃料ガスが得られる。燃料ガスは、三方弁１２１を介して燃料ガスバイパス流路１２２を通流し、燃料ガス凝縮器１１４に送られる。燃料ガス凝縮器１１４に送られた燃料ガスは、燃料ガス凝縮器１１４において、その中に含まれる水蒸気が凝縮され除去された後、燃焼器１２に送られる。また、同時に、燃焼器１２は、水素生成器１１の内部に充填した触媒を約６５０℃に加熱する。そして、水素生成器１１の触媒が約６５０℃まで加熱されると、水素生成器１１は、以下の第２の段階の運転動作を行う。
【００６２】
つまり、水素生成器１１は、浄化水タンク１２９から第１浄化水供給器１２７により供給される浄化水と、ガス供給管（記載せず）からの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。次に、燃料電池１３が、水素生成器１１から三方弁１２１を介して供給される燃料ガス中の水素と、空気供給装置１４から供給される空気中の酸素との電気化学反応により発電する。
【００６３】
続いて、本実施の形態の燃料電池システム１０における凝縮水と外部から供給される水道水及び浄化水の流れについて説明する。
【００６４】
燃料電池システム１０を起動した後、燃料電池１３から排出される排空気等からの凝縮水の回収が始まる。
【００６５】
つまり、燃料電池１３からの排空気流路に配置した排空気凝縮器１１６により、燃料電池１３から排出される排空気に含まれる水蒸気を凝縮して排空気凝縮水が得られる。そして、得られた排空気凝縮水は、排空気凝縮水流路１１７を介して、第２タンクに送られ、第２タンク１７に貯えられる。
【００６６】
また、燃料電池１３からの燃料排ガス流路に配置した燃料排ガス凝縮器１１８により、燃料電池１３から排出される燃料排ガスに含まれる水蒸気を凝縮して燃料排ガス凝縮水が得られる。そして、得られた燃料排ガス凝縮水は、燃料排ガス凝縮水流路１１９を介して、第２タンク１７に送られ、第２タンク１７に貯えられる。
【００６７】
さらに、水素生成器１１からの燃焼排ガス流路に配置した燃焼排ガス凝縮器１２３によ
り、水素生成器１１で原料ガスとしての都市ガスと、燃料ガスバイパス流路１２２を介して流れる燃料ガスと、燃料排ガス流路１２０を通流する燃料排ガスとを燃焼して得られる燃焼排ガスに含まれる水蒸気を凝縮して燃焼排ガス凝縮水が得られる。そして、得られた燃焼排ガス凝縮水は、燃焼排ガス凝縮水流路１２４を介して、第２タンク１７に送られ、第２タンク１７に貯えられる。
【００６８】
一方、第２タンク１７に貯えた水について、水位検知器１１０が水位の低下を検知した時、制御器１１３により、水供給手段１３０が稼動し、水供給経路１１２から、第１タンク１６に水道水が供給される。供給された水道水は、第１タンク１６に配置したアルカリ化剤１９と接触し、アルカリ化されるため、水道水に含まれるシリカが電離し、イオン性のシリカ（Ｈ３ＳｉＯ４−，Ｈ２ＳｉＯ４２−）となり、仕切板１８を介して、第２タンク１７に送られる。
【００６９】
第２タンク１７において、余剰となった水は、第２タンク１７に設けた排水口１１１から排水される。
【００７０】
次に、第２タンク１７に貯水された水は、送水器である凝縮水供給器１２５により浄水器１２６に送られ、イオンが吸着除去された後、浄化水として浄化水タンク１２９に貯えられる。浄化水タンク１２９に貯えられた浄化水は、第１浄化水供給器１２７により水素生成器１１に供給され、原料ガスとしての都市ガスの改質に利用され、また、第２浄化水供給器１２８により、燃料電池１３を循環し、燃料電池１３を一定の温度に維持する。
【００７１】
また、燃料電池システムを長期に亘り停止する場合、第１タンク１６と第２タンク１７に貯水した水は、それぞれ水抜き経路１３１から一旦排水される。その後に、燃料電池システムを再起動する場合、水供給経路１１２を通して水道水を第１タンク１６と第２タンク１７に供給する。この時。供給された水道水は、第１タンク１６に配置したアルカリ化剤１９と接触し、アルカリ化されるため、水道水に含まれるシリカが電離し、イオン性のシリカ（Ｈ３ＳｉＯ４−，Ｈ２ＳｉＯ４２−）となり、仕切板１８を介して、第２タンク１７に送られる。
【００７２】
以下、本実施の形態における燃料電池システム１０の具体的な効果について説明する。
【００７３】
まず、本実施の形態の構成の燃料電池システム１０を、２４時間連続で１ｋＷの発電状態で運転した後、第１タンク及び第２タンクから、各タンクに貯水した水を一旦排水し、その状態で１週間放置した後に、燃料電池システムを再起動するというサイクル運転を４回実施したところ、４回とも水位検知器は正常に動作し、燃料電池システムを正常に運転することができた。
【００７４】
上述した４回のサイクル運転を完了した後、水位検知器を調査したところ、シリカ等の析出物は確認できなかった。
【００７５】
一方、比較のために、仕切板で水タンクを仕切ることなく、かつ、アルカリ化剤を配置しない構成の燃料電池システムで、同様のサイクル運転を実施したところ、４回とも、再起動時に、第１タンクに水道水を供給する際に、水位検知器が固着し、第２タンクの水位を検知することができず、燃料電池システムを正常に運転することができなかった。
【００７６】
水位検知器を調査したところ、水位検知器の一部にシリカ等の析出物が確認でき、水位検知器にシリカ等の析出物が析出したことが原因であることがわかった。
【００７７】
以上のように、本実施の形態においては、水タンクを仕切板により第１タンクと第２タ
ンクに仕切って、第１タンクにアルカリ化剤を配置し、外部から供給する水道水をアルカリ化して、水位検知器を配置した第２タンクに供給できる構成とすることで、水位検知器におけるシリカ等析出物の析出を防止することができ、安定な運転を維持する燃料電池システムを実現することができる。
【００７８】
（実施の形態２）
水タンクを、アルカリ化剤を備え水道水を貯水する第１タンクと、水位検知器を具備し凝縮水を貯水する第２タンクに代え、また、第１タンクに配置した出水口と第２タンクに配置した入水口を連結する連結配管と、当該連結配管に配置され、第１タンクと第２タンクを区切る仕切弁を具備する構成とした以外は、上述した実施の形態１と同一の構成により、燃料電池システムを構成した。
【００７９】
図２は、本発明の第２の実施の形態における燃料電池システムの構成を示すものである。以下、本実施の形態の燃料電池システムにかかわる水タンクの構成について、図面を参酌し説明する。ここで、他の構成要素やその動作は実施の形態１と同様であるので、説明を省略する。
【００８０】
図２において、第１タンク２１と第２タンク２２は、例えばステンレスや樹脂などで構成され、第１タンク２１には水道水が貯水され、第２タンクには凝縮水及び水道水が貯水される。第１タンク２１の出水口２５と第２タンク２２の入水口２６は、連結配管２３で連結され、連結配管２３には第１タンク２１と第２タンク２２を仕切る仕切弁２４が配置される。仕切弁２４は制御器１１３により制御される。
【００８１】
次に、本実施の形態の燃料電池システムの発明のポイントである、第１タンクと第２タンクにおける、水道水と凝縮水の流れについて、図面を参酌し説明する。
【００８２】
まず、燃料電池システムを起動した後、燃料電池１３から排出される排空気等からの凝縮水の回収が始まる。
【００８３】
つまり、燃料電池１３からの排空気流路に配置した排空気凝縮器１１６により、燃料電池１３から排出される排空気に含まれる水蒸気を凝縮して排空気凝縮水が得られる。そして、得られた排空気凝縮水は、排空気凝縮水流路１１７を介して、第２タンク２２に送られ、第２タンク２２に貯えられる。
【００８４】
また、燃料電池１３からの燃料排ガス流路に配置した燃料排ガス凝縮器１１８により、燃料電池１３から排出される燃料排ガスに含まれる水蒸気を凝縮して燃料排ガス凝縮水が得られる。そして、得られた燃料排ガス凝縮水は、燃料排ガス凝縮水流路１１９を介して、第２タンク２２に送られ、第２タンク２２に貯えられる。
【００８５】
さらに、水素生成器１１からの燃焼排ガス流路に配置した燃焼排ガス凝縮器１２３により、水素生成器１１で原料ガスとしての都市ガスと、燃料ガスバイパス流路１２２を介して流れる燃料ガスと、燃料排ガス流路１２０を通流する燃料排ガスとを燃焼して得られる燃焼排ガスに含まれる水蒸気を凝縮して燃焼排ガス凝縮水が得られる。そして、得られた燃焼排ガス凝縮水は、燃焼排ガス凝縮水流路１２４を介して、第２タンク２２に送られ、第２タンク２２に貯えられる。
【００８６】
一方、第２タンク２２に貯えた水について、水位検知器１１０が水位の低下を検知した時、制御器１１３により、水供給手段１３０と仕切弁２４が稼動し、水供給経路１１２から、第１タンク２１に水道水が供給される。供給された水道水は、第１タンク２１に配置したアルカリ化剤１９と接触し、アルカリ化されるため、水道水に含まれるシリカが電離
し、イオン性のシリカ（Ｈ３ＳｉＯ４−，Ｈ２ＳｉＯ４２−）となり、仕切弁２４と連結配管２３を介して、第２タンク２２に送られる。
【００８７】
第２タンク２２において、余剰となった水は、第２タンク２２に設けた排水口１１１から排水される。
【００８８】
次に、第２タンク２２に貯水された水は、送水器である凝縮水供給器１２５により浄水器１２６に送られ、イオンが吸着除去された後、浄化水として浄化水タンク１２９に貯えられる。浄化水タンク１２９に貯えられた浄化水は、第１浄化水供給器１２７により水素生成器１１に供給され、原料ガスとしての都市ガスの改質に利用され、また、第２浄化水供給器１２８により、燃料電池１３を循環し、燃料電池１３を一定の温度に維持する。
【００８９】
また、燃料電池システムを長期に亘り停止する場合、第１タンク２１と第２タンク２２に貯水した水は、それぞれ水抜き経路１３１から一旦排水される。その後に、燃料電池システムを再起動する場合、水供給経路１１２を通して水道水を第１タンク２１と第２タンク２２に供給する。この時。供給された水道水は、第１タンク１６に配置したアルカリ化剤１９と接触し、アルカリ化されるため、水道水に含まれるシリカが電離し、イオン性のシリカ（Ｈ３ＳｉＯ４−，Ｈ２ＳｉＯ４２−）となり、連結配管２３と仕切弁２４を介して、第２タンク２２に送られる。
【００９０】
以下、本実施の形態における燃料電池システム２０の具体的な効果について説明する。
【００９１】
まず、本実施の形態の構成の燃料電池システム２０を、２４時間連続で１ｋＷの発電状態で運転した後、第１タンク２１及び第２タンク２２から、各タンクに貯水した水を一旦排水し、その状態で１週間放置した後に、燃料電池システムを再起動するというサイクル運転を４回実施したところ、４回とも水位検知器は正常に動作し、燃料電池システムを正常に運転することができた。
【００９２】
上述した４回のサイクル運転を完了した後、水位検知器を調査したところ、シリカ等の析出物は確認できなかった。
【００９３】
一方、比較のために、水タンクを仕切ることなく、かつ、アルカリ化剤を配置しない構成の燃料電池システムで、同様のサイクル運転を実施したところ、４回とも、再起動時に、第１タンクに水道水を供給する際に、水位検知器が固着し、第２タンクの水位を検知することができず、燃料電池システムを正常に運転することができなかった。
【００９４】
水位検知器を調査したところ、水位検知器の一部にシリカ等の析出物が確認でき、水位検知器にシリカ等の析出物が析出したことが原因であることがわかった。
【００９５】
以上のように、本実施の形態においては、水タンクを第１タンクと第２タンクとで構成し、第１タンクと第２タンクを連結する連結配管を設け、第１タンクにアルカリ化剤を配置し、外部から供給する水道水をアルカリ化して、水位検知器の配置した第２タンクに供給できる構成とすることで、水位検知器におけるシリカ等の析出物の析出を防止しることができ、安定な運転を維持する燃料電池システムを実現することができる。
【００９６】
（実施の形態３）
第１タンクの出水口が、第２タンクの入水口より高い位置になるように第１タンクと第２タンクを配置し、連結配管に仕切弁を配置しない構成とした以外は、上述した実施の形態２と同一の構成により、燃料電池システムを構成した。
【００９７】
図３は、本発明の第３の実施の形態における燃料電池システムの構成を示すものである。以下、本実施の形態の燃料電池システムにかかわる水タンクの構成について、図面を参酌し説明する。ここで、他の構成要素やその動作は実施の形態１と同様であるので、説明を省略する。
【００９８】
図３において、第１タンク３１と第２タンク３２は、例えばステンレスや樹脂などで構成され、第１タンク３１には水道水が貯水され、第２タンク３２には凝縮水と水道水が貯水される。第１タンク３１の出水口３４と第２タンク３２の入水口３５は連結配管３３で連結される。
【００９９】
次に、本実施の形態の燃料電池システムの発明のポイントである、第１タンクと第２タンクにおける、水道水と凝縮水の流れについて、図面を参酌し説明する。
【０１００】
まず、燃料電池システムを起動した後、燃料電池１３から排出される排空気等からの凝縮水の回収が始まる。
【０１０１】
つまり、燃料電池１３からの排空気流路に配置した排空気凝縮器１１６により、燃料電池１３から排出される排空気に含まれる水蒸気を凝縮して排空気凝縮水が得られる。そして、得られた排空気凝縮水は、排空気凝縮水流路１１７を介して、第２タンク３２に送られ、第２タンク３２に貯えられる。
【０１０２】
また、燃料電池１３からの燃料排ガス流路に配置した燃料排ガス凝縮器１１８により、燃料電池１３から排出される燃料排ガスに含まれる水蒸気を凝縮して燃料排ガス凝縮水が得られる。そして、得られた燃料排ガス凝縮水は、燃料排ガス凝縮水流路１１９を介して、第２タンク３２に送られ、第２タンク３２に貯えられる。
【０１０３】
さらに、水素生成器１１からの燃焼排ガス流路に配置した燃焼排ガス凝縮器１２３により、水素生成器１１で原料ガスとしての都市ガスと、燃料ガスバイパス流路１２２を介して流れる燃料ガスと、燃料排ガス流路１２０を通流する燃料排ガスとを燃焼して得られる燃焼排ガスに含まれる水蒸気を凝縮して燃焼排ガス凝縮水が得られる。そして、得られた燃焼排ガス凝縮水は、燃焼排ガス凝縮水流路１２４を介して、第２タンク３２に送られ、第２タンク３２に貯えられる。
【０１０４】
一方、第２タンク３２に貯えた水について、水位検知器１１０が水位の低下を検知した時、制御器１１３により、水供給手段１３０が稼動し、水供給経路１１２から、第１タンク３１に水道水が供給される。供給された水道水は、第１タンク３１に配置したアルカリ化剤１９と接触し、アルカリ化されるため、水道水に含まれるシリカが電離し、イオン性のシリカ（Ｈ３ＳｉＯ４−，Ｈ２ＳｉＯ４２−）となり、連結配管３３を介して、第２タンク３２に送られる。
【０１０５】
第２タンク３２において、余剰となった水は、第２タンク３２に設けた排水口１１１から排水される。
【０１０６】
次に、第２タンク３２に貯水された水は、送水器である凝縮水供給器１２５により浄水器１２６に送られ、イオンが吸着除去された後、浄化水として浄化水タンク１２９に貯えられる。浄化水タンク１２９に貯えられた浄化水は、第１浄化水供給器１２７により水素生成器１１に供給され原料ガスとしての都市ガスの改質に利用され、また、第２浄化水供給器１２８により、燃料電池１３を循環し、燃料電池１３を一定の温度に維持する。
【０１０７】
また、燃料電池システムを長期に亘り停止する場合、第１タンク３１と第２タンク３２
に貯水した水は、それぞれ水抜き経路１３１から排水される。その後に、燃料電池システムを再起動する場合、第１タンク３１に配置した水供給経路１１２を通して水道水を第１タンク３１と第２タンク３２に供給する。この時。供給された水道水は、第１タンク３１に配置したアルカリ化剤１９と接触し、アルカリ化されるため、水道水に含まれるシリカが電離し、イオン性のシリカ（Ｈ３ＳｉＯ４−，Ｈ２ＳｉＯ４２−）となり、連結配管３３を介して、第２タンク３２に送られる。
【０１０８】
以下、本実施の形態における燃料電池システム３０の具体的な効果について説明する。
【０１０９】
まず、本実施の形態の構成の燃料電池システム３０を、２４時間連続で１ｋＷの発電状態で運転した後、第１タンク３１及び第２タンク３２から、各タンクに貯水した水を一旦排水し、その状態で１週間放置した後に、燃料電池システムを再起動するというサイクル運転を４回実施したところ、４回とも水位検知器は正常に動作し、燃料電池システムを正常に運転することができた。
【０１１０】
上述した４回のサイクル運転を完了した後、水位検知器を調査したところ、シリカ等の析出物は確認できなかった。
【０１１１】
一方、比較のために、水タンクを仕切ることなく、かつ、アルカリ化剤を配置しない構成の燃料電池システムで、同様のサイクル運転を実施したところ、４回とも、再起動時に、第１タンクに水道水を供給する際に、水位検知器が固着し、第２タンクの水位を検知することができず、燃料電池システムを正常に運転することができなかった。
【０１１２】
水位検知器を調査したところ、水位検知器の一部にシリカ等の析出物が確認でき、水位検知器にシリカ等の析出物が析出したことが原因であることがわかった。
【０１１３】
以上のように、本実施の形態においては、水タンクを第１タンクと第２タンクとで構成し、第１タンクと第２タンクを連結する連結配管を設け、第１タンクにアルカリ化剤を配置し、外部から供給する水道水をアルカリ化して、水位検知器の配置した第２タンクに供給できる構成とすることで、水位検知器におけるシリカ等の析出物の析出を防止することができ、安定な運転を維持する燃料電池システムを実現することができる。
【０１１４】
なお、アルカリ化剤は本実施の形態に記載した炭酸カルシウムに限定されるものではなく、水道水をアルカリ化する機能を有する材料を利用することができ、例えば、炭酸リチウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム等のアルカリ金属塩、炭酸ストロンチウム、炭酸バリウム等のアルカリ土類金属塩、その他、炭酸マグネシウム、炭酸亜鉛等の水溶性の各種金属塩が利用できる。また、水供給手段には弁またはポンプを用いることができる。
【産業上の利用可能性】
【０１１５】
以上のように、本発明にかかる燃料電池システムは、水道水に含まれるシリカを電離させ、水位検知器を具備する水タンクにシリカが電離した状態で水道水を供給することができるため、水タンクにおける水位検知器のシリカ等の析出物の析出を防止し、安定な運転を継続する燃料電池システムを実現できるので、定置式や移動式あるいは可搬式の燃料電池システム等の用途にも適用できる。
【符号の説明】
【０１１６】
１０，２０，３０  燃料電池システム
１１  水素生成器
１２  燃焼器
１３  燃料電池
１４  空気供給装置
１５  水タンク
１６，２１，３１  第１タンク
１７，２２，３２  第２タンク
１８  仕切板
１９  アルカリ化剤
２３，３３  連結配管
２４  仕切弁
２５，３４  出水口
２６，３５  入水口
１１０  水位検知器
１１１  排水口
１１２  水供給経路
１１３  制御器
１１４  燃料ガス凝縮器
１１５  フィルタ
１１６  排空気凝縮器
１１７  排空気凝縮水流路
１１８  燃料排ガス凝縮器
１１９  燃料排ガス凝縮水流路
１２０  燃料排ガス流路
１２１  三方弁
１２２  燃料ガスバイパス流路
１２３  燃焼排ガス凝縮器
１２４  燃焼排ガス凝縮水流路
１２５  凝縮水供給器
１２６  浄水器
１２７  第１浄化水供給器
１２８  第２浄化水供給器
１２９  浄化水タンク
１３０  水供給手段
１３１  水抜き経路
【図１】
2014010933.tif 000003
【図２】
2014010933.tif 000004
【図３】
2014010933.tif 000005
【図５】
2014010933.tif 000006
【図４】
2014010933.tif 000007