(57)【要約】  【課題】加湿器から燃料電池に供給される被加湿ガスから、温度の低下とともに発生する凝縮水が、燃料電池内にまとまって一気に流入するのを抑制し、安定した運転が可能な燃料電池システムを提供する。【解決手段】燃料電池７と、側面に被加湿ガスの出口を備える加湿器とを主な構成要素として備える燃料電池システムにおいて、加湿器を燃料電池７の下方に配置し、加湿器から燃料電池に被加湿ガスを供給する空気経路３２に、凝縮水が貯まるトラップ構造を設けるものである。【選択図】図２
2006216241.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも、水素を含む燃料ガスと、酸素を含む酸化剤ガスとを用いて発電を行う固体高分子型燃料電池と、前記燃料電池に供給される燃料ガスまたは酸化剤ガスの少なくとも一方である被加湿ガスを順次加湿する加湿器とを備え、前記加湿器の側面に、前記被加湿ガスを、被加湿ガス経路を介して前記燃料電池に導くために前記被加湿ガス経路と接続された被加湿ガス出口を設け、前記加湿器を前記燃料電池の下方に配置したことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記被加湿ガス経路の加湿器側の少なくとも一部に、前記被加湿ガス経路内に生じた水が貯まるトラップ構造を設けたことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記トラップ構造は、前記被加湿ガス経路の少なくとも一部を蛇腹状に成形したことにより構成された請求項２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記トラップ構造に接続され、前記トラップ構造に貯まった水を燃料電池システム外に排出する排水経路と、前記排水経路の途中に配置された排水弁とを備えた請求項２に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、固体高分子型燃料電池を用いて発電と熱供給を行う燃料電池システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池システムでは、燃料電池において水素を含む燃料ガスと酸素を含む酸化剤ガスとを反応させることにより、発電と発熱を行う。また、燃料電池システムでは、必要な電力量に応じて、発電量を変化させるために、燃料ガス流量および酸化剤ガス流量等を調整して運転状態を変化させ、電力が必要でないときには運転を停止することもある。
【０００３】
図６，図７は、固体高分子型燃料電池の構成を示したものである。すなわち、固体高分子型燃料電池は、アノード電極１ａ、カソード電極１ｂからなる一対のガス拡散電極に、それぞれＰｔ等からなる触媒層２ａ、２ｂを介して、イオン伝導性とガス分離機能を有する固体高分子電解質膜３を挟持させ、それぞれの電極に反応ガスを供給するための溝５を有し、導電性であり、かっガス不透過性であるセパレータ６で単電池４が構成される。通常、単電池４は複数枚積層されて燃料電池７として利用される。そして、アノード電極１ａに水素を含む燃料ガス、カソード電極１ｂに酸素を含む空気等の酸化剤ガスを供給すると、電気化学反応により単電池４で起電力が生じる。燃料電池における発電効率を向上させるためには、燃料ガスと酸化剤ガスとを各ガス拡散電極に均一に拡散させてやる必要があるため、セパレータ６に設けられた溝５は、溝中に供給ガスが流れない領域ができないように比較的細いものが一般的である。
【０００４】
この電気化学反応は発熱反応であるため、発生した熱を給湯器等で利用することにより、燃料電池システムのエネルギー効率は向上する。そのため、単電池４には、内部に冷媒を流通させるための冷却板７が挿入されている。また、系外へのガスおよび冷媒のリークを防止するために、セパレータ６と固体高分子電解質膜３、冷却板８との間は、シール部材９によってシールされている。さらに、カソード電極１ｂでは、電極反応に伴い水が生成されるが、この水は未反応ガスと共に燃料電池７外に排出されるように構成されている。
【０００５】
固体高分子型燃料電池で用いる固体高分子電解質膜は、湿潤状態でプロトン伝導性を示し、乾燥状態または湿潤不足状態では、プロトン伝導性が悪化して発電性能が低下するため、燃料ガスと酸化剤ガスとの少なくとも一方を、加湿手段によりガス温度に対して水蒸気分圧が飽和水蒸気圧の状態であるフル加湿状態もしくはフル加湿に非常に近い加湿状態まで加湿して、燃料電池に供給する。
【０００６】
燃料ガスと酸化剤ガスとの少なくとも一方である被加湿ガスの加湿手段としては、被加湿ガスと、燃料電池から排出されるオフガスと燃料電池の冷却水との少なくとも一方を、水蒸気透過膜により隔てられた経路に導くことにより被加湿ガスを加湿する加湿器（例えば、特許文献１参照）が提案されている。
【０００７】
上記従来の水蒸気透過膜を用いる加湿器は、図のように、基本構成としてオフガス流路１０と被加湿ガス流路１１とが水蒸気透過膜１２を介して配置され、さらに被加湿ガス流路１１と電池冷却水加湿流路１３とが、もう一つの水蒸気透過膜１２をはさんで配置され、水蒸気透過膜１２を介して被加湿ガスと加湿流体が接触することにより熱および湿度交換を行っている。
【特許文献１】特開２００４−３１０７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記従来の燃料電池システムでは、加湿器を出て燃料電池に供給されるまでのガス温度は、外気温や燃料電池システムの運転状態等の影響を受けて加湿器出口での温度に保持することが困難であり、加湿器を出た被加湿ガス中の水蒸気は、経路内のガス温度が低下した場合、燃料電池に供給されるまでに経路内で凝縮し、場合によっては所定量以上の凝縮水が燃料電池に混入し、一時的に燃料電池内のガス流路を閉塞して発電電圧が低下するフラッティング現象が発生してしまう恐れがある。そこで、経路の温度を維持するために温度センサとヒータ等を用いて被加湿ガス温度を一定に保つ方式も考えられるが、この方式では、燃料電池システムのエネルギー効率を低下させ、加えて制御を複雑化させてしまうことが考えられる。
【０００９】
また、必要とする消費電力量が低下して燃料電池システムを停止させた際には、燃料電池内には、電気化学反応の進行による発電を停止させる目的で、窒素等の反応しないガスを供給し、結果として被加湿ガスが除去することが一般的であるが、燃料電池と加湿器を接続する経路の一部や加湿器内では、時間の経過とともに被加湿ガスの温度が低下して凝縮水が発生し、燃料電池システムの運転を再開した際、被加湿ガスの供給とともに、凝縮水が一気に燃料電池内に流入し、燃料電池システムの運転再開に支障をきたすことが考えられる。
【００１０】
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、燃料電池システムのエネルギー効率を低下させることなく、比較的簡単な構成により、経路内に発生した凝縮水が燃料電池内に所定量以上まとまって流入しないようにして、効率よく安定した運転ができ、更には燃料電池システムの停止後の再起動の際に、スムーズに運転を再開することのできる燃料電池システムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上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、少なくとも、水素を含む燃料ガスと、酸素を含む酸化剤ガスとを用いて発電を行う固体高分子型燃料電池と、前記燃料電池に供給される燃料ガスまたは酸化剤ガスの少なくとも一方である被加湿ガスを順次加湿する加湿器とを設け、前記加湿器の側面に、前記被加湿ガスを、被加湿ガス経路を介して前記燃料電池に導くために前記被加湿ガス経路と接続された被加湿ガス出口を設け、前記加湿器を前記燃料電池の下方に配置したものである。
【００１２】
これにより、燃料電池システムの運転中に発生した凝縮水は、自重により所定量以上がまとまって加湿器上方にある燃料電池内に混入することはなく、比較的微量の状態で燃料電池内に被加湿ガスとともに供給されるか、もしくは飽和水蒸気圧に達していない被加湿ガスにより再度水蒸気となって燃料電池に供給されるため、ガス流路を閉塞することは無く、安定して燃料電池システムの運転が可能である。
【００１３】
また、被加湿ガス経路の加湿器側に、被加湿ガス経路内で発生した凝縮水を貯めるトラップ構造を設けることにより、燃料電池システムの運転中に発生して自重により被加湿ガスにより搬送されない凝縮水や、燃料電池システムを停止した際に発生する凝縮水が、トラップ構造に貯まり、所定量以上が燃料電池内に一気に混入することがないため、安定して燃料電池の運転が可能であり、運転停止後の再起動の際もスムーズに運転を再開できる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の燃料電池システムは、燃料電池内に凝縮水が所定量以上一気に混入することにより、燃料電池内の被加湿ガスの流路を閉塞してしまうことがないため、安定した運転が可能な燃料電池システムを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
請求項１に記載の発明は、少なくとも、水素を含む燃料ガスと、酸素を含む酸化剤ガスとを用いて発電を行う固体高分子型燃料電池と、前記燃料電池に供給される燃料ガスまたは酸化剤ガスの少なくとも一方である被加湿ガスを順次加湿する加湿器とを設けた燃料電池システムで、前記加湿器の側面に、前記被加湿ガスを、被加湿ガス経路を介して前記燃料電池に導くために前記被加湿ガス経路と接続された被加湿ガス出口を設け、前記加湿器を前記燃料電池の下方に配置したことにより、加湿器から出て燃料電池に供給される被加湿ガス中の水蒸気が被加湿ガス経路内で凝縮しても、凝縮水の自重により燃料電池内に一気にまとまって流入することが無いため、燃料電池内の被加湿ガス流路を閉塞して発電が不安定になることが無い。
【００１６】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の被加湿ガス経路の加湿器側の少なくとも一部に、前記被加湿ガス経路内に生じた水が貯まるトラップ構造を設けたことにより、燃料電池システムの運転に発生し、自重により燃料電池内に搬送されない凝縮水や、燃料電池システムを停止した際の温度低下により発生する被加湿ガス経路中の凝縮水が、自重によりトラップ部に貯まり、運転中や再起動の際に所定量以上が一気に燃料電池内に混入することが無く、燃料電池内の被加湿ガス流路を閉塞させてしまうことが無いため、安定して燃料電池システムを運転することができる。
【００１７】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載のトラップ構造が、前記被加湿ガス経路の少なくとも一部を蛇腹状に成形したことにより構成されたものであり、比較的簡単な構成でトラップ構造を実現できるとともに、蛇腹形状による配管形状の変形の自由度により、燃料電池と加湿器との配管に際して、作業性が向上することができる。
【００１８】
請求項４に記載の発明は、請求項２に記載のトラップ構造に、前記トラップ構造に接続され、前記トラップ構造に貯まった水を燃料電池システム外に排出する排水経路と、前記排水経路の途中に配置された排水弁とを備えたものであり、燃料電池システム停止時に、必要に応じて前記排水弁を開放して、前記トラップ構造部に貯まった凝縮水を燃料電池システム外に廃棄することができるため、運転再開時により被加湿ガス経路内の凝縮水が燃料電池システムの運転を妨げることが無い。
【００１９】
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が、従来例または先に説明した実施の形態と同一構成については同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。なお、この実施の形態によってこの発明が限定されるものではない。
【００２０】
（実施の形態１）
図１は本発明による実施の形態１における燃料電池システムの構成を示す模式図である。
【００２１】
図１に示すように、本実施の形態の燃料電池システムは、空気供給装置２０と、第１の加湿器２１ａと、第２の加湿器２１ｂよりなる空気加湿装置２１と、燃料電池７と、燃料供給装置２３と、燃料処理装置２４と、燃料ガス加湿器２５と、熱交換器２６と、冷却水タンク２７と、冷却水ポンプ２８と、貯湯タンク２９とを主な要素として含んで構成され、空気加湿装置２１は燃料電池７の下方に配置されている。
【００２２】
空気供給装置２０から空気経路３０ａを通り、空気フィルタ３０で大気中の窒素酸化物や硫黄酸化物等の不純物を取り除かれ、空気経路３０ｂを介して空気加湿装置２１に供給された空気は、第１の加湿器２１ａで加熱および加湿され、空気経路３１を通って第２の加湿器２１ｂに供給され、第２の加湿器２１ｂによって更に加熱および加湿される。第２の加湿装置２１ｂを通過した空気は、酸化剤ガスとして、空気経路３２を通って燃料電池７のカソード電極１ｂ側に供給される。なお、本実施の形態では、第１の加湿器２１ａと第２の加湿器２１ｂとを一体化したため、実際には空気経路３１は、空気加湿装置２１内に形成されている。
【００２３】
一方、燃料供給装置２３から燃料経路３３を介して、燃料処理装置２４に、例えば、都市ガス、プロパン、メタン、天然ガス等の、少なくとも炭素及び水素から構成される化合物を含むガス等またはアルコール等の原料が供給される。本実施の形態の燃料電池システムでは、都市ガスを原料ガスとして用いた。ここでは、燃料処理装置２４として、具体的には、改質反応により水素を含む改質ガスを生成する改質部、及び、改質ガス中の一酸化炭素を変成反応により低減する変成部、該変成部を経た改質ガス中の一酸化炭素をさらに選択酸化反応により低減する浄化部が設けられており、燃料処理装置２４では、供給された原料を、水蒸気を含む雰囲気下で加熱することにより、水素リッチな燃料ガスが生成される。該水素リッチな燃料ガスは、燃料ガス経路３４を介して燃料ガス加湿器２５に供給され、加湿される。
【００２４】
燃料ガス加湿器２５としては、空気加湿装置２１の第１の加湿器２１ａと同様の加熱および加湿方式の加湿装置が用いられている。加湿された水素リッチなガスは、燃料電池７の燃料ガスとして、燃料ガス経路３５を通じて燃料電池７のアノード電極１ａ側に供給される。燃料電池７では、カソード電極１ｂ側に供給された空気と、アノード電極１ａ側に供給された燃料ガスとが反応することにより発電が行われ、電気と熱とが発生する。
【００２５】
燃料電池７に供給された空気のうち、反応に利用されなかった空気は、排出空気経路３６を介して、第１の加湿器２１ａに供給される。第１の加湿器２１ａでは、供給された該排出空気に含まれる水分と熱を利用して、酸化剤ガスとして燃料電池７に供給される空気の加湿および加熱が行われる。第１の加湿器２１ａを経た排出空気は，排出空気経路３７を通じて排出される。
【００２６】
また、燃料電池７で発生した熱を除去するために、冷却水タンク２７の冷却水が、冷却水ポンプ２８により冷却水経路３９を介して燃料電池７に供給される。燃料電池７内で加熱された冷却水は、冷却水経路４０を介して第２の加湿器２１ｂに供給され、酸化剤ガスとして燃料電池７に供給される第１の加湿器２１ａで加熱および加湿された空気を、さらに加熱および加湿する。第２の加湿器２１ｂを経た冷却水は、冷却水経路４１を介して熱交換器２６に供給されるが、該熱交換器２６には、貯湯タンク２９に貯めた水が貯湯水ポンプ４２によって貯湯水循環経路４３を介して供給されているため、熱交換により冷却水は冷却され、逆に貯湯タンク２９内の水は加熱され、温水が蓄えられる。
【００２７】
冷却水タンク２７から出た冷却水は、燃料電池７で発電とともに発生する熱により加熱され、熱交換器２６で貯湯水と熱交換して再び冷却されるが、燃料電池７での発熱量は、発電量と相関があるため、発電量に応じた冷却水流量を冷却水ポンプ２８で供給し、更に貯湯水ポンプ４２で貯湯水流量を調整することにより、燃料電池７の温度および冷却水タンク２７内の水温、更には、第２の加湿器２１ｂに供給される水の温度を所定の温度に維持することができる。
【００２８】
また、燃料電池７に供給された燃料ガスのうち、反応に利用されなかった燃料ガスは、排燃料ガス経路３８ａを介して燃料ガス加湿器２５に供給されて、燃料電池７に供給される前の燃料ガスの加熱および加湿に利用されたのち、排燃料ガス経路３８ｂを介して燃料処理装置２４の燃焼部に供給され、原料を燃料ガスに改質するために燃料処理装置２４の加熱に利用される。
【００２９】
次に、本実施の形態の特徴である空気加湿装置と燃料電池との接続について、図を用いてその構成と作用を説明する。
【００３０】
図２は、本実施の形態の燃料電池システムにおける燃料電池と空気加湿装置との周辺を示す部分正面図である。
【００３１】
図２に示すように、空気加湿装置２１の側面には、被加湿空気加湿器出口４４が設けられており、燃料電池７側面には、被加湿空気燃料電池入口４５が設けられている。また、空気加湿装置２１の被加湿空気加湿器出口４４がある同じ側面には、燃料電池７から排出された冷却水を第２の加湿器２１ｂに供給するための冷却水加湿器入口４６と、冷却水加湿器出口４７が設けられており、それぞれ冷却水経路４０，４１と接続されている。また、反対側の側面には、空気供給装置２０から空気フィルタ３０を経由して供給される加湿前の空気を第１の加湿器２１ａに供給するための被加湿空気加湿器入口４８と、燃料電池７で反応に利用されなかった排出空気を第１の加湿器２１ａに供給するための排出空気加湿器入口４９と、排出空気加湿器出口５０とが備えられ、それぞれ空気経路３０ｂ，排出空気経路３６，３７に接続されている。
【００３２】
一方、燃料電池７の被加湿空気燃料電池入口４５がある同じ側面には、燃料ガス燃料電池出口５１と冷却水燃料電池出口５２が、反対側の側面には、排出空気燃料電池出口５３と燃料ガス燃料電池入口５４と、冷却水燃料電池入口５５とが設けられており、それぞれ対応する経路と接続されている。
【００３３】
被加湿空気加湿器出口４４と被加湿空気燃料電池入口４５とは、空気経路３２で接続されているが、空気経路３２はフッ素樹脂を部分的に蛇腹形状に成形したものを用い、空気加湿装置２１から燃料電池７に向かう空気経路の一部は上側に向かう部分を有し、空気加湿装置２１および燃料電池７に接続される部分は、蛇腹形状の変形自由度を活かして略水平方向に曲げている。なお、図示はしていないが空気経路３２の周囲は断熱材で覆っている。
【００３４】
この構成により、燃料電池システムの運転時、空気加湿装置２１でフル加湿に近い状態まで加湿された空気は、空気経路３２を通って被加湿器空気燃料電池入口４５から燃料電池７に供給されるが、空気経路３２の周囲を断熱材で覆っているものも若干の温度低下は避けられないため、被加湿空気中の水蒸気の一部が空気経路３２内で凝縮して水となる。空気経路３２の温度分布は、被加湿空気加湿器出口４４から徐々に低下し、被加湿空気燃料電池入口４５近傍では、再び燃料電池７での発熱の影響を受けるために、温度低下が小さくなり、運転環境によっては、逆に徐々に温度が上昇するため、凝縮水は空気経路３２の上方に向かう部分の空気経路３２内面で主に発生する。しかしながら、空気経路３２内面で発生して所定量以上の大きさに成長した凝縮水の水滴は、自重により空気経路３２内の空気の流れに逆らって落下するか、もしくは蛇腹の谷部に貯まり、燃料電池７内には水蒸気と被加湿空気により搬送可能な極小さいミスト状の凝縮水としか流入しない。
【００３５】
一方、空気経路３２の上方に向かう部分の蛇腹谷部に貯まった比較的大きな凝縮水の水滴は、大きく成長すると空気経路３２を被加湿空気加湿器出口４４側に逆流するが、空気経路３２の略水平部で自重による逆流は停止するために、空気加湿装置２１内に逆流して流入し、空気加湿装置２１内の空気経路を閉塞して加湿性能を低下させることはない。
【００３６】
また、燃料電池システムの運転を停止させる際にも、燃料電池７には、原料ガスである都市ガスを、燃料電池７に接続されている燃料ガスと被加湿ガスの供給・排出の経路を切り替えることにより、燃料電池７内に供給・封止して電気化学反応を停止させるが、結果として燃料電池７内の水蒸気を排出することになるが、空気経路３２内の空気は、燃料電池システムの停止により、徐々に温度が低下するため、空気経路３２内には凝縮水が発生して空気加湿装置２１近傍の水平部の蛇腹谷部に貯まるが、運転を再開しても運転時と同様に燃料電池７にまとまって一気に流入することはない。
【００３７】
また、空気加湿装置２１から出た被加湿空気は、燃料電池システムの運転再開時や消費電力量の変化に合わせた発電量の変化に伴った運転条件の変化時の過渡期において、被加湿空気の温度に対する水蒸気分圧が飽和水蒸気圧でない状態が発生するが、空気経路３２内に貯まった空気は、このとき蒸発して水蒸気として燃料電池７に供給される。
【００３８】
以上のように、本実施の形態においては、空気加湿装置側面に燃料電池に被加湿空気を導くための被加湿空気経路と接続された被加湿空気の出口を設け、空気加湿装置を燃料電池の下方に配置したことにより、被加湿空気経路で発生した凝縮水がまとまって一気に燃料電池内に流入し、被加湿空気の通る溝を閉塞して燃料電池の発電電圧が低下するということがないため、安定した運転が可能な燃料電池を提供することができる。
【００３９】
また、被加湿空気経路の一部を蛇腹形状としたことにより、より確実に凝縮水を燃料電池内に流入させないことができることに加え、蛇腹形状の形状変形自由度により、燃料電池システムの組み立で性が向上する。なお、本実施の形態では、空気加湿装置から被加湿空気を燃料電池に供給する空気経路についてのみ、本実施の形態の特徴である蛇腹形状の経路を用いたが、同様に燃料ガス加湿器から燃料電池に、加湿した燃料ガスを供給するための経路に使用しても、同様の効果が得られる。
【００４０】
また、なお、本実施の形態では、蛇腹形状の経路の成形に、金属に比べて熱伝導率が低いため被加湿ガスの温度低下が小さく、成形が比較的容易であるフッ素樹脂を用いたが、これに限定するものではなく、耐熱性・耐食性の観点から、ステンレス等の金属を用いることも可能である。
【００４１】
（実施の形態２）
図３は本発明の実施の形態２の燃料電池システムにおける燃料電池と空気加湿装置との周辺を示す部分正面図であり、図４は同燃料電池システムの空気加湿装置から出た被加湿空気を燃料電池に供給するための空気経路の断面図である。図５は、図４における空気経路のＡ−Ａ線断面図である。
【００４２】
図３、図４、図５に示すように、空気加湿装置２１から出た被加湿空気は、空気経路５６を介して空気加湿装置２１の上方に配置された燃料電池７に供給されるが、空気加湿装置２１の側面に設けられた被加湿空気加湿器出口４４と燃料電池７側面に設けられた被加湿空気燃料電池入口４５に接続するために、空気経路５６は、加湿装置２１と燃料電池７との近傍の略水平状の部分と上方に向かう部分が存在する。なお、空気経路５６外周は断熱材（図示せず）で覆われている。
【００４３】
また、空気経路５６の加湿装置２１近傍の水平部分には、トラップ構造５７が構成されている。トラップ構造５７の形状は具体的には、部分的に空気経路５６の下部が二重管となっており、被加湿空気の流れの上流側に二重管の外側管に通じる穴が開いている。
【００４４】
また、トラップ構造５７には、燃料電池システム外に通じるドレン配管５８が接続されており、ドレン配管５８の途中には、電磁弁５９が備えられており、通常燃料電池システム運転時には電磁弁５９は閉じられている。
【００４５】
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、作用について説明する。
【００４６】
燃料電池システムの運転時、空気加湿装置２１でフル加湿に近い状態まで加湿された空気は、空気経路５６を通って被加湿器空気燃料電池入口４５から燃料電池７に供給されるが、空気経路５６の周囲を断熱材で覆っているものも若干の温度低下は避けられないため、被加湿空気中の水蒸気の一部が空気経路５６の上方に向かう部分内面で凝縮して水となる。しかしながら、空気経路５６内面で発生して所定量以上の大きさに成長した凝縮水の水滴は、自重により空気経路５６内を上昇して、燃料電池７内に供給されることはなく、燃料電池７内には水蒸気と被加湿空気により搬送可能な極小さいミスト状の凝縮水としか供給されない。
【００４７】
比較的大きく成長した凝縮水の水滴は、自重により空気経路５６を逆流してトラップ構造５７内に貯まり、更に燃料電池システムの運転を停止した際に被加湿空気経路内に発生した凝縮水も、トラップ構造５７内に貯まる。
【００４８】
燃料電池システムを再起動させる際には、まず、電磁弁５９を開けてトラップ構造５７内に貯まった凝縮水をドレン配管５８から燃料電池システム外に排水する。この際、電磁弁５９を開けた状態で空気供給装置２０を駆動させることにより、トラップ構造５７内に空気を送り込み、凝縮水を完全に抜く制御を行っても良い。
【００４９】
以上のように、本実施の形態においては、加湿器を燃料電池の下方に配置することにより、被加湿空気から凝縮水が発生しても燃料電池に凝縮水が一気に流入することがないため、燃料電池の発電が安定した燃料電池システムを実現することができる。
【００５０】
また、加湿器から燃料電池に被加湿空気を供給する空気経路の途中に、トラップ構造を設けたことにより、所定量以上の凝縮水が燃料電池に流入することがなく、凝縮水の量が多くなってもトラップ構造により、確実に燃料電池への流入を防ぐことができる。
【００５１】
また、トラップ構造に、燃料電池システム外につながるドレン配管を設け、ドレン配管の途中に電磁弁を設置したことにより、燃料電池システムの停止により比較的多量の凝縮水がトラップ構造に貯まったとしても、電磁弁を開けることにより燃料電池システム外に排水することができるため、再起動の際にも燃料電池内に凝縮水が流入することがない。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
以上のように、本発明にかかる燃料電池システムは、固体高分子型燃料電池を用いて発電と熱供給を行う家庭用および業務用の燃料電池システムの用途に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の実施の形態１における燃料電池システムの構成を示す模式図
【図２】同実施の形態の燃料電池システムにおける燃料電池と空気加湿装置との周辺を示す部分正面図
【図３】本発明の実施の形態２の燃料電池システムにおける燃料電池と空気加湿装置との周辺を示す部分正面図
【図４】同実施の形態の空気加湿装置から出た被加湿空気を燃料電池に供給するための空気経路の断面図
【図５】同実施の形態の図４における空気経路のＡ−Ａ線断面図
【図６】従来の燃料電池の模式図
【図７】従来の加湿器の模式図
【符号の説明】
【００５４】
７    燃料電池
２０  空気供給装置
２１  空気加湿装置
２１ａ  第１の加湿器
２１ｂ  第２の加湿器
２３  燃料供給装置
２４  燃料処理装置
２５  燃料ガス加湿器
２６  熱交換器
２７  冷却水タンク
２８  冷却水ポンプ
２９  貯湯タンク
３２，５６  空気経路
４２  貯湯水ポンプ
５７  トラップ構造
５８  ドレン配管
５９  電磁弁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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