(57)【要約】【課題】簡単且つコンパクトな構成で、所望の水処理機能を維持するとともに、耐久性の向上及びメンテナンス周期の延長を図ることを可能にする。【解決手段】燃料電池システム１０は、燃料電池モジュール１２と、前記燃料電池モジュール１２に水を供給する水供給装置１４と、前記水供給装置１４に水を供給する水容器１６と、前記燃料電池モジュール１２から排出される排ガス中の水蒸気を凝縮するとともに、凝縮された水を前記水容器１６に供給する凝縮器１８とを備える。水容器１６は、凝縮器１８から水が供給される供給口２２と、前記水を水供給装置１４に送り出す排出口２４と、前記供給口２２から前記排出口２４に前記水を流通させる蛇行する水通路２６とを設け、前記水通路２６には、イオン交換部２８が配設される。【選択図】図１
2011023168.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により発電する燃料電池モジュールと、
前記燃料電池モジュールに水を供給する水供給装置と、
前記水供給装置に水を供給する水容器と、
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を凝縮するとともに、凝縮された水を前記水容器に供給する凝縮器と、
を備える燃料電池システムであって、
前記水容器は、前記凝縮器から前記水が供給される供給口と、
前記水を前記水供給装置に送り出す排出口と、
前記供給口から前記排出口に前記水を流通させる水通路と、
を設け、
前記水通路は、前記凝縮器から供給される前記水に含まれる不純物を除去するイオン交換部と、
前記水の流れ方向を反転させる反転部と、
を有することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
請求項１記載の燃料電池システムにおいて、前記供給口は、前記排出口よりも上方に設定されることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項３】
請求項１又は２記載の燃料電池システムにおいて、前記水通路は、下流側の通路断面積が、上流側の通路断面積よりも小さく設定されることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃料電池システムにおいて、前記水通路は、少なくともいずれかの前記反転部を挟んで、下流側の通路断面積が、上流側の通路断面積よりも小さく設定されることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の燃料電池システムにおいて、前記水通路は、通路断面積が上流側から下流側に向かって連続的又は段階的に減少することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の燃料電池システムにおいて、前記水容器には、該水容器内の水位が適正水位の上限であることを示すための上限水位と、
前記水容器内の水位が適正水位の下限であることを示すための下限水位と、
が設けられるとともに、
前記上限水位及び前記下限水位は、前記水容器内の最上位に配置される前記反転部内に設定されることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の燃料電池システムにおいて、前記イオン交換部は、適正水位よりも下方に配置されることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の燃料電池システムにおいて、前記水容器には、該水容器内の水位を検知する水位検知器が設けられるとともに、
前記水位検知器は、前記イオン交換部よりも上方に配置されることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項に記載の燃料電池システムにおいて、前記水容器には、該水容器内の水位が適正水位を超過した際、過剰の水を前記水容器外に排出させる排水管が設けられるとともに、
前記排水管は、前記水容器の上部に配置されることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項１０】
請求項９記載の燃料電池システムにおいて、前記排水管は、前記水容器の最上流部に配置されることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか１項に記載の燃料電池システムにおいて、前記水通路には、水の流れ方向を上下方向に反転させる前記反転部が、偶数に設定されることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項１２】
請求項１１記載の燃料電池システムにおいて、前記水容器は、前記水通路の最下流の前記反転部の下流に排出口側水通路部を有するとともに、
前記排出口側水通路部は、適正水位よりも下方に貯留される水量が、前記燃料電池システムを停止させる際に必要とされる水量以上になるように設定されることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項１３】
請求項１〜１０のいずれか１項に記載の燃料電池システムにおいて、前記水通路には、水の流れ方向を左右方向に反転させる前記反転部が、複数に設定されることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項１４】
請求項１〜１３のいずれか１項に記載の燃料電池システムにおいて、前記燃料電池モジュールは、少なくとも電解質をアノード電極とカソード電極とで挟んで構成される電解質・電極接合体とセパレータとが積層される燃料電池を設け、複数の前記燃料電池が積層される燃料電池スタックと、
前記酸化剤ガスを前記燃料電池スタックに供給する前に加熱する熱交換器と、
炭化水素を主体とする原燃料と水蒸気との混合燃料を生成するために、前記水を蒸発させる蒸発器と、
前記混合燃料を改質して改質ガスを生成する改質器と、
を備えることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項１５】
請求項１〜１４のいずれか１項に記載の燃料電池システムにおいて、前記燃料電池モジュールは、固体酸化物形燃料電池モジュールである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、燃料電池モジュール、水供給装置、水容器及び凝縮器を備える燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
通常、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）は、固体電解質に酸化物イオン導電体、例えば、安定化ジルコニアを用いている。この固体電解質の両側に、アノード電極及びカソード電極を配設した電解質・電極接合体は、セパレータ（バイポーラ板）によって挟持されている。この燃料電池は、通常、電解質・電極接合体とセパレータとが所定の数だけ積層された燃料電池スタックとして使用されている。
【０００３】
上記の燃料電池に供給される燃料ガスは、通常、改質装置によって炭化水素系の原燃料から生成される水素ガスが使用されている。改質装置では、一般的に、メタンやＬＮＧ等の化石燃料等の炭化水素系の原燃料から改質原料ガスを得た後、この改質原料ガスに、例えば、水蒸気改質を施すことにより、改質ガス（燃料ガス）が生成されている。
【０００４】
上記の水蒸気改質では、改質反応に使用される水蒸気量に対応した水を補給する必要がある。このため、外部から必要な水量の水を供給する方式が採用されているが、これに代えて、燃料電池の発電により発生した排ガスを凝縮させることにより、改質に必要な水を完全循環（水自立）させる水回収方式が注目されている。その際、凝縮水から不純物を除去するために、水処理手段を用いる必要がある。
【０００５】
例えば、特許文献１に開示されているタンクの構造では、図１３に示すように、タンク１ａの内部がフィルタ材２ａによって２つの室に画成されており、一方のタンク室３ａの上方には、図示しない燃料電池からの排ガス中の水蒸気を凝縮・回収する回収管路４ａが設けられている。
【０００６】
他方のタンク室５ａの下方には、活性炭あるいはイオン交換樹脂等によって純水に近い状態に浄化する水処理装置６ａが配装された処理水補給管路７ａが接続されている。タンク室５ａの上方には、処理水補給管路７ａ側の余剰の処理水を前記タンク室５ａに戻す処理水還流管路８ａが連通している。
【０００７】
また、特許文献２に開示されている水処理装置では、図１４に示すように、凝縮水タンク１ｂ、イオン除去装置２ｂ、水ポンプ３ｂ、純水タンク４ｂ、改質ガス供給部５ｂ及び燃料電池６ｂが設けられている。凝縮水タンク１ｂは、燃料電池６ｂで使用されない改質ガス中の水素を燃焼部７ｂに導いて、燃焼させた燃焼排ガスを潜熱回収熱交換器８ｂで結露させることにより得られた結露水を貯水している。潜熱回収熱交換器８ｂからの燃焼排ガス結露水は、その落下位置に配置したラシヒリング９ｂにより溶解炭酸イオンが除去されて、凝縮水タンク１ｂに貯水されている。
【０００８】
さらに、特許文献３に開示されている燃料電池装置では、図１５に示すように、燃料電池１ｃと、前記燃料電池１ｃに燃料ガスを供給するために水蒸気改質を行う改質器２ｃと、前記改質器２ｃに純水を供給するための水供給手段Ｘとを具備している。
【０００９】
水供給手段Ｘは、水を浄化するための活性炭フィルタ３ｃ、水を浄化するための逆浸透膜４ｃ、浄化された水を貯水するための水タンク５ｃ、前記水タンク５ｃに貯水された水を純水にするためのイオン交換樹脂６ｃ及び純水を改質器２ｃに供給するための水ポンプ７ｃが、前記改質器２ｃに向けて、順次、接続されている。
【００１０】
燃料電池装置は、燃料電池１ｃからの排ガスと水とで熱交換するための熱交換器８ｃと、熱交換後の水を貯湯するための貯湯タンク９ｃとを具備するとともに、水タンク５ｃには、熱交換器８ｃにて排ガスと水との熱交換により発生する凝縮水が供給されている。
【００１１】
イオン交換樹脂６ｃは、水タンク５ｃより供給される水が、高さ方向（上方向）に流れるように配置されている。水ポンプ７ｃは、吸引ポンプであり、水タンク５ｃに貯水された水が、イオン交換樹脂６ｃの下部から上部に流れるように接続されている。
【００１２】
さらにまた、特許文献４に開示されている燃料電池装置では、図１６に示すように、熱交換器での熱交換により生成される凝縮水を貯留するための凝縮水タンク１ｄと、前記熱交換器で生成された凝縮水を前記凝縮水タンク１ｄに供給するための凝縮水供給管２ｄとを具備している。凝縮水タンク１ｄ内には、凝縮水を処理する凝縮水処理手段（イオン交換樹脂）３ｄが設けられるとともに、凝縮水供給管２ｄの頂上には、凝縮水を排出するための凝縮水排水管４ｄが接続されている。
【００１３】
凝縮水供給管２ｄの一端は、凝縮水タンク１ｄの下端部に接続されるとともに、前記凝縮水供給管２ｄの凝縮水排水管４ｄとの接続部位は、前記凝縮水タンク１ｄの上限水位よりも上方に配置されている。
【００１４】
燃料電池装置は、外部から供給される水を処理するための水処理装置Ｘａを備え、前記水処理装置Ｘａにより処理された水は、水タンク５ｄに貯水されている。凝縮水タンク１ｄの上端部と、水タンク５ｄの側部とは、タンク連結管６ｄにより接続されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特開平０９−０１９６７８号公報
【特許文献２】特開２００５−１２９３３４号公報
【特許文献３】特開２００８−１３５２７１号公報
【特許文献４】特開２００８−３０００５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
しかしながら、上記の特許文献１では、タンク１ａと水処理装置６ａとが、個別に構成されており、前記タンク１ａと前記水処理装置６ａとが、管路によって接続されているため、設備全体が大型化するという問題がある。しかも、部品点数が増加し、設備コストが高騰するという問題がある。
【００１７】
また、特許文献２では、凝縮水タンク１ｂと純水タンク４ｂとの独立した２つのタンクが用いられているため、設備全体が相当に大型化する。しかも、部品点数が増大し、設備コストが高騰するという問題がある。その上、凝縮水タンク１ｂ、純水タンク４ｂ及びイオン除去装置２ｂがそれぞれ別体であるとともに、前記純水タンク４ｂが、前記イオン除去装置２ｂの下流側に配置されている。このため、特に、純水タンク４ｂでは、イオンが水に溶け出さない材料を用いなければならず、材料が制限されるという問題がある。
【００１８】
さらに、特許文献３では、水タンク５ｃとイオン交換樹脂６ｃとが、個別に構成されており、設備全体が大型化するという問題がある。しかも、部品点数が増大し、設備コストが高騰するという問題がある。
【００１９】
さらにまた、特許文献４では、凝縮水タンク１ｄと水タンク５ｄとの独立した２つのタンクが存在するため、部品点数が増大して、設備コストが高騰するという問題がある。しかも、凝縮水タンク１ｄ内に、凝縮水処理手段３ｄが設けられるとともに、水タンク５ｄは、前記凝縮水処理手段３ｄの下流側に配置されている。これにより、水タンク５ｄとして、イオンが水に溶け出さない材料を用いなければならず、前記水タンク５ｄの材料が制限されるという問題がある。
【００２０】
本発明はこの種の問題を解決するものであり、簡単且つコンパクトな構成で、所望の水処理機能を維持するとともに、耐久性の向上及びメンテナンス周期の延長を図ること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】
【００２１】
本発明は、燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により発電する燃料電池モジュールと、前記燃料電池モジュールに水を供給する水供給装置と、前記水供給装置に水を供給する水容器と、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を凝縮するとともに、凝縮された水を前記水容器に供給する凝縮器とを備える燃料電池システムに関するものである。
【００２２】
水容器は、凝縮器から水が供給される供給口と、前記水を水供給装置に送り出す排出口と、前記供給口から前記排出口に前記水を流通させる水通路とを設け、前記水通路は、前記凝縮器から供給される前記水に含まれる不純物を除去するイオン交換部と、前記水の流れ方向を反転させる反転部とを有している。
【００２３】
ここで、不純物とは、塵埃以外に、純水に含まれない物質、例えば、カルシウム、マグネシウム、シリカ、ナトリウム及びカリウム等の塩類、水溶性の電解質成分及び有機物を含む。
【００２４】
また、供給口は、排出口よりも上方に設定されることが好ましい。従って、水容器から下流の装置に対して、水が水頭圧により供給されるため、特に水供給装置では、前記水供給装置のエア噛みの発生を可及的に防止することができる。これにより、水供給装置の性能低下の他、例えば、改質器へのエア混入、電極への炭素付着（コーキング）及び燃料電池モジュールの発電出力の不安定化を有効に回避することが可能になる。
【００２５】
しかも、水容器内のイオン交換部は、水供給装置よりも上流に配置されるため、前記水供給装置による高圧力（水圧）が前記イオン交換部に付与されることがない。このため、イオン交換部の耐久性の向上が図られる。
【００２６】
さらに、水通路は、下流側の通路断面積が、上流側の通路断面積よりも小さく設定されることが好ましい。従って、負荷に応じて、主としてイオン交換される部位が変化するため、部分負荷運転から定格運転までの広域な運転範囲におけるイオン交換が可能になるとともに、イオン交換される部位の偏りが抑制され、耐久性の向上が図られる。
【００２７】
その上、イオン交換部全域を有効に利用することができるとともに、前記イオン交換部を長期間にわたって使用することが可能になる。これにより、イオン交換部の耐久性の向上及びメンテナンス周期の延長が容易に遂行される。
【００２８】
さらにまた、水通路は、少なくともいずれかの反転部を挟んで、下流側の通路断面積が、上流側の通路断面積よりも小さく設定されることが好ましい。このため、負荷に応じて、主としてイオン交換される部位が変化するため、部分負荷運転から定格運転までの広域な運転範囲におけるイオン交換が可能になるとともに、イオン交換される部位の偏りが抑制され、耐久性の向上が図られる。
【００２９】
その上、イオン交換部全域を有効に利用することができるとともに、前記イオン交換部を長期間にわたって使用することが可能になる。従って、イオン交換部の耐久性の向上及びメンテナンス周期の延長が容易に遂行される。
【００３０】
また、水通路は、通路断面積が上流側から下流側に向かって連続的又は段階的に減少することが好ましい。これにより、負荷に応じて、主としてイオン交換される部位が変化するため、部分負荷運転から定格運転までの広域な運転範囲におけるイオン交換が可能になるとともに、イオン交換される部位の偏りが抑制され、耐久性の向上が図られる。
【００３１】
その上、イオン交換部全域を有効に利用することができるとともに、前記イオン交換部を長期間にわたって使用することが可能になる。このため、イオン交換部の耐久性の向上及びメンテナンス周期の延長が容易に遂行される。
【００３２】
さらに、水容器には、前記水容器内の水位が適正水位の上限であることを示すための上限水位と、前記水容器内の水位が適正水位の下限であることを示すための下限水位とが設けられるとともに、前記上限水位及び前記下限水位は、前記水容器内の最上位に配置される反転部内に設定されることが好ましい。
【００３３】
従って、部分負荷運転から定格運転に移行する際、すなわち、燃料電池システムの負荷増加時のように、多量の水が必要とされる場合においても、燃料電池モジュールに水を安定して供給することができる。これにより、改質器への水蒸気不足、電極への炭素付着（コーキング）及び燃料電池モジュールの発電出力の不安定化を有効に回避することが可能になる。
【００３４】
さらにまた、イオン交換部は、適正水位よりも下方に配置されることが好ましい。このため、イオン交換部は、常時、水に浸かった状態に維持されており、乾燥することを確実に阻止することができる。従って、イオン交換部の劣化を抑制することが可能になり、耐久性の向上が図られる。
【００３５】
また、水容器には、前記水容器内の水位を検知する水位検知器が設けられるとともに、前記水位検知器は、イオン交換部よりも上方に配置されることが好ましい。これにより、水位検知器は、イオン交換部の毛細管現象の影響を受けることがなく、水容器内の水位を正確に測定することができ、経済的な水位検知器を用いることが可能になる。
【００３６】
さらに、水容器には、前記水容器内の水位が適正水位を超過した際、過剰の水を前記水容器外に排出させる排水管が設けられるとともに、前記排水管は、前記水容器の上部に配置されることが好ましい。このため、適正水位を超過した水は、水容器の上流に逆流することがなく、燃料電池システムの安定化が図られる。
【００３７】
さらにまた、排水管は、水容器の最上流部に配置されることが好ましい。従って、適正水位を超過した水は、水容器の上流に逆流することがなく、燃料電池システムの安定化が図られるという上記の効果の他、特に水処理済みの水が排水されることを可及的に抑制することができ、イオン交換部を長期間にわたって良好に使用することが可能になる。これにより、イオン交換部の耐久性の向上及びメンテナンス周期の延長が容易に遂行される。
【００３８】
また、水通路には、水の流れ方向を上下方向に反転させる反転部が、偶数に設定されることが好ましい。このため、水通路は、反転部により縦方向に蛇行するとともに、水容器から下流の装置に対して、水が水頭圧により供給されるため、特に水供給装置では、前記水供給装置のエア噛みの発生を可及的に防止することができる。従って、水供給装置の性能低下の他、例えば、改質器へのエア混入、電極への炭素付着（コーキング）及び燃料電池モジュールの発電出力の不安定化を有効に回避することが可能になる。
【００３９】
しかも、水容器内のイオン交換部は、水供給装置よりも上流に配置されるため、前記水供給装置による高圧力（水圧）が前記イオン交換部に付与されることがない。これにより、イオン交換部の耐久性の向上が図られる。
【００４０】
さらに、水容器は、水通路の最下流の反転部の下流に排出口側水通路部を有するとともに、前記排出口側水通路部は、適正水位よりも下方に貯留される水量が、燃料電池システムを停止させる際に必要とされる水量以上になるように設定されることが好ましい。
【００４１】
このため、燃料電池システムを緊急停止させる場合においても、燃料電池モジュールに水を安定して供給することができ、例えば、改質器への水蒸気不足及び電極への炭素付着（コーキング）を有効に回避することが可能になる。
【００４２】
さらにまた、水通路には、水の流れ方向を左右方向に反転させる反転部が、複数に設定されることが好ましい。従って、水通路は、反転部により横方向に蛇行するとともに、水容器から下流の装置に対して、水が水頭圧により供給されるため、特に水供給装置では、前記水供給装置のエア噛みの発生を可及的に防止することができる。これにより、水供給装置の性能低下の他、例えば、改質器へのエア混入、電極への炭素付着（コーキング）及び燃料電池モジュールの発電出力の不安定化を有効に回避することが可能になる。
【００４３】
しかも、水容器内のイオン交換部は、水供給装置よりも上流に配置されるため、前記水供給装置による高圧力（水圧）が前記イオン交換部に付与されることがない。このため、イオン交換部の耐久性の向上が図られる。
【００４４】
また、燃料電池モジュールは、少なくとも電解質をアノード電極とカソード電極とで挟んで構成される電解質・電極接合体とセパレータとが積層される燃料電池を設け、複数の前記燃料電池が積層される燃料電池スタックと、酸化剤ガスを前記燃料電池スタックに供給する前に加熱する熱交換器と、炭化水素を主体とする原燃料と水蒸気との混合燃料を生成するために、水を蒸発させる蒸発器と、前記混合燃料を改質して改質ガスを生成する改質器とを備えることが好ましい。従って、特に水蒸気改質を行う燃料電池モジュールに最適に用いることができ、良好な効果が得られる。
【００４５】
さらに、燃料電池モジュールは、固体酸化物形燃料電池モジュールであることが好ましい。これにより、高温型燃料電池システムに最適に用いることが可能になり、良好な効果が得られる。
【発明の効果】
【００４６】
本発明によれば、水容器とイオン交換部とが一体化されるため、燃料電池システム全体を簡単且つコンパクトに構成することができる。しかも、水容器内にイオン交換部が収容されるため、前記水容器の材料が制限されることはなく、材料選択の自由度が向上する。
【００４７】
さらに、水通路は、イオン交換部と反転部とを有しており、前記反転部を介して前記イオン交換部を長尺化することが可能になる。従って、水とイオン交換部との接触時間が長くなり、前記イオン交換部による水処理機能の向上が容易に図られる。
【００４８】
しかも、イオン交換部内では、水の偏流を抑制することができ、前記イオン交換部全域を有効に利用することが可能になるとともに、前記イオン交換部を長期間にわたって有効に使用することができる。このため、イオン交換部の耐久性の向上及びメンテナンス周期の延長が容易に図られる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る燃料電池システムの概略構成説明図である。
【図２】前記燃料電池システムの回路図である。
【図３】前記燃料電池システムを構成する水容器の概略斜視説明図である。
【図４】前記水容器の断面側面図である。
【図５】アノード電極の雰囲気とスタック温度との関係説明図である。
【図６】前記燃料電池システムの運転停止時の制御マップである。
【図７】本発明の第２の実施形態に係る燃料電池システムを構成する水容器の概略斜視説明図である。
【図８】前記水容器の断面側面図である。
【図９】本発明の第３の実施形態に係る燃料電池システムを構成する水容器の概略斜視説明図である。
【図１０】前記水容器の断面側面図である。
【図１１】本発明の第４の実施形態に係る燃料電池システムを構成する水容器の概略斜視説明図である。
【図１２】前記水容器の断面側面図である。
【図１３】特許文献１のタンクの構造の説明図である。
【図１４】特許文献２の水処理装置の説明図である。
【図１５】特許文献３の燃料電池装置の説明図である。
【図１６】特許文献４の燃料電池装置の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００５０】
図１に概略的に示すように、本発明の第１の実施形態に係る燃料電池システム１０は、定置用の他、車載用等の種々の用途に用いられている。
【００５１】
燃料電池システム１０は、燃料ガス（水素ガス）と酸化剤ガス（空気）との電気化学反応により発電する燃料電池モジュール１２と、前記燃料電池モジュール１２に水を供給する水供給装置（水ポンプを含む）１４と、前記水供給装置１４に水を供給する水容器１６と、前記燃料電池モジュール１２から排出される排ガス中の水蒸気を凝縮し、凝縮された水を前記水容器１６に供給する凝縮器（例えば、熱交換器）１８とを備える（図１及び図２参照）。
【００５２】
図３及び図４に示すように、水容器１６は、筐形状のケーシング２０を備え、前記ケーシング２０には、凝縮器１８から水が供給される供給口２２と、前記水を水供給装置１４に送り出す排出口２４と、前記供給口２２から前記排出口２４に前記水を流通させる水通路２６とが設けられる。
【００５３】
水通路２６は、凝縮器１８から供給される水に含まれる不純物を除去するイオン交換部２８と、前記水の流れを反転させる第１反転部３０ａ及び第２反転部３０ｂとを有する。供給口２２は、ケーシング２０の上部一端側に設定されるとともに、排出口２４は、前記ケーシング２０の下部他端側に設定されており、前記供給口２２は、前記排出口２４よりも上方に設定される。
【００５４】
ケーシング２０内には、上下方向に延在して２枚の仕切り板３２ａ、３２ｂが設けられる。仕切り板３２ａの下部を切り欠いて、第１反転部３０ａが形成される一方、仕切り板３２ｂの上部を切り欠いて、第２反転部３０ｂが形成される。
【００５５】
水通路２６は、第１反転部３０ａの上流側である最上流域に、最大通路断面積に設定される供給口側水通路部３４ａを有する。第１反転部３０ａの下流側で且つ第２反転部３０ｂの上流側には、中間の通路断面積に設定される中間水通路部３４ｂが形成されるとともに、前記第２反転部３０ｂの下流側には、最小通路断面積に設定される排出口側水通路部３４ｃが形成される。供給口側水通路部３４ａ、中間水通路部３４ｂ及び排出口側水通路部３４ｃは、第１反転部３０ａ及び第２反転部３０ｂを挟んで、上流側から下流側に向かって通路断面積が段階的に減少する。
【００５６】
水通路２６は、水の流れ方向を上下方向に反転させる、すなわち、縦方向に蛇行するとともに、偶数個の反転部である第１反転部３０ａ及び第２反転部３０ｂを有する。イオン交換部２８は、例えば、粒状のイオン交換樹脂により構成されており、このイオン交換樹脂がケーシング２０内の所定の高さ位置まで、例えば、仕切り板３２ｂの上端位置まで充填される。
【００５７】
水容器１６には、この水容器１６内の水位が適正水位の上限であることを示すための上限水位（Ｈ）と、前記水容器１６内の水位が適正水位の下限であることを示すための下限水位（Ｌ）とが設けられる。上限水位（Ｈ）及び下限水位（Ｌ）は、水容器１６内の最上位に配置され、第２反転部３０ｂ内に設定される。イオン交換部２８は、適正水位の下限水位（Ｌ）よりも下方に配置される。
【００５８】
水容器１６には、下限水位（Ｌ）を検出するための第１水位センサ（水位検知器）３６ａと、上限水位（Ｈ）を検出するための第２水位センサ（水位検知器）３６ｂとが設けられる。排出口側水通路部３４ｃは、適正水位よりも下方、すなわち、下限水位（Ｌ）よりも下方に貯留される水量が、燃料電池システム１０を停止させる際に必要とされる水量以上になるように設定される。
【００５９】
ケーシング２０の上部には、このケーシング２０内の水位が適正水位を超過した際、過剰の水を前記ケーシング２０外に排出させる排水管３８が設けられる。排水管３８は、水容器１６の最上流部、すなわち、供給口側水通路部３４ａの上方に位置し且つ供給口２２に近接して配置される。
【００６０】
水容器１６に供給された水は、イオン交換部２８により不純物が除去されて純水が得られる。ここで、不純物とは、塵埃以外に、純水に含まれない物質、例えば、カルシウム、マグネシウム、シリカ、ナトリウム及びカリウム等の塩類、水溶性の電解質成分及び有機物を含む。また、純水とは、導電率が０．１μＳ／ｃｍ〜１．０μＳ／ｃｍの範囲をいい、第１の本実施形態では、例えば、０．２μＳ／ｃｍに設定される。
【００６１】
図１に示すように、水供給装置１４と燃料電池モジュール１２との間には、前記水供給装置１４の脈動を吸収し且つ前記燃料電池モジュール１２の圧力変動を吸収するために、調圧装置３９が配設される。水容器１６と水供給装置１４との間、又は、調圧装置３９と燃料電池モジュール１２との間には、図示しないが、導電率計及び流量計が配設される。
【００６２】
燃料電池システム１０は、より具体的には、図２に示すように、燃料電池モジュール１２と、前記燃料電池モジュール１２を昇温させる燃焼器（例えば、トーチヒータ）４０と、前記燃料電池モジュール１２に原燃料（例えば、都市ガス）を供給する燃料ガス供給装置（燃料ガスポンプを含む）４２と、前記燃料電池モジュール１２に前記酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給装置（エアポンプを含む）４４と、水供給装置１４と、水容器１６と、凝縮器１８と、前記燃料電池モジュール１２で発生した直流電力を要求仕様電力に変換する電力変換装置４６と、前記燃料電池モジュール１２の発電量を制御する制御装置４８とを備える。
【００６３】
燃料電池モジュール１２は、図示しないが、例えば、安定化ジルコニア等の酸化物イオン導電体で構成される固体電解質（固体酸化物）をアノード電極とカソード電極とで挟んで構成される電解質・電極接合体５２とセパレータ５４とが積層される固体酸化物形の燃料電池５６を設けるとともに、複数の前記燃料電池５６が鉛直方向に積層される固体酸化物形の燃料電池スタック５８を備える。
【００６４】
燃料電池スタック５８の積層方向上端側（又は下端側）には、酸化剤ガスを前記燃料電池スタック５８に供給する前に加熱する熱交換器６０と、改質原燃料と水蒸気との混合燃料を生成するために、水を蒸発させる蒸発器６２と、前記混合燃料を改質して改質ガスを生成する改質器６４とが配設される。
【００６５】
燃料電池スタック５８の積層方向下端側（又は上端側）には、前記燃料電池スタック５８を構成する燃料電池５６に積層方向（矢印Ａ方向）に沿って締め付け荷重を付与するための荷重付与機構６６が配設される。荷重付与機構６６の下方には、燃焼器４０が配設される。
【００６６】
改質器６４は、都市ガス（燃料ガス）中に含まれるエタン（Ｃ2Ｈ6）、プロパン（Ｃ3Ｈ8）及びブタン（Ｃ4Ｈ10）等の高級炭化水素（Ｃ2+）を、主としてメタン（ＣＨ4）を含む燃料ガスに水蒸気改質するための予備改質器であり、数百℃の作動温度に設定される。
【００６７】
燃料電池５６は、作動温度が数百℃と高温であり、電解質・電極接合体５２では、燃料ガス中のメタンが改質されて水素が得られ、この水素がアノード電極に供給される。
【００６８】
熱交換器６０は、燃料電池スタック５８から排出される使用済み反応ガス（以下、排ガス又は燃焼排ガスともいう）と、被加熱流体である空気とを、互いに対向流に流して熱交換を行う。熱交換後の排ガスは、排気管７０に排出される一方、熱交換後の空気は、酸化剤ガスとして燃料電池スタック５８に供給される。
【００６９】
蒸発器６２には、２重管が接続されるとともに、この２重管には、原燃料通路７２と水通路（水配管）７４とが形成される。蒸発器６２の出口は、改質器６４の入口に連結されるとともに、前記改質器６４の出口は、燃料電池スタック５８の燃料ガス供給連通孔（図示せず）に連通する。蒸発器６２に供給された排ガスを排出するために、主排気管７５が設けられる。
【００７０】
燃料ガス供給装置４２は、原燃料通路７２に接続される。酸化剤ガス供給装置４４は、空気供給管７６に接続されるとともに、前記空気供給管７６の途上に設けられた切換弁７８には、空気分岐通路８０が接続される。この空気分岐通路８０は、燃焼器４０に接続される。燃焼器４０は、例えば、トーチヒータを備えており、空気及び電流が供給される。
【００７１】
凝縮器１８には、排気管７０及び主排気管７５が接続されるとともに、前記排気管７０の前記凝縮器１８からの出口側には、改質器６４に供給される排ガスの流量を調整する流量調整弁８２が配置される。流量調整弁８２としては、開閉バルブや開度調整可能な可変絞りバルブ等が採用される。
【００７２】
凝縮器１８には、温水機構８４が接続される。この温水機構８４は、排気管７０及び／又は主排気管７５を介して供給される排ガスを熱媒体として、加熱する水（冷媒体）を循環させる水循環路８６を備える。この水循環路８６には、貯湯タンク８８及びポンプ９０が配設される。
【００７３】
燃料ガス供給装置４２、酸化剤ガス供給装置４４及び水供給装置１４は、制御装置４８により制御されるとともに、前記制御装置４８には、燃料ガスを検知する検知器９２が電気的に接続される。電力変換装置４６には、例えば、商用電源９４（又は、負荷や２次電池等）が接続される。
【００７４】
このように構成される燃料電池システム１０の動作について、以下に説明する。
【００７５】
図２に示すように、燃料ガス供給装置４２の駆動作用下に、原燃料通路７２には、例えば、都市ガス（ＣＨ4、Ｃ2Ｈ6、Ｃ3Ｈ8、Ｃ4Ｈ10を含む）等の原燃料が供給される。一方、水供給装置１４の駆動作用下に、水通路７４には、水が供給されるとともに、空気供給管７６には、酸化剤ガス供給装置４４を介して酸化剤ガスである、例えば、空気が供給される。
【００７６】
蒸発器６２では、原燃料通路７２を流れる原燃料に水蒸気が混在されて混合燃料が得られ、この混合燃料は、改質器６４の入口に供給される。混合燃料は、改質器６４内で水蒸気改質され、Ｃ2+の炭化水素が除去（改質）されてメタンを主成分とする改質ガスが得られる。この改質ガスは、改質器６４の出口から燃料電池スタック５８に導入される。このため、改質ガス中のメタンが改質されて水素ガスが得られ、この水素ガスを主成分とする燃料ガスは、アノード電極（図示せず）に供給される。
【００７７】
一方、空気供給管７６から熱交換器６０に供給される空気は、この熱交換器６０に沿って移動する際、後述する排ガスとの間で熱交換が行われ、所望の温度に予め加温されている。熱交換器６０で加温された空気は、燃料電池スタック５８に導入され、図示しないカソード電極に供給される。
【００７８】
従って、電解質・電極接合体５２では、燃料ガスと空気との電気化学反応により発電が行われる。各電解質・電極接合体５２の外周部に排出される高温（数百℃）の排ガスは、熱交換器６０を通って空気と熱交換を行い、この空気を所望の温度に加温して温度低下が惹起される。
【００７９】
この排ガスは、水通路７４を通過する水を蒸発させる。蒸発器６２を通過した排ガスは、主排気管７５を介して凝縮器１８に送られて水蒸気が凝縮される一方、排ガス成分が外部に排出される。なお、温水機構８４では、温水の需要が少ないときには、ポンプ９０を停止させる一方、この温水により凝縮器１８に供給される酸化剤ガスの加熱を行うこともできる。
【００８０】
凝縮器１８では、水蒸気が凝縮されることにより水が得られ、この水が前記凝縮器１８の下流に配置される水容器１６に導入される。水容器１６内には、イオン交換部２８が設けられており、前記水容器１６に導入された水に含まれる不純物が前記イオン交換部２８で除去される。
【００８１】
さらに、水容器１６の下流に配置されている水供給装置１４が駆動されることにより、水容器１６内に貯留されている水は、調圧装置３９に導入される。調圧された水は、水通路７４を介して燃料電池モジュール１２に供給される。
【００８２】
この場合、第１の実施形態では、図３及び図４に示すように、水容器１６は、凝縮器１８から水が供給される供給口２２と、前記水を水供給装置１４に送り出す排出口２４と、前記供給口２２から前記排出口２４に前記水を流通させる水通路２６とを設けている。この水通路２６は、凝縮器１８から供給される水に含まれる不純物を除去するイオン交換部２８と、前記水の流れ方向を上下方向に反転させる第１反転部３０ａ及び第２反転部３０ｂとを有している。
【００８３】
このため、水容器１６とイオン交換部２８とが、一体化されており、燃料電池システム１０全体を簡単且つコンパクトに構成することができる。しかも、水容器１６内にイオン交換部２８が収容されるため、前記水容器１６、すなわち、ケーシング２０の材料が制限されることがなく、材料選択の自由度が向上する。
【００８４】
さらに、水通路２６は、イオン交換部２８と第１反転部３０ａ及び第２反転部３０ｂとを有しており、水容器１６内で前記イオン交換部２８を長尺化することが可能になる。従って、水とイオン交換部２８との接触時間が長くなり、前記イオン交換部２８による水処理機能の向上が容易に図られる。
【００８５】
しかも、イオン交換部２８内では、水の偏流を抑制することができ、前記イオン交換部２８全域を有効に利用することが可能になるとともに、前記イオン交換部２８を、長期間にわたって有効に使用することができる。このため、イオン交換部２８の耐久性の向上及びメンテナンス周期の延長が容易に図られる。
【００８６】
また、ケーシング２０の上部には、供給口２２が設けられる一方、前記ケーシング２０の下部には、排出口２４が設けられており、前記供給口２２は、前記排出口２４よりも上方に設定されている。従って、水容器１６から下流の装置である水供給装置１４に対して、水が水頭圧により供給されている。これにより、特に、水供給装置１４では、前記水供給装置１４のエア噛みの発生を可及的に阻止することができる。このため、水供給装置１４の性能低下の他、改質器６４へのエア混入、電極への炭素付着（コーキング）及び燃料電池モジュール１２の発電出力の不安定化を有効に回避することが可能になる。
【００８７】
しかも、水容器１６内のイオン交換部２８は、水供給装置１４よりも上流に配置されている。従って、水供給装置１４による高圧力（水圧）が、イオン交換部２８に付与されることがなく、前記イオン交換部２８の耐久性の向上が図られる。
【００８８】
さらに、水通路２６は、流れ方向に沿って供給口側水通路部３４ａ、中間水通路部３４ｂ及び排出口側水通路部３４ｃを有するとともに、前記供給口側水通路部３４ａ、前記中間水通路部３４ｂ及び前記排出口側水通路部３４ｃの順に、それぞれの通路断面積が小さくなるように設定されている。従って、負荷に応じて、主としてイオン交換される部位が変化している。
【００８９】
これにより、部分負荷運転から定格運転までの広域な運転範囲におけるイオン交換が可能になるとともに、イオン交換される部位の偏りが抑制され、前記イオン交換部２８の耐久性の向上が図られる。
【００９０】
その上、イオン交換部２８全域を有効に利用することができるとともに、前記イオン交換部２８を長期間にわたって使用することが可能になる。これにより、イオン交換部２８の耐久性の向上及びメンテナンス周期の延長が容易に遂行される。
【００９１】
さらにまた、水通路２６は、第１反転部３０ａを挟んで、下流側である中間水通路部３４ｂの通路断面積が、上流側である供給口側水通路部３４ａの流路断面積よりも小さく設定されている。一方、第２反転部３０ｂを挟んで下流側である排出口側水通路部３４ｃの通路断面積が、上流側である中間水通路部３４ｂの流路断面積よりも小さく設定されている。その際、供給口側水通路部３４ａ、中間水通路部３４ｂ及び排出口側水通路部３４ｃは、上流側から下流側に向かってそれぞれの通路断面積が、段階的に減少している。
【００９２】
このため、負荷に応じて、主としてイオン交換される部位が変化し、部分負荷運転から定格運転までの広域な運転範囲におけるイオン交換が可能になるとともに、イオン交換される部位の偏りが抑制され、前記イオン交換部２８の耐久性の向上が図られる。
【００９３】
その上、イオン交換部２８全域を有効に利用することができるとともに、前記イオン交換部２８を長期間にわたって使用することが可能になる。従って、イオン交換部２８の耐久性の向上及びメンテナンス周期の延長が容易に遂行される。
【００９４】
さらに、水容器１６には、前記水容器１６内の水位が適正水位の上限であることを示すための上限水位（Ｈ）と、前記水容器１６内の水位が適正水位の下限であることを示すための下限水位（Ｌ）とが設けられるとともに、前記上限水位（Ｈ）及び前記下限水位（Ｌ）は、前記水容器１６内の最上位に配置される第２反転部３０ｂ内に設定されている。
【００９５】
従って、部分負荷運転から定格運転に移行する場合、すなわち、燃料電池システム１０の負荷増加時のように、多量の水が必要とされる場合においても、燃料電池モジュール１２に水を安定して供給することができる。これにより、改質器６４への水蒸気不足、電極への炭素付着（コーキング）及び燃料電池モジュール１２の発電出力の不安定化を有効に回避することが可能になる。
【００９６】
さらにまた、イオン交換部２８は、適正水位よりも下方に、すなわち、下限水位（Ｌ）よりも下方に配置されている。このため、イオン交換部２８は、常時、水に浸かった状態に維持されており、乾燥することを確実に阻止することができる。従って、イオン交換部２８を構成するイオン交換樹脂の劣化を抑制することが可能になり、耐久性の向上が図られる。
【００９７】
また、水容器１６には、この水容器１６内の水位を検出する水位検知器として、第１水位センサ３６ａ及び第２水位センサ３６ｂが設けられるとともに、前記第１水位センサ３６ａ及び前記第２水位センサ３６ｂは、イオン交換部２８よりも上方に配置されている。
【００９８】
これにより、特に、下限水位（Ｌ）を検出する第１水位センサ３６ａは、イオン交換部２８の毛細管現象の影響を受けることがなく、水容器１６内の水位を正確に測定することができる。このため、第１水位センサ３６ａ（及び第２水位センサ３６ｂ）は、経済的な、すなわち、低コストな水位検知器を用いることが可能になる。
【００９９】
さらに、水容器１６には、前記水容器１６内の水位が適正水位を超過した際、過剰の水を前記水容器１６内に排出させる排水管３８が設けられるとともに、前記排水管３８は、前記水容器１６の上部に配置されている。このため、適正水位を超過した水は、水容器１６の上流、すなわち、供給口２２に逆流することがなく、燃料電池システム１０の安定化が図られる。
【０１００】
さらにまた、排水管３８は、水容器１６の最上流部、すなわち、供給口側水通路部３４ａの上方に配置されている。従って、適正水位を超過した水は、水容器１６の上流、すなわち、供給口２２に逆流することがなく、燃料電池システム１０の安定化が図られるという上記の効果の他、特に、水処理済みの水が排水管３８から外部に排水されることを可及的に抑制することができ、イオン交換部２８を長期間にわたって良好に使用することが可能になる。これにより、イオン交換部２８の耐久性の向上及びメンテナンス周期の延長が容易に遂行される。
【０１０１】
また、水通路２６は、偶数の反転部、例えば、第１反転部３０ａ及び第２反転部３０ｂを有し、水の流れ方向を上下方向に反転させている。すなわち、縦方向に蛇行する流路を構成している。このため、水通路２６は、水容器１６から下流の装置である水供給装置１４に対して、水が水頭圧により供給される。
【０１０２】
従って、水供給装置１４では、前記水供給装置１４のエア噛みの発生を可及的に防止することができる。これにより、水供給装置１４の性能低下の他、改質器６４へのエア混入、電極への炭素付着（コーキング）及び燃料電池モジュール１２の発電出力の不安定化を有効に回避することが可能になる。しかも、水容器１６内のイオン交換部２８は、水供給装置１４よりも上流に配置されるため、前記水供給装置１４による高圧力（水圧）が前記イオン交換部２８に付与されることがない。これにより、イオン交換部２８の耐久性の向上が図られる。
【０１０３】
さらに、水容器１６内の排出口側水通路部３４ｃは、適正水位よりも下方に貯留される水量が、燃料電池システム１０を停止させる際に必要とされる水量以上になるように設定されている。このため、燃料電池システム１０を緊急停止させる場合においても、燃料電池モジュール１２に水を安定して供給することができ、改質器６４への水蒸気不足及び電極への炭素付着（コーキング）を有効に回避することが可能になる。
【０１０４】
具体的には、燃料電池システム１０を構成する燃料電池スタック５８の温度（以下、スタック温度ともいう）と、アノード電極の雰囲気とは、図５に示す関係を有している。すなわち、アノード電極が酸素雰囲気（図５中、なし参照）に曝された状態で、スタック温度がｔ２℃（例えば、３００℃）を越えると、前記アノード電極が酸化され易くなる。さらに、アノード電極が水蒸気雰囲気に曝された状態で、スタック温度がｔ３℃（例えば、３５０℃）を越えると、前記アノード電極に水蒸気酸化が発生し易い。
【０１０５】
また、アノード電極が原燃料雰囲気に曝されていると、スタック温度がｔ５℃（例えば、５００℃）を越える際に、コーキングが発生するおそれがある。一方、アノード電極が原燃料と水蒸気との混合燃料に曝されている場合、スタック温度がｔ２℃以下になると、蒸発器６２が不安定になって、Ｓ／Ｃ（モル比）が低くなる。これにより、コーキングが発生するとともに、電解質・電極接合体５２に結露が惹起し、前記電解質・電極接合体５２が劣化するおそれがある。
【０１０６】
そこで、燃料電池システム１０が停止する際、原燃料の供給量を減少させてＳ／Ｃ＝４以上に設定する（図６中、温度ｔ４℃参照）。そして、スタック温度がｔ２℃以下であると、水供給装置１４からの水の供給が停止され、原燃料のみが供給される。
【０１０７】
さらに、原燃料のみによる短時間パージが温度ｔ１℃まで（又は、一定の時間だけ、一瞬でも可）行われ、燃料ライン内に残存する水分が外部に排出される。その後、アノード電極側には、水や原燃料の供給が行われず、スタック温度が常温まで降温することにより、燃料電池システム１０の停止処理が終了する。
【０１０８】
従って、第１の実施形態では、この種の停止処理に使用される水量以上の水が、水容器１６の排出口側水通路部３４ｃに確保されているため、燃料電池システム１０を安定して停止させることが可能になる。
【０１０９】
さらに、燃料電池モジュール１２は、燃料電池スタック５８と、熱交換器６０と、蒸発器６２と、改質器６４とを備えている。このため、特に、水蒸気改質を行う燃料電池モジュール１２に最適に用いることが可能になり、良好な効果が得られる。
【０１１０】
さらにまた、燃料電池モジュール１２では、高温型燃料電池システム、例えば、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）モジュールにより構成されることにより、良好な効果が得られている。その上、固体酸化物形燃料電池モジュールに代えて、他の高温型燃料電池モジュールや中温型燃料電池モジュールにも、好適に用いることができる。例えば、溶融炭酸塩形燃料電池（ＭＣＦＣ）、リン酸形燃料電池（ＰＡＦＣ）及び水素分離膜形燃料電池（ＨＭＦＣ）等が良好に採用可能である。
【０１１１】
図７は、本発明の第２の実施形態に係る燃料電池システムを構成する水容器１００の概略斜視説明図であり、図８は、前記水容器１００の断面側面図である。
【０１１２】
なお、第１の実施形態に係る燃料電池システム１０を構成する水容器１６と同一の構成要素には同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。また、以下に説明する第３の実施形態以降においても同様に、その詳細な説明は省略する。
【０１１３】
水容器１００は、正面視略台形状のケーシング１０２を備え、前記ケーシング１０２の長辺側である上部一端縁部には、供給口２２と排水管３８とが設けられる一方、前記ケーシング１０２の短辺側である下部他端縁部には、排出口２４が設けられている。
【０１１４】
ケーシング１０２には、供給口２２から排出口２４に水を流通させる水通路１０４が設けられ、前記水通路１０４は、イオン交換部２８と第１反転部１０６ａ及び第２反転部１０６ｂとを有する。
【０１１５】
ケーシング１０２内には、仕切り板１０８ａ、１０８ｂがそれぞれ上下方向に対して所定の方向に傾斜して設けられる。仕切り板１０８ａの下部を切り欠いて第１反転部１０６ａが形成されるとともに、仕切り板１０８ｂの上部を切り欠いて第２反転部１０６ｂが形成される。
【０１１６】
ケーシング１０２内には、仕切り板１０８ａ、１０８ｂによって、最大通路断面積に設定される供給口側水通路部１１０ａ、中間通路断面積に設定される中間水通路部１１０ｂ及び最小通路断面積に設定される排出口側水通路部１１０ｃが形成される。水通路１０４は、供給口側水通路部１１０ａ、中間水通路部１１０ｂ及び排出口側水通路部１１０ｃの通路断面積が、上流側から下流側に向かって連続的に減少する。排出口側水通路部１１０ｃは、適正水位よりも下方に、すなわち、下限水位（Ｌ）よりも下方に貯留される水量が、燃料電池システムを停止させる際に必要とされる水量以上に設定される。
【０１１７】
このように構成される第２の実施形態では、水容器１００が供給口２２から排出口２４に水を流通させる水通路１０４を設けるとともに、前記水通路１０４は、偶数、例えば２つの反転部である第１反転部１０６ａ及び第２反転部１０６ｂを有している。そして、例えば、水通路１０４は、上流側から下流側に連続的に通路断面積が減少する供給口側水通路部１１０ａ、中間水通路部１１０ｂ及び排出口側水通路部１１０ｃを設けている。これにより、第２の実施形態は、上記の第１の実施形態と同様の効果が得られる。
【０１１８】
図９は、本発明の第３の実施形態に係る燃料電池システムを構成する水容器１２０の概略斜視説明図であり、図１０は、前記水容器１２０の断面側面図である。
【０１１９】
水容器１２０は、筐形状のケーシング１２２を備え、このケーシング１２２の上部一端縁部には、供給口２２と排水管３８とが設けられる一方、前記ケーシング１２２の下部他端縁部には、排出口２４が設けられる。
【０１２０】
ケーシング１２２内には、供給口２２から排出口２４に水を流通させる水通路１２４が設けられるとともに、前記水通路１２４は、イオン交換部２８と第１反転部１２６ａ及び第２反転部１２６ｂとを有する。
【０１２１】
ケーシング１２２内には、両側部から互いに水平方向に突出して仕切り板１２８ａ、１２８ｂが設けられる。仕切り板１２８ａの端部を切り欠いて第１反転部１２６ａが形成される一方、仕切り板１２８ｂの端部を切り欠いて第２反転部１２６ｂが形成される。
【０１２２】
水通路１２４は、水の流れ方向を左右方向に反転させ、すなわち、横方向に蛇行させて上下方向に向かう流路を構成する。ケーシング１２２内には、仕切り板１２８ａ、１２８ｂを介して供給口側水通路部１３０ａと排出口側水通路部１３０ｂとが上下に設けられるとともに、下流側の前記排出口側水通路部１３０ｂの通路断面積は、上流側の前記供給口側水通路部１３０ａの通路断面積よりも小さく設定される。水通路１２４は、通路断面積が上流側から下流側に向かって段階的に減少する。
【０１２３】
このように構成される第３の実施形態では、水容器１２０が、横方向に蛇行する水通路１２４を有するとともに、前記水通路１２４には、イオン交換部２８が、常に水に浸かった状態で収容されており、上記の第１及び第２の実施形態と同様の効果が得られる。
【０１２４】
なお、第３の実施形態では、水通路１２４が左右方向に蛇行するため、折り返しの数は、偶数に限定されるものではなく、奇数に設定することも可能である。また、排出口側水通路部１３０ｂの水容量は、燃料電池システムを停止させる際に必要とされる水量以下で設定してもよい。すなわち、供給口側水通路部１３０ａに貯留されている水は、自重によって下流の装置である水供給装置１４に供給可能である。
【０１２５】
図１１は、本発明の第４の実施形態に係る燃料電池システムを構成する水容器１４０の概略斜視説明図であり、図１２は、前記水容器１４０の断面側面図である。
【０１２６】
水容器１４０は、正面視略台形状のケーシング１４２を備え、このケーシング１４２の長辺側である上部一端縁部には、供給口２２と排水管３８とが設けられ、前記ケーシング１４２の短辺側である下部他端縁部には、排出口２４が設けられる。
【０１２７】
ケーシング１４２内には、供給口２２と排出口２４とを連通し、左右方向に反転する、すなわち、横方向に蛇行する水通路１４４が形成される。具体的には、ケーシング１４２の互いに傾斜する側面に、仕切り板１４６ａ、１４６ｂが形成される。仕切り板１４６ａの端部を切り欠いて第１反転部１４８ａが形成される一方、仕切り板１４６ｂの端部を切り欠いて第２反転部１４８ｂが形成される。
【０１２８】
ケーシング１４２内には、仕切り板１４６ａ、１４６ｂを介して、供給口側水通路部１５０ａと排出口側水通路部１５０ｂとが形成されるとともに、下流側の前記排出口側水通路部１５０ｂの通路断面積は、上流側の前記供給口側水通路部１５０ａの通路断面積よりも小さく設定される。水通路１４４は、通路断面積が上流側から下流側に向かって連続的に減少する。
【０１２９】
このように構成される第４の実施形態では、ケーシング１４２内の水通路１４４が横方向に蛇行する流路形状を有しており、上記の第１〜第３の実施形態と同様の効果が得られる。
【符号の説明】
【０１３０】
１０…燃料電池システム              １２…燃料電池モジュール
１４…水供給装置                    １６、１００、１２０、１４０…水容器
１８…凝縮器
２０、１０２、１２２、１４２…ケーシング
２２…供給口                        ２４…排出口
２６、１０４、１２４、１４４…水通路
２８…イオン交換部
３０ａ、３０ｂ、１０６ａ、１０６ｂ、１２６ａ、１２６ｂ、１４８ａ、１４８ｂ…反転部
３２ａ、３２ｂ、１０８ａ、１０８ｂ、１２８ａ、１２８ｂ、１４６ａ、１４６ｂ…仕切り板
３４ａ、１１０ａ、１３０ａ、１５０ａ…供給口側水通路部
３４ｂ、１１０ｂ…中間水通路部
３４ｃ、１１０ｃ、１３０ｂ、１５０ｂ…排出口側水通路部
３６ａ、３６ｂ…水位センサ          ３８…排水管
４０…燃焼器                        ４２…燃料ガス供給装置
４４…酸化剤ガス供給装置            ４６…電力変換装置
４８…制御装置                      ５２…電解質・電極接合体
５４…セパレータ                    ５６…燃料電池
５８…燃料電池スタック              ６０…熱交換器
６２…蒸発器                        ６４…改質器
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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