(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料ガスおよび改質水を用いて水素含有ガスを生成する改質器と、
水蒸気を含むガスが冷却されて発生する凝縮水が流通する凝縮水経路と、
循環水が循環する循環水経路と、
前記循環水経路に設けられ、前記循環水を脱イオン化するイオン交換樹脂フィルタと、
前記凝縮水経路に設けられた第１貯留部と前記循環水経路に設けられた第２貯留部とを備える貯留タンクと、
前記循環水経路の分岐部から分岐し、前記循環水を改質水として前記改質器へ供給するための改質水経路と、
を備え、
前記第１貯留部は、前記凝縮水が流入する第１流入口と前記凝縮水が外部へオーバーフローする第１流出口とを備え、
前記第２貯留部は、前記循環水が流入する第２流入口と前記循環水が流出する第２流出口とを備え、
前記凝縮水経路は、前記第１貯留部と前記第２貯留部のうち前記第１貯留部とのみ接続し、
前記第１貯留部および前記第２貯留部同士は、前記第１流出口より下方に設けられた第１連通部を介して連通しており、前記第１貯留部の内部空間と前記第２貯留部の内部空間とが同一圧力に保たれている水素生成装置。
【請求項２】
前記第２貯留部の循環水は、外部へオーバーフローせずに前記循環水経路を流通している、請求項１に記載の水素生成装置。
【請求項３】
前記第２流入口および前記第２流出口はいずれも、前記凝縮水経路とは接続されずに、前記循環水経路に接続されている、請求項１または２に記載の水素生成装置。
【請求項４】
前記循環水経路に設けられた第１ポンプと、
前記改質水経路に設けられた第２ポンプと、
を備える、請求項１から３のいずれかに記載の水素生成装置。
【請求項５】
前記分岐部は、前記循環水の流れ方向に対して、前記イオン交換樹脂フィルタの下流、かつ前記第２貯留部の上流の前記循環水経路に設けられている、請求項１から３のいずれかに記載の水素生成装置。
【請求項６】
前記第１貯留部および前記第２貯留部同士は、前記第１流出口より上方に設けられた第２連通部を介して連通している、請求項１から５のいずれかに記載の水素生成装置。
【請求項７】
前記第１貯留部および前記第２貯留部のそれぞれの内部空間は、大気に開放されている請求項１から５のいずれかに記載の水素生成装置。
【請求項８】
前記貯留タンクは、前記貯留タンク内を前記第１貯留部と前記第２貯留部とに仕切る隔壁を備え、
前記第１連通部は、前記隔壁に設けられた孔で構成されている請求項１から７のいずれかに記載の水素生成装置。
【請求項９】
前記貯留タンクは、前記貯留タンク内を前記第１貯留部と前記第２貯留部とに仕切る隔壁を備え、
前記第１連通部は、前記隔壁に設けられた逆止弁を備え、前記逆止弁は、前記第２貯留部から前記第１貯留部に向かう水の流れを遮断する、請求項１から７のいずれかに記載の水素生成装置。
【請求項１０】
原料ガスおよび改質水を用いて水素含有ガスを生成する改質器と、
前記水素含有ガスおよび酸化剤ガスを用いて発電する燃料電池と、
前記燃料電池から排出された排ガスが流通する排ガス経路と、
前記排ガスが冷却されて発生する凝縮水が流通する凝縮水経路と、
循環水が循環する循環水経路と、
前記循環水経路に設けられ、前記循環水を脱イオン化するイオン交換樹脂フィルタと、
前記凝縮水経路に設けられた第１貯留部と前記循環水経路に設けられた第２貯留部とを備える貯留タンクと、
前記循環水経路の分岐部から分岐し、前記循環水を改質水として前記改質器へ供給するための改質水経路と、
を備え、
前記第１貯留部は、前記凝縮水が流入する第１流入口と前記凝縮水が外部へオーバーフローする第１流出口とを備え、
前記第２貯留部は、前記循環水が流入する第２流入口と前記循環水が流出する第２流出口とを備え、
前記凝縮水経路は、前記第１貯留部と前記第２貯留部のうち前記第１貯留部とのみ接続し、
前記第１貯留部および前記第２貯留部同士は、前記第１流出口より下方に設けられた第１連通部を介して連通しており、前記第１貯留部の内部空間と前記第２貯留部の内部空間とが同一圧力に保たれている、
燃料電池システム。
【請求項１１】
前記循環水経路に設けられ、前記循環水を加熱する加熱器および前記循環水を冷却する冷却器を備える請求項１０に記載の燃料電池システム。
【請求項１２】
前記加熱器は、前記燃料電池のセルスタックである請求項１１に記載の燃料電池システム。
【請求項１３】
前記加熱器は、前記循環水と前記排ガスとが熱交換する第１熱交換器である請求項１１に記載の燃料電池システム。
【請求項１４】
前記冷却器は、前記貯湯タンクに貯留する貯湯水と前記循環水とが熱交換する第２熱交換器を備える請求項１２または１３に記載の燃料電池システム。
【請求項１５】
前記循環水経路の循環水は、前記第２貯留部、前記冷却器、前記イオン交換樹脂フィルタ、前記分岐部および前記加熱器をこの順に流通している請求項１１から１４のいずれかに記載の燃料電池システム。
【請求項１６】
原料ガスおよび改質水を用いて水素含有ガスを生成する改質器と、
前記水素含有ガスおよび酸化剤ガスを用いて発電する固体酸化物形燃料電池と、
前記固体酸化物形燃料電池から排出された排ガスが流通する排ガス経路と、
前記排ガスが冷却されて発生する凝縮水が流通する凝縮水経路と、
循環水が循環する循環水経路と、
前記排ガス経路および前記循環水経路に設けられ、前記排ガスと前記循環水とが熱交換する第１熱交換器と、
前記循環水経路に設けられ、前記循環水を脱イオン化するイオン交換樹脂フィルタと、
前記循環水経路に設けられ、前記循環水と貯湯水とが熱交換する第２熱交換器と、
前記凝縮水経路に設けられた第１貯留部と前記循環水経路に設けられた第２貯留部とを備える貯留タンクと
前記循環水経路の分岐部から分岐し、前記循環水を改質水として前記改質器へ供給するための改質水経路と、
を備え、
前記第１貯留部は、前記凝縮水が流入する第１流入口と前記凝縮水が外部へオーバーフローする第１流出口とを備え、
前記第２貯留部は、前記循環水が流入する第２流入口と前記循環水が流出する第２流出口とを備え、
前記第１貯留部および前記第２貯留部同士は、前記第１流出口より下方に設けられた第１連通部を介して連通しており、前記第１貯留部および前記第２貯留部のそれぞれの内部空間が同一圧力に保たれている燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は水素生成装置および燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
水素生成装置および燃料電池システムは、改質水の供給、冷却水の供給、凝縮水の回収などが行われる水処理系を備えることがある。例えば、高分子電解質形燃料電池システムは、燃料電池を冷却する冷却水の処理系と、水蒸気を含むガスが冷却されて発生する凝縮水を、改質器の改質水として再利用する凝縮水の処理系と、を備えている。なお、燃料電池システムは、凝縮水を回収して改質水として再利用することで、外部からの水供給を受けずに水蒸気改質に必要な水蒸気を生成する水自立運転を行い得る。
【０００３】
例えば、特許文献１では、回収した凝縮水を処理する回収水処理部を備え、回収水処理部で処理された改質水を改質器で再利用する燃料電池システムが提案されている。
【０００４】
具体的には、回収水処理部は、ＣＯ２濃度が高い回収水が流入する第一水タンク部と、ＣＯ２濃度が低い回収水が流入する第二水タンク部と、第二水タンク部に回収された水を、銀イオンを含有する抗菌剤で殺菌処理する部分と、殺菌の処理が行われた水をイオン交換樹脂フィルタで脱イオン化する部分とを備える。そして、回収水処理部で処理された水が改質器へ供給されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−１９９０１９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、特許文献１では、燃料電池システムの水処理系の小型化および簡素化について十分検討されていない。また、特許文献１では、燃料電池システムの水処理系の低コスト化についても十分検討されていない。
【０００７】
本開示の一態様（aspect）は、このような事情を鑑みてなされたものであり、水処理系を従来よりも小型かつ簡素に構成し得る水素生成装置および燃料電池システムを提供する。また、水処理系のコストを従来よりも低減し得る水素生成装置および燃料電池システムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本開示の一態様の水素生成装置は、原料ガスおよび改質水を用いて水素含有ガスを生成する改質器と、水蒸気を含むガスが冷却されて発生する凝縮水が流通する凝縮水経路と、循環水が循環する循環水経路と、前記循環水経路に設けられ、前記循環水を脱イオン化するイオン交換樹脂フィルタと、前記凝縮水経路に設けられた第１貯留部と前記循環水経路に設けられた第２貯留部とを備える貯留タンクと、前記循環水経路の分岐部から分岐し、前記循環水を改質水として前記改質器へ供給するための改質水経路と、を備え、前記第１貯留部は、前記凝縮水が流入する第１流入口と前記凝縮水が外部へオーバーフローする第１流出口とを備え、前記第２貯留部は、前記循環水が流入する第２流入口と前記循環水が流出する第２流出口とを備え、前記凝縮水経路は、前記第１貯留部と前記第２貯留部のうち前記第１貯留部とのみ接続し、前記第１貯留部および前記第２貯留部同士は、前記第１流出口より下方に設けられた第１連通部を介して連通しており、前記第１貯留部の内部空間と前記第２貯留部の内部空間とが同一圧力に保たれている。
【０００９】
また、本開示の一態様の燃料電池システムは、上記の一態様の水素生成装置と、前記水素含有ガスおよび酸化剤ガスを用いて発電する燃料電池と、前記燃料電池から排出された排ガスが流通する排ガス経路と、を備え、前記凝縮水経路は、前記排ガスが冷却して発生した凝縮水が流通している。
【発明の効果】
【００１０】
本開示の一態様の水素生成装置および燃料電池システムは、水処理系を従来よりも小型かつ簡素に構成し得る。また、本開示の一態様の水素生成装置および燃料電池システムは、水処理系のコストを従来よりも低減し得る。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、第１実施形態の水素生成装置の一例を示す図である。
【図２】図２は、図１の分岐部の説明に用いる図である。
【図３】図３は、第１実施形態の第１実施例の水素生成装置の一例を示す図である。
【図４】図４は、第１実施形態の第２実施例の水素生成装置の一例を示す図である。
【図５】図５は、第１実施形態の第３実施例の水素生成装置における貯留タンクの一例を示す図である。
【図６】図６は、第１実施形態の第４実施例の水素生成装置における貯留タンクの一例を示す図である。
【図７】図７は、第２実施形態の燃料電池システムの一例を示す図である。
【図８】図８は、第２実施形態の第１実施例の燃料電池システムの一例を示す図である。
【図９】図９は、第２実施形態の第２実施例の燃料電池システムの一例を示す図である。
【図１０】図１０は、第２実施形態の第２実施例の燃料電池システムの一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
発明者らは、特許文献１の燃料電池システムにおける水処理系の問題点について鋭意検討し、以下の知見を得た。
【００１３】
特許文献１の燃料電池システムは、水処理系のタンクとして第一水タンクおよび第二水タンクを備え、第一水タンク部に脱気機構が設けられている。従って、水処理系の部品点数が増える。これにより、水処理系のシステム全体が大型化および複雑化する可能性がある。また、水処理系のコストが嵩む可能性がある。
【００１４】
また、特許文献１の燃料電池システムでは、第一水タンクと第二水タンクとの間の圧力差の影響が十分に検討されていない。このため、高温の水蒸気改質反応に由来する塩素、カルシウム、硫酸、アンモニアなどの燃料電池のセルスタックの触媒および改質触媒を被毒する成分を含む第一水タンクの水、細菌などを含む第一水タンクの水が、第二水タンクへ必要量以上、供給される可能性がある。触媒を被毒する成分を含む水は燃料電池システムの劣化を促進し、また、細菌などを含む水はシステムの配管の詰まりの原因となるため、回収水処理部において回収水を十分に処理する必要がある。すると、回収水処理部での抗菌剤の使用量、イオン交換樹脂の濾材量が多量となるので、水処理系のシステム全体が大型化する可能性がある。また、水処理系のコストが嵩む可能性がある。
【００１５】
このように、発明者らは、従来例では、水処理系の小型化、簡素化および低コスト化については未だ改善の余地があることを見出し、以下の本開示の一態様に到達した。
【００１６】
すなわち、本開示の第１の態様の水素生成装置は、原料ガスおよび改質水を用いて水素含有ガスを生成する改質器と、水蒸気を含むガスが冷却されて発生する凝縮水が流通する凝縮水経路と、循環水が循環する循環水経路と、循環水経路に設けられ、循環水を脱イオン化するイオン交換樹脂フィルタと、凝縮水経路に設けられた第１貯留部と循環水経路に設けられた第２貯留部とを備える貯留タンクと、循環水経路の分岐部から分岐し、循環水を改質水として改質器へ供給するための改質水経路と、を備え、第１貯留部は、凝縮水が流入する第１流入口と凝縮水が外部へオーバーフローする第１流出口とを備え、第２貯留部は、循環水が流入する第２流入口と循環水が流出する第２流出口とを備え、前記凝縮水経路は、前記第１貯留部と前記第２貯留部のうち前記第１貯留部とのみ接続し、第１貯留部および第２貯留部同士は、第１流出口より下方に設けられた第１連通部を介して連通しており、第１貯留部および第２貯留部のそれぞれの内部空間が同一圧力に保たれている。
【００１７】
かかる構成によると、本態様の水素生成装置は、水処理系を従来よりも小型かつ簡素に構成し得る。また、本態様の水素生成装置は、水処理系のコストを従来よりも低減できる。
【００１８】
具体的には、単一の貯留タンクの内部が第１貯留部と第２貯留部とに分けられている。第１貯留部には凝縮水が流入し、第２貯留部には循環水が流入するように構成されている。そして、第１貯留部は、凝縮水の外部へのオーバーフローが行われる第１流出口を介して大気に開放されているので、特許文献１に記載のような脱気機構を用いずに、第１貯留部に貯留する凝縮水の脱気を行い得る。
【００１９】
また、第１貯留部の内部空間と第２貯留部の内部空間とが同一圧力に保たれるので、凝縮水経路と循環水経路との間に生じる圧力差によって、第１貯留部および第２貯留部の水位が影響されない。つまり、本態様の水素生成装置では、第２貯留部の水が不足する場合に限り、不足した水量に相当する量の第１貯留部の凝縮水が、第１連通部を通じて第２貯留部へ流入する。
【００２０】
ここで、高温（例えば、６００℃−８００℃程度）の水蒸気改質が行われた後の水蒸気を含むガスが冷却されて発生する凝縮水は、塩素、カルシウム、硫酸、アンモニアなどの改質触媒を被毒する成分を含む可能性がある。一方、循環水経路を循環する循環水は化学反応を起こさないので、かかる触媒被毒成分を含む可能性は低い。
【００２１】
以上の理由により、塩素、カルシウム、硫酸、アンモニアなどの改質触媒を被毒する成分を含む凝縮水が、必要量以上、浄化された循環水に混入することが抑制される。
【００２２】
このようにして、本態様の水素生成装置では、循環水経路に設けられるイオン交換樹脂の濾材量を従来よりも少なくできる。
【００２３】
また、本開示の第２の態様の水素生成装置は、第１の態様の水素生成装置において、第２貯留部の循環水は、外部へオーバーフローせずに循環水経路を流通している。
【００２４】
かかる構成によると、貯留タンクの水量が多い場合には、凝縮水のみを排水できる。つまり、イオン交換樹脂フィルタで浄化される循環水が無駄に排水されない。従って、イオン交換樹脂の濾材量を、循環水を外部へオーバーフローで排水させる場合に比べて少量にできる。
【００２５】
また、本開示の第３の態様の水素生成装置は、第１の態様または第２の態様の水素生成装置において、第２貯留部の第２流入口および第２流出口はいずれも、凝縮水経路とは接続されずに、循環水経路に接続されている。
【００２６】
かかる構成によると、塩素、カルシウム、硫酸、アンモニアなどの改質触媒を被毒する成分を含む凝縮水が流通する凝縮水経路と、循環水（浄化水）を貯留する第２貯留部とを、単一の貯留タンクにおいて適切に分離することができる。
【００２７】
また、本開示の第４の態様の水素生成装置は、第１の態様−第３の態様のいずれかの水素生成装置において、循環水経路に設けられ、循環水を循環させる第１ポンプと、改質水経路に設けられ、改質水の流量を調整する第２ポンプと、を備える。
【００２８】
かかる構成によると、循環水経路および改質水経路のそれぞれに、循環水（浄化水）を、必要な適量の流量で流通させることができる。具体的には、改質器に、適量の改質水を供給できる。よって、改質器において、原料ガスの改質反応が適切に行われる。
【００２９】
また、本開示の第５の態様の水素生成装置は、第１の態様−第４の態様のいずれかの水素生成装置において、上記の分岐部は、循環水の流れ方向に対して、イオン交換樹脂フィルタの下流、かつ第２貯留部の上流の循環水経路に設けられている。かかる構成の採用は、以下の理由よる。
【００３０】
水素生成装置の使用時、例えば、イオン交換樹脂の粒子間の隙間に空気が存在する場合がある。この場合、循環水がイオン交換樹脂を通過する際に、循環水とともに気泡が、イオン交換樹脂フィルタから排出される可能性がある。そこで、本態様の水素生成装置では、イオン交換樹脂フィルタから出た気泡を、分岐部において、改質水経路側に導かずに、循環水経路側へ導くように構成している。よって、気泡による改質器の水枯れ、故障の発生などが抑制され、改質器の耐久性が向上する。
【００３１】
以下、添付図面を参照しつつ、本開示の実施形態および実施例について説明する。なお、以下で説明する実施形態および実施例は、いずれも本開示の一具体例を示すものである。つまり、以下に示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置および接続形態などは、いずれも一例であり、本開示を限定するものではない。また、以下に示される構成要素のうち、本開示の最上位概念を規定する独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。また、図面において、同じ符号が付いたものは、説明を省略する場合がある。また、装置構成の図面は理解しやすくするために、それぞれの構成要素を模式的に示したもので、形状および寸法比などについては正確な表示ではない場合がある。
【００３２】
（第１実施形態）
［装置構成］
図１は、第１実施形態の水素生成装置の一例を示す図である。なお、図面において、便宜上、「上」および「下」が取られており、重力は上から下に作用するものとする。
【００３３】
図１に示す例では、本実施形態の水素生成装置１００は、改質器１１と、凝縮水経路１２と、循環水経路１３と、イオン交換樹脂フィルタ１４と、分岐部１５と、改質水経路１６と、第１ポンプ１７と、第２ポンプ１８と、貯留タンク３０と、を備える。
【００３４】
改質器１１は、原料ガスおよび改質水を用いて水素含有ガスを生成する。具体的には、改質器１１において、原料ガスが改質反応して、水素含有ガスが生成される。改質反応は、改質水を用いる反応であれば、どのような形態であっても構わない。改質反応として、例えば、水蒸気改質反応およびオートサーマル反応などを例示できる。改質触媒の触媒金属には、一般的に、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｒｈなどの貴金属系触媒およびＮｉからなる群の中から選択される少なくとも１種を用いることができる。改質器１１から排出される水素含有ガスは、図示しない適宜の水素利用機器（例えば、燃料電池）で利用される。なお、改質器１１は、高温（例えば、６００℃−８００℃程度）で動作するので、改質器１１の外殻は、ステンレススチールなどの金属で構成する方がよい。
【００３５】
図１には示されていないが、各改質反応において必要となる機器は適宜設けられる。例えば、改質反応が水蒸気改質反応であれば、改質水を蒸発することで水蒸気を生成する蒸発器が設けられる。改質反応がオートサーマル反応であれば、水素生成装置１００には、更に、改質反応用の空気を供給する空気供給器が設けられる。
【００３６】
原料ガスは、図示しない原料ガス供給器により改質器１１に供給される。原料ガス供給器は、改質器１１へ供給する原料ガスの流量を調整する機器であり、例えば、昇圧器と流量調整弁により構成される。あるいは、原料ガス供給器は、昇圧器および流量調整弁のいずれか一方により構成されてもよい。昇圧器として、例えば、ブースタ式ポンプが用いられるが、これに限定されるものではない。原料ガスは、原料ガス供給源より供給される。原料ガス供給源は、所定の供給圧を備えるもので、例えば、原料ボンベ、原料インフラなどが挙げられる。原料ガスとして、例えば、メタンを主成分とする都市ガスおよび天然ガス、ＬＰＧなどの少なくとも炭素および水素から構成される有機化合物を含む炭化水素燃料ガスを用いることができる。都市ガスとは、ガス会社から配管を通じて、家庭などへ供給されるガスをいう。
【００３７】
凝縮水経路１２は、水蒸気を含むガスが冷却されて発生する凝縮水が流通する流路である。なお、凝縮水経路１２には、図１においては図示しない凝縮器が設けられている。水蒸気を含むガスは、例えば、改質器１１で生成された水素含有ガスでもよいし、水素生成装置１００を燃料電池システムに組み込む場合は、燃料電池から排出された排ガスでもよい。
【００３８】
循環水経路１３は、循環水が循環する流路である。そして、イオン交換樹脂フィルタ１４は、循環水経路１３に設けられ、循環水を脱イオン化している。また、第１ポンプ１７が循環水経路１３に設けられている。第１ポンプ１７は、循環水経路１３の循環水を循環できれば、どのような構成であっても構わない。第１ポンプ１７として、例えば、羽車式の軸流ポンプ、ブランジャーポンプなどを例示できる。これにより、循環水が循環水経路１３を循環することで、循環水の脱イオン化（浄化）が行われる。
【００３９】
改質水経路１６は、循環水経路１３の分岐部１５から分岐し、循環水を改質水として改質器１１へ供給するための流路である。また、第２ポンプ１８が、改質水経路１６に設けられている。第２ポンプ１８は、改質器１１へ供給する改質水の流量を調整する機器である。第２ポンプ１８は、改質水の流量を調整できれば、どのような構成であっても構わない。第２ポンプ１８として、例えば、ブランジャーポンプなどを例示できる。これにより、循環水経路１３および改質水経路１６のそれぞれに、循環水（浄化水）を必要な適量の流量で流通させることができる。具体的には、改質器１１に、適量の改質水を供給できる。よって、改質器１１において、原料ガスの改質反応が適切に行われる。
【００４０】
貯留タンク３０は、凝縮水経路１２に設けられた第１貯留部３１と循環水経路１３に設けられた第２貯留部３２とを備える。なお、貯留タンク３０の外殻は、耐蝕性が高いステンレススチールなどの金属、または、耐薬品性が高いポリプロピレンなどのプラスチックで構成する方がよい。第１貯留部３１は、凝縮水が流入する第１流入口３３と凝縮水が外部へオーバーフローする第１流出口３４とを備える。第１流入口３３は、循環水経路１３とは接続されずに、凝縮水経路１２に接続されている。第２貯留部３２は、循環水が流入する第２流入口３５と循環水が流出する第２流出口３６とを備える。第２流入口３５および第２流出口３６はいずれも、凝縮水経路１２とは接続されずに、循環水経路１３に接続されている。また、第２貯留部３２の循環水は、外部へオーバーフローせずに循環水経路１３を流通している。
【００４１】
このように、本実施形態の水素生成装置１００では、例えば、貯留タンク３０に仕切る部材など（例えば、図５および図６の隔壁３８参照）を設けることで、第１貯留部３１および第２貯留部３２が、単一の貯留タンク２０内に形成されている。
【００４２】
また、本実施形態の水素生成装置１００では、第１貯留部３１および第２貯留部３２同士は、第１流出口３４より下方に設けられた第１連通部３７を介して連通しており、第１貯留部３１の内部空間Ｓ１および第２貯留部３２の内部空間Ｓ２が同一圧力に保たれている。なお、これらの内部空間Ｓ１、Ｓ２を同一圧力に保つための具体的な構成例については実施例１および実施例２で説明する。第１連通部３７の具体的な構成例については実施例３および実施例４で説明する。
【００４３】
また、本実施形態の水素生成装置１００では、上記の分岐部１５は、循環水の流れ方向に対して、イオン交換樹脂フィルタ１４の下流、かつ第２貯留部３２の上流の循環水経路１３に設けられている。これは以下の理由による。
【００４４】
図２に示すように、水素生成装置１００の使用時、例えば、イオン交換樹脂１４Ａの粒子間の隙間に空気が存在する場合がある。この場合、循環水がイオン交換樹脂１４Ａを通過する際に、循環水とともに気泡Ａが、イオン交換樹脂フィルタ１４から排出される可能性がある。そこで、本実施形態の水素生成装置１００では、イオン交換樹脂フィルタ１４から出た気泡Ａを、分岐部１５において、改質水経路１６側に導かずに、循環水経路１３側へ導くように構成している。よって、気泡Ａによる改質器１１の水枯れ、故障の発生などが抑制され、改質器１１の耐久性が向上する。
【００４５】
［動作］
以下、水素生成装置１００の起動時の動作の一例について図１を参照しながら説明する。
【００４６】
なお、以下の動作は、図示しない制御器が、例えば、演算処理部（図示せず）と、制御プログラムを記憶する記憶部（図示せず）とを備え、演算処理部が、記憶部に記億された制御プログラムを読み出すことで、自動で行われるものであってもよい。
【００４７】
まず、貯留タンク３０の第２貯留部３２の蓋部に設けられた給水口４０（例えば、図５および図６参照）から外部の水（例えば、市水）の給水が行われる。このとき、貯留タンク３０が所定量の水で満たされたかどうかは、第１流出口３４からの排水の有無で確認される。なお、かかる給水を、市水ではなくイオン交換水で行えば、イオン交換樹脂１４Ａの濾材量を少量にできる。
【００４８】
以上で、水素生成装置１００の起動準備が完了する。
【００４９】
次いで、第１ポンプ１７が作動される。これにより、第２貯留部３２に貯留された循環水が、第２流出口３６から循環水経路１３を循環する。このとき、循環水が、イオン交換樹脂フィルタ１４で浄化される。
【００５０】
そして、第２ポンプ１８が作動される。これにより、循環水経路１３の分岐部１５から適量の改質水が、改質水経路１６を通じて改質器１１へ送られる。すると、改質器１１では、原料ガスおよび改質水を用いた改質反応により水素含有ガスが生成される。水素含有ガスは、適宜の水素利用機器（例えば、燃料電池）に利用される。
【００５１】
改質器１１で生成された水素含有ガス、および水素含有ガスを燃焼した燃焼排ガスなどは水蒸気を含む。よって、かかる水蒸気を含むガスが、図示しない凝縮器で冷却されると、水蒸気を含むガスから凝縮水が発生する。そして、この凝縮水が、凝縮水経路１２を通じて第１貯留部３１に流入する。
【００５２】
第１貯留部３１の凝縮水の余剰分は、第１流出口３４から外部へオーバーフローで排水される。
【００５３】
循環水が不足する場合、不足水量に相当する量の凝縮水が、第１連通部３７を通じて第１貯留部３１から第２貯留部３２へ補充される。補充された凝縮水は、その後、イオン交換樹脂フィルタ１４で浄化され、改質器１１で改質水として再利用される。
【００５４】
以上により、本実施形態の水素生成装置１００は、水処理系を従来よりも小型かつ簡素に構成し得る。また、本実施形態の水素生成装置１００は、水処理系のコストを従来よりも低減できる。
【００５５】
具体的には、単一の貯留タンク３０の内部が第１貯留部３１と第２貯留部３２とに分けられ、これらの第１貯留部３１および第２貯留部３２のそれぞれに、凝縮水および循環水のそれぞれが流入するように構成されている。そして、第１貯留部３１は、凝縮水の外部へのオーバーフローが行われる第１流出口３４を介して大気に開放されているので、特許文献１に記載のような脱気機構を用いずに、第１貯留部３１に貯留する凝縮水の脱気を行い得る。
【００５６】
また、第１貯留部３１の内部空間Ｓ１および第２貯留部３２の内部空間Ｓ２が同一圧力に保たれるので、凝縮水経路１２と循環水経路１３との間に生じる圧力差によって、第１貯留部３１および第２貯留部３２の水位が影響されない。つまり、本実施形態の水素生成装置１００では、第２貯留部３２の水が不足する場合に限り、不足水量に相当する量の第１貯留部３１の凝縮水が、第１連通部３７を通じて第２貯留部３２へ流入する。すなわち、改質水経路１６を通じて改質器１１へ送られ、改質器１１で改質水として利用される水量に相当する量の第１貯留部３１の凝縮水が、第１連通部３７を通じて第２貯留部３２へ流入する。
【００５７】
ここで、高温（例えば、６００℃−８００℃程度）の水蒸気改質が行われた後の水蒸気を含むガスが冷却されて発生する凝縮水は、改質触媒を被毒する成分を含む可能性がある。一方、循環水経路１３を循環する循環水は化学反応は起こさないので、かかる触媒被毒成分を含む可能性は低い。
【００５８】
以上の理由により、塩素、カルシウム、硫酸、アンモニアなどの改質触媒を被毒する成分を含む凝縮水が、改質器１１で改質水として利用される必要量以上、浄化された循環水に混入することが抑制される。
【００５９】
このようにして、本実施形態の水素生成装置１００では、循環水経路１３に設けられるイオン交換樹脂１４Ａの濾材量を従来よりも少なくできる。
【００６０】
また、本実施形態の水素生成装置１００では、第２貯留部３２の循環水は、外部へオーバーフローせずに循環水経路１３を流通しているので、貯留タンク３０の水量が多い場合には、凝縮水のみを排水できる。つまり、イオン交換樹脂フィルタ１４で浄化される循環水が無駄に排水されない。よって、イオン交換樹脂１４Ａの濾材量を、循環水を外部へオーバーフローで排水させる場合に比べて少量にできる。
【００６１】
また、本実施形態の水素生成装置１００では、凝縮水経路１２Ａは第１貯留部３１および第２貯留部３２のうち第１貯留部３１とのみ接続している。すなわち、第２貯留部３２の第２流入口３５および第２流出口３６はいずれも、凝縮水経路１２Ａとは接続されずに、循環水経路１３に接続されている。よって、塩素、カルシウム、硫酸、アンモニアなどの改質触媒を被毒する成分を含む凝縮水が流通する凝縮水経路１２Ａと、循環水（浄化水）を貯留する第２貯留部３２とを、単一の貯留タンク３０において適切に分離することができる。従って、第２貯留部３２と凝縮水経路１２Ａとが接続している場合と比較して、第２貯留部３２に貯留される循環水（浄化水）をより綺麗な状態で保つことができるため、イオン交換樹脂１４Ａの濾材量をより少量にできる。
【００６２】
（第１実施例）
図３は、第１実施形態の第１実施例の水素生成装置の一例を示す図である。
【００６３】
図３に示す例では、本実施例の水素生成装置１００は、改質器１１と、凝縮水経路１２と、循環水経路１３と、イオン交換樹脂フィルタ１４と、分岐部１５と、改質水経路１６と、第１ポンプ１７と、第２ポンプ１８と、貯留タンク３０Ａと、を備える。
【００６４】
改質器１１、凝縮水経路１２、循環水経路１３、イオン交換樹脂フィルタ１４、分岐部１５、改質水経路１６、第１ポンプ１７および第２ポンプ１８については第１実施形態と同様であるので説明を省略する。
【００６５】
本実施例の水素生成装置１００は、第１の態様−第５の態様のいずれかの水素生成装置１００において、第１貯留部３１および第２貯留部３２同士は、第１流出口３４より上方に設けられた第２連通部３９を介して連通している。なお、第２連通部３９は、例えば、貯留タンク３０Ａの内部を第１貯留部３１と第２貯留部３２とに仕切る部材など（例えば、図５および図６の隔壁３８参照）に設けられた孔であっても構わない。
【００６６】
かかる構成によると、第２連通部３９を設けることにより、第１貯留部３１の内部空間Ｓ１および第２貯留部３２の内部空間Ｓ２を同一の大気圧に保つことができる。また、第２連通部３９が第１流出口３４より上方に設けられていることにより、第１貯留部３１から第２貯留部３２へ凝縮水が第２連通部３９を通じて流入することを抑制できる。
【００６７】
なお、本実施例の水素生成装置１００は、上記の特徴点以外は、第１の態様−第５の態様のいずれかの水素生成装置１００と同様に構成しても構わない。
【００６８】
（第２実施例）
図４は、第１実施形態の第２実施例の水素生成装置の一例を示す図である。
【００６９】
図４に示す例では、本実施例の水素生成装置１００は、改質器１１と、凝縮水経路１２と、循環水経路１３と、イオン交換樹脂フィルタ１４と、分岐部１５と、改質水経路１６と、第１ポンプ１７と、第２ポンプ１８と、貯留タンク３０Ｂと、を備える。
【００７０】
改質器１１、凝縮水経路１２、循環水経路１３、イオン交換樹脂フィルタ１４、分岐部１５、改質水経路１６、第１ポンプ１７および第２ポンプ１８については第１実施形態と同様であるので説明を省略する。
【００７１】
本実施例の水素生成装置１００は、第１の態様−第５の態様のいずれかの水素生成装置１００において、第１貯留部３１の内部空間Ｓ１および第２貯留部３２の内部空間Ｓ２は、大気に開放されている。例えば、貯留タンク３０Ｂの外殻を構成する外壁の内部空間Ｓ２と接する部分に、第２貯留部３２の内部空間Ｓ２を大気に開放するための開口部３２Ａが設けられていてもよい。開口部３２Ａを設ける位置は、第１貯留部３１の第１流出口３４の配置位置よりも少し上方にする方がよい。これは、第２貯留部３２の水位が第１貯留部３１の水位よりも高くなる場合、両者の水位の高低差が大きくなると、第１連通部３７を通じて第２貯留部３２から第１貯留部３１へ流入する冷却水（イオン交換水）の量が多くなる可能性が高いからである。
【００７２】
かかる構成によると、第１貯留部３１の内部空間Ｓ１を大気に開放するための第１流出口、および第２貯留部３２の内部空間Ｓ２を大気に開放するための開口部３２Ａを設けることにより、第１貯留部３１の内部空間Ｓ１および第２貯留部３２の内部空間Ｓ２を同一の大気圧に保つことができる。また、第１貯留部３１の水位が第２貯留部３２の水位より高い場合には、開口部３２Ａが第１流出口３４より上方に設けられていることにより、第１貯留部３１から第２貯留部３２へ適量の凝縮水を、第１連通部３７を通じて給水することができる。また、第２貯留部３２の水位が第１貯留部３１の水位より高い場合に、開口部３２Ａが第１流出口３４より少し上方に設けられていることにより、第２貯留部３２から第１貯留部３１へ必要量以上の冷却水（イオン交換水）が第１連通部３７を通じて流入することを抑制できる。
【００７３】
なお、本実施例の水素生成装置１００は、上記の特徴点以外は、第１の態様−第５の態様のいずれかの水素生成装置１００と同様に構成しても構わない。
【００７４】
（第３実施例）
図５は、第１実施形態の第３実施例の水素生成装置における貯留タンクの一例を示す図である。
【００７５】
本実施例の水素生成装置１００は、第１の態様−第５の態様および第１実施形態の第１実施例−第２実施例のいずれかの水素生成装置１００において、貯留タンク３０Ｃは、貯留タンク３０Ｃ内を第１貯留部３１と第２貯留部３２とに仕切る隔壁３８を備え、第１連通部３７は、隔壁３８に設けられた孔３７Ａで構成されている。なお、図５では、第１実施例の貯留タンク３０Ａの隔壁３８に、孔３７Ａを設ける例を示したが、第２実施例の貯留タンク３０Ｂの隔壁３８に、このような孔を設けても構わない。
【００７６】
かかる構成によると、部品の追加を行わずに、簡易な構成で、第２貯留部３２の水が不足する場合に限り、不足水量に相当する量の第１貯留部３１の凝縮水が、孔３７Ａを通じて第２貯留部３２へ流入する。つまり、第２貯留部３２の水位が、第１貯留部３１の水位よりも低くなった場合に限り、第１貯留部３１の凝縮水を、孔３７Ａを通じて第２貯留部３２へ流入させ得る。
【００７７】
なお、本実施例の水素生成装置１００は、上記の特徴点以外は、第１の態様−第５の態様および第１実施形態の第１実施例−第２実施例のいずれかの水素生成装置１００と同様に構成しても構わない。
【００７８】
（第４実施例）
図６は、第１実施形態の第４実施例の水素生成装置における貯留タンクの一例を示す図である。
【００７９】
本実施例の水素生成装置１００は、第１の態様−第５の態様および第１実施形態の第１実施例−第２実施例のいずれかの水素生成装置１００において、貯留タンク３０Ｄは、貯留タンク３０Ｄ内を第１貯留部３１と第２貯留部３２とに仕切る隔壁３８を備え、第１連通部３７は、隔壁３８に設けられた逆止弁３７Ｂを備え、逆止弁３７Ｂは、第２貯留部３２から第１貯留部３１に向かう水の流れを遮断するように構成されている。逆止弁３７Ｂの構成は周知であるので詳細な説明は省略する。なお、図６では、第１実施例の貯留タンク３０Ａの隔壁３８に、逆止弁３７Ｂ孔を設ける例を示したが、第２実施例の貯留タンク３０Ｂの隔壁３８に、このような逆止弁を設けても構わない。
【００８０】
かかる構成によると、第２貯留部３２の水が不足する場合に限り、不足水量に相当する量の第１貯留部３１の凝縮水が、逆止弁３７Ｂを通じて第２貯留部３２へ流入する。つまり、第２貯留部３２の水位が、第１貯留部３１の水位よりも低くなった場合に限り、第１貯留部３１の凝縮水を、逆止弁３７Ｂを通じて第２貯留部３２へ流入させ得る。また、逆止弁３７Ｂで第２貯留部３２から第１貯留部３１に向かう水の流れが遮断されるので、このような逆止弁３７Ｂを設けない場合に比べ、第２貯留部３２の循環水（浄化水）の第１貯留部３１の凝縮水への拡散が適切に抑制される。
【００８１】
なお、本実施例の水素生成装置１００は、上記の特徴点以外は、第１の態様−第５の態様および第１実施形態の第１実施例−第２実施例のいずれかの水素生成装置１００と同様に構成しても構わない。
【００８２】
（第２実施形態）
図７は、第２実施形態の燃料電池システムの一例を示す図である。
【００８３】
図７に示す例では、本実施形態の燃料電池システム２００は、第１の態様−第５の態様および第１実施形態の第１実施例−第４実施例のいずれかの水素生成装置１００と、燃料電池５０と、排ガス経路５１と、を備える。
【００８４】
燃料電池５０は、水素生成装置１００からの水素含有ガスおよび酸化剤ガスを用いて発電する。酸化剤ガスとして、例えば、空気を例示できる。燃料電池５０は、いずれの種類の燃料電池であってもよい。燃料電池５０として、例えば、高分子電解質形燃料電池、固体酸化物形燃料電池、りん酸形燃料電池などを例示できる。
【００８５】
排ガス経路５１は、燃料電池５０から排出された排ガスが流通する流路である。また、凝縮水経路１２Ａは、排ガスが冷却して発生した凝縮水が流通する流路である。排ガスは、水蒸気を含み、かかる排ガスとして、例えば、燃料電池５０から排出されるアノードオフガスまたはカソードオフガスなどを例示できる。また、このようなアノードオフガスおよびカソードオフガスが、図示しない燃焼器で燃焼する場合、排ガスとして、燃焼器からの燃焼排ガスを例示できる。
【００８６】
排ガス経路５１には、適宜の凝縮器５２が設けられている。これにより、凝縮器５２において、排ガスが冷却されて、排ガス中の水蒸気が凝縮する。そして、凝縮水は、排ガスが流れる排ガス経路５１から分離され、凝縮水経路１２Ａを流通し、水素生成装置１００へと送られる。そして、凝縮水は、図１に示すように、水素生成装置１００の貯留タンク３０の第１貯留部３１で貯留される。
【００８７】
凝縮器５２は、排ガス中の水蒸気を凝縮できれば、どのような構成であっても構わない。凝縮器５２として、例えば、排ガスを加熱流体とする熱交換器を例示できる。熱交換器の具体例は、第１実施例−第２実施例で説明する。第１実施例では、高分子電解質形燃料電池システムにおける熱交換器が例示され、第２実施例では、固体酸化物形燃料電池システムにおける熱交換器が例示されている。
【００８８】
なお、本実施形態の水素生成装置１００の構成および動作は、燃料電池５０を第１実施形態および第１実施形態の第１実施例−第４実施例のいずれかの水素生成装置１００から生成する水素含有ガスを使用する水素利用機器と考えれば、第１実施形態および第１実施形態の第１実施例−第４実施例のいずれかと同様であるので詳細な説明を省略する。
【００８９】
以上により、本実施形態の燃料電池システム２００は、水処理系を従来よりも小型かつ簡素に構成し得る。また、本実施形態の燃料電池システム２００は、水処理系のコストを従来よりも低減できる。
【００９０】
具体的には、図１に示すように、単一の貯留タンク３０の内部が第１貯留部３１と第２貯留部３２とに分けられ、これらの第１貯留部３１および第２貯留部３２のそれぞれに、凝縮水および循環水のそれぞれが流入するように構成されている。そして、第１貯留部３１は、凝縮水の外部へのオーバーフローが行われる第１流出口３４を介して大気に開放されているので、特許文献１に記載のような脱気機構を用いずに、第１貯留部３１に貯留する凝縮水の脱気を行い得る。
【００９１】
また、図１に示すように、第１貯留部３１の内部空間Ｓ１および第２貯留部３２の内部空間Ｓ２が同一圧力に保たれるので、凝縮水経路１２Ａと循環水経路１３との間に生じる圧力差によって、第１貯留部３１および第２貯留部３２の水位が影響されない。つまり、本実施形態の燃料電池システム２００に使用される水素生成装置１００では、第２貯留部３２の水が不足する場合に限り、不足水量に相当する量の第１貯留部３１の凝縮水が、第１連通部３７を通じて第２貯留部３２へ流入する。
【００９２】
ここで、排ガスが冷却されて発生する凝縮水は、改質触媒、燃料電池５０の触媒などを被毒する成分を含む可能性があるが、循環水経路１３を循環する循環水は化学反応を起こさないので、かかる触媒被毒成分を含む可能性は低い。
【００９３】
以上の理由により、塩素、カルシウム、硫酸、アンモニアなどの改質触媒および燃料電池５０の触媒を被毒する成分を含む凝縮水が、必要量以上、浄化された循環水に混入することが抑制される。
【００９４】
このようにして、本実施形態の燃料電池システム２００では、循環水経路１３に設けられるイオン交換樹脂１４Ａの濾材量を従来よりも少なくできる。
【００９５】
また、本実施形態の燃料電池システム２００では、第２貯留部３２の循環水は、外部へオーバーフローせずに循環水経路１３を流通しているので、貯留タンク３０の水量が多い場合には、凝縮水のみを排水できる。つまり、イオン交換樹脂フィルタ１４で浄化される循環水が無駄に排水されない。よって、イオン交換樹脂１４Ａの濾材量を、循環水を外部へオーバーフローで排水させる場合に比べて少量にできる。
【００９６】
また、本実施形態の燃料電池システム２００では、第２貯留部３２の第２流入口３５および第２流出口３６はいずれも、凝縮水経路１２Ａとは接続されずに、循環水経路１３に接続されている。よって、塩素、カルシウム、硫酸、アンモニアなどの改質触媒を被毒する成分を含む凝縮水が流通する凝縮水経路１２Ａと、循環水（浄化水）を貯留する第２貯留部３２とを、単一の貯留タンク３０において適切に分離することができる。
【００９７】
（第１実施例）
図８は、第２実施形態の第１実施例の燃料電池システムの一例を示す図である。
【００９８】
図８に示す例では、本実施形態の燃料電池システム２００は、改質器１１と、凝縮水経路１２Ａと、循環水経路１３と、イオン交換樹脂フィルタ１４と、分岐部１５と、改質水経路１６と、第１ポンプ１７と、第２ポンプ１８と、貯留タンク３０と、加熱器（セルスタック５０Ａ）と、排ガス経路５１Ａと、熱交換器５２Ａと、冷却器６０と、を備える。
【００９９】
改質器１１、凝縮水経路１２Ａ、循環水経路１３、イオン交換樹脂フィルタ１４、分岐部１５、改質水経路１６、第１ポンプ１７、第２ポンプ１８および貯留タンク３０については第１実施形態の水素生成装置１００または第２実施形態の燃料電池システム２００と同様であるので説明を省略する。
【０１００】
加熱器は、循環水経路１３に設けられ、循環水を加熱する。加熱器は、循環水経路１３を循環する循環水を加熱できれば、どのような構成であっても構わないが、本実施例の燃料電池システム２００では、上記の加熱器は、高分子電解質形燃料電池のセルスタック５０Ａである。
【０１０１】
具体的には、燃料電池システム２００が、高分子電解質形燃料電池システムの場合、高分子電解質形燃料電池のセルスタック５０Ａの反応は発熱反応となる。よって、セルスタック５０Ａは発電時の熱により高温化するが、セルスタック５０Ａの温度は、所定の動作温度（例えば、６０℃−８０℃程度）に維持する必要がある。そこで、セルスタック５０Ａ内に循環水経路１３を通過させることで、セルスタック５０Ａの温度が上記動作温度を超えないように制御される。このとき、セルスタック５０Ａは、低温状態の循環水に熱を与えるので、循環水を加熱する加熱器として機能する。これにより、セルスタック５０Ａで発生する熱で循環水の温度を上げることができるので、特別な化学処理などを行わずに、細菌の繁殖を抑制できる。
【０１０２】
冷却器６０は、循環水経路１３に設けられ、循環水を冷却する。冷却器６０は、循環水経路１３を循環する循環水を冷却できれば、どのような構成であっても構わない。冷却器６０として、例えば、空冷式の放熱器などを例示できる。これにより、循環水経路１３を循環する循環水を冷却することで、セルスタック５０Ａの温度を所定の動作温度に維持できる。つまり、セルスタック５０Ａを通過した循環水の過昇温を、冷却器６０により適切に抑制できる。
【０１０３】
なお、図示しない制御器が、図示しない温度検知器の検知温度に基づいて、セルスタック５０Ａの温度が所定の動作温度となるように、循環水流量のフィードバック制御などを行っても構わない。
【０１０４】
ここで、本実施例の燃料電池システム２００では、循環水経路１３の循環水は、貯留タンク３０の第２貯留部３２、冷却器６０、イオン交換樹脂フィルタ１４、分岐部１５および加熱器（セルスタック５０Ａ）をこの順に流通している。これにより、循環水は、イオン交換樹脂フィルタ１４に流入する前に冷却器６０を通って冷却される。よって、イオン交換樹脂１４Ａの濾材の使用温度を低く維持できて、イオン交換樹脂フィルタ１４の耐久性が向上する。また、イオン交換樹脂フィルタ１４の下流側の分岐部１５の作用により、上記の通り、改質水経路１６を流れる改質水への気泡混入を抑制できる。よって、気泡による改質器１１の水枯れ、故障の発生などが抑制され、改質器１１の耐久性が向上する。更に、循環水が加熱器（セルスタック５０Ａ）を通過する際に、上記の通り、細菌の繁殖を抑制できる。
【０１０５】
また、本実施例の燃料電池システム２００では、凝縮器として、排ガス経路５１Ａが通過する熱交換器５２Ａが例示されている。熱交換器５２Ａは、図８に示すように、熱交換が行われる両流体の流れが対向し、並行流熱交換器等に比べて熱交換性能が高い対向流熱交換器であっても構わない。ここで、排ガス経路５１Ａには、例えば、改質器１１に隣接して配された燃焼器（図示せず）からの燃焼排ガスなどが流通し、燃焼排ガスが、熱交換器５２Ａの加熱流体に用いられている。なお、このような燃焼排ガスは、例えば、セルスタック５０Ａから排出されるアノードオフガスおよびカソードオフガスが、この燃焼器により燃焼することで生成されてもよい。この場合、熱交換器５２Ａの受熱流体として、例えば、給湯用の貯湯水などを用いることができる。これにより、熱交換器５２Ａの熱交換で燃焼排ガスの温度を下げることができるので、燃焼排ガス中の水蒸気を凝縮水として適切に回収できる。同時に、燃焼排ガスの熱を給湯用の貯湯水で適切に回収できる。
【０１０６】
なお、本実施例の燃料電池システム２００は、高分子電解質形燃料電池のセルスタック５０Ａに代えて、あるいは、本セルスタック５０Ａとともに、加熱器として、排ガス経路５１Ａを流通する燃焼排ガスと循環水とが熱交換する熱交換器（図示せず）を備えていてもよい。この場合、本実施例の燃料電池システム２００は、空冷式の放熱器に代えて、あるいは、空冷式の放熱器とともに、冷却器６０として、貯湯水と循環水とが熱交換する熱交換器（図示せず）を備えていてもよい。この構成では、燃焼排ガスの温度を下げるとともに、燃焼排ガスの熱を貯湯水で適切に回収できる。また、燃焼排ガス中の水蒸気を凝縮させて凝縮水を回収できるとともに、燃料電池システム２００の外へ排出される燃焼排ガスの湿度を下げることができる。
【０１０７】
なお、本実施例の燃料電池システム２００は、上記の特徴点以外は、第２実施形態の燃料電池システム２００と同様に構成しても構わない。
【０１０８】
（第２実施例）
図９および図１０は、第２実施形態の第２実施例の燃料電池システムの一例を示す図である。
【０１０９】
図９に示す例では、本実施形態の燃料電池システム２００は、改質器１１と、凝縮水経路１２Ａと、循環水経路１３と、イオン交換樹脂フィルタ１４と、分岐部１５と、改質水経路１６と、第１ポンプ１７と、第２ポンプ１８と、貯留タンク３０と、排ガス経路５１Ｂと、固体酸化物形燃料電池５０Ｂと、加熱器（第１熱交換器５２Ｂ）と、冷却器６０と、を備える。
【０１１０】
改質器１１、凝縮水経路１２Ａ、循環水経路１３、イオン交換樹脂フィルタ１４、分岐部１５、改質水経路１６、第１ポンプ１７、第２ポンプ１８および貯留タンク３０については第１実施形態の水素生成装置１００または第２実施形態の燃料電池システム２００と同様であるので説明を省略する。
【０１１１】
加熱器は、循環水経路１３に設けられ、循環水を加熱する。加熱器は、循環水経路１３を循環する循環水を加熱できれば、どのような構成であっても構わないが、本実施例の燃料電池システム２００では、上記の加熱器は、循環水と排ガスとが熱交換する第１熱交換器５２Ｂである。つまり、第１熱交換器５２Ｂは、排ガス経路５１Ｂおよび循環水経路１３に設けられている。
【０１１２】
具体的には、燃料電池システム２００が、固体酸化物形燃料電池システムの場合、固体酸化物形燃料電池５０Ｂから高温（例えば、６００℃−８００℃程度）の排ガスが排出される。そこで、第１熱交換器５２Ｂに排ガス経路５１Ｂおよび循環水経路１３が通過することで、排ガスを加熱流体に用い、循環水を受熱流体に用いて、両流体の熱交換が行われる。
【０１１３】
このとき、第１熱交換器５２Ｂは、低温状態の循環水に熱を与えるので、循環水を加熱する加熱器として機能する。これにより、第１熱交換器５２Ｂの熱交換で循環水の温度を上げることができるので、特別な化学処理などを行わずに、細菌の繁殖を抑制できる。
【０１１４】
また、第１熱交換器５２Ｂは、高温状態の排ガスから熱を奪うので、排ガス経路５１Ｂを流通する排ガスが冷却される凝縮器としても機能する。これにより、第１熱交換器５２Ｂの熱交換で排ガスの温度を下げることができるので、排ガス中の水蒸気を凝縮水として適切に回収できる。同時に、排ガスの熱を循環水で適切に回収できる。
【０１１５】
冷却器６０は、循環水経路１３に設けられ、循環水を冷却する。冷却器６０は、循環水経路１３を循環する循環水を冷却できれば、どのような構成であっても構わないが、図１０に示すように、本実施例の燃料電池システム２００では、上記の冷却器６０は、貯湯タンク６１と、貯湯タンク６１に貯留する貯湯水と循環水とが熱交換する第２熱交換器５２Ｃとを備えてもよい。第２熱交換器５２Ｃは、循環水経路１３に設けられている。つまり、貯湯タンク６１内を通過する循環水経路１３の部分が、第２熱交換器５２Ｃを構成している。
【０１１６】
これにより、循環水経路１３を循環する循環水を冷却することで、循環水の温度が、第１熱交換器５２Ｂにおいて排ガス中の水蒸気を凝縮させるのに必要な適温に維持される。つまり、第１熱交換器５２Ｂを通過した循環水の過昇温を、冷却器６０により適切に抑制できる。同時に、循環水の熱を給湯用の貯湯水で適切に回収できる。
【０１１７】
なお、図示しない制御器が、図示しない温度検知器の検知温度に基づいて、循環水の温度が所定の適温となるように、循環水流量のフィードバック制御などを行っても構わない。
【０１１８】
ここで、本実施例の燃料電池システム２００では、循環水経路１３の循環水は、貯留タンク３０の第２貯留部３２、冷却器６０、イオン交換樹脂フィルタ１４、分岐部１５および加熱器（第１熱交換器５２Ｂ）をこの順に流通している。これにより、循環水は、イオン交換樹脂フィルタ１４に流入する前に冷却器６０を通って冷却される。よって、イオン交換樹脂１４Ａの濾材の使用温度を低く維持できて、イオン交換樹脂フィルタ１４の耐久性が向上する。また、イオン交換樹脂フィルタ１４の下流側の分岐部１５の作用により、上記の通り、改質水経路１６を流れる改質水への気泡混入を抑制できる。よって、気泡による改質器１１の水枯れ、故障の発生などが抑制され、改質器１１の耐久性が向上する。更に、循環水が加熱器（第１熱交換器５２Ｂ）を通過する際に、上記の通り、細菌の繁殖を抑制できる。
【０１１９】
なお、図１０では、図９で例示される固体酸化物形燃料電池システムの冷却器６０が、貯湯タンク６１と第２熱交換器５２Ｃとを備える例が示されているが、これに限らない。例えば、図８で例示される高分子電解質形燃料電池システムの冷却器６０が、貯湯タンク６１と第２熱交換器５２Ｃとを備えても構わない。
【０１２０】
また、上記全ての実施形態および全ての実施例はそれぞれ、互いに相手を排除しない限り、互いに組み合わせてもよい。また、上記説明から、当業者にとっては、本開示の多くの改良や他の実施の形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本開示を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本開示の精神を逸脱することなく、その構造および／または機能の詳細を実質的に変更できる。
【産業上の利用可能性】
【０１２１】
本開示の一態様は、水処理系を従来よりも小型かつ簡素に構成し得る水素生成装置および燃料電池システムとして利用できる。また、本開示の一態様は、水処理系のコストを従来よりも低減し得る水素生成装置および燃料電池システムとしても利用できる。
【符号の説明】
【０１２２】
１１    ：改質器
１２    ：凝縮水経路
１２Ａ  ：凝縮水経路
１３    ：循環水経路
１４    ：イオン交換樹脂フィルタ
１４Ａ  ：イオン交換樹脂
１５    ：分岐部
１６    ：改質水経路
１７    ：第１ポンプ
１８    ：第２ポンプ
３０    ：貯留タンク
３０Ａ  ：貯留タンク
３０Ｂ  ：貯留タンク
３０Ｃ  ：貯留タンク
３０Ｄ  ：貯留タンク
３１    ：第１貯留部
３２    ：第２貯留部
３２Ａ  ：開口部
３３    ：第１流入口
３４    ：第１流出口
３５    ：第２流入口
３６    ：第２流出口
３７    ：第１連通部
３７Ａ  ：孔
３７Ｂ  ：逆止弁
３８    ：隔壁
３９    ：第２連通部
４０    ：給水口
５０    ：燃料電池
５０Ａ  ：セルスタック
５０Ｂ  ：固体酸化物形燃料電池
５１    ：排ガス経路
５１Ａ  ：排ガス経路
５１Ｂ  ：排ガス経路
５２    ：凝縮器
５２Ａ  ：熱交換器
５２Ｂ  ：第１熱交換器
５２Ｃ  ：第２熱交換器
６０    ：冷却器
６１    ：貯湯タンク
１００  ：水素生成装置
２００  ：燃料電池システム
Ａ      ：気泡
Ｓ１    ：内部空間
Ｓ２    ：内部空間
【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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