(57)【要約】【課題】  燃料電池システムにおいて、部品点数を増やすことなく、システム全体を大型化することなく、そしてコスト上昇を伴うことなく、回収水中の微生物の繁殖を抑制することにより、長期運転が実現できる燃料電池システムを提供する。【解決手段】  燃料電池システムは、燃料電池の燃料極および空気極から送出される排出ガス中の水蒸気を凝縮して回収する凝縮器からの回収水を純水にする純水器４０と、純水器４０からの純水化された回収水を貯水する貯水器５０を備えている。純水器４０は上方に開放されたＵ字状に形成された通路４２を備え、その通路４２内にはイオン交換樹脂４３ａに抗菌剤４３ｂが混床された充填部４３が形成されている。充填部４３は常に液中に置かれており、抗菌剤４３ｂは液中にてその抗菌作用が所定範囲に及ぶものである。充填部４３の各上面に当接させてフィルタ４４が設けられている。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料極に供給された水素および空気極に供給された酸素を用いて発電する燃料電池と、
前記燃料極または空気極から送出される排出ガス中の水蒸気を少なくとも凝縮して回収水として回収する凝縮器と、
前記凝縮器から供給される回収水を導入する導入口を設けた導入部と、該導入部に一端が接続され内部に前記回収水を純水化するイオン交換樹脂が充填された通路と、該通路の他端に接続され同通路を通過して純水化された回収水を導出する導出口を設けた導出部とを備えた純水器とを備えた燃料電池システムにおいて、
前記イオン交換樹脂を充填された充填部を前記導入された回収水または／および液体に常に浸るように構成し、
液体中に置かれた前記充填部をその液体中の所定範囲まで抗菌作用が及ぶように構成したことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
請求項１において、前記充填部に当接して配設され前記導入口から導入された液体をろ過するフィルタをさらに設けたことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、前記充填部に、液体中に置かれた場合に抗菌作用が所定範囲まで及ぶ抗菌剤を充填したことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項４】
請求項３において、前記充填部は、前記イオン交換樹脂に抗菌剤がその抗菌作用の及ぶ所定範囲を考慮して混床されたことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項５】
請求項３において、前記充填部は、前記イオン交換樹脂と抗菌剤がその抗菌作用の及ぶ所定範囲を考慮して複床され少なくとも最上流位置を抗菌剤の層としたことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項６】
請求項３から請求項５の何れか一項において、前記抗菌剤は活性炭に抗菌作用を有する粉末を固着させてな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、改質器により生成された改質ガスと空気を燃焼電池に供給して発電させる燃料電池システムに関し、特に燃料電池システムを構成する純水器に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池システムとして、燃料極に供給された水素および空気極に供給された酸素を用いて発電する燃料電池１と、空気極から送出される排出ガス（空気オフガス）中の水蒸気を少なくとも凝縮して回収水として回収する凝縮器（生成水回収塔２１）と、この凝縮器から供給される回収水を貯水する貯水器（回収水タンク２３）と、この貯水器から供給される回収水を純水にする純水器（水処理装置４１）と、この純水器から供給される純水化された回収水と燃料（原燃料）を改質して改質ガスを導出する改質器（改質装置２）とを備えたものが知られている（特許文献１）。このシステムにおいては、回収水タンク２３に貯水されている回収水中の微生物の繁殖を抑制するために、回収水を一時的に７０℃以上に加温して殺菌する方法が開示されている。具体的には、回収水循環系３０に回収水を加熱するための熱交換器２６および同循環系３０を開閉するための流量制御手段３１が備えられている。
【０００３】
また、特許文献１と同様な燃料電池システムとして、燃料電池および燃料改質装置２の排ガス７および８中の水蒸気を凝縮して回収し，これに水道水を添加した混合水２６として貯留する生成水回収系統２０と、生成水回収系統２０の混合水を循環させる混合水循環系２５と、混合水を純水に変換して冷却水循環系統１０に供給する水処理系統３０とを備えたものが知られている（特許文献２）。このシステムにおいては、混合水循環系２５に抗菌性フィルタ４１を設けるとともに、水処理系統３０の純水装置３１の上流側にも抗菌性フィルタ４２を設けた。したがって、抗菌性フィルタ４１を通過した混合水はその微生物量が徐々に低減され、微生物量が低減された混合水２６が水処理系統３０に安定して供給される。また、水処理系統３０に供給された混合水は抗菌性フィルタ４２により再び微生物がろ過されるとともに、混合水に含まれる他の不純物の吸着ろ過も行われるので、イオン交換式純水装置３１に供給される混合水はその微生物量および不純物量が大幅に低減された状態となり、高度に浄化された純水が冷却水循環系１０に補給される。
【０００４】
また、特許文献２に記載されている水処理系統３０の純水装置３１の上流側に設けられた抗菌性フィルタ４２の代わりに紫外線殺菌装置（特許文献３において符号４１で示されている。）が設けられているものも知られている（特許文献3）。このシステムによっても、混合水２６中の微生物を紫外線の照射により殺菌するので、混合水２６中に残存する微生物が紫外線によって殺菌され、殆ど無菌状態に近い混合水がイオン交換式純水装置３１に供給される。
【０００５】
また、燃料電池システムとして、燃料極に供給された水素および空気極に供給された酸素を用いて発電する燃料電池１１と、燃料極および空気極からそれぞれ送出される排出ガス中の水蒸気を凝縮して回収水として回収する凝縮器（回収器１４，１７）と、これら凝縮器から供給される回収水を貯水する貯水器（水タンク１８）と、この貯水器から供給される各回収水を純水にする純水器（イオン交換樹脂塔１１６，１１５）と、これら純水器から供給される純水化された回収水を加湿器１３，１６に噴霧するものも知られている（特許文献４）。このシステムにおいては、水タンク１８とイオン交換樹脂塔１１６，１１５との各間に活性炭が充填された活性炭筒１２１，１１９がそれぞれ設けられており、各活性炭筒１２１，１１９によってイオン交換樹脂の劣化を誘発する塩素系酸化物を効率よく捕捉している。
【０００６】
さらに、燃料電池１にて発生した熱を奪い去りラジエータ１５において放出させる冷却水をポンプ１６によって循環させて検出器１７へと送り込み、その検出器１７は、冷却水中に微生物が存在するか否かを検出し、存在するという結果が得られた場合には殺菌装置１８に微生物の殺傷を指示し、殺菌装置１８はこの指示に従い、紫外線を照射して微生物を死滅させるものも知られている（特許文献５）。
【特許文献１】特開平０８−１３８７１４号公報（第５頁、図１）
【特許文献２】特開平０９−０６３６１１号公報（第３−４頁、図１）
【特許文献３】特開平０９−０６３６１２号公報（第４頁、図１）
【特許文献４】特開２００３−１５１５９１号公報（第３−５頁、図１）
【特許文献５】特開２００２−２７０２１１号公報（第３−４頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述した特許文献１に記載されている燃料電池システムにおいては、回収水タンク２３に貯水されている回収水中の微生物の繁殖を抑制するために、回収水循環系３０を設けるとともに回収水循環系３０に回収水を加熱するための熱交換器２６および同循環系３０を開閉するための流量制御手段３１を設けることにより、微生物の繁殖を抑えることはできるが、システムを構成する部品点数が多くなり、システム全体も大型化し、これらに伴いコストアップとなる問題があった。
【０００８】
また、上述した特許文献２に記載されている燃料電池システムにおいても、生成水回収系統２０の混合水を循環させる混合水循環系２５を設け、混合水循環系２５に抗菌性フィルタ４１を設けるとともに、水処理系統３０の純水装置３１の上流側にも抗菌性フィルタ４２を設けることにより、微生物の繁殖を抑えることはできるが、前述と同様の問題があった。
【０００９】
また、上述した特許文献３に記載されている燃料電池システムにおいても、生成水回収系統２０の混合水を循環させる混合水循環系２５を設け、混合水循環系２５に抗菌性フィルタ４１を設けるとともに、水処理系統３０の純水装置３１の上流側にも紫外線殺菌装置を設けることにより、微生物の繁殖を抑えることはできるが、前述と同様の問題があった。
【００１０】
本発明は、上述した問題を解消するためになされたもので、部品点数を増やすことなく、システム全体を大型化することなく、そしてコスト上昇を伴うことなく、回収水中の微生物の繁殖を抑制することにより、長期運転が実現できる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】
【００１１】
上記の課題を解決するため、請求項１に係る発明の構成上の特徴は、燃料極に供給された水素および空気極に供給された酸素を用いて発電する燃料電池と、燃料極または空気極から送出される排出ガス中の水蒸気を少なくとも凝縮して回収水として回収する凝縮器と、凝縮器から供給される回収水を導入する導入口を設けた導入部と、この導入部に一端が接続され内部に回収水を純水化するイオン交換樹脂が充填された通路と、この通路の他端に接続され同通路を通過して純水化された回収水を導出する導出口を設けた導出部とを備えた純水器とを備えた燃料電池システムにおいて、イオン交換樹脂を充填された充填部を導入された回収水または／および液体に常に浸るように構成し、液体中に置かれた充填部をその液体中の所定範囲まで抗菌作用が及ぶように構成したことである。
【００１２】
また請求項２に係る発明の構成上の特徴は、請求項１において、充填部に当接して配設され導入口から導入された液体をろ過するフィルタをさらに設けたことである。
【００１３】
また請求項３に係る発明の構成上の特徴は、請求項１または請求項２において、充填部に、液体中に置かれた場合に抗菌作用が所定範囲まで及ぶ抗菌剤を充填したことである。
【００１４】
また請求項４に係る発明の構成上の特徴は、請求項３において、充填部は、イオン交換樹脂に抗菌剤がその抗菌作用の及ぶ所定範囲を考慮して混床されたことである。
【００１５】
また請求項５に係る発明の構成上の特徴は、請求項３において、充填部は、イオン交換樹脂と抗菌剤がその抗菌作用の及ぶ所定範囲を考慮して複床され少なくとも最上流位置を抗菌剤の層としたことである。
【００１６】
また請求項６に係る発明の構成上の特徴は、請求項３から請求項５の何れか一項において、抗菌剤は活性炭に抗菌作用を有する粉末を固着させてなることである。
【発明の効果】
【００１７】
上記のように構成した請求項１に係る発明においては、イオン交換樹脂を充填された充填部をその内部に導入された液体中に常に浸るように構成し、液体中に置かれた充填部をその液体中の所定範囲まで抗菌作用が及ぶように構成したので、充填部内および充填部から所定範囲内の液中にあっては、液体の流れが遅くなることにより微生物が繁殖しやすくなる部位でもその抗菌作用により微生物の繁殖を抑制することができる。これにより、回収水中の微生物の繁殖を抑制するための専用の装置を別に設けることなく、微生物の繁殖を抑制することができる。したがって、充填部内の目詰まりの発生を防止するので、フィルタの清掃を頻繁にするために頻繁に運転停止をすることなく、燃料電池システムの長期運転が可能となる。
【００１８】
上記のように構成した請求項２に係る発明においては、充填部に当接して配設され導入口から導入された液体をろ過するフィルタを設けたので、充填部にはこのフィルタによって異物を除去された回収水または外部からの水が供給される。一方フィルタに除去した異物に溜まると液体の流れが遅くなるのでそこに微生物が繁殖しやすくなるが、フィルタは充填部に当接されており、充填部の抗菌作用により微生物の繁殖を抑制することができる。したがって、フィルタの目詰まりの発生を防止し、燃料電池システムの長期運転が可能となる。
【００１９】
上記のように構成した請求項３に係る発明においては、充填部に、液体中に置かれた場合に抗菌作用が所定範囲まで及ぶ抗菌剤を充填したので、イオン交換樹脂に抗菌剤を充填するだけで、容易に上述した作用を得ることができる。
【００２０】
上記のように構成した請求項４に係る発明においては、充填部は、イオン交換樹脂に抗菌剤がその抗菌作用の及ぶ所定範囲を考慮して混床されているので、イオン交換樹脂に対して抗菌剤を適量充填することができる。
【００２１】
上記のように構成した請求項５に係る発明においては、充填部は、イオン交換樹脂と抗菌剤がその抗菌作用の及ぶ所定範囲を考慮して複床され少なくとも最上流位置を抗菌剤の層としているので、簡単に製造することができる。
【００２２】
上記のように構成した請求項６に係る発明においては、抗菌剤は活性炭に抗菌作用を有する粉末を固着させてなるので、抗菌剤は充填部を抗菌するのに加えて、充填部に導入された液体から活性炭によりその液体から塩素分を除去する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明による燃料電池システムの一実施の形態について説明する。図１はこの燃料電池システムの概要を示す概要図である。この燃料電池システムは燃料電池１０とこの燃料電池１０に必要な水素ガスを含む改質ガスを生成する改質器２０を備えている。
【００２４】
燃料電池１０は、燃料極１１と空気極１２と両極１１，１２間に介装された電解質１３を備えており、燃料極１１に供給された改質ガスおよび空気極１２に供給された空気（カソードエア）を用いて発電するものである。なお、本実施の形態においては、燃料電池１０が高分子電解質形燃料電池である場合について説明する。したがって、電解質１３はイオン交換膜（特にカチオン交換膜）であり、燃料は天然ガス、メタノールである。
【００２５】
燃料極１１においては、供給された水素ガスが下記化１のように反応し、生成物である水素イオンが電解質１３を通って空気極１２に供給されるとともに未反応の水素ガスを含んだアノードオフガスが排出される。また空気極１２においては、供給された空気中の酸素および燃料極１１から電解質１３を介して供給された水素イオンが下記化２のように反応し、水（水蒸気）が生成されその水蒸気を含んだカソードオフガスが排出される。
【００２６】
（化１）
H２  →  ２H＋＋２ｅ−
（化２）
２H＋＋１／２Ｏ２＋２ｅ−  →  H２Ｏ
ここで、燃料極１１で生成された電子は外部に接続された回路（インバータ回路）を通って空気極１２に到達し、空気極１２にてその電子を使用して上記化２に示す反応が生じこれにより燃料電池１０は発電する。
【００２７】
なお、燃料電池１０の空気極１２には、空気を供給する供給管６１およびカソードオフガスを排出する排出管６２が接続されており、これら供給管６１および排出管６２の途中には、空気を加湿するための加湿器１４が設けられている。この加湿器１４は水蒸気交換型であり、排出管６２中すなわち空気極１２から排出される気体中の水蒸気を除湿してその水蒸気を供給管６１中すなわち空気極１２へ供給される空気中に供給して加湿するものである。
【００２８】
改質器２０は、天然ガス、ＬＰガス、灯油、メタノールなどの燃料を水蒸気改質し、水素リッチな改質ガスを燃料電池１０に供給するものであり、バーナ２１、改質部２２、一酸化炭素シフト反応部（以下、ＣＯシフト部という）２３および一酸化炭素選択酸化反応部（以下、ＣＯ選択酸化部という）２４から構成されている。
【００２９】
バーナ２１は、起動時に外部から燃焼用燃料および燃焼用空気が供給され、または定常運転時に燃料電池１０の燃料極１１からアノードオフガス（燃料電池に供給され使用されずに排出された改質ガス）が供給され、供給された各ガスを燃焼して燃焼ガスを改質部２２に導出するものである。この燃焼ガスは改質部２２を（同改質部２２の触媒の活性温度域となるように）加熱し、その後燃焼ガス用凝縮器３４を通ってその燃焼ガスに含まれている水蒸気が凝縮されて外部に排気される。燃焼ガス用凝縮器３４は配管６３を介して後述する純水器４０に連通している。燃焼ガス用凝縮器３４は純水器４０より上方に配設されており、配管６３は内部を流れる液体が純水器４０まで溜まることなく自重によって落水するような構造となっている。
【００３０】
改質部２２は、外部から供給された燃料に蒸発部（図示省略）からの水蒸気を混合した混合ガスを改質部２２に充填された触媒により改質して水素ガスと一酸化炭素ガスを生成している（いわゆる水蒸気改質反応）。これと同時に、水蒸気改質反応にて生成された一酸化炭素と水蒸気を水素ガスと二酸化炭素とに変成している（いわゆる一酸化炭素シフト反応）。これら生成されたガス（いわゆる改質ガス）はＣＯシフト部２３に導出される。
【００３１】
ＣＯシフト部２３は、この改質ガスに含まれる一酸化炭素と水蒸気をその内部に充填された触媒により反応させて水素ガスと二酸化炭素ガスとに変成している。これにより、改質ガスは一酸化炭素濃度が低減されてＣＯ選択酸化部２４に導出される。
【００３２】
ＣＯ選択酸化部２４は、改質ガスに残留している一酸化炭素と外部からさらに供給されたＣＯ浄化用の空気とをその内部に充填された触媒により反応させて二酸化炭素を生成している。これにより、改質ガスは一酸化炭素濃度がさらに低減されて（１０ｐｐｍ以下）燃料電池１０の燃料極１１に導出される。
【００３３】
改質器２０のＣＯ選択酸化部２４と燃料電池１０の燃料極１１とを連通する配管６４の途中には、凝縮器３０が設けられている。この凝縮器３０は改質ガス用凝縮器３１、アノードオフガス用凝縮器３２およびカソードオフガス用凝縮器３３が一体的に接続された一体構造体である。改質ガス用凝縮器３１は配管６４中を流れる燃料電池１０の燃料極１１に供給される改質ガス中の水蒸気を凝縮する。アノードオフガス用凝縮器３２は、燃料電池１０の燃料極１１と改質器２０のバーナ２１とを連通する配管６５の途中に設けられており、その配管６５中を流れる燃料電池１０の燃料極１１から排出されるアノードオフガス中の水蒸気を凝縮する。カソードオフガス用凝縮器３３は、排出管６２の加湿器１４の下流に設けられており、その排出管６２中を流れる燃料電池１０の空気極１２から排出されるカソードオフガス中の水蒸気を凝縮する。なお、凝縮器３０には、図示しない貯湯槽の低温液体またはラジエータおよび冷却ファンによって冷却された液体が供給されるようになっており、この液体との熱交換によって各ガス中の水蒸気を凝縮している。
【００３４】
これら各凝縮器３１，３２，３３は燃料電池１０より下方となり、かつ純水器４０より上方となるように配設されている。また、これら各凝縮器３１，３２，３３は配管６６を介して純水器４０に連通している。配管６６は内部を流れる液体が純水器４０まで溜まることなく自重によって落水するような構造となっている。なお、凝縮器３０は、少なくともカソードオフガス用凝縮器３３を含むように構成すればよい。凝縮して回収される回収水が最も多いからである。
【００３５】
純水器４０は、凝縮器３０および燃焼ガス用凝縮器３４から供給された水すなわち回収水を純水にするものである。この純水器４０は、図２に示すように、上方に開口するU字状に形成されたハウジング４１を備えている。このハウジング４１は左右筒体４１ａ，４１ｂと両筒体４１ａ，４１ｂの下部を連通する連結部４１ｃとから構成されている。左右筒体４１ａ，４１ｂと連結部４１ｃとの内部は上方に開口するU字状に形成された空間であり、この空間が回収水を流通させる通路４２として機能し、この通路内にはイオン交換樹脂４３ａに抗菌剤４３ｂが均一となるように混合され充填された充填部４３が形成されている。イオン交換樹脂４３ａおよび抗菌剤４３ｂは粒状に形成されている。なお図２において充填部４３を模式的に記載し、イオン交換樹脂４３ａを濃く彩色（グレー）することにより粒の形状の記載を省略し、抗菌剤４３ｂを大きな黒色丸で記載している。またこのようにある種類の粒（イオン交換樹脂４３ａ）に他の異なる種類の粒（抗菌剤４３ｂ）が均一に充填されていることを混床という。
【００３６】
左右筒体４１ａ，４１ｂ内には充填部４３の各上面に押え部材を兼ねたフィルタ４４が当接されて取付固定されている。フィルタ４４は通過する液体をろ過するものである。なお、Ｕ字状通路４２においては回収水が自重にて充填部４３内を流通するように構成されている。
【００３７】
イオン交換樹脂４３ａは、充填部４３を流通する原水である回収水（または水道水）から陽イオン（カチオン：Ｎａ＋、Ｃａ２＋、Ｍｇ２＋など）および陰イオン（アニオン：Ｃｌ−、ＨＣＯ３−など）を除去する不溶性の合成樹脂をいい、樹脂は化学的に不活性な部分の樹脂基体とイオン交換基の部分から構成されている。本実施の形態のイオン交換樹脂４３ａは原水中の陽イオンをＨ＋に交換する陽イオン交換樹脂および原水中の陰イオンをＯＨ−に交換する陰イオン交換樹脂（いずれも粒状に形成されている）を均一に混合してなる混床タイプのものである。なお、陽イオン交換樹脂と陰イオン交換樹脂の混合比は１：１．５〜１：２である。また、一般的な両樹脂の粒径は５８０〜６８０μｍである。
【００３８】
抗菌剤４３ｂは、抗菌作用を有する粒状に形成されたものであり、本実施の形態においては、粒状の基材である活性炭に抗菌作用を有する金属、樹脂などの物質の粉末（微粒子）を固着させて構成されている。活性炭は水道水中の塩素分を吸着して除去するものである。なお、粉末（微粒子）は活性炭の微小孔をできるだけ閉塞しないように固着するのが望ましい。活性炭の吸着効果を減少させないためである。具体的には、抗菌剤４３ｂは活性炭に銀の粉末を固着して形成されているが、活性炭の粒径は２．３６〜０．５０ｍｍであり、銀の含有率は０．１％である。この抗菌剤４３ｂが液体中に置かれると、液体中に銀が溶出しこれにより液体中の所定範囲Ａ１内（図３参照）において抗菌作用が発生する。その効果が及ぶ範囲は、液体に流れがなければ活性炭４３ｂの中心から半径ｒ１のほぼ球状となり、銀の含有率、基材の粒径によって設定することは可能である。イオン交換樹脂４３ａには抗菌剤４３ｂがその抗菌作用の及ぶ所定範囲を考慮して混床されている。
【００３９】
左筒体４１ｂの上端（通路４２の一端）には、有底筒状体に形成された導入部４５の開口端が液密に接続されている。導入部４５の天壁４５ａには、凝縮器３０から供給される回収水を導入する配管６６に接続された導入口４５ａ１、燃焼ガス用凝縮器３４から供給される回収水を導入する配管６３に接続された導入口４５ａ２、および図示しない水道水供給源（例えば水道管）から供給される補給水を導入する配管６７に接続された導入口４５ａ３が設けられている。また、天壁４５ａにはエア抜き用の孔４５ａ４が形成されている。
【００４０】
また、右筒体４１ａの上端（通路４２の一端）には、貯水器５０が一体的に形成されている。貯水器５０は有底筒状体に形成されたハウジング５１を備えており、このハウジング５１の開口端が右筒体４１ａの上端に液密に接続されている。ハウジング５１の天壁５１ａには、エア抜き口５１ａ１が設けられており、導入部４５に回収水が供給されると、左筒体４１ｂ、右筒体４１ａを満たし、貯水器５０内に貯水される。ハウジング５１内上部には一端が外部に連通する排水管の他端が接続されるオーバーフロー口５２が設けられており、右筒体４１ａの水位が上昇しオーバーフロー口５２を越えるとそのオーバーフロー口５２および排水管を通って外部に排水される。
【００４１】
ハウジング５１の天壁５１ａ上にはポンプ５３が取り付け固定されており、その吸込口５３ａには下端が貯水器５０の底部（ハウジング５１の開口端付近）まで延在されて配設された取水管６８の上端が接続され、ポンプ５３の吐出口５３ｂには上端が改質部２２に接続された配管６９の下端が接続されている。取水管６８の下端には、フィルタを持った取水部５４が固定されている。さらに、貯水器５０には貯水されている回収水中に配設されて同回収水の導電率を検出する導電率センサ５５ａがハウジング５１の下部に固定された支持部５５ｂによって支持固定されている。導電率センサ５５ａは取水部５４付近に配置されている。
【００４２】
ハウジング５１の天壁５１ａ上には貯水器５０内の上限および下限水位を検知できる水位計５６が取り付け固定されている。水位計５６が下限水位を検知すると、純水器４０に対する水の供給例えば水道水の補給を開始し、水位計５６が上限水位を検知すると、純水器４０に対する水の供給例えば水道水の補給を停止するようになっている。上限水位はオーバーフローラインより若干高い位置に設定され、下限水位は取水部５４より若干高い位置に設定されている。なお、純水器４０および貯水器５０内の水位は図２に示すようにほぼ同レベルにある。
【００４３】
次にこのように構成された燃料電池システムの作用を説明する。燃料電池システムの稼動中において、凝縮器３０および燃焼ガス用凝縮器３４にて凝縮され回収された回収水は配管６６および６３を通って自重にて直下流の純水器４０に流れる。純水器４０の導入部４５に流入した回収水は、左筒体４１ｂ内を自重によって上から下へ向かって流れ、連結部４１ｃ内を通って右筒体４１ａ内に流入する。右筒体４１ａに流入した回収水は左筒体４１ｂ内に溜まった回収水の自重で左右両筒体４１ｂ，４１ａの水位が同程度（純水器４０の圧損分の水位差がある。）まで右筒体４１ａ内を下から上へ流れて貯水器５０に到達する。すなわち純水器４０内の回収水は自重によって充填部４３を通って直下流の貯水器５０に到達して貯水される。この貯水されている回収水はイオン交換樹脂４３ａによって純水化されている。そして、貯水器５０に貯水された回収水は、燃料電池の負荷に応じた所定量がポンプ５３によって改質器２０に給水されるようになっている。なお、燃料電池１０から凝縮器３０までの配管中では水滴が発生するおそれがあり、例え水滴が発生しても、燃料電池１０は凝縮器３０より上方に設置されており、燃料電池１０から凝縮器３０までの配管もその内部の流体が自重にて流れ落ちるように構成されているので、燃料電池１０の液体は配管を通って直下流の凝縮器３０に自重にて流れ落ちる。
【００４４】
このような回収水の流れの中で、純水器４０および貯水器５０においては、純水器４０の導入部４５に流入する液体の量が改質器２０に供給される量より大きくなりその水位がオーバーオフロー口５２より高くなればオーバーフロー口５２および排水管を通って外部に排水される。また、貯水器５０内の水位は、水位センサ５６により監視されており、上限水位と下限水位との間となるようになっている。これにより、純水器４０および貯水器５０内の水位は図２に示すようにほぼ同レベルとなり、充填部４３およびフィルタ４４は常に液中に浸るようになっている。また、充填部４３内の抗菌剤４３ｂから所定範囲Ａ１の液中にはその抗菌作用が及ぶので、その範囲Ａ１を通過または滞留する液体もしくはその範囲Ａ１内にある物体は抗菌される。
【００４５】
上述した説明から理解できるように、この実施の形態においては、イオン交換樹脂４３ａを充填された充填部４３がその内部に導入された液体中に常に浸るようになり、液体中に置かれた充填部４３によってその液体中の所定範囲（充填部４３の表面からほぼ半径ｒ１だけ離れた範囲）まで抗菌作用が及ぶので、充填部４３ａ内および充填部４３ａから所定範囲内の液中にあっては、液体の流れが遅くなることにより微生物が繁殖しやすくなる部位でもその抗菌作用により微生物の繁殖を抑制することができる。これにより、回収水中の微生物の繁殖を抑制するための専用の装置を別に設けることなく、すなわち、部品点数を増やすことなく、システム全体を大型化することなく、そしてコスト上昇を伴うことなく、微生物の繁殖を抑制することができる。したがって、充填部４３内の目詰まりの発生を防止するので、フィルタ４４の清掃を頻繁にするために頻繁に運転停止をすることなく、燃料電池システムの長期運転が可能となる。
【００４６】
また、充填部４３に当接して配設され導入口４５ａ１，４５ａ２，４５ａ３からそれぞれ導入された凝縮器３０からの回収水、燃焼ガス用凝縮器３４および水道水をろ過するフィルタ４４を設けたので、充填部４３にはこのフィルタ４４によって異物を除去された回収水または外部からの水が供給される。一方フィルタ４４に除去した異物に溜まると液体の流れが遅くなるのでそこに微生物が繁殖しやすくなるが、フィルタ４４は充填部４３に当接されており、充填部４３の抗菌作用により微生物の繁殖を抑制することができる。したがって、フィルタ４４の微生物の繁殖による目詰まりの発生を防止し、燃料電池システムの長期運転が可能となる。また、回収水中に改質器２０から脱落する触媒等の異物が含まれている恐れがあるが、フィルタ４４はそのような異物を捕集して後段に流れるのを防止しまた後段に設けられたポンプ５３が異物を噛みこむのを防止することができる。
【００４７】
また、充填部４３に、液体中に置かれた場合に抗菌作用が所定範囲まで及ぶ抗菌剤４３ｂを充填したので、イオン交換樹脂４３ａに抗菌剤４３ｂを充填するだけで、容易に上述した作用を得ることができる。また、充填部４３は、イオン交換樹脂４３ａに抗菌剤４３ｂがその抗菌作用の及ぶ所定範囲を考慮して混床されているので、イオン交換樹脂４３ａに対して抗菌剤４３ｂを適量充填することができる。また、抗菌剤４３ｂは活性炭に抗菌作用を有する粉末を固着させてなるので、抗菌剤４３ｂは充填部４３ａを抗菌するのに加えて、充填部４３に導入された液体から活性炭の作用によりその液体から塩素分を除去する。
【００４８】
なお、上記実施の形態においては、充填部４３が充填されている純水器４０の通路４２が上部に開放されたＵ字状に形成され、その通路４２に液体が溜められると充填部４３は常に液中に浸るようになっていたが、この構造に代えて、充填部４３が液中に浸るような他の構造としてもよい。
【００４９】
また、上記実施の形態においては、充填部４３はイオン交換樹脂４３ａに抗菌剤４３ｂを混床するタイプであったが、図４に示すように、イオン交換樹脂４３ａと抗菌剤４３ｂを積層させた複床タイプとしてもよい。この場合、抗菌剤４３ｂの抗菌作用の及ぶ所定範囲を考慮して複床し、少なくとも最上流位置（左筒体４１ｂに設けられたフィルタ４４に当接する最上位置）を抗菌剤４３ｂの層とすることが望ましい。これによっても、上記実施の形態と同様な作用・効果を得るのに加えて、充填部４３を簡単に製造することができる。
【００５０】
また、上記実施の形態においては、回収水を純水化して改質水として利用する場合について適用したが、特開２００３−１５１５９１号公報に示されているように、燃料電池の燃料極および空気極に供給する改質ガスおよび空気を加湿する加湿器に純水化した回収水を供給する場合に適用するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明による燃料電池システムの一実施の形態の概要を示す概要図である。
【図２】図１に示す純水器および貯水器を示す断面図である。
【図３】抗菌剤の抗菌作用の及ぶ所定範囲を示す図である。
【図４】充填部の変形例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００５２】
１０…燃料電池、１１…燃料極、１２…空気極、２０…改質器、２１…バーナ、２２…改質部、２３…一酸化炭素シフト反応部（ＣＯシフト部）、２４…一酸化炭素選択酸化反応部（ＣＯ選択酸化部）、３０…凝縮器、３１…改質ガス用凝縮器、３２…アノードオフガス用凝縮器、３３…カソードオフガス用凝縮器、３４…燃焼ガス用凝縮器、４０…純水器、４１…ハウジング、４１ａ，４１ｂ…筒体、４１ｃ…連結部、４２…通路、４３…充填部、４３ａ…イオン交換樹脂、４３ｂ…抗菌部、４４…フィルタ、４５…導入部、４５ａ１，４５ａ２，４５ａ３…導入口、４６…導出部、４６ａ１…エア抜き用孔、４６ｂ…導出口、５０…貯水器、５１…ハウジング、５２…オーバーフロー口、５３…ポンプ、５４…取水部、５５ａ…導電率センサ、５６…水位計、５７…タンク、６１〜６９…配管。
【図１】
2005243251.tif 000003
【図２】
2005243251.tif 000004
【図３】
2005243251.tif 000005
【図４】
2005243251.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成16年3月15日(2004.3.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３５】
純水器４０は、凝縮器３０および燃焼ガス用凝縮器３４から供給された水すなわち回収水を純水にするものである。この純水器４０は、図２に示すように、上方に開口するU字状に形成されたハウジング４１を備えている。このハウジング４１は左右筒体４１ｂ，４１ａと両筒体４１ｂ，４１ａの下部を連通する連結部４１ｃとから構成されている。左右筒体４１ｂ，４１ａと連結部４１ｃとの内部は上方に開口するU字状に形成された空間であり、この空間が回収水を流通させる通路４２として機能し、この通路内にはイオン交換樹脂４３ａに抗菌剤４３ｂが均一となるように混合され充填された充填部４３が形成されている。イオン交換樹脂４３ａおよび抗菌剤４３ｂは粒状に形成されている。なお図２において充填部４３を模式的に記載し、イオン交換樹脂４３ａを濃く彩色（グレー）することにより粒の形状の記載を省略し、抗菌剤４３ｂを大きな黒色丸で記載している。またこのようにある種類の粒（イオン交換樹脂４３ａ）に他の異なる種類の粒（抗菌剤４３ｂ）が均一に充填されていることを混床という。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３６】
左右筒体４１ｂ，４１ａ内には充填部４３の各上面に押え部材を兼ねたフィルタ４４が当接されて取付固定されている。フィルタ４４は通過する液体をろ過するものである。なお、Ｕ字状通路４２においては回収水が自重にて充填部４３内を流通するように構成されている。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３９】
右筒体４１ａの上端（通路４２の一端）には、有底筒状体に形成された導入部４５の開口端が液密に接続されている。導入部４５の天壁４５ａには、凝縮器３０から供給される回収水を導入する配管６６に接続された導入口４５ａ１、燃焼ガス用凝縮器３４から供給される回収水を導入する配管６３に接続された導入口４５ａ２、および図示しない水道水供給源（例えば水道管）から供給される補給水を導入する配管６７に接続された導入口４５ａ３が設けられている。また、天壁４５ａにはエア抜き用の孔４５ａ４が形成されている。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４０】
また、左筒体４１ｂの上端（通路４２の一端）には、貯水器５０が一体的に形成されている。貯水器５０は有底筒状体に形成されたハウジング５１を備えており、このハウジング５１の開口端が左筒体４１ｂの上端に液密に接続されている。ハウジング５１の天壁５１ａには、エア抜き口５１ａ１が設けられており、導入部４５に回収水が供給されると、右筒体４１ａ、左筒体４１ｂを満たし、貯水器５０内に貯水される。ハウジング５１内上部には一端が外部に連通する排水管の他端が接続されるオーバーフロー口５２が設けられており、左筒体４１ｂの水位が上昇しオーバーフロー口５２を越えるとそのオーバーフロー口５２および排水管を通って外部に排水される。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４３】
次にこのように構成された燃料電池システムの作用を説明する。燃料電池システムの稼動中において、凝縮器３０および燃焼ガス用凝縮器３４にて凝縮され回収された回収水は配管６６および６３を通って自重にて直下流の純水器４０に流れる。純水器４０の導入部４５に流入した回収水は、右筒体４１ａ内を自重によって上から下へ向かって流れ、連結部４１ｃ内を通って左筒体４１ｂ内に流入する。左筒体４１ｂに流入した回収水は右筒体４１ａ内に溜まった回収水の自重で左右両筒体４１ｂ，４１ａの水位が同程度（純水器４０の圧損分の水位差がある。）まで左筒体４１ｂ内を下から上へ流れて貯水器５０に到達する。すなわち純水器４０内の回収水は自重によって充填部４３を通って直下流の貯水器５０に到達して貯水される。この貯水されている回収水はイオン交換樹脂４３ａによって純水化されている。そして、貯水器５０に貯水された回収水は、燃料電池の負荷に応じた所定量がポンプ５３によって改質器２０に給水されるようになっている。なお、燃料電池１０から凝縮器３０までの配管中では水滴が発生するおそれがあり、例え水滴が発生しても、燃料電池１０は凝縮器３０より上方に設置されており、燃料電池１０から凝縮器３０までの配管もその内部の流体が自重にて流れ落ちるように構成されているので、燃料電池１０の液体は配管を通って直下流の凝縮器３０に自重にて流れ落ちる。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４９】
また、上記実施の形態においては、充填部４３はイオン交換樹脂４３ａに抗菌剤４３ｂを混床するタイプであったが、図４に示すように、イオン交換樹脂４３ａと抗菌剤４３ｂを積層させた複床タイプとしてもよい。この場合、抗菌剤４３ｂの抗菌作用の及ぶ所定範囲を考慮して複床し、少なくとも最上流位置（右筒体４１ａに設けられたフィルタ４４に当接する最上位置）を抗菌剤４３ｂの層とすることが望ましい。これによっても、上記実施の形態と同様な作用・効果を得るのに加えて、充填部４３を簡単に製造することができる。
【手続補正７】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図２】
2005243251.tif 000007
【手続補正８】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図４】
2005243251.tif 000008