(57)【要約】【課題】水が水供給系のフィルタ内を流れる際に発生する気泡を取り除いて水の流れを円滑にして燃料電池本体に安定運転を行わせる燃料電池発電装置を提供する。【解決手段】本発明に係る燃料電池発電装置は、熱回収系２８の熱回収タンク２９に接続する水供給系２７にフィルタ３３を設けるとともに、このフィルタ３３にベント管３５を設けた。【選択図】  図１
2005044614.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料改質系に燃料電池本体、熱回収系、水供給系を組み合せた燃料電池発電装置において、前記熱回収系の熱回収タンクに接続する前記水供給系にフィルタを設けるとともに、このフィルタをフィルタエレメントを収容するハウジング本体と、このハウジング本体の頂部側に設けられ、入口、出口を備えたハウジングキャップ部と、このハウジングキャップ部に設けたベント管とで構成したことを特徴とする燃料電池発電装置。
【請求項２】
燃料改質系に燃料電池本体、熱回収系、水供給系を組み合せた燃料電池発電装置において、前記熱回収系の熱回収タンクに接続する前記水供給系にフィルタを設けるとともに、このフィルタをフィルタエレメントを収容するハウジング本体と、このハウジング本体の底部側に設けられ、入口、出口を備えたハウジングキャップ部と、前記ハウジング本体の頂部側に設けたベント管とで構成したことを特徴とする燃料電池発電装置。
【請求項３】
燃料改質系に燃料電池本体、熱回収系、水供給系を組み合せた燃料電池発電装置において、前記熱回収系の熱回収タンクに接続する前記水供給系にフィルタを設けるとともに、このフィルタをフィルタエレメントを収容するハウジング本体と、このハウジング本体の頂部側に設けられ、入口、出口を備えたハウジングキャップ部と、このハウジングキャップ部に設けられ、前記熱回収タンクに接続するベント管とで構成したことを特徴とする燃料電池発電装置。
【請求項４】
燃料改質系に燃料電池本体、熱回収系、水供給系を組み合せた燃料電池発電装置において、前記熱回収系の熱回収タンクに一体構成するフィルタ装置を備えるとともに、このフィルタ装置を前記熱回収タンクに設置するフィルタエレメントと、このフィルタエレメントに連通させて気泡を集める気泡タンクと、この気泡タンクを前記熱回収タンクに接続させるベント管とで構成したことを特徴とする燃料電池発電装置。
【請求項５】
フィルタは、ハウジング本体の頂部側に設けられ、入口、出口を備えたハウジングキャップ部の位置を熱回収タンクの最低水位よりも低い位置に設定したことを特徴とする請求項１または３記載の燃料電池発電装置。
【請求項６】
フィルタは、ハウジング本体の頂部側の位置を熱回収タンクの最低水位よりも低い位置に設定したことを特徴とする請求項２記載の燃料電池発電装置。
【請求項７】
ベント管は、先端を開口させたＵ字部を設けたことを特徴とする請求項１または２記載の燃料電池発電装置。
【請求項８】
ベント管に設けたＵ字部は、先端の位置を熱回収タンクの最高水位よりも超えた高い位置に設定したことを特徴とする請求項７記載の燃料電池発電装置。
【請求項９】
ベント管は、熱回収タンクに接続する位置を最高水位よりも超えた高い位置に設定したことを特徴とする請求項３または４記載の燃料電池発電装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池発電装置に係り、特に改質器や燃料電池本体等から回収した水を再利用して燃料電池本体等に供給する水供給系に改良を加えた燃料電池発電装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近時、家庭用または車両用等の商業用電源として脚光を浴びている燃料電池発電装置には、例えば、図７に示す構成のものがある。
【０００３】
燃料電池発電装置は、大別して燃料改質系１、燃料電池本体２、水、燃焼ガス等の熱を回収する熱回収系３、回収した水等を再利用して燃料電池本体２等に供給する水供給系４で構成されている。
【０００４】
燃料改質系１は、改質器５、一酸化炭素除去器６、水蒸気分離器７、蒸発器８を備え、水蒸気分離器７で水蒸気と水とに分離し、分離した水蒸気を原燃料、例えば都市ガスに加えて改質器５に供給し、ここでバーナ５ａから生成された燃焼ガスの熱を受ける改質触媒５ｂで水蒸気改質を行わせて水素リッチな燃料ガスに改質させ、改質させた燃料ガスに含まれている一酸化炭素を一酸化炭素除去器６で除去した後、熱交換器９、改質燃料ガスライン１０を介して燃料電池本体２を供給する。
【０００５】
また、燃料改質系１は、改質器５からの排ガスを熱源とし、水供給系４から熱交換器９を介して供給される水を蒸発器８で蒸発させた後、燃焼排ガスライン１１を介して熱回収系３に回収させる。
【０００６】
なお、蒸発器８で蒸発した蒸気は、一酸化炭素除去器６で一酸化炭素除去中に発生する熱を冷却させた後、水蒸気分離器７に供給される。
【０００７】
一方、燃料電池本体２は、燃料改質系１に一酸化炭素除去系６から熱交換器９、改質燃料ガスライン１０を介して燃料極に供給された水素リッチな燃料ガス、水供給系４から加湿水供給ライン１２を介して供給される加湿水、ブロア１３から空気供給ライン１４を介して空気極に供給される空気とで化学反応させ、その際に生成される起電力を集めて直流の電力を発生させる。
【０００８】
また、燃料電池本体２は、燃料ガス、加湿水、空気の化学反応後に生成された排ガス、加湿水をそれぞれ空気極排ガスライン１５、加湿水戻りライン１６を介して熱回収系３に供給するとともに、燃料極からの排ガス（未燃ガス）を燃料極排ガスライン１７を介して改質器５のバーナ５ａに燃料用として供給する。
【０００９】
他方、熱回収系３は、大気開放型の熱回収タンク１８、このタンク１８内に収容された熱交換器１９、脱炭酸装置２０を備え、燃料改質系１の蒸発器８から燃料排ガスライン１１を介して供給される燃焼排ガス、水蒸気分離器７からブローダウンライン２６を介して供給される分離水、燃料電池本体２の空気極から空気極排ガスライン１５を介して供給される排ガス、燃料電池本体２から加湿水戻りライン１６を介して供給される戻り加湿水を熱回収タンク１８で熱回収させ、その際、熱交換器１９で貯湯槽２１からの水を加熱させて高温水にするとともに、熱交換後の水に含まれている炭酸ガスをブロア２２から脱炭酸装置２０に供給する空気により発生する気泡の力を借りて離し、炭酸ガスから離した水を水供給系４に供給する。
【００１０】
水供給系４は、フィルタ２３を備え、熱回収系３の熱回収タンク１８から供給された水に含まれる不純物をフィルタ２３でろ過後、一方を加湿水としてポンプ２４、加湿水供給ライン１２を介して燃料電池本体２に供給するとともに、残りの他方をポンプ２５、熱交換器９、蒸発器８を介して一酸化炭素除去器６に冷却用として供給する。
【００１１】
このような構成を備える燃料電池発電装置に組み込められている水供給系４には、例えば特開平１０−２３３２２４号公報（特許文献１）、特開２０００−３３１７０３号公報（特許文献２）等、数多くの発明が開示されている。
【００１２】
【特許文献１】
特開平１０−２３３２２４号公報
【００１３】
【特許文献２】
特開２０００−３３１７０３号公報
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
図７で示した燃料電池発電装置のうち、水供給系４には、幾つかの問題点が含まれており、その一つに発生する気泡の処理がある。
【００１５】
図７で示した燃料電池発電装置に組み込まれている熱回収系３は、熱回収タンク１８で燃料改質系１の水蒸気分離器７からの分離水の熱、蒸発器８からの燃料排ガスの熱、燃料電池本体２の空気極排ガスの熱、燃料電池本体２の戻り加湿水からの熱を回収させ、回収後の水を水供給系４を介して燃料電池本体２等に供給しているが、回収した水に多量の炭酸ガスが含まれ、その濃度が著しく高く、電気伝導度が高くなっている。
【００１６】
このため、高い炭酸ガス濃度のまま、燃料電池本体３の加湿水等として供給すると、燃料電池本体２は、改質燃料ガス、空気、加湿水の化学反応の際、反応率の低下を招き、反応率の低下に伴って発電効率を低下させ、ひいては電池劣化を早める要因にもなっている。
【００１７】
このような事情から、熱回収系３は、熱回収タンク１８に脱炭酸装置２０を収容し、ブロア２２から供給された空気で気泡を発生させ、気泡の力を借りて炭酸ガスを水から離してその濃度を低下させ、濃度を低下させた水を水供給系４のフィルタ２３に供給していた。
【００１８】
しかし、水にはブロア２２から供給された空気のうち、酸素がより多く溶け込んでいる。このため、水はフィルタ２３の流路を蛇行して流れる間、圧力低下に伴って気泡が発生し、発生した気泡がより多く溜まって水の流れを悪くさせ、遂には燃料電池本体２の運転を阻害させ、発電効率を低下させる等の要因になっていた。
【００１９】
本発明は、このような事情に基づいてなされたものであり、炭酸ガス濃度を低下させるために、脱炭酸装置に空気を供給し、より多くの空気（酸素）を含む水が水供給系のフィルタ内を流れる際、気泡を大気に排出させ、水の流れを良好にして燃料電池本体に安定した運転を行わせる燃料電池発電装置を提供することを目的とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る燃料電池発電装置は、上述の目的を達成するために、請求項１に記載したように、燃料改質系に燃料電池本体、熱回収系、水供給系を組み合せた燃料電池発電装置において、前記熱回収系の熱回収タンクに接続する前記水供給系にフィルタを設けるとともに、このフィルタをフィルタエレメントを収容するハウジング本体と、このハウジング本体の頂部側に設けられ、入口、出口を備えたハウジングキャップ部と、このハウジングキャップ部に設けたベント管とで構成したものである。
【００２１】
また、本発明に係る燃料電池発電装置は、上述の目的を達成するために、請求項２に記載したように、燃料改質系に燃料電池本体、熱回収系、水供給系を組み合せた燃料電池発電装置において、前記熱回収系の熱回収タンクに接続する前記水供給系にフィルタを設けるとともに、このフィルタをフィルタエレメントを収容するハウジング本体と、このハウジング本体の底部側に設けられ、入口、出口を備えたハウジングキャップ部と、前記ハウジング本体の頂部側に設けたベント管とで構成したものである。
【００２２】
また、本発明に係る燃料電池発電装置は、上述の目的を達成するために、請求項３に記載したように、燃料改質系に燃料電池本体、熱回収系、水供給系を組み合せた燃料電池発電装置において、前記熱回収系の熱回収タンクに接続する前記水供給系にフィルタを設けるとともに、このフィルタをフィルタエレメントを収容するハウジング本体と、このハウジング本体の頂部側に設けられ、入口、出口を備えたハウジングキャップ部と、このハウジングキャップ部に設けられ、前記熱回収タンクに接続するベント管とで構成したものである。
【００２３】
また、本発明に係る燃料電池発電装置は、上述の目的を達成するために、請求項４に記載したように、燃料改質系に燃料電池本体、熱回収系、水供給系を組み合せた燃料電池発電装置において、前記熱回収系の熱回収タンクに一体構成するフィルタ装置を備えるとともに、このフィルタ装置を前記熱回収タンクに設置するフィルタエレメントと、このフィルタエレメントに連通させて気泡を集める気泡タンクと、この気泡タンクを前記熱回収タンクに接続させるベント管とで構成したものである。
【００２４】
また、本発明に係る燃料電池発電装置は、上述の目的を達成するために、請求項５に記載したように、フィルタは、ハウジング本体の頂部側に設けられ、入口、出口を備えたハウジングキャップ部の位置を熱回収タンクの最低水位よりも低い位置に設定したものである。
【００２５】
また、本発明に係る燃料電池発電装置は、上述の目的を達成するために、請求項６に記載したように、フィルタは、ハウジング本体の頂部側の位置を熱回収タンクの最低水位よりも低い位置に設定したものである。
【００２６】
また、本発明に係る燃料電池発電装置は、上述の目的を達成するために、請求項７に記載したように、ベント管は、先端を開口させたＵ字部を設けたものである。
【００２７】
また、本発明に係る燃料電池発電装置は、上述の目的を達成するために、請求項８に記載したように、ベント管に設けたＵ字部は、先端の位置を熱回収タンクの最高水位よりも超えた高い位置に設定したものである。
【００２８】
また、本発明に係る燃料電池発電装置は、上述の目的を達成するために、請求項９に記載したように、ベント管は、熱回収タンクに接続する位置を最高水位よりも超えた高い位置に設定したものである。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る燃料電池発電装置の実施形態を図面および図面に付した符号を引用して説明する。
【００３０】
図１および図２は、本発明に係る燃料電池発電装置に適用する水供給系の第１誌実施例を示す概念図である。
【００３１】
本実施形態に係る水供給系２７は、熱回収系２８の熱回収タンク２９に入口３７、出口３８を備えるハウジングキャップ部３０を接続させるとともに、このハウジングキャップ部３０に接続するハウジング本体３１にフィルタエレメント３２を収容させて構成するフィルタ３３と、ハウジングキャップ部３０から上部に向って延び、先端を開口させ、ほこり等の侵入を防止するＵ字部３４を備えたベント管３５と、ポンプ３６とを備える。
【００３２】
一方、熱回収タンク２９は、脱炭酸装置２０を収容し、熱回収させた水に含まれている炭酸ガスの濃度を低下させるため、ブロア２２から脱炭酸装置２０に空気を供給して気泡を発生させ、その気泡の力を借りて炭酸ガスを水から離して炭酸ガス濃度を低下させ、その濃度を低下させた水をフィルタ３３に供給するようになっている。
【００３３】
また、フィルタ３３は、図１および図２に示すように、熱回収タンク２９に接続させ、入口３７、出口３８を備えるハウジングキャップ部３０の位置を熱回収タンク２９の最低水位ＬＷＬよりも低い位置に設定してハウジング本体３１が負圧になることを防止するとともに、ハウジングキャップ部３０に設けたベント管３５のＵ字部３４を熱回収タンク２９の最高水位ＨＷＬよりも超えた高い位置に設定し、ハウジングキャップ部３０側に溜まる気泡を水から離してベント管３５で抜き出す構成にする一方、入口３７から供給される水をフィルタエレメント３２の外側から流入させ、ここで水に含まれる不純物をろ過した後、出口３８からポンプ３６を介して燃料電池本体等に供給する。
【００３４】
このように本実施形態は、熱回収タンク２９に接続させるフィルタ３３のハウジングキャップ部３０の位置を熱回収タンク２９の最低水位ＬＷＬよりも低い位置に設定するとともに、フィルタ３３のハウジングキャップ部３０に設けたベント管３５のＵ字部３４の開口端の位置を熱回収タンク２９の最高水位ＨＷＬよりも超えた高い位置に設定し、水がフィルタ３３内を蛇行中、圧力低下に伴って発生する気泡を水から離してベント管３５で抜き出す構成にしたので、水の流れを円滑にさせて燃料電池本体に安定運転を行わせることができる。
【００３５】
図３および図４は、本発明に係る燃料電池発電装置に適用する水供給系の第２実施形態を示す概念図である。
【００３６】
なお、図１および図２に示した構成要素と同一構成要素には同一符号を付す。
【００３７】
本実施形態に係る水供給系２７は、図３に示すように、熱回収タンク２９に接続させるフィルタ３３を、入口３７、出口３８を備えるハウジングキャップ部３０と、このハウジングキャップ部３０に接続され、上部に向って延びるフィルタエレメント３２を収容させるハウジング本体３１と、このハウジング本体３１の頂部に接続され、先端を開口させるとともに、ほこり等の侵入を防止するＵ字部３４を備えたベント管３５とで構成したものである。
【００３８】
なお、ハウジング本体３１の頂部側の位置は、熱回収タンク３９の最低水位ＬＷＬよりも低い位置に設定される。また、ベント管３５のＵ字部３４の先端位置は、熱回収タンク２９の最高水位ＨＷＬよりも超えた高い位置に設定される。
【００３９】
本実施形態は、入口３７、出口３８を備えたハウジングキャップ部３０に上部に向って伸びるフィルタエレメント３２を収容させるハウジング本体３１に接続させる型式のフィルタ３３が設置場所の関係でより高い利便性を持っていることを考慮したものであり、図４に示すように、ハウジングキャップ部３０の入口３７から流入した水がフィルタエレメント３２の外側から内側に流れて不純物のろ過を行う前の水の蛇行中、圧力低下に伴って発生する気泡がフィルタエレメント３２の外側に集まったとき、ベント管３５で抜き出す構成になっている。
【００４０】
このように、本実施形態は、入口３７、出口３８を備えたハウジングキャップ部３０に上部側に向って延びるフィルエレメント３２を収容させるハウジング本体３１を接続させる型式のフィルタ３３の場合、フィルタエレメント３２の外側に集まる気泡をベント管３５で抜き出す構成にしたので、水の流れを円滑にし、燃料電池本体に安定運転を行わせることができる。
【００４１】
図５は、本発明に係る燃料電池発電装置に適用する水供給系の第３実施形態を示す概念図である。
【００４２】
なお、図１および図２に示した構成要素と同一構成要素には同一符号を付す。
【００４３】
本実施形態に係る水供給系２７は、熱回収系３８の熱回収タンク２９にハウジングキャップ部３０を接続させるとともに、このハウジングキャップ部３０に接続するハウジング本体３１にフィルタエレメント３２を収容させたフィルタ３３と、ハウジングキャップ部３０から上方に向って延び、熱回収タンク２９の最高水位ＨＷＬを超える空間部分に接続させるベント管３５とを備える一方、ハウジングキャップ部３０の位置を熱回収タンク２９の最低水位ＬＷＬよりも低い位置に設定したものである。
【００４４】
このように、本実施形態は、ハウジングキャップ部３０の位置を熱回収タンク２９の最低水位ＬＷＬよりも低い位置に設定するとともに、ハウジングキャップ部３０に設けたベント管３５を熱回収タンク２９の最高水位ＨＷＬを超える空間部分に接続し、水を循環させる構成にしたので、熱回収タンク２９の水位が何かの事情で高くなっても水位の高くなった分をベント管３５を介して熱回収タンク２９に戻して循環させることができ、過流量の水を燃料電池本体に供給することがなく、燃料電池本体に安定運転を行わせることができる。
【００４５】
図６は、本発明に係る燃料電池発電装置に適用する水供給系の第４実施形態を示す概念図である。
【００４６】
なお、図１および図２に示した構成要素と同一構成要素には同一符号を付す。
【００４７】
本実施形態に係る水供給系２７は、熱回収系２８の熱回収タンク２９と一体構成するフィルタ装置４０を設けたものである。
【００４８】
このフィルタ装置４０は、熱回収タンク２９の底部に設置するフィルタエレメント３２と、このフィルタエレメント３２を蛇行中に圧力低下に伴って発生する気泡を集める気泡タンク４１と、この気泡タンク４１から上部側に向って延び、熱回収タンク２９の水の水位が高水位ＨＷＬを超えた空間部分の位置に接続するベント管３５とで構成される。
【００４９】
このように、本実施形態は、熱回収タンク２９に一体構成するフィルタ装置４０を設け、フィルタ装置４０をフィルタエレメント３２、気泡タンク４１、ベント管３５で構成し、熱回収タンク２９の水がフィルタエレメント３２を蛇行中に発生する気泡を気泡タンク４１に集め、集めた気泡をベント管３５で抜き出すとともに、気泡を取り除いた水を燃料電池本体等に供給する構成にしたので、水の流れを円滑にし、燃料電池本体に安定運転を行わせることができるとともに、装置全体をコンパクト化することができ、広い空間が確保できない場合でも容易に設置することができる。
【００５０】
【発明の効果】
以上の説明のとおり、本発明に係る燃料電池発電装置は、熱回収系の熱回収タンクに接続する水供給系にフィルタを設け、このフィルタに水が流れるときに発生する気泡をベント管で抜き出す構成にしたので、水の流れを円滑にさせて燃料電気本体に安定運転を行わせることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る燃料電池発電装置に適用する水供給系の第１実施形態を示す概念図。
【図２】図１に示したフィルタの拡大断面図。
【図３】本発明に係る燃料電池発電装置に適用する水供給系の第２実施形態を示す概念図。
【図４】図３に示したフィルタの拡大断面図。
【図５】本発明に係る燃料電池発電装置に適用する水供給系の第３実施形態を示す概念図。
【図６】本発明に係る燃料電池発電装置に適用する水供給系の第４実施形態を示す概念図。
【図７】従来の燃料電池発電装置を示す概略系統図。
【符号の説明】
１  燃料改質系
２  燃料電池本体
３  熱回収系
４  水供給系
５  改質器
５ａ  バーナ
５ｂ  改質触媒
６  一酸化炭素除去器
７  水蒸気分離器
８  蒸発器
９  熱交換器
１０  改質燃料ガスライン
１１  燃料排ガスライン
１２  加湿水供給ライン
１３  ブロア
１４  空気供給ライン
１５  空気極排ガスライン
１６  加湿水戻りライン
１７  燃料極排ガスライン
１８  熱回収タンク
１９  熱交換器
２０  脱炭酸装置
２１  貯湯槽
２２  ブロア
２３  フィルタ
２４，２５  ポンプ
２６  ブローダウンライン
２７  水供給系
２８  熱回収系
２９  熱回収タンク
３０  ハウジングキャップ部
３１  ハウジング本体
３２  フィルタエレメント
３３  フィルタ
３４  Ｕ字部
３５  ベント管
３６  ポンプ
３７  入口
３８  出口
４０  フィルタ装置
４１  気泡タンク
【図１】
2005044614.tif 000003
【図２】
2005044614.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2005044614.tif 000008
【図７】
2005044614.tif 000009