(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガスと酸化剤ガスとを用いて発電する燃料電池と、前記燃料電池より排出される排燃料ガス及び排酸化剤ガスの少なくともいずれかのガスから回収された水を貯える回収水タンクと、該回収水タンクから排出される水を中和するための中和剤を有する中和タンクと、を備え、前記中和タンクが、前記回収水タンクから排出された水を入水するための入水口と、前記中和タンク内部の水を外部に排出するための排出口とを有する燃料電池システムであって、前記中和剤は容体内に収められており、
前記容体が、水溶性であることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記容体が、水溶性紙であることを特徴する請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記容体が、メッシュ状の容体であることを特徴とする請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記容体のメッシュの目開きが、前記中和剤の平均粒径よりも小さいことを特徴とする請求項３記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記中和剤の平均粒径が、前記容体のメッシュの目開きよりも大きいことを特徴とする請求項３記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記入水口及び排出口は、前記中和剤が収められた前記容体が、前記入水口及び排出口より外部に排出されない大きさであることを特徴とする請求項１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、燃料電池から排出される燃料ガスもしくは酸化剤ガスから回収した回収水を中和剤により中和タンクを備える燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池システムは、燃料電池と当該燃料電池に利用する燃料ガスを製造する燃料処理装置を主要な構成要素として構成される。燃料電池はプロトン導電性機能を有する電解質膜の両側に、触媒を担持した一対の電極を配置し、電解質膜／電極結合体を形成した後、当該電解質膜／電極結合体の両側にセパレータを配置して構成される。前記セパレータには反応ガス通流路が設けられ、一方のセパレータの反応ガス通流路から水素等の燃料ガスを、また他方のセパレータの反応ガス通流路から空気等の酸化剤ガスを流し、上記電解質膜／電極結合体の電極触媒上で酸化還元反応が行われることで、電力が取り出され、同時に、燃料電池に冷却水を循環させ、発電に伴い発生する熱を温水として回収していた。
【０００３】
燃料電池システムにおいて、燃料電池の冷却に利用する冷却水には、燃料電池から排出される燃料ガスや酸化剤ガスに含まれる水分から回収した水を利用していた。
【０００４】
燃料電池の冷却は、上記各排気ガスから回収した水を、一旦、回収水タンクに貯え、ポンプ等の輸送手段を利用して、回収水タンクから、回収水の一部を燃料電池に設けた冷却水循環流路に冷却水として供給することで行っていた。回収水タンクにおいて、余剰になった回収水は燃料電池システムの外部に排水されるが、かかる排水によって環境が汚染されるのを抑制するため、回収水を、一旦、中和タンクに送り、中和処理した後に、排水されていた。中和タンクにおける中和処理には、具体的には水道水や粒子状の炭酸カルシウム等の中和剤が利用されていた（例えば、特許文献１）。
【０００５】
図５は、上記特許文献１に記載された、従来の燃料電池システムを示す構成図である。図５において、燃料電池システム５１は燃料電池５２と燃料処理装置５３を備え、原料ガスが改質反応することで製造した水素を含む燃料ガスと、外部から吸入した酸化剤ガスとしての空気を燃料電池５２に供給し発電を行うように構成されていた。このとき、燃料電池５２において、発電に利用されなかった排水素及び排空気は燃料電池５２から排出されることになるが、かかる排燃料ガス及び排空気は、燃料電池５２に導入される前に燃料ガスや空気に供給される加湿水と接触したり、燃料電池５２の内部を通過する際に、燃料電池内部で発電の結果として発生する生成水と接触することで、湿度の高い状態となって排出されることになる。この排燃料ガス及び排空気の中に含まれる水分は、熱交換器５４を介して回収され、回収水として回収水タンク５５に貯えられていた。冷却水タンク６１からは、その内部に貯えられた冷却水を循環させるための循環器を用いて、冷却水が燃料電池５２の内部を循環し、燃料電池５２で発生する熱を回収する。一方、回収水タンク５５で余剰となった回収水は回収水タンク５５から、中和タンク５７に送られ、中和処理される。中和タンク５７には、回収水タンク５５からの余剰の水が入水する入水口５６と中和タンク５７で余剰となった水を排水するための排水口５８が設けられ、また、中和タンク５７の内部には、粒子状の炭酸カルシウム等で構成される中和剤５９が保持され、回収水タンク５５から送り込まれた回収水は、中和タンク５７の内部で中和剤５９と接触し、中和された後、排水口５８から燃料電池システムの外部に排水されていた。
【特許文献１】特開２００４−１７２０１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載される従来の燃料電池システムにおいて、燃料電池システムの製造時に中和タンク５７内に中和剤を収納させた場合、その後、燃料電池システムの出荷でシステムをトラック等の輸送手段で運搬する際に、振動等の影響を受け、中和剤が入水口５６や排水口５８を介して中和タンク５７の外部に漏出し、中和タンク５７内の中和剤が不足するため燃料電池システムを設置後の運転時に回収水が中和タンク５７で中和されない状態で排水されてしまう可能性があるといった課題を有していた。
【０００７】
本発明は、上記した従来の課題に鑑みなされたものであり、中和タンク内に中和剤を配設した状態で、運搬手段により運搬されたとしても、中和剤が中和タンクから漏出することが抑止され、その結果として、発電運転時に回収水が中和タンク内で中和されずに排水される可能性が抑制された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】
【０００８】
前記従来の課題を解決するため、第１の本発明の燃料電池システムは、燃料ガスと酸化剤ガスとを用いて発電する燃料電池と、前記燃料電池より排出される排燃料ガス及び排酸化剤ガスの少なくともいずれかのガスから回収された水を貯える回収水タンクと、該回収水タンクから排出される水を中和するための中和剤を有する中和タンクと、を備え、前記中和タンクが、前記回収水タンクから排出された水を入水するための入水口と、前記中和タンク内部の水を外部に排出するための排出口とを有する燃料電池システムであって、前記中和剤は容体内に収められており、前記容体が、水溶性であることを特徴とする。
【０００９】
本構成によって、振動を伴う運搬手段により燃料電池システムが運搬されても中和剤が中和タンクから漏出せず、その結果として、発電運転時に回収水が中和タンク内で中和された状態で排水される。また、本構成によって、上記効果に加え、燃料電池システムの設置後、運転を開始した際回収水タンクから流れ込んだ回収水が容体を溶解または破壊するため、回収水が中和剤と直接に接触し、中和効果を十分に発揮できるようになる。
【００１２】
第２の本発明の燃料電池システムは、第１の本発明の燃料電池システムにおいて、前記容体が水溶性紙であることを特徴する。
【００１３】
本構成によって、上記第１の本発明の燃料電池システムの効果に加え、容体が溶解または破壊する際、容体自体からの溶出する成分で回収水が汚染されることがなくなる。
【００１４】
第３の本発明の燃料電池システムは、第１の本発明の燃料電池システムにおいて、前記容体がメッシュ状の容体であることを特徴とする。
【００１５】
本構成により、回収水が中和剤と直接に接触できるようになり、中和タンクでの中和効果を十分に発揮できるようになるだけでなく、燃料電池システムの発電運転時においても容体内に保持され、中和タンクから漏れ出す可能性が低くなる。
【００１６】
第４の本発明の燃料電池システムは、第３の本発明の燃料電池システムにおいて、前記容体のメッシュの目開きが前記中和剤の平均粒径よりも小さいことを特徴とする。
【００１７】
本構成によって、振動を伴う運搬手段による燃料電池システムの運搬時における中和剤の漏出が抑制される。
【００１８】
第５の本発明の燃料電池システムは、第３の本発明の燃料電池システムにおいて、前記中和剤の平均粒径が前記容体のメッシュの目開きよりも大きいことを特徴とする。
【００１９】
本構成によって、振動を伴う運搬手段による燃料電池システムの運搬時における中和剤の漏出が抑制される。
【００２０】
第６の本発明の燃料電池システムは、第１の本発明の燃料電池システムにおいて、前記入水口及び排水口は、前記中和剤が収められた容体が、当該入水口及び排出口より外部に排出されない大きさであることを特徴とする。
【００２１】
本構成によって、振動を伴う運搬手段による燃料電池システムの運搬時における中和剤の漏出が抑制される。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の燃料電池システムによれば、中和タンク内に中和剤を配設した状態で、運搬手段により運搬されても中和剤の中和タンクからの漏出が抑制される。その結果として、発電運転時に回収水が中和タンク内の中和剤で中和されずに排水されるような環境汚染の可能性が低減され、安定な運転を維持することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２４】
（実施の形態１）
図１は、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図である。図１において、図５と同じ構成部材は同じ記号を用いて表記し、説明は省略する。
【００２５】
図１において、中和タンク５７の内部には、水溶性の容体としてオブラートで構成される容体１２が保持され、かかる容体１２の内部には中和剤５９としての粒子状の炭酸カルシウムが収納されている。また、中和剤５９としての炭酸カルシウムが収納された容体１２は中和タンク５７の入水口５６及び排水口５８よりも大きく構成されている。
【００２６】
かかる構成によれば、振動を伴う運搬手段により燃料電池システム１１が運搬されても、中和剤を保持する容体１２が入水口５６もしくは排水口５８を介して中和タンク５７の外部に漏出することがないため、中和剤５９の中和タンク５７からの漏出を抑止できる。さらに、容体１２は水溶性であるため、燃料電池システム１１の設置後には、中和タンク５７に流れ込んだ回収水によって、容体１２が溶解または破壊し、回収水が中和剤５９と直接接触するため、中和効果を十分に発揮でき、燃料電池システムからの排水によって環境汚染がなく、また、安定した運転状態を維持することが可能となる。
【００２７】
また、本実施の形態の燃料電池システムは、図１に示すように回収水タンク５５内の回収水が回収水送出器５１により送出され、イオン交換樹脂等の浄水剤が収納されている浄水器６０を通過して、イオン濃度が低減された水が冷却水タンク６１に供給されるよう構成されている。従って、従来の燃料電池システムの場合、中和剤５９を中和タンク５７に配設した状態で運搬手段により運搬した場合、中和剤５９が入水口５６より回収水タンク５５内に漏出し、中和剤５９またはその水溶物が浄水器６０内に蓄積し、浄水器６０の劣化を早めたり、上記中和剤５９の蓄積により圧力抵抗が上昇し、回収水送出器５１により冷却水タンク６１内に十分な水を送れず、燃料電池５２の温度が高温異常になる可能性があった。しかしながら、本実施の形態の燃料電池システムのように中和剤５９を容体１２に収納することで、中和剤５９が入水口５６より回収水タンク５５内に漏出する可能性が抑制されるため、上記問題が起こる可能性を低減することが可能になる。
【００２８】
尚、本実施の形態において、中和剤には粒子状の炭酸カルシウムを用いたが、炭酸リチウム、炭酸ナトリウム等の各種金属系炭酸塩、その他金属系水酸化物等や金属系酸化物等が利用可能である。また、水溶性の容体は本実施の形態で使用したオブラートで構成される容体に限られるものではなく、増粘多糖類等の各種水溶性高分子で構成される容体が利用可能である。更に、容体の代わりに樹脂を用い、中和剤を樹脂で固めたものであっても、同様の効果を発揮することができる。
【００２９】
（実施の形態２）
図２は、本発明の実施の形態２における燃料電池システムの構成図である。図２において、図１と同じ構成部材は同じ記号を用いて表記し、説明は省略する。図２において、中和タンク５７の内部には、水溶性紙で構成される容体１２が保持され、かかる容体の内部には中和剤５９としての粒子状の炭酸カルシウムが充填されている。また、中和剤５９としての炭酸カルシウムが収納された容体１２は中和タンク５７の入水口５６及び排水口５８よりも大きく構成されている。
【００３０】
かかる構成によれば、上記実施の形態１に記載の効果に加え、容体に水溶性の紙を用いるため、中和タンク５７に流れ込んだ回収水によって容体が溶解した後に、容体自体から溶出する成分で回収水が汚染されることがなく、より環境に対して害の少ない排水が排出されることが可能になる。
【００３１】
尚、本実施の形態において、中和剤には粒子状の炭酸カルシウムを用いたが、炭酸リチウム、炭酸ナトリウム等の各種金属系炭酸塩、その他金属系水酸化物等や金属系酸化物等が利用可能である。
【００３２】
（実施の形態３）
図３は、本発明の実施の形態３における燃料電池システムの構成図である。図３において、図１と同じ構成部材は同じ記号を用いて表記し、説明は省略する。
【００３３】
図３において、中和タンク５７の内部には、メッシュ状の金網で構成されるメッシュ状容体３２が保持され、かかるメッシュ状容体３２の内部には中和剤５９としての粒子状の炭酸カルシウムが充填されている。また、中和剤５９としての炭酸カルシウムが収納されたメッシュ状容体３２は中和タンク５７の入水口５６及び排水口５８より大きく構成されている。ここで、中和剤５９の粒径は粒径分布を有するが、本実施の形態においては、中和剤５９には、その平均粒径がメッシュ状容体３２のメッシュの目開きより大きく、メッシュ状容体３２のメッシュの目開き部分から中和剤５９がメッシュ状容体３２の外部に漏れ出さない大きさのものを選択して使用している。
【００３４】
ここで、メッシュ状容体３２のメッシュの目開きと中和剤５９の粒径の関係をより明確にするため、中和剤の形態をいくつか例示し、図面を用いて、詳細に説明する。
【００３５】
図４は、本実施の形態における、メッシュ状容体４２のメッシュの目開きと中和剤５９の粒径を説明する概略図である。図４において、メッシュの目開きとは、メッシュを構成する線同士の間隔（＝目４１の辺の長さ）に相当し、通常は、メーカの公称値を用いる。公称値がない場合は、実際に測定した目開きの平均値を用いる。この平均値は、対象とする容体の数インチ角（例えば、５インチ角）の正方形内の中心目から縦軸方向、及び横軸方向に目開きを全数検査した結果に基づき算定される。
【００３６】
また、中和剤５９の粒径とは、中和剤が球体の場合にはその直径、楕円体の場合にはその短軸径であり、また、多角形の場合には、その断面形状において最も長い一辺の長さを意味する。本実施の形態における中和剤の平均粒径は、ＪＩＳ  Ｚ８８０１−１に準拠する試験用ふるいを用いたふるい分け法により算定される。
【００３７】
かかる構成によれば、中和タンク５７内に中和剤５９が収納された状態で、運搬手段により運搬されても、中和剤５９が容体１２内部から漏出する可能性がより低い状態で保持されるとともに、中和剤５９を保持した容体１２が入水口５６もしくは排水口５８を介して中和タンク５７の外部に漏出することがより抑制されるため、中和剤５９の中和タンク５７からの漏出を抑止でき、また、燃料電池システム１１の設置後には、中和タンク５７に流れ込んだ回収水と、中和剤５９とがメッシュ状容体３２の網目を介して接触し、回収水を適切に中和できるため、燃料電池システムからの排水によって環境汚染がなく、また、安定した運転状態を維持する燃料電池システムの実現が可能となる。
【００３８】
尚、本実施の形態において、中和剤には粒子状の炭酸カルシウムを用いたが、炭酸リチウム、炭酸ナトリウム等の各種金属系炭酸塩、その他金属系水酸化物等や金属系酸化物等が利用可能である。また、中和剤には、予め篩い等を利用して、粒径調整を行い、その粒径がメッシュ状容体のメッシュの目開きより大きくなるものを選別して利用しても同一の効果が発揮できる。更にメッシュ状容体のメッシュは金網に限らず、樹脂製の網であっても構わない。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明の燃料電池システムは、中和タンク内の中和剤を配設された状態で、運搬手段により運搬されても中和剤の中和タンクからの漏出が抑制され、その結果として、発電運転時に回収水が中和タンク内で中和されずに排水される可能性が低減されるため、家庭用の燃料電池システム等として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【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図
【図２】本発明の実施の形態２における燃料電池システムの構成図
【図３】本発明の実施の形態３における燃料電池システムの構成図
【図４】本発明の実施の形態３におけるメッシュ状容体のメッシュの目開き及び中和剤の粒径を説明する概念図
【図５】従来の燃料電池システムの構成図
【符号の説明】
【００４１】
１１    燃料電池システム
１２    容体
１３    水タンク
２１    燃料電池システム
３１    燃料電池システム
３２    メッシュ状容体
４１    目開き部分
４２    メッシュ状容体
５１    回収水送出器
５２    燃料電池
５３    燃料処理装置
５４    熱交換器
５５    回収水タンク
５６    入水口
５７    中和タンク
５８    排水口
５９    中和剤
６０    浄水器
６１    冷却水タンク
【図１】
0005176486.tif 000002
【図２】
0005176486.tif 000003
【図３】
0005176486.tif 000004
【図４】
0005176486.tif 000005
【図５】
0005176486.tif 000006