(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池と、該燃料電池に供給される改質ガスを生成するために水蒸気改質を行なう改質器と、前記燃料電池の発電により生じる排ガスと水とで熱交換を行なう熱交換器と、該熱交換器での熱交換により生じる凝縮水を純水に処理する凝縮水処理手段と、前記純水を貯水する水タンクと、前記熱交換器と前記凝縮水処理手段との間に設けられた凝縮水回収流路とを具備する燃料電池装置であって、前記凝縮水回収流路は、少なくとも流路の一部を蛇行させた蛇行部を備え、前記蛇行部の上流側には流路内に空気を導入するための空気導入口を備えるとともに、前記蛇行部の下流側には流路内の空気を排気するための空気排気口を備えており、かつ前記蛇行部の上流側が上方に位置し、下流側が下方に位置するように配置されていることを特徴とする燃料電池装置。
【請求項２】
前記空気導入口に空気を供給するための空気供給ブロアーを具備してなることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池装置。
【請求項３】
前記空気供給ブロアーは、前記燃料電池に酸素含有ガスを供給するためのモジュール空気供給ブロアーを兼ねていることを特徴とする請求項２に記載の燃料電池装置。
【請求項４】
前記燃料電池が固体酸化物形燃料電池であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のうちいずれかに記載の燃料電池装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池の発電により生じる排ガスと水との熱交換により生じた凝縮水を利用して発電を行なう燃料電池装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、次世代エネルギーとして、水素ガスと酸素含有ガス（通常、空気である）とを用いて電力を得ることができる燃料電池と、この燃料電池を稼動するための補機類とを外装ケースに収納してなる燃料電池装置およびその運転方法が種々提案されている。
【０００３】
ここで、天然ガス等の炭化水素ガスから、燃料電池の発電に必要な水素を生成するための改質方法の１つとして水蒸気改質法が知られている。そして、燃料電池の発電により生じる排ガスと水とで熱交換するための熱交換器を具備し、熱交換により生成される凝縮水を改質器に供給して水蒸気改質を行い、生成された水素ガスと酸素含有ガスとを用いて発電を行なう燃料電池装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
ところで、このように熱交換器によって生じる凝縮水には各種気体が溶存しているが、燃料電池の排ガス成分の一種である二酸化炭素が特に溶存している。そして、二酸化炭素が溶存している凝縮水を、凝縮水を純水に処理するための凝縮水処理手段に供給すると、凝縮水処理手段の寿命が短くなるおそれがある。
【０００５】
それゆえ、凝縮水に溶解する二酸化炭素等の溶存気体を除去することを目的として、脱炭酸塔や脱炭酸装置を具備する燃料電池装置が提案されている（例えば、特許文献２、特許文献３参照。）。
【特許文献１】特開２００６−１７９３８６号公報
【特許文献２】特開平８−５０９０９号公報
【特許文献３】特開平１１−９７０４６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、上記特許文献のような脱炭酸塔を具備する燃料電池装置においては、燃料電池装置が大型化することや、脱炭酸処理を行うための充填物のメンテナンスにおいて手間が生じることが想定される。
【０００７】
また、上記特許文献のような脱炭酸装置を具備する燃料電池装置においては、二酸化炭素等の気体が溶存した凝縮水を水タンクに貯水するとともに、その水タンクにおいて凝縮水に含まれる二酸化炭素等の溶存気体を脱気することから、水タンクの構成が複雑となるおそれがあった。
【０００８】
それゆえ本発明は、簡単な構造にて凝縮水に溶解する二酸化炭素等の溶存気体を脱気することができ、凝縮水を純水に処理するための凝縮水処理手段の寿命を長くすることができる燃料電池装置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】
【０００９】
本発明の燃料電池装置は、燃料電池と、該燃料電池に供給される改質ガスを生成するために水蒸気改質を行なう改質器と、前記燃料電池の発電により生じる排ガスと水とで熱交換を行なう熱交換器と、該熱交換器での熱交換により生じる凝縮水を純水に処理する凝縮水処理手段と、前記純水を貯水する水タンクと、前記熱交換器と前記凝縮水処理手段との間に設けられた凝縮水回収流路とを具備する燃料電池装置であって、前記凝縮水回収流路は、少なくとも流路の一部を蛇行させた蛇行部を備え、前記蛇行部の上流側には流路内に空気を導入するための空気導入口を備えるとともに、前記蛇行部の下流側には流路内の空気を排気するための空気排気口を備えており、かつ前記蛇行部の上流側が上方に位置し、下流側が下方に位置するように配置されていることを特徴とする。
【００１０】
このような燃料電池装置においては、熱交換器と凝縮水処理手段との間に設けられた凝縮水回収流路が、少なくとも流路の一部を蛇行させた蛇行部を備え、蛇行部の上流側に流路内に空気を導入するための空気導入口を備え、蛇行部の下流側に流路内の空気を排気するための空気排気口を備え、かつ蛇行部の上流側が上方に、蛇行部の下流側が下方に位置するように配置されていることから、凝縮水が蛇行部を流通する間に、蛇行部に供給されて流通する空気と接触し、凝縮水に溶解している二酸化炭素等の溶存気体が脱気されることとなる。
【００１１】
それゆえ、凝縮水中に溶解している二酸化炭素等の溶存気体を有効に脱気することができ、凝縮水処理手段の寿命を長くすることができる。
【００１２】
また、凝縮水と空気とが接触する流路が蛇行部となっていることから、凝縮水と空気との接触面積を増大することができ、効率よく凝縮水に溶解している二酸化炭素等の溶存気体を脱気することができる。
【００１３】
さらに、このような凝縮水に溶解している二酸化炭素等の溶存気体を脱気するにあたり、凝縮水回収管の一部を蛇行部としたことから、燃料電池装置を大型化することなく、凝縮水に溶解している二酸化炭素等の溶存気体を有効に脱気することができる。
【００１４】
また、本発明の燃料電池装置は、前記空気導入口に空気を供給するための空気供給ブロアーを具備してなることが好ましい。
【００１５】
このような燃料電池装置においては、空気供給ブロアーにより空気導入口から空気を導入することができる。それにより、強制的に空気を供給することができることから、凝縮水と空気との接触を増加することができ、効率よく凝縮水に溶解している二酸化炭素等の溶存気体を脱気することができる。
【００１６】
また、本発明の燃料電池装置は、前記空気供給ブロアーは、前記燃料電池に酸素含有ガスを供給するためのモジュール空気供給ブロアーを兼ねていることが好ましい。
【００１７】
このような燃料電池装置においては、空気導入口より空気を強制的に供給する空気供給ブロアーが、燃料電池に酸素含有ガスを供給するためのモジュール空気供給ブロアーを兼ねていることから、効率の良い燃料電池装置とすることができるとともに、燃料電池装置が大型化することを抑制することができる。
【００２２】
また、本発明の燃料電池装置は、前記燃料電池が固体酸化物形燃料電池であることが好ましい。
【００２３】
このような燃料電池装置においては、燃料電池装置に収納される燃料電池を固体酸化物形燃料電池とすることにより、燃料電池の発電温度および排ガス温度が高くなり、熱交換器において効率よく凝縮水を生成することができることから、凝縮水に溶解した二酸化炭素等の溶存気体を効率よく脱気することができる本発明の燃料電池装置において特に有用となる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の燃料電池装置は、燃料電池の発電により生じる排ガスと水とでの熱交換により生じる凝縮水を改質器に供給する燃料電池装置において、熱交換器と凝縮水処理手段との間に設けられた凝縮水回収流路が、少なくとも流路の一部を蛇行させた蛇行部を備え、その蛇行部を構成する流路内を空気が流通するとともに、蛇行部は上流側が上方に、下流側が下流に位置するように配置されていることから、凝縮水が蛇行部を流通する間に、凝縮水に溶解している二酸化炭素等の溶存気体を効率よく脱気することができる。それにより、凝縮水を純水に処理するための凝縮水処理手段の寿命を長くすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
図１は、本発明の燃料電池装置（システム）の構成の一例を示した構成図である。本発明の燃料電池装置は、図１においては発電を行なう発電ユニットに相当し、熱交換後の湯水を貯湯する貯湯ユニット、これらのユニット間を水が循環するための循環ポンプおよび循環配管とあわせて、燃料電池システムが構成されている。なお、本発明の燃料電池装置を、発電ユニット、貯湯ユニットおよび循環配管の全てを具備したものとすることもできる。また、図１の説明においては、燃料電池システム全体を燃料電池装置と称して説明する。
【００２６】
図１に示す燃料電池装置は、燃料電池１、天然ガスや灯油等の被改質ガスを供給する被改質ガス供給手段２、酸素含有ガスを燃料電池１に供給するための酸素含有ガス供給手段３、被改質ガスと水蒸気により水蒸気改質する改質器４を具備している。
【００２７】
また、図１に示す燃料電池装置においては、燃料電池１の発電により生じた排ガス（排熱）と水とで熱交換を行なう熱交換器１３、熱交換により生成された凝縮水を貯水する凝縮水タンク１９、熱交換器１３で生成された凝縮水を凝縮水タンク１９に回収（供給）するための凝縮水回収流路２１が設けられており、凝縮水タンク１９に貯水された凝縮水が改質器４に供給される。なお、凝縮水タンク１９に貯水される凝縮水処理手段（図示せず）は、凝縮水回収流路２１、凝縮水タンク１９中、さらには凝縮水供給管２０に設けることができる。
【００２８】
一方、凝縮水タンク１９に貯水される凝縮水の量が少ない場合や凝縮水処理手段で処理された後の凝縮水の純度が低い場合においては、外部より供給される水（水道水等）を純水に処理して改質器４に供給することが好ましく、図１においては外部から供給される水を純水に処理する手段として水処理装置Ｘを具備している。
【００２９】
ここで、水処理装置Ｘは、水を浄化するための活性炭フィルタ装置７、逆浸透膜装置８（以下、ＲＯ膜装置とする）および浄化された水を純水にするためのイオン交換樹脂装置９の各装置の全てもしくはいずれかを具備する。そして、イオン交換樹脂装置９にて生成された純水は水タンク１０に貯水される。なお、図１においては、水処理装置Ｘとして、上記各装置全てを具備し、水道水等の外部から供給される水と凝縮水とを併用して用いる場合の例を示しており、凝縮水タンク１９と水タンク１０とが凝縮水供給管（タンク連結管）２０にて連結されている。なお、凝縮水のみを改質器４に供給する場合には、凝縮水タンク１９と改質器４とを水ポンプを介して接続することも可能である。
【００３０】
すなわち、本発明において、凝縮水処理手段にて処理された純水を貯水する水タンクとしては、凝縮水を直接改質器４に供給する場合は凝縮水タンク１９に相当し、水道水等の外部から供給される水を処理した純水と凝縮水を処理した純水とを併用する場合には水タンク１０に相当する。
【００３１】
また、図１に示す燃料電池装置においては、活性炭フィルタ装置７、ＲＯ膜装置８、イオン交換樹脂装置９および水タンク１０をこの順で接続する水供給管５が設けられており、水供給管５には、水供給管５に供給される水量を調整するための給水弁６が設けられている。なお図１においては、これら改質器４に水を供給するための手段を、一点鎖線により囲って示している。
【００３２】
さらに、燃料電池１にて発電された直流電力を交流電力に切り替え外部負荷に供給するためのパワーコンディショナ１２、熱交換器１３の出口に設けられ熱交換器１３の出口を流れる水（循環水流）の水温を測定するための出口水温センサ１５、パワーコンディショナ１２等を制御する制御装置１４により発電ユニットが構成されている。
【００３３】
また貯湯ユニットは、熱交換後の湯水を貯湯するための貯湯タンク１８を具備して構成されている。
【００３４】
さらに、熱交換器１３と貯湯タンク１８との間で水を循環させるための循環ポンプ１６、循環配管１７が設けられており、発電ユニット、貯湯ユニット、循環ポンプ１６、循環配管１７をあわせて本発明の燃料電池装置（システム）が構成される。
【００３５】
また、図中の矢印は、燃料、酸素含有ガス、水の各流れ方向を示したものであり、また破線は制御装置１４に伝送される主な信号経路、または制御装置１４より伝送される主な信号経路を示している。また、同一の構成については同一の番号を付するものとし、以下同様である。さらに図示していないが、被改質ガス供給手段２と改質器４との間に、被改質ガスを加湿するための被改質ガス加湿器を設けることも可能である。
【００３６】
ここで、図１に示した燃料電池装置を用いて、本発明の燃料電池装置の運転方法について説明する。
【００３７】
燃料電池１の発電により生じた排ガス（排熱）は、主に燃料電池１の温度を高めるもしくは維持するために使用された後、燃料電池１より熱交換器１３に供給される。熱交換器１３においては、燃料電池１の発電により生じる排ガスと熱交換器１３内を通水（循環）する水（循環配管１７を流れる水）とで熱交換される。そして熱交換された水（湯水）は、循環配管１７を循環して貯湯タンク１８に貯湯される。
【００３８】
一方、熱交換により生成される凝縮水は、凝縮水回収流路２１を流れて凝縮水タンク１９に貯水される。凝縮水タンク１９に貯水された凝縮水は、凝縮水タンク１９に備えられた凝縮水処理手段（図１においては図示せず）にて純水に処理された後、凝縮水供給管２０（タンク連結管２０ともいう）を流れて水タンク１０に供給される。水タンク１０に貯水された水は、改質器４で必要となる水の量に応じて、水ポンプ１１により改質器４に供給される。なお、凝縮水タンク１９に貯水された凝縮水のみを改質器４に供給する場合においては、凝縮水供給管２０を水ポンプ１１に接続すればよい。
【００３９】
改質器４においては、水ポンプ１１により供給された水と、被改質ガス供給手段２より供給される被改質ガス（燃料ガス）とにより水蒸気改質を行なう。改質器４にて生成された改質ガス（水素ガス）は、燃料電池１に供給され、酸素含有ガス供給手段３より供給される酸素含有ガスと反応して、燃料電池１の発電が行なわれる。そして、燃料電池１の発電で生じた電力は、パワーコンディショナ１２を通じて外部負荷に供給される。
【００４０】
一方、改質器４に対して外部より供給される水（水道水等）を供給する場合には、給水弁６が開放され、水供給管５を通して、外部から供給される水が活性炭フィルタ装置７に給水される。活性炭フィルタ装置７にて処理された水は、続いてＲＯ膜装置８に給水される。ＲＯ膜装置８にて処理された水は、続いてイオン交換樹脂装置９に供給・処理され純水が生成される。イオン交換樹脂装置９にて生成された純水は、水タンク１０に供給され、凝縮水を改質器４に供給する場合と同様に、改質器４で必要となる水の量に応じて、水ポンプ１１により改質器４に供給される。
【００４１】
ところで、熱交換器１３での熱交換により生成される凝縮水には、二酸化炭素等の気体が溶存している。そして、二酸化炭素等の気体が溶存する凝縮水が、凝縮水処理手段であるイオン交換樹脂等により純水に処理されるが、その際、二酸化炭素（炭酸イオン）が凝縮水処理手段に吸着することで、凝縮水処理手段の処理負荷が大きくなり、寿命が短くなる。
【００４２】
また、凝縮水処理手段に炭酸イオンが吸着することにより、凝縮水に含まれる他の成分（シリカ等）を除去することができなくなり、改質器４に水を供給する水供給管中や、改質器４中に配置されている水供給管中にそれら他の成分が析出して、水供給管が目詰まりするおそれもあった。
【００４３】
図２は、本発明の燃料電池装置の一部を抜粋して示したものであり、燃焼電池（セル）を収納する燃料電池モジュール２２の底面に、熱交換器１３が接続されている燃料電池装置を示している。なお、燃料電池モジュール２２の周囲には断熱材２３が設けられている。
【００４４】
燃料電池モジュール２２より排気される燃料電池の発電により生じる排ガスは、排ガス処理手段２４にて処理された後、熱交換器１３に供給される。ここで、排ガス処理手段２４としては、例えば内部に燃焼触媒を収納した容器等を用いることができ、この燃焼触媒により、排ガス中に含まれる一酸化炭素（ＣＯ）が二酸化炭素（ＣＯ２）に変換される。それゆえ、排ガス中には、燃料電池セルでの燃料反応により生じるＣＯ２のほか、ＣＯから変換されたＣＯ２が含まれることとなる。
【００４５】
このＣＯ２が含まれた排ガスは、続いて熱交換器１３に供給される。ここで、熱交換器１３においては、水導入口２５より供給され熱交換器１３の内部を下から上に流れる水と排ガスとが対向流となり、効率よく熱交換が行われる。そして熱交換後の水は、水排出口２６より排出される。
【００４６】
なお、熱交換器１３としては、燃料電池の発電により生じる排ガスと水とで熱交換を行うことができれば特に制限はなく、例えば板状の部材を複数積層してなるプレートフィン型の熱交換器や、配管の外壁に接して複数のフィンが設けられた熱交換器等を用いることができる。
【００４７】
そして、排ガスと水とで熱交換した際に生じる凝縮水に、排ガス中に含まれていたＣＯ２等の気体が溶解する。そして、上述したように、凝縮水中に含まれるＣＯ２等の溶存気体は、凝縮水を純水に処理するためのイオン交換樹脂等の凝縮水処理手段の寿命を短くするおそれがあるため、凝縮水処理手段にて処理される前に、凝縮水からＣＯ２等の溶存気体を脱気することが好ましい。
【００４８】
それゆえ図２においては、凝縮水を回収するための凝縮水回収流路２１の一部を、蛇行部２７とした例を示している。なお、以下蛇行部２７における流路を意味する場合には、蛇行流路と呼ぶ場合がある。
【００４９】
ここで、蛇行部２７の上流側に流路内に空気を導入するための空気導入口２８を備えるとともに、蛇行部２７の下流側に流路内の空気を排気するための空気排気口２９を備えている。また、蛇行部２７は上流側が上方に位置し、下流側が下方に位置するように配置されている。
【００５０】
それにより、蛇行部２７を上方から下方へと流れる凝縮水と、空気導入口２８より供給され蛇行部２７を上方から下方へと流れる空気とが接触し、凝縮水中に含まれるＣＯ２等が空気側へと流れることにより、凝縮水中の溶存気体を有効に脱気することができる。
【００５１】
また、凝縮水回収流路２１の一部を蛇行部２７とし、蛇行部２７にて凝縮水中の溶存気体を脱気することから、凝縮水と空気との接触面積を増大することができ、効率よくＣＯ２等の溶存気体を脱気することができる。
【００５２】
そして、凝縮水回収流路２１の一部を蛇行部２７とするという、単純な構成だけで、効率よく凝縮水中のＣＯ２等の溶存気体を脱気することができることから、凝縮水処理手段の寿命を長くすることができるとともに、燃料電池装置が大型化することを抑制できる。
【００５３】
なお、図２においては省略して示したが、熱交換器１３の排気側に、熱交換後の排ガスと凝縮水とを分離するための気液分離部材を設けることが好ましい。それにより、熱交換後の排ガスの排気と凝縮水の回収を容易に行うことができる。
【００５４】
図３は蛇行部２７の一部を抜粋して一部省略して示したものであり、上流側（上方）より供給される凝縮水が、折り返し流路にて折り返されながら、蛇行部２７を下流方向へと流通するとともに、蛇行部２７の上流側の空気導入口２８より流入した空気が、同様に蛇行部２７を流れて空気排気口２９より排気されることを示している。なお、図３において、斜線部分が凝縮水の流れを示し、矢印が空気の流れを示している。
【００５５】
これにより、蛇行部２７を流れる凝縮水は、蛇行部２７を流れる空気と接触し、凝縮水中に含まれるＣＯ２等が空気側へと流れることにより、凝縮水中の溶存気体を有効に脱気することができる。
【００５６】
なお、図３において、蛇行部２７の断面が凝縮水の流量に対してかなり大きい（太い）ものとして図示されているが、蛇行部２７は断面で見た場合に、凝縮水の最大量が流れる場合においても、空気が流れる空間を有する大きさとすることが好ましい。なお、凝縮水の最大量とは、熱交換により生成される凝縮水の最大量を意味し、燃料電池の発電量や熱交換器での熱交換率等により適宜変動するため、その最大量に合わせて蛇行部２７の大きさ（太さ）を定めることが好ましい。
【００５７】
また、例えば蛇行部２７の断面積を、蛇行部２７ではない部位の凝縮水回収流路２１の断面積よりも大きくすることもできる。それにより、蛇行部２７の空気が流れる空間を容易に確保することができる。なお、図３においては、凝縮水の蛇行部２７の流入口や流出口に比べて、蛇行部２７の断面積が大きくなっている例を示している。
【００５８】
なお、蛇行部２７の長さも、熱交換器１３での熱交換により得られる凝縮水の量（最大量）に応じて適宜調整することができ、また蛇行部２７の配置場所等により、折り返しごとにおける蛇行部の長さを変えることもできる。さらに蛇行部２７は、折り返し部を直線的な折り返しとするような蛇行部でもよい。
【００５９】
図４は、蛇行部２７の一部を抜粋して一部省略して示したものであり、蛇行部２７の上流側に複数の空気導入口２８を備え、蛇行部２７の下流側に複数の空気排気口２９を備えた例を示す。蛇行部２７に空気を流通させるにあたり、複数の空気導入口２８および空気排気口２９を設けることが好ましい。それにより、蛇行部２７において空気がより流通しやすくなり、空気を強制的に蛇行部２７に供給するための部材（空気供給ブロアー等）を設けなくとも、蛇行部２７を空気が自然に流通することとなる。
【００６０】
なお、図４においては、蛇行部２７の上流側の折り返しごとに空気導入口２８を備え、蛇行部２７の下流側の折り返しごとに空気排気口２９を備えている例を示している。なお、空気導入口２８および空気排気口２９の大きさは、蛇行部２７内の空気の流量等にあわせて適宜調整することができる。
【００６１】
図５は、本発明の燃料電池装置の他の実施の形態の一例を示す図であり、図２で示した蛇行部を、内部に蛇行部３１が形成された柱状の部材３０（以下、柱部材という場合がある）により形成しているが、機能としては上述した蛇行部２７と同様である。なおここでいう柱部材とは、内部に蛇行部３１が形成されていれば、特に制限はなく、板状等の形状であってもよい。
【００６２】
それにより、内部に蛇行部３１を形成した柱部材３０を、凝縮水回収流路２１に取り付けるだけで、蛇行部３１を形成することができ、凝縮水中のＣＯ２等の溶存気体を脱気することができる。
【００６３】
また、柱部材３０にヒータ等を設けることもできる。それにより、蛇行部３１を流れる凝縮水の温度を温めることができ、さらに効率よく凝縮水中のＣＯ２等の溶存気体を脱気することができる。それにより、凝縮水処理手段の寿命を長くすることができる。なお、図５で示したのと同様に、複数の空気導入口および空気排気口を設けることもできる。
【００６４】
図６は、本発明の燃料電池装置３４を模式的に示した断面図である。なお、凝縮水回収流路２１は、蛇行部２７およびその近傍のみを省略して示している。
【００６５】
図６において、燃料電池装置３４は、外装ケース３５内に仕切部材３７を有し、仕切部材３７の上部に、複数の燃料電池セルを収納してなる燃料電池モジュール３６（以下、モジュールと略す）が配置された燃料電池モジュール収納室３８（以下、モジュール収納室と略す）が形成されている。また、仕切部材３７の下部にはモジュール３６を動作させるにあたり必要な補機類（図示せず）を収納するための補機収納室３９が形成されている。なお、仕切部材３７はモジュール収納室３８と補機収納室３９とを区画していればよく、モジュール収納室３８と補機収納室３９とが隙間を有して区画されていてもよい。また、モジュール３６の底面には断熱材４０が設けられている例を示したが、モジュール３６の全面を断熱材４０で覆うことがより好ましい。なお、補機収納室３９には、モジュール３６に空気（酸素含有ガス）を供給するためのモジュール空気供給ブロアー４１（以下ブロアー４１と略す）およびモジュール空気供給管４２が設けられている。
【００６６】
図６において、熱交換器１３での熱交換により生じる凝縮水は、凝縮水回収流路２１の一部に設けられた蛇行部２７に供給される。そして、凝縮水が蛇行部２７内を流れる間に、蛇行部２７に供給される空気により、凝縮水中のＣＯ２等の溶存気体を脱気することができる。
【００６７】
しかしながら、蛇行部２７に設けられる空気導入口２８や空気排気口２９、さらには蛇行部２７の長さ等により、蛇行部２７に供給される空気が、蛇行部２７の内部を流れにくい場合がある。その場合、凝縮水中のＣＯ２等の溶存気体が、蛇行部２７に供給される空気により脱気することが困難となる場合がある。
【００６８】
それゆえ、図６に示す燃料電池装置においては、蛇行部２７が備える空気導入口２８に空気供給ブロアー４３（以下ブロアー４３と略す）を接続しており、強制的に空気を蛇行部２７に流すことで、蛇行部２７の内部を空気が流通することができる。それにより、凝縮水と空気との接触を増加することができ、効率よく凝縮水中のＣＯ２等の溶存気体を脱気することができる。それにより、凝縮水処理手段の寿命を長くすることができる。
【００６９】
なお、空気導入口２８に、より効率よく蛇行部２７の内部の空気を流通させるために、蛇行部２７を流れる空気を強制的に排気するための排気手段（排気ポンプ等）を設けることもできる。
【００７０】
図７は、図６に示した燃料電池装置のうち、ブロアー４３が、モジュール３６に空気（酸素含有ガス）を供給するためのブロアー４１を兼ねており、ブロアー４３により、モジュール３６と蛇行部２７に空気を供給する例を示す。
【００７１】
ここで、ブロアー４３よりモジュール空気供給管４２を通じてモジュール３６に空気（酸素含有ガス）を供給する。そして、モジュール空気供給管４２の一部に蛇行部２７に空気を供給するための管である蛇行部空気供給管４４の一端を接続し、他端を蛇行部２７の空気導入口２８に接続することで、ブロアー４３により供給される空気の一部が、蛇行部空気供給管４３を介して蛇行部２７に供給される。
【００７２】
すなわち、ブロアー４３が燃料電池に酸素含有ガスを供給するためのブロアー４１を兼ねることにより、モジュール３６に空気（酸素含有ガス）を供給するとともに、蛇行部２７に強制的に空気を流すことができ、蛇行部２７の内部を空気が流通することができる。それゆえ、凝縮水と空気との接触を増加することができ、効率よく凝縮水中のＣＯ２等の溶存気体を脱気することができ、凝縮水処理手段の寿命を長くすることができる。またあわせて、燃料電池装置が大型化することを抑制できる。
【００７３】
なお、この場合においてブロアー４３よりモジュール３６に供給する空気（酸素含有ガス）と、蛇行部２７に供給する空気との量を調整すべく、モジュール空気供給管４２と蛇行部空気供給管４３との接続部に空気流量調整弁等を設けることができる。それにより、モジュール３６および蛇行部２７に適量の空気（酸素含有ガス）を供給することができる。
【００７４】
ところで、蛇行部を流れる凝縮水中のＣＯ２等の溶存気体をより効率よく脱気するにあたっては、蛇行部の一部もしくは全体が空気と接触することができるような形状とすることが好ましい。
【００７５】
ここで図８は、そのような蛇行部４９を有する部材の一例を示したものであり、箱状の部材４５の内部に仕切部４６を設けている。それにより、凝縮水流入管４７より箱状の部材４５内に流入する凝縮水は、仕切部４６に沿って流れることとなり、箱状の部材４５内を蛇行しながら流れることとなる。すなわち、図８においては、箱状の部材４５の底部と仕切部４６により蛇行流路が形成され、この蛇行流路が蛇行部４９として形成されている。また、この箱状の部材４５は、蛇行部４９を構成する蛇行流路の折り返し方向が水平となるように配置されている。
【００７６】
ここで、図８に示す箱状の部材４５においては、この蛇行部４９を構成する流路の上方、すなわち箱状の部材４５でいう蓋部は全部が開口している。それにより、蛇行部４９を流通する凝縮水は、常に空気と接触する状態となり、また接触する空気の量も特に制限されるものではないことから、より効率よく、凝縮水中のＣＯ２等の溶存気体を脱気することができ、凝縮水処理手段の寿命を長くすることができる。さらには、凝縮水が蛇行流路を流れることで攪拌され、凝縮水全体が効率良く空気に接触することができる。なお、凝縮水が箱状の部材４５より溢れないよう考慮して、上方は一部を開口する形状とすることもできる。そして、蛇行部４９を流れた凝縮水は、凝縮水流出管４８を通じて、凝縮水タンク１９側に流れることとなる。
【００７７】
そして、蛇行部４９を構成する流路の上方の一部または全部が開口していることから、蛇行部４９に空気を供給するためのブロアーが不要となり、燃料電池装置が大型化することを抑制できる。
【００７８】
なお、箱状の部材４５の形状および仕切部４６の高さは、供給される凝縮水の最大量にあわせて適宜設定することができる。
【００７９】
また、図８においては蛇行部４９を箱状の部材４５にて形成する例を示したが、蛇行部４９を管状の部材で形成し、管状の部材の上方の一部または全部を開口するようにしてもよい。
【００８０】
ここで、燃料電池１としては、各種燃料電池が知られているが、本発明の燃料電池装置を適用するにあたり、燃料電池を固体酸化物形燃料電池とすることが好ましい。燃料電池として固体酸化物形燃料電池とすることにより、燃料電池の発電温度および排ガス温度が非常に高くなり、熱交換器１３において効率よく凝縮水を生成できる。それにより、凝縮水に溶解したＣＯ２等の溶存気体を効率よく脱気することができる本発明の燃料電池装置において得に有用となる。
【００８１】
さらに、燃料電池を固体酸化物形燃料電池とすることにより、燃料電池のほか、燃料電池の動作に必要な補機類を小型化することができ、燃料電池装置を小型化することができる。またあわせて、家庭用燃料電池で求められる変動する負荷に追従する負荷追従運転を行なうことができる。
【００８２】
以上、本発明について詳細に説明したが、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々の変更、改良等が可能である。
【００８３】
例えば、モジュール空気供給ブロアー４１と空気供給ブロアー４３とを別個に設ける燃料電池装置において、空気供給ブロアー４３にかえて排気ポンプを設けることもできる。
【００８４】
また、箱状の部材４４は、凝縮水が凝縮水流入管４７より凝縮水流出管４８に向けてより流れるよう、傾けるようにして配置することもできる。
【００８５】
さらに、空気導入口２８および空気排気口２９は、蛇行部２７に設けるほか、蛇行部２７の前後に位置する凝縮水回収流路２１に設けることも可能である。
【００８６】
また、柱状の部材の内部にらせん状の流路を設け、その流路を蛇行部とすることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】本発明の燃料電池装置の構成の一例を示す構成図である。
【図２】凝縮水回収流路の一部が蛇行部を備えることを示す、本発明の燃料電池装置の一部を抜粋して示した図である。
【図３】蛇行部における水の流れと空気の流れを説明する、本発明の燃料電池装置の一部を抜粋し一部省略して示した説明図である。
【図４】蛇行部に複数の空気導入口および複数の空気排気口を設けている例を示す、本発明の燃料電池装置の一部を抜粋し一部省略して示した図である
【図５】柱状の部材の内部に蛇行部を有することを示す、本発明の燃料電池装置の一部を抜粋した他の一例を示す図である。
【図６】本発明の燃料電池装置を概略的に示した概略図である。
【図７】本発明の燃料電池装置の他の一例を概略的に示した概略図である。
【図８】蛇行部が形成された箱状の部材を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００８８】
１：燃料電池
１３：熱交換器
２１：凝縮水回収流路
２２：凝縮水排水手段
２３：凝縮水処理手段
２４：排ガス処理手段
２７、３１、４９：蛇行部
２８、３２：空気導入口
２９、３３：空気排気口
４１：モジュール空気供給ブロアー
４３：空気供給ブロアー
４６：仕切部
【図１】
0005173302.tif 000002
【図２】
0005173302.tif 000003
【図３】
0005173302.tif 000004
【図４】
0005173302.tif 000005
【図５】
0005173302.tif 000006
【図６】
0005173302.tif 000007
【図７】
0005173302.tif 000008
【図８】
0005173302.tif 000009