(57)【要約】【課題】簡易な構成で排水基準を満たす燃料電池システムを提供すること。【解決手段】空気供給装置２３から供給される空気と水素生成装置２４から供給される燃料を受けて燃料電池２２が発電する。水素生成装置２４から排出される燃焼排ガスから、燃焼排ガス凝縮器２７を介して回収された凝縮水が、第１の凝縮水流路２１５に配置した塩基型アニオン交換器２１を通過した後、回収水タンク２８に貯水される。凝縮水が塩基型アニオン交換器２１を通過する際、凝縮水中のアニオンが水酸化物イオンに交換され、発生した水酸化物イオンと回収水タンク２８に貯水した回収水に含まれる水素イオンが化学反応し、回収水を中和する。回収水タンク２８で余剰となった回収水は回収水タンク２８の排水口２１２から排水され、排水基準を満たす燃料電池システム２０が構成される。【選択図】図２
2012221674.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガスと酸化剤ガスとを反応させて発電を行う燃料電池と、
原料ガスと燃料ガス及び前記燃料電池から排出される燃料排ガスの少なくとも一つを燃焼する燃焼器と、
前記燃焼器から排出される燃焼排ガスから回収される第１の凝縮水が貯えられる回収水タンクと、
前記回収水タンクに貯水した回収水を脱イオン化して浄化するイオン除去装置と、
前記燃焼器と前記回収水タンクとをつなぐ第１の凝縮水流路に配置される塩基型アニオン交換器と、
を有し、
前記第１の凝縮水は、前記塩基型アニオン交換器において前記第１の凝縮水中のアニオンが水酸化物イオンに交換されて前記回収水タンクに送られる、
燃料電池システム。
【請求項２】
原料ガスを改質して生成した燃料ガスを前記燃料電池に供給する水素生成装置を有する請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記水素生成装置は前記燃焼器により加熱されることを特徴とする請求項２記載の燃料電池システム。
【請求項４】
燃料排ガスを前記燃料電池から前記燃焼器に供給するための燃料排ガス流路に配置され、燃料排ガスから第２の凝縮水を回収する燃料排ガス凝縮器と、
前記燃料排ガス凝縮器と前記第１の凝縮水流路の結合部とをつなぐ第２の凝縮水流路と、をさらに有し、
前記塩基型アニオン交換器は、前記結合部と前記回収水タンクとの間に配置され、前記第１及び第２の凝縮水中のアニオンを水酸化物イオンに交換する、
請求項１〜請求項３に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記第１の凝縮水流路は、前記結合部と前記塩基型アニオン交換器との間で分岐し、一方の凝縮水流路の凝縮水は前記塩基型アニオン交換器を介して前記回収水タンクに送られ、他方の凝縮水流路の凝縮水は前記塩基型アニオン交換器を介さずに前記回収水タンクに送られるように構成されている、
請求項４に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記燃料排ガス凝縮器と前記結合部との間に配置され、前記第２の凝縮水を貯水する水タンクと、前記第２の凝縮水流路に配置される制御弁と、をさらに有し、
前記水タンク内の第２の凝縮水は、間欠的に前記回収水タンクに送られるように構成されている、
請求項４または５に記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記アニオン交換器は、強塩基型イオン交換膜である、請求項１〜請求項６に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、燃料電池システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池システムは、空気中の酸素と、水素生成装置で都市ガス等の原料ガスを改質して得られる水素を利用して発電し、電力を取り出すシステムである。
【０００３】
従来、このような燃料電池システムは、燃料電池から排出される燃料排ガスに含まれる水蒸気と、水素生成装置で原料ガスや燃料電池から排出される燃料排ガスを燃焼して得られる燃焼排ガスに含まれる水蒸気を凝縮することによって得た凝縮水を回収水として一旦回収水タンクに貯水している。そして、当該回収水タンクから、回収水をポンプなどの送水手段を用いてイオン除去装置に送り、脱イオン処理した後、燃料電池やその発電に利用する水素を生成するための水として利用し、その時に余剰となった回収水は中和槽で中和処理した後、燃料電池システムの外部に排水する構成としていた（例えば、特許文献１）。
【０００４】
以下に、特許文献１に開示された従来の燃料電池システムについて、図面を用いて説明する。
【０００５】
図７は、前記特許文献１に開示された従来の燃料電池システムの概略を示した構成図である。
【０００６】
図７に示すように、燃料電池システム７０は、燃料電池７２と、空気供給装置７３と、水素生成装置７４と、燃料排ガス凝縮器７６と、燃焼排ガス凝縮器７７と、水素生成装置７４の内部に配置される燃焼部７５と、回収水タンク７８と、回収水タンク７８で余剰となった回収水を中和処理する中和槽７９を主な構成部材とし構成されている。
ここで、空気供給装置７３は、燃料電池７２に空気を供給し、水素生成装置７４は、燃料電池７２に供給する燃料ガスを生成する。また、燃料排ガス凝縮器７６は、燃料電池７２から排出される燃料排ガスに含まれる水蒸気を凝縮し燃料排ガス凝縮水を生成する。同様に、燃焼排ガス凝縮器７７は、水素生成装置７４において、原料ガス、および燃料電池から排出される燃料排ガスを燃焼して得られる燃焼排ガスに含まれる水蒸気を凝縮し燃焼排ガス凝縮水を生成する。
【０００７】
燃料排ガス凝縮水と燃焼排ガス凝縮水は、回収水として回収水タンク７８に送水され、回収水タンク７８で余剰となった回収水は中和槽７９に送られる。回収水タンク７８に貯水した回収水は、水ポンプ７１３によりイオン除去装置７１４に送られ、浄化された後、燃料電池７２と水素生成装置７４に送られる。
【０００８】
中和槽７９は、回収水に空気を送り込むバブリング装置７１０を具備したバブリングタンク７１１と、主に炭酸カルシウム等の炭酸塩の水溶液からなる中和剤を具備した中和剤タンク７１２とを有して構成される。ここで、回収水は、バブリングタンク７１１において、バブリング装置７１０によって供給される空気によって、バブリングされ、回収水から炭酸ガスを軽減する処理が行われた後、中和剤タンク７１２に送られる。中和剤タンク７１２には、主に炭酸カルシウム等の炭酸塩の水溶液が、配管と電磁弁を介して送り込まれ、当該炭酸塩と、回収水に含まれる炭酸ガスが回収水中で電離することで発生する水素イオンとを化学反応させることで、回収水中の水素イオンの濃度を低減し、回収水が中和される。この時、中和剤タンク７１２において、余剰となった回収水は中和剤タンク７１
２の排水口７１から排水される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００４−１７２０１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、前記特許文献１に係る従来の構成では、バブリング装置を具備するバブリングタンクや中和剤を具備する中和剤タンクを有して中和槽を構成する必要があるため、燃料電池システムの容積が大きくなるという課題があった。また、バブリングタンクには、バブリングに利用する空気を供給し、中和剤タンクには、中和剤を送り込むため、配管や電磁弁等の部材が必要となり、それらの配置が複雑になるとともに、電磁弁の制御が煩雑であるという課題があった。さらに、中和槽における中和処理が不完全な場合、余剰となる回収水中に水素イオンが多量に存在することになり、排水のＰＨが酸性側にシフトし、燃料電池システムから排水される排水が排水基準（排水のＰＨ５．８〜８．６）を満たさないという課題があった。
【００１１】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、回収水タンクに貯えられる回収水に含まれる水素イオン濃度を、簡易な構成で確実に低減する手段を提供し、排水基準を満たす燃料電池システムを実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記従来の課題を解決するために、本発明の燃料電池システムは、燃料電池と、燃焼器と、前記燃焼器から排出される燃焼排ガスから第１の凝縮水を回収する燃焼排ガス凝縮器と、前記第１の凝縮水が貯えられる回収水タンクと、前記回収水タンクに貯水した回収水を脱イオン化して浄化するイオン除去装置と、前記燃焼器と前記回収水タンクとをつなぐ第１の凝縮水流路に配置される塩基型アニオン交換器とを有し、前記第１の凝縮水は、前記塩基型アニオン交換器において前記第１の凝縮水中のアニオンが水酸化物イオンに交換されて前記回収水タンクに送られる構成としたものである。
【００１３】
これによって、燃焼器から排出される燃焼排ガスから回収される第１の凝縮水の中に含まれるアニオンが、塩基型アニオン交換器によって、水酸化物イオンに交換され、交換された水酸化物イオンと、回収水タンクに貯水した回収水中の水素イオンが化学反応することで、回収水中に含まれる水素イオンの濃度が低下するため、燃料電池システムから排水される排水のＰＨを排水基準に維持することができる。
【００１４】
また、本発明の燃料電池システムは、原料ガスを改質して燃料ガスを生成する水素生成装置を有し、前記水素生成装置で生成した燃料ガスを前記燃料電池に供給する構成としたものである。
【００１５】
これによって、燃料電池に供給する燃料ガスを原料ガスから生成することができ、燃料ガス供給経路のない、設置場所においても、燃料電池システムを安定して運転することができる。
【００１６】
また、本発明の燃料電池システムは、前記水素生成装置が前記燃焼器により加熱される構成としたものである。
【００１７】
これによって、水素生成装置における原料ガスの改質反応を効率的に進行させることができ、燃料ガスをより安定に生成できる。
【００１８】
また、本発明の燃料電池システムは、燃料排ガスから第２の凝縮水を回収する燃料排ガス凝縮器を、燃料排ガスを燃料電池から燃焼器に供給するための燃料排ガス流路に配置し、前記燃料排ガス凝縮器と前記第１の凝縮水流路の結合部とをつなぐ第２の凝縮水流路とを、さらに有する構成とし、前記塩基型アニオン交換器を、前記結合部と前記回収水タンクとの間に配置し、前記第１及び第２の凝縮水中のアニオンを水酸化物イオンに交換する構成としたものである。
【００１９】
これによって、水素生成装置から排出される燃焼排ガスから回収される第１の凝縮水に加え、燃料排ガスから回収される第２の凝縮水に含まれるアニオンも、塩基型アニオン交換器によって、水酸化物イオンに交換され、回収水タンクに貯水した回収水中の水素イオンと化学反応する水酸化物イオンの濃度がより増すため、回収水中に含まれる水素イオンの濃度がより低下し、燃料電池システムから排水される排水のＰＨをより安定して排水基準に維持することができる。
【００２０】
また、本発明の燃料電池システムは、前記第１の凝縮水流路が、前記結合部と前記塩基型アニオン交換器との間で分岐し、一方の凝縮水流路の凝縮水は塩基型アニオン交換器を介して回収水タンクに送られ、他方の凝縮水流路の凝縮水は塩基型アニオン交換器を介さずに回収水タンクに送られるように構成したものである。
【００２１】
これによって、塩基型アニオン交換器を介して回収水タンクに送られる凝縮水の中に含まれるアニオンは、水酸化物イオンに交換された後、回収水タンクに回収され、また塩基型アニオン交換器を介さずに前記回収水タンクに送られる凝縮水中のアニオンは、水酸化物イオンに交換されず、そのまま回収水タンクに回収されるため、分岐を調整し、塩基型アニオン交換器を介して回収水タンクに送られる凝縮水の流量と、塩基型アニオン交換器を介さずに回収水タンクに送られる凝縮水の流量との割合を調整することで、回収水中の水素イオンと化学反応する水酸化物イオンの濃度を適切に制御できるため、燃料電池システムから排水される排水のＰＨをより確実に排水基準に維持することができる。
【００２２】
また、本発明の燃料電池システムは、第２の凝縮水を貯める水タンクと制御弁とを、燃料排ガス凝縮器と結合部との間に配置し、前記水タンク内の第２の凝縮水は、間欠的に回収水タンクに送られるように構成したものである。
【００２３】
これによって、第２の凝縮水中に燃料電池から排出される燃料排ガス中の水素が混入する場合であっても、水タンクが、その中に貯水した凝縮水により、燃料排ガス中の水素を水封し、また、制御弁により、燃料排ガス中の水素の通流が遮断され、燃料排ガス中の水素が第２の凝縮水流路に漏洩することを防止できるため、燃料電池システムを安全に運転することができる。また、塩基型アニオン交換器を介して、前記回収水タンクに送られる第２の凝縮水中に含まれるアニオンが水酸化物イオンに交換され、交換された水酸化物イオンと回収水中の水素イオンが化学反応することで、回収水中に含まれる水素イオンの濃度が低下するため、燃料電池システムから排水される排水のＰＨをより安定して排水基準に維持することができる。
【００２４】
また、本発明の燃料電池システムは、塩基型アニオン交換器が、強塩基型イオン交換膜または強塩基型イオン交換樹脂で構成したものである。
【００２５】
これによって、第１の凝縮水及び第２の凝縮水に含まれるアニオンが、強塩基型イオン交換膜または強塩基型イオン交換樹脂によって、より確実に水酸化物イオンに交換されるため、回収水中に含まれる水素イオン濃度をより確実に低減することができる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明の燃料電池システムは、簡易な構成で、回収水タンクに貯える回収水に含まれる水素イオン濃度を低減でき、安定、かつ確実に排水基準を維持する低容積の燃料電池システムを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の実施の形態１における燃料電池システムを示す構成図
【図２】本発明の実施の形態２における燃料電池システムを示す構成図
【図３】本発明の実施の形態３における燃料電池システムを示す構成図
【図４】本発明の実施の形態４における燃料電池システムを示す構成図
【図５】本発明の実施の形態５における燃料電池システムを示す構成図
【図６】本発明の実施の形態５における水タンクを示す構成図
【図７】従来の燃料電池システムを示す構成図
【発明を実施するための形態】
【００２８】
第１の発明は、燃料ガスと酸化剤ガスとを反応させて発電を行う燃料電池と、原料ガスと燃料ガス及び前記燃料電池から排出される燃料排ガスの少なくとも一つのガスを燃焼する燃焼器と、前記燃焼器から排出される燃焼排ガスから第１の凝縮水を回収する燃焼排ガス凝縮器と、前記第１の凝縮水が貯えられる回収水タンクと、前記回収水タンクに貯水した回収水を脱イオン化して浄化するイオン除去装置と、前記水素生成装置と前記回収水タンクとをつなぐ第１の凝縮水流路に配置される塩基型アニオン交換器とを有し、前記第１の凝縮水は、前記塩基型アニオン交換器において前記第１の凝縮水中のアニオンが水酸化物イオンに交換されて前記回収水タンクに送られる燃料電池システムである。
【００２９】
この構成により、燃焼器から排出される燃焼排ガスから回収される第１の凝縮水の中に含まれるアニオンが、塩基型アニオン交換器によって、水酸化物イオンに交換され、交換された水酸化物イオンと、回収水タンクに貯水した回収水中の水素イオンが化学反応することで、回収水中に含まれる水素イオンの濃度が低下するため、排水基準を満たす燃料電池システムを実現することができる。
【００３０】
第２の発明は、特に第１の発明の燃料電池システムにおいて、原料ガスを改質して生成した燃料ガスを前記燃料電池に供給する水素生成装置を有する構成とした燃料電池システムである。
【００３１】
この構成により、燃料電池に供給する燃料ガスを原料ガスから生成することができ、燃料ガス供給経路のない、設置場所においても、燃料電池システムを安定して運転することができる。
【００３２】
第３の発明は、特に第２の発明の水素生成装置が前記燃焼器により加熱される構成とした燃料電池システムである。
【００３３】
この構成により、水素生成装置における原料ガスの改質反応を効率的に進行させることができ、燃料ガスをより安定に生成できる。
【００３４】
第４の発明は、燃料排ガスを燃料電池から燃焼器に供給するための燃料排ガス流路に配置され、燃料排ガスから第２の凝縮水を回収する燃料排ガス凝縮器と、前記燃料排ガス凝縮器と前記第１の凝縮水流路の結合部とをつなぐ第２の凝縮水流路とを、さらに有する構成とし、特に、第１の発明の塩基型アニオン交換器が、前記結合部と回収水タンクとの間に配置され、第１及び第２の凝縮水中のアニオンを水酸化物イオンに交換する構成とした燃料電池システムである。
【００３５】
この構成により、水素生成装置から排出される燃焼排ガスから回収される第１の凝縮水に加え、燃料排ガスから回収される第２の凝縮水に含まれるアニオンも、塩基型アニオン交換器によって、水酸化物イオンに交換され、回収水タンクに貯水した回収水中の水素イオンと化学反応する水酸化物イオンの濃度がより増すため、回収水中に含まれる水素イオンの濃度がより低下し、より安定して排水基準を満たす燃料電池システムを実現することができる。
【００３６】
第５の発明は、特に、第１〜第４の発明の、第１の凝縮水流路が、結合部と塩基型アニオン交換器との間で分岐し、一方の凝縮水流路の凝縮水は塩基型アニオン交換器を介して回収水タンクに送られ、他方の凝縮水流路の凝縮水は塩基型アニオン交換器を介さずに回収水タンクに送られる構成とした燃料電池システムである。
【００３７】
この構成により、塩基型アニオン交換器を介して回収水タンクに送られる凝縮水の中に含まれるアニオンは、水酸化物イオンに交換された後、回収水タンクに回収され、また塩基型アニオン交換器を介さずに回収水タンクに送られる凝縮水中のアニオンは、水酸化物イオンに交換されず、そのまま回収水タンクに回収されるため、分岐を調整し、塩基型アニオン交換器を介して回収水タンクに送られる凝縮水の流量と、塩基型アニオン交換器を介さずに回収水タンクに送られる凝縮水の流量との割合を調整することで、回収水中の水素イオンと化学反応する水酸化物イオンの濃度を適切に制御でき、より確実に排水基準を満たす燃料電池システムを実現することができる。
【００３８】
第６の発明は、特に第４及び第５の発明の燃料排ガス凝縮器と結合部との間に配置され、第２の凝縮水を貯める水タンクと制御弁とを、さらに有する構成とし、前記水タンク内の第２の凝縮水は、間欠的に回収水タンクに送られるように構成した燃料電池システムである。
【００３９】
この構成により、第２の凝縮水中に燃料電池から排出された燃料排ガス中の水素が混入する場合であっても、水タンクが、その中に貯水した凝縮水により、燃料排ガス中の水素を水封し、また、制御弁が燃料排ガス中の水素の通流を遮断し、燃料排ガス中の水素が第２の凝縮水流路に漏洩することを防止でき、燃料電池システムを安全に運転することができる。また、塩基型アニオン交換器を介して、前記回収水タンクに送られる第２の凝縮水中に含まれるアニオンが水酸化物イオンに交換され、交換された水酸化物イオンと回収水中の水素イオンが化学反応することで、回収水中に含まれる水素イオンの濃度が低下するため、排水基準を満たし、かつ安定な運転を維持できる燃料電池発電システムを実現することができる。
【００４０】
第７の発明は、特に、第１〜第６の発明の塩基型アニオン交換器を、強塩基型イオン交換膜または強塩基型イオン交換樹脂とした燃料電池システムである。
【００４１】
この構成により、第１の凝縮水及び第２の凝縮水に含まれるアニオンが、強塩基型イオン交換膜または強塩基型イオン交換樹脂によって、より確実に水酸化物イオンに交換されるため、回収水中に含まれる水素イオン濃度をより確実に低減でき、排水基準を満たす燃料電池システムを実現することができる。
【００４２】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００４３】
（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態における燃料電池システムの構成を示すものである
。
【００４４】
図１において、燃料電池システム１０は、回収水を貯水する回収水タンク１６と、回収水タンク１６から供給される回収水を脱イオン化し浄化水とするイオン除去装置１８と、回収水タンク１６から回収水をイオン除去装置１８に供給する第１の水ポンプ１７と、イオン除去装置１８から供給される浄化水を貯える浄化水タンク１９と、浄化水タンク１９から浄化水を送水する第２の水ポンプ１１１と、燃料電池１２に空気を供給する空気供給装置１３と、を備えている。
【００４５】
さらに、燃料電池システム１０は、空気供給装置１３から供給される空気と燃料ガスにより発電を行う燃料電池１２と、燃料電池１２から排出される燃料排ガスとを燃焼する燃焼部１４と、燃焼部１４で燃料電池１２から排出される燃料排ガスを燃焼して得られる燃焼排ガスに含まれる水蒸気を凝縮し燃焼排ガス凝縮水を得る燃焼排ガス凝縮器１５と、を備えている。
【００４６】
さらに、燃料電池システム１０は、燃焼排ガス凝縮器１５で凝縮した燃焼排ガス凝縮水を回収水タンク１６に導く第１の凝縮水流路１１２と、第１の凝縮水流路１１２に配置され、燃焼排ガス凝縮水に含まれるアニオンを水酸化物イオンに交換する塩基型アニオン交換器１１と、燃料電池１２から排出される燃料排ガスに含まれる水蒸気を凝縮し燃料排ガス凝縮水を得る燃料排ガス凝縮器１１５と、を備えている。
【００４７】
さらに、燃料電池システム１０は、燃料排ガス凝縮器１１５で凝縮した燃料排ガス凝縮水を回収水タンクに導く燃料排ガス凝縮水流路１１６と、燃料排ガス凝縮器１１５で燃料排ガスに含まれる水蒸気が凝縮され除去された燃料排ガスが通流する燃料排ガス流路１１７と、燃料電池１２から排出される排空気中に含まれる水蒸気を凝縮し排空気凝縮水を得る排空気凝縮器１１４と、を備えている。
【００４８】
さらに、燃料電池システム１０は、排空気凝縮器１１４で凝縮した排空気凝縮水を回収水タンク１６に導く排空気凝縮水流路１１３と、を備えている。また、回収水タンク１６は、回収水タンク１６に貯水した余剰の回収水を排水する排水口１１０を有する。
【００４９】
以下に、燃料電池システム１０を構成する構成要素の材料やその作用について具体的に説明する。
【００５０】
回収水タンク１６は、例えばステンレスや樹脂などで構成され、その内に回収水が貯水される。イオン除去装置１８は、例えばステンレスや樹脂などで構成された容器内に、回収水中のアニオンとカチオンを吸着して、回収水を脱イオン化して浄化水を生成するイオン交換樹脂が充填されている。塩基型アニオン交換器１１は、例えば、強塩基型アニオン交換膜や強塩基型イオン交換樹脂若しくはこれらの混合物がステンレスや樹脂などで構成された容器内に充填されて構成され、燃焼排ガス凝縮水中のアニオンを水酸化物イオンに交換する。
【００５１】
また、燃料電池１２は、フッ化炭素の主鎖にスルホン基の側鎖を付着させた高分子系の水素イオン伝導性電解質膜（図示せず）の両側に、カーボンブラックに触媒の白金粒子を担持して構成した燃料極と空気極（図示せず）とを備えた電池を複数積層した集合体から構成される。そして、燃料極へ供給される燃料ガス中の水素と、空気供給装置１３から空気極へ供給される空気中の酸素との電気化学反応により、発電する。
【００５２】
次に、本実施の形態の燃料電池システム１０の運転動作について説明する。
【００５３】
燃料電池１２は、ガス供給配管（図示せず）から供給される燃料ガスと、空気供給装置１３から供給される空気中の酸素との電気化学反応により発電を行う。そして、燃料電池１２で使用されずに排出された燃料排ガスは、燃料排ガス凝縮器１１５を介し、燃料排ガス流路１１７を通り、燃焼部１４に供給されて、燃料排ガスの燃焼が起こる。このとき、燃焼部１４に供給される燃料電池１２からの燃料排ガスは、その流路途中に配置される燃料排ガス凝縮器１１５により、燃料排ガス中に含まれる水蒸気が除去されて、燃焼部１４に供給される。この水蒸気除去により、含有水分量の少ない燃料排ガスを燃焼部１４で燃焼させて、煤などの発生しない安定した燃焼が実現する。
【００５４】
続いて、本実施の形態の燃料電池システム１０における凝縮水と回収水及び浄化水の流れについて説明する。
【００５５】
まず、凝縮水の流れについて説明する。図１に示すように、燃料電池１２からの燃料排ガス流路に配置した燃料排ガス凝縮器１１５により、燃料電池１２から排出される燃料排ガスに含まれる水蒸気を凝縮して燃料排ガス凝縮水が得られる。そして、得られた燃料排ガス凝縮水は、燃料排ガス凝縮水流路１１６を通って、回収水タンク１６の貯水部に貯えられる。また、燃焼部１４からの燃焼排ガス流路に配置した燃焼排ガス凝縮器１５により、燃料排ガス流路１１７を介して流れる燃料排ガスを燃焼して得られる燃焼排ガスに含まれる水蒸気を凝縮して燃焼排ガス凝縮水が得られる。そして、得られた燃焼排ガス凝縮水は、回収水として、第１の凝縮水流路１１２に送られ、塩基型アニオン交換器１１を通過した後、回収水タンク１６の貯水部に貯えられる。
【００５６】
さらに、燃料電池１２からの排空気流路に配置した排空気凝縮器１１４により、燃料電池１２から排出される排空気に含まれる水蒸気を凝縮して排空気凝縮水が得られる。そして、得られた排空気凝縮水は、回収水として、排空気凝縮水流路１１３を介して、回収水タンク１６に送られ、回収水タンク１６の貯水部に貯えられる。
【００５７】
そして、回収水タンク１６で余剰となった回収水は、回収水タンク１６に配置した排水口１１０から排水される。
【００５８】
次に、回収水と浄化水の流れについて説明する。回収水タンク１６に貯水した回収水は第１の水ポンプ１７によりイオン除去装置１８に送られ、脱イオン化された後、浄化水として浄化水タンク１９に貯えられる。浄化水タンク１９に貯えられた浄化水は、第２の水ポンプ１１１により、燃料電池１２を循環し、燃料電池１２を一定の温度に維持する。
【００５９】
以上のように、本実施の形態においては、燃焼排ガスと燃料ガスに含まれる水蒸気から回収する凝縮水を、凝縮水を回収する流路に配置した塩基型アニオン交換器を通過させて、回収水タンクの貯水部に貯えることにより、凝縮水に含まれるアニオンが水酸化物イオンに交換され、交換された水酸化物イオンと、回収水タンクに貯水した回収水中の水素イオンとを化学反応させることで、回収水中に含まれる水素イオンの濃度を低下させ、燃料電池システムから排水される排水のＰＨを排水基準に維持することができる。
【００６０】
以下、本実施の形態における燃料電池システム１０の具体的な効果について説明する。
【００６１】
まず、本実施の形態の構成の燃料電池システム１０を１ｋＷの発電状態で運転を継続した時に回収水タンクの排水口から排水される排水のＰＨを評価したところ、排水のＰＨは継続して６．５を維持した。
【００６２】
一方、比較のために、塩基型アニオン交換器を配置しない燃料電池システムで、同様の評価をしたところ、排水のＰＨは５．０であり、排水基準を満たさないものであった。
上記より、本実施の形態の燃料電池システムにおいて、回収水タンクから排出される排水のＰＨは安定して排水基準を満たすことがわかった。
【００６３】
（実施の形態２）
図２は、本発明の第２の実施の形態における燃料電池システムの構成を示すものである。
【００６４】
図２において、燃料電池システム２０は、回収水を貯水する回収水タンク２８と、回収水タンク２８から供給される回収水を脱イオン化し浄化水とするイオン除去装置２１０と、回収水タンク２８から回収水をイオン除去装置２１０に供給する第１の水ポンプ２９と、イオン除去装置２１０から供給される浄化水を貯える浄化水タンク２１１と、浄化水タンク２１１から浄化水を送水する第２の水ポンプ２１４及び第３の水ポンプ２１３と、を備えている。
【００６５】
さらに、燃料電池システム２０は、第２の水ポンプ２１４から脱イオン水の供給を受けて原料ガスである都市ガスを改質し水素を主成分とする燃料ガスを生成する水素生成装置２４と、燃料電池２２に空気を供給する空気供給装置２３と、水素生成装置２４から供給される燃料ガスと空気供給装置２３から供給される空気により発電を行う燃料電池２２と、水素生成装置２４から送られる燃料ガス中に含まれる水蒸気を凝縮し除去する燃料ガス凝縮器２６と、水素生成装置２４から供給される燃料ガスを燃料ガス凝縮器２６に導くバイパス流路２１６と、を備えている。
【００６６】
さらに、燃料電池システム２０は、水素生成装置２４から送られる燃料ガスの通流方向をバイパス流路２１６と燃料電池２２への燃料ガス供給経路に切り替える三方弁２１９と、水素生成装置２４の中に配置され、原料ガスと、バイパス流路２１６及び燃料ガス凝縮器２６を介して流れる燃料ガスと、燃料電池２２から排出される燃料排ガスとを燃焼する燃焼部２５と、水素生成装置２４で原料ガスと、バイパス流路２１６と燃料ガス凝縮器２６を介して流れる燃料ガス及び燃料電池２２から排出される燃料排ガスを燃焼して得られる燃焼排ガスに含まれる水蒸気を凝縮し燃焼排ガス凝縮水を得る燃焼排ガス凝縮器２７と、を備えている。
【００６７】
さらに、燃料電池システム２０は、燃焼排ガス凝縮器２７で凝縮した燃焼排ガス凝縮水を回収水タンク２８に導く第１の凝縮水流路２１５と、第１の凝縮水流路２１５に配置され、燃焼排ガス凝縮水に含まれるアニオンを水酸化物イオンに交換する塩基型アニオン交換器２１と、燃料電池２２から排出される燃料排ガスに含まれる水蒸気を凝縮し燃料排ガス凝縮水を得る燃料排ガス凝縮器２２０と、燃料排ガス凝縮器２２０で凝縮した燃料排ガス凝縮水を回収水タンクに導く燃料排ガス凝縮水流路２２１と、を備えている。
【００６８】
さらに、燃料電池システム２０は、燃料排ガス凝縮器２２０で燃料排ガスに含まれる水蒸気が凝縮され除去された燃料排ガスが通流する燃料排ガス流路２２２と、燃料電池２２から排出される排空気中に含まれる水蒸気を凝縮し排空気凝縮水を得る排空気凝縮器２１８と、排空気凝縮器２１８で凝縮した排空気凝縮水を回収水タンク２８に導く排空気凝縮水流路２１７と、で構成される。また、回収水タンク２８は、回収水タンク２８に貯水した余剰の回収水を排水する排水口２１２を有する。
【００６９】
以下に、燃料電池システム２０を構成する構成要素の材料やその作用について具体的に説明する。
【００７０】
回収水タンク２８は、例えばステンレスや樹脂などで構成され、その内に回収水が貯水される。イオン除去装置２１０は、例えばステンレスや樹脂などで構成された容器内に、
回収水中のアニオンとカチオンを吸着して、回収水を脱イオン化して浄化水を生成するイオン交換樹脂が充填されている。塩基型アニオン交換器２１は、例えば、強塩基型アニオン交換膜や強塩基型イオン交換樹脂若しくはこれらの混合物がステンレスや樹脂などで構成された容器内に充填されて構成され、燃焼排ガス凝縮水中のアニオンを水酸化物イオンに交換する。
【００７１】
また、水素生成装置２４は、例えばステンレスなどで構成された容器に、アルミナ担体にルテニウムを担持した触媒が充填されている。そして、都市ガスと、イオン除去装置２１０を介して供給される脱イオン化した浄化水とを約６５０℃で化学反応させて、水素と二酸化炭素を生成する。このとき、イオン除去装置２１０から供給される浄化水は、上記化学反応を進行させる役割を担っている。なお、水素生成装置２４には、さらに、アルミナ担体に白金を担持した触媒を後流側に配置して、化学反応で微量発生する一酸化炭素を二酸化炭素に酸化する、例えば選択酸化手段などを有している。
【００７２】
また、燃料電池２２は、フッ化炭素の主鎖にスルホン基の側鎖を付着させた高分子系の水素イオン伝導性電解質膜（図示せず）の両側に、カーボンブラックに触媒の白金粒子を担持して構成した燃料極と空気極（図示せず）とを備えた電池を複数積層した集合体から構成される。そして、水素生成装置２４から燃料極へ供給される燃料ガス中の水素と、空気供給装置１３から空気極へ供給される空気中の酸素との電気化学反応により、発電する。
【００７３】
また、水素生成装置２４には、燃焼部２５が設けられている。燃焼部２５は、燃料電池システム２０の運転開始時においては原料ガスである都市ガスを燃焼させ、安定運転においては燃料電池２２で使用されずに排出される燃料排ガス中の水素を燃焼させる。
【００７４】
次に、本実施の形態の燃料電池システム２０の運転動作について説明する。
【００７５】
まず、運転開始時、ガス供給管（図示せず）からの原料ガスとして都市ガスと、送風機（図示せず）からの空気が、燃焼部２５に供給されて燃焼が始まり、燃料ガスが得られる。燃料ガスは、三方弁２１９とバイパス流路２１６を通して燃料ガス凝縮器２６に送られる。燃料ガス凝縮器２６に送られた燃料ガスは、燃料ガス凝縮器２６において、その中に含まれる水蒸気が凝縮され除去された後、燃焼部２５に送られる。そして、水素生成装置２４において、原料ガスとしての都市ガスやバイパス流路２１６を介して通流する燃料ガスを燃焼して得られる燃焼排ガスは、燃焼排ガス凝縮器２７に送られ、燃焼排ガス中に含まれる水蒸気が凝縮され、燃焼排ガス凝縮水として、第１の凝縮水流路２１５を通って、塩基型アニオン交換器２１を通過した後、回収水タンク２８に回収される。
【００７６】
また、同時に、燃焼部２５は、水素生成装置２４の内部に充填した触媒を約６５０℃に加熱する。そして、水素生成装置２４の触媒が約６５０℃まで加熱されると、水素生成装置２４は、以下の第２の段階の運転動作を行う。
【００７７】
まず、水素生成装置２４は、浄化水タンク２１１から第２の水ポンプ２１４により供給される浄化水と、ガス供給管（記載せず）からの供給される都市ガスとの、例えば改質反応により、水素を主成分とする燃料ガスを生成し、生成された燃料ガスは、三方弁２１９を通って燃料電池２２に供給される。
【００７８】
燃料電池２２は、水素生成装置２４から供給される燃料ガス中の水素と、空気供給装置２３から供給される空気中の酸素との電気化学反応により発電を行う。そして、燃料電池２２で使用されずに排出された燃料排ガスは、燃料排ガス凝縮器２２０を介し、燃料排ガス流路２２２を通り、水素生成装置２４の燃焼部２５に供給されて、燃料排ガスの燃焼が
起こる。このとき、水素生成装置２４の燃焼部２５に供給される燃料電池２２からの燃料排ガスは、その流路途中に配置される燃料排ガス凝縮器２２０により、燃料排ガス中に含まれる水蒸気が除去されて、燃焼部２５に供給される。この水蒸気除去により、含有水分量の少ない燃料排ガスを燃焼部２５で燃焼させて、煤などの発生しない安定した燃焼が実現する。
【００７９】
続いて、本実施の形態の燃料電池システム２０における凝縮水と回収水及び浄化水の流れについて説明する。
【００８０】
まず、凝縮水の流れについて説明する。図２に示すように、燃料電池２２からの燃料排ガス流路に配置した燃料排ガス凝縮器２２０により、燃料電池２２から排出される燃料排ガスに含まれる水蒸気を凝縮して燃料排ガス凝縮水が得られる。そして、得られた燃料排ガス凝縮水は、燃料排ガス凝縮水流路２２１を通って、回収水タンク２８の貯水部に貯えられる。また、水素生成装置２４からの燃焼排ガス流路に配置した燃焼排ガス凝縮器２７により、水素生成装置２４で原料ガスと、バイパス流路２１６を介して流れる燃料ガスと、燃料排ガス流路２２２を介して流れる燃料排ガスを燃焼して得られる燃焼排ガスに含まれる水蒸気を凝縮して燃焼排ガス凝縮水が得られる。そして、得られた燃焼排ガス凝縮水は、回収水として、第１の凝縮水流路２１５に送られ、塩基型アニオン交換器２１を通過した後、回収水タンク２８の貯水部に貯えられる。
さらに、燃料電池２２からの排空気流路に配置した排空気凝縮器２１８により、燃料電池２２から排出される排空気に含まれる水蒸気を凝縮して排空気凝縮水が得られる。そして、得られた排空気凝縮水は、回収水として、排空気凝縮水流路２１７を介して、回収水タンク２８に送られ、回収水タンク２８の貯水部に貯えられる。
【００８１】
そして、回収水タンク２８で余剰となった回収水は、回収水タンク２８に配置した排水口２１２から排水される。
次に、回収水と浄化水の流れについて説明する。回収水タンク２８に貯水した回収水は第１の水ポンプ２９によりイオン除去装置２１０に送られ、脱イオン化された後、浄化水として浄化水タンク２１１に貯えられる。浄化水タンク２１１に貯えられた浄化水は、第２の水ポンプ２１４により水素生成装置２４に供給され、原料ガスとしての都市ガスの改質に利用され、また、第３の水ポンプ２１３により、燃料電池２２を循環し、燃料電池２２を一定の温度に維持する。
以上のように、本実施の形態においては、燃焼排ガスと燃料ガスに含まれる水蒸気から回収する凝縮水を、凝縮水を回収する流路に配置した塩基型アニオン交換器を通過させて、回収水タンクの貯水部に貯えることにより、凝縮水に含まれるアニオンが水酸化物イオンに交換され、交換された水酸化物イオンと、回収水タンクに貯水した回収水中の水素イオンとを化学反応させることで、回収水中に含まれる水素イオンの濃度を低下させ、燃料電池システムから排水される排水のＰＨを排水基準に維持することができる。
【００８２】
以下、本実施の形態における燃料電池システム２０の具体的な効果について説明する。
【００８３】
まず、本実施の形態の構成の燃料電池システム２０を１ｋＷの発電状態で運転を継続した時に回収水タンクの排水口から排水される排水のＰＨを評価したところ、排水のＰＨは継続して６．５を維持した。
【００８４】
一方、比較のために、塩基型アニオン交換器を配置しない燃料電池システムで、同様の評価をしたところ、排水のＰＨは５．０であり、排水基準を満たさないものであった。
上記より、本実施の形態の燃料電池システムにおいて、回収水タンクから排出される排水のＰＨは安定して排水基準を満たすことがわかった。
【００８５】
（実施の形態３）
図３は、本発明の第３の実施の形態における燃料電池システムの構成を示すものである。なお、図３において、図２と同一の構成は同じ符号を用い、説明を省略する場合がある。
【００８６】
図３において、燃料電池システム３０は、第１の凝縮水流路２１５に結合部３１を設け、図２における燃料排ガス凝縮水流路２２１の代わりに、前記燃料排ガス凝縮器２２０と前記結合部３１をつなぐ第２の凝縮水流路３２を有する構成とした点で、実施の形態２の燃料電池システムとは異なる。他の構成要素やその動作は実施の形態２と同様であるので、説明を省略する。
【００８７】
以下に、本実施の形態の燃料電池システム３０の発明のポイントである、凝縮水と回収水及び浄化水の流れについて説明する。
【００８８】
まず、凝縮水の流れについて説明する。図３に示すように、燃料電池２２からの燃料排ガス流路に配置した燃料排ガス凝縮器２２０により、燃料電池２２から排出される燃料排ガスに含まれる水蒸気を凝縮して燃料排ガス凝縮水が得られる。そして、得られた燃料排ガス凝縮水は、第２の凝縮水流路３２を介して結合部３１に送られ、第１の凝縮水流路２１５を通水し、塩基型アニオン交換器２１を通過した後、回収水タンク２８の貯水部に貯えられる。また、水素生成装置２４からの燃焼排ガス流路に配置した燃焼排ガス凝縮器２７により、水素生成装置２４で原料ガスと、バイパス流路２１６を介して流れる燃料ガスと、燃料排ガス流路２２２を介して流れる燃料排ガスを燃焼して得られる燃焼排ガスに含まれる水蒸気を凝縮して燃焼排ガス凝縮水が得られる。そして、得られた燃焼排ガス凝縮水は、回収水として、第１の凝縮水流路２１５に送られ、塩基型アニオン交換器２１を通過した後、回収水タンク２８の貯水部に貯えられる。
【００８９】
さらに、燃料電池２２からの排空気流路に配置した排空気凝縮器２１８により、燃料電池２２から排出される排空気に含まれる水蒸気を凝縮して排空気凝縮水が得られる。そして、得られた排空気凝縮水は、回収水として、排空気凝縮水流路２１７を介して、回収水タンク２８に送られ、回収水タンク２８の貯水部に貯えられる。
【００９０】
そして、回収水タンク２８で余剰となった回収水は、回収水タンク２８に配置した排水口２１２から排水される。
次に、回収水及び浄化水の流れについて説明する。回収水タンク２８に貯水した回収水は第１の水ポンプ２９によりイオン除去装置２１０に送られ、脱イオン化された後、浄化水として浄化水タンク２１１に貯えられる。浄化水タンク２１１に貯えられた浄化水は、第２の水ポンプ２１４により水素生成装置２４に供給され、原料ガスの改質に利用され、また、第３の水ポンプ２１３により、燃料電池２２を循環し、燃料電池２２を一定の温度に維持する。
【００９１】
以上のように、本実施の形態においては、燃焼排ガスと燃料ガス及び燃料排ガスに含まれる水蒸気から回収する凝縮水を、第１の凝縮水流路に配置した塩基型アニオン交換器を通過させて、回収水タンクの貯水部に貯えることにより、凝縮水に含まれるアニオンが水酸化物イオンに交換され、交換された水酸化物イオンと、回収水中の水素イオンを化学反応させることで、回収水中に含まれる水素イオンの濃度を低下させ、燃料電池システムから排水される排水のＰＨをより安定して排水基準に維持することができる。
【００９２】
以下、本実施の形態における燃料電池システム３０の具体的な効果について説明する。
【００９３】
まず、本実施の形態の構成の燃料電池システム３０を１ｋＷの発電状態で運転を継続し
た時に回収水タンクの排水口から排水される排水のＰＨを評価したところ、排水のＰＨは安定して８．０を維持した。
【００９４】
一方、比較のために、塩基型アニオン交換器を配置しない燃料電池システムで、同様の評価をしたところ、排水のＰＨは５．０であり、排水基準を満たさないものであった。
上記より、本実施の形態の燃料電池システムにおいて、回収水タンクから排出される排水のＰＨは安定して排水基準を満たすことがわかった。
【００９５】
（実施の形態４）
図４は、本発明の実施の形態４における燃料電池システムを示す構成図である。なお、図４において、図３と同一の構成は同じ符号を用い、説明を省略する場合がある。
【００９６】
図４において、燃料電池システム４０は、第１の凝縮水流路２１５において、前記結合部３１と前記塩基型アニオン交換器２１の間に分岐４２を配置し、また、前記分岐４２と回収水タンク２８を連結する第３の凝縮水流路４１を設け、燃料排ガス凝縮水と燃焼排ガス凝縮水の一部が塩基型アニオン交換器２１を介さずに回収水タンク２８に回収する構成とした点で、実施の形態３の燃料電池システムとは異なる。他の構成要素やその動作は実施の形態３と同様であるので、説明を省略する。
【００９７】
以下に、本実施の形態の燃料電池システム４０の発明のポイントである、凝縮水と回収水及び浄化水の流れについて説明する。
【００９８】
まず、凝縮水の流れについて説明する。図４に示すように、燃料排ガス凝縮水と燃焼排ガス凝縮水の一部は、塩基型アニオン交換器２１を通過した後、回収水タンク２８の貯水部に貯えられる。一方、燃料排ガス凝縮水と燃焼排ガス凝縮水の他の一部の凝縮水は、分岐４２から第３の凝縮水流路４１を通って流れ、塩基型アニオン交換器２１を通過することなく、直接回収水タンク２８の貯水部に貯えられる。
このとき、回収水タンク２８で余剰となった回収水は、回収水タンク２８に配置した排水口２１２から排水される。
次に、回収水及び浄化水の流れについて説明する。回収水タンク２８に貯水した回収水は第１の水ポンプ２９によりイオン除去装置２１０に送られ、脱イオン化された後、浄化水として浄化水タンク２１１に貯えられる。浄化水タンク２１１に貯えられた浄化水は、第２の水ポンプ２１４により水素生成装置２４に供給され原料ガスの改質に利用され、また、第３の水ポンプ２１３により、燃料電池２２を循環し、燃料電池２２を一定の温度に維持する。
以上のように、本実施の形態においては、燃焼排ガスと燃料ガス及び燃料排ガスに含まれる水蒸気から回収する凝縮水の一部を、第１の凝縮水流路に配置した塩基型アニオン交換器を通過させた後、回収水タンクの貯水部に貯えることにより、凝縮水に含まれるアニオンが水酸化物イオンに交換され、また、燃焼排ガス及び燃料排ガスに含まれる水蒸気から回収する一部の凝縮水は塩基型アニオン交換器を通過せずに、回収水タンクの貯水部に貯えることにより、凝縮水に含まれるアニオンが水酸化物イオンに交換されないため、分岐を調整し、塩基型アニオン交換器を通過する凝縮水の流量と、塩基型アニオン交換器を通過しない凝縮水の流量を調整することで、回収水中の水素イオンと化学反応する水酸化物イオンの濃度を適切に調整することができるため、燃料電池システムから排水される排水のＰＨを確実に排水基準に維持することができる。
なお、分岐における、第１の凝縮水流路と第３の凝縮水流路を流れる各凝縮水の流量は、第１の凝縮水流路と第３の凝縮水流路の口径を変えることにより、また、一方の凝縮水流路に絞りを設ける等の手段を施すことで、第１の凝縮水流路と第３の凝縮水流路の通流抵抗を変えることで制御できる。
以下、本実施の形態における燃料電池システム４０の具体的な効果について説明する。
【００９９】
まず、本実施の形態の構成の燃料電池システム４０を１ｋＷの発電状態で運転を継続した時に回収水タンクの排水口から排水される排水のＰＨを評価したところ、排水のＰＨは安定して７．２を維持した。なお、このとき、第１の凝縮水流路の口径と第３の凝縮水流路の口径を調整し、第１の凝縮水流路を通水する凝縮水流量と第３の凝縮水流路を通水する凝縮水流量の流量比が、２：８になるように調整した。
【０１００】
一方、比較のために、塩基型アニオン交換器を配置しない燃料電池システムで、同様の評価をしたところ、排水のＰＨは５．０であり、排水基準を満たさないものであった。
【０１０１】
上記より、本実施の形態の燃料電池システムの回収水タンクから排出される排水のＰＨは安定して排水基準を満たすことがわかった。
【０１０２】
（実施の形態５）
図５は、本発明の実施の形態５における燃料電池システムを示す構成図である。なお、図５において、図４と同一の構成は同じ符号を用い、説明を省略する場合がある。
【０１０３】
図５において、燃料電池システム５０は、第２の凝縮水流路３２において、燃料排ガス凝縮器２２０により、燃料排ガス中の水蒸気を凝縮することによって得た燃料排ガス凝縮水を貯える水タンク５１と、水タンク５１に貯水した凝縮水の通流状態を制御する制御弁５２を配置する構成とした点で、実施の形態４の燃料電池システムとは異なる。他の構成要素やその動作は実施の形態４と同様であるので、説明を省略する。
【０１０４】
以下に、本実施の形態の燃料電池システム５０の発明のポイントである、凝縮水と回収水及び浄化水の流れについて説明する。
【０１０５】
まず、凝縮水の流れについて、図６も参照しながら説明する。燃料電池２２から排出される燃料排ガスに含まれる水蒸気を燃料排ガス凝縮器２２０で凝縮して得た燃料排ガス凝縮水が水タンク５１に送られる。水タンク５１において、燃料排ガス凝縮水は、図６（ａ）に示すように、制御弁５２によって、第２の凝縮水流路３２への通水が遮断され、水タンク５１に貯水した燃料排ガス凝縮水の水位が第１の所定の水位に至るまで水タンク５１に貯水される。このとき、第２の凝縮水中に燃料排ガス中の水素が混入する場合であっても、水タンク５１に貯水した凝縮水と制御弁５２が、燃料排ガス中の水素の流れを遮断し、燃料排ガス中の水素が第２の凝縮水流路３２に漏洩することを防止する。一方、図６（ｂ）に示すように、水タンク５１に貯水した燃料排ガス凝縮水の水位が第１の所定の水位に至ったときに、制御弁５２が開き、水タンク５１に貯水された燃料排ガス凝縮水が第２の凝縮水流路３２に通水し、第１の凝縮水流路２１５の結合部３１に送られる。このとき、第２の凝縮水中に燃料排ガス中の水素が混入する場合であっても、水タンク５１に貯水した凝縮水が、燃料排ガス中の水素を水封し、燃料排ガス中の水素が第２の凝縮水流路３２に漏洩することを防止する。次に、図６（ｃ）に示すように、水タンク５１に貯水した燃料排ガス凝縮水の水位が第２の所定の水位まで低下したとき、制御弁５２が閉じ、燃料排ガス凝縮水が水タンク５１に貯水される。このとき、第２の凝縮水中に燃料排ガス中の水素が混入する場合であっても、水タンク５１に貯水した凝縮水と制御弁５２が、燃料排ガス中の水素の流れを遮断し、燃料排ガス中の水素が第２の凝縮水流路３２に漏洩することを防止する。ここで、第１の所定の水位及び第２の所定の水位は、図６に示すように、水位センサー等の水位検知手段６１で検知し、当該水位検知手段６１からの情報を受けて動作する制御装置６２により、制御弁５２の開閉状態が切り替えられる。
【０１０６】
このようにして、水タンク５１から制御弁５２を通って、第２の凝縮水流路３２に流れた燃料排ガス凝縮水は、結合部３１を通って、第１の凝縮水流路２１５に流れる。そして
、燃料排ガス凝縮水と燃焼排ガス凝縮水の一部は、塩基型アニオン交換器２１を通過した後、回収水タンク２８の貯水部に貯えられる。一方、燃料排ガス凝縮水と燃焼排ガス凝縮水の他の一部の凝縮水は、分岐４２から第３の凝縮水流路４１を通って流れ、塩基型アニオン交換器２１を通過することなく、直接回収水タンク２８の貯水部に貯えられる。
【０１０７】
このとき、回収水タンク２８で余剰となった回収水は、回収水タンク２８に配置した排水口２１２から排水される。
【０１０８】
次に、回収水及び浄化水の流れについて説明する。回収水タンク２８に貯水した回収水は第１の水ポンプ２９によりイオン除去装置２１０に送られ、脱イオン化された後、浄化水として浄化水タンク２１１に貯えられる。浄化水タンク２１１に貯えられた浄化水は、第２の水ポンプ２１４により水素生成装置２４に供給され原料ガスの改質に利用され、また、第３の水ポンプ２１３により、燃料電池２２を循環し、燃料電池２２を一定の温度に維持する。
【０１０９】
以上のように、本実施の形態においては、燃料電池から排出される燃料排ガスから回収した燃料排ガス凝縮水を水タンクに貯水することで、燃料排ガス凝縮水に燃料電池から排出される燃料排ガス中の水素が混入した場合においても、燃料排ガス中の水素が第２の凝縮水流路や第１の凝縮水流路に流れるのを抑止できるため、燃料電池システムを安全に運転することができる。また、燃焼排ガスと燃料ガス及び燃料排ガスに含まれる水蒸気から回収する凝縮水の一部を、第１の凝縮水流路に配置した塩基型アニオン交換手段を通過させた後、回収水タンクの貯水部に貯えることにより、凝縮水に含まれるアニオンが水酸化物イオンに交換され、また、燃焼排ガス及び燃料排ガスに含まれる水蒸気から回収する一部の凝縮水は塩基型アニオン交換手段を通過せずに回収水タンクの貯水部に貯えることにより、凝縮水に含まれるアニオンが水酸化物イオンに交換されないため、分岐を調整し、塩基型アニオン交換器を通過する凝縮水の流量と、塩基型アニオン交換器を通過しない凝縮水の流量を調整することで、回収水中の水素イオンと化学反応する水酸化物イオンの濃度を適切に調整することができるため、燃料電池システムから排水される排水のＰＨを確実に排水基準に維持することができる。
【０１１０】
以下、本実施の形態における燃料電池システム５０の具体的な効果について説明する。
【０１１１】
まず、本実施の形態の構成の燃料電池システム５０を１ｋＷの発電状態で運転を継続した時に回収水タンクの排水口から排水される排水のＰＨを評価したところ、排水のＰＨは安定して７．２を維持した。なお、このとき、第１の凝縮水流路の口径と第３の凝縮水流路の口径を調整し、第１の凝縮水流路を通水する凝縮水流量と第３の凝縮水流路を通水する凝縮水流量の流量比が、２：８になるように調整した。
【０１１２】
一方、比較のために、塩基型アニオン交換器を配置しない燃料電池システムで、同様の評価をしたところ、排水のＰＨは５．０であり、排水基準を満たさないものであった。
【０１１３】
上記より、本実施の形態の燃料電池システムにおいて、回収水タンクから排出される排水のＰＨは安定して排水基準を満たすことがわかった。
【産業上の利用可能性】
【０１１４】
以上のように、本発明に係る燃料電池システムは、排水のＰＨを安定して排水基準に維持することが可能となるので、定置式や移動式あるいは可搬式の燃料電池システム等の産業分野に適用できる。
【符号の説明】
【０１１５】
１０、２０、３０、４０、５０、７０  燃料電池システム
１１、２１  塩基型アニオン交換器
１２、２２、７２  燃料電池
１３、２３、７３  空気供給装置
１４、２５、７５  燃焼部
１５、２７、７７  燃焼排ガス凝縮器
１６、２８、７８  回収水タンク
１７、２９  第１の水ポンプ
１８、２１０、７１４  イオン除去装置
１９、２１１  浄化水タンク
２４、７４  水素生成装置
２６  燃料ガス凝縮器
３１  結合部
３２  第２の凝縮水流路
４１  第３の凝縮水流路
４２  分岐
５１  水タンク
５２  制御弁
６１  水位検知手段
６２  制御装置
７１、１１０、２１２  排水口
７６、１１５、２２０  燃料排ガス凝縮器
１１１、２１４  第２の水ポンプ
１１２、２１５  第１の凝縮水流路
１１３、２１７  排空気凝縮水流路
１１４、２１８  排空気凝縮器
１１６、２２１  燃料排ガス凝縮水流路
１１７、２２２  燃料排ガス流路
２１３  第３の水ポンプ
２１６  バイパス流路
２１９  三方弁
【図１】
2012221674.tif 000003
【図２】
2012221674.tif 000004
【図３】
2012221674.tif 000005
【図４】
2012221674.tif 000006
【図５】
2012221674.tif 000007
【図６】
2012221674.tif 000008
【図７】
2012221674.tif 000009