(57)【要約】【課題】異音の発生を防止し、かつ、凝縮水の回収量を増加させる構造を容易にかつ低コストで得ることができる燃料電池システムを提供すること。【解決手段】燃料電池システムは、排熱交換器３０及び凝縮水タンク３１を備える。排熱交換器３０は、発電後のオフガスＡ２に含まれる水蒸気を凝縮させて凝縮水を取り出す。凝縮水タンク３１は、排熱交換器３０から落下してきた凝縮水を貯える。また、凝縮水タンク３１には、吸気口５５、排気口５６及び板部材６１が設けられる。吸気口５５は、排熱交換器３０からのオフガスＡ２を凝縮水とともに凝縮水タンク３１の内部に供給する。排気口５６は、気体と液体とに分離した後のオフガスＡ２を凝縮水タンク３１の外部に排出する。板部材６１は、凝縮水タンク３１の内部において少なくとも吸気口５５と排気口５６との間の箇所に配置される。【選択図】図２
2016031839.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用いて発電を行う燃料電池と、
前記燃料電池から排出された発電後のオフガスを熱交換によって気体と液体とに分離することにより、前記オフガスに含まれる水蒸気を凝縮させて凝縮水を取り出す排熱交換器と、
前記排熱交換器の鉛直方向における下方に配置され、前記排熱交換器から落下してきた前記凝縮水を貯える凝縮水タンクと
を備えた燃料電池システムであって、
前記凝縮水タンクには、
前記排熱交換器からの前記オフガスを前記凝縮水とともに前記凝縮水タンクの内部に供給する吸気口と、
気体と液体とに分離した後の前記オフガスを前記凝縮水タンクの外部に排出する排気口と、
前記凝縮水タンクに貯えられている前記凝縮水の量が不足している場合に、前記凝縮水タンクの内部に水を供給する給水口と、
前記排気口よりも鉛直方向における下方に配置され、前記凝縮水タンクに貯えられている前記凝縮水の量が所定の量よりも過剰である場合に、前記凝縮水タンクの外部に前記凝縮水を排出する排水口と、
前記凝縮水タンクの内部において少なくとも前記吸気口と前記排気口との間の箇所に配置された板部材と
が設けられたことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記板部材は直線状をなしていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記凝縮水タンクの内部において前記吸気口と前記排水口との間の箇所に、前記板部材が配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記凝縮水タンクは、天井部及び底部を備え、
前記板部材は、前記天井部または前記底部に固定される固定端と、前記底部または前記天井部から離間した状態に配置される自由端とを有している
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記板部材は、前記凝縮水タンク内に複数設けられており、
複数の前記板部材は、前記固定端が前記天井部及び前記底部のいずれか一方に固定されている
ことを特徴とする請求項４に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記板部材は、前記凝縮水タンク内に複数設けられており、
複数の前記板部材は、前記固定端が前記天井部に固定されるものと、前記固定端が前記底部に固定されるものとからなる
ことを特徴とする請求項４に記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記凝縮水タンクは、前記凝縮水タンクの内部の前記凝縮水の水位を検出する水位検出器を備え、
前記水位検出器によって検出された前記水位が、前記凝縮水タンクの内部において前記排水口よりも鉛直方向における下方に設定された第１水位未満となる場合には、前記給水口から前記凝縮水タンクの内部に水を供給し、
前記水位検出器によって検出された前記水位が、前記凝縮水タンクの内部において前記排水口と前記第１水位との間に設定された第２水位以上となる場合には、前記給水口から前記凝縮水タンクの内部への水の供給を停止する
ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項８】
前記凝縮水タンクは、天井部及び底部を備え、
前記板部材の固定端が前記天井部に固定される場合、前記板部材の自由端は、前記第２水位よりも鉛直方向における下方に位置する
ことを特徴とする請求項７に記載の燃料電池システム。
【請求項９】
前記凝縮水タンクは、天井部及び底部を備え、
前記板部材の固定端が前記底部に固定される場合、前記板部材の自由端は、前記第２水位よりも鉛直方向における上方に位置する
ことを特徴とする請求項７に記載の燃料電池システム。
【請求項１０】
前記燃料電池は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９のいずれか１項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、燃料ガスと酸化剤ガスとを用いて発電を行う燃料電池を備えた燃料電池システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、燃料電池として、例えば固体電解質層（固体酸化物層）を備えた固体酸化物形燃料電池（Solid Oxide Fuel Cell ；ＳＯＦＣ）が知られている。この燃料電池は、燃料ガスに接する燃料極（アノード）と酸化剤ガスに接する空気極（カソード）とが固体電解質層の両側に配置された単セルを備えている。なお、燃料ガスは、水素濃度が高いガスであり、純水素や原燃料を改質することによって生成される改質ガスである。酸化剤ガスは、酸素を含むガス（例えば空気）である。そして、燃料ガス中の水素と酸化剤ガス中の酸素とが固体電解質層を介して反応（発電反応）することにより、空気極を正極、燃料極を負極とする直流の電流が発生するようになっている。
【０００３】
一般に、上記のような燃料電池は、筐体に収容された状態で使用される。また、筐体には、排熱交換器や凝縮水タンクが収容されている。排熱交換器は、燃料電池から排出された発電後のオフガスを熱交換によって気体と液体とに分離することにより、オフガスに含まれる水蒸気を凝縮させて凝縮水を取り出すための機器である。凝縮水タンクは、排熱交換器の下方に接続されており、排熱交換器から供給されてきた凝縮水を貯えるようになっている。なお、気体と液体とに分離した後のオフガスは、排気口を介して凝縮水タンクの外部に排出される。
【０００４】
しかしながら、凝縮水タンク内には排熱交換器からの凝縮水が落下してくるため、凝縮水の衝突によって発生する異音が大きいという問題がある。また、凝縮水タンクに貯えられた凝縮水は、発電に必要な改質ガスを生成するための改質水として使用される。このため、できるだけ多くの凝縮水を凝縮水タンクに貯めておきたいという要求がある。そこで、気体と液体とに分離した後のオフガスを排気口に流す排気管を長くして、排気口を筐体の上部に設けることにより、凝縮水を起因とする異音を減衰させる技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。また、気体と液体とに分離した後のオフガスを、排熱交換器から筐体外に設置されたダクトに直接流す構造とすることにより、気体と液体とに分離した後のオフガスを円滑に凝縮水タンク外に排出させ、かつ、凝縮水の回収量を増加させる技術が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−５９５５０号公報（図１等）
【特許文献２】特開２０１２−８９５１４号公報（図３等）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、特許文献１に記載の従来技術では、上記した排気管が長いため、排気管の組み付けが困難であるという問題がある。しかも、凝縮水に含まれる異物によって、排気管に詰まりが生じるおそれがあるため、信頼性が低下してしまうという問題がある。
【０００７】
また、特許文献２に記載の従来技術では、筐体外にダクトを設置する必要があるため、部品点数や工数の増加が避けられなくなり、製造コストの上昇につながってしまうという問題がある。しかも、気体と液体とに分離した後のオフガスが、筐体とダクトとの継ぎ目から外部に漏れるおそれがあるため、信頼性が低下してしまうという問題もある。
【０００８】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、異音の発生を防止し、かつ、凝縮水の回収量を増加させる構造を容易にかつ低コストで得ることができる燃料電池システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
そして、上記課題を解決するための手段（手段１）としては、燃料ガスと酸化剤ガスとを用いて発電を行う燃料電池と、前記燃料電池から排出された発電後のオフガスを熱交換によって気体と液体とに分離することにより、前記オフガスに含まれる水蒸気を凝縮させて凝縮水を取り出す排熱交換器と、前記排熱交換器の鉛直方向における下方に配置され、前記排熱交換器から落下してきた前記凝縮水を貯える凝縮水タンクとを備えた燃料電池システムであって、前記凝縮水タンクには、前記排熱交換器からの前記オフガスを前記凝縮水とともに前記凝縮水タンクの内部に供給する吸気口と、気体と液体とに分離した後の前記オフガスを前記凝縮水タンクの外部に排出する排気口と、前記凝縮水タンクに貯えられている前記凝縮水の量が不足している場合に、前記凝縮水タンクの内部に水を供給する給水口と、前記排気口よりも鉛直方向における下方に配置され、前記凝縮水タンクに貯えられている前記凝縮水の量が所定の量よりも過剰である場合に、前記凝縮水タンクの外部に前記凝縮水を排出する排水口と、前記凝縮水タンクの内部において少なくとも前記吸気口と前記排気口との間の箇所に配置された板部材とが設けられたことを特徴とする燃料電池システムがある。
【００１０】
従って、手段１に記載の発明によると、凝縮水タンクの内部において少なくとも吸気口と排気口との間の箇所に板部材を配置することにより、吸気口と排気口とをつなぐオフガスの流路が複雑なものとなる。即ち、吸気口から凝縮水タンクの内部に供給されたオフガスは、凝縮水タンクの内部において板部材に当たりながら流れた後、排気口に導かれるため、オフガスの流速が遅くなり、オフガスのエネルギーが減衰する。その結果、オフガスとともに凝縮水タンクの内部に供給された凝縮水と既に凝縮水タンクに貯えられている凝縮水との衝突に起因する異音の発生が抑制され、燃料電池システムのユーザーにかかる負担が軽減される。また、オフガスが板部材に接触した際に、オフガスが冷却されて、オフガスに含まれる水蒸気が凝縮されることにより、凝縮水が取り出されるようになる。その結果、凝縮水の回収量が増加するため、凝縮水タンクの外部からの水の供給を不要とする水自立が達成しやすくなる。しかも、板部材は、例えば管状の部材等よりも、部品点数が少なく、組み付けが容易な構造であるため、異音の発生を防止し、かつ、凝縮水の回収量を増加させる構造を容易にかつ低コストで得ることができる。
【００１１】
上記燃料電池システムを構成する燃料電池としては、例えば、ＺｒＯ２系セラミックなどを電解質とする固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）、高分子電解質膜を電解質とする固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ）、Ｌｉ−Ｎａ／Ｋ系炭酸塩を電解質とする溶融炭酸塩形燃料電池（ＭＣＦＣ）、リン酸を電解質とするリン酸形燃料電池（ＰＡＦＣ）などの燃料電池が挙げられる。なお、燃料電池の稼働温度（即ち、イオンが電解質中を移動可能となる温度）は、燃料電池の種類ごとに異なっている。具体的に言うと、ＳＯＦＣの稼働温度は７００℃〜１０００℃程度、ＰＥＦＣの稼働温度は常温〜９０℃程度、ＭＣＦＣの稼働温度は６５０℃〜７００℃程度、ＰＡＦＣの稼働温度は１５０℃〜２００℃程度である。
【００１２】
上記燃料電池システムを構成する排熱交換器は、燃料電池から排出された発電後のオフガスを熱交換によって気体と液体とに分離することにより、オフガスに含まれる水蒸気を凝縮させて凝縮水を取り出すようになっている。なお、「オフガス」とは、燃料電池において発電反応を経たガスを意味する。例えば、燃料電池のカソードにおける発電反応後のガスはカソードオフガスであり、燃料電池のアノードにおける発電反応後のガスはアノードオフガス（例えば、水素オフガス）である。なお、燃料電池の単セルの発電反応で消費されずに燃料電池スタックから排出されるオフガス、即ち、カソード及びアノードのオフガスは、別々の経路から排出されるようになっていてもよい。但し、アノードオフガスには、発電反応で消費されなかった有害な未燃ガスが含まれるため、アノードオフガスと混合した状態で触媒やヒータによって未燃ガスを燃焼させ、無害化した状態の排ガスとすることがよい。
【００１３】
上記燃料電池システムを構成する凝縮水タンクは、排熱交換器から落下してきた凝縮水を貯えるためのものである。なお、凝縮水タンクは、凝縮水タンクの内部の凝縮水の水位を検出する水位検出器を備え、水位検出器によって検出された水位が、凝縮水タンクの内部において排水口よりも鉛直方向における下方に設定された第１水位未満となる場合には、給水口から凝縮水タンクの内部に水を供給し、水位検出器によって検出された水位が、凝縮水タンクの内部において排水口と第１水位との間に設定された第２水位以上となる場合には、給水口から凝縮水タンクの内部への水の供給を停止するようにしてもよい。このようにすれば、凝縮水タンクの内部の凝縮水の水位が過度に低くなる場合（第１水位未満となる場合）に、給水口から凝縮水タンクの内部に水を供給するため、凝縮水タンクの内部には常に十分な水が確保される。ゆえに、凝縮水タンクの内部の水を改質水として燃料電池に供給する場合に、改質水の不足が防止される。また、凝縮水タンクの内部の凝縮水の水位が過度に高くなる場合（第１水位よりも高い第２水位以上となる場合）に、給水口から凝縮水タンクの内部への水の供給を停止するため、凝縮水タンクの内部の凝縮水等が排水口から凝縮水タンクの内部に流れ出すことが防止される。ここで、水位検出器としては、フロートスイッチ、光学式センサ、超音波式センサ、抵抗式センサ、静電容量式センサなどの水位センサを備えたものを採用することができる。
【００１４】
さらに、凝縮水タンクの内部には板部材が配置されている。板部材を形成する材料は特に限定されないが、好適な板部材は金属材料からなる。板部材が金属材料からなる場合には、オフガスが板部材に接触した際に冷却されやすくなり、オフガスに含まれる水蒸気が凝縮されやすくなるため、より多くの凝縮水を取り出すことができる。ここで、板部材の具体例としては、アルミニウム板、鋼板（ＳＰＣＣ、ＳＥＣＣ等）、ステンレス板（ＳＵＳ３０３、ＳＵＳ３０４等）などが挙げられる。なお、ＳＰＣＣ、ＳＥＣＣとは、板金用の鋼材であり、耐水性を考慮して亜鉛めっきや焼付塗装が表面に施されている。
【００１５】
また、板部材は直線状をなしていることがよい。このようにすれば、凝縮水タンクへの板部材の組み付けがいっそう容易になる。また、板部材が直線状をなしているため、板部材が湾曲部や曲がり部を有する場合に比べて、オフガスが板部材に接触した際に凝縮水が凝縮水タンクに落下しやすくなる。さらに、板部材が配置される場所は、凝縮水タンクの内部において少なくとも吸気口と排気口との間の箇所であれば、特に限定される訳ではないが、例えば、凝縮水タンクの内部において吸気口と排水口との間の箇所に、板部材が配置されていてもよい。このようにすれば、板部材へのオフガスの接触によって得られた凝縮水がそのまま排水口から凝縮水タンクの外部に排出されることが防止されるため、凝縮水の回収量の低下を防止することができる。
【００１６】
また、凝縮水タンクは、天井部及び底部を備え、板部材は、天井部または底部に固定される固定端と、底部または天井部から離間した状態に配置される自由端とを有していてもよい。このようにした場合、吸気口から凝縮水タンクの内部に供給されたオフガスは、板部材に当たりながら板部材の自由端と底部（または天井部）との間などを通過した後、排気口から凝縮水タンクの外部に排出されるため、オフガスの流速が遅くなり、オフガスのエネルギーが減衰する。その結果、オフガスとともに凝縮水タンクの内部に供給された凝縮水が既に凝縮水タンクに貯えられている水と衝突する際に発生する音のエネルギーも低下するため、凝縮水の衝突に起因する異音の発生を確実に抑制することができる。しかも、凝縮水が板部材に衝突した場合、凝縮水の衝突に起因する異音のエネルギーは、板部材の自由端側が振動することによって吸収される。よって、凝縮水の衝突に起因する異音の発生をより確実に抑制することができる。
【００１７】
さらに、板部材が、凝縮水タンク内に複数設けられている場合、複数の板部材は、全ての固定端が天井部及び底部のいずれか一方に固定されていてもよいし、固定端が天井部に固定されるものと、固定端が底部に固定されるものとからなっていてもよい。なお、全ての固定端が天井部及び底部のいずれか一方に固定されている場合には、板部材が複数存在する場合であっても、凝縮水タンクへの板部材の組み付けを容易に行うことができる。一方、複数の板部材が、固定端が天井部に固定されるものと、固定端が底部に固定されるものとからなる場合には、オフガスが吸気口から排気口に流れる流路がより複雑なものとなる。詳述すると、吸気口から凝縮水タンクの内部に供給されたオフガスは、板部材に当たりながら、板部材の自由端と底部との間を通過したり、板部材の自由端と天井部との間を通過したりした後、排気口から凝縮水タンクの外部に排出される。このため、オフガスの流速がよりいっそう遅くなり、オフガスのエネルギーがよりいっそう減衰する。その結果、オフガスとともに凝縮水タンクの内部に供給された凝縮水の衝突に起因する異音の発生をより確実に抑制することができる。
【００１８】
また、板部材の固定端が天井部に固定される場合、板部材の自由端は、上記した第２水位よりも鉛直方向における下方に位置することがよい。このようにすれば、排水口よりも鉛直方向における下方に設定された第１水位以上に調節されるとともに、排水口と第１水位との間に設定された第２水位以下となるように調節される凝縮水に、板部材が常時接触するようになる。その結果、板部材が凝縮水によって常時冷却されるようになる。従って、オフガスが板部材に接触した際には、オフガスがより確実に冷却されて、オフガスに含まれる水蒸気がより確実に凝縮されるため、凝縮水がより確実に取り出されるようになる。その結果、凝縮水の回収量をよりいっそう増加させることができる。
【００１９】
一方、板部材の固定端が底部に固定される場合、板部材の自由端は、第２水位よりも鉛直方向における上方に位置することがよい。このようにすれば、第１水位以上第２水位以下となるように調節される凝縮水に、板部材が常時接触するようになる。その結果、板部材が凝縮水によって常時冷却されるようになる。従って、オフガスが板部材に接触した際には、オフガスがより確実に冷却されて、オフガスに含まれる水蒸気がより確実に凝縮されるため、凝縮水がより確実に取り出されるようになる。しかも、板部材の自由端は第２水位よりも鉛直方向における上方に位置するため、板部材の自由端は凝縮水の水面から常時突出するようになる。その結果、オフガスは板部材に常時接触可能となるため、オフガスから凝縮水を常時取り出すことが可能となる。以上のことから、凝縮水の回収量をよりいっそう増加させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本実施形態における燃料電池システムの概略構成を示す断面図。
【図２】凝縮水タンク等の概略構成を示す断面図。
【図３】他の実施形態において、凝縮水タンクを鉛直方向下側から見たときの状態を示す断面図。
【図４】他の実施形態における板部材等の構造を示す正面図。
【図５】他の実施形態における凝縮水タンク等の概略構成を示す断面図。
【図６】他の実施形態における凝縮水タンク等の概略構成を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明を燃料電池システムに具体化した一実施形態を図面に基づき詳細に説明する。
【００２２】
図１に示されるように、燃料電池システム１は、断熱容器２内に収容される燃料電池３、及び、燃料電池３を収容する筐体５を備えている。本実施形態の燃料電池３は、固体酸化物形燃料電池（Solid Oxide Fuel Cell ；ＳＯＦＣ）である。燃料電池３は、燃料電池スタック８、気化器９及び改質器１０等を備え、燃料ガスと酸化剤ガスとを用いて発電を行う。
【００２３】
燃料電池スタック８は、単セル１１を複数個（例えば２０個）積層してなる。断熱容器２内において、燃料電池スタック８の下方には気化器９及び改質器１０が配置される。気化器９は、改質水を気化して水蒸気を生成し、その水蒸気と原燃料ガス（例えば、メタンガスや都市ガス）とを混合して改質器１０に供給する。改質器１０は、原燃料ガスと水蒸気とを反応させて水素濃度の高い燃料ガスに改質し、その燃料ガスを燃料電池スタック８に供給する。
【００２４】
各単セル１１は、空気極、燃料極及び固体電解質層を有し、反応ガス（燃料ガス及び酸化剤ガス）の発電反応により電力を発生する。具体的に言うと、固体電解質層は、例えばイットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）などのセラミック材料（酸化物）によって略矩形板状に形成されている。固体電解質層は、酸素イオン伝導性固体電解質体として機能するようになっている。また、固体電解質層の上面には、燃料電池スタック８に供給された酸化剤ガスに接する空気極が貼付され、固体電解質層の下面には、同じく燃料電池スタック８に供給された燃料ガスに接する燃料極が貼付されている。即ち、空気極及び燃料極は、固体電解質層の両側に配置されている。単セル１１において、空気極はカソード層として機能し、燃料極はアノード層として機能する。
【００２５】
図１に示されるように、筐体５は、コンクリートなどで固められたほぼ水平な設置面６に設置され、アンカーボルト（図示略）などで固定されている。筐体５は、ＳＰＣＣやＳＥＣＣ等の板金用の鋼材に対して亜鉛めっきや焼付塗装を施すことによって形成され、幅５００ｍｍ程度×奥行３３０ｍｍ程度×高さ９００ｍｍ程度の略直方体状をなしている。また、筐体５は、底板１５、天板１４及び側板１６を備えている。さらに、筐体５は、底板１５を設置面６から離間した状態に支持する複数（本実施形態では４つ）の脚部１７を備えている。各脚部１７は、底板１５の四隅に配置されている。各脚部１７の高さは、互いに等しくなっており、本実施形態では５０ｍｍ程度となっている。
【００２６】
また、筐体５は、筐体吸気口１８及び筐体排気口１９を有している。詳述すると、筐体５において対向配置される２つの側板１６のうち、一方の側板１６（図１では左側の側板１６）に複数の筐体吸気口１８が設けられ、他方の側板１６（図１では右側の側板１６）の上端部に筐体排気口１９が設けられている。そして、筐体排気口１９には、筐体吸気口１８を通過して筐体５内に導入された空気Ａ１を排出するためのファン２０が設けられている。なお、本実施形態では、筐体排気口１９にファン２０を設けたが、筐体吸気口１８にファン２０を設けるようにしてもよい。
【００２７】
図１に示されるように、筐体５内には、排熱交換器３０、凝縮水タンク３１、水フィルタ３２、エアポンプ３３、回収水ポンプ３４、燃料ポンプ３５、改質水ポンプ３６、電力変換器３７、制御基板３８，３９等の補機類が収容されている。これらの補機類は、発電に寄与する処理を行う機器であり、断熱容器２の外側に配置されている。詳述すると、排熱交換器３０は、配管４６を介して断熱容器２に接続されており、断熱容器２内の燃料電池３から配管４６を介して排出された発電後のオフガスＡ２（図２参照）を、熱交換によって気体と液体とに分離する機器である。オフガスＡ２は水蒸気を含んでおり、熱交換によって水蒸気が凝縮される結果、凝縮水とガスとに分離される。また、配管４６の表面全体、及び、排熱交換器３０の表面全体は、シート状の断熱材４７，４８で覆われている。なお、本実施形態の断熱材４７，４８は、グラスウール等の耐熱性の高い材料によって形成されている。
【００２８】
凝縮水タンク３１及び水フィルタ３２は、水処理装置を構成する機器である。具体的に言うと、凝縮水タンク３１は、排熱交換器３０の鉛直方向における下方に配置され、配管４１を介して排熱交換器３０に接続されている。配管４１は、上流管４２と下流管４３とを継手４４を介して接続することによって構成されている（図２参照）。また、凝縮水タンク３１は、配管４１を介して排熱交換器３０から落下してきた凝縮水を貯えるようになっている。なお、凝縮水タンク３１内の凝縮水は、水フィルタ３２によって浄化される。この結果、原燃料から改質ガス（燃料ガス）を生成するために必要な改質水が生成される。この改質水は、改質水ポンプ３６、水配管４５及び流量センサ（図示略）等からなる改質水供給部によって、燃料電池３（断熱容器２内の気化器９）に供給されるようになっている。また、凝縮水タンク３１及び水フィルタ３２は、それぞれシート状の断熱材４９，５０で覆われている。本実施形態の断熱材４９，５０は、発泡ＥＰＤＭ等の耐候性の高い材料によって形成されている。
【００２９】
エアポンプ３３は、燃料電池３に酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス供給部を構成する機器である。なお、酸化剤ガス供給部は、エアポンプ３３に加えて、図示しないエアフィルタ、流量センサ及び配管などを備えている。また、燃料ポンプ３５は、燃料電池３に燃料ガスを供給するための燃料供給部を構成する機器である。燃料供給部は、燃料ポンプ３５に加えて、図示しない電磁弁や流量センサなどを備えている。
【００３０】
回収水ポンプ３４は、熱交換用の液体（具体的には水）を排熱交換器３０に供給するための熱交換水供給部を構成する機器である。熱交換水供給部は、回収水ポンプ３４及び配管（図示略）によって構成されている。電力変換器３７は、燃料電池３で発電した電力を変換して燃料電池システム１の外部に供給するための機器である。制御基板３８，３９は、各ポンプ３３〜３６や各センサ等を制御するための制御部（コントローラ）を構成する機器である。制御基板３８，３９には、制御部を構成する複数の電子部品（ドライバなどの回路部品）が搭載されている。
【００３１】
図１に示されるように、筐体５内には、内部空間Ｓ０を４つの領域Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４に仕切る４枚の棚板２１，２２，２３，２４が多段状に設けられている。各棚板２１〜２４は、それぞれ水平に配置されるとともに、互いに平行となるように所定の間隔をあけて配置されている。また、棚板２１〜２３は、垂直方向に延びる支持枠２５によって固定されている。そして、筐体５の側板１６には、各領域Ｒ１〜Ｒ４に対応する位置に筐体吸気口１８がそれぞれ設けられている。各棚板２１〜２４は、燃料電池３や補機類を支持する機能に加えて、各筐体吸気口１８から導入された空気Ａ１を水平方向に流す流路を形成する機能も有している。
【００３２】
なお、本実施形態では、最上段の棚板２１に、燃料電池３を収容した断熱容器２が載置され、最上段の棚板２１とは別の棚板２２〜２４に、補機類が載置されている。具体的に言うと、上から２段目の棚板２２には電力変換器３７が載置され、上から３段目の棚板２３には複数の制御基板３８，３９が載置されている。さらに、上から４段目（最下段）の棚板２４には、凝縮水タンク３１、水フィルタ３２、エアポンプ３３、回収水ポンプ３４、燃料ポンプ３５及び改質水ポンプ３６が載置されている。
【００３３】
図２に示されるように、凝縮水タンク３１は、金属板や樹脂板などによって形成され、幅８５ｍｍ程度×奥行１９０ｍｍ程度×高さ１５０ｍｍ程度の略直方体状をなしている。凝縮水タンク３１は、タンク本体５１及び蓋部材５２（天井部）によって構成されている。タンク本体５１は、上端部において開口するとともに、上端部の開口部分が蓋部材５２によって塞がれている。さらに、タンク本体５１は、底部である底板５３、及び、壁部である側板５４を備えている。
【００３４】
また、凝縮水タンク３１には、吸気口５５及び排気口５６が設けられている。詳述すると、吸気口５５は、蓋部材５２の中央に配置され、排熱交換器３０から配管４１を介して流れてきたオフガスＡ２を、凝縮水とともに凝縮水タンク３１の内部に供給するためのものである。一方、排気口５６は、凝縮水タンク３１において対向配置される２つの側板５４のうち、一方の側板５４（図２では右側の側板５４）に配置されている。排気口５６は、気体と液体とに分離した後のオフガスＡ２を凝縮水タンク３１の外部に排出するためのものである。
【００３５】
図２に示されるように、凝縮水タンク３１には給水口５７が設けられている。給水口５７は、蓋部材５２の外周部に配置され、凝縮水タンク３１に貯えられている凝縮水の量が不足している場合に、凝縮水タンク３１の内部に液体の水（水道水など）を供給するためのものである。なお、水は、燃料電池システム１とともに設置された貯湯ユニットのタンク（図示略）や、水道などの水源から送り出されるようになっている。また、燃料電池システム１は、タンクと凝縮水タンク３１の内部とを連通させる給水管７１を備え、給水管７１は給水弁７２を備えている。ここで、貯湯ユニットのタンクを上流、燃料電池システム１の凝縮水タンク３１を下流とすると、給水弁７２は、貯湯ユニットのタンクの下流側に配置されており、給水管７１を開状態または閉状態に切り替えるようになっている。給水弁７２は、開状態に切り替えられた際に、凝縮水タンク３１の内部にタンクから送り出された水を供給可能とするようになっている。なお、本実施形態の給水弁７２は、図示しないソレノイドにより作動する電磁弁である。
【００３６】
図２に示されるように、凝縮水タンク３１には排水口５８が設けられている。排水口５８は、排気口５６が設けられている側板５４において、排気口５６よりも鉛直方向における下方に配置されている。排水口５８は、凝縮水タンク３１に貯えられている凝縮水の量が所定の量よりも過剰である場合（即ち、凝縮水の水位が排水口５８の下端よりも高い場合）に、凝縮水タンク３１の外部に凝縮水を排出するためのものである。
【００３７】
また、凝縮水タンク３１は、凝縮水タンク３１の内部の凝縮水の水位を検出する水位検出器８０を備えている。水位検出器８０は、第１水位センサ８１と第２水位センサ８２とによって構成されている。各水位センサ８１，８２は、凝縮水タンク３１の内部において、排気口５６及び排水口５８が設けられている側板５４と対向配置される側板５４（図２では左側の側板５４）に配置されている。第１水位センサ８１は、凝縮水タンク３１の内部において、排水口５８よりも鉛直方向における下方に設定された第１水位Ｈ１を検出する高さに配置されている。第１水位センサ８１は、第１水位Ｈ１において凝縮水を検知した場合にオン状態となり、第１水位信号をＣＰＵ９１に出力する。また、第１水位センサ８１は、第１水位Ｈ１において凝縮水を検知しない場合にはオフ状態となり、第１水位信号を出力しなくなる。一方、第２水位センサ８２は、凝縮水タンク３１の内部において、排水口５８と第１水位Ｈ１との間に設定された第２水位Ｈ２を検出する高さに配置されている。第２水位センサ８２は、第２水位Ｈ２において凝縮水を検知した場合にオン状態となり、第２水位信号をＣＰＵ９１に出力する。また、第２水位センサ８２は、第２水位Ｈ２において凝縮水を検知しない場合にはオフ状態となり、第２水位信号を出力しなくなる。
【００３８】
図２に示されるように、凝縮水タンク３１の内部には、４枚の板部材６１が設けられている。各板部材６１は、金属材料であるステンレス（ＳＵＳ３０４）によって形成され、幅２０ｍｍ×高さ１２０ｍｍ×厚さ２ｍｍの矩形板状をなしている。また、各板部材６１は、ロウ付けまたは溶接によって蓋部材５２に固定され、鉛直方向における下方に直線状に延びている。即ち、各板部材６１は、湾曲部や曲がり部を有しない形状（直線状）であるため、オフガスが板部材６１に接触した際に凝縮水が凝縮水タンク３１に落下しやすくなる。各板部材６１のうち２枚の板部材６１は、吸気口５５と排気口５６との間であって、吸気口５５と排水口５８との間となる箇所に配置され、残り２枚の板部材６１は、吸気口５５と給水口５７との間の箇所に配置されている。なお、吸気口５５と排気口５６との間に配置される板部材６１は、吸気口５５と排気口５６とを繋ぐオフガスＡ２の流通経路の断面積を減少させるように配置されている。また、各板部材６１は、吸気口５５を通過するオフガスＡ２を遮るように配置され、かつ、吸気口５５を通過したオフガスＡ２が流れる方向と直交して配置されている。さらに、各板部材６１は、蓋部材５２に固定される固定端６２と、底板５３から離間した状態に配置される自由端６３とを有している。なお、板部材６１の自由端６３は、第２水位Ｈ２よりも鉛直方向における下方に位置している。
【００３９】
次に、燃料電池システム１の電気的構成について説明する。
【００４０】
図２に示されるように、燃料電池システム１は、システム全体を統括的に制御するための制御装置９０を備えている。制御装置９０は、ＣＰＵ９１、ＲＯＭ９２、ＲＡＭ９３、入出力回路等により構成されている。ＣＰＵ９１は、給水弁７２に電気的に接続されており、各種の駆動信号によって給水弁７２を制御する。
【００４１】
また、ＣＰＵ９１には、第１水位センサ８１から出力された第１水位信号と、第２水位センサ８２から出力された第２水位信号とが入力されるようになっている。そして、ＣＰＵ９１は、水位検出器８０によって検出された水位が第１水位Ｈ１未満であるか否か、即ち、第１水位信号が入力されていないか否かを判定する。水位検出器８０によって検出された水位が第１水位Ｈ１未満である場合（即ち、第１水位信号が入力されていない場合）、ＣＰＵ９１は、凝縮水タンク３１内の水が不足していると判定して、給水弁７２を開状態に切り替える制御を行う。その結果、給水口５７から凝縮水タンク３１の内部に水が供給されるようになる。
【００４２】
一方、水位検出器８０によって検出された水位が第１水位Ｈ１以上である場合（即ち、第１水位信号が入力されている場合）、図２に示されるＣＰＵ９１は、水位検出器８０によって検出された水位が第２水位Ｈ２以上であるか否か、即ち、第２水位信号が入力されているか否かを判定する。水位検出器８０によって検出された水位が第２水位Ｈ２以上である場合（即ち、第２水位信号が入力されている場合）、ＣＰＵ９１は、満水であると判定して、給水弁７２を閉状態に切り替える制御を行う。その結果、給水口５７から凝縮水タンク３１の内部への水の供給が停止されるようになる。なお、水位検出器８０によって検出された水位が第２水位Ｈ２未満である場合（即ち、第２水位信号が入力されていない場合）には、ＣＰＵ９１による給水弁７２の制御が行われることはない。
【００４３】
次に、上記のように構成した燃料電池システム１の動作について説明する。
【００４４】
燃料電池システム１の運転が開始されると、制御基板３８，３９の制御により、エアポンプ３３、回収水ポンプ３４、燃料ポンプ３５、改質水ポンプ３６、ファン２０等の各機器が駆動される。このとき、改質水ポンプ３６の駆動により、凝縮水タンク３１の凝縮水は、水フィルタ３２に送られて浄化された後、改質水として断熱容器２内の気化器９に送られる。また、燃料ポンプ３５の駆動により、原燃料が断熱容器２内に送られる。そして、改質水が気化器９によって気化されて水蒸気となり、気化された水蒸気が原燃料と混合された後、改質器１０に送られる。この結果、発電に必要な改質ガス（燃料ガス）が生成され、その燃料ガスが燃料電池スタック８（各単セル１１）に供給される。
【００４５】
さらに、エアポンプ３３の駆動により、酸化剤ガス（空気）が燃料電池スタック８（各単セル１１）に供給される。そして、各単セル１１において、燃料ガスの水素と酸化剤ガスの酸素とが反応することにより、空気極を正極、燃料極を負極とする直流の電力が発生する。この燃料電池３の電力は、電力変換器３７で所定規格の電圧に変換された後、電力変換器３７から燃料電池システム１の外部の装置に出力される。
【００４６】
その後、燃料電池３から排出された発電後のオフガスＡ２は、配管４６を介して排熱交換器３０に供給される。排熱交換器３０は、オフガスＡ２を熱交換によって気体と液体とに分離することにより、オフガスＡ２に含まれる水蒸気を凝縮させて凝縮水を取り出す。そして、取り出された凝縮水は、オフガスＡ２とともに配管４１を通過して凝縮水タンク３１に落下する。
【００４７】
このとき、凝縮水タンク３１に落下した凝縮水は、凝縮水タンク３１に貯えられている凝縮水の水面に衝突することにより、異音を発生させてしまう。また、衝突時に凝縮水に発生した気泡が破裂することによっても、異音を発生させてしまう。そして、これらの異音は、オフガスＡ２とともに排気口５６を通過して、凝縮水タンク３１の外部に漏れてしまう。そこで、本実施形態では、吸気口５５から凝縮水タンク３１の内部に供給されたオフガスＡ２を、そのまま排気口５６に向けて流すのではなく、吸気口５５と排気口５６との間の箇所に配置された板部材６１の下側に当てるように流すことにより、オフガスＡ２のエネルギーを減衰させている。その結果、凝縮水の衝突に起因する異音の発生が抑制され、凝縮水タンク３１の外部に漏れる異音の音量が小さくなる。
【００４８】
従って、本実施形態によれば以下の効果を得ることができる。
【００４９】
（１）本実施形態の燃料電池システム１では、凝縮水タンク３１の内部において吸気口５５と排気口５６との間の箇所に板部材６１を配置することにより、吸気口５５と排気口５６とをつなぐオフガスＡ２の流路が複雑なものとなる。即ち、吸気口５５から凝縮水タンク３１の内部に供給されたオフガスＡ２は、凝縮水タンク３１の内部において板部材６１に当たりながら流れた後、排気口５６に導かれるため、オフガスＡ２の流速が遅くなり、オフガスＡ２のエネルギーが減衰する。その結果、オフガスＡ２とともに凝縮水タンク３１の内部に供給された凝縮水と既に凝縮水タンク３１に貯えられている凝縮水との衝突に起因する異音の発生が抑制され、燃料電池システム１のユーザーにかかる負担が軽減される。また、オフガスＡ２が板部材６１に接触した際に、オフガスＡ２が冷却されて、オフガスＡ２に含まれる水蒸気が凝縮されることにより、凝縮水が取り出されるようになる。その結果、凝縮水の回収量が増加するため、凝縮水タンク３１の外部からの水の供給を不要とする水自立が達成しやすくなる。しかも、板部材６１は、比較的単純で組み付けが容易な構造であるため、異音の発生を防止し、かつ、凝縮水の回収量を増加させる構造を容易にかつ低コストで得ることができる。
【００５０】
（２）本実施形態では、板部材６１が、蓋部材５２に固定される固定端６２と、底板５３から離間した状態に配置される自由端６３とを有している。即ち、板部材６１は、凝縮水タンク３１の内部において蓋部材５２からぶら下がった状態に設置されている。この場合、板部材６１において凝縮水に接触しない領域が大きくなるのに伴い、板部材６１とオフガスＡ２との接触面積が増加する。その結果、より多くのオフガスＡ２が板部材６１に接触して冷却され、オフガスＡ２に含まれる水蒸気が凝縮されるため、より多くの凝縮水を取り出すことができる。
【００５１】
（３）本実施形態では、板部材６１が、吸気口５５を通過したオフガスＡ２の流れを遮るように配置されている。その結果、吸気口５５を介して凝縮水タンク３１の内部に導入されてきたオフガスＡ２が直接当たるようになるため、排熱交換器３０を通過したオフガスＡ２が凝縮水タンク３１内に貯えられた水に衝突することに起因する異音の発生を抑えることができる。
【００５２】
（４）本実施形態では、全ての板部材６１が、凝縮水タンク３１の蓋部材５２に取り付けられている。よって、凝縮水タンク３１のタンク本体５１から蓋部材５２を取り外せば、すぐに板部材６１を交換する等の作業を行うことができるため、メンテンスが容易である。
【００５３】
なお、本実施形態を以下のように変更してもよい。
【００５４】
・上記実施形態の板部材６１は、金属材料であるステンレス（ＳＵＳ３０４）からなる部材であった。しかし、板部材６１は他の材料からなる部材であってもよい。例えば、板部材は、撥水性を有する樹脂材料、具体的には、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）などのフッ素樹脂からなる部材であってもよいし、金属材料からなる部材本体の表面が撥水性を有する材料で被覆された部材であってもよい。このようにすれば、板部材がオフガスＡ２と接触した際に発生する凝縮水が凝縮水タンク３１の底部に容易に落下するようになるため、凝縮水の回収量が増加するようになる。
【００５５】
・図３，図４に示されるように、凝縮水タンク１０１に設けられている板部材１０２，１０３は、板部材１０２，１０３を貫通する複数の穴１０４，１０５を有する多穴体であってもよい。この場合、オフガスＡ２が穴１０４，１０５を通過することにより、オフガスＡ２の流速が遅くなり、エネルギーが減衰する。なお、板部材１０２側の穴１０４、及び、板部材１０３側の穴１０５は、板部材１０２，１０３の厚さ方向から見たときに互いに重なり合わないように配置されることがよい。このようにすれば、穴１０４を通過したオフガスＡ２が、向きを変えつつ、下流側の穴１０５に導かれるようになるため、オフガスＡ２の流速がよりいっそう遅くなり、エネルギーがよりいっそう減衰する。また、図４に示されるように、板部材１０２，１０３には、常に凝縮水が接触する接水領域ｒ１が設けられていてもよい。このようにすれば、板部材１０２，１０３が凝縮水によって常時冷却されるようになる。その結果、オフガスＡ２が板部材６１に接触して冷却され、オフガスＡ２に含まれる水蒸気が凝縮されるため、より多くの凝縮水を取り出すことができる。
【００５６】
・上記実施形態の凝縮水タンク３１では、全ての板部材６１の固定端６２が蓋部材５２に固定されていた。しかし、図５の凝縮水タンク１１１に示されるように、全ての板部材１１２の固定端１１３は底板１１４（底部）に固定されていてもよい。また、この場合、板部材１１２の自由端１１５は、第２水位Ｈ２よりも鉛直方向における上方に位置していることがよい。このようにすれば、凝縮水の水位が第２水位Ｈ２まで上昇している際においても、オフガスＡ２は、凝縮水タンク１１１の内部において板部材１１２に当たるように流れた後、排気口１１６に導かれるようになるため、オフガスＡ２の流速を確実に遅くすることができ、オフガスＡ２のエネルギーを確実に減衰させることができる。
【００５７】
・上記実施形態の凝縮水タンク３１では、全ての板部材６１の固定端６２が蓋部材５２に固定されていた。しかし、図６の凝縮水タンク１２１に示されるように、固定端１２２が蓋部材１２３（天井部）に固定される板部材１２４と、固定端１２５が底板１２６（底部）に固定される板部材１２７とが設けられていてもよい。このようにすれば、オフガスＡ２が吸気口１２８から排気口１２９に流れる流路がより複雑なものとなる。詳述すると、吸気口１２８から凝縮水タンク１２１の内部に供給されたオフガスＡ２は、板部材１２４，１２７に当たるように流れて、板部材１２４の自由端１３０と底板１２６との間、及び、板部材１２７の自由端１３１と蓋部材１２３との間などを通過した後、排気口１２９から凝縮水タンク１２１の外部に排出される。このため、オフガスＡ２の流速がよりいっそう遅くなり、オフガスＡ２のエネルギーがよりいっそう減衰する。従って、オフガスＡ２とともに凝縮水タンク１２１の内部に供給された凝縮水の衝突に起因する異音の発生をより確実に抑制することができる。
【００５８】
・上記実施形態の凝縮水タンク３１では、４枚の板部材６１が、鉛直方向における下方に直線状に延びていた。しかし、各板部材６１は、吸気口５５を通過したオフガスＡ２が流れる方向に対して傾斜して配置されていてもよい。
【００５９】
・上記実施形態において、凝縮水タンク３１の内部に設けられた４枚の板部材６１のうち、吸気口５５と給水口５７との間の箇所に配置されている板部材６１を省略してよい（図３参照）。
【００６０】
・上記実施形態では、凝縮水タンク３１の内部に４枚の板部材６１が設けられていたが、板部材６１は３枚以下であってもよいし、５枚以上であってもよい。なお、板部材６１は、凝縮水タンク３１の内部において少なくとも吸気口５５と排気口５６との間の箇所に１枚設けられていればよい。
【００６１】
次に、特許請求の範囲に記載された技術的思想のほかに、前述した実施形態によって把握される技術的思想を以下に列挙する。
【００６２】
（１）上記手段１において、前記板部材は金属材料からなることを特徴とする燃料電池システム。
【００６３】
（２）上記手段１において、前記板部材は、撥水性を有する樹脂材料からなる部材、または、表面が撥水性を有する材料で被覆された部材であることを特徴とする燃料電池システム。
【００６４】
（３）上記手段１において、前記板部材は、同板部材を貫通する複数の穴を有する多穴体であることを特徴とする燃料電池システム。
【００６５】
（４）上記手段１において、前記板部材は、前記吸気口を通過した前記オフガスが流れる方向に対して傾斜して配置されていることを特徴とする燃料電池システム。
【００６６】
（５）上記手段１において、前記凝縮水タンクは、上端部において開口するタンク本体と、前記タンク本体の上端部の開口部分を塞ぐ蓋部材とによって構成されていることを特徴とする燃料電池システム。
【００６７】
（６）技術的思想（５）において、前記蓋部材に、前記板部材の前記固定端が固定されていることを特徴とする燃料電池システム。
【符号の説明】
【００６８】
１…燃料電池システム
３…燃料電池
３０…排熱交換器
３１，１０１，１１１，１２１…凝縮水タンク
５２，１２３…天井部としての蓋部材
５３，１１４，１２６…底部としての底板
５５，１２８…吸気口
５６，１１６，１２９…排気口
５７…給水口
５８…排水口
６１，１０２，１０３，１１２，１２４，１２７…板部材
６２，１１３，１２２，１２５…固定端
６３，１１５，１３０，１３１…自由端
８０…水位検出器
Ａ２…オフガス
Ｈ１…第１水位
Ｈ２…第２水位
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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