(57)【要約】【課題】燃料電池システムの配管の流路が狭くなることを抑制するのに有利な燃料電池システム用水精製装置および燃料電池システムを提供する。【解決手段】燃料電池システムの水精製装置は、燃料原料を水分で改質させる水原料となる改質水を貯留する貯留容器２５と、水道水配管９０と貯留容器２５とを繋ぐ第１配管９１と、第１配管９１に設けられ水道水配管９０から供給された水道水を精製させる水精製材を収容する水道水精製器９２と、燃料電池システムに設けられた凝縮器９，２１，２２と、凝縮器９，２１，２２と貯留容器２５とを繋ぐ第２配管と、水道水精製器９２に対して並列の関係で第２配管に設けられ凝縮器９，２１，２２から供給された凝縮水を精製させる水精製材を収容する凝縮水精製器９６とを備えている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料原料を水分で改質させる水原料となる改質水を貯留する貯留容器と、
水道水を供給する水道水配管と前記貯留容器とを繋ぐ第１配管と、
前記第１配管に設けられ前記水道水配管から供給された水道水を精製させる水精製材を収容する水道水精製器と、
燃料電池システムに設けられた少なくとも１個の凝縮器と、
前記凝縮器と前記貯留容器とを繋ぐ第２配管と、
前記水道水精製器に対して並列の関係で前記第２配管に設けられ前記凝縮器から供給された凝縮水を精製させる水精製材を収容する凝縮水精製器とを具備することを特徴とする燃料電池システムの水精製装置。
【請求項２】
請求項１において、質量比で、前記水道水配管から供給される前記水道水に含まれている珪酸化合物のイオンの濃度をＳｗとし、前記凝縮器で凝縮された凝縮水に含まれている珪酸化合物のイオンの濃度をＳｃとするとき、ＳｗはＳｃよりも高い（Ｓｗ＞Ｓｃ）ことを特徴とする燃料電池システムの水精製装置。
【請求項３】
請求項１において、質量比で、前記水道水配管から供給される前記水道水に含まれている珪酸化合物のイオンの濃度をＳｗとし、前記凝縮器で凝縮された凝縮水に含まれている珪酸化合物のイオンの濃度をＳｃとするとき、ＳｗはＳｃよりも高く（Ｓｗ＞Ｓｃ）、且つ、
前記水道水配管から供給される前記水道水に含まれている炭酸化合物のイオンの濃度をＣｗ［グラム／立方メートル］とし、前記水道水の平均流量をＶｗ［立方メートル／時］とし、前記凝縮器で凝縮された前記凝縮水に含まれている炭酸化合物のイオンの濃度をＣｃ［グラム／立方メートル］とし、前記凝縮水の平均流量をＶｃ［立方メートル／時］とするとき、Ｃｃ×Ｖｃは、Ｃｗ×Ｖｗよりも高い（（Ｃｃ×Ｖｃ）＞（Ｃｗ×Ｖｗ））であることを特徴とする燃料電池システムの水精製装置。
【請求項４】
請求項１〜３のうちの一項において、前記水道水精製器の前記水精製材の容積は、前記凝縮水精製器の前記水精製材の容積よりも大きいことを特徴とする燃料電池システムの水精製装置。
【請求項５】
請求項１〜４のうちの一項において、前記水道水精製器の前記水精製材は、前記凝縮水精製器の前記水精製材よりも、単位質量当たり、前記水道水に含有されている珪酸化合物のイオンを吸着し易いことを特徴とする燃料電池システムの水精製装置。
【請求項６】
燃料原料を水原料で改質させることによりアノードガスを生成させる改質器と、前記改質器で生成されたアノードガスとカソードガスとにより発電する燃料電池と、前記改質器に供給される水原料を生成する水精製装置とを具備する燃料電池システムにおいて、前記水精製装置は、請求項１〜４のうちのいずれか一項に記載の水精製装置であることを特徴とする燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、凝縮水を精製させる凝縮水精製器を有する燃料電池システムの水精製装置および燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、燃料電池システムにおいて、凝縮器で凝縮させた凝縮水および水道水を水精製器に溜めて精製させて水の純度を高める水精製装置が開示されている。このものによれば、凝縮器で凝縮させた凝縮水および水道水の双方が水精製器に溜まる。
【０００３】
特許文献２には、スタックと、スタックを冷却する冷却水を貯蔵する冷却水タンクと、スタックの排ガスから水を回収させる回収手段と、回収手段で回収した回収水を貯蔵する回収水タンクとを有する燃料電池システムが開示されている。このものによれば、回収手段で回収された回収水および補充水（水道水）の双方が水精製器に溜まる。
【０００４】
特許文献１、特許文献２はいずれも凝縮水、水道水を共通の水精製器で精製している。
【特許文献１】特開２００６−３１８７１３号公報
【特許文献２】特開２００６−１０７８８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
燃料電池システムの使用期間が長くなると、燃料電池システムにおける配管の流路が狭くなる現象がみられることがある。殊に、改質水（例えば、液相状の水、気相状の水、液相および気相が共存する水）が流れる流路が狭くなる現象がみられることがある。特に、改質反応で使用する水蒸気を生成させるため、液相状の水を蒸発させて気相状の水とする蒸発室では、蒸発室を構成する流路幅自体が狭いため、流路が狭くなる影響が大きい。
【０００６】
本発明は上記した実情に鑑みてなされたものであり、燃料電池システムの使用期間が長期にわたったとしても、燃料電池システムの配管の流路が狭くなることを抑制するのに有利な燃料電池システム用水精製装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者は、燃料電池システムについて長年にわたり鋭意開発を進めている。本発明者が調査したところ、流路が狭くなった部分には珪酸化合物が堆積していることを知見した。本発明者は、その理由について考察した。そして水道水配管から供給された水道水は、珪酸化合物のイオンを微量（例えばＰＰＭオーダー）ではあるが含むことがあることに着目した。なお、文献によれば、水とシリカとが存在するとき、次の反応式のように珪酸化合物のイオン化が発生すると記載されている。
Ｈ２Ｏ＋ＳｉＯ２←→Ｈ＋＋ＨＳｉＯ３−
また本発明者は、凝縮器で凝縮された凝縮水は、炭酸化合物のイオンを微量（例えばＰＰＭオーダー）ではあるが含むことがあることに着目した。燃料電池システムにおける凝縮水が炭酸化合物のイオンを含む理由としては、燃料原料を改質させることにより水素リッチなアノードガスを生成させるとき、炭酸化合物のイオン（ＨＣＯ３−）の要因となる二酸化炭素（ＣＯ２）が発生するためであると推察される。なお、文献によれば、水と二酸化炭素（ＣＯ２）とが存在するとき、次の反応式のように炭酸化合物のイオン化が発生すると記載されている。Ｈ２Ｏ＋ＣＯ２←→［Ｈ２ＣＯ３］←→Ｈ＋＋ＨＣＯ３−
凝縮水および水道水の双方を共通の水精製器に供給して精製する方式が採用されている従来技術では、水精製器から吐出される精製水に含まれている珪酸化合物のイオン（珪酸水素，ＨＳｉＯ３−）の濃度が過剰に高く易くなり、従って、燃料電池システムの使用期間が長期にわたると、珪酸化合物が燃料電池システムの配管の流路に堆積することを知見した。
【０００８】
その理由としては、水精製器の水精製材（イオン交換樹脂）において、珪酸化合物のイオン（ＨＳｉＯ３−）の吸着力と、炭酸化合物のイオン（ＨＣＯ３−）の吸着力とに差があるためであると推察される。すなわち、水精製器の水精製材において炭酸化合物のイオン（ＨＣＯ３−）の吸着力が、珪酸化合物のイオン（ＨＳｉＯ３−）の吸着力よりも強いため、珪酸化合物のイオン（ＨＳｉＯ３−）が水精製材に吸着される吸着量が制限されるためであると推察される。
【０００９】
従って、凝縮水および水道水の双方を共通の水精製器に供給する方式によれば、珪酸化合物のイオン（ＨＣＯ３−）の吸着量を確保するため、水精製器に収容されている水精製材（イオン交換樹脂）の容積をかなり増加させる必要がある。このため水精製器が必要以上に大型化する問題がある。
【００１０】
そこで本発明者は、燃料電池システムの開発過程において、凝縮水および水道水の双方を共通の水精製器に供給する方式を廃止することを、新たに着想した。そして本発明者は、凝縮器から供給される凝縮水を専用の凝縮水精製器で精製させて純水化すると共に、水道水配管からの水道水を専用の水道水精製器で精製させて純水化する方式を新たに着想した。
【００１１】
このような方式にすれば、（ｉ）水道水精製器の水精製材において、珪酸化合物のイオン（ＨＳｉＯ３−）の吸着が炭酸化合物のイオンに邪魔されることが抑制されること、（ｉｉ）結果として、水精製装置で精製されて改質器側に吐出される改質水に含まれている珪酸化合物のイオン（ＨＳｉＯ３−）の濃度を良好に低下させることができ、（ｉｉｉ）ひいては、珪酸化合物が燃料電池システムの配管の流路に過剰に堆積することが抑制されることを、本発明者は知見した。本発明は、このような知見に基づいて完成されたものである。
【００１２】
すなわち、本発明に係る燃料電池システムの水精製装置は、燃料原料を水分で改質させる水原料となる改質水を貯留する貯留容器と、水道水配管と貯留容器とを繋ぐ第１配管と、第１配管に設けられ水道水配管から供給された水道水を精製させる水精製材を収容する水道水精製器と、燃料電池システムに設けられた少なくとも１個の凝縮器と、凝縮器と貯留容器とを繋ぐ第２配管と、水道水精製器に対して並列の関係で第２配管に設けられ凝縮器から供給された凝縮水を精製させる水精製材を収容する凝縮水精製器とを具備することを特徴とする。
【００１３】
本発明に係る燃料電池システムは、燃料原料を水原料で改質させることによりアノードガスを生成させる改質器と、改質器で生成されたアノードガスとカソードガスとにより発電する燃料電池と、改質器に供給される水原料を生成する水精製装置とを具備する燃料電池システムにおいて、水精製装置は、各請求項に記載の水精製装置であることを特徴とする。この場合、燃料電池システムの使用期間が長くなったとしても、燃料電池システムにおける配管の流路が狭くなることを抑制するのに有利である。
【００１４】
本発明によれば、凝縮器から供給される凝縮水を専用の凝縮水精製器で精製させて純水化すると共に、水道水配管からの水道水を専用の水道水精製器で精製させて純水化する方式を採用している。このため、炭酸化合物のイオン（ＨＣＯ３−）による制約を抑えつつ、水道水に含まれている珪酸化合物のイオン（ＨＳｉＯ３−）を、水道水精製器の水精製材で効率よく精製することができる。この結果、水精製器で精製されて水精製器から吐出される精製水における珪酸化合物のイオン（ＨＳｉＯ３−）の濃度を低下させ得る。ひいては、珪酸化合物が燃料電池システムの配管の流路に堆積することが抑制される
ここで、貯留容器は、液相状の水または気相状の水として改質器に供給される改質水を貯留する。第１配管は水道水配管と貯留容器とを繋ぐ。水道水精製器は第１配管に設けられており、水道水配管から供給された水道水を精製させる水精製材を収容する。この水精製材は水を精製できるものであれば良く、イオン交換樹脂など水中のイオンを低減できる材料を例示できる。
【００１５】
凝縮器は、燃料電池システムに設けられており、燃料電池システムで使用されるガス（例えばアノードガス、カソードガス、アノードオフガス、カソードオフガス、燃焼排ガスのうちの少なくとも一つ）に含まれている水分を凝縮させて凝縮水を生成させる。第２配管は凝縮器と貯留容器とを繋ぐ。凝縮水精製器は、水道水精製器に対して並列の関係で第２配管に設けられている。凝縮水精製器は、凝縮器から供給された凝縮水を精製させる水精製材を収容する。この水精製材は水を精製できるものであれば良く、イオン交換樹脂など水中のイオンを低減できる材料を例示できる。ここで、水道水精製器の水精製材は、凝縮水精製器の水精製材と同一材料または同系材料でも良いし、あるいは、互いに異なる材料でも良い。
【００１６】
本発明によれば、好ましくは、質量比で、水道水配管から供給される水道水に含まれている珪酸化合物のイオンの濃度をＳｗとし、凝縮器で凝縮されている凝縮水に含まれている珪酸化合物のイオンの濃度をＳｃとするとき、ＳｗはＳｃよりも高い（Ｓｗ＞Ｓｃ）形態を採用することができる。この場合、水道水配管から供給される水道水に含まれている珪酸化合物のイオン（ＨＳｉＯ３−）を、水道水精製器で効果的に取り除くことができる。ここで、上記した濃度は同一パラメータである。
【００１７】
更に、水道水配管から供給される水道水に含まれている炭酸化合物のイオンの濃度をＣｗとし、凝縮器で凝縮された凝縮水に含まれている炭酸化合物のイオンの濃度をＣｃとするとき、ＣｃはＣｗよりも高い（Ｃｃ＞Ｃｗ）形態を採用することができる。なお、Ｃｃ＝Ｃｗ，Ｃｃ≒Ｃｗ，Ｃｃ＜Ｃｗでも良い。
【００１８】
好ましくは、質量比で、水道水配管（原水配管）から供給される水道水に含まれている珪酸化合物のイオンの濃度をＳｗとし、凝縮器で凝縮された凝縮水に含まれている珪酸化合物のイオンの濃度をＳｃとするとき、ＳｗはＳｃよりも高く（Ｓｗ＞Ｓｃ）、且つ、水道水配管（原水配管）から供給される水道水（原水）に含まれている炭酸化合物のイオンの濃度をＣｗ［グラム／立方メートル］とし、水道水（原水）の平均流量をＶｗ［立方メートル／時］とし、凝縮器で凝縮された凝縮水に含まれている炭酸化合物のイオンの濃度をＣｃ［グラム／立方メートル］とし、凝縮水の平均流量をＶｃ［立方メートル／時］とするとき、Ｃｃ×Ｖｃは、Ｃｗ×Ｖｗよりも高い（（Ｃｃ×Ｖｃ）＞（Ｃｗ×Ｖｗ））形態が採用できる。この場合であっても、本発明によれば、凝縮器から供給される凝縮水を専用の凝縮水精製器で精製させて純水化すると共に、水道水配管からの水道水を専用の水道水精製器で精製させて純水化する方式を採用している。このため、炭酸化合物のイオン（ＨＣＯ３−）による制約を抑えつつ、水道水に含まれている珪酸化合物のイオン（ＨＳｉＯ３−）を、水道水精製器の水精製材で効率よく精製することができる。
【００１９】
水道水配管（原水配管）から供給される水道水（原水）に含まれている珪酸化合物のイオン（ＨＳｉＯ３−）を、水道水精製器（原水精製器）で効果的に取り除くことができる。ここで、平均流量とは、燃料電池が発電運転しているときにおける流量の平均値を意味する。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、水道水配管から供給される水道水に含まれている珪酸化合物のイオンを、水道水精製器で効果的に取り除くことができる。よって、燃料電池システムの配管の流路が狭くなることを抑制するのに有利となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
（実施形態１）
以下、本発明の実施形態１について図１および図２を参照して説明する。本実施形態に係る燃料電池システムを図１を参照して説明する。まず、燃料電池システムの概略構成を説明する。図１に示すように、燃料電池システムは、燃料原料をアノードガスとして改質して燃料電池のアノードに供給する供給路１と、改質器２と、燃料電池のスタック３とをもつ。供給路１には、上流から下流にかけて、燃料原料源４、供給弁５、脱硫器６、第１ポンプ７（搬送源）、弁８、改質器２、第１凝縮器９、入口弁１０、燃料電池のスタック３が繋がれている。改質器２は、燃料原料を水蒸気改質させることにより水素リッチなアノードガスを生成させる改質部２ａと、改質部２ａを加熱させる燃焼部２ｃとで形成されている。供給路１のうち改質部２ａの上流から燃焼部２ｃに向けて分岐路１１が分岐されている。
【００２２】
燃料電池のスタック３は、アノード流体が供給されるアノードと、カソード流体が供給されるカソードと、アノードおよびカソードにて挟持された高分子型のイオン伝導膜（プロトン伝導膜，例えば炭化フッ素系または炭化水素系）とをもつ。燃料電池は、シートタイプの複数のセルを厚み方向に積層させる方式でも良いし、あるいは、チューブタイプのセルを組み付ける方式でも良い。
【００２３】
燃料電池のスタック３のカソードの入口にカソードガス（一般的には酸素含有ガス）を供給するカソードガス通路１２が設けられている。カソードガス通路１２にはカソードガスポンプ１３（搬送源）が設けられている。燃料電池のカソードの出口からカソードオフガスを排出させるカソードオフガス通路１４が設けられている。カソードオフガス通路１４には、スタック３のカソードから排出されたカソードオフガスの水分を除去する凝縮器２２が設けられている。カソードガス通路１２において、スタック３は加湿器１５を隣接させて配置されている。加湿器１５は、スタック３のカソードに供給されるカソードガスを、スタック３のカソードに供給させる前に加湿させるものである。
【００２４】
供給路１のうち入口弁１０の上流からバイパス路１６が分岐されている。バイパス路１６にはバイパス弁１７が設けられている。スタック３のアノードの出口からアノードオフガス通路１９が設けられている。アノードオフガス通路１９は出口弁２０と第２凝縮器２１とを有する。第１凝縮器９から延設された第１排水路２４は、第１排水弁２３を介して凝縮水精製器９６に繋がれている。第２凝縮器２１から延設された第２排水路２６は、第２排水弁２７を介して凝縮水精製器９６に繋がれている。凝縮水精製器９６で精製された水は、貯留容器２５に溜められる。貯留容器２５から改質水通路４０が改質部２ａの入口２ｉに向けて延設されている。改質水通路４０には、改質水ポンプ４１（改質水搬送源）、改質水バルブ４２が設けられている。
【００２５】
起動時について説明する。起動時には、供給弁５が開放されていると共に弁８が閉鎖されている状態で、第１ポンプ７（燃料原料搬送源）が回転駆動する。すると、燃料原料源４の燃料原料は、供給路１に流れ、脱硫器６で脱硫され、改質器２の燃焼部２ｃに供給される。また燃焼空気用のポンプ３３（燃焼空気搬送源）が回転駆動すると、燃焼空気が空気通路３４から燃焼部２ｃに供給される。この結果、燃料原料は、空気通路３４からの空気により燃焼部２ｃにおいて燃焼される。燃焼部２ｃの燃焼により改質部２ａが高温領域に次第に加熱される。このように改質部２ａが高温領域に加熱されると、制御装置により、弁８が開放され、燃料原料源４の燃料原料が改質部２ａに供給される。このとき制御装置により、改質水ポンプ４１が回転駆動すると共に改質水バルブ４２が開放する。このため貯留容器２５の改質水が改質部２ａに供給される。この結果、改質部２ａに供給された燃料原料は、改質水により水蒸気改質される。これにより水素を主要イオンとして含むアノードガス（例えば水素１０モル％以上）が生成する。アノードガスは改質部２ａの出口２ｐから吐出され、第１凝縮器９で水分を低下させる。
【００２６】
起動当初では、アノードガスの組成が必ずしも安定していない。このため起動当初では、制御装置により、入口弁１０、出口弁２０は閉鎖されているが、バイパス弁１７は開放されている。従って、起動当初では、アノードガスはスタック３のアノードに供給されず、バイパス路１６およびバイパス弁１７を介して第２凝縮器２１に供給され、第２凝縮器２１で水分を除去させた後、燃焼部２ｃに供給されて燃焼される。起動時から所定時間が経過し、アノードガスの組成が安定すると、制御装置により、バイパス弁１７が閉鎖され、入口弁１０、出口弁２０は開放され、アノードガスは入口弁１０を介してスタック３のアノードに供給される。また、カソードガス通路１２から加湿器１５を介してカソードガスがスタック３のカソードに供給される。これによりアノードガスおよびカソードガスによりスタック３で発電反応が行われ、電気エネルギが発生する。発電反応後のアノードオフガス（可燃性の水素を含む）はスタック３のアノードの出口３ｐから吐出され、出口弁２０を介してアノードオフガス通路１９から第２凝縮器２１に流れ、第２凝縮器２１で水分を凝縮させた後、燃焼部２ｃに供給されて燃焼され、再利用される。
【００２７】
ここで、燃料電池システムの発電運転が継続されていると、第１凝縮器９、第２凝縮器２１、凝縮器２２などの凝縮器には、凝縮水が次第に貯留される。ここで、第１排水弁２３が開放されると、第１凝縮器９に溜まった凝縮水は、第１排水路２４を介して重力により凝縮水精製器９６に供給される。また、第２排水弁２７が開放されると、第２凝縮器２１に溜まった凝縮水は、第２排水路２６を介して重力により凝縮水精製器９６に供給される。更に凝縮器２２に溜まった凝縮水は、排水路２２ｃを介して重力により凝縮水精製器９６に供給される。このように燃料電池システムの発電運転中において発生した凝縮水は、凝縮水精製器９６に流れ、凝縮水精製器９６で生成されて純水化される。
【００２８】
ここで、改質水ポンプ４１が回転駆動すると共に改質水バルブ４２が開放すると、水精製器２８の水が改質部２ａに供給される。この結果、改質部２ａに供給された燃料原料は、改質水により水蒸気改質される。なお、水蒸気改質に使用される改質水は、純水度が高いことが好ましい。
【００２９】
上記したようにスタック３が発電運転するとき、スタック３は昇温する。スタック３が過剰に高温になると、スタック３の発電性能が低下する。そこで燃料電池システムの発電運転中においてスタック３にスタック冷却液を流してスタック３を冷却させるスタック冷却通路４５が設けられている。スタック冷却通路４５にはイオン交換器４６が設けられている。イオン交換器４６は、スタック冷却液を純水化させ、スタック冷却液の電気絶縁性を高める。なお、スタック冷却液の電気絶縁性が低下すると、スタック３から取り出される電気エネルギの取り出し効率が低下する。
【００３０】
図２は、上記した燃料電池システムの水精製装置付近を模式的に示す。図２に示すように、水精製装置は、改質器２に供給される改質水を貯留する貯留容器２５と、水道水配管９０と貯留容器２５とを繋ぐ第１配管９１と、第１配管９１に設けられ水道水配管９０から供給された水道水を精製させる水精製材を収容する水道水精製器９２とを備えている。
【００３１】
更に図２に示すように、水精製装置は、凝縮器９から排水弁２３を介して延設された排水路２４（第２配管）と、凝縮器２１から排水弁２７を介して延設された排水路２６（第２配管）と、凝縮器２２から延設された排水路２２ｃ（第２配管）と、排水路２４，２６，２２ｃに繋がると共に凝縮水を精製させる水精製材を収容する凝縮水精製器９６とを備えている。
【００３２】
ここで図２に示すように、凝縮水精製器９６および水道水精製器９２は、互いに独立されており、互いに並列の関係とされている。従って、凝縮水精製器９６および水道水精製器９２のそれら自体は、互いに非連通とされている。従って、凝縮水精製器９６内の水が水道水精製器９２に直接流れることは阻止されている。同様に、水道水精製器９２内の水が凝縮水精製器９６に直接流れることは阻止されている。
【００３３】
貯留容器２５は、気相状の水および／または液相状の水として改質器２に供給される改質水を貯留する。水道水精製器９２は、第１配管９１の途中部位に設けられており、水道水配管９０から供給された水道水を精製させる水精製材を収容する。水精製材は、水を精製できるものであれば良く、ビーズ状または膜状をなすイオン吸着可能なイオン交換樹脂（イオン交換物質）で形成することができる。またはフレーク状、繊維状でも良い。
【００３４】
凝縮器９，２１，２２は、燃料電池システムで発生した凝縮水を貯留させるものである。前述したように凝縮水精製器９６は、水道水精製器９２に対して並列の関係とされている。凝縮水精製器９６は、凝縮器９，２１，２２から供給された凝縮水を精製させる水精製材を収容する。この水精製材は水を精製して純水化できるものであれば良く、イオン吸着可能なビーズ状または膜状をなすイオン交換樹脂（イオン交換物質）を有する。またフレーク状、繊維状でも良い。
【００３５】
本実施形態によれば、質量比で、水道水配管９０から供給される水道水に含まれている珪酸化合物のイオン（珪酸水素イオン，ＨＳｉＯ３−）の濃度をＳｗとし、凝縮水に含まれている珪酸化合物のイオン（珪酸水素イオン，ＨＳｉＯ３−）の濃度をＳｃとするとき、一般的には、ＳｗはＳｃよりも高い（Ｓｗ＞Ｓｃ）。ちなみに、水道水に含まれている珪酸化合物（珪酸水素イオン）のイオン濃度は、地域にもよるが、２〜１００［グラム／立方メートル］、１０〜１００［グラム／立方メートル］、２０〜４０［グラム／立方メートル］が例示される。凝縮水の珪酸化合物のイオン濃度は、燃料電池システムにもよるが、１［グラム／立方メートル］以下、０．１［グラム／立方メートル］以下、０．０５［グラム／立方メートル］以下が例示される。
【００３６】
また質量比で、水道水配管９０から供給される水道水に含まれている炭酸化合物のイオン（炭酸水素イオン，ＨＣＯ３−）の濃度をＣｗとし、凝縮器９，２１，２２等の凝縮器で凝縮された凝縮水に含まれている炭酸化合物のイオン（ＨＣＯ３−）の濃度をＣｃとするとき、燃料電池システムにもよるが、ＣｃはＣｗよりも高い（Ｃｃ＞Ｃｗ）ことがある。但し、Ｃｃ＝Ｃｗ、または、Ｃｃ＜Ｃｗでも良い。ちなみに、凝縮水に含まれている炭酸化合物（炭酸水素イオン）のイオン濃度は、燃料電池システム、脱炭酸処理の有無にもよるが、２〜６０［グラム／立方メートル］、５〜５０［グラム／立方メートル］が例示される。なお、水道水では、炭酸化合物の含有量については水道法には特に管理値はないため、地域によっては、水道水に含まれている炭酸化合物のイオン濃度が高いこともある。
【００３７】
また本実施形態では、質量比で、水道水配管９０から供給される水道水に含まれている珪酸化合物のイオンの濃度をＳｗとし、凝縮水に含まれている珪酸化合物のイオンの濃度をＳｃとするとき、ＳｗはＳｃよりも高い（Ｓｗ＞Ｓｃ）。且つ、水道水配管９０から供給される水道水（原水）に含まれている炭酸化合物のイオンの濃度をＣｗ［グラム／立方メートル］とし、水道水（原水）の平均流量をＶｗ［立方メートル／時］とし、凝縮された凝縮水に含まれている炭酸化合物のイオンの濃度をＣｃ［グラム／立方メートル］とし、凝縮水の平均流量をＶｃ［立方メートル／時］とするとき、一般的には、Ｃｃ×Ｖｃは、Ｃｗ×Ｖｗよりも高い（（Ｃｃ×Ｖｃ）＞（Ｃｗ×Ｖｗ））。ここで、平均流量とは、燃料電池が発電運転しているときにおける流量の平均値を意味する。
【００３８】
この場合、水道水精製器９２および凝縮水精製器９６は互いに並列の関係でそれぞれ独立して設けられているため、水道水配管９０から供給される水道水（原水）に含まれている珪酸化合物のイオン（ＨＳｉＯ３−）を、水道水精製器９２で効果的に取り除くことができる。
【００３９】
本実施形態によれば、図２から理解できるように、水道水配管９０の水道水の水道圧が減圧弁９７で減圧された後、水道水配管９０の水道水は水道水精製器９２に供給され、水道水精製器９２の水精製材で精製されて純水化された後、貯留容器２５に供給される。
【００４０】
上記したように燃料電池システムの凝縮器９，２１，２２に貯留された凝縮水は、重力により凝縮水精製器９６に供給され、凝縮水精製器９６の水精製材で精製されて純水化された後、重力により貯留容器２５に供給される。
【００４１】
本実施形態によれば、水道水精製器９２を構成する水精製材、凝縮水精製器９６を構成する水精製材において珪酸化合物のイオンに対する吸着力と炭酸化合物のイオンに対する吸着力とに差が存在する。すなわち、水精製材において、炭酸化合物のイオンの吸着力は、珪酸化合物のイオン（ＨＳｉＯ３−）の吸着力よりも強い。この点について本実施形態によれば、前述したように凝縮水および水道水の双方を共通の水精製器に供給する方式を廃止しており、凝縮器９，２１，２２から供給される凝縮水を専用の凝縮水精製器９６で精製させて純水化すると共に、水道水配管９０からの水道水を専用の水道水精製器９２で互いに独立に精製させ純水化する方式を採用している。
【００４２】
換言すれば、凝縮器９，２１，２２等の凝縮器から供給される凝縮水に含まれる炭酸化合物イオンを専用の凝縮水精製器９６で精製すると共に、水道水配管９０からの水道水に含まれる珪酸化合物のイオン（ＨＳｉＯ３−）を専用の水道水精製器９２で精製させる方式を採用している。このため本実施形態によれば、炭酸化合物のイオン（ＨＣＯ３−）により邪魔されることなく、水道水に含まれている珪酸化合物のイオン（ＨＳｉＯ３−）を、水道水精製器９２の水精製材で効率よく精製することができる。
【００４３】
このような本実施形態によれば、貯留容器２５に貯留されている水において珪酸化合物のイオン（珪酸水素イオン，ＨＳｉＯ３−）の濃度が過剰になることが抑制される。この結果、珪酸化合物のイオン（ＨＳｉＯ３−）を含む改質水が改質器２側に過剰に供給されることが抑制される。従って、燃料電池システムの使用期間が長期にわたったとしても、珪酸化合物が燃料電池システムの配管の流路に過剰に堆積することが抑制される。
【００４４】
なお本実施形態によれば、改質器２において水蒸気改質として使用される改質水の半分以上は、基本的には凝縮水が占める。これに対して、水道水配管９０からの水道水は、凝縮水の不足を補充するためのものであり、改質器２において使用される改質水の半分以下を占める。例えば、単位時間あたり、質量比で、改質器２において使用される改質水の８０％以上（例えば９０％以上または９５％以上）は、基本的には凝縮水が占める。水道配管からの水道水は、改質器２において使用される改質水の２０％以下（例えば１０％以下または５％以下）を占めるに過ぎない。
【００４５】
しかしながら水蒸気を凝縮させた凝縮水と一般的な水道水とを比較すると、水道水は塩素殺菌されており、凝縮水よりも不純物の濃度が高い。このため、これに対処すべく、水道水精製器９２に収容されている水精製材（イオン交換樹脂）の体積が増加されている。ここで、水道水精製器９２に収容されている水精製材（イオン交換樹脂）の体積をＶ１とし、凝縮水精製器９６に使用されている水精製材（イオン交換樹脂）の体積をＶ２とすると、Ｖ１＞Ｖ２とされている。なお、水精製材の種類によっては、Ｖ１≒Ｖ２，Ｖ１＝Ｖ２とされていても良いし、Ｖ１＜Ｖ２の関係とされていても良い。
【００４６】
ところで、水精製材（イオン交換樹脂）を流れる水の流速が増加すると、水精製材（イオン交換樹脂）の寿命が短縮される傾向がある。従って、凝縮水と水道水を共通する水精製器に供給させれば、水道水と凝縮水とに共通する水精製器において水道水および凝縮水が合流する。このように凝縮水および水道水が合流すると、共通の水精製器を流れる水の単位時間あたりの流量が増加するため、水精製器の水精製材（イオン交換樹脂）の劣化が促進されるおそれがある。
【００４７】
この点本実施形態によれば、前述したように、凝縮器から供給される凝縮水を専用の凝縮水精製器９６で精製させて純水化すると共に、水道水配管９０からの水道水を専用の水道水精製器９２で精製させて純水化させる方式を採用している。このため水道水および凝縮水の双方が貯留容器２５で合流するものの、水精製器９２，９６で合流することが抑止されている。このように本実施形態によれば、水道水精製器９２に流れる水の流量、凝縮水精製器９６に流れる水の流量をできるだけ抑えることができ、水道水精製器９２の水精製材（イオン交換樹脂）、凝縮水精製器９６の水精製材（イオン交換樹脂）の長寿命化に有利となる。
【００４８】
（実施形態２）
本実施形態は実施形態１と基本的には同様の構成および作用効果を有するため、図１及び図２を準用する。水道水精製器９２に収容されている水精製材（イオン交換樹脂）、凝縮水精製器９６に収容されている水精製材（イオン交換樹脂）は、互いに同一材料または同系材料とされている。ここで、一般的には、不純物イオンを吸着できる水精製材（イオン交換樹脂）といえども、水道水に含有されている珪酸化合物のイオン（ＨＳｉＯ３−）を吸着し難いものである。このため本実施形態によれば、珪酸化合物のイオン（ＨＳｉＯ３−）を吸着するための水道水精製器９２に収容されている水精製材（イオン交換樹脂）の容積をＶ１とし、凝縮水精製器９６に収容されている水精製材（イオン交換樹脂）の容積をＶ２とすると、Ｖ１はＶ２よりも大きくされている。ここで、水精製材（イオン交換樹脂）の種類、水道水の殺菌の程度、水道水の地域にもよるが、Ｖ１／Ｖ２＝１．３〜１０の範囲内、１．５〜５の範囲内、１．７〜３の範囲内が例示される。
【００４９】
（実施形態３）
本実施形態は実施形態１と基本的には同様の構成および作用効果を有するため、図１及び図２を準用する。水道水精製器９２に収容されている水精製材（イオン交換樹脂）は、凝縮水精製器９６に収容されている水精製材（イオン交換樹脂）に対して吸着性が相違する。すなわち、水道水精製器９２に収容されている水精製材（イオン交換樹脂）は、凝縮水精製器９６に収容されている水精製材（イオン交換樹脂）よりも、単位質量当たり、水道水に含有されている珪酸化合物のイオン（ＨＳｉＯ３−）を吸着し易い材質とされている。
【００５０】
このため水道水に含有されている珪酸化合物のイオン（ＨＳｉＯ３−）が改質器２側に流れることが効果的に抑制されている。従って、燃料電池システムの使用期間が長期化したとしても、燃料電池システムにおける配管の流路が珪酸化合物の堆積により狭くなることを抑制するのに一層有利となる。
【００５１】
このような本実施形態によれば、水道水精製器９２に収容されている水精製材（イオン交換樹脂）の使用量をできるだけ低減することができる。故に、水道水精製器９２に収容されている水精製材（イオン交換樹脂）の容積をできるだけ小さくすることができ、水道水精製器９２の小型化に貢献できる。
【００５２】
（実施形態４）
図３は実施形態４を示す。本実施形態は実施形態１〜３と基本的には同様の構成および作用効果を有する。水道水精製器９２および凝縮水精製器９６は、図３に示す構造とすることができる。この構造は、給水入口１０１をもつ収容空間１０２を有する筐体１００と、筐体１００の収容空間１０２の内部に装填されたビーズ状をなす水精製材１０３と、筐体１００の収容空間１０２の内部に装入された通水管１０４とを有する。通水管１０４の下部１０４ｄは、フィルタ１０４ｆを有しており、収容空間１０２の底付近まで装入されている。通水管１０４の上部１０４ｕは、水頭圧により吐水できるように、収容空間１０２の上部付近から延設されている。水精製材１０３はビーズ状をなすイオン交換樹脂で形成されているが、これに限らず、膜状でも良い。給水入口１０１から筐体１００の収容空間１０２に供給された水道水または凝縮水は、ビーズ状をなす水精製材１０３により精製されて純水化される。水精製材１０３は繊維状、フレーク状でも良い。純水化された水は、水頭圧により通水管１０４の下部１０４ｄから通水管１０４の上部１０４ｕに流れ、上部１０４ｕから吐水される。なお、水道水精製器９２および凝縮水精製器９６の構造は、図３に示す構造に限定されない。
【００５３】
（実施形態５）
図４は実施形態５を示す。本実施形態は実施形態１と基本的には同様の構成および作用効果を有する。この場合には、燃焼部２ｃで燃焼した燃焼排ガスを外気に排出させる前に通過する凝縮器２８が設けられている。故に、燃焼部２ｃで燃焼した燃焼排ガスに含まれている水分は、凝縮器２８で凝縮した後に外気に放出される。燃焼部２ｃで燃焼された燃焼排ガスには多量の二酸化炭素が含まれている。このため凝縮器２８で凝縮した凝縮水では、炭酸化合物イオンの濃度が高くなり易く、更に、燃焼排ガスに含まれている水分を回収することにより水道水の使用量を低減させるのに有利となる。
【００５４】
（その他）
燃料電池システムは図１に示す構造に限定されるものではない。本発明は上記し且つ図面に示した実施形態のみに限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施可能である。上記した記載から次の技術的思想もはあくできる。
［付記項１］
燃料原料を水分で改質させる水原料となる改質水を貯留する貯留容器と、水道水配管等の原水配管と前記貯留容器とを繋ぐ第１配管と、前記第１配管に設けられ前記水道水配管等の原水配管から供給された水道水等の原水を精製させる水精製材を収容する水道水精製器等の原水精製器と、燃料電池システムに設けられた少なくとも１個の凝縮器と、前記凝縮器と前記貯留容器とを繋ぐ第２配管と、前記水道水精製器等の原水配管に対して並列の関係で前記第２配管に設けられ前記凝縮器から供給された凝縮水を精製させる水精製材を収容する凝縮水精製器とを具備することを特徴とする燃料電池システムの水精製装置。原水配管は水道水という原水を供給する配管に限らず、水道が不充分な地域によっては、井戸水、河川水や池の水や湖の水等といった原水（燃料電池システムで用いる凝縮水以外の原水）を供給する配管等が挙げられる。これらの原水は珪酸化合物を含むことがある。
［付記項２］
付記項１において、質量比で、前記水道水配管等の原水配管から供給される前記水道水等の原水に含まれている珪酸化合物のイオンの濃度をＳｗとし、前記凝縮器で凝縮された凝縮水に含まれている珪酸化合物のイオンの濃度をＳｃとするとき、ＳｗはＳｃよりも高く（Ｓｗ＞Ｓｃ）、且つ、前記水道水配管等の原水配管から供給される前記水道水等の原水に含まれている炭酸化合物のイオンの濃度をＣｗ［グラム／立方メートル］とし、前記水道水等の原水の平均流量をＶｗ［立方メートル／時］とし、前記凝縮器で凝縮された前記凝縮水に含まれている炭酸化合物のイオンの濃度をＣｃ［グラム／立方メートル］とし、前記凝縮水の平均流量をＶｃ［立方メートル／時］とするとき、Ｃｃ×Ｖｃは、Ｃｗ×Ｖｗよりも高い（（Ｃｃ×Ｖｃ）＞（Ｃｗ×Ｖｗ））であることを特徴とする燃料電池システムの水精製装置。
［付記項３］
付記項１または２において、前記水道水精製器等の原水配管の前記水精製材の容積は、前記凝縮水精製器の前記水精製材の容積よりも大きいことを特徴とする燃料電池システムの水精製装置。
［付記項４］
付記項１〜３のうちの一項において、前記水道水精製器等の原水精製器の前記水精製材は、前記凝縮水精製器の前記水精製材よりも、単位質量当たり、前記水道水等の原水に含有されている珪酸化合物のイオンを吸着し易いことを特徴とする燃料電池システムの水精製装置。
［付記項５］
燃料原料を水分で改質させる水原料となる改質水を貯留する貯留容器と、水道水を供給する水道水配管と前記貯留容器とを繋ぐ第１配管と、前記第１配管に設けられ前記水道水配管から供給された水道水を精製させる水精製材を収容する水道水精製器と、燃料電池システムに設けられた少なくとも１個の凝縮器と、前記凝縮器と前記貯留容器とを繋ぐ第２配管と、前記水道水精製器に対して並列の関係で前記第２配管に設けられ前記凝縮器から供給された凝縮水を精製させる水精製材を収容する凝縮水精製器とを用い、前記水道水精製器で水道水を精製させ、かつ、前記水道水精製器に対して並列の関係で、前記凝縮器から供給された凝縮水を精製させることを特徴とする燃料電池システムの水精製方法。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明は例えば定置用、車両用、電気機器用、電子機器用、携帯用の燃料電池システムに利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】燃料電池システムの概念を示す図である。
【図２】燃料電池システムの使用されている水精製装置の概念を示す図である。
【図３】燃料電池システムの使用されている水精製装置に使用される水道水精製器または凝縮水精製器を鉛直方向に沿った切断して示す縦断面図である。
【図４】他の実施形態に係り、燃料電池システムの概念を示す図である。
【符号の説明】
【００５７】
２は改質器、９，２１，２２は凝縮器、２５は貯留容器、９０は水道水配管、９１は第１配管、９２は水道水精製器、９６は凝縮水精製器、２４は排水路（第２配管）、２６は排水路（第２配管）、２２ｃは排水路（第２配管）を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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