(57)【要約】【課題】燃料電池システムにおいて、凝縮水の脱炭酸をより促進させて、イオン交換樹脂の寿命を長くする。【解決手段】燃料電池システムは、改質器２０からの燃焼排ガスとアノードガス、および燃料電池１０からのアノードオフガスとカソードオフガスの各ガス中の水蒸気をそれぞれ凝縮してその凝縮水を回収する各凝縮器４１〜４４のうち少なくとも一の凝縮器と、凝縮器４１〜４４からの凝縮水を貯めておく凝縮水タンク５１と、凝縮水タンク５１からの凝縮水を純水化するイオン交換樹脂を内蔵した純水器５４と、純水器５４の前に設けられて、凝縮水タンク５１からの凝縮水が該凝縮水の流れにより気体を吸い込む吸気を行って該凝縮水を純水器５４に導出する吸気装置５２と、を備えている。【選択図】  図１
2009087609.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
改質器からの燃焼排ガスとアノードガス、および燃料電池からのアノードオフガスとカソードオフガスの各ガス中の水蒸気をそれぞれ凝縮してその凝縮水を回収する各凝縮器のうち少なくとも一の凝縮器と、
前記凝縮器からの前記凝縮水を貯めておく凝縮水タンクと、
前記凝縮水タンクからの前記凝縮水を純水化するイオン交換樹脂を内蔵した純水器と、
前記純水器の前に設けられて、前記凝縮水タンクからの前記凝縮水が該凝縮水の流れにより気体を吸い込む吸気を行って該凝縮水を前記純水器に導出する吸気装置と、を備えたことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
改質器からの燃焼排ガスとアノードガス、および燃料電池からのアノードオフガスとカソードオフガスの各ガス中の水蒸気をそれぞれ凝縮してその凝縮水を回収する各凝縮器のうち少なくとも一の凝縮器と、
前記凝縮器からの前記凝縮水を貯めておく凝縮水タンクと、
前記凝縮水タンクからの前記凝縮水を純水化するイオン交換樹脂を内蔵した純水器と、
前記純水器の前に設けられて、入口部より出口部のほうが流体の圧力が小さくなる構造を有し、前記凝縮水タンクからの前記凝縮水を前記構造により減圧して前記純水器に導出する減圧装置と、を備えたことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項３】
改質器からの燃焼排ガスとアノードガス、および燃料電池からのアノードオフガスとカソードオフガスの各ガス中の水蒸気をそれぞれ凝縮してその凝縮水を回収する各凝縮器のうち少なくとも一の凝縮器と、
前記凝縮器からの前記凝縮水を貯めておく凝縮水タンクと、
前記凝縮水タンクからの前記凝縮水を純水化するイオン交換樹脂を内蔵した純水器と、
前記純水器の前に設けられて、供給されている気体の流れにより前記凝縮水タンクからの前記凝縮水を吸い込んで霧状にして前記純水器に導出する霧吹き装置と、を備えたことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項４】
請求項１において、前記吸気装置は、前記燃料電池からのカソードオフガスが供給されて、前記凝縮水が該カソードオフガスを吸い込むことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項５】
請求項１において、前記吸気装置は、大気中の空気が供給されて、前記凝縮水が前記空気を吸い込むことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項６】
請求項１，４，５のいずれか一項において、前記吸気装置と前記純水器との間に設けられて前記吸気装置からの前記凝縮水を貯めておき該凝縮水から気体を分離する気液分離装置をさらに備えたことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項７】
請求項２において、前記減圧装置と前記純水器との間に設けられて前記減圧装置からの前記凝縮水を貯めておき該凝縮水から気体を分離する気液分離装置をさらに備えたことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項８】
請求項３において、前記霧吹き装置と前記純水器との間に設けられて前記霧吹き装置からの前記凝縮水を貯めておき該凝縮水から気体を分離する気液分離装置をさらに備えたことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項９】
請求項６乃至請求項８のいずれか一項において、前記気液分離装置は大気に開放されていることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項１０】
請求項６乃至請求項８のいずれか一項において、前記気液分離装置は前記純水器と直結していることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項１１】
請求項１０において、前記純水器は前記気液分離装置の下方に配設されていることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項１２】
請求項１乃至請求項１１のいずれか一項において、前記凝縮水タンクからの前記凝縮水は前記純水器に連続的に送水されることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項１３】
請求項１乃至請求項１１のいずれか一項において、前記凝縮水タンクからの前記凝縮水は前記純水器に断続的に送水され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、燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池システムの一形式として、特許文献１に示されているものが知られている。特許文献１の図１，２に示されているように、燃料電池システムは、改質器２と、燃料電池１と、その燃料電池１からの排ガス中の水を凝縮させる凝縮器７と、凝縮器７によって凝縮された水を溜める貯水タンク８とを備え、貯水タンク８に溜められた水を改質器２において利用するようになっている。すなわち、燃料電池システムは、原料を水素生成水を使用し改質して水素を生成し燃料として用いており、高純度が要求される水素生成水や燃料電池の冷却水として、燃料排ガス、アノードガス、アノードオフガス中の水分を凝縮させて用いている。この場合、各ガス中の二酸化炭素が凝縮水中に溶け込んで比較的多くの二酸化炭素が含まれており、これが水浄化のために用いられているイオン交換樹脂１３ｂの負荷となって寿命を短くしている。これに対して、特許文献１の燃料電池システムでは、凝縮器７から貯水タンク８への水の流路に、凝縮器７によって凝縮された水を一時的に溜める、大気開放された滞留部２０を備えている。
【特許文献１】特開２００３−３１２５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上述した特許文献１に記載されている燃料電池システムにおいては、滞留部２０によって、凝縮器で凝縮された凝縮水中に含まれる炭酸イオンを低減することができるものの、その低減（脱炭酸）は不十分であった。すなわち、凝縮水を純水化するイオン交換樹脂の寿命の長時間化は不十分であった。
【０００４】
本発明は、上述した問題を解消するためになされたもので、燃料電池システムにおいて、凝縮水の脱炭酸をより促進させて、イオン交換樹脂の寿命を長くすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の課題を解決するため、請求項１に係る発明の構成上の特徴は、改質器からの燃焼排ガスとアノードガス、および燃料電池からのアノードオフガスとカソードオフガスの各ガス中の水蒸気をそれぞれ凝縮してその凝縮水を回収する各凝縮器のうち少なくとも一の凝縮器と、凝縮器からの凝縮水を貯めておく凝縮水タンクと、凝縮水タンクからの凝縮水を純水化するイオン交換樹脂を内蔵した純水器と、純水器の前に設けられて、凝縮水タンクからの凝縮水が該凝縮水の流れにより気体を吸い込む吸気を行って該凝縮水を純水器に導出する吸気装置と、を備えたことである。
【０００６】
また請求項２に係る発明の構成上の特徴は、改質器からの燃焼排ガスとアノードガス、および燃料電池からのアノードオフガスとカソードオフガスの各ガス中の水蒸気をそれぞれ凝縮してその凝縮水を回収する各凝縮器のうち少なくとも一の凝縮器と、凝縮器からの凝縮水を貯めておく凝縮水タンクと、凝縮水タンクからの凝縮水を純水化するイオン交換樹脂を内蔵した純水器と、純水器の前に設けられて、入口部より出口部のほうが流体の圧力が小さくなる構造を有し、凝縮水タンクからの凝縮水を該構造により減圧して純水器に導出する減圧装置と、を備えたことである。
【０００７】
また請求項３に係る発明の構成上の特徴は、改質器からの燃焼排ガスとアノードガス、および燃料電池からのアノードオフガスとカソードオフガスの各ガス中の水蒸気をそれぞれ凝縮してその凝縮水を回収する各凝縮器のうち少なくとも一の凝縮器と、凝縮器からの凝縮水を貯めておく凝縮水タンクと、凝縮水タンクからの凝縮水を純水化するイオン交換樹脂を内蔵した純水器と、純水器の前に設けられて、供給されている気体の流れにより凝縮水タンクからの凝縮水を吸い込んで霧状にして純水器に導出する霧吹き装置と、を備えたことである。
【０００８】
また請求項４に係る発明の構成上の特徴は、請求項１において、吸気装置は、燃料電池からのカソードオフガスが供給されて、凝縮水が該カソードオフガスを吸い込むことである。
【０００９】
また請求項５に係る発明の構成上の特徴は、請求項１において、吸気装置は、大気中の空気が供給されて、凝縮水が空気を吸い込むことを特徴とする燃料電池システム。
【００１０】
また請求項６に係る発明の構成上の特徴は、請求項１，４，５のいずれか一項において、吸気装置と純水器との間に設けられて吸気装置からの凝縮水を貯めておき該凝縮水から気体を分離する気液分離装置をさらに備えたことである。
【００１１】
また請求項７に係る発明の構成上の特徴は、請求項２において、減圧装置と純水器との間に設けられて減圧装置からの凝縮水を貯めておき該凝縮水から気体を分離する気液分離装置をさらに備えたことである。
【００１２】
また請求項８に係る発明の構成上の特徴は、請求項３において、霧吹き装置と純水器との間に設けられて霧吹き装置からの凝縮水を貯めておき該凝縮水から気体を分離する気液分離装置をさらに備えたことである。
【００１３】
また請求項９に係る発明の構成上の特徴は、請求項６乃至請求項８のいずれか一項において、気液分離装置は大気に開放されていることである。
【００１４】
また請求項１０に係る発明の構成上の特徴は、請求項６乃至請求項８のいずれか一項において、気液分離装置は純水器と直結していることである。
【００１５】
また請求項１１に係る発明の構成上の特徴は、請求項１０において、純水器は気液分離装置の下方に配設されていることである。
【００１６】
また請求項１２に係る発明の構成上の特徴は、請求項１乃至請求項１１のいずれか一項において、凝縮水タンクからの凝縮水は純水器に連続的に送水されることである。
【００１７】
また請求項１３に係る発明の構成上の特徴は、請求項１乃至請求項１１のいずれか一項において、凝縮水タンクからの凝縮水は純水器に断続的に送水されることである。
【発明の効果】
【００１８】
上記のように構成した請求項１に係る発明においては、吸気装置が、純水器の前に設けられて、凝縮水タンクからの凝縮水が該凝縮水の流れにより気体を吸い込む吸気を行って該凝縮水を純水器に導出する。この場合、凝縮水の流れを利用して、積極的かつ効率よく気体を凝縮水に接触させることにより、凝縮水の脱炭酸をより促進させることができる。したがって、二酸化炭素濃度がより低減された凝縮水が、イオン交換樹脂を内蔵した純水器に供給されるので、イオン交換樹脂の寿命を長くすることができる。
【００１９】
上記のように構成した請求項２に係る発明においては、減圧装置が、純水器の前に設けられて、入口部より出口部のほうが流体の圧力が小さくなる構造を有し、凝縮水タンクからの凝縮水を該構造により減圧して純水器に導出する。この場合、凝縮水を減圧して凝縮水に溶解している二酸化炭素を気体化させることにより、凝縮水の脱炭酸をより促進させることができる。ここでいう脱炭酸とは水に溶解した二酸化炭素が取り除かれる現象である。具体的には、水に溶解した二酸化炭素は、炭酸（Ｈ２ＣＯ３）、炭酸水素イオン（ＨＣＯ３−）、炭酸イオン（ＣＯ３２−）の形で存在している。脱炭酸とは、これらを減少させることである。したがって、二酸化炭素濃度がより低減された凝縮水が、イオン交換樹脂を内蔵した純水器に供給されるので、イオン交換樹脂の寿命を長くすることができる。
【００２０】
上記のように構成した請求項３に係る発明においては、霧吹き装置が、供給されている気体の流れにより凝縮水タンクからの凝縮水を吸い込んで霧状にして純水器に導出する。この場合、霧状にされた凝縮水を気体（空気）に積極的かつ効率よく接触させることにより、凝縮水の脱炭酸をより促進させることができる。したがって、二酸化炭素濃度がより低減された凝縮水が、イオン交換樹脂を内蔵した純水器に供給されるので、イオン交換樹脂の寿命を長くすることができる。
【００２１】
上記のように構成した請求項４に係る発明においては、請求項１に係る発明において、吸気装置は、燃料電池からのカソードオフガスが供給されて、凝縮水が該カソードオフガスを吸い込むので、流体圧力を有するカソードオフガスを用いることにより、吸気をより効率的に行うことができる。
【００２２】
上記のように構成した請求項５に係る発明においては、請求項１に係る発明において、吸気装置は、大気中の空気が供給されて、凝縮水が空気を吸い込むので、大気を用いることにより、特別な気体を用いることなく、低コスト化を図ることができる。
【００２３】
上記のように構成した請求項６に係る発明においては、請求項１，４，５のいずれか一項に係る発明において、気液分離装置が、吸気装置と純水器との間に設けられて吸気装置からの凝縮水を貯めておき該凝縮水から気体を分離するので、凝縮水中に溶解している二酸化炭素をさらに取り除くことができる。
【００２４】
上記のように構成した請求項７に係る発明においては、請求項２に係る発明において、気液分離装置が、減圧装置と純水器との間に設けられて減圧装置からの凝縮水を貯めておき該凝縮水から気体を分離するので、凝縮水中に溶解している二酸化炭素をさらに取り除くことができる。
【００２５】
上記のように構成した請求項８に係る発明においては、請求項３に係る発明において、気液分離装置が、霧吹き装置と純水器との間に設けられて霧吹き装置からの凝縮水を貯めておき該凝縮水から気体を分離するので、凝縮水中に溶解している二酸化炭素をさらに取り除くことができる。
【００２６】
上記のように構成した請求項９に係る発明においては、請求項６乃至請求項８のいずれか一項に係る発明において、気液分離装置は大気に開放されている。これにより、気液分離装置の空間内の気体は大気と容易に換気されるため、その空間を大気とほぼ同じ二酸化炭素濃度に低く抑制できるので、脱炭酸能力を落とすことなく脱炭酸を促進することができる。また、吸気装置、減圧装置、霧吹き装置の作用によって脱炭酸が促進されており、大気と接触させて脱炭酸を図るために大気開放時間を長くしなくて済み、大気開放時間を短縮することができるので、気液分離装置内に異物、雑菌が混入するのを抑制することができる。
【００２７】
上記のように構成した請求項１０に係る発明においては、請求項６乃至請求項８のいずれか一項に係る発明において、気液分離装置は純水器と直結しているので、気液分離装置と純水器とを分離して配置する場合と比べて、燃料電池システム全体を小型化することができる。
【００２８】
上記のように構成した請求項１１に係る発明においては、請求項１０に係る発明において、純水器は気液分離装置の下方に配設されている。これにより、気液分離装置の凝縮水が自重で純水器に流入するため、ポンプなどの供給装置を設けなくて済むので、燃料電池システムの小型化・低コスト化を図ることができる。
【００２９】
上記のように構成した請求項１２に係る発明においては、請求項１乃至請求項１１のいずれか一項に係る発明において、凝縮水タンクからの凝縮水は純水器に連続的に送水されるので、純水タンクの残量がほとんどない場合、改質器に多量な改質水を連続して供給する場合などに適切に対処することができる。
【００３０】
上記のように構成した請求項１３に係る発明においては、請求項１乃至請求項１１のいずれか一項に係る発明において、凝縮水タンクからの凝縮水は純水器に断続的に送水されるので、凝縮水タンクの残量に応じて適切に送水を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、本発明による燃料電池システムの一実施形態について説明する。図１はこの燃料電池システムの概要を示す概要図である。この燃料電池システムは燃料電池１０とこの燃料電池１０に必要な水素ガスを含む燃料（アノードガス、改質ガス）を生成する改質器２０を備えている。
【００３２】
燃料電池１０は、燃料極１１と酸化剤極である空気極１２とを備えており、燃料極１１に供給されたアノードガスおよび空気極１２に供給された酸化剤ガスである空気（カソードガス）を用いて発電するものである。
【００３３】
改質器２０は、改質原料を水蒸気改質し、水素リッチな改質ガスを燃料電池１０に供給するものであり、バーナ（燃焼部）、改質部、一酸化炭素シフト反応部（以下、ＣＯシフト部という）および一酸化炭素選択酸化反応部（以下、ＣＯ選択酸化部という）から構成されている。改質原料としては天然ガス、ＬＰＧ、灯油、ガソリン、メタノールなどがあり、本実施の形態においては天然ガスにて説明する。
【００３４】
バーナは、起動運転時に外部から燃焼用燃料またはＣＯ選択酸化部から燃料電池１０を通らないで改質ガスが供給され、または定常運転時に燃料電池１０の燃料極１１からアノードオフガス（燃料電池に供給され使用されずに排出された改質ガス）が供給され、このように供給された各可燃性ガスを燃焼用空気で燃焼して燃焼ガスを改質部に導出するものである。この燃焼ガスは改質部を（同改質部の触媒の活性温度域となるように）加熱し、その後第４凝縮器４４を通って外部に排出される。
【００３５】
改質部は、供給された改質原料に純水タンク５５からの改質水（水蒸気）を混合した混合ガスを改質部に充填された触媒（例えば、Ｒｕ、Ｎｉ系の触媒）により改質して水素ガスと一酸化炭素ガスを生成している（いわゆる水蒸気改質反応）。これと同時に、水蒸気改質反応にて生成された一酸化炭素と水蒸気を水素ガスと二酸化炭素とに変成している（いわゆる一酸化炭素シフト反応）。これら生成されたガス（いわゆる改質ガス）はＣＯシフト部に導出される。
【００３６】
ＣＯシフト部は、この改質ガスに含まれる一酸化炭素と水蒸気をその内部に充填された触媒（例えば、Ｃｕ、Ｚｎ系の触媒）により反応させて水素ガスと二酸化炭素ガスとに変成している。これにより、改質ガスは一酸化炭素濃度が低減されてＣＯ選択酸化部に導出される。
【００３７】
ＣＯ選択酸化部は、改質ガスに残留している一酸化炭素と外部からさらに供給されたＣＯ浄化用の空気とをその内部に充填された触媒（例えば、Ｒｕ系またはＰｔ系の触媒）により反応させて二酸化炭素を生成している。これにより、改質ガスは一酸化炭素濃度がさらに低減されて（１０ｐｐｍ以下）アノードガス供給管３３を介して燃料電池１０の燃料極１１に導出される。
【００３８】
燃料電池１０の空気極１２には、カソードガスを供給するカソードガス供給管３１およびカソードオフガスを排出するカソードオフガス排気管３２が接続されている。燃料電池１０の燃料極１１の導入口には、アノードガスを供給するアノードガス供給管３３を介して改質器２０のＣＯ選択酸化部が接続されている。燃料極１１の導出口には、後述する燃焼用燃料供給管３５に接続されたアノードオフガス供給管３４を介して改質器２０のバーナが接続されており、燃料極１１から排出されるアノードオフガスをバーナに供給可能になっている。
【００３９】
改質器２０には、バーナに燃焼用燃料および燃焼用空気を供給する燃焼用燃料供給管３５が接続され、バーナで生成された燃焼ガスを排出する燃焼排ガス排気管３６が接続されている。さらに、改質器２０には、改質部に改質原料および改質水を供給する改質原料供給管３７が接続されている。
【００４０】
カソードオフガス排気管３２、アノードガス供給管３３、アノードオフガス供給管３４および燃焼排ガス排気管３６の途中には、第１〜第４凝縮器４１〜４４が配設されている。
【００４１】
第１凝縮器４１は、カソードオフガス排気管３２中を流れる燃料電池１０の空気極１２から排出されるカソードオフガス中の水蒸気を凝縮してその凝縮水を回収する。第２凝縮器４２はアノードガス供給管３３中を流れる燃料電池１０の燃料極１１に供給されるアノードガス中の水蒸気を凝縮してその凝縮水を回収する。第３凝縮器４３は、アノードオフガス供給管３４中を流れる燃料電池１０の燃料極１１から排出されるアノードオフガス中の水蒸気を凝縮してその凝縮水を回収する。第４凝縮器４４は、燃焼排ガス排気管３６中を流れる燃焼排ガス中の水蒸気を凝縮してその凝縮水を回収する。なお、各凝縮器４１〜４４には、図示しない貯湯槽の低温液体またはラジエータおよび冷却ファンによって冷却された液体が供給されるようになっており、この液体と各凝縮器４１〜４４を流通する各ガスとの熱交換によって各ガス中の水蒸気を凝縮している。
【００４２】
なお、燃料電池の空気極１２では、二酸化炭素は生成されないので、カソードオフガス中の二酸化炭素はカソードガス中の濃度すなわち大気中の濃度とほぼ同一である。よって、第１凝縮器４１の凝縮水中の二酸化炭素量は非常に少ない。しかし、他の凝縮器すなわち第２凝縮器４２〜第４凝縮器においては、改質器２０内での反応によりアノードガス、アノードオフガス、燃焼排ガス中に二酸化炭素が比較的多く含まれるため、各凝縮水中の二酸化炭素量は比較的多い。
【００４３】
各凝縮器４１〜４４は、配管３８を介して凝縮水タンク５１に連通しており、第４凝縮器４４にて凝縮された凝縮水は、凝縮水タンク５１に導出され回収されるようになっている。凝縮水タンク５１は、凝縮水を一時貯めておくものである。なお、凝縮水タンク５１には、凝縮水タンク５１内の凝縮水量を検出する図示しない水量センサ（水位センサ）が設けられている。水量センサは例えばフロート式、静電容量式などの水位計である。水量センサは制御装置に検出信号を送信するようになっている。
【００４４】
燃料電池システムは、さらに、吸気装置５２、気液分離装置５３、純水器５４、純水タンク５５を備えている。
吸気装置５２は、凝縮水タンク５１と純水器５４とを連通する配管３９上に配設されている。吸気装置５２は、吸気装置５２の出口部を気液分離装置５３内に臨ませて配設するのが好ましい。吸気装置５２は、筒状に形成され、かつ流れ方向（長手方向）中央部が絞られた形状である本体５２ａと、本体５２ａの中央部に貫設され、本体５２ａ内と大気とを連通する吸込み管５２ｂとから構成されている。吸込み管５２ｂの先端は、本体５２ａ内の流れに対して下流側に向けて傾斜して配置されるのが好ましい。
【００４５】
この吸気装置５２においては、本体５２ａの入口部から流入した凝縮水が出口部に向かって流れる際に、凝縮水の流れに連れて本体５２ａの内壁面に沿って圧力が低下するので、吸込み管５２を介して大気から空気を吸い込む吸気を行っている。すなわち、吸気装置５２は、凝縮水タンク５１からの凝縮水が該凝縮水の流れにより気体（大気中の空気）を吸い込む吸気を行って該凝縮水を純水器５４に導出する。
【００４６】
なお、配管３９の途中には、凝縮水ポンプ３９ａが配設されている。凝縮水ポンプ３９ａは、制御装置によって制御されており、凝縮水タンク５１の下部から汲み上げた凝縮水を気液分離装置５３（ひいては純水器５４）に圧送するものである。
【００４７】
気液分離装置５３は、純水器５４の直上に直結して配置されている。気液分離装置５３は、吸気装置５２と純水器５４との間に設けられて吸気装置５２からの凝縮水を貯めておき該凝縮水から気体（本実施の形態では二酸化炭素）を分離するものである。すなわち、気液分離装置５３内に貯水されている凝縮水を放置しておき、凝縮水に溶解している二酸化炭素が、気液間の飽和バランスにより自然に抜けるようになっている。また、気液分離装置５３は、開口部５３ａを有しており、開口部５３ａを介して大気と連通し、大気に開放されている。
【００４８】
純水器５４は、イオン交換樹脂を内蔵しており、例えば粒状のイオン交換樹脂を充填している。純水器５４は、凝縮水タンク５１からの凝縮水（または／および給水源からの補給水）をイオン交換樹脂によって純水化するものである。純水器５４は、配管６１を介して純水タンク５５に連通しており、純水器５４内の純水は配管６１を通って純水タンク５５に導出される。配管６１には純水ポンプ６１ａが配設されている。この純水ポンプ６１ａは制御装置によって制御されており、純水器５４内の純水を純水タンク５５に圧送している。
【００４９】
気液分離装置５３と純水器５４との間には、隔壁部材５６が介装されている。隔壁部材５６は、気液分離装置５３と純水器５４を区画するものである。気液分離装置５３と純水器５４とは、隔壁部材５６を介して連通されている。隔壁部材５６は、例えばステンレス製のメッシュやセラミックス製ボールなどであり、凝縮水は通すがイオン交換樹脂は通さない構造のものである。これにより、イオン交換樹脂が気液分離装置に移動するのを抑制し、二酸化炭素ガスを直接吸着するのを抑制することができる。
【００５０】
純水タンク５５は、純水器５４から導出された純水を貯めておくものである。純水タンク５５には、純水タンク５５内の純水量を検出する図示しない水量センサ（水位センサ）が設けられている。水量センサは例えばフロート式、静電容量式などの水位計である。水量センサは制御装置に検出信号を送信するようになっている。
【００５１】
純水タンク５５は、改質水供給管６２を介して改質原料供給管３７に接続されている。改質水供給管６２には送出手段である改質水ポンプ（純水ポンプ）６２ａが設けられている。この改質水ポンプ６２ａは制御装置によって制御されており、純水タンク５５内の改質水（純水）を改質器２０の改質部に圧送している。なお、改質水供給管６２の途中には、蒸発器を設けるのが好ましい。蒸発器は、例えばバーナから排出される燃焼排ガス、改質部、ＣＯシフト部などの熱によって加熱されており、これにより圧送された改質水を水蒸気化する。
【００５２】
次に、上述した燃料電池システムの凝縮水の流れについて説明する。第１〜第４凝縮器４１〜４４で回収された凝縮水は、配管３８を介して凝縮水タンク５１に一時貯められる。凝縮水タンク５１内の凝縮水は、凝縮水ポンプ３９ａの作動によって吸気装置５２を通って気液分離装置５３に送出される。凝縮水タンク５１凝縮水は、吸気装置５２を通る際に、吸込み管５２ｂから空気が吸気されるので、凝縮水に空気が吹き込まれる。これにより、積極的かつ効率よく気体（空気）を、二酸化炭素が溶解している凝縮水に接触させることにより、凝縮水の脱炭酸を促進させることができる。
【００５３】
このように二酸化炭素濃度を低減された凝縮水が気液分離装置５３に一時貯められる。この放置されている間も、凝縮水からは気液間の飽和バランスにより二酸化炭素が気体となって抜けているため、脱炭酸をより促進することができる。
【００５４】
そして、このように脱炭酸が促進されて二酸化炭素濃度が低減された凝縮水は、純水器５４のイオン交換樹脂によって純水化されて純水タンク５５に導出される。純水タンク５５内の凝縮水は、必要に応じて純水ポンプ６２ａの作動によって改質器２０の改質部に送出される。
【００５５】
また、純水タンクの残量がほとんどない場合、改質器に多量な改質水を連続して供給する場合などにおいては、凝縮水タンク５１からの凝縮水は純水器５４に連続的に送水されるようにしてもよい。これによれば、純水タンクの残量がほとんどない場合、改質器に多量な改質水を連続して供給する場合などに適切に改質水を改質器２０に供給することができる。
【００５６】
また、凝縮水タンクからの凝縮水は純水器に断続的に送水されるようにしてもよい。この場合、水位センサで検出した凝縮水タンクの残量に応じて適切に送水を行うことができる。
【００５７】
上述した説明から理解できるように、本実施の形態によれば、吸気装置５２が、純水器５４の前に設けられて、凝縮水タンク５１からの凝縮水が該凝縮水の流れにより気体（大気中の空気（大気に連通している燃料電池システム中の空気でもよい。））を吸い込む吸気を行って該凝縮水を気液分離装置５２を介して純水器５４に導出する。この場合、凝縮水の流れを利用して、積極的かつ効率よく気体を凝縮水に接触させることにより、凝縮水の脱炭酸をより促進させることができる。したがって、二酸化炭素濃度がより低減された凝縮水が、イオン交換樹脂を内蔵した純水器５４に供給されるので、イオン交換樹脂の寿命を長くすることができる。
【００５８】
また、気液分離装置５３が、吸気装置５２と純水器５４との間に設けられて吸気装置５２からの凝縮水を貯めておき該凝縮水から気体を分離するので、凝縮水中に溶解している二酸化炭素をさらに取り除くことができる。
【００５９】
また、気液分離装置５３は大気に開放されている。これにより、気液分離装置５３の空間内の気体は大気と容易に換気されるため、その空間を大気とほぼ同じ二酸化炭素濃度に低く抑制できるので、脱炭酸能力を落とすことなく脱炭酸を促進することができる。
【００６０】
また、気液分離装置５３は純水器５４と直結しているので、気液分離装置５３と純水器５４とを分離して配置する場合と比べて、燃料電池システム全体を小型化することができる。
【００６１】
また、純水器５４は気液分離装置５３の下方に配設されている。これにより、気液分離装置５３の凝縮水が自重で純水器５４に流入するため、ポンプなどの供給装置を設けなくて済むので、燃料電池システムの小型化・低コスト化を図ることができる。なお、純水器５４は気液分離装置５３の直下に配設されるのがより望ましい。
【００６２】
また、吸気装置５２は、大気中の空気が供給されて、凝縮水が空気を吸い込むので、大気を用いることにより、特別な気体を用いることなく、低コスト化を図ることができる。
【００６３】
なお、上述した実施の形態においては、吸気装置５２が、純水器５４の前に設けられていればよく、凝縮水ポンプ３９ａから気液分離装置５３までの間であれば何れの部位に設けるようにしてもよい。
【００６４】
また、上述した実施の形態においては、気液分離装置５３を省略するようにしてもよい。
【００６５】
また、上述した実施の形態においては、第１〜第４凝縮器４１〜４４のうち少なくとも何れか一つの凝縮器が設けられていればよい。
【００６６】
また、第１〜第４凝縮器４１〜４４のうち複数の凝縮器が設けられている場合、少なくとも一つの凝縮器に吸気装置または減圧装置または霧吹き装置が設けられていればよい。
【００６７】
また、本発明を改質器２０が設けられていない燃料電池システムにも適用できる。この場合、第２凝縮器（アノードガス用凝縮器）４２、第３凝縮器（アノードオフガス用凝縮器）４３、第１凝縮器（カソードオフガス用凝縮器）４１のうち少なくとも一つの凝縮器が設けられていればよい。この場合、アノードガスは霧吹きなどの加湿器により加湿され、凝縮器によりアノードガスの加湿量を調節している。アノードオフガスは、アノードガスへの加湿、カソードで生成した生成水の拡散による水分が含まれており、凝縮器により水分を回収して再利用する。
【００６８】
次に、吸気装置５２に代えて吸気装置５７を設ける場合について図２を参照して説明する。吸気装置以外は同一の構成であるので、同一符号を付してその説明を省略する。吸気装置５７は、配管３９の途中に設けられている。凝縮水ポンプ３９ａの上流側でも下流側でもいずれでもよい。吸気装置５７は、吸込み管５７ａと吸込み管５７ａの流入口に逆止弁５７ｂとから構成されている。吸込み管５７ａは、外部（例えば大気）と配管３８内を連通するものである。逆止弁５７ｂは、外部から配管３８内への空気の流れは許容し、配管３８内から外部への凝縮水の流れは許容しない。吸気装置５７も、基本的には吸気装置５２と同様に配管３８内の凝縮水の流れにつられて外部からの気体が吸い込まれるように作用するものである。これによっても、上述した吸気装置５２と同様な作用・効果を得ることができる。
【００６９】
さらに、吸気装置５２に代えて減圧装置５８を設ける場合について図３を参照して説明する。減圧装置以外は同一の構成であるので、同一符号を付してその説明を省略する。減圧装置５８は、配管３９の途中に設けられている。凝縮水ポンプ３９ａの上流側でも下流側でもいずれでもよい。減圧装置５８は、筒状に形成された本体５８ａと、本体５８ａの流れ方向（長手方向）中央部に設けられ絞られた絞り部５８ｂとから構成されている。
【００７０】
この減圧装置５８においては、本体５８ａの入口部から流入した凝縮水が出口部に向かって流れる際に、絞り部５８ｂで絞られて圧力が低下するので、凝縮水に溶解している二酸化炭素が気体となって気泡が現れる。このように、減圧装置５８は、純水器５４の前に設けられて、入口部より出口部のほうが流体の圧力が小さくなる構造を有し、凝縮水タンク５１からの凝縮水を該構造により減圧して気液分離装置５３を介して純水器に導出する。
【００７１】
この場合、凝縮水を減圧して凝縮水に溶解している二酸化炭素を気体化させることにより、凝縮水の脱炭酸をより促進させることができる。したがって、二酸化炭素濃度がより低減された凝縮水が、イオン交換樹脂を内蔵した純水器５４に供給されるので、イオン交換樹脂の寿命を長くすることができる。
【００７２】
また、この場合、気液分離装置５３が、減圧装置５８と純水器５４との間に設けられて減圧装置５８からの凝縮水を貯めておき該凝縮水から気体を分離するので、凝縮水中に溶解している二酸化炭素をさらに取り除くことができる。
【００７３】
さらに、上述した吸気装置５２を適用した実施の形態、変形例において、吸気装置５２，５７の吸込み管５２ｂ，５７ａは大気に連通していたが、図４に示すように、二酸化炭素の含有が少ないカソードオフガス排気管３２に連通するようにしてもよい。具体的には、吸込み管５２ｂは、接続管６３を介してカソードオフガス排気管３２に接続されている。なお、図１と同様な構成については、同一符号を付してその説明を省略する。
【００７４】
これによれば、吸気装置５２ｂ（または吸気装置５７）は、燃料電池１０からのカソードオフガスが供給されて、凝縮水が該カソードオフガスを吸い込むので、流体圧力を有するカソードオフガスを用いることにより、吸気をより効率的に行うことができる。
【００７５】
さらに、吸気装置５２，５７の吸込み管５２ｂ，５７ａが接続管６３を介してカソードオフガス排気管３２に連通する場合の変形例を図５を参照して説明する。この場合、第１凝縮器４１からの凝縮水は上述したように二酸化炭素濃度が低いので脱炭酸処理するまでもなく、直接純水器５４に供給する。そして、第２〜第４凝縮器４２〜４４からの凝縮水は上述した実施の形態と同様に凝縮水タンク５１に一時貯めておく。また、純水器５４と気液分離装置５３とを分離して配置する。また、第１凝縮器４１より下流のカソードオフガス排気管３２を気液分離装置５３に連通させている。これによれば、脱炭酸処理の不要な凝縮水と脱炭酸処理の必要な凝縮水を適切に分離して、脱炭酸処理を効率的に行うことができる。なお、図１と同様な構成については、同一符号を付してその説明を省略する。
【００７６】
次に、吸気装置５２に代えて霧吹き装置５９を設ける場合について図６を参照して説明する。霧吹き装置以外は同一の構成であるので、同一符号を付してその説明を省略する。霧吹き装置５９は、配管３９の途中に設けられている。なお、凝縮水ポンプ３９ａは省略されている。霧吹き装置５９は、筒状に形成され、かつ流れ方向（長手方向）中央部が絞られた形状である本体５９ａと、本体５９ａの中央部に貫設され、本体５９ａ内と配管３９を連通する吸込み管５９ｂと、本体５９ａの入口部に接続されて空気を送出するエアポンプ５９ｃと、から構成されている。なお、吸込み管５９ｂの先端は、本体５９ａ内の流れに対して下流側に向けて傾斜して配置されるのが好ましい。また、霧吹き装置５９は、霧吹き装置５９の出口部を気液分離装置５３内に臨ませて配設するのが好ましい。
【００７７】
この霧吹き装置５９においては、本体５９ａの入口部から流入した空気が出口部に向かって流れる際に、空気の流れが本体５９ａと吸込み管５９ｂの連結部分で曲げられることで圧力が低下するので、吸込み管５９を介して凝縮水タンク５１から凝縮水を吸い込んで霧状にして導出するようになっている。すなわち、霧吹き装置５９は、供給されている気体の流れにより凝縮水タンク５１からの凝縮水を吸い込んで霧状にして気液分離装置５３を介して純水器５４に導出する。
【００７８】
これにより、霧状にされた凝縮水を気体（空気）に積極的かつ効率よく接触させることにより、凝縮水の脱炭酸をより促進させることができる。したがって、二酸化炭素濃度がより低減された凝縮水が、イオン交換樹脂を内蔵した純水器５４に供給されるので、イオン交換樹脂の寿命を長くすることができる。
【００７９】
また、この場合、気液分離装置５３が、霧吹き装置５９と純水器５４との間に設けられて霧吹き装置５９からの凝縮水を貯めておき該凝縮水から気体を分離するので、凝縮水中に溶解している二酸化炭素をさらに取り除くことができる。
【００８０】
また、上述した実施の形態、変形例においては、吸気装置５２，５７、減圧装置５８、霧吹き装置５９は、純水器５４の直前に（気液分離装置５３もある場合は気液分離装置５３の直前に）配設されるのが好ましい。脱炭酸された凝縮水が時間をおかないで純水器に供給されるので、炭酸濃度が低減された凝縮水を確実に純水器に供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】本発明による燃料電池システムの一実施形態の概要を示す概要図である。
【図２】図１に示す吸気装置の変形例を示す図である。
【図３】図１に示す吸気装置に代えて減圧装置を適用した変形例を示す図である。
【図４】図１に示す吸気装置の変形例を示す図である。
【図５】図１に示す吸気装置の変形例を示す図である。
【図６】図１に示す吸気装置に代えて霧吹き装置を適用した変形例を示す図である。
【符号の説明】
【００８２】
１０…燃料電池、１１…燃料極、１２…空気極、２０…改質器、４１〜４４…第１〜第４凝縮器、５１…凝縮水タンク、５２，５７…吸気装置、５３…気液分離装置、５４…純水器、５５…純水タンク、５８…減圧装置、５９…霧吹き装置。
【図１】
2009087609.tif 000003
【図２】
2009087609.tif 000004
【図３】
2009087609.tif 000005
【図４】
2009087609.tif 000006
【図５】
2009087609.tif 000007
【図６】
2009087609.tif 000008