JP2005032673A - 燃料電池システム - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明の目的は、所定の処理ガスから凝縮水を回収して処理する凝縮水処理機構３０の高効率化且つ小型化が可能な燃料電池システムを提供する点にある。
【解決手段】 凝縮水処理機構３０が、炭酸イオンの溶存濃度が許容範囲を超える処理対象凝縮水Ｃ１，Ｃ２，Ｃ４を、処理対象凝縮水Ｃ１，Ｃ２，Ｃ４以外の処理不要凝縮水Ｃ３とは分別して回収し、処理対象凝縮水Ｃ１，Ｃ２，Ｃ４に対してのみ炭酸イオンを除去する脱炭酸処理を施すように構成されている。また、凝縮水処理機構３０が、処理対象凝縮水Ｃ１，Ｃ２，Ｃ４に対してカソード２２から排出されたカソードオフガスＧ３を吹き付けて脱炭酸処理を施すように構成されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、アノード側の水素とカソード側の酸素とを電解質膜を介して反応させて発電する燃料電池部と、所定の処理ガスから回収した凝縮水を処理する凝縮水処理機構とを備えた燃料電池システムに関する。

上記のような燃料電池システムにおいて、改質器において燃料を水蒸気改質して生成されアノードに供給される水素含有ガス、アノードから排出されるアノードオフガス、カソードから排出されるカソードオフガス、改質器を加熱するための加熱部においてアノードで消費されなかった水素を含む上記アノードオフガスを燃焼させて排出された燃焼排ガス等のような夫々の処理ガスは、多くの水蒸気を含んでおり、その処理ガス中に含まれている水蒸気は、凝縮熱交換器等における放熱により凝縮されて、凝縮水として回収される。

このように回収された凝縮水は、改質器における水蒸気改質用の処理水や冷却水等として再利用されたり、排水として排出されるのであるが、このように凝縮水を再利用又は排出する場合には、その凝縮水に対して溶存している炭酸イオンを除去する脱炭酸処理を施す必要がある。

そこで、凝縮熱交換器により燃焼排ガスとカソードオフガスとの処理ガスから凝縮水を回収し、その回収した全ての凝縮水に対して空気を吹き付けて前記脱炭酸処理を施す凝縮水処理機構を備えた燃料電池システムがある（例えば、特許文献１参照。）。
特許文献１に記載の燃料電池システムでは、凝縮水が滲入する充填材に空気を注入したり、貯留部に貯留されている凝縮水に空気をバブリングすることで、凝縮水に対して空気を吹き付けて炭酸イオンを除去する脱炭酸処理を施すように構成されており、また、凝縮水に吹き付ける空気としては、空気ポンプからカソードに供給される空気の一部を分岐させたものが利用されている。

特開平１１−９７０４６号公報

しかし、上記特許文献１に記載の燃料電池システムでは、全ての処理ガスから回収した全ての凝縮水に対して前記脱炭酸処理を行うように構成されているので、凝縮水処理機構の脱炭酸処理能力を、回収された全ての凝縮水の総量に応じた大きいものとする必要があり、脱炭酸用の空気を供給するためのポンプの動力増加等による効率低下、及び、装置の大型化を招くことになる。

また、上記特許文献１に記載の燃料電池システムでは、空気ポンプからカソードに供給される空気の一部を分岐させて脱炭酸用の空気として利用するように構成されているので、空気ポンプが供給すべき空気供給流量は、上記カソードへの空気供給流量と凝縮水処理機構への空気供給流量との和に相当する比較的大きなものとなり、空気ポンプの動力増加等による効率低下、及び、空気ポンプ及びシステムの大型化を招くことになる。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、所定の処理ガスから凝縮水を回収して処理する凝縮水処理機構の高効率化且つ小型化が可能な燃料電池システムを提供する点にある。

上記目的を達成するための本発明に係る燃料電池システムの第１特徴構成は、アノード側の水素とカソード側の酸素とを電解質膜を介して反応させて発電する燃料電池部と、所定の処理ガスから回収した凝縮水を処理する凝縮水処理機構とを備えた燃料電池システムであって、
前記凝縮水処理機構が、炭酸イオンの溶存濃度が許容範囲を超える処理対象凝縮水を、前記処理対象凝縮水以外の処理不要凝縮水とは分別して回収し、前記処理対象凝縮水に対してのみ炭酸イオンを除去する脱炭酸処理を施すように構成されている点にある。

上記第１特徴構成によれば、燃料電池システムにおける複数の処理ガスから回収された複数の凝縮水の内、炭酸イオンの溶存濃度が許容範囲を超えることが経験的又は実験的に予想されその凝縮水を再利用又は排出する前に脱炭酸処理を施す必要がある処理対象凝縮水を、炭酸イオンの溶存濃度が許容範囲内であることが経験的又は実験的に予想されその凝縮水を再利用又は排出する前に脱炭酸処理を施す必要がない処理不要凝縮水とは分別して回収し、その分別回収した処理対象凝縮水に対してのみ脱炭酸処理を施すことで、その脱炭酸処理を施した後の処理対象凝縮水を、脱炭酸処理を施さなかった処理不要凝縮水と共に、再利用又は排出することができる。よって、脱炭酸処理を行う対象が、全ての凝縮水ではなく、処理対象凝縮水に限られるので、凝縮水処理機構の脱炭酸処理能力を、回収された全ての凝縮水の総量に応じた大きいものではなく、処理対象凝縮水の量に応じた比較的小さいものとすることができ、脱炭酸処理の効率を向上して、更に、装置の小型化を実現することができる。
従って、炭酸イオンの溶存濃度が許容範囲を超える処理対象凝縮水を、処理対象凝縮水以外の処理不要凝縮水とは分別して回収し、その分別回収した処理対象凝縮水に対してのみ炭酸イオンを除去する脱炭酸処理を施すように凝縮水処理機構を構成することにより、凝縮水処理機構の高効率化且つ小型化が可能な燃料電池システムを実現することができる。

本発明に係る燃料電池システムの第２特徴構成は、上記第１特徴構成に加えて、前記凝縮水処理機構が、改質器において燃料を水蒸気改質して生成され前記アノードに供給される水素含有ガスから回収した水素含有ガス凝縮水、前記アノードから排出されたアノードオフガスから回収したアノードオフガス凝縮水、及び、前記アノードオフガスを燃焼させて排出された燃焼排ガスから回収した燃焼排ガス凝縮水については、前記処理対象凝縮水として回収するように構成されている点にある。

上記第２特徴構成によれば、改質器において燃料を水蒸気改質して生成され前記アノードに供給される水素含有ガスには約２０％の二酸化炭素が含まれ、アノードから排出されたアノードオフガスには約４０％の二酸化炭素が含まれているので、それらのガスから回収した水素含有ガス凝縮水及びアノードオフガス凝縮水には、比較的多くの炭酸イオンが溶存していると予想され、処理対象凝縮水として回収して脱炭酸処理を施すことが好ましい。また、アノードオフガスを燃料させて改質器を加熱するための燃焼器や、アノードオフガスを燃焼させて熱回収するための燃焼器等から排出された燃焼排ガスから回収した燃焼排ガス凝縮水についても、その燃焼により比較的多くの炭酸ガス（二酸化炭素）が生成され、その炭酸ガスが凝縮水に溶解するので、比較的多くの炭酸イオンが溶存していると予想され、処理対象凝縮水として回収して脱炭酸処理を施すことが好ましい。
一方、その他の、カソードから排出されるカソードオフガスから回収したカソードオフガス凝縮水などについては、炭酸イオンが殆ど溶存していないと予想され、これらの凝縮水を、脱炭酸処理を施さない処理不要凝縮水として回収することで、処理対象凝縮水に対して脱炭酸処理を施すための脱炭酸処理能力ができるだけ小さくて済み、高効率化且つ小型化が可能となる。

本発明に係る燃料電池システムの第３特徴構成は、上記第１又は第２特徴構成に加えて、前記凝縮水処理機構が、前記処理対象凝縮水に対して前記カソードから排出されたカソードオフガスを吹き付けて前記脱炭酸処理を施すように構成されている点にある。

上記第３特徴構成によれば、処理対象凝縮水に対して脱炭酸処理を施す方法として、処理対象凝縮水に空気等の脱炭酸用ガスを吹き付けて溶存している炭酸イオンを除去する方法を採用する場合に、カソードに供給される前の空気の一部ではなく、カソードから排出された後のカソードオフガスを脱炭酸用ガスとして利用することで、カソードへ空気を供給するための空気ポンプの動力増加や凝縮水処理機構へ脱炭酸用ガスを供給するためのポンプの新設等を伴わないで、カソードオフガスを処理対象凝縮水に吹き付ける脱炭酸用ガスとして利用することができる。

上記目的を達成するための本発明に係る燃料電池システムの第４特徴構成は、アノード側の水素とカソード側の酸素とを電解質膜を介して反応させて発電する燃料電池部と、所定の処理ガスから回収した凝縮水を処理する凝縮水処理機構とを備えた燃料電池システムであって、
前記凝縮水処理機構が、所定の処理対象凝縮水に対して前記カソードから排出されたカソードオフガスを吹き付けて炭酸イオンを除去する脱炭酸処理を施すように構成されている点にある。

上記第４特徴構成によれば、燃料電池システムにおける複数の処理ガスから回収された複数の凝縮水の内の所定の処理対象凝縮水に対して脱炭酸処理を施す方法として、処理対象凝縮水に空気等の脱炭酸用ガスを吹き付けて溶存している炭酸イオンを除去する方法を採用する場合に、カソードに供給される前の空気の一部ではなく、カソードから排出された後のカソードオフガスを脱炭酸用ガスとして利用することで、カソードへ空気を供給するための空気ポンプの動力増加や凝縮水処理機構へ脱炭酸用ガスを供給するためのポンプの新設等を伴わないで、カソードオフガスを処理対象凝縮水に吹き付ける脱炭酸用ガスとして利用することができる。
従って、所定の処理対象凝縮水に対してカソードから排出されたカソードオフガスを吹き付けて脱炭酸処理を施すように凝縮水処理機構を構成することにより、凝縮水処理機構の高効率化且つ小型化が可能な燃料電池システムを実現することができる。

本発明に係る燃料電池システムの第５特徴構成は、上記第３又は第４特徴構成に加えて、前記凝縮水処理機構が、前記カソードから排出されたカソードオフガスからカソードオフガス凝縮水を、前記脱炭酸処理を施さない処理不要凝縮水として回収するように構成され、
前記カソードオフガス凝縮水が回収されたカソードオフガスを加熱するカソードオフガス加熱手段を備え、
前記凝縮水処理機構が、前記処理対象凝縮水に対して前記カソードオフガス加熱手段で加熱されたカソードオフガスを吹き付けて前記脱炭酸処理を施すように構成されている点にある。

上記第５特徴構成によれば、凝縮水処理機構を、処理対象凝縮水に対してカソードから排出されたカソードオフガスを吹き付けて脱炭酸処理を施すように凝縮水処理機構を構成する場合において、カソードから排出されたカソードオフガスをそのまま脱炭酸用ガスとして利用するのではなく、カソードオフガス凝縮水を回収した後にカソードオフガス加熱手段により加熱したカソードオフガスを脱炭酸用ガスとして利用することで、凝縮水処理機構の一層の高効率化を実現することができる。即ち、処理対象凝縮水に比較的高温の脱炭酸用ガスを吹き付けることで、脱炭酸処理の効率を向上させることができ、更に、炭酸イオンが殆ど溶存していない、言い換えれば、炭酸イオンの溶存濃度が許容範囲内であるカソードオフガス凝縮水については、脱炭酸処理を施さない処理不要凝縮水として取り扱って、脱炭酸処理を施すべき処理対象凝縮水の量をできるだけ少なくして、脱炭酸処理の効率を一層向上させることができる。

本発明に係る燃料電池システムの第６特徴構成は、上記第３〜第５の何れかの特徴構成に加えて、前記凝縮水処理機構が、前記処理対象凝縮水を貯留する処理対象凝縮水貯留部と、前記処理対象凝縮水貯留部に貯留している処理対象凝縮水中に前記カソードオフガスをバブリングして前記脱炭酸処理を施すバブリング手段とを備えて構成されている点にある。

上記第６特徴構成によれば、処理対象凝縮水貯留部とバブリング手段とを備えることで、凝縮水処理機構において貯留されている処理対象凝縮水にカソードオフガスをバブリングして効率よく脱炭酸処理を行うことができる。
また、炭酸イオンの溶存濃度が許容範囲を超える凝縮水を、脱炭酸処理を施す処理対象凝縮水とし、それ以外の凝縮水を、脱炭酸処理を施さない処理不要凝縮水として分別回収する場合には、処理対象凝縮水貯留部を、処理不要凝縮水を貯留する処理不要凝縮水貯留部とは別のタンクで構成しても構わないが、１つのタンク内に処理対象凝縮水貯留部と処理不要凝縮水貯留部とに区画する堰を設けて、処理対象凝縮水貯留部で脱炭酸処理が施された処理対象凝縮水を、一旦、処理不要凝縮水貯留部に合流させて排出するように構成することができ、このように構成することで、タンクの数を少なくして装置の小型化及び部品点数の縮小を図ることができる。

本発明に係る燃料電池システムの第７特徴構成は、上記第３〜第５の何れかの特徴構成に加えて、前記凝縮水処理機構が、前記処理対象凝縮水が滲入する充填材を充填した処理対象凝縮水通路を備えると共に、前記充填材中に前記カソードオフガスを通過させて前記脱炭酸処理を施すガス供給手段とを設けて構成されている点にある。

上記第７特徴構成によれば、充填材を充填した処理対象凝縮水通路とガス供給手段とを備えることで、処理対象凝縮水通路において充填材に滲入した処理対象凝縮水とカソードオフガスとの接触面積を稼ぎ、効率よく処理対象凝縮水の脱炭酸処理を行うことができる。
また、炭酸イオンの溶存濃度が許容範囲を超える凝縮水を、脱炭酸処理を施す処理対象凝縮水とし、それ以外の凝縮水を、脱炭酸処理を施さない処理不要凝縮水として分別回収する場合には、処理対象凝縮水通路の出口を、処理不要凝縮水を貯留する処理不要凝縮水貯留部に接続して、処理対象凝縮水通路で脱炭酸処理が施された処理対象凝縮水を、処理不要凝縮水貯留部に合流させて排出するように構成することができ、このように構成することで、脱炭酸処理後の処理対象凝縮水を貯留するためのタンクを省略することができ、装置の小型化及び部品点数の縮小を図ることができる。

本発明に係る燃料電池システムの第８特徴構成は、上記第７特徴構成に加えて、前記処理対象凝縮水通路に、前記充填材中における前記処理対象凝縮水の拡散を促進する拡散壁が設けられている点にある。

上記第８特徴構成によれば、例えば、炭酸イオンの溶存濃度が許容範囲を超える凝縮水のみを処理対象凝縮水として脱炭酸処理を施す場合のように、処理対象凝縮水の量が少ない場合でも、拡散壁を充填材中に設けることで、充填材に滲入した少量の処理対象凝縮水を良好に充填材中に拡散させることができ、処理対象凝縮水通路において充填材に滲入した処理対象凝縮水とカソードオフガスとを良好に接触させて、効率よく脱炭酸処理を行うことができる。

〔第１実施形態〕
本発明に係る燃料電池システムの第１実施形態について、図１に基づいて説明する。
図１に示す燃料電池システム１００は、改質器１０からアノード２１に供給された水素含有ガスＧ１に含まれる水素と、空気ポンプ５からカソード２２に供給された空気Ａに含まれる酸素とを、電解質膜２３を介して反応させて発電する燃料電池部２０を備えて構成されている。
アノード２１は、水素含有ガスＧ１に含まれる水素を発電のために消費して、消費されなかった水素を含み更に燃料電池部２０における反応熱及び反応により生成された水分を含む比較的高温多湿のアノードオフガスＧ２を排出する。
カソード２２は、空気Ａに含まれる酸素を発電のために消費して、燃料電池部２０における反応熱及び反応により生成された水分を含む比較的高温多湿のカソードオフガスＧ３を排出する。

アノード２１から排出されたアノードオフガスＧ２は、凝縮熱交換器２４において、燃料電池部２０等の冷却用等に用いられる比較的低温の冷却水Ｘとの熱交換により冷却される。そして、アノードオフガスＧ２中に含まれる水蒸気が凝縮熱交換器２４による冷却により凝縮され、アノードオフガス凝縮水Ｃ２として冷却後のアノードオフガスＧ２と共に排出される。

カソード２２から排出されたカソードオフガスＧ３は、凝縮熱交換器２６において、冷却水Ｘとの熱交換により冷却される。そして、カソードオフガスＧ３中に含まれる水蒸気が凝縮熱交換器２６による冷却により凝縮され、カソードオフガス凝縮水Ｃ３として冷却後のカソードオフガスＧ３と共に排出される。

改質器１０は、炭化水素やアルコール等の原燃料ガスＧ０を水蒸気改質して水素を含む水素含有ガスＧ１を生成するように構成されている。また、この改質器１０には、水蒸気改質処理を行う処理部等を加熱するための燃焼器１１が設けられており、この燃焼器１１は、アノード２１で消費されなかった水素等を含むアノードオフガスＧ２を燃焼させ、燃焼器１１における燃焼熱及び燃焼により生成された水分を含む比較的高温多湿の燃焼排ガスＧ４を排出するように構成されている。尚、この燃焼器１１は、アノードオフガスＧ２のみを燃焼させたり、そのアノードオフガスＧ２を原燃料ガスＧ０と共に燃焼させるように構成することができる。

燃焼器１１から排出された燃焼排ガスＧ４は、凝縮熱交換器１５において、冷却水Ｘとの熱交換により冷却される。そして、燃焼排ガスＧ４中に含まれる水蒸気が凝縮熱交換器１５による冷却により凝縮され、燃焼排ガス凝縮水Ｃ４として冷却後の燃焼排ガスＧ４と共に排出される。

また、前述の凝縮熱交換器２４，２６，１５において、アノードオフガスＧ２、カソードオフガスＧ３、及び、燃焼排ガスＧ４から冷却水Ｘとの熱交換により回収した熱は、例えば、給湯や暖房用途の湯水を生成するために利用される。

燃料電池システム１００には、前述の水素含有ガスＧ１に含まれる水蒸気が凝縮した水素含有ガス凝縮水Ｃ１、アノードオフガスＧ２に含まれる水蒸気が凝縮したアノードオフガス凝縮水Ｃ２、カソードオフガスＧ３に含まれる水蒸気が凝縮したカソードオフガス凝縮水Ｃ３、燃焼排ガスＧ４に含まれる水蒸気が凝縮した燃焼排ガス凝縮水Ｃ４を回収して処理する凝縮水処理機構３０が設けられており、以下に、その凝縮水処理機構３０について説明を加える。

凝縮水処理機構３０には、炭酸イオンの溶存濃度が許容範囲を超える凝縮水を処理対象凝縮水として回収すると共に溶存する炭酸イオンを脱気除去する脱炭酸処理を施すように構成されている処理タンク３１と、処理対象凝縮水以外の凝縮水を処理不要凝縮水として回収するタンク３５とが設けられている。
即ち、凝縮水処理機構３０は、処理対象凝縮水を処理不要凝縮水とは分別して回収し、その処理対象凝縮水に対してのみ脱炭酸処理を施すように構成されており、脱炭酸処理の効率が向上され、更に、装置の小型化が実現されている。

更に、凝縮水処理機構３０は、気液分離部１３で水素含有ガスＧ１から分離された水素含有ガス凝縮水Ｃ１と、気液分離部２５でアノードオフガスＧ２から分離されたアノードオフガス凝縮水Ｃ２と、気液分離部１６で燃焼排ガスＣ４から分離された燃焼排ガス凝縮水Ｃ４とを、炭酸イオンの溶存濃度が許容範囲を超える処理対象凝縮水として処理タンク３１内に回収し、気液分離部２７でカソードオフガスＧ３から分離されたカソードオフガス凝縮水Ｃ３を、炭酸イオンの溶存濃度が許容範囲内である処理不要凝縮水としてタンク３５内に回収するように構成されている。

凝縮水処理機構３０は、回収した処理対象凝縮水Ｃ１，Ｃ２，Ｃ４に対して、カソード２２から排出されたカソードオフガスＧ３を吹き付けて、脱炭酸処理を施すように構成されており、空気ポンプ５の動力増加や脱炭酸用ガスを供給するためのポンプの新設等を伴わないで、カソードオフガスＧ３を処理対象凝縮水Ｃ１，Ｃ２，Ｃ４の脱炭酸処理のための脱炭酸用ガスとして利用することができる。

即ち、処理対象凝縮水Ｃ１，Ｃ２，Ｃ４が貯留されている処理対象凝縮水貯留部としての処理タンク３１内の底部には、表面に複数の孔を形成した中空パイプからなり、内部にカソードオフガスＧ３が供給されるバブリング手段３２が設けられている。このバブリング手段３２により、処理タンク３１内に貯留している処理対象凝縮水Ｃ１，Ｃ２，Ｃ４中に、バブリング部材３２表面に形成された複数の孔からカソードオフガスＧ３の気泡を発生させ、言い換えれば、処理対象凝縮水Ｃ１，Ｃ２，Ｃ４中にカソードオフガスＧ３をバブリングして、処理対象凝縮水Ｃ１，Ｃ２，Ｃ４に対して脱炭酸処理が施される。
また、処理タンク３１内で脱炭酸処理が施された処理対象凝縮水Ｃ１，Ｃ２，Ｃ４は、連通路３３を通って、タンク３５内に流入し、タンク３５内に貯留されている処理不要凝縮水Ｃ３と共に、排出路３７から排出されて、例えば、改質器１０の水蒸気改質用の処理用水として再利用される。

更に、燃料電池システム１００には、カソード２２から排出され凝縮熱交換器２６にて冷却されカソードオフガス凝縮水Ｃ３が回収された後のカソードオフガスＧ３を、熱回収後の比較的高温の冷却水Ｙとの熱交換により加熱する加熱熱交換器２８（カソードオフガス加熱手段の一例）が設けられており、加熱熱交換器２８にて加熱後のカソードオフガスＧ３が、バブリング手段３２に供給されることで、処理対象凝縮水Ｃ１，Ｃ２，Ｃ４に対する脱炭酸処理の高効率化が図られている。

上記第１実施形態において、水素含有ガス凝縮水Ｃ１とアノードオフガス凝縮水Ｃ２と燃焼排ガス凝縮水Ｃ４とを脱炭酸処理が施される処理対象凝縮水として回収して貯留する処理対象凝縮水貯留部と、カソードオフガス凝縮水Ｃ３を脱炭酸処理を施さない処理不要凝縮水として回収して貯留する処理不要凝縮水貯留部とを、個別の処理タンク３１とタンク３５との２つのタンクで構成したが、図２に示すように、１つのタンク４０で構成することができる。

即ち、図２に示す凝縮水処理機構３０には、１つのタンク４０と、そのタンク４０内を、処理対象凝縮水Ｃ１，Ｃ２，Ｃ４が回収され貯留される処理対象凝縮水貯留部４２と、処理不要凝縮水Ｃ３が回収され貯留される処理不要凝縮水貯留部４３とに区画する区画壁４１とが設けられている。そして、処理対象凝縮水貯留部４２の底部に配置されたバブリング手段３２により、処理対象凝縮水貯留部４２に貯留されている処理対象凝縮水Ｃ１，Ｃ２，Ｃ４に対してのみ脱炭酸処理が施される。
また、処理対象凝縮水貯留部４２で脱炭酸処理が施された処理対象凝縮水Ｃ１，Ｃ２，Ｃ４は、区画壁４１を上方を乗り越えて、処理不要凝縮水貯留部４３に流入し、処理不要凝縮水貯留部４３に貯留されている処理不要凝縮水Ｃ３と共に、排出路３７から排出される。尚、脱炭酸処理が施された処理対象凝縮水Ｃ１，Ｃ２，Ｃ４は、区画壁４１の上方からではなく、区画壁４１の下方に形成した間隙を通って処理不要凝縮水貯留部４３に流入しても構わない。
更に、区画壁４１を、軸心方向を鉛直方向としてタンク４０内に立設された筒状体で構成しても構わず、例えば、その筒状体の内側を処理対象凝縮水貯留部４２とし、筒状体の外側を処理不要凝縮水貯留部４３としても構わない。

上記第１実施形態において、バブリング手段３２により処理対象凝縮水Ｃ１，Ｃ２，Ｃ４中にカソードオフガスＧ３をバブリングして処理対象凝縮水Ｃ１，Ｃ２，Ｃ４に対して脱炭酸処理を施したが、図３及び図４に示すように、バブリング手段３２以外の構成で、脱炭酸処理を施しても構わない。

即ち、図３（イ）及び図４（イ）に示すように、凝縮水処理機構３０には、処理対象凝縮水Ｃ１，Ｃ２，Ｃ４を上端部から導入し下端部から排出する処理対象凝縮水通路５２を内部に形成する筒状体５１と、処理対象凝縮水通路５２の下端部から排出された処理対象凝縮水Ｃ１，Ｃ２，Ｃ４を処理不要凝縮水Ｃ２と共に貯留するタンク５０とが設けられている。
また、筒状体５１の下端部はタンク５０内に貯留されている凝縮水に浸漬されている。

処理対象凝縮水通路５２には、繊維状又は海綿状等の充填材５３が充填されており、更に、その処理対象凝縮水通路５２の下端部には、カソードオフガスＧ３を充填材５３中に供給するガス供給手段５５が設けられている。

そして、充填材５３中に、上端部から供給された処理対象凝縮水Ｃ１，Ｃ２，Ｃ４とガス供給手段５５により供給されたカソードオフガスＧ３とを通過させることにより、処理対象凝縮水Ｃ１，Ｃ２，Ｃ４の表面積を拡大しながらその表面にカソードオフガスＧ３を吹き付けて、処理対象凝縮水Ｃ１，Ｃ２，Ｃ４に対して高効率に脱炭酸処理を施すことができる。
また、処理対象凝縮水通路５２において脱炭酸処理が施された処理対象凝縮水Ｃ１，Ｃ２，Ｃ４は、タンク５０内に流入し、処理不要凝縮水Ｃ３と共に、排出路３７から排出される。

更に、充填材５３が充填されている処理対象凝縮水通路５２に、充填材５３中における処理対象凝縮水Ｃ１，Ｃ２，Ｃ４の拡散を促進する拡散壁を適宜設けることで、脱炭酸処理の一層の高効率化を図ることができる。

即ち、図３（ロ）に示すように、拡散壁として、下方に向けて縮径する漏斗状壁５７を、例えば鉛直方向に沿って複数個並設することで、処理対象凝縮水通路５２を通過する処理対象凝縮水Ｃ１，Ｃ２，Ｃ４を筒状体５１の筒軸心部に集中させると共に、その集中した部分にカソードオフガスＧ３を集中して吹き付けて、処理対象凝縮水Ｃ１，Ｃ２，Ｃ４とカソードオフガスＧ３とを良好に接触させて、脱炭酸処理の高効率化を図ることができる。
また、図３のように漏斗状壁５７を設けることにより、処理対象凝縮水Ｃ１，Ｃ２，Ｃ４が充填材５３に滲入せずに筒状体５１の内壁を伝って投下することを抑制することができ、このような内壁を伝った処理対象凝縮水Ｃ１，Ｃ２，Ｃ４の投下による脱炭酸処理の効率低下を抑制することができる。

また、前述の図３に示す漏斗状壁５７の代わりに、図４（ロ）に示すように、拡散壁として、筒状体５１の筒軸心周りに螺旋状に形成された螺旋状壁５８を設けても構わない。
即ち、筒状体５１の筒軸心に配置された軸体５９周りに螺旋状壁５８を設けることで、処理対象凝縮水Ｃ１，Ｃ２，Ｃ４とカソードオフガスＧ３とが通過する処理対象凝縮水通路５２は、その通過距離が拡大された螺旋状の通路となり、処理対象凝縮水Ｃ１，Ｃ２，Ｃ４とカソードオフガスＧ３とを良好に接触させて、脱炭酸処理の高効率化を図ることができる。

上記第１実施形態においては、凝縮水処理機構３０により、水素含有ガス凝縮水Ｃ１とアノードオフガス凝縮水Ｃ２と燃焼排ガス凝縮水Ｃ４とを炭酸イオンの溶存濃度が許容範囲を超える処理対象凝縮水として、処理不要凝縮水としてのカソードオフガス凝縮水Ｃ３とは分別して回収し、その処理対象凝縮水Ｃ１，Ｃ２，Ｃ４に対して脱炭酸処理を施したが、例えば、凝縮水処理機構３０により、水素含有ガス凝縮水Ｃ１、アノードオフガス凝縮水Ｃ２及び燃焼排ガス凝縮水Ｃ４の全てが回収されない場合には、回収された処理対象凝縮水のみに対して脱炭酸処理を施すように構成することもできる。
また、アノードオフガス凝縮水Ｃ２と燃焼排ガス凝縮水Ｃ４とは別に、炭酸イオンの溶存濃度が許容範囲を超えると予想される凝縮水があれば、その凝縮水を処理対象凝縮水として、処理不要凝縮水とは分別して回収し、その処理対象凝縮水に対して脱炭酸処理を施しても構わない。

上記第１実施形態においては、カソードオフガスＧ３を加熱するためのカソードオフガス加熱手段を、カソードオフガスＧ３を高温の冷却水Ｙとの熱交換により加熱する加熱熱交換器２８で構成したが、カソードオフガス加熱手段を、燃料電池部３０で発電した電力等で駆動する電気ヒータ等の加熱熱交換器２８以外で構成しても構わない。

上記第１実施形態においては、処理対象凝縮水Ｃ１，Ｃ２，Ｃ４に対して吹き付けて脱炭酸処理を施すための脱炭酸用ガスとして、カソードオフガスＧ３を利用したが、別に、例えば、空気ポンプ５からカソード２２に供給される前の空気Ａの一部等のカソードオフガスＧ３以外のガスを脱炭酸用ガスとして用いても構わない。

また、上記第１実施形態において、処理対象凝縮水Ｃ１，Ｃ２，Ｃ４に対する脱炭酸処理方法としては、その処理対象凝縮水Ｃ１，Ｃ２，Ｃ４にカソードオフガスＧ３等の脱炭酸用ガスを吹き付ける方法を採用せずに、イオン交換樹脂等からなる充填材中に処理対象凝縮水Ｃ１，Ｃ２，Ｃ４を通過させる方法や、処理対象凝縮水Ｃ１，Ｃ２，Ｃ４を例えば高温の冷却水Ｙにより加熱する方法や、処理対象凝縮水Ｃ１，Ｃ２，Ｃ４を貯留する処理対象凝縮水貯留部を震動又は揺動させる方法などのあらゆる脱炭酸処理方法を採用しても構わない。

〔第２実施形態〕
本発明に係る燃料電池システムの第２実施形態について、図５に基づいて説明する。尚、図５において、図１に付した符号と同じ符号を付した構成については、前述の第１実施形態と同様の構成であるため、詳細な説明は割愛する。
図５に示す燃料電池システム２００の凝縮水処理機構６０は、上記第１実施形態の凝縮水処理機構３０とは異なり、水素含有ガス凝縮水Ｃ１、アノードオフガス凝縮水Ｃ２、カソードオフガス凝縮水Ｃ３、燃焼排ガス凝縮水Ｃ４の全ての凝縮水を分別することなく処理対象凝縮水として、１つのタンク６１内に回収するように構成されている。そして、バブリング手段３２により、回収した処理対象凝縮水Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４に対してカソードオフガスＧ３を吹き付けて脱炭酸処理が施される。

更に、凝縮水処理機構６０は、カソード２２から排出された高温多湿のカソードオフガスＧ３、即ち、高温で且つカソードオフガス凝縮水Ｃ２となる水蒸気を含んだカソードオフガスＧ３をそのままバブリング手段３２に供給するように構成されている。
即ち、タンク６１内には、気液分離部１３，１６，２５で分離された水素含有ガス凝縮水Ｃ１、アノードオフガス凝縮水Ｃ２、及び、燃焼排ガス凝縮水Ｃ４が処理対象凝縮水として投入されて貯留し、その貯留されている処理対象凝縮水Ｃ１，Ｃ２，Ｃ４に対して、比較的高温のカソードオフガスＧ３を吹き付けることにより、高効率に脱炭酸処理を施しながら、カソードオフガスＧ３中の水蒸気がタンク６１内で冷却されて凝縮しカソードオフガス凝縮水Ｃ２が、他の凝縮水Ｃ１，Ｃ２，Ｃ４と混ざり合って、タンク６１内に貯留され排出される。

尚、第２実施形態においても、上記第１実施形態における図３及び図４に示す構成のように、凝縮水が滲入する充填材中にカソードオフガスを通過させるなどのバブリング手段３２以外の構成で、脱炭酸処理を施しても構わない。

上記第１及び第２実施形態においては、燃焼排ガス凝縮水Ｃ４は、改質器１０の処理部加熱用の燃焼器１１においてアノードオフガスＧ２を燃焼させて排出された燃焼排ガスＧ４から回収したものであったが、別に、アノードオフガスＧ２を燃焼させて給湯や暖房用途の湯水を生成するための燃焼器から排出された燃焼排ガスから回収したものであっても構わない。

上記第１及び第２実施形態において、処理対象凝縮水にカソードオフガスＧ３等の脱炭酸用ガスを吹き付ける方法として、バブリング手段によりタンク内に貯留されている処理対象凝縮水に脱炭酸用ガスをバブリングしたり、ガス供給手段により処理対象凝縮水が滲入した充填材中に脱炭酸用ガスを通過させる方法を採用せずに、処理対象凝縮水貯留部に貯留されている処理対象凝縮水の上方から水面に向けて脱炭酸用ガスを吹き付けたり、トレー状の通路を通過する処理対象凝縮水の水面上空に脱炭酸用ガスを通過させるなどのあらゆる方法を採用しても構わない。

本発明に係る燃料電池システムの第１実施形態を示す概略構成図 凝縮水処理機構の別実施形態を示す部分構成図 凝縮水処理機構の別実施形態を示す部分構成図 凝縮水処理機構の別実施形態を示す部分構成図 本発明に係る燃料電池システムの第２実施形態を示す概略構成図

符号の説明

５：空気ポンプ
１０：改質器
１１：燃焼器
１３，１６，２５，２７：気液分離部
１５，２４，２６：凝縮熱交換器
２０：燃料電池部
２１：アノード
２２：カソード
２３：電解質膜
２８：加熱熱交換器（カソードオフガス加熱手段の一例）
３０，６０：凝縮水処理機構
３１：処理タンク（処理対象凝縮水貯留部）
３２：バブリング手段
５２：処理対象凝縮水通路
５３：充填材
５５：ガス供給手段
５７：漏斗状壁（拡散壁）
５８：螺旋状壁（拡散壁）
６１：タンク（処理対象凝縮水貯留部）
１００：燃料電池システム
Ｃ１：水素含有ガス凝縮水
Ｃ２：アノードオフガス凝縮水
Ｃ３：カソードオフガス凝縮水
Ｃ４：焼排ガス凝縮水
Ｇ０：原燃料ガス
Ｇ１：水素含有ガス
Ｇ２：アノードオフガス
Ｇ３：カソードオフガス
Ｇ４：燃焼排ガス

Claims (8)

1. アノード側の水素とカソード側の酸素とを電解質膜を介して反応させて発電する燃料電池部と、所定の処理ガスから回収した凝縮水を処理する凝縮水処理機構とを備えた燃料電池システムであって、
   前記凝縮水処理機構が、炭酸イオンの溶存濃度が許容範囲を超える処理対象凝縮水を、前記処理対象凝縮水以外の処理不要凝縮水とは分別して回収し、前記処理対象凝縮水に対してのみ炭酸イオンを除去する脱炭酸処理を施すように構成されている燃料電池システム。
2. 前記凝縮水処理機構が、改質器において燃料を水蒸気改質して生成され前記アノードに供給される水素含有ガスから回収した水素含有ガス凝縮水、前記アノードから排出されたアノードオフガスから回収したアノードオフガス凝縮水、及び、前記アノードオフガスを燃焼させて排出された燃焼排ガスから回収した燃焼排ガス凝縮水については、前記処理対象凝縮水として回収するように構成されている請求項１に記載の燃料電池システム。
3. 前記凝縮水処理機構が、前記処理対象凝縮水に対して前記カソードから排出されたカソードオフガスを吹き付けて前記脱炭酸処理を施すように構成されている請求項１又は２に記載の燃料電池システム。
4. アノード側の水素とカソード側の酸素とを電解質膜を介して反応させて発電する燃料電池部と、所定の処理ガスから回収した凝縮水を処理する凝縮水処理機構とを備えた燃料電池システムであって、
   前記凝縮水処理機構が、所定の処理対象凝縮水に対して前記カソードから排出されたカソードオフガスを吹き付けて炭酸イオンを除去する脱炭酸処理を施すように構成されている燃料電池システム。
5. 前記凝縮水処理機構が、前記カソードから排出されたカソードオフガスからカソードオフガス凝縮水を、前記脱炭酸処理を施さない処理不要凝縮水として回収するように構成され、
   前記カソードオフガス凝縮水が回収されたカソードオフガスを加熱するカソードオフガス加熱手段を備え、
   前記凝縮水処理機構が、前記処理対象凝縮水に対して前記カソードオフガス加熱手段で加熱されたカソードオフガスを吹き付けて前記脱炭酸処理を施すように構成されている請求項３又は４に記載の燃料電池システム。
6. 前記凝縮水処理機構が、前記処理対象凝縮水を貯留する処理対象凝縮水貯留部と、前記処理対象凝縮水貯留部に貯留している処理対象凝縮水中に前記カソードオフガスをバブリングして前記脱炭酸処理を施すバブリング手段とを備えて構成されている請求項３〜５の何れか１項に記載の燃料電池システム。
7. 前記凝縮水処理機構が、前記処理対象凝縮水が滲入する充填材を充填した処理対象凝縮水通路を備えると共に、前記充填材中に前記カソードオフガスを通過させて前記脱炭酸処理を施すガス供給手段とを設けて構成されている請求項３〜５の何れか１項に記載の燃料電池システム。
8. 前記処理対象凝縮水通路に、前記充填材中における前記処理対象凝縮水の拡散を促進する拡散壁が設けられている請求項７に記載の燃料電池システム。

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