JP5033323B2

JP5033323B2 - 燃料電池装置

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Publication number: JP5033323B2
Application number: JP2005327975A
Authority: JP
Inventors: 勝行槇原; 浩二進藤
Original assignee: Eneos Celltech Co Ltd
Current assignee: Eneos Celltech Co Ltd
Priority date: 2005-11-11
Filing date: 2005-11-11
Publication date: 2012-09-26
Anticipated expiration: 2025-11-11
Also published as: JP2007134247A

Description

この発明は、燃料電池に、燃料電池から排出される水を、純度の高い水（この発明において、高純度水という）に浄化して再び燃料電池の所要部分に供給するための水処理機能を付加した装置（この発明において、燃料電池装置という）に関するものである。

燃料電池の種類は、燃料電池に用いる電解質層の種類によって、りん酸形（りん酸電解質形）、アルカリ形（アルカリ電解質形）、固体高分子形（固体高分子電解質形）、溶融炭酸塩形、固体酸化物形などに分かれ、りん酸形と固体高分子形との実用構成が知られており、固体高分子形の燃料電池に水処理装置を付加した燃料電池装置１００として図１１のような構成（以下、第１従来技術という）が周知である。

なお、図１１において、二重線で示した箇所は、所要の流体の流路、例えば、管路であって、二重線の一方の線に付した矢印は、内部の流体が流動する方向を示し、また、ごく太い線で画いた箇所は、流体を貯留する槽の壁部・仕切部などの断面を示すものである。

図１１の燃料電池装置１００において、燃料１は、例えば、天然ガスまたは液化石油ガス（ＬＰＧ）であり、ガス改質部１１は、燃料１と、純水貯留槽２５から供給される高純度水２３Ａ、つまり、ガス生成用水１５Ａとを反応させて、水素（Ｈ_２）と炭酸ガス（ＣＯ_２）を主成分とする改質ガス１１Ａを生成する。

この生成の際に生ずる不要のガス成分は排ガスとして外部に放出する。そして、生成した改質ガス１１Ａを燃料電池５０の燃料極５１側に与えるとともに、ガス改質部１１から排出される炭酸ガスを含んだ凝縮水１１Ｂを、後記の凝縮水１３Ｃとともに脱炭酸部１２に与えて、炭酸ガスを除去し、除去した後の凝縮水、すなわち、脱炭酸凝縮水１１Ｃを凝縮水貯留槽２１内に貯留凝縮水２１Ａとして流入している。
なお、この構成では、脱炭酸部１２として、側面部に通気穴を設けたリング体によるラシヒリングを用いている。

改質ガス１１Ａを燃料極５１側で、発電のための反応（この発明において、発電反応という）に寄与させた後に排出される燃料極側の排出流体１３には水分が含まれているため、気液分離部１３Ａで分離して、ガス成分１３Ｂのみをガス改質部１１または後記の加熱機能の部分に与えるとともに、水分を凝縮した凝縮水１３Ｃのみを上記の凝縮水１１Ｂとともに脱炭酸部１２に与えて、上記の脱炭酸凝縮水１１Ｃように凝縮水貯留槽２１内に貯留凝縮水２１Ａとして流入している。

貯留凝縮水２１Ａは、ポンプ２２により、高純度化部２３に送りこまれて、高純度水２３Ａにされた後に、純水貯留槽２５に貯留される。純水貯留槽２５と隣接する空気極水貯留槽２６の空気極用水２６Ａには、純水貯留槽２５の高純度水２３Ａがあふれて、これらの槽２５・２６の間に設けた仕切２５Ｘの上端を乗り越えたものを貯留している。

ここで、純水貯留槽２５内の高純度水２３Ａの水量が不足した場合には、その不足を検出して、外部からの補給水３１、例えば、水道水を凝縮水貯留槽２１に補給することになる。
なお、この第１従来技術の構成では、高純度化部２３に、イオン交換樹脂を用いている。

固体高分子形の燃料電池の場合、電解質層５２を湿潤状態に保つ必要があるため、加湿部２７に、空気２７Ａと、空気極用水２６Ａとを与えることによって得られる加湿空気２７Ｂを、燃料電池５０の空気極５３、すなわち、電解質層５２を挟んで燃料極５１と対向する極に与える。

加湿空気２７Ｂを空気極５３側での発電反応に寄与させた後に排出される空気極側の排出流体２８には、水分が多量に含まれているので、気液分離部２８Ａで水分と、空気とに分離し、凝縮水２８Ｃのみを空気極水貯留槽２６に戻入れ、空気２８Ｂを外部に放出している。

このほか、ガス改質部１１での反応を促進するための加熱機能・熱交換機能などや、燃料電池５０などの部分の過熱を抑制するための冷却機能・熱交換機能などや、燃料電池５０の発電電力に関する電気処理機能などを有するが、図１１では、省略してある。

ここで、上記のような燃料電池装置１００において、凝縮水１１Ｂ・１３Ｃを、この発明では、「燃料側凝縮水」と言い、燃料極５１側の各機能部分の構成によっては、凝縮によらない水が凝縮水１１Ｂ・１３Ｃの中に含まれる場合もあるが、この場合にも、同様に、「燃料側凝縮水」と言う。また、凝縮水２８Ｃを、この発明では、「空気側凝縮水」と言い、空気極５３側の各機能部分の構成によっては、凝縮によらない水が凝縮水２８Ｃの中に含まれる場合もあるが、この場合も、同様に、「空気側凝縮水」と言う。

上記の第１従来技術では、高純度化部２３に、イオン交換樹脂層を用いているが、こうしたイオン交換樹脂では、樹脂が雑イオンを吸着飽和すると、新たなものとの交換が必要になり、取り扱いやランニングコストの面で不都合が生ずる場合もある。

このため、イオン交換樹脂による高純度化部２３に代えて、陽イオン交換膜と陰イオン交換膜とを交互に配列した電気脱イオン装置による高純度化部２３を用いる構成（以下、第２従来技術という）が周知である。
特開２００５−１２９３３４号公報この特許文献１は、上記の第１従来技術の構成を開示している。社団法人電気学会２００１年２月２０日発行電気工学ハンドブック第１８８５頁〜第１８８７頁この非特許文献１は、上記の燃料電池の種類と、りん酸形燃料電池設備の構成を開示している。株式会社技術情報協会２００３年１１月２６日発行最新燃料電池部材その最先端技術と信頼性評価第１４９頁〜第１５３頁この非特許文献２は、上記の第２従来技術の構成を開示している。

上記の第１従来技術の構成では、高純度化部２３の純水化機能部分、例えば、イオン交換樹脂層の容量をなるべく小さくして、装置を小型に構成し、または、雑イオンの吸着飽和までの寿命をなるべく長くした装置の提供が望まれており、上記の第２従来技術の構成によったとしても、純水化機能部分の容量をなるべく小さくするほか、装置全体の構成を小型化して、装置を簡便安価に提供することが望まれている。

また、上記の第１従来技術・第２従来技術の構成は、いずれも、空気側凝縮水２８Ｃを、そのまま、循環させて空気極５３に与え続けているため、不純物の蓄積による純水純度の低下によって、発電能力が低下してくるという不都合があり、こうした不都合を解決した装置の提供が望まれているという課題がある。

この発明は、上記のような燃料電池の燃料極側の構成部分から排出される燃料側凝縮水と、前記燃料電池の空気極側の構成部分から排出される空気側凝縮水とを、高純度化部で高純度化して得られる高純度水を、再び前記燃料極側の構成部分と前記空気極側の構成部分とに供給するための水処理機能を付加した燃料電池装置であって、
前記空気側凝縮水を貯留する空気側貯留槽と、前記燃料側凝縮水を貯留する燃料側貯留槽とを、隣接させて一体に形成する一体形成手段と、
前記空気側凝縮水を貯留した空気側貯留水を、燃料側凝縮水を貯留した燃料側貯留水よりも、優先的に高純度化して前記高純度水を得る空気側優先手段と、
前記空気側貯留水の水量が減少するのに伴って、脱炭酸処理した前記燃料側凝縮水を前記空気側貯留水に補給する補給手段と、
前記空気側貯留槽の内部を、下方に通り口を設けた仕切によって第１槽部分と第２槽部分とに区分するとともに、前記空気極側からの空気側凝縮水が前記第１槽部分に上部から入れ込まれて貯留された前記空気側貯留水を、前記仕切下方の通り口から移動させることで前記第２槽部分に貯留させることにより、前記第２槽部分での前記空気側貯留水の水位を安定させる水位安定手段と、
前記水位安定手段により第２槽部分で安定された状態の水位によって前記空気側貯留水の第２槽部分の水量を検出する水量検出手段と
を具備し、
前記燃料側貯留槽と空気側貯留槽とは、前記燃料側貯留槽と第１槽部分とが仕切の下方に設けた通り口によって連通するような状態で一体に形成され、
前記通り口は、前記空気側貯留槽の内部の、第１槽部分と第２槽部分とに区分する仕切の下方の通り口より小さく形成され、
前記燃料側貯留槽は、燃料電池の燃料極側の構成部分から排出される燃料側凝縮水が入れ込まれるように構成され、
脱炭酸部を、前記燃料側貯留槽内に具備し、前記燃料側貯留槽の上方側から前記燃料側凝縮水を入れ込むとともに、前記燃料側貯留槽の下方側から空気を入れ込むことにより、前記空気の気泡流によって前記脱炭酸処理を行うように構成した
第１の構成と、

上記の第１の構成に加えて、
前記脱炭酸部は、外部から空気が送り込まれる空気管とこの空気管内の空気が吹き出す吹出穴とを前記燃料側貯留槽内の下方に具備する
第２の構成と、

上記の第２の構成に加えて、
前記脱炭酸部は、
水平方向の往復を繰り返しながら垂直方向に蛇行する蛇行路を設けて、前記蛇行路の上方側から前記燃料側凝縮水を入れ込むとともに、前記蛇行路の下方側から空気を入れ込むことにより、前記気泡流を蛇行させて前記脱炭酸処理を行う脱炭酸手段を具備する
第３の構成と、

上記の第１の構成〜第３の構成に加えて、
前記空気側凝縮水を貯留した空気側貯留水の水量を検出する前記水量検出手段とともに、前記燃料側凝縮水を貯留した燃料側貯留水の水量を検出する水量検出手段を備え、かつ、
前記検出にもとづいて、前記脱炭酸凝縮水を前記空気側貯留水に補給し、または、所定の補給水を前記空気側貯留水もしくは前記燃料側貯留水に補給する補給手段を具備する
第４の構成と、

前記燃料側貯留槽には、一定液面を越える高さまで凝縮水が収容されると外部へ溢れ出る溢水路が形成されているとともに、
前記空気側貯留槽には、第２槽部分に収容する凝縮水の液面が前記溢水路の設置高さよりも高い一定高さに、溢水路が形成されている
第５の構成とより、
上記の課題を解決したものである。

この発明によれば、上記のように、空気側凝縮水を貯留した空気側貯留水を優先的に高純度化した高純度水を再び燃料極側の構成部分と空気極側の構成部分とに供給しており、空気側凝縮水は、原理的には、殆どが、空気極側での発電反応によって生ずる高純度の水になっているため、高純度化機能の容量を小さくしても、十分に高純度化できるので、装置をより小型・長寿命化し得る。

一方、燃料側凝縮水には、炭酸ガスが残存し、高純度化部の負荷となるため、脱炭酸処理が必要となる。このため、空気の気泡流によって脱炭酸処理を行い、さらには、複数の往復状に蛇行した蛇行路によって脱炭酸処理を行っているので、脱炭酸処理部分をごく簡便安価な構成にできるなどの効果が得られる。
しかし、燃料側凝縮水は、脱炭酸処理を行っても、空気側凝縮水に比べて、高純度化部への負荷が大きいので、空気側凝縮水を優先して使用することにより、高純度化部を小さくしても、十分に高純度化できるという効果を得ている。

このほか、空気側凝縮水の貯留槽と燃料側凝縮水の貯留槽とを一体化しているため、これらの間の配管構成を無くして、装置をさらに小型化できるほか、水位を安定させた第２槽部分で空気側貯留水の水量を検出しているため、水位の変動による検出のハンチング（ｈｕｎｔｉｎｇ）を防止できるなどの効果が得られるという特長がある。

この発明を実施するための最良の形態とする構成を、以下、図１〜図１０の実施例１〜実施例５などによって説明する。なお、図１〜図１０において、図１１と同一符号で示す部分は、図１１で説明した同一符号の部分と同一の機能を有する部分であり、図１〜図４において、二重線で示した箇所、二重線の一方の線に付した矢印、ごく太い線で画いた箇所などは、図１１の場合と同様である。

以下、図１により実施例１を説明する。図１の構成が図１１の第１従来技術の構成と異なる箇所は次の箇所である。まず、第１には、ガス改質部１１に与えるガス生成用水１５Ａ、すなわち、高純度水２３Ａを、後記のように、高純度化部２３から供給しており、固体高分子形燃料電池に対する適用を考慮して、第２には、燃料極５１側に与える改質ガス１１Ａを、加湿部１４で高純度水２３Ａを与えて加湿することにより、相対湿度１００％に近づけた加湿ガス１１Ｘにして燃料極５１側に与えることにより、発電能力を高めている。

第３には、燃料側凝縮水１１Ｂ・１３Ｃを燃料側貯留水１６Ａとして貯留する燃料側貯留槽１６と、空気側凝縮水２８Ｃを空気側貯留水１７Ａとして貯留する空気側貯留槽１７とを一体に形成して合体槽２０とするとともに、下方に通り口１７Ｙを設けた仕切１７Ｘによって、空気側貯留槽１７を第１槽部分１７Ｂと第２槽部分１７Ｃとに区分している。

第４には、第１槽部分１７Ｂの空気側貯留水１７Ａを通り口１７Ｙから第２槽部分１７Ｃに移動させて貯留することにより、空気側凝縮水２８Ｃ・高純度水２３Ａや後記の補給水３１の入れ込みによる空気側貯留水１７Ａの水位１７Ｌが変動することを防止している。なお、補給水３１を燃料側貯留槽１６に入れるように変更して構成してもよい。

第５には、空気側貯留水１７Ａの水量が所定量以下になったことを検出するための水量検出部１８Ａとして、例えば、後記の図５〜図８・図１０によって説明するフロート１８Ａ１とリードスイッチ１８Ａ２１とによる検出部を設けることにより、空気側貯留水１７Ａの水量が所定下限量以下、例えば、水位１７Ｌが所定下限水位以下になったことを検出した信号にもとづいて制御部１８Ｂが給水弁１８Ｄを制御して補給水３１、例えば、水道水を補給し、水量検出部１８Ａが所定上限水量、例えば、空気側貯留水１７Ａの水面１７Ｓが溢水路１７Ｗに達して、水位１７Ｌが図示の位置になったときに、給水弁１８Ｄを閉じるようにしている。

第６には、燃料側貯留槽１６と、空気側貯留槽１７との間の仕切１６Ｚの下方に通り口１６Ｗを設け、この通り口１６Ｗを通り口１７Ｙよりも小さくすることにより通り口１６Ｗにおける流動抵抗を大きくするとともに、燃料側貯留槽１６の溢水路１６Ｙの高さを空気側貯留槽１７の溢水路１７Ｗの高さよりも低くして、空気側貯留水１７Ａの水面１７Ｓに対して燃料側貯留水１６Ａの水面１６Ｓを低くするように構成している。

このように構成することにより、通常は、第１槽部分１７Ｂの空気側貯留水１７Ａが第２槽部分１７Ｃに流れ込んで、空気側貯留水１７Ａが優先的にポンプ２２を介して高純度化部２３に供給されて高純度水２３Ａとして供給され、燃料側貯留水１６Ａは溢水路１６Ｙから流出するが、空気側貯留水１７Ａが減少してくると、その減少に伴って、燃料側貯留水１６Ａの底部側の脱炭酸凝縮水１１Ｃが通り口１６Ｗから第１槽部分１７Ｂ側に流れ込んで、空気側貯留水１７Ａに補給され、ポンプ２２を介して高純度化部２３に供給されて高純度水２３Ａにされるような作用を行うようにしている。

第７には、燃料側貯留槽１６には、上方側から燃料側凝縮水１１Ｂ・１３Ｃを入れ込むとともに、下方側から空気１６Ｃを入れ込んで気泡流１６Ｃ３を作ることにより、燃料側凝縮水１１Ｂ・１３Ｃの脱炭酸作用を行わせている。

具体的には、燃料側貯留槽１６の底部側に、空気１６Ｃを吹き出させる吹出穴１６Ｃ２を多数設けた空気管1６Ｃ１を配置して、この空気管1６Ｃ１に空気１６Ｃを送り込んで気泡流１６Ｃ３を発生させている。なお、気泡流１６Ｃ３は、図の都合上、太い点線で画いてあるが、細かい気泡を燃料側貯留水１６Ａの内部に満遍なく拡散するようにしている。

第８には、高純度化部２３からの高純度水２３Ａをガス改質部１１・加湿部１４・加湿部２７に与えた残りの高純度水２３Ａを空気側貯留槽１７の第１槽部分１７Ｂに戻し入れている。この戻し入れる量を、例えば、後記の分流箇所２３Ｘに設けた制御弁などによって、調整することにより、高純度化部２３への通水量を適切な量に調整することで、高純度水の配管路での微生物の発生を抑えることができる。

また、高純度化部２３には、イオン交換樹脂による高純度化機能、または、陽イオン交換膜と陰イオン交換膜とを交互に配列した電気脱イオン装置による高純度機能を設けて構成している。

ここで、高純度水２３Ａを各部に供給するための分流箇所２３Ｘには、図示していないが、適宜の開閉弁・流量制御弁などが配置されており、これらの弁を燃料電池５０の発電動作に関連づけて動作させている。

このほか、ガス改質部１１での反応を促進するための加熱機能・熱交換機能などや、燃料電池５０などの部分の過熱を抑制するための冷却機能・熱交換機能などや、燃料電池５０の発電電力に関する電気処理機能などを有するが、図１１の場合と同様に省略してある。

以下、図２により実施例２を説明する。この実施例２は、図１の実施例1の合体槽２０の部分を図２ように変更したものであり、実施例1の構成と異なる箇所は次の箇所である。

まず、第１には、空気側貯留槽１７を１つの槽で構成し、代わりに、燃料側貯留槽１６を、下方に通り口１６Ｕを設けた仕切１６Ｒによって、第１槽部分１６Ｄと第２槽部分１６Ｅとに区分するとともに、第１槽部分１６Ｄに燃料側凝縮水１１Ｂ・１３Ｃを入れ込んで貯留した燃料側貯留水１６Ａを通り口１６Ｕから第２槽部分１６Ｅに入れ込んで貯留している。

第２には、通り口１６Ｗを通り口１６Ｕよりも小さくすることにより通り口１６Ｗにおける流動抵抗を大きくして、通常は、第１槽部分１６Ｄの燃料側貯留水１６Ａが第２槽部分１６Ｅに流れ込んで溢水路１６Ｙから流出し、空気側貯留水１７Ａが優先的にポンプ２２を介して高純度化部２３に供給されて高純度水２３Ａとして供給される。

しかし、空気側貯留水１７Ａが減少してくると、その減少に伴って、燃料側貯留水１６Ａの底部側の脱炭酸凝縮水１１Ｃが通り口１６Ｗから空気側貯留槽１７側に流れ込んで、空気側貯留水１７Ａに補給され、ポンプ２２を介して高純度化部２３に供給されて高純度水２３Ａにされるような作用を行うようにしている。

第３には、水量検出部１８Ａを第２槽部分１６Ｅ側に設けて、第２槽部分１６Ｅの燃料側貯留水１６Ａの水量、例えば、水位１６Ｌにもとづいて給水弁１８Ｄを制御している。なお、水位１６Ｌの方が、見かけ上、図１の水位１７Ｌよりも低いが、空気側貯留水１７Ａの所定下限水量での検出位置を同じにしておけば、実施例1の場合と同様に、空気側貯留水１７Ａの水量を検出する動作を行っていることになるわけである。

以下、図３により実施例３を説明する。この実施例３は、図１の実施例1の合体槽２０の部分を図３ように変更したものであり、実施例1の構成と異なる箇所は次の箇所である。

まず、第１には、空気側貯留槽１７を１つの槽で構成し、水量検出部１８Ａを水圧により水量を検出する検出部、すなわち、圧力センサ１８Ｘ、例えば、市販の半導体圧力センサで構成している。

なお、図３では、圧力センサ１８Ｘを仕切１６Ｚの空気側貯留水１７Ａ側に配置しているが、合体槽２０の内部の下方であれば、空気側貯留槽１７・燃料側貯留槽１６のいずれの壁部または底部でも差し支えないことは言うまでもない。

以下、図４により実施例４を説明する。この実施例４は、図１の実施例1の燃料側貯留槽１６の部分を図４ように変更したものであり、実施例1の構成と異なる箇所は次の箇所である。

まず、第１には、燃料側凝縮水貯留槽１６の内部に、図のように、左右に互い違いに配置された違い棚板状の案内板１６Ｘを設けることによって、水平方向の往復を繰り返しながら垂直方向に蛇行する蛇行路１６Ｂを形成している。

第２には、蛇行路１６Ｂの上方側から燃料側凝縮水１１Ｂ・１３Ｃを入れ込むとともに、空気１６Ｃを蛇行路１６Ｂの下方側から入れ込むことよって、燃料側貯留水１６Ａの中に蛇行状の気泡流１６Ｃ３を作ることにより、燃料側凝縮水１１Ｂ・１３Ｃの脱炭酸作用を行わせている。なお、気泡流１６Ｃ３の気泡を発生する仕組みは、図１の実施例1の場合と同様の構成にしてある。

以下、図５〜図１０により実施例５を説明する。この実施例５は、図４の実施例４の燃料側貯留槽１６の部分の具体的構成例である。なお、図５・図６は内部に各凝縮水を入れていない状態、また、図７〜図１０は、図５・図６に示したイ〜ニの箇所の各断面図で、いずれも各凝縮水を入れた状態を示しており、図７〜図１０において、斑点を画いた箇所は各凝縮水の断面部分を示している。

ここで、この実施例５の場合には、図５〜図７・図９・図１０において、開閉弁１８Ｃ（通り口１６Ｗ）と記載した箇所は、開閉弁１８Ｃが無く、通り口１６Ｗになっており、また、図７・図８において、リードスイッチ１８Ａ２１が上方・途中・下方の３箇所に配置されているうちの途中に配置されているものが無い構成になっているものである。

そして、合体槽２０は、六面体形の外殻２０Ａの中を、水平面内において、Ｔ字形の仕切２０Ｂで仕切ることにより、燃料側貯留槽１６と、空気側貯留槽１７の第１槽部分１７Ｂ・第２槽部分１７Ｃとの３区画に仕分けてある。

水量検出部１８Ａの部分は、外殻２０Ａの上面側に設けた穴に入れ込んで取り付けるようにしてあり、取付蓋１８Ａ３の取付ねじを外すと、取付蓋１８Ａ３と一体に取り出せる。

水量検出部１８Ａは、垂直方向の支柱管１８Ａ２に案内されて上下に自由に移動できるフロート１８Ａ１の支柱管１８Ａ２側に永久磁石１８Ａ１１を配置するとともに、支柱管１８Ａ２の内部にリードスイッチ１８Ａ２１を配置することにより、水位１７Ｌの変化に伴ってフロート１８Ａ１を上下させるように構成してある。

そして、永久磁石１８Ａ１１がリードスイッチ１８Ａ２１の位置に来たときに、永久磁石１８Ａ１１の磁力によってリードスイッチ１８Ａ２１を閉じさせることにより、検出信号が得られるようにしているので、例えば、上方のリードスイッチ１８Ａ２１が閉じた検出信号のときは、給水弁１８Ｄを閉じて補給水３１の供給を停止し、下方のリードスイッチ１８Ａ２１が閉じた検出信号のときは、給水弁１８Ｄを開いて補給水３１を供給する。

以下、図５〜図１０により実施例６を説明する。この実施例６は、上記の実施例１〜実施例５の構成を、水量検出部１８Ａによって、燃料側貯留水１６Ａを空気側貯留水１７Ａに補給することを制御するように変更したものである。

ここで、この実施例６の場合には、図５〜図７・図９・図１０において、開閉弁１８Ｃ（通り口１６Ｗ）と記載した箇所は、開閉弁１８Ｃを設けてあり、また、図７・図８において、リードスイッチ１８Ａ２１は上方・途中・下方の３箇所に配置された構成になっているものである。

そして、上方の位置のリードスイッチ１８Ａ２１が閉じた検出信号のときは、開閉弁１８Ｃを閉じて、燃料側貯留水１６Ａを空気側貯留水１７Ａ側に流動させないようし、途中の位置のリードスイッチ１８Ａ２１が閉じた検出信号のときは、開閉弁１８Ｃを開いて、燃料側貯留水１６Ａを空気側貯留水１７Ａ側に流動させて、燃料側貯留水１６Ａが空気側貯留水１７Ａに補給されるようにする。

つまり、上記の実施例1〜実施例６の構成は、概括的には、第１には、
燃料電池５０の燃料極５１側の構成部分から排出される燃料側凝縮水１１Ｂ・１３Ｃと、上記の燃料電池５０の空気極５３側の構成部分から排出される空気側凝縮水２８Ｃとを、例えば、高純度化部２３で、高純度化して得られる高純度水２３Ａを、再び上記の燃料極５１側の構成部分と上記の空気６３極側の構成部分とに供給するための水処理機能を付加した燃料電池装置１００において、
上記の空気側凝縮水２８Ｃを貯留した空気側貯留水１７Ａを優先的に高純度化して上記の高純度水２３Ａを得る空気側優先手段と、
上記の空気側貯留水２３Ａの水量が減少に伴って、例えば、脱炭酸部１２で、脱炭酸処理した上記の燃料側凝縮水、すなわち、脱炭酸凝縮水１１Ｃを上記の空気側貯留水１７Ａに補給する補給手段と
を設けた上記の第１の構成を構成していることになるものである。

第２には、上記の第１の構成に加えて、
上記の空気側凝縮水２８Ｃを貯留する空気側貯留槽１７と、上記の燃料側凝縮水１１Ｂ・１３Ｃを貯留する燃料側貯留槽１６とを、隣接させて一体に、例えば、合体槽２０として、形成する一体形成手段と、
上記の燃料側貯留槽１６の上方側から上記の燃料側凝縮水１１Ｂ・１３Ｃを入れ込むとともに、上記の燃料側貯留槽１６の下方側から空気１６Ｃを入れ込むことにより、上記の空気１６Ｃの気泡流１６Ｃ３によって上記の脱炭酸処理を行う脱炭酸手段と
を設けた上記の第２の構成を構成していることになるものである。

第３には、上記の第２の構成に加えて、
水平方向の往復を繰り返しながら垂直方向に蛇行する蛇行路１６Ｂを設けて、上記の蛇行路１６Ｂの上方側から上記の燃料側凝縮水１１Ｂ・１３Ｃを入れ込むとともに、上記の蛇行路１６Ｂの下方側から空気１６Ｃを入れ込むことにより、上記の気泡流１６Ｃ３を蛇行させて上記の脱炭酸処理を行う脱炭酸手段
を設けた上記の第３の構成を構成していることになるものである。

第４には、上記の第１の構成〜第３の構成に加えて、
上記の空気側凝縮水２８Ｃを貯留した空気側貯留水１７Ａの水量、または、上記の燃料側凝縮水１１Ｂ・１３Ｃを貯留した燃料側貯留水１６Ａの水量を検出する水量検出手段と、
上記の検出にもとづいて、上記の脱炭酸凝縮水１１Ｃを上記の空気側貯留水２８Ｃに補給し、または、所定の補給水３１を上記の空気側貯留水２８Ｃもしくは上記の燃料側貯留水１６Ａに補給する補給手段と
を設けた上記の第４の構成を構成していることになるものである。

第５には、上記の第４の構成に加えて、
上記の空気側貯留槽１７、または、上記の燃料側貯留槽１６の内部を、下方に通り口１７Ｙ・１６Ｕを設けた仕切１７Ｘ・１６Ｒによって第１槽部分１７Ｂ・１６Ｄと第２槽部分１７Ｃ・１６Ｅとに区分するとともに、上記の第１槽部分１７Ｂ・１６Ｄに貯留した上記の空気側貯留水１７Ａまたは上記の燃料側貯留水１６Ａを上記の通り口１７Ｙ・１６Ｕから移動させて上記の第２槽部分１７Ｃ・１６Ｅに貯留することにより、上記の第２槽部分１７Ｃ・１６Ｅにおける上記の空気側貯留水１７Ａまたは上記の燃料側貯留水１６Ａの水位１７Ｌ・１６Ｌを安定させる水位安定手段と、
上記の水位１７Ｌ・１６Ｌによって上記の空気側貯留水１７Ａの水量を検出する水量検出手段と
を設けた上記の第５の構成していることになるものである。

〔変形実施〕
この発明は次のように変形して実施することを含むものである。
（１）実施例１〜実施例６の構成を第１従来技術または第２従来技術の構成に適用して構成する。
（２）実施例１〜実施例６の構成において、高純度化部２３と分流箇所２３Ｘとの間に、高純度水２３Ａを貯留する高純度水貯留槽を設けて、一旦、貯留した高純度水２３Ａをポンプによって分流箇所２３Ｘに供給するように変更して構成する。
（３）上記（２）の構成において、余った高純度水２３Ａを空気側貯留槽１７に戻し入れずに、上記の高純度水貯留槽に貯留しておくように変更して構成する。
（４）実施例５・実施例６の構成において、燃料側凝縮水１１Ｂを燃料側貯留槽１６に入れ込む流路と、燃料側凝縮水１３Ｃを燃料側貯留槽１６に入れ込む流路とを、実施例１〜実施例４の構成のように、別個の流路に分けて入れ込むように変更して構成する。
（５）実施例５・実施例６の構成において、平面内における燃料側貯留槽１６と、空気側貯留槽１７の第１槽部分１７Ｂ・第２槽部分１７Ｃとの配置位置を、前後・左右を任意に入れ替えて構成する。
（６）実施例５・実施例６の構成において、空気側貯留槽１７の第１槽部分１７Ｂ・第２槽部分１７Ｃとの配置位置を、実施例１・実施例２・実施例４と同様に、横並びの配置に変更して構成する。
（７）実施例１〜実施例６の構成ならびに上記（１）〜（６）の構成を他の形式の燃料電池、すなわち、りん酸形、アルカリ形、溶融炭酸塩形、固体酸化物形などに適用して構成する。

上記のように、この発明は、燃料電池装置における高純度化機能部分の小型化・軽便安価化に寄与し得るという効果があるので、燃料電池装置のみならず、燃料電池装置を用いた熱電併給装置（コージェネレーション装置）、燃料電池自動車に適用して構成することにより、同様の効果を発揮し得るものである。

図１〜図１０は、この発明の実施例を、また、図１１は従来技術を示し、各図の内容は次のとおりである。
実施例１の全体ブロック構成図実施例２の要部ブロック構成図実施例３の要部ブロック構成図実施例４の全体ブロック構成図実施例５・実施例６の要部構成平面図実施例５・実施例６の要部構成正面図実施例５・実施例６の要部構成縦断面図実施例５・実施例６の要部構成縦断面図実施例５・実施例６の要部構成縦断面図実施例５・実施例６の要部構成横断面図従来技術の全体ブロック構成図

符号の説明

１燃料
１１ガス改質部
１１Ａ改質ガス
１１Ｂ燃料側凝縮水
１１Ｃ脱炭酸凝縮水
１１Ｄ排ガス
１１Ｘ加湿ガス
１２脱炭酸部
１３排出流体
１３Ａ気液分離部
１３Ｂガス成分
１３Ｃ燃料側凝縮水
１４加湿部
１５Ａガス生成用水
１６燃料側貯留槽
１６Ａ燃料側貯留水
１６Ｂ蛇行路
１６Ｃ空気
１６Ｃ３気泡流
１６Ｄ第１槽部分
１６Ｅ第２槽部分
１６Ｌ水位
１６Ｒ仕切
１６Ｓ水面
１６Ｘ案内板
１６Ｕ通り口
１６Ｗ通り口
１６Ｘ通り口
１６Ｙ溢水路
１６Ｚ仕切
１７空気側貯留槽
１７Ａ空気側貯留水
１７Ｂ第１槽部分
１７Ｃ第２槽部分
１７Ｌ水位
１７Ｓ水面
１７Ｗ溢水路
１７Ｘ仕切
１７Ｙ通り口
１８Ａ水量検出部
１８Ａ１フロート
１８Ａ２支柱管
１８Ａ１１永久磁石
１８Ａ２１リードスイッチ
１８Ａ３取付蓋
１８Ｂ制御部
１８Ｄ給水弁
１８Ｘ圧力センサ
２０合体槽
２０Ａ外殻
２０ＢＴ字形の仕切
２１凝縮水貯留槽
２１Ａ貯留凝縮水
２２ポンプ
２３高純度化部
２３Ａ高純度水
２３Ｘ分流箇所
２５純水貯留槽
２５Ｘ仕切
２６空気極水貯留槽
２６Ａ空気極用水
２７加湿部
２７Ａ空気
２７Ｂ加湿空気
２８排出流体
２８Ａ気液分離部
２８Ｂ空気
２８Ｃ空気側凝縮水
３１補給水
５０燃料電池
５１燃料極側
５２電解質層
５３空気極
１００燃料電池装置

Claims

燃料電池の燃料極側の構成部分から排出される燃料側凝縮水と、前記燃料電池の空気極側の構成部分から排出される空気側凝縮水とを、高純度化部で高純度化して得られる高純度水を、再び前記燃料極側の構成部分と前記空気極側の構成部分とに供給するための水処理機能を付加した燃料電池装置であって、
前記空気側凝縮水を貯留する空気側貯留槽と、前記燃料側凝縮水を貯留する燃料側貯留槽とを、隣接させて一体に形成する一体形成手段と、
前記空気側凝縮水を貯留した空気側貯留水を、燃料側凝縮水を貯留した燃料側貯留水よりも、優先的に高純度化して前記高純度水を得る空気側優先手段と、
前記空気側貯留水の水量が減少するのに伴って、脱炭酸処理した前記燃料側凝縮水を前記空気側貯留水に補給する補給手段と、
前記空気側貯留槽の内部を、下方に通り口を設けた仕切によって第１槽部分と第２槽部分とに区分するとともに、前記空気極側からの空気側凝縮水が前記第１槽部分に上部から入れ込まれて貯留された前記空気側貯留水を、前記仕切下方の通り口から移動させることで前記第２槽部分に貯留させることにより、前記第２槽部分での前記空気側貯留水の水位を安定させる水位安定手段と、
前記水位安定手段により第２槽部分で安定された状態の水位によって前記空気側貯留水の第２槽部分の水量を検出する水量検出手段と
を具備し、
前記燃料側貯留槽と空気側貯留槽とは、前記燃料側貯留槽と第１槽部分とが仕切の下方に設けた通り口によって連通するような状態で一体に形成され、
前記通り口は、前記空気側貯留槽の内部の、第１槽部分と第２槽部分とに区分する仕切の下方の通り口より小さく形成され、
前記燃料側貯留槽は、燃料電池の燃料極側の構成部分から排出される燃料側凝縮水が入れ込まれるように構成され、
脱炭酸部を、前記燃料側貯留槽内に具備し、前記燃料側貯留槽の上方側から前記燃料側凝縮水を入れ込むとともに、前記燃料側貯留槽の下方側から空気を入れ込むことにより、前記空気の気泡流によって前記脱炭酸処理を行うように構成した
ことを特徴とする燃料電池装置。
前記脱炭酸部は、外部から空気が送り込まれる空気管とこの空気管内の空気が吹き出す吹出穴とを前記燃料側貯留槽内の下方に具備する
ことを特徴とする請求項１記載の燃料電池装置。
前記脱炭酸部は、
水平方向の往復を繰り返しながら垂直方向に蛇行する蛇行路を設けて、前記蛇行路の上方側から前記燃料側凝縮水を入れ込むとともに、前記蛇行路の下方側から空気を入れ込むことにより、前記気泡流を蛇行させて前記脱炭酸処理を行う脱炭酸手段を具備する
ことを特徴とする請求項１記載の燃料電池装置。
前記空気側凝縮水を貯留した空気側貯留水の水量を検出する前記水量検出手段とともに、前記燃料側凝縮水を貯留した燃料側貯留水の水量を検出する水量検出手段を備え、かつ、
前記検出にもとづいて、前記脱炭酸凝縮水を前記空気側貯留水に補給し、または、所定の補給水を前記空気側貯留水もしくは前記燃料側貯留水に補給する補給手段を具備する
ことを特徴とする請求項１記載の燃料電池装置。
前記燃料側貯留槽には、一定液面を越える高さまで凝縮水が収容されると外部へ溢れ出る溢水路が形成されているとともに、
前記空気側貯留槽には、第２槽部分に収容する凝縮水の液面が前記溢水路の設置高さよりも高い一定高さに、溢水路が形成されている、
ことを特徴とする請求項１記載の燃料電池装置。