JP7404753B2 - 水精製器および燃料電池システム - Google Patents

Description

本発明は、水精製器および燃料電池システムに関する。

従来、この種の水精製器としては、容器内にイオン交換樹脂を充填し、処理対象の水を容器内に流入させてイオン交換樹脂により浄化する水精製器が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この水精製器では、攪拌板を容器内に配置すると共に、攪拌板を回転させるためのモータやハンドルなどを備え、攪拌板でイオン交換樹脂を攪拌することにより、イオン交換樹脂の粒を容器内で移動させて、イオン交換樹脂を満遍なく利用するものとしている。

特開平５－１６２０１７号公報

上述した水精製器では、イオン交換樹脂の利用率を向上させるものの攪拌するための攪拌板やそれを作動させるためのモータやハンドルなどが必要となるから、水精製器のコスト増を招いてしまう。また、水精製器の構成が複雑となるため、故障の原因となるおそれもある。

本発明は、簡易な構成で水精製器内のイオン交換樹脂の利用率を向上させて寿命を延ばすことを主目的とする。

本発明は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明の水精製器は、
水を精製する水精製器であって、
上部に水の流入口を有すると共に下部に水の流出口を有し、前記流入口から流入した水が流通するイオン交換樹脂層を収容する収容容器と、
前記流入口から流入した水を前記イオン交換樹脂層の上面の複数箇所に分配するように導く水分配部材と、
を備えることを要旨とする。

本発明の水精製器では、収容容器の上部の流入口から流入した水を、収容容器に収容されたイオン交換樹脂層の上面の複数箇所に分配するように導く水分配部材を備える。このため、収容容器の上部の流入口から流入した水がイオン交換樹脂層の上面の一箇所に導かれるものに比して、イオン交換樹脂層内の通水の偏りを抑制してイオン交換樹脂を有効に活用することができる。また、複数箇所への水の分配を、水分配部材によって行うから、動力源などの必要のない簡易な構成とすることができる。したがって、簡易な構成で水精製器内のイオン交換樹脂の利用率を向上させて寿命を延ばすことができる。

本発明の水精製器において、前記水分配部材は、前記流入口から流入した水を受ける凹状部と、前記凹状部の開口の縁から上り勾配で傾斜する傾斜面を有すると共に該傾斜面の外縁側に複数の貫通穴が形成された傾斜部とにより構成されているものとしてもよい。こうすれば、複数の貫通穴からイオン交換樹脂層の上面の複数箇所に水を容易に分配することができる。また、流入口から流入した水を凹状部で受けた後、凹状部から溢れた水が複数の貫通穴からイオン交換樹脂層の上面に導かれるから、流入口から流入した水がイオン交換樹脂層に到達するまでの時間を長くすることができる。このため、流入口から高温の水が流入した場合でも、水温が低下した状態でイオン交換樹脂に到達させることができ、イオン交換樹脂層の熱劣化を抑制して寿命を延ばすことができる。

本発明の水精製器において、前記水分配部材は、前記流入口から流入した水を導入する複数の導入口が板面に形成された板状部と、前記導入口から前記イオン交換樹脂層の上面まで上下に延びる流路を形成すると共に該流路の途中に絞りが形成された複数の流路形成部とにより構成されているものとしてもよい。こうすれば、複数の導入口と複数の流路形成部とにより、イオン交換樹脂層の上面の複数箇所に水を容易に分配することができる。また、流路には絞りが形成されているから、流入口から流入した水がイオン交換樹脂層に到達するまでの時間を長くすることができる。このため、流入口から高温の水が流入した場合でも、水温が低下した状態でイオン交換樹脂に到達させることができ、イオン交換樹脂層の熱劣化を抑制して寿命を延ばすことができる。

本発明の水精製器において、前記水分配部材は、前記収容容器内において前記イオン交換樹脂層の上面に配置され、水よりも比重の大きい材料で形成されているものとしてもよい。こうすれば、イオン交換樹脂層を水分配部材で押さえることができるから、流速の比較的速い水が流入口から流入しても、イオン交換樹脂層が分離するのを抑制してイオン交換効率を適切に維持することができる。

本発明の水精製器において、前記水分配部材は、前記イオン交換樹脂層内を上下に延在する柱状部と、該柱状部と同軸上に前記イオン交換樹脂層から露出して設けられると共に前記流入口から流入した水を傾斜面に沿って流すように上端側が先細りのテーパ状部とにより構成されており、前記柱状部から放射状に延在し、前記イオン交換樹脂層を複数の縦割り状の領域に仕切る仕切部材を備えるものとしてもよい。こうすれば、容器の高さを抑えつつ、イオン交換樹脂層の複数の縦割り状の領域を有効に利用して、イオン交換樹脂の利用率を向上させることができる。

本発明の燃料電池システムは、
上述したいずれかの水精製器を備える燃料電池システムであって、
改質水を用いて原燃料ガスを改質して改質ガスを生成する改質器と、
前記改質ガスと酸化剤ガスとに基づいて発電する燃料電池と、
前記改質水を蓄える改質水タンクを有し、該改質水タンク内の改質水を前記改質器に供給する改質水供給装置と、
前記燃料電池を通過した前記改質ガスを燃焼させる燃焼部と、
前記改質ガスの燃焼により生成された燃焼排ガスを凝縮させる凝縮器と、
前記凝縮器と前記改質水タンクとに接続されると共に前記水精製器が設けられ、前記凝縮器で凝縮された凝縮水を前記水精製器を通してから前記改質水タンクへ供給する凝縮水路と、
前記燃料電池システムの筐体の上部に設けられた排気口と前記凝縮器とに接続され、前記凝縮器を通過した燃焼排ガスのガス成分を前記排気口へ送る排気路と、
を備え、
前記排気口から前記排気路および前記凝縮水路を介して前記改質水タンクに給水可能なことを要旨とする。

本発明の燃料電池システムでは、上述したいずれかの水精製器を備えるから、本発明の水精製器と同様に、簡易な構成で水精製器内のイオン交換樹脂の利用率を向上させて寿命を延ばすことができる。また、排気口から排気路および凝縮水路を介して改質水タンクに給水する場合、流速の比較的速い水が流入口から流入することがある。その場合に、イオン交換樹脂層内の通水の偏りがあると、イオン交換樹脂層の部分的な劣化が顕著となるおそれがあるが、イオン交換樹脂層内の通水の偏りを抑制することで、そのようなおそれを防止することができる。

燃料電池システム２０の構成の概略を示す構成図である。 水精製器８０の外観図である。 水精製器８０の構成の概略を示す構成図である。 水分配部材８５の構成の概略を示す構成図である。 改質水タンク６１への給水経路を示す説明図である。 水精製器８０における水の流れの様子を示す説明図である。 水精製器８０が倒れた状態の様子を示す説明図である。 変形例の水精製器１８０の構成の概略を示す構成図である。 変形例の水分配部材１８５の構成の概略を示す構成図である。 水精製器１８０における水の流れの様子を示す説明図である。 変形例の水精製器２８０の構成の概略を示す構成図である。 変形例の水分配部材２８５の構成の概略を示す構成図である。 水精製器２８０における水の流れの様子を示す説明図である。

次に、本発明を実施するための形態について説明する。

図１は燃料電池システム２０の構成の概略を示す構成図である。本実施形態の燃料電池システム２０は、図１に示すように、発電モジュール３０と、原燃料ガス供給装置４０と、エア供給装置５０と、改質水供給装置６０と、排熱回収装置７０と、水精製器８０と、制御装置９０とを備える。

発電モジュール３０は、水素を含む燃料ガス（改質ガス）と酸素を含む酸化剤ガス（エア）との供給を受けて発電する燃料電池スタック３１と、改質水を蒸発させて水蒸気を生成すると共に原燃料ガス（例えば天然ガスやＬＰガス）を予熱する気化器３２と、原燃料ガスと水蒸気とから燃料ガス（改質ガス）を生成する改質器３３とを備える。

燃料電池スタック３１は、酸素イオン伝導体からなる固体電解質と、固体電解質の一方の面に設けられたアノードと、固体電解質の他方の面に設けられたカソードとを備える燃料電池セルが積層された固体酸化物形燃料電池として構成されており、アノードに供給される燃料ガス中の水素とカソードに供給されるエア中の酸素とによる電気化学反応によって発電する。燃料電池スタック３１の出力端子は、図示しないパワーコンディショナを介して商用電源と負荷とを接続する電力ラインに接続されている。燃料電池スタック３１から出力端子に出力された直流電力は、パワーコンディショナによる電圧変換および直流／交流変換を経て商用電源からの交流電力に付加されて負荷に供給される。

原燃料ガス供給装置４０は、原燃料ガスを供給するガス供給源１０と気化器３２とを接続する原燃料ガス供給管４１と、原燃料ガス供給管４１にガス供給源１０側から順に設けられる原燃料ガス供給弁４２（２連弁），原燃料ガスポンプ４３および脱硫器４４とを備える。原燃料ガス供給装置４０は、原燃料ガス供給弁４２を開弁した状態で原燃料ガスポンプ４３を作動させることにより、ガス供給源１０からの原燃料ガスを脱硫器４４を介して気化器３２へ供給する。脱硫器４４は、原燃料ガスに含まれる硫黄分を除去するものであり、例えば、硫黄化合物をゼオライトなどの吸着剤に吸着させて除去する常温脱硫方式などを採用することができる。気化器３２へ供給された原燃料ガスは、気化器３２で予熱された後、改質器３３へ供給され、燃料ガスへと改質される。そして、改質された燃料ガスは、マニホールド３６を介して燃料電池スタック３１のアノードへ供給される。

エア供給装置５０は、外気と連通するフィルタ５１と燃料電池スタック３１とを接続するエア供給管５２と、エア供給管５２に設けられるエアブロワ５３とを備える。エア供給装置５０は、エアブロワ５３を作動することにより、フィルタ５１を介して吸入したエアを燃料電池スタック３１のカソードへ供給する。

改質水供給装置６０は、改質水を貯留する改質水タンク６１と、改質水タンク６１と気化器３２とを接続する改質水供給管６２と、改質水供給管６２に設けられる改質水ポンプ６３とを備える。改質水供給装置６０は、改質水ポンプ６３を作動させることにより、改質水タンク６１の改質水を気化器３２へ供給する。気化器３２へ供給された改質水は、気化器３２で水蒸気とされ、改質器３３における水蒸気改質反応に利用される。改質水タンク６１には、貯留されている改質水の水位を検出するための水位センサ６４が設けられている。

燃料電池スタック３１と気化器３２と改質器３３とは、断熱材料により形成された箱型のモジュールケース３８に収容されている。モジュールケース３８内には、燃料電池スタック３１の起動や、気化器３２における水蒸気の生成、改質器３３における水蒸気改質反応に必要な熱を供給するための燃焼部３４が設けられている。燃焼部３４には燃料電池スタック３１を通過した燃料オフガス（アノードオフガス）と酸化剤オフガス（カソードオフガス）とが供給され、これらの混合ガスを点火ヒータ３５により点火して燃焼させることにより、燃焼熱を燃料電池スタック３１や気化器３２、改質器３３に供給する。燃料オフガスおよび酸化剤オフガスの燃焼により生成される燃焼排ガスは、燃焼触媒３７を介して熱交換器７５へ供給される。燃焼触媒３７は、燃焼部３４で燃え残ったオフガスを触媒によって再燃焼させる酸化触媒である。

排熱回収装置７０は、貯湯水を貯留する貯湯タンク７１と、熱交換器７５と、貯湯タンク７１と熱交換器７５とを接続して貯湯水の循環路を形成する循環配管７２と、循環配管７２に設けられた循環ポンプ７３とを備える。排熱回収装置７０は、循環ポンプ７３を作動させて貯湯水を循環させることにより、貯湯タンク７１の下部から貯湯水を取り出して熱交換器７５にて燃焼排ガスとの熱交換により加温し、加温した貯湯水を貯湯タンク７１の上部へ戻す。熱交換器７５は凝縮水供給管７６を介して改質水タンク６１に接続されると共に排気配管２３を介して外気と連通されている。熱交換器７５に供給された燃焼排ガスは、貯湯水との熱交換によって冷却され、水蒸気成分が凝縮されて凝縮水供給管７６を介して改質水タンク６１に回収される。また、残りの排気ガスは、排気配管２３を介して外気へ排出される。

排気配管２３は、一端側が熱交換器７５の排気ガス出口と接続され、他端側が上方に延びて筐体２１の上面に形成された排気筒２２と接続されており、熱交換器７５から排出された燃焼排ガスのガス成分を排気筒２２から外部へ排出する。排気筒２２は、上下に延びて上端で開口した円筒状（筒状）の部材であり、排気筒２２の側面には、排気配管２３が接続されており、排気筒２２の底面における中心部には、排気筒２２に浸入した水（雨水など）を外部へ排出するための排水配管２４が接続されている。

水精製器８０は、凝縮水供給管７６に設けられている。図２は水精製器８０の外観図であり、図３は水精製器８０の構成の概略を示す構成図であり、図４は水分配部材８５の構成の概略を示す構成図である。水精製器８０は、筐体２１の底部に配設されるベース８１と、ベース８１に支持され上部の開口を覆う上蓋８３を有する収容容器８２と、収容容器８２に充填されるイオン交換樹脂層８４と、水分配部材８５とを備える。この水精製器８０は、凝縮水が流入する流入口８０ａが収容容器８２の上蓋８３に形成されると共に凝縮水が流出する流出口８０ｂが収容容器８２の下部に形成され、凝縮水供給管７６から供給される凝縮水がイオン交換樹脂層８４を流通する際に、凝縮水に含まれる不純物を除去して純水化する。イオン交換樹脂層８４は、例えば陰イオン交換樹脂としてのアニオン樹脂と、陽イオン交換樹脂としてのカチオン樹脂とが所定の比率で混合されたものである。なお、図３ではベース８１や流出口８０ｂなどを省略し、水精製器８０を簡略化して示す。

水分配部材８５は、中央に設けられ流入口８０ａから流入した水を受ける凹状部８６と、凹状部８６の開口の縁から上り勾配で傾斜する傾斜面８７ａを有すると共に傾斜面８７ａの外縁側に複数の貫通穴８８が形成された傾斜部８７とにより構成された樹脂製の部材である。水分配部材８５は、凹状部８６の底がイオン交換樹脂層８４の上面８４ａに支持されるように、収容容器８２の上方の空間８２ａ内に配置される。凹状部８６は、上方から下方に向かうにつれて径（内径および外径）が小さくなるように略逆円錐台状に形成されている。傾斜部８７は、上面視で略矩形状に形成されており、貫通穴８８が四隅に１つずつ計４つ形成されている。また、傾斜部８７は、収容容器８２の内寸よりも一回り小さな外寸に形成されている。このため、水分配部材８５が収容容器８２内に配置された状態で、水分配部材８５を収容容器８２内の略中央に位置させると共に、水分配部材８５（傾斜部８７）と収容容器８２の内面との間に隙間を生じさせるものとなる。本実施形態では、水分配部材８５は、水よりも比重の大きい材料、例えばガラス繊維補強ポリプロピレン樹脂やポリエステル樹脂、アクリル樹脂、塩化ビニル樹脂などの樹脂材料により形成されている。

制御装置９０は、ＣＰＵを中心としたマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵの他に、ＲＯＭやＲＡＭ、入出力ポートを備える。制御装置９０には、原燃料ガス供給管４１を流れる原燃料ガスの単位時間当たりの流量を検出するガス流量センサやエア供給管５２を流れるエアの単位時間当たりの流量を検出するエア流量センサ、水位センサ６４からの検出信号などが入力ポートを介して入力されている。一方、制御装置９０からは、点火ヒータ３５や原燃料ガス供給弁４２、原燃料ガスポンプ４３、エアブロワ５３、改質水ポンプ６３、循環ポンプ７３などへの駆動信号が出力ポートを介して出力されている。

こうして構成された燃料電池システム２０は、改質水タンク６１の水位が所定水位以上である等のシステム起動条件が成立している状態で、システムの起動が要求されると、システム起動処理を実行する。システム起動処理は、例えば、対応する補機類を順次制御し、脱硫器４４に燃料成分を吸着させて混合ガスの空燃比ずれを抑制する燃料吸着処理、燃焼部３４のパージ処理、燃焼部３４におけるオフガスの着火処理、水蒸気改質処理などを順次実行することにより行う。また、燃料電池システム２０は、システムの起動が完了すると、発電処理を実行する。発電処理では、システム要求出力に基づいて目標ガス流量を設定し、設定した目標ガス流量により原燃料ガスが供給されるよう原燃料ガスポンプ４３を制御する原燃料ガス供給制御と、目標ガス流量に対して所定の空燃比となるように目標エア流量を設定し、設定した目標エア流量によりエアが供給されるようエアブロワ５３を制御するエア供給制御と、システム要求出力に基づいて目標水量を設定し、設定した目標水量により改質水が供給されるよう改質水ポンプ６３を制御する改質水供給制御とが実行される。

この燃料電池システム２０では、新規に設置された時など改質水タンク６１が空の状態で、システムを起動するために改質水タンク６１への給水作業（水張り）が必要となる。図５は、改質水タンク６１への給水経路を示す説明図である。上述したように、排気筒２２には、排気配管２３が接続されており、排気配管２３には、熱交換器７５が接続されている。このため、給水作業として、排気筒２２に水（水道水）を注ぐことにより、排気筒２２から排気配管２３，熱交換器７５，凝縮水供給管７６を介して改質水タンク６１へ給水することができる。排気筒２２への注水は、例えばポリエチレンなどの軟質樹脂で形成されて水を蓄えた給水ボトル１００が用いられ、その給水ボトル１００の給水口（開口）が下方となる向きで、給水口が排気筒２２に接続されるようにセットした状態で行われる。また、排気筒２２に注がれた水は、凝縮水供給管７６を通過する際に、凝縮水供給管７６に設けられた水精製器８０のイオン交換樹脂層８４によって精製される。上述したように、水精製器８０は、熱交換器７５において燃焼排ガスの冷却により凝縮された凝縮水の精製を行うために凝縮水供給管７６に設けられている。したがって、凝縮水供給管７６を改質水タンク６１への給水作業時の給水経路に含めることにより、給水に用いる水（水道水）の精製と凝縮水の精製とを単一の水精製器８０で行うことができる。

ここで、図６は水精製器８０における水の流れの様子を示す説明図である。図６に示すように、流入口８０ａから流入した水は、まず、水分配部材８５の凹状部８６に流れ込み、凹状部８６で貯め受けられる。そして、凹状部８６に水が満たされた状態で流入口８０ａから水が流入すると、凹状部８６から傾斜面８７ａに水が溢れていき、水位が傾斜面８７ａの貫通穴８８まで上昇すると、水が貫通穴８８を通って下方に流れて、イオン交換樹脂層８４の上面８４ａに到達する。貫通穴８８は、矩形状の傾斜部８７の四隅に形成されているから、流入口８０ａから流入した水は、イオン交換樹脂層８４の上面８４ａの四箇所に分配される。このため、流入口８０ａから流入した水が、上面８４ａの一箇所（例えば中央部）のみに到達する場合に比して、イオン交換樹脂層８４の通水のバラツキ（偏り）を抑えることができる（図６中の点線参照）。このように、イオン交換樹脂層８４の通水が偏るのを抑えることで、イオン交換樹脂の劣化が比較的全体に偏りなく現れるから、劣化が偏ることによりイオン交換樹脂の利用率が低下するのを防止することができる。

また、新規設置時の改質水タンク６１への給水作業では、給水ボトル１００の水が排気配管２３に供給されるため、発電処理中の凝縮水に比べて、多量の水が流入口８０ａから勢いよく収容容器８２内に流入することになる。このため、短時間で多量の水が水精製器８０を通過する。そのような場合に、流入口８０ａから流入した水がイオン交換樹脂層８４の上面８４ａの一箇所のみに到達する構成であると、イオン交換樹脂層８４の通水の偏りが大きくなって劣化の偏りが生じやすくなる。本実施形態では、水分配部材８５により水が分配されるように誘導するから、給水作業時においてもイオン交換樹脂層８４の通水の偏りが大きくなるのを抑制して、劣化の偏りが生じるのを防止することができる。また、イオン交換樹脂層８４の処理能力を超える多量の水が一度に流入すると、容器内が処理水で充填されて管理水位が収容容器８２よりも上方となるため、イオン交換樹脂層８４の全体に均一に処理水を流すことが可能となる。さらに、多量の水が流入口８０ａから流入してイオン交換樹脂層８４に直接到達すると、流入した水の勢いによってイオン交換樹脂層８４を構成する樹脂が分離することがある。水分配部材８５は、流入した水を凹状部８６で受けるから、流入した水がイオン交換樹脂層８４に直接到達するのを防止してイオン交換樹脂層８４の樹脂が分離するのを防止することができる。また、水分配部材８５は、水よりも比重の大きい材料で形成されているから、イオン交換樹脂層８４の処理能力を超えた水が収容容器８２内で貯まった状態となっても、水に浮いて傾いたりすることがない。このため、水分配部材８５は、イオン交換樹脂層８４の重しとなって樹脂が分離するのをより確実に防止することができる。さらに、凹状部８６に水が満たされる水分配部材８５は、傾くことなく姿勢を維持することができるから、各貫通穴８８から分配する水の量が偏るのを防止して、適切に分配し続けることができる。そして、水分配部材８５は、収容容器８２内に配置された状態で収容容器８２の内面との間に隙間が生じるため、イオン交換樹脂層８４内のエアをその隙間から排出することができるから（図６中の点線矢印参照）、エアが抜けないために水の流下が阻害されるのを防止することができる。また、発電処理中は、比較的高温の凝縮水が流入口８０ａから流入することになるが、水分配部材８５で貯め受けられる間に水温が低下するから、比較的高温の水（凝縮水）がイオン交換樹脂層８４に直接到達するのを防止して熱劣化を抑制することができる。

なお、図７は水精製器８０が倒れた状態の様子を示す説明図である。例えば、燃料電池システム２０が新規に設置される前の運搬中などにおいて、水精製器８０が倒れた状態となることがある。図７に示すように、水精製器８０が倒れた状態になると、水分配部材８５がイオン交換樹脂層８４の樹脂に押されるように上方に移動し、水分配部材８５の傾斜部８７が収容容器８２（上蓋８３の内面）に当接する。これにより、流入口８０ａを塞ぐから、イオン交換樹脂層８４の樹脂が外部に漏れるのを防止することができる。

以上説明した実施形態の水精製器８０は、収容容器８２の流入口８０ａから流入した水を、イオン交換樹脂層８４の上面８４ａの複数箇所に分配するように導く水分配部材８５を備える。このため、イオン交換樹脂層８４の通水の偏りを抑制してイオン交換樹脂層８４を有効に活用することができる。また、動力源などの必要のない簡易な構成で水を分配することができる。したがって、簡易な構成で水精製器８０内のイオン交換樹脂層８４の利用率を向上させて寿命を延ばすことができる。

また、水分配部材８５は、流入口８０ａから流入した水を受ける凹状部８６と、凹状部８６の開口の縁から上り勾配で傾斜する傾斜面８７ａを有すると共に傾斜面８７ａの外縁側に複数の貫通穴８８が形成された傾斜部８７とにより構成されている。このため、複数の貫通穴８８から上面８４ａの複数箇所に水を容易に分配することができる。また、流入口８０ａから流入した水がイオン交換樹脂層８４に到達するまでの時間を長くし、比較的高温の水が流入した場合でも水温を下げた状態でイオン交換樹脂層８４で精製するから、イオン交換樹脂層８４の熱劣化を抑制して寿命を延ばすことができる。

また、水分配部材８５は、イオン交換樹脂層８４の上面８４ａに配置され水よりも比重の大きい材料で形成されておりイオン交換樹脂層８４を押さえることができるから、水が勢いよく流入口から流入してもイオン交換樹脂層８４が分離するのを抑制してイオン交換効率を適切に維持することができる。

上述した実施形態では、水分配部材８５が水よりも比重の大きい部材で形成されたが、これに限られず、水よりも比重の小さい材料で形成されてもよい。また、収容容器８２の内壁面に、空間８２ａ内で水分配部材８５の上端位置や下端位置を位置決めする突起（位置決め部）などを設けてもよい。また、水分配部材８５は、イオン交換樹脂層８４の上面８４ａに支持されるものに限られず、水分配部材８５が収容容器８２の内面や上蓋８３の下部に支持されるもの、上蓋８３と一体的に形成されるものなどとしてもよい。

実施形態では、水分配部材８５が収容容器８２の内面との間に隙間を有するものとしたが、これに限られず、隙間のないものとしてもよく、傾斜部８７の貫通穴８８をエア抜き用の穴と兼用してもよいし、貫通穴８８よりも外縁側にエア抜き用の穴を設けてもよい。

実施形態では、水精製器８０が給水に用いる水（水道水）の精製と凝縮水の精製とを両方行うものとしたが、これに限られず、例えば凝縮水の精製など一方のみを行うものとしてもよい。また、水精製器８０として燃料電池システム２０で用いられるものを例示したが、これに限られず、他のシステムで用いられるものとしてもよい。

実施形態では、水分配部材８５が凹状部８６と傾斜部８７とにより構成されるものとしたが、これに限られず、流入口８０ａから流入した水をイオン交換樹脂層８４の上面８４ａの複数箇所に分配するように導くものであればよい。以下、変形例について説明する。

図８は変形例の水精製器１８０の構成の概略を示す構成図であり、図９は変形例の水分配部材１８５の構成の概略を示す構成図であり、図１０は水精製器１８０における水の流れの様子を示す説明図である。図８の変形例の水精製器１８０は、水分配部材１８５を備える点で水精製器８０と異なる。水分配部材１８５は、１の板状部１８６と、複数（例えば４つ）の流路形成部１８８とを備え、実施形態と同様に水よりも比重の大きい部材で形成されている。板状部１８６は、矩形状の板面（平坦面）に、流路形成部１８８に水を導入する複数（例えば４つ）の導入口１８６ａが上面視で縦横２つずつ計４つ形成された平板状の部材である。また、流路形成部１８８は、各導入口１８６ａからイオン交換樹脂層８４の上面８４ａまで延びる流路１８８ａを形成する。流路形成部１８８は、高さ方向における流路１８８ａの中央に絞り１８８ｂを有する砂時計状の流路１８８ａが形成されている。

この水精製器１８０では、図１０に示すように、流入口８０ａから流入した水は、まず、板状部１８６の板面で受けられてから各導入口１８６ａに流れ込み、導入口１８６ａから流路１８８ａに導入される。流路１８８ａは絞り１８８ｂを有するから、流路１８８ａに導入された水は、逆円錐状の上部で貯留されながら、絞り１８８ｂを通って円錐状の下部で径方向の全体に広がるように流れてイオン交換樹脂層８４の上面８４ａに到達する。導入口１８６ａと流路形成部１８８とは、上目視で縦横２つずつ計４つ設けられているから、流入口８０ａから流入した水は、イオン交換樹脂層８４の上面８４ａの四箇所に分配されることになる。このため、実施形態と同様に、イオン交換樹脂層８４の通水が偏るのを抑えることができるから（図１０中の点線参照）、劣化が比較的全体に偏りなく現れてイオン交換樹脂の利用率が低下するのを防止することができる。また、流入口８０ａから流入した水は、流路１８８ａの絞り１８８ｂを通るため、比較的高温の水が流入した場合でも水温を下げた状態でイオン交換樹脂層８４で精製するから、イオン交換樹脂層８４の熱劣化を抑制して寿命を延ばすことができる。

また、図１１は変形例の水精製器２８０の構成の概略を示す構成図であり、図１２は変形例の水分配部材２８５の構成の概略を示す構成図であり、図１３は水精製器２８０における水の流れの様子を示す説明図である。図１１の変形例の水精製器２８０は、水分配部材２８５と仕切部材２８８とを備える点で水精製器８０と異なる。水分配部材２８５は、イオン交換樹脂層８４内を上下に延在する円柱状の柱状部２８６と、柱状部２８６と同軸上に設けられるテーパ状部２８７とにより構成されている。テーパ状部２８７は、イオン交換樹脂層８４の上面８４ａから露出して設けられ、上端側が先細りのテーパ状に形成されている。このため、流入口８０ａから流入した水は、テーパ状部２８７の傾斜面に沿って全周囲に分配される。仕切部材２８８は、柱状部２８６から放射状に延在し、イオン交換樹脂層８４を複数（例えば４つ）の縦割り状の領域に仕切るように構成されている（図１１，図１３では図示略）。仕切部材２８８は、柱状部２８６より同等または若干低い高さに形成された平板状の部材であり、図１２Ａに示すように、柱状部２８６から収容容器８２の四隅に向かって放射状に延在するように構成されていてもよいし、図１２Ｂに示すように、柱状部２８６から収容容器８２の四辺に向かって放射状に延在するように構成されていてもよい。仕切部材２８８は、図示は省略するが、例えば柱状部２８６の側面に形成された凹部に、端部または端部に形成された凸部が嵌め込まれることで柱状部２８６に固定されるものなどとすればよい。あるいは、仕切部材２８８が水分配部材２８５と一体的に形成されていてもよい。

この水精製器２８０では、図１３示すように、流入口８０ａから流入した水は、まず、テーパ状部２８７の傾斜面に沿って全周に流れる。イオン交換樹脂層８４は、仕切部材２８８によって４つの縦割り状の領域に仕切られているから、テーパ状部２８７の傾斜面に沿って流れた水は、４つの領域に分配されるようにイオン交換樹脂層８４の上面８４ａに到達する。このため、実施形態と同様に、イオン交換樹脂層８４の通水が偏るのを抑えることができるから（図１３中の点線参照）、劣化が比較的全体に偏りなく現れてイオン交換樹脂の利用率が低下するのを防止することができる。また、このようにイオン交換樹脂層８４を縦割り状の領域に分割することで、収容容器８２の高さを抑えつつ、縦割り状の領域を直列に並べた高さのイオン交換樹脂層と同等の樹脂利用率を得ることができる。なお、実施形態において水分配部材８５と共に仕切部材２８８を備えてもよいし、変形例において水分配部材１８５と共に仕切部材２８８を備えてもよい。

実施形態の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施形態では、水精製器８０が「水精製器」に相当し、収容容器８２が「収容容器」に相当し、流入口８０ａが「流入口」に相当し、流出口８０ｂが「流出口」に相当し、イオン交換樹脂層８４が「イオン交換樹脂層」に相当し、水分配部材８５が「水分配部材」に相当する。凹状部８６が「凹状部」に相当し、傾斜部８７が「傾斜部」に相当し、貫通穴８８が「貫通穴」に相当する。板状部１８６が「板状部」に相当し、流路１８８ａが「流路」に相当し、絞り１８８ｂが「絞り」に相当し、流路形成部１８８が「流路形成部」に相当する。柱状部２８６が「柱状部」に相当し、テーパ状部２８７が「テーパ状部」に相当し、仕切部材２８８が「仕切部材」に相当する。また、燃料電池システム２０が「燃料電池システム」に相当し、改質器３３が「改質器」に相当し、燃料電池スタック３１が「燃料電池」に相当し、改質水タンク６１が「改質水タンク」に相当し、改質水供給装置６０が「改質水供給装置」に相当し、燃焼部３４が「燃焼部」に相当し、熱交換器７５が「凝縮器」に相当し、凝縮水供給管７６が「凝縮水路」に相当し、筐体２１が「筐体」に相当し、排気筒２２（上端の開口）が「排気口」に相当し、排気配管２３が「排気路」に相当する。

なお、実施形態の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施形態が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行われるべきものであり、実施形態は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。

以上、本発明を実施するための形態について実施形態を用いて説明したが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

本発明は、水精製器や燃料電池システムの製造産業などに利用可能である。

１０ ガス供給源、２０ 燃料電池システム、２１ 筐体、２２ 排気筒、２３ 排気配管、２４ 排水配管、３０ 発電モジュール、３１ 燃料電池スタック、３２ 気化器、３３ 改質器、３４ 燃焼部、３５ 点火ヒータ、３６ マニホールド、３７ 燃焼触媒、３８ モジュールケース、４０ 原燃料ガス供給装置、４１ 原燃料ガス供給管、４２ 原燃料ガス供給弁、４３ 原燃料ガスポンプ、４４ 脱硫器、５０ エア供給装置、５１ フィルタ、５２ エア供給管、５３ エアブロワ、６０ 改質水供給装置、６１ 改質水タンク、６２ 改質水供給管、６３ 改質水ポンプ、６４ 水位センサ、７０ 排熱回収装置、７１ 貯湯タンク、７２ 循環配管、７３ 循環ポンプ、７５ 熱交換器、７６ 凝縮水供給管、８０ 水精製器、８０ａ 流入口、８０ｂ 流出口、８１ ベース、８２ 収容容器、８２ａ 空間、８３ 上蓋、８４ イオン交換樹脂層、８４ａ 上面、８５，１８５，２８５ 水分配部材、８６ 凹状部、８７ 傾斜部、８７ａ 傾斜面、８８ 貫通穴、９０ 制御装置、１００ 給水ボトル、１８６ 板状部、１８６ａ 導入口、１８８ 流路形成部、１８８ａ 流路、１８８ｂ 絞り、２８６ 柱状部、２８７ テーパ状部、２８８ 仕切部材。

Claims (5)

1. 水を精製する水精製器であって、
   上部に水の流入口を有すると共に下部に水の流出口を有し、前記流入口から流入した水が流通するイオン交換樹脂層を収容する収容容器と、
   前記流入口から流入した水を前記イオン交換樹脂層の上面の複数箇所に分配するように導く水分配部材と、
   を備え、
   前記水分配部材は、前記流入口から流入した水を受ける凹状部と、前記凹状部の開口の縁から上り勾配で傾斜する傾斜面を有すると共に該傾斜面の外縁側に複数の貫通穴が形成された傾斜部とにより構成され、水よりも比重の大きい材料で形成されると共に、前記収容容器の内面との間に隙間が生じるように前記傾斜面の外縁が前記収容容器の内寸よりも小さく形成され、前記収容容器内において前記凹状部が前記イオン交換樹脂層の上面に配置されている
   水精製器。
2. 水を精製する水精製器であって、
   上部に水の流入口を有すると共に下部に水の流出口を有し、前記流入口から流入した水が流通するイオン交換樹脂層を収容する収容容器と、
   前記流入口から流入した水を前記イオン交換樹脂層の上面の複数箇所に分配するように導く水分配部材と、
   を備え、
   前記水分配部材は、前記流入口から流入した水を導入する複数の導入口が板面に形成された板状部と、前記導入口から前記イオン交換樹脂層の上面まで上下に延びる流路を形成すると共に該流路の途中に絞りが形成された複数の流路形成部とにより構成されている
   水精製器。
3. 請求項２に記載の水精製器であって、
   前記水分配部材は、前記収容容器内において前記イオン交換樹脂層の上面に配置され、水よりも比重の大きい材料で形成されている
   水精製器。
4. 水を精製する水精製器であって、
   上部に水の流入口を有すると共に下部に水の流出口を有し、前記流入口から流入した水が流通するイオン交換樹脂層を収容する収容容器と、
   前記流入口から流入した水を前記イオン交換樹脂層の上面の複数箇所に分配するように導く水分配部材と、
   を備え、
   前記水分配部材は、前記イオン交換樹脂層内を上下に延在する柱状部と、該柱状部と同軸上に前記イオン交換樹脂層から露出して設けられると共に前記流入口から流入した水を傾斜面に沿って流すように上端側が先細りのテーパ状部とにより構成されており、
   前記柱状部から放射状に延在し、前記イオン交換樹脂層を複数の縦割り状の領域に仕切る仕切部材を備える
   水精製器。
5. 請求項１ないし４のいずれか１項に記載の水精製器を備える燃料電池システムであって、
   改質水を用いて原燃料ガスを改質して改質ガスを生成する改質器と、
   前記改質ガスと酸化剤ガスとに基づいて発電する燃料電池と、
   前記改質水を蓄える改質水タンクを有し、該改質水タンク内の改質水を前記改質器に供給する改質水供給装置と、
   前記燃料電池を通過した前記改質ガスを燃焼させる燃焼部と、
   前記改質ガスの燃焼により生成された燃焼排ガスを凝縮させる凝縮器と、
   前記凝縮器と前記改質水タンクとに接続されると共に前記水精製器が設けられ、前記凝縮器で凝縮された凝縮水を前記水精製器を通してから前記改質水タンクへ供給する凝縮水路と、
   前記燃料電池システムの筐体の上部に設けられた排気口と前記凝縮器とに接続され、前記凝縮器を通過した燃焼排ガスのガス成分を前記排気口へ送る排気路と、
   を備え、
   前記排気口から前記排気路および前記凝縮水路を介して前記改質水タンクに給水可能な燃料電池システム。
   

Images