燃料電池システム
【課題】簡素な構造で、水供給ポンプを凝縮水に含まれる埃などの異物から保護でき、水供給ポンプを異物から保護するフィルタの寿命が長くなり、フロートスイッチに異物が付着しないようにできる燃料電池システムを提供することを目的とする。
【解決手段】フロートスイッチ２５を、凝縮水タンク２４の底部の出口３０の上方に配置し、凝縮水タンク２４の出口３０とフロートスイッチ２５を囲む筒形フィルタ２９を設け、フロートスイッチ２５の下方に筒形フィルタ２９と一体に構成され凝縮水タンク２４の出口３０を覆う出口フィルタ３１を設け、出口フィルタ３１の目を筒形フィルタ２９の目より細かくし、排ガス中の水分を凝縮させて回収した凝縮水が、筒形フィルタ２９を通過した後に出口フィルタを通過して凝縮水タンクの出口から流出するように構成した。
【解決手段】フロートスイッチ２５を、凝縮水タンク２４の底部の出口３０の上方に配置し、凝縮水タンク２４の出口３０とフロートスイッチ２５を囲む筒形フィルタ２９を設け、フロートスイッチ２５の下方に筒形フィルタ２９と一体に構成され凝縮水タンク２４の出口３０を覆う出口フィルタ３１を設け、出口フィルタ３１の目を筒形フィルタ２９の目より細かくし、排ガス中の水分を凝縮させて回収した凝縮水が、筒形フィルタ２９を通過した後に出口フィルタを通過して凝縮水タンクの出口から流出するように構成した。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池を用いて発電を行い排ガス中の水分を回収して有効利用する燃料電池システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のこの種の燃料電池システムとしては、水素製造装置の排ガス中の水分を凝縮させて回収した凝縮水を貯める凝縮水タンクと水供給ポンプとの間の水供給路にフィルタを設けて、水供給ポンプを凝縮水に含まれる埃などの異物から保護した燃料電池システムがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
以下、図面を参照しながら、上記従来の燃料電池システムを説明する。図６は従来の燃料電池システムの構成を示すものである。
【０００４】
図６に示すように、従来の燃料電池システムは、燃焼の熱を利用して水と原料ガスから燃料ガスを製造する水素製造装置１と、水素製造装置１によって製造された燃料ガスと酸化剤ガスを用いて発電を行う燃料電池２と、燃料電池２を冷却する冷却水を貯める冷却水タンク３と、燃料電池２と冷却水タンク３との間で冷却水を循環させるための冷却水路４と、冷却水路４に設けられ燃料電池２と冷却水タンク３との間で冷却水を循環させる冷却水ポンプ５と、燃料電池２から冷却水タンク３に戻る冷却水路４に設けられ燃料電池２との熱交換により暖められた冷却水を冷却する熱交換器６と、燃料電池２より排出される排気燃料ガスを冷却し排気燃料ガスに含まれる水分（水蒸気）を凝縮させる燃料側凝縮器７と、燃料電池２より排出される排気酸化剤ガスを冷却し排気酸化剤ガスに含まれる水分（水蒸気）を凝縮させる空気側凝縮器８と、燃料側凝縮器７と空気側凝縮器８で凝縮した凝縮水を貯める大気開放型の凝縮水タンク９と、凝縮水タンク９内に凝縮水タンク９の水位に連動して上下動する部分を有し凝縮水タンク９の水位が第１の所定水位を超えるとＯＮし凝縮水タンク９の水位が第１の所定水位より低い第２の所定水位以下になるとＯＦＦするフロートスイッチ１０と、途中にフロートスイッチ１０により動作する水供給ポンプ１２を有し凝縮水タンク９の底部の出口から流出した凝縮水を浄化して冷却水タンク３に導く水供給路１３と、冷却水タンク３内部の余剰冷却水を凝縮水タンク９に排出する水排出路１４と、凝縮水タンク９の底部の出口と水供給ポンプ１２との間の水供給路１３に設けられ凝縮水に含まれる埃などの異物が水供給ポンプ１２に流れないようにする１重のフィルタ１５とを備えている。
【０００５】
上記のように構成された従来の燃料電池システムについて、以下、その動作を図６を参照しながら説明する。
【０００６】
燃料電池システムの運転中は、水素製造装置１が、燃焼の熱を利用して水と原料ガスから水素を主成分とする燃料ガスを製造する。燃料電池２が、水素製造装置１によって製造された燃料ガスと酸化剤ガスを用いて発電を行う。このとき燃料電池２の電気化学反応によって酸化剤ガス側に水が生成され、燃料電池２から、排気燃料ガスと排気酸化剤ガスが出る。水素製造装置１が製造した燃料ガスの一部は水素製造装置１内で燃焼される。また、燃料電池２は発電により熱を発生する。
【０００７】
燃料電池２から排出された排気燃料ガスは、燃料側凝縮器７に導かれて燃料側凝縮器７で外気と熱交換することにより冷却されて排気燃料ガスに含まれる水分（水蒸気）が凝縮する。また、燃料電池２から排出された排気酸化剤ガスは、空気側凝縮器８に導かれて空気側凝縮器８で外気と熱交換することにより冷却されて排気酸化剤ガスに含まれる水分（水蒸気）が凝縮する。燃料側凝縮器７と空気側凝縮器８で凝縮した凝縮水は、それぞれ凝縮水タンク９に貯められる。
【０００８】
凝縮水タンク９内の凝縮水の水位が第１の所定水位を超えると、フロートスイッチ１０がＯＮになり、水供給ポンプ１２が動作する。水供給ポンプ１２の動作により、凝縮水タンク９内の凝縮水は、凝縮水タンク９の底部の出口から水供給路１３に流れる。水供給路１３に流入した凝縮水は、フィルタ１５で濾過された後、水供給ポンプ１２を通って図示しない浄化装置により純水になって冷却水タンク３に注がれる。このとき、冷却水タンク３に水が過剰に入ったとしても水排出路１４により余剰冷却水は凝縮水タンク９に排出される。ここで、冷却水タンク３の上方にある気体は水排出路１４を通じて大気開放された凝縮水タンク９と接続されているため、冷却水タンク３内部の圧力は常に大気開放された状態と同等である。凝縮水タンク９内の凝縮水の水位が第１の所定水位より低い第２の所定水位以下になるとフロートスイッチ１０がＯＦＦになり、水供給ポンプ１２が停止し、凝縮水タンク９の底部の出口からの凝縮水の流出が止まる。
【０００９】
冷却水タンク３の冷却水は、冷却水ポンプ５により冷却水路４を通って燃料電池２に送られて燃料電池２との熱交換により暖められる。燃料電池２との熱交換により暖められた冷却水は熱交換器６で冷却されて冷却水タンク３に戻る。熱交換器６で回収した燃料電池２の熱は、お湯として貯湯タンク（図示せず）に貯められ、給湯などに利用される。また冷却水タンク３内部の冷却水が所定水位以下になったことを図示しない水位検知手段により検知した場合や、燃料電池の起動時に、水供給路１３の水供給ポンプ１２を作動させることにより冷却水タンク３に凝縮水タンク９の水を供給することもある。このとき冷却水タンク３に水が過剰に入ったとしても水排出路１４により余剰冷却水は凝縮水タンク９に排出される。
【００１０】
ここで、凝縮水タンク９が大気開放型であること等から、凝縮水タンク９内の凝縮水には埃や水垢が含まれることがある。この埃や水垢は、凝縮水と共に凝縮水タンク９の底部の出口から水供給路１３に流出して水供給ポンプ１２に向かって流れるが、フィルタ１５の目より大きい埃や水垢は、水供給ポンプ１２の手前（直前）に配置されたフィルタ１５により捕捉されて、水供給ポンプ１２にはフィルタ１５により濾過された凝縮水が流れ込む。そのため、フィルタ１５により、水供給ポンプ１２を、凝縮水に含まれる埃などの異物から保護できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開平９−３０６５２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、上記従来の構成では、水供給ポンプ１２の手前（直前）のフィルタ１５は、凝縮水中の異物を捕らえるようにフィルタの目を細かくしているため、埃や水垢などによるの汚れが堆積しやすく。そのため、フィルタ寿命が短く、フィルタ１５を交換する頻度が多くなるという課題を有していた。
【００１３】
また、フロートスイッチ１０は、繊維状のゴミ、埃などの異物の付着により、凝縮水タンク９の水位に連動して上下動する部分が、凝縮水タンク９の水位に連動しなくなり、水供給ポンプ１２が凝縮水タンク９の水位に応じた動作をしないという課題を有していた。
【００１４】
このフロートスイッチ１０の課題を解決するために、フロートスイッチ１０を保護するフィルタを追加するという構成も考えられるが、その場合は、フィルタが複数になり、構造が複雑になるという課題も有していた。
【００１５】
そこで、本発明は、簡素な構造で、水供給ポンプを凝縮水に含まれる埃などの異物から保護でき、水供給ポンプを異物から保護するフィルタの寿命が長くなり、フロートスイッチに異物が付着しないようにできる燃料電池システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記目的を達成するために本発明の燃料電池システムは、フロートスイッチにおける凝縮水タンクの水位に連動して上下動する部分を、凝縮水タンクの底部の出口の上方に配置し、凝縮水タンクの出口とフロートスイッチにおける上下動する部分を囲む筒形フィルタを設け、従来の水供給ポンプの手前のフィルタの代わりに、フロートスイッチの上下動する部分の下方に筒形フィルタと一体に構成され凝縮水タンクの出口を覆う出口フィルタを設け、出口フィルタの目を筒形フィルタの目より細かくし、排ガス中の水分を凝縮させて回収した凝縮水が、筒形フィルタを通過した後に出口フィルタを通過して凝縮水タンクの出口から流出するように構成したのである。
【００１７】
本発明の燃料電池システムでは、フロートスイッチにおける上下動する部分を囲む筒形フィルタを設けたので、水の浮力で上下する簡単な構造で水位連動性を要するフロートスイッチにおいても、筒形フィルタで、繊維状のゴミ、埃などの異物から、フロートスイッチを保護でき、フロートスイッチにおける上下動する部分に異物が付着しないようにでき、フロートスイッチが水位に連動して正しくＯＮ／ＯＦＦ動作することができる。
【００１８】
また、本発明の燃料電池システムでは、従来の水供給ポンプの手前のフィルタの代わりに、フロートスイッチの上下動する部分の下方に筒形フィルタと一体に構成され凝縮水タンクの出口を覆う出口フィルタを設けたので、フィルタの位置が水供給路にある場合よりも燃料電池システム全体の構成が簡単になると共に、筒形フィルタと出口フィルタとを一緒に配置、交換でき、フィルタの配置、交換が容易になる。
【００１９】
また、本発明の燃料電池システムでは、排ガス中の水分を凝縮させて回収した凝縮水が、筒形フィルタを通過した後に出口フィルタを通過して凝縮水タンクの出口から流出するように構成したので、筒形フィルタの目より大きい異物は、出口フィルタに到達する前に筒形フィルタで捕捉され、筒形フィルタを通過した異物のみが出口フィルタに到達することになり、筒形フィルタがある分、出口フィルタの部分のフィルタの寿命が長くなる。
【００２０】
また、本発明の燃料電池システムでは、出口フィルタの目を筒形フィルタの目より細かくしているので、水供給ポンプに到達する異物を、出口フィルタの目の大きさを筒形フィルタに適したフィルタの目の大きさに合わせた場合よりも、小さな異物に限定できる。また、筒形フィルタの目を出口フィルタに適した目の大きさに合わせた場合よりも、筒形フィルタの内側の水位と筒形フィルタの外側の水位との差が小さくなり、フロートスイッチが凝縮水タンクの水位を正しく検知できる。
【００２１】
なお、凝縮水タンクの出口から流出する凝縮水は、必ず、筒形フィルタを通過するので、本発明の構成において出口フィルタを省略した方が、構成が簡単になるが、その場合の筒形フィルタの目の大きさを筒形フィルタに適したフィルタの目の大きさに合わせると、筒形フィルタの内側の水位と筒形フィルタの外側の水位との差を小さくできるが、水供給ポンプに到達する異物を小さな異物に限定することはできなくなる。逆に、筒形フィルタの目の大きさを出口フィルタに適したフィルタの目の大きさに合わせると、水供給ポンプに到達する異物を小さな異物に限定することができるが、筒形フィルタの内側の水位と筒形フィルタの外側の水位との差を小さくできなくなる。したがって、本発明の構成において、出口フィルタは省略しない方が良い。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の燃料電池システムによれば、簡素な構造で、水供給ポンプを凝縮水に含まれる埃などの異物から保護でき、水供給ポンプを異物から保護するフィルタの寿命が長くなり、フロートスイッチに異物が付着しないようにでき、フィルタの配置、交換の作業が容易になり、フロートスイッチが凝縮水タンクの水位を正しく検知できる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施の形態１における燃料電池システムの構成を示す構成図
【図２】同実施の形態の燃料電池システムに用いた筒形フィルタと出口フィルタを示す断面図
【図３】同実施の形態の燃料電池システムに用いた筒形フィルタと出口フィルタを示す斜視図
【図４】本発明の実施の形態２における燃料電池システムに用いた筒形フィルタと出口フィルタを示す断面図
【図５】同実施の形態の燃料電池システムに用いた筒形フィルタと出口フィルタを示す一部を切り欠いた斜視図
【図６】従来の燃料電池システムの構成図
【発明を実施するための形態】
【００２４】
第１の発明は、燃料ガスと酸化剤ガスを用いて発電する燃料電池と、燃焼の熱を利用して水と原料ガスから前記燃料電池に供給する前記燃料ガスを製造する水素製造装置と、前記燃料電池と前記水素製造装置の少なくともいずれか一方の排ガス中の水分を凝縮させて回収した凝縮水を貯める大気開放型の凝縮水タンクと、前記燃料電池を冷却する冷却水を貯める冷却水タンクと、途中に水供給ポンプを有し前記凝縮水タンクの底部の出口から流出した凝縮水を浄化して前記冷却水タンクに導く水供給路と、前記凝縮水タンクの前記出口の上方で前記凝縮水タンクの水位に連動して上下動する部分を有し前記凝縮水タンクの水位が第１の所定水位を超えると前記水供給ポンプをＯＮし前記凝縮水タンクの水位が前記第１の所定水位より低い第２の所定水位以下になると前記水供給ポンプをＯＦＦするためのフロートスイッチと、前記凝縮水タンクの前記出口と前記フロートスイッチの前記上下動する部分を囲むように設けられた筒形フィルタと、前記フロートスイッチの前記上下動する部分の下方に前記筒形フィルタと一体に構成され前記凝縮水タンクの前記出口を覆う出口フィルタとを備え、前記出口フィルタの目が前記筒形フィルタの目より細かく、前記排ガス中の水分を凝縮させて回収した凝縮水が、前記筒形フィルタを通過した後に前記出口フィルタを通過して前記凝縮水タンクの前記出口から流出するように構成したものである。
【００２５】
本発明の燃料電池システムでは、フロートスイッチにおける上下動する部分を囲む筒形フィルタを設けたので、水の浮力で上下する簡単な構造で水位連動性を要するフロートスイッチにおいても、筒形フィルタで、繊維状のゴミ、埃などの異物から、フロートスイッチを保護でき、フロートスイッチにおける上下動する部分に異物が付着しないようにでき、フロートスイッチが水位に連動して正しくＯＮ／ＯＦＦ動作することができる。
【００２６】
また、本発明の燃料電池システムでは、従来の水供給ポンプの手前のフィルタの代わりに、フロートスイッチの上下動する部分の下方に筒形フィルタと一体に構成され凝縮水タンクの出口を覆う出口フィルタを設けたので、フィルタの位置が水供給路にある場合よりも燃料電池システム全体の構成が簡単になると共に、筒形フィルタと出口フィルタとを一緒に配置、交換でき、フィルタの配置、交換が容易になる。
【００２７】
また、本発明の燃料電池システムでは、排ガス中の水分を凝縮させて回収した凝縮水が、筒形フィルタを通過した後に出口フィルタを通過して凝縮水タンクの出口から流出するように構成したので、筒形フィルタの目より大きい異物は、出口フィルタに到達する前に筒形フィルタで捕捉され、筒形フィルタを通過した異物のみが出口フィルタに到達することになり、筒形フィルタがある分、出口フィルタの部分のフィルタの寿命が長くなる。
【００２８】
また、本発明の燃料電池システムでは、出口フィルタの目を筒形フィルタの目より細かくしているので、水供給ポンプに到達する異物を、出口フィルタの目の大きさを筒形フィルタに適したフィルタの目の大きさに合わせた場合よりも、小さな異物に限定できる。また、筒形フィルタの目を出口フィルタに適した目の大きさに合わせた場合よりも、筒形フィルタの内側の水位と筒形フィルタの外側の水位との差が小さくなり、フロートスイッチが凝縮水タンクの水位を正しく検知できる。
【００２９】
なお、凝縮水タンクの出口から流出する凝縮水は、必ず、筒形フィルタを通過するので、本発明の構成において出口フィルタを省略した方が、構成が簡単になるが、その場合の筒形フィルタの目の大きさを筒形フィルタに適したフィルタの目の大きさに合わせると、筒形フィルタの内側の水位と筒形フィルタの外側の水位との差を小さくできるが、水供給ポンプに到達する異物を小さな異物に限定することはできなくなる。逆に、筒形フィルタの目の大きさを出口フィルタに適したフィルタの目の大きさに合わせると、水供給ポンプに到達する異物を小さな異物に限定することができるが、筒形フィルタの内側の水位と筒形フィルタの外側の水位との差を小さくできなくなる。したがって、本発明の構成において、出口フィルタは省略しない方が良い。
【００３０】
第２の発明は、特に、第１の発明における出口フィルタとして、目のある部分が立体的な形状のフィルタを用いたものであり、目のある部分が平面的な形状のフィルタよりも、目のある部分の表面積が大きくなるので、出口フィルタとして、目のある部分が平面的な形状のフィルタを用いた場合よりも、出口フィルタの寿命を長くすることができ、また、出口フィルタの寿命と筒形フィルタの寿命とが近づくように調節して、無駄のないフィルタ交換をすることが可能になる。
【００３１】
以下、本発明の燃料電池システムの実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。また、先に説明した実施の形態と同一構成については、同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００３２】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における固体高分子形の燃料電池システムの構成を示す構成図であり、図２、図３は、同実施の形態の燃料電池システムに用いた筒形フィルタと出口フィルタを示す断面図と斜視図である。
【００３３】
図１〜図３に示すように、本実施の形態の燃料電池システムは、燃焼の熱を利用して水と原料ガスから燃料ガスを製造する水素製造装置１６と、水素製造装置１６によって製造された燃料ガスと酸化剤ガスを用いて発電を行う固体高分子形の燃料電池１７と、燃料電池１７との熱交換により燃料電池１７を冷却する冷却水を貯める冷却水タンク１８と、燃料電池１７と冷却水タンク１８との間で冷却水を循環させるための冷却水路１９と、冷却水路１９に設けられ燃料電池１７との熱交換により暖められた冷却水を冷却する熱交換器２０と、冷却水路１９に設けられ冷却水タンク１８の冷却水が燃料電池１７との熱交換により暖められた後に熱交換器２０で冷却されて冷却水タンク１８に戻るように燃料電池１７と冷却水タンク１８との間で冷却水を循環させる冷却水ポンプ２１と、燃料電池１７より排出される排気燃料ガスを冷却し排気燃料ガスに含まれる水分（水蒸気）を凝縮させる燃料側凝縮器２２と、燃料電池１７より排出される排気酸化剤ガスを冷却し排気酸化剤ガスに含まれる水分（水蒸気）を凝縮させる空気側凝縮器２３と、底部に出口３０を有し燃料側凝縮器２２と空気側凝縮器２３で凝縮した凝縮水を貯める大気開放型の凝縮水タンク２４と、凝縮水タンク２４の出口３０の上方で凝縮水タンク２４内に凝縮水タンク２４の水位に連動して上下動する部分を有し凝縮水タンク２４の水位が第１の所定水位を超えるとＯＮし凝縮水タンク２４の水位が第１の所定水位より低い第２の所定水位以下になるとＯＦＦするフロートスイッチ２５と、途中にフロートスイッチ２５により動作する水供給ポンプ２６を有し凝縮水タンク２４の底部の出口３０から流出した凝縮水を浄化して冷却水タンク１８に導く水供給路２７と、冷却水タンク１８内部の余剰冷却水を凝縮水タンク２４に排出する水排出路２８と、凝縮水タンク２４の出口３０とフロートスイッチ２５の上下動する部分を囲むように設けられた筒形フィルタ２９と、フロートスイッチ２５の上下動する部分の下方に筒形フィルタ２９と一体に構成され凝縮水タンク２４の出口３０を覆う出口フィルタ３１と、凝縮水タンク２４の出口３０と水供給路２７の入口３２とを漏れなく連通させるパッキン３３とを備え、出口フィルタ３１の目が筒形フィルタ２９の目より細かく、排ガス中の水分を凝縮させて回収した凝縮水が、筒形フィルタ２９を通過した後に出口フィルタ３１を通過して凝縮水タンク２４の出口３０から水供給路２７の入口３２に流れるように構成されている。なお、本実施の形態では、凝縮水タンク２４の出口３０は筒形フィルタ２９の下部に一体に構成されている。
【００３４】
また、一般的に、フロートスィッチ２５は、水の浮力で上下する簡単な構造で摺動部はクリアランスが大きく、一方、水供給ポンプ２６は、微妙な水の流れを制御する精密部品であり、摺動部は極めてクリアランスが小さくなっている。
【００３５】
上記のように構成された本実施の形態の燃料電池システムについて、以下、その動作を説明する。
【００３６】
燃料電池システムの運転中は、水素製造装置１６が、燃焼の熱を利用して水と原料ガスから水素を主成分とする燃料ガスを製造する。燃料電池１７が、水素製造装置１６によって製造された燃料ガスと酸化剤ガスを用いて発電を行う。このとき燃料電池１７の電気化学反応によって酸化剤ガス側に水が生成され、燃料電池１７から排気燃料ガスと排気酸化剤ガスが排出される。水素製造装置１６が製造した燃料ガスの一部は水素製造装置１６内で燃焼される。また、燃料電池１７は発電により熱を発生する。
【００３７】
燃料電池１７から排出された排気燃料ガスは、燃料側凝縮器２２に導かれて燃料側凝縮器２２で外気と熱交換することにより冷却されて排気燃料ガスに含まれる水分（水蒸気）が凝縮する。また、燃料電池１７から排出された排気酸化剤ガスは、空気側凝縮器２３に導かれて空気側凝縮器２３で外気と熱交換することにより冷却されて排気酸化剤ガスに含まれる水分（水蒸気）が凝縮する。燃料側凝縮器２２と空気側凝縮器２３で凝縮した凝縮水は、それぞれ凝縮水タンク２４に貯められる（回収される）。
【００３８】
凝縮水タンク２４内の凝縮水の水位が第１の所定水位を超えると、フロートスイッチ２５がＯＮになり、水供給ポンプ２６が動作する。水供給ポンプ２６の動作により、凝縮水タンク２４内の凝縮水は、筒形フィルタ２９で濾過された後、出口フィルタ３１で濾過されて、凝縮水タンク２４の底部の出口３０から水供給路２７の入口３２に流れる。水供給路２７に流入した凝縮水は、水供給ポンプ２６を通って図示しない浄化装置により純水になって冷却水タンク１８に注がれる。このとき、冷却水タンク１８に水が過剰に入ったとしても水排出路２８により余剰冷却水は凝縮水タンク２４に排出される。ここで、冷却水タンク１８の上方にある気体は水排出路２８を通じて大気開放された凝縮水タンク２４と接続されているため、冷却水タンク１８内部の圧力は常に大気開放された状態と同等である。凝縮水タンク２４内の凝縮水の水位が第１の所定水位より低い第２の所定水位以下になるとフロートスイッチ２５がＯＦＦになり、水供給ポンプ２６が停止し、凝縮水タンク２４の底部の出口３０からの凝縮水の流出が止まる。
【００３９】
燃料電池１７の温度を一定に保つために、冷却水タンク１８の冷却水は、冷却水ポンプ２１により冷却水路１９を通って燃料電池１７に送られて燃料電池１７との熱交換により暖められる。燃料電池１７との熱交換により暖められた冷却水は熱交換器２０で冷却されて冷却水タンク１８に戻る。熱交換器２０で回収した燃料電池１７の熱は、お湯として貯湯タンク（図示せず）に貯められ、給湯などに利用される。また冷却水タンク１８内部の冷却水が所定水位以下になったことを図示しない水位検知手段により検知した場合や、燃料電池の起動時に、水供給路２７の水供給ポンプ２６を作動させることにより冷却水タンク１８に凝縮水タンク２４の水を供給することもある。このとき冷却水タンク１８に水が過剰に入ったとしても水排出路２８により余剰冷却水は凝縮水タンク２４に排出される。
【００４０】
ここで、凝縮水タンク２４が大気開放型であること等から、凝縮水タンク２４内の凝縮水には埃や水垢が含まれることがある。この埃や水垢は、凝縮水と共に凝縮水タンク２４の底部の出口３０から水供給路２７に流出して水供給ポンプ２６に向かって流れるが、筒形フィルタ２９で筒形フィルタ２９の目より大きい埃や水垢は、筒形フィルタ２９により捕捉され、筒形フィルタ２９を通過した埃や水垢のうち、出口フィルタ３１の目より大きい埃や水垢は、出口フィルタ３１により捕捉されて、水供給ポンプ２６には、筒形フィルタ２９と出口フィルタ３１で濾過された凝縮水が流れ込む。そのため、筒形フィルタ２９と出口フィルタ３１により、水供給ポンプ２６を、凝縮水に含まれる埃などの異物から保護できる。
【００４１】
本実施の形態では、凝縮水タンク２４内の筒形フィルタ２９の下方の出口３０の上に筒形フィルタ２９と一体に構成された筒形フィルタ２９より目の細かい出口フィルタ３１があり、微妙な水の流れを制御する精密部品で摺動部のクリアランスが極めて小さな水供給ポンプ２６に対しては極小の埃などの侵入を防ぐようにし、さらに水供給ポンプ２６に対して、筒形フィルタ２９、出口フィルタ３１の順に２重のフィルタ構成となっているため、出口フィルタ３１に繊維状のゴミ、埃などが直接付かない状態が得られる。同時に、水の浮力で上下する簡単な部品で、凝縮水タンク２４の水位に追従するフロートスイッチ２５においても筒形フィルタ２９で繊維状のゴミ、埃などが付着しない状態が得られる。
【００４２】
本実施の形態の燃料電池システムは、燃料ガスと酸化剤ガスを用いて発電する燃料電池１７と、燃焼の熱を利用して水と原料ガスから燃料電池１７に供給する燃料ガスを製造する水素製造装置１６と、燃料電池１７と水素製造装置１６の少なくともいずれか一方の排ガス中の水分を凝縮させて回収した凝縮水を貯める大気開放型の凝縮水タンク２４と、燃料電池１７を冷却する冷却水を貯める冷却水タンク１８と、途中に水供給ポンプ２６を有し凝縮水タンク２４の底部の出口３０から流出した凝縮水を浄化して冷却水タンク１８に導く水供給路２７と、凝縮水タンク２４の出口３０の上方で凝縮水タンク２４の水位に連動して上下動する部分を有し凝縮水タンク２４の水位が第１の所定水位を超えると水供給ポンプ２６をＯＮし凝縮水タンク２４の水位が第１の所定水位より低い第２の所定水位以下になると水供給ポンプ２６をＯＦＦするためのフロートスイッチ２５と、凝縮水タンク２４の出口３０とフロートスイッチ２５の上下動する部分を囲むように設けられた筒形フィルタ２９と、フロートスイッチ２５の上下動する部分の下方に筒形フィルタ２９と一体に構成され凝縮水タンク２４の出口３０を覆う出口フィルタ３１とを備え、出口フィルタ３１の目が筒形フィルタ２９の目より細かく、排ガス中の水分を凝縮させて回収した凝縮水が、筒形フィルタ２９を通過した後に出口フィルタ３１を通過して凝縮水タンク２４の出口３０から流出するように構成したものである。
【００４３】
本実施の形態の燃料電池システムでは、フロートスイッチ２５における上下動する部分を囲む筒形フィルタ２９を設けたので、水の浮力で上下する簡単な構造で水位連動性を要するフロートスイッチ２５においても、筒形フィルタ２９で、繊維状のゴミ、埃などの異物から、フロートスイッチ２５を保護でき、フロートスイッチ２５における上下動する部分に異物が付着しないようにでき、フロートスイッチ２５が水位に連動して正しくＯＮ／ＯＦＦ動作することができる。
【００４４】
また、本実施の形態の燃料電池システムでは、従来の水供給ポンプの手前のフィルタの代わりに、フロートスイッチ２５の上下動する部分の下方に筒形フィルタ２５と一体に構成され凝縮水タンク２４の出口３０を覆う出口フィルタ３１を設けたので、フィルタの位置が水供給路２７にある場合よりも燃料電池システム全体の構成が簡単になると共に、筒形フィルタ２９と出口フィルタ３１とを一緒に配置、交換でき、フィルタ２９，３１の配置、交換が容易になる。
【００４５】
また、本実施の形態の燃料電池システムでは、排ガス中の水分を凝縮させて回収した凝縮水が、筒形フィルタ２９を通過した後に出口フィルタ３１を通過して凝縮水タンク２４の出口３０から流出するように構成したので、筒形フィルタ２９の目より大きい異物は、出口フィルタ３１に到達する前に筒形フィルタ２９で捕捉され、筒形フィルタ２９を通過した異物のみが出口フィルタ３１に到達することになり、筒形フィルタ２９がある分、出口フィルタ３１の部分のフィルタの寿命が長くなる。
【００４６】
また、本実施の形態の燃料電池システムでは、出口フィルタ３１の目を筒形フィルタ２９の目より細かくしているので、水供給ポンプ２６に到達する異物を、出口フィルタ３１の目の大きさを筒形フィルタ２９に適したフィルタの目の大きさに合わせた場合よりも、小さな異物に限定できる。また、筒形フィルタ２９の目を出口フィルタ３１に適した目の大きさに合わせた場合よりも、筒形フィルタ２９の内側の水位と筒形フィルタ２９の外側の水位との差が小さくなり、フロートスイッチ２５が凝縮水タンク２４の水位を正しく検知できる。
【００４７】
なお、凝縮水タンク２４の出口３０から流出する凝縮水は、必ず、筒形フィルタ２９を通過するので、本実施の形態の構成において出口フィルタ３１を省略した方が、構成が簡単になるが、その場合の筒形フィルタ２９の目の大きさを筒形フィルタ２９に適したフィルタの目の大きさに合わせると、筒形フィルタ２９の内側の水位と筒形フィルタ２９の外側の水位との差を小さくできるが、水供給ポンプ２６に到達する異物を小さな異物に限定することはできなくなる。逆に、筒形フィルタ２９の目の大きさを出口フィルタ３１に適したフィルタの目の大きさに合わせると、水供給ポンプ２６に到達する異物を小さな異物に限定することができるが、筒形フィルタ２９の内側の水位と筒形フィルタ２９の外側の水位との差を小さくできなくなる。したがって、本実施の形態の構成において、出口フィルタ３１は省略しない方が良い。
【００４８】
また、本実施の形態の燃料電池システムでは、筒形フィルタ２９と出口フィルタ３１が一体の２重フィルタ構成となり、筒形フィルタ２９で繊維状のゴミ、埃などを捕り、次に筒形フィルタ２９より目の細かい出口フィルタ３１で極小の埃などを捕って、水供給ポンプ２６を汚れから保護し、また、同時に、筒形フィルタ２９で繊維状のゴミ、埃などを捕り、フロートスイッチ２５を保護できる。その結果、簡素な構造で水供給ポンプ２６のフィルタすなわち出口フィルタ３１の寿命を永くさせるとともに、フロートスイッチ２５の誤動作を防止することができる。
【００４９】
以上、説明したように本実施の形態の燃料電池システムによれば、簡素な構造で、水供給ポンプ２６を凝縮水に含まれる埃などの異物から保護でき、水供給ポンプ２６を異物から保護する出口フィルタ３１の寿命が長くなり、フロートスイッチ２５に異物が付着しないようにでき、フィルタ２９，３１の配置、交換の作業が容易になり、フロートスイッチ２５が凝縮水タンク２４の水位を正しく検知できる。
【００５０】
（実施の形態２）
図４、図５は、本発明の実施の形態２における燃料電池システムに用いた筒形フィルタと出口フィルタを示す断面図と一部を切り欠いた斜視図である。
【００５１】
本実施の形態は、実施の形態１における出口フィルタ３１の目のある部分を立体形状の凹形として、筒形フィルタ２９内で、出口フィルタ３１の目のある部分の表面積を増やしたものであり、その他の構成は、実施の形態１と同じである。
【００５２】
本実施の形態で用いた出口フィルタ３１は、目のある部分が平面的な形状の実施の形態１の出口フィルタ３１よりも、目のある部分の表面積が大きくなるので、出口フィルタ３１として、目のある部分が平面的な形状のフィルタを用いた実施の形態１の場合よりも、出口フィルタ３１の寿命を長くすることができ、また、出口フィルタ３１の寿命と筒形フィルタ２９の寿命とが近づくように調節して、無駄のないフィルタ交換をすることが可能になる。
【００５３】
また、筒形フィルタ２９と出口フィルタ３１を一体のまま出口フィルタ３１の表面積を増やすことで、簡素な構造の状態で出口フィルタ３１の寿命をさらに長くすることができる。なお、本実施の形態では凹形にしたが、凸形あるいはドーム型、波形等にしても構わない。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明の燃料電池システムは、簡素な構造で、水供給ポンプを凝縮水に含まれる埃などの異物から保護でき、水供給ポンプを異物から保護するフィルタの寿命が長くなり、フロートスイッチに異物が付着しないようにでき、フィルタの配置、交換の作業が容易になり、フロートスイッチが凝縮水タンクの水位を正しく検知できるので、家庭用の燃料電池システムに適している。
【符号の説明】
【００５５】
１６ 水素製造装置
１７ 燃料電池
１８ 冷却水タンク
１９ 冷却水路
２０ 熱交換器
２１ 冷却水ポンプ
２２ 燃料側凝縮器
２３ 空気側凝縮器
２４ 凝縮水タンク
２５ フロートスイッチ
２６ 水供給ポンプ
２７ 水供給路
２９ 筒形フィルタ
３０ 出口
３１ 出口フィルタ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池を用いて発電を行い排ガス中の水分を回収して有効利用する燃料電池システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のこの種の燃料電池システムとしては、水素製造装置の排ガス中の水分を凝縮させて回収した凝縮水を貯める凝縮水タンクと水供給ポンプとの間の水供給路にフィルタを設けて、水供給ポンプを凝縮水に含まれる埃などの異物から保護した燃料電池システムがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
以下、図面を参照しながら、上記従来の燃料電池システムを説明する。図６は従来の燃料電池システムの構成を示すものである。
【０００４】
図６に示すように、従来の燃料電池システムは、燃焼の熱を利用して水と原料ガスから燃料ガスを製造する水素製造装置１と、水素製造装置１によって製造された燃料ガスと酸化剤ガスを用いて発電を行う燃料電池２と、燃料電池２を冷却する冷却水を貯める冷却水タンク３と、燃料電池２と冷却水タンク３との間で冷却水を循環させるための冷却水路４と、冷却水路４に設けられ燃料電池２と冷却水タンク３との間で冷却水を循環させる冷却水ポンプ５と、燃料電池２から冷却水タンク３に戻る冷却水路４に設けられ燃料電池２との熱交換により暖められた冷却水を冷却する熱交換器６と、燃料電池２より排出される排気燃料ガスを冷却し排気燃料ガスに含まれる水分（水蒸気）を凝縮させる燃料側凝縮器７と、燃料電池２より排出される排気酸化剤ガスを冷却し排気酸化剤ガスに含まれる水分（水蒸気）を凝縮させる空気側凝縮器８と、燃料側凝縮器７と空気側凝縮器８で凝縮した凝縮水を貯める大気開放型の凝縮水タンク９と、凝縮水タンク９内に凝縮水タンク９の水位に連動して上下動する部分を有し凝縮水タンク９の水位が第１の所定水位を超えるとＯＮし凝縮水タンク９の水位が第１の所定水位より低い第２の所定水位以下になるとＯＦＦするフロートスイッチ１０と、途中にフロートスイッチ１０により動作する水供給ポンプ１２を有し凝縮水タンク９の底部の出口から流出した凝縮水を浄化して冷却水タンク３に導く水供給路１３と、冷却水タンク３内部の余剰冷却水を凝縮水タンク９に排出する水排出路１４と、凝縮水タンク９の底部の出口と水供給ポンプ１２との間の水供給路１３に設けられ凝縮水に含まれる埃などの異物が水供給ポンプ１２に流れないようにする１重のフィルタ１５とを備えている。
【０００５】
上記のように構成された従来の燃料電池システムについて、以下、その動作を図６を参照しながら説明する。
【０００６】
燃料電池システムの運転中は、水素製造装置１が、燃焼の熱を利用して水と原料ガスから水素を主成分とする燃料ガスを製造する。燃料電池２が、水素製造装置１によって製造された燃料ガスと酸化剤ガスを用いて発電を行う。このとき燃料電池２の電気化学反応によって酸化剤ガス側に水が生成され、燃料電池２から、排気燃料ガスと排気酸化剤ガスが出る。水素製造装置１が製造した燃料ガスの一部は水素製造装置１内で燃焼される。また、燃料電池２は発電により熱を発生する。
【０００７】
燃料電池２から排出された排気燃料ガスは、燃料側凝縮器７に導かれて燃料側凝縮器７で外気と熱交換することにより冷却されて排気燃料ガスに含まれる水分（水蒸気）が凝縮する。また、燃料電池２から排出された排気酸化剤ガスは、空気側凝縮器８に導かれて空気側凝縮器８で外気と熱交換することにより冷却されて排気酸化剤ガスに含まれる水分（水蒸気）が凝縮する。燃料側凝縮器７と空気側凝縮器８で凝縮した凝縮水は、それぞれ凝縮水タンク９に貯められる。
【０００８】
凝縮水タンク９内の凝縮水の水位が第１の所定水位を超えると、フロートスイッチ１０がＯＮになり、水供給ポンプ１２が動作する。水供給ポンプ１２の動作により、凝縮水タンク９内の凝縮水は、凝縮水タンク９の底部の出口から水供給路１３に流れる。水供給路１３に流入した凝縮水は、フィルタ１５で濾過された後、水供給ポンプ１２を通って図示しない浄化装置により純水になって冷却水タンク３に注がれる。このとき、冷却水タンク３に水が過剰に入ったとしても水排出路１４により余剰冷却水は凝縮水タンク９に排出される。ここで、冷却水タンク３の上方にある気体は水排出路１４を通じて大気開放された凝縮水タンク９と接続されているため、冷却水タンク３内部の圧力は常に大気開放された状態と同等である。凝縮水タンク９内の凝縮水の水位が第１の所定水位より低い第２の所定水位以下になるとフロートスイッチ１０がＯＦＦになり、水供給ポンプ１２が停止し、凝縮水タンク９の底部の出口からの凝縮水の流出が止まる。
【０００９】
冷却水タンク３の冷却水は、冷却水ポンプ５により冷却水路４を通って燃料電池２に送られて燃料電池２との熱交換により暖められる。燃料電池２との熱交換により暖められた冷却水は熱交換器６で冷却されて冷却水タンク３に戻る。熱交換器６で回収した燃料電池２の熱は、お湯として貯湯タンク（図示せず）に貯められ、給湯などに利用される。また冷却水タンク３内部の冷却水が所定水位以下になったことを図示しない水位検知手段により検知した場合や、燃料電池の起動時に、水供給路１３の水供給ポンプ１２を作動させることにより冷却水タンク３に凝縮水タンク９の水を供給することもある。このとき冷却水タンク３に水が過剰に入ったとしても水排出路１４により余剰冷却水は凝縮水タンク９に排出される。
【００１０】
ここで、凝縮水タンク９が大気開放型であること等から、凝縮水タンク９内の凝縮水には埃や水垢が含まれることがある。この埃や水垢は、凝縮水と共に凝縮水タンク９の底部の出口から水供給路１３に流出して水供給ポンプ１２に向かって流れるが、フィルタ１５の目より大きい埃や水垢は、水供給ポンプ１２の手前（直前）に配置されたフィルタ１５により捕捉されて、水供給ポンプ１２にはフィルタ１５により濾過された凝縮水が流れ込む。そのため、フィルタ１５により、水供給ポンプ１２を、凝縮水に含まれる埃などの異物から保護できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開平９−３０６５２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、上記従来の構成では、水供給ポンプ１２の手前（直前）のフィルタ１５は、凝縮水中の異物を捕らえるようにフィルタの目を細かくしているため、埃や水垢などによるの汚れが堆積しやすく。そのため、フィルタ寿命が短く、フィルタ１５を交換する頻度が多くなるという課題を有していた。
【００１３】
また、フロートスイッチ１０は、繊維状のゴミ、埃などの異物の付着により、凝縮水タンク９の水位に連動して上下動する部分が、凝縮水タンク９の水位に連動しなくなり、水供給ポンプ１２が凝縮水タンク９の水位に応じた動作をしないという課題を有していた。
【００１４】
このフロートスイッチ１０の課題を解決するために、フロートスイッチ１０を保護するフィルタを追加するという構成も考えられるが、その場合は、フィルタが複数になり、構造が複雑になるという課題も有していた。
【００１５】
そこで、本発明は、簡素な構造で、水供給ポンプを凝縮水に含まれる埃などの異物から保護でき、水供給ポンプを異物から保護するフィルタの寿命が長くなり、フロートスイッチに異物が付着しないようにできる燃料電池システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記目的を達成するために本発明の燃料電池システムは、フロートスイッチにおける凝縮水タンクの水位に連動して上下動する部分を、凝縮水タンクの底部の出口の上方に配置し、凝縮水タンクの出口とフロートスイッチにおける上下動する部分を囲む筒形フィルタを設け、従来の水供給ポンプの手前のフィルタの代わりに、フロートスイッチの上下動する部分の下方に筒形フィルタと一体に構成され凝縮水タンクの出口を覆う出口フィルタを設け、出口フィルタの目を筒形フィルタの目より細かくし、排ガス中の水分を凝縮させて回収した凝縮水が、筒形フィルタを通過した後に出口フィルタを通過して凝縮水タンクの出口から流出するように構成したのである。
【００１７】
本発明の燃料電池システムでは、フロートスイッチにおける上下動する部分を囲む筒形フィルタを設けたので、水の浮力で上下する簡単な構造で水位連動性を要するフロートスイッチにおいても、筒形フィルタで、繊維状のゴミ、埃などの異物から、フロートスイッチを保護でき、フロートスイッチにおける上下動する部分に異物が付着しないようにでき、フロートスイッチが水位に連動して正しくＯＮ／ＯＦＦ動作することができる。
【００１８】
また、本発明の燃料電池システムでは、従来の水供給ポンプの手前のフィルタの代わりに、フロートスイッチの上下動する部分の下方に筒形フィルタと一体に構成され凝縮水タンクの出口を覆う出口フィルタを設けたので、フィルタの位置が水供給路にある場合よりも燃料電池システム全体の構成が簡単になると共に、筒形フィルタと出口フィルタとを一緒に配置、交換でき、フィルタの配置、交換が容易になる。
【００１９】
また、本発明の燃料電池システムでは、排ガス中の水分を凝縮させて回収した凝縮水が、筒形フィルタを通過した後に出口フィルタを通過して凝縮水タンクの出口から流出するように構成したので、筒形フィルタの目より大きい異物は、出口フィルタに到達する前に筒形フィルタで捕捉され、筒形フィルタを通過した異物のみが出口フィルタに到達することになり、筒形フィルタがある分、出口フィルタの部分のフィルタの寿命が長くなる。
【００２０】
また、本発明の燃料電池システムでは、出口フィルタの目を筒形フィルタの目より細かくしているので、水供給ポンプに到達する異物を、出口フィルタの目の大きさを筒形フィルタに適したフィルタの目の大きさに合わせた場合よりも、小さな異物に限定できる。また、筒形フィルタの目を出口フィルタに適した目の大きさに合わせた場合よりも、筒形フィルタの内側の水位と筒形フィルタの外側の水位との差が小さくなり、フロートスイッチが凝縮水タンクの水位を正しく検知できる。
【００２１】
なお、凝縮水タンクの出口から流出する凝縮水は、必ず、筒形フィルタを通過するので、本発明の構成において出口フィルタを省略した方が、構成が簡単になるが、その場合の筒形フィルタの目の大きさを筒形フィルタに適したフィルタの目の大きさに合わせると、筒形フィルタの内側の水位と筒形フィルタの外側の水位との差を小さくできるが、水供給ポンプに到達する異物を小さな異物に限定することはできなくなる。逆に、筒形フィルタの目の大きさを出口フィルタに適したフィルタの目の大きさに合わせると、水供給ポンプに到達する異物を小さな異物に限定することができるが、筒形フィルタの内側の水位と筒形フィルタの外側の水位との差を小さくできなくなる。したがって、本発明の構成において、出口フィルタは省略しない方が良い。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の燃料電池システムによれば、簡素な構造で、水供給ポンプを凝縮水に含まれる埃などの異物から保護でき、水供給ポンプを異物から保護するフィルタの寿命が長くなり、フロートスイッチに異物が付着しないようにでき、フィルタの配置、交換の作業が容易になり、フロートスイッチが凝縮水タンクの水位を正しく検知できる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施の形態１における燃料電池システムの構成を示す構成図
【図２】同実施の形態の燃料電池システムに用いた筒形フィルタと出口フィルタを示す断面図
【図３】同実施の形態の燃料電池システムに用いた筒形フィルタと出口フィルタを示す斜視図
【図４】本発明の実施の形態２における燃料電池システムに用いた筒形フィルタと出口フィルタを示す断面図
【図５】同実施の形態の燃料電池システムに用いた筒形フィルタと出口フィルタを示す一部を切り欠いた斜視図
【図６】従来の燃料電池システムの構成図
【発明を実施するための形態】
【００２４】
第１の発明は、燃料ガスと酸化剤ガスを用いて発電する燃料電池と、燃焼の熱を利用して水と原料ガスから前記燃料電池に供給する前記燃料ガスを製造する水素製造装置と、前記燃料電池と前記水素製造装置の少なくともいずれか一方の排ガス中の水分を凝縮させて回収した凝縮水を貯める大気開放型の凝縮水タンクと、前記燃料電池を冷却する冷却水を貯める冷却水タンクと、途中に水供給ポンプを有し前記凝縮水タンクの底部の出口から流出した凝縮水を浄化して前記冷却水タンクに導く水供給路と、前記凝縮水タンクの前記出口の上方で前記凝縮水タンクの水位に連動して上下動する部分を有し前記凝縮水タンクの水位が第１の所定水位を超えると前記水供給ポンプをＯＮし前記凝縮水タンクの水位が前記第１の所定水位より低い第２の所定水位以下になると前記水供給ポンプをＯＦＦするためのフロートスイッチと、前記凝縮水タンクの前記出口と前記フロートスイッチの前記上下動する部分を囲むように設けられた筒形フィルタと、前記フロートスイッチの前記上下動する部分の下方に前記筒形フィルタと一体に構成され前記凝縮水タンクの前記出口を覆う出口フィルタとを備え、前記出口フィルタの目が前記筒形フィルタの目より細かく、前記排ガス中の水分を凝縮させて回収した凝縮水が、前記筒形フィルタを通過した後に前記出口フィルタを通過して前記凝縮水タンクの前記出口から流出するように構成したものである。
【００２５】
本発明の燃料電池システムでは、フロートスイッチにおける上下動する部分を囲む筒形フィルタを設けたので、水の浮力で上下する簡単な構造で水位連動性を要するフロートスイッチにおいても、筒形フィルタで、繊維状のゴミ、埃などの異物から、フロートスイッチを保護でき、フロートスイッチにおける上下動する部分に異物が付着しないようにでき、フロートスイッチが水位に連動して正しくＯＮ／ＯＦＦ動作することができる。
【００２６】
また、本発明の燃料電池システムでは、従来の水供給ポンプの手前のフィルタの代わりに、フロートスイッチの上下動する部分の下方に筒形フィルタと一体に構成され凝縮水タンクの出口を覆う出口フィルタを設けたので、フィルタの位置が水供給路にある場合よりも燃料電池システム全体の構成が簡単になると共に、筒形フィルタと出口フィルタとを一緒に配置、交換でき、フィルタの配置、交換が容易になる。
【００２７】
また、本発明の燃料電池システムでは、排ガス中の水分を凝縮させて回収した凝縮水が、筒形フィルタを通過した後に出口フィルタを通過して凝縮水タンクの出口から流出するように構成したので、筒形フィルタの目より大きい異物は、出口フィルタに到達する前に筒形フィルタで捕捉され、筒形フィルタを通過した異物のみが出口フィルタに到達することになり、筒形フィルタがある分、出口フィルタの部分のフィルタの寿命が長くなる。
【００２８】
また、本発明の燃料電池システムでは、出口フィルタの目を筒形フィルタの目より細かくしているので、水供給ポンプに到達する異物を、出口フィルタの目の大きさを筒形フィルタに適したフィルタの目の大きさに合わせた場合よりも、小さな異物に限定できる。また、筒形フィルタの目を出口フィルタに適した目の大きさに合わせた場合よりも、筒形フィルタの内側の水位と筒形フィルタの外側の水位との差が小さくなり、フロートスイッチが凝縮水タンクの水位を正しく検知できる。
【００２９】
なお、凝縮水タンクの出口から流出する凝縮水は、必ず、筒形フィルタを通過するので、本発明の構成において出口フィルタを省略した方が、構成が簡単になるが、その場合の筒形フィルタの目の大きさを筒形フィルタに適したフィルタの目の大きさに合わせると、筒形フィルタの内側の水位と筒形フィルタの外側の水位との差を小さくできるが、水供給ポンプに到達する異物を小さな異物に限定することはできなくなる。逆に、筒形フィルタの目の大きさを出口フィルタに適したフィルタの目の大きさに合わせると、水供給ポンプに到達する異物を小さな異物に限定することができるが、筒形フィルタの内側の水位と筒形フィルタの外側の水位との差を小さくできなくなる。したがって、本発明の構成において、出口フィルタは省略しない方が良い。
【００３０】
第２の発明は、特に、第１の発明における出口フィルタとして、目のある部分が立体的な形状のフィルタを用いたものであり、目のある部分が平面的な形状のフィルタよりも、目のある部分の表面積が大きくなるので、出口フィルタとして、目のある部分が平面的な形状のフィルタを用いた場合よりも、出口フィルタの寿命を長くすることができ、また、出口フィルタの寿命と筒形フィルタの寿命とが近づくように調節して、無駄のないフィルタ交換をすることが可能になる。
【００３１】
以下、本発明の燃料電池システムの実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。また、先に説明した実施の形態と同一構成については、同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００３２】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における固体高分子形の燃料電池システムの構成を示す構成図であり、図２、図３は、同実施の形態の燃料電池システムに用いた筒形フィルタと出口フィルタを示す断面図と斜視図である。
【００３３】
図１〜図３に示すように、本実施の形態の燃料電池システムは、燃焼の熱を利用して水と原料ガスから燃料ガスを製造する水素製造装置１６と、水素製造装置１６によって製造された燃料ガスと酸化剤ガスを用いて発電を行う固体高分子形の燃料電池１７と、燃料電池１７との熱交換により燃料電池１７を冷却する冷却水を貯める冷却水タンク１８と、燃料電池１７と冷却水タンク１８との間で冷却水を循環させるための冷却水路１９と、冷却水路１９に設けられ燃料電池１７との熱交換により暖められた冷却水を冷却する熱交換器２０と、冷却水路１９に設けられ冷却水タンク１８の冷却水が燃料電池１７との熱交換により暖められた後に熱交換器２０で冷却されて冷却水タンク１８に戻るように燃料電池１７と冷却水タンク１８との間で冷却水を循環させる冷却水ポンプ２１と、燃料電池１７より排出される排気燃料ガスを冷却し排気燃料ガスに含まれる水分（水蒸気）を凝縮させる燃料側凝縮器２２と、燃料電池１７より排出される排気酸化剤ガスを冷却し排気酸化剤ガスに含まれる水分（水蒸気）を凝縮させる空気側凝縮器２３と、底部に出口３０を有し燃料側凝縮器２２と空気側凝縮器２３で凝縮した凝縮水を貯める大気開放型の凝縮水タンク２４と、凝縮水タンク２４の出口３０の上方で凝縮水タンク２４内に凝縮水タンク２４の水位に連動して上下動する部分を有し凝縮水タンク２４の水位が第１の所定水位を超えるとＯＮし凝縮水タンク２４の水位が第１の所定水位より低い第２の所定水位以下になるとＯＦＦするフロートスイッチ２５と、途中にフロートスイッチ２５により動作する水供給ポンプ２６を有し凝縮水タンク２４の底部の出口３０から流出した凝縮水を浄化して冷却水タンク１８に導く水供給路２７と、冷却水タンク１８内部の余剰冷却水を凝縮水タンク２４に排出する水排出路２８と、凝縮水タンク２４の出口３０とフロートスイッチ２５の上下動する部分を囲むように設けられた筒形フィルタ２９と、フロートスイッチ２５の上下動する部分の下方に筒形フィルタ２９と一体に構成され凝縮水タンク２４の出口３０を覆う出口フィルタ３１と、凝縮水タンク２４の出口３０と水供給路２７の入口３２とを漏れなく連通させるパッキン３３とを備え、出口フィルタ３１の目が筒形フィルタ２９の目より細かく、排ガス中の水分を凝縮させて回収した凝縮水が、筒形フィルタ２９を通過した後に出口フィルタ３１を通過して凝縮水タンク２４の出口３０から水供給路２７の入口３２に流れるように構成されている。なお、本実施の形態では、凝縮水タンク２４の出口３０は筒形フィルタ２９の下部に一体に構成されている。
【００３４】
また、一般的に、フロートスィッチ２５は、水の浮力で上下する簡単な構造で摺動部はクリアランスが大きく、一方、水供給ポンプ２６は、微妙な水の流れを制御する精密部品であり、摺動部は極めてクリアランスが小さくなっている。
【００３５】
上記のように構成された本実施の形態の燃料電池システムについて、以下、その動作を説明する。
【００３６】
燃料電池システムの運転中は、水素製造装置１６が、燃焼の熱を利用して水と原料ガスから水素を主成分とする燃料ガスを製造する。燃料電池１７が、水素製造装置１６によって製造された燃料ガスと酸化剤ガスを用いて発電を行う。このとき燃料電池１７の電気化学反応によって酸化剤ガス側に水が生成され、燃料電池１７から排気燃料ガスと排気酸化剤ガスが排出される。水素製造装置１６が製造した燃料ガスの一部は水素製造装置１６内で燃焼される。また、燃料電池１７は発電により熱を発生する。
【００３７】
燃料電池１７から排出された排気燃料ガスは、燃料側凝縮器２２に導かれて燃料側凝縮器２２で外気と熱交換することにより冷却されて排気燃料ガスに含まれる水分（水蒸気）が凝縮する。また、燃料電池１７から排出された排気酸化剤ガスは、空気側凝縮器２３に導かれて空気側凝縮器２３で外気と熱交換することにより冷却されて排気酸化剤ガスに含まれる水分（水蒸気）が凝縮する。燃料側凝縮器２２と空気側凝縮器２３で凝縮した凝縮水は、それぞれ凝縮水タンク２４に貯められる（回収される）。
【００３８】
凝縮水タンク２４内の凝縮水の水位が第１の所定水位を超えると、フロートスイッチ２５がＯＮになり、水供給ポンプ２６が動作する。水供給ポンプ２６の動作により、凝縮水タンク２４内の凝縮水は、筒形フィルタ２９で濾過された後、出口フィルタ３１で濾過されて、凝縮水タンク２４の底部の出口３０から水供給路２７の入口３２に流れる。水供給路２７に流入した凝縮水は、水供給ポンプ２６を通って図示しない浄化装置により純水になって冷却水タンク１８に注がれる。このとき、冷却水タンク１８に水が過剰に入ったとしても水排出路２８により余剰冷却水は凝縮水タンク２４に排出される。ここで、冷却水タンク１８の上方にある気体は水排出路２８を通じて大気開放された凝縮水タンク２４と接続されているため、冷却水タンク１８内部の圧力は常に大気開放された状態と同等である。凝縮水タンク２４内の凝縮水の水位が第１の所定水位より低い第２の所定水位以下になるとフロートスイッチ２５がＯＦＦになり、水供給ポンプ２６が停止し、凝縮水タンク２４の底部の出口３０からの凝縮水の流出が止まる。
【００３９】
燃料電池１７の温度を一定に保つために、冷却水タンク１８の冷却水は、冷却水ポンプ２１により冷却水路１９を通って燃料電池１７に送られて燃料電池１７との熱交換により暖められる。燃料電池１７との熱交換により暖められた冷却水は熱交換器２０で冷却されて冷却水タンク１８に戻る。熱交換器２０で回収した燃料電池１７の熱は、お湯として貯湯タンク（図示せず）に貯められ、給湯などに利用される。また冷却水タンク１８内部の冷却水が所定水位以下になったことを図示しない水位検知手段により検知した場合や、燃料電池の起動時に、水供給路２７の水供給ポンプ２６を作動させることにより冷却水タンク１８に凝縮水タンク２４の水を供給することもある。このとき冷却水タンク１８に水が過剰に入ったとしても水排出路２８により余剰冷却水は凝縮水タンク２４に排出される。
【００４０】
ここで、凝縮水タンク２４が大気開放型であること等から、凝縮水タンク２４内の凝縮水には埃や水垢が含まれることがある。この埃や水垢は、凝縮水と共に凝縮水タンク２４の底部の出口３０から水供給路２７に流出して水供給ポンプ２６に向かって流れるが、筒形フィルタ２９で筒形フィルタ２９の目より大きい埃や水垢は、筒形フィルタ２９により捕捉され、筒形フィルタ２９を通過した埃や水垢のうち、出口フィルタ３１の目より大きい埃や水垢は、出口フィルタ３１により捕捉されて、水供給ポンプ２６には、筒形フィルタ２９と出口フィルタ３１で濾過された凝縮水が流れ込む。そのため、筒形フィルタ２９と出口フィルタ３１により、水供給ポンプ２６を、凝縮水に含まれる埃などの異物から保護できる。
【００４１】
本実施の形態では、凝縮水タンク２４内の筒形フィルタ２９の下方の出口３０の上に筒形フィルタ２９と一体に構成された筒形フィルタ２９より目の細かい出口フィルタ３１があり、微妙な水の流れを制御する精密部品で摺動部のクリアランスが極めて小さな水供給ポンプ２６に対しては極小の埃などの侵入を防ぐようにし、さらに水供給ポンプ２６に対して、筒形フィルタ２９、出口フィルタ３１の順に２重のフィルタ構成となっているため、出口フィルタ３１に繊維状のゴミ、埃などが直接付かない状態が得られる。同時に、水の浮力で上下する簡単な部品で、凝縮水タンク２４の水位に追従するフロートスイッチ２５においても筒形フィルタ２９で繊維状のゴミ、埃などが付着しない状態が得られる。
【００４２】
本実施の形態の燃料電池システムは、燃料ガスと酸化剤ガスを用いて発電する燃料電池１７と、燃焼の熱を利用して水と原料ガスから燃料電池１７に供給する燃料ガスを製造する水素製造装置１６と、燃料電池１７と水素製造装置１６の少なくともいずれか一方の排ガス中の水分を凝縮させて回収した凝縮水を貯める大気開放型の凝縮水タンク２４と、燃料電池１７を冷却する冷却水を貯める冷却水タンク１８と、途中に水供給ポンプ２６を有し凝縮水タンク２４の底部の出口３０から流出した凝縮水を浄化して冷却水タンク１８に導く水供給路２７と、凝縮水タンク２４の出口３０の上方で凝縮水タンク２４の水位に連動して上下動する部分を有し凝縮水タンク２４の水位が第１の所定水位を超えると水供給ポンプ２６をＯＮし凝縮水タンク２４の水位が第１の所定水位より低い第２の所定水位以下になると水供給ポンプ２６をＯＦＦするためのフロートスイッチ２５と、凝縮水タンク２４の出口３０とフロートスイッチ２５の上下動する部分を囲むように設けられた筒形フィルタ２９と、フロートスイッチ２５の上下動する部分の下方に筒形フィルタ２９と一体に構成され凝縮水タンク２４の出口３０を覆う出口フィルタ３１とを備え、出口フィルタ３１の目が筒形フィルタ２９の目より細かく、排ガス中の水分を凝縮させて回収した凝縮水が、筒形フィルタ２９を通過した後に出口フィルタ３１を通過して凝縮水タンク２４の出口３０から流出するように構成したものである。
【００４３】
本実施の形態の燃料電池システムでは、フロートスイッチ２５における上下動する部分を囲む筒形フィルタ２９を設けたので、水の浮力で上下する簡単な構造で水位連動性を要するフロートスイッチ２５においても、筒形フィルタ２９で、繊維状のゴミ、埃などの異物から、フロートスイッチ２５を保護でき、フロートスイッチ２５における上下動する部分に異物が付着しないようにでき、フロートスイッチ２５が水位に連動して正しくＯＮ／ＯＦＦ動作することができる。
【００４４】
また、本実施の形態の燃料電池システムでは、従来の水供給ポンプの手前のフィルタの代わりに、フロートスイッチ２５の上下動する部分の下方に筒形フィルタ２５と一体に構成され凝縮水タンク２４の出口３０を覆う出口フィルタ３１を設けたので、フィルタの位置が水供給路２７にある場合よりも燃料電池システム全体の構成が簡単になると共に、筒形フィルタ２９と出口フィルタ３１とを一緒に配置、交換でき、フィルタ２９，３１の配置、交換が容易になる。
【００４５】
また、本実施の形態の燃料電池システムでは、排ガス中の水分を凝縮させて回収した凝縮水が、筒形フィルタ２９を通過した後に出口フィルタ３１を通過して凝縮水タンク２４の出口３０から流出するように構成したので、筒形フィルタ２９の目より大きい異物は、出口フィルタ３１に到達する前に筒形フィルタ２９で捕捉され、筒形フィルタ２９を通過した異物のみが出口フィルタ３１に到達することになり、筒形フィルタ２９がある分、出口フィルタ３１の部分のフィルタの寿命が長くなる。
【００４６】
また、本実施の形態の燃料電池システムでは、出口フィルタ３１の目を筒形フィルタ２９の目より細かくしているので、水供給ポンプ２６に到達する異物を、出口フィルタ３１の目の大きさを筒形フィルタ２９に適したフィルタの目の大きさに合わせた場合よりも、小さな異物に限定できる。また、筒形フィルタ２９の目を出口フィルタ３１に適した目の大きさに合わせた場合よりも、筒形フィルタ２９の内側の水位と筒形フィルタ２９の外側の水位との差が小さくなり、フロートスイッチ２５が凝縮水タンク２４の水位を正しく検知できる。
【００４７】
なお、凝縮水タンク２４の出口３０から流出する凝縮水は、必ず、筒形フィルタ２９を通過するので、本実施の形態の構成において出口フィルタ３１を省略した方が、構成が簡単になるが、その場合の筒形フィルタ２９の目の大きさを筒形フィルタ２９に適したフィルタの目の大きさに合わせると、筒形フィルタ２９の内側の水位と筒形フィルタ２９の外側の水位との差を小さくできるが、水供給ポンプ２６に到達する異物を小さな異物に限定することはできなくなる。逆に、筒形フィルタ２９の目の大きさを出口フィルタ３１に適したフィルタの目の大きさに合わせると、水供給ポンプ２６に到達する異物を小さな異物に限定することができるが、筒形フィルタ２９の内側の水位と筒形フィルタ２９の外側の水位との差を小さくできなくなる。したがって、本実施の形態の構成において、出口フィルタ３１は省略しない方が良い。
【００４８】
また、本実施の形態の燃料電池システムでは、筒形フィルタ２９と出口フィルタ３１が一体の２重フィルタ構成となり、筒形フィルタ２９で繊維状のゴミ、埃などを捕り、次に筒形フィルタ２９より目の細かい出口フィルタ３１で極小の埃などを捕って、水供給ポンプ２６を汚れから保護し、また、同時に、筒形フィルタ２９で繊維状のゴミ、埃などを捕り、フロートスイッチ２５を保護できる。その結果、簡素な構造で水供給ポンプ２６のフィルタすなわち出口フィルタ３１の寿命を永くさせるとともに、フロートスイッチ２５の誤動作を防止することができる。
【００４９】
以上、説明したように本実施の形態の燃料電池システムによれば、簡素な構造で、水供給ポンプ２６を凝縮水に含まれる埃などの異物から保護でき、水供給ポンプ２６を異物から保護する出口フィルタ３１の寿命が長くなり、フロートスイッチ２５に異物が付着しないようにでき、フィルタ２９，３１の配置、交換の作業が容易になり、フロートスイッチ２５が凝縮水タンク２４の水位を正しく検知できる。
【００５０】
（実施の形態２）
図４、図５は、本発明の実施の形態２における燃料電池システムに用いた筒形フィルタと出口フィルタを示す断面図と一部を切り欠いた斜視図である。
【００５１】
本実施の形態は、実施の形態１における出口フィルタ３１の目のある部分を立体形状の凹形として、筒形フィルタ２９内で、出口フィルタ３１の目のある部分の表面積を増やしたものであり、その他の構成は、実施の形態１と同じである。
【００５２】
本実施の形態で用いた出口フィルタ３１は、目のある部分が平面的な形状の実施の形態１の出口フィルタ３１よりも、目のある部分の表面積が大きくなるので、出口フィルタ３１として、目のある部分が平面的な形状のフィルタを用いた実施の形態１の場合よりも、出口フィルタ３１の寿命を長くすることができ、また、出口フィルタ３１の寿命と筒形フィルタ２９の寿命とが近づくように調節して、無駄のないフィルタ交換をすることが可能になる。
【００５３】
また、筒形フィルタ２９と出口フィルタ３１を一体のまま出口フィルタ３１の表面積を増やすことで、簡素な構造の状態で出口フィルタ３１の寿命をさらに長くすることができる。なお、本実施の形態では凹形にしたが、凸形あるいはドーム型、波形等にしても構わない。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明の燃料電池システムは、簡素な構造で、水供給ポンプを凝縮水に含まれる埃などの異物から保護でき、水供給ポンプを異物から保護するフィルタの寿命が長くなり、フロートスイッチに異物が付着しないようにでき、フィルタの配置、交換の作業が容易になり、フロートスイッチが凝縮水タンクの水位を正しく検知できるので、家庭用の燃料電池システムに適している。
【符号の説明】
【００５５】
１６ 水素製造装置
１７ 燃料電池
１８ 冷却水タンク
１９ 冷却水路
２０ 熱交換器
２１ 冷却水ポンプ
２２ 燃料側凝縮器
２３ 空気側凝縮器
２４ 凝縮水タンク
２５ フロートスイッチ
２６ 水供給ポンプ
２７ 水供給路
２９ 筒形フィルタ
３０ 出口
３１ 出口フィルタ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガスと酸化剤ガスを用いて発電する燃料電池と、燃焼の熱を利用して水と原料ガスから前記燃料電池に供給する前記燃料ガスを製造する水素製造装置と、前記燃料電池と前記水素製造装置の少なくともいずれか一方の排ガス中の水分を凝縮させて回収した凝縮水を貯める大気開放型の凝縮水タンクと、前記燃料電池を冷却する冷却水を貯める冷却水タンクと、途中に水供給ポンプを有し前記凝縮水タンクの底部の出口から流出した凝縮水を浄化して前記冷却水タンクに導く水供給路と、前記凝縮水タンクの前記出口の上方で前記凝縮水タンクの水位に連動して上下動する部分を有し前記凝縮水タンクの水位が第１の所定水位を超えると前記水供給ポンプをＯＮし前記凝縮水タンクの水位が前記第１の所定水位より低い第２の所定水位以下になると前記水供給ポンプをＯＦＦするためのフロートスイッチと、前記凝縮水タンクの前記出口と前記フロートスイッチの前記上下動する部分を囲むように設けられた筒形フィルタと、前記フロートスイッチの前記上下動する部分の下方に前記筒形フィルタと一体に構成され前記凝縮水タンクの前記出口を覆う出口フィルタとを備え、前記出口フィルタの目が前記筒形フィルタの目より細かく、前記排ガス中の水分を凝縮させて回収した凝縮水が、前記筒形フィルタを通過した後に前記出口フィルタを通過して前記凝縮水タンクの前記出口から流出するように構成した燃料電池システム。
【請求項２】
前記出口フィルタは、目のある部分が立体的である請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項１】
燃料ガスと酸化剤ガスを用いて発電する燃料電池と、燃焼の熱を利用して水と原料ガスから前記燃料電池に供給する前記燃料ガスを製造する水素製造装置と、前記燃料電池と前記水素製造装置の少なくともいずれか一方の排ガス中の水分を凝縮させて回収した凝縮水を貯める大気開放型の凝縮水タンクと、前記燃料電池を冷却する冷却水を貯める冷却水タンクと、途中に水供給ポンプを有し前記凝縮水タンクの底部の出口から流出した凝縮水を浄化して前記冷却水タンクに導く水供給路と、前記凝縮水タンクの前記出口の上方で前記凝縮水タンクの水位に連動して上下動する部分を有し前記凝縮水タンクの水位が第１の所定水位を超えると前記水供給ポンプをＯＮし前記凝縮水タンクの水位が前記第１の所定水位より低い第２の所定水位以下になると前記水供給ポンプをＯＦＦするためのフロートスイッチと、前記凝縮水タンクの前記出口と前記フロートスイッチの前記上下動する部分を囲むように設けられた筒形フィルタと、前記フロートスイッチの前記上下動する部分の下方に前記筒形フィルタと一体に構成され前記凝縮水タンクの前記出口を覆う出口フィルタとを備え、前記出口フィルタの目が前記筒形フィルタの目より細かく、前記排ガス中の水分を凝縮させて回収した凝縮水が、前記筒形フィルタを通過した後に前記出口フィルタを通過して前記凝縮水タンクの前記出口から流出するように構成した燃料電池システム。
【請求項２】
前記出口フィルタは、目のある部分が立体的である請求項１記載の燃料電池システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１０−２５０９９８（Ｐ２０１０−２５０９９８Ａ）
【公開日】平成２２年１１月４日（２０１０．１１．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−９６８５９（Ｐ２００９−９６８５９）
【出願日】平成２１年４月１３日（２００９．４．１３）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１１月４日（２０１０．１１．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年４月１３日（２００９．４．１３）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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