特許 6972718 水精製器および燃料電池システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6972718

(24)【登録日】2021年11月8日

(45)【発行日】2021年11月24日

(54)【発明の名称】水精製器および燃料電池システム

(51)【国際特許分類】

   C02F 1/42 20060101AFI20211111BHJP

   B01J 47/022 20170101ALI20211111BHJP

   B01J 47/026 20170101ALI20211111BHJP

   B01J 47/028 20170101ALI20211111BHJP

   H01M 8/04 20160101ALI20211111BHJP

   H01M 8/0612 20160101ALI20211111BHJP

   H01M 8/0662 20160101ALI20211111BHJP

【ＦＩ】

   C02F1/42 A

   B01J47/022

   B01J47/026

   B01J47/028

   H01M8/04 Z

   H01M8/04 N

   H01M8/0612

   H01M8/0662

【請求項の数】6

【全頁数】11

(21)【出願番号】特願2017-135969(P2017-135969)

(22)【出願日】2017年7月12日

(65)【公開番号】特開2019-18120(P2019-18120A)

(43)【公開日】2019年2月7日

【審査請求日】2020年6月11日

(73)【特許権者】

【識別番号】000000011

【氏名又は名称】株式会社アイシン

(74)【代理人】

【識別番号】110000017

【氏名又は名称】特許業務法人アイテック国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】薮谷 元彦

【審査官】 目代 博茂

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００５−２３５５８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５５−１３４６８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−２０７０６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−０２９１４４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ０２Ｆ１／４２

Ｂ０１Ｊ３９／００−４９／９０

Ｈ０１Ｍ８／０４−８／０６６８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

熱交換により凝縮された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、側壁が筒状の収容容器と、 前記収容容器内に上下に重なるように充填され、イオン交換樹脂の種類または複数種類のイオン交換樹脂の混合比率が異なる少なくとも二層のイオン交換樹脂層と、
を備え、
前記収容容器は、最上層の前記イオン交換樹脂層と前記流入口との間に水を貯留可能な空間を有し、
前記空間内に配置され、前記流入口から流入した水が最上層の前記イオン交換樹脂層まで流れる流路を形成すると共に該流路の流量を絞る絞りが形成されたスペーサを備える
水精製器。

【請求項2】

請求項１に記載の水精製器であって、
前記スペーサは、上面視において前記絞りの中心が前記流入口の中心とずれた位置となるように形成される
水精製器。

【請求項3】

請求項１または２に記載の水精製器であって、
前記イオン交換樹脂層は、いずれも水よりも比重の大きいイオン交換樹脂で形成され、
前記スペーサは、水よりも比重の小さい材料で形成される
水精製器。

【請求項4】

請求項１ないし３のいずれか１項に記載の水精製器であって、
最上層の前記イオン交換樹脂層は、カチオン樹脂のみで形成されており、
他の前記イオン交換樹脂層は、カチオン樹脂よりも耐熱性の低いアニオン樹脂を少なくとも含んで形成される
水精製器。

【請求項5】

水素を含む改質ガスと酸素を含む酸化剤ガスとに基づいて発電する燃料電池を備える燃料電池システムであって、
原燃料ガスを改質して前記改質ガスを生成する改質器と、
前記改質ガスの生成に用いられる水を貯留する水タンクと、
前記燃料電池から排出される排気ガスと冷媒との熱交換により凝縮された水を前記水タンクに供給する熱交換器と、
前記熱交換器から前記水タンクへの水の供給路に設けられる請求項１ないし４のいずれか１項に記載の水精製器と、
を備える燃料電池システム。

【請求項6】

請求項５に記載の燃料電池システムであって、
前記燃料電池と前記改質器と前記水タンクと前記熱交換器と前記水精製器とを内部に収容する筐体を備え、
前記燃料電池と前記改質器と前記熱交換器とは、前記筐体の底部から離れた位置に設けられ、
前記水タンクは、前記筐体の底部に設けられ、
前記水精製器は、前記水タンクの近傍に設けられる
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、水精製器および燃料電池システムに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、この種の燃料電池システムとしては、原燃料ガスを水を用いて改質して水素含有ガスを生成する改質器および水素含有ガスと酸化剤ガスとを用いて発電する燃料電池を有する燃料電池モジュールと、燃料電池モジュールから発生する燃焼排気ガスとの熱交換により温められた温水を貯める貯湯タンクと、燃料電池モジュールに水を供給する水供給部と、燃料電池モジュールに空気を供給する空気供給部と、燃料電池モジュールに原燃料ガスを供給するガス供給部と、燃焼排気ガス中の水蒸気から凝縮されて水供給部に貯留される水をイオン交換樹脂により浄化する水精製器（浄化器）とを同一筐体内に備えるものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この燃料電池システムでは、筐体内の最上部に燃料電池モジュールを配置すると共にその下に貯湯タンクを配置し、筐体内の最下部に水精製器を配置する。そして、貯湯タンクと水精製器との間に、水供給部と空気供給部とガス供給部とを配置することで、貯湯タンクから水精製器への熱伝達を遮るものとしている。これにより、燃料電池モジュールや貯湯タンクの温度上昇により水精製器内のイオン交換樹脂が熱劣化するのを抑制してイオン吸着効率が低下するのを防止している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１４−１８２９２７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上述した燃料電池システムでは、イオン交換樹脂の熱劣化を抑制するために筐体内における水精製器や各部の配置については考慮しているものの、水精製器が浄化する水の水温については考慮されていない。水精製器が浄化する水は、燃焼排気ガスから凝縮されたものであり、比較的高温の水を処理することがあるため、イオン交換樹脂の熱劣化を招く場合がある。

【0005】

本発明は、水精製器内のイオン交換樹脂の劣化を抑制することを主目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

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。

【0007】

本発明の水精製器は、熱交換により凝縮された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、側壁が筒状の収容容器と、前記収容容器内に上下に重なるように充填され、イオン交換樹脂の種類または複数種類のイオン交換樹脂の混合比率が異なる少なくとも二層のイオン交換樹脂層と、を備え、前記収容容器は、最上層の前記イオン交換樹脂層と前記流入口との間に水を貯留可能な空間を有することを要旨とする。

【0008】

本発明の水精製器では、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側壁が筒状の収容容器が、最上層のイオン交換樹脂層と流入口との間に水を貯留可能な空間を有する。水精製器のイオン交換樹脂層には通水抵抗があるため、イオン交換樹脂層で処理される水の通過に時間を要する。このため、最上層のイオン交換樹脂層と流入口との間の空間に貯留された水は、イオン交換樹脂層内に流れるまでの間に雰囲気温度で冷却されるから、熱交換により凝縮された比較的高温の水がイオン交換樹脂層に直接到達するのを防止してイオン交換樹脂層の熱劣化を抑制することができる。また、空間に貯留した水の水頭圧がイオン交換樹脂層の上面に作用するため、イオン交換樹脂層の横断面における単位面積当りの通水量のバラツキを抑えることができるから、イオン交換樹脂層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。これらのことから、水精製器内のイオン交換樹脂の劣化を抑制し、且つイオン交換樹脂の有効利用率の向上ができる。

【0009】

本発明の水精製器において、前記空間内に配置され、前記流入口から流入した水が最上層の前記イオン交換樹脂層まで流れる流路を形成すると共に該流路の流量を絞る絞りが形成されたスペーサを備えるものとしてもよい。こうすれば、流入口から流入した水がスペーサ内の流路を通ってイオン交換樹脂層に到達するまでの時間を長くして水温を下げることができるから、イオン交換樹脂層の熱劣化をより抑制することができる。また、輸送中に水精製器が横倒れになった場合でも、上部のイオン交換樹脂層から空間内にイオン交換樹脂が入り込むのを抑えると共に各イオン交換樹脂層のイオン交換樹脂が混ざり合うのを抑えることができるから、イオン交換効率を適切に発揮させることができる。

【0010】

本発明の水精製器において、前記スペーサは、上面視において前記絞りの中心が前記流入口の中心とずれた位置となるように形成されるものとしてもよい。こうすれば、空間内に水が十分に貯留されていない状態でも、流入口から流入した比較的高温の水がイオン交換樹脂層に直接到達するのを防止することができるから、イオン交換樹脂層の熱劣化をさらに抑制することができる。

【0011】

本発明の水精製器において、前記イオン交換樹脂層は、いずれも水よりも比重の大きいイオン交換樹脂で形成され、前記スペーサは、水よりも比重の小さい材料で形成されるものとしてもよい。こうすれば、水精製器の経年使用により、スペーサがイオン交換樹脂層に埋もれたり、上部のイオン交換樹脂層のイオン交換樹脂がスペーサ内に流入したりするのを抑制することができるから、イオン交換効率を適切に維持することができる。

【0012】

本発明の水精製器において、最上層の前記イオン交換樹脂層は、カチオン樹脂のみで形成されており、他の前記イオン交換樹脂層は、カチオン樹脂よりも耐熱性の低いアニオン樹脂を少なくとも含んで形成されるものとしてもよい。こうすれば、比較的高温の水が到達する最上層のイオン交換樹脂層における耐熱性を高めることができ、また、最上層のイオン交換樹脂層を通過する間に温度が下がった水が他のイオン交換樹脂層を通過することになる。このため、イオン交換樹脂層の各層の熱劣化をより一層抑制することができる。

【0013】

本発明の燃料電池システムは、水素を含む改質ガスと酸素を含む酸化剤ガスとに基づいて発電する燃料電池を備える燃料電池システムであって、原燃料ガスを改質して前記改質ガスを生成する改質器と、前記改質ガスの生成に用いられる水を貯留する水タンクと、前記燃料電池から排出される排気ガスと冷媒との熱交換により凝縮された水を前記水タンクに供給する熱交換器と、前記熱交換器から前記水タンクへの水の供給路に設けられる上述したいずれかの水精製器と、を備えることを要旨とする。

【0014】

本発明の燃料電池システムは、燃料電池と、改質器と、水タンクと、熱交換器と、上述したいずれかの水精製器とを備える。このため、上述したように、熱交換により凝縮された比較的高温の水が、水精製器のイオン交換樹脂層に直接到達するのを防止してイオン交換樹脂層の熱劣化を抑制することができる。また、水精製器の空間に貯留した水の水頭圧によりイオン交換樹脂層の通水の偏りを抑制することができる。これらのことから、水精製器内のイオン交換樹脂の劣化を抑制することができるから、燃料電池システムのメンテナンス工数の削減や寿命延長、コスト低減を図ることができる。

【0015】

本発明の燃料電池システムにおいて、前記燃料電池と前記改質器と前記水タンクと前記熱交換器と前記水精製器とを内部に収容する筐体を備え、前記燃料電池と前記改質器と前記熱交換器とは、前記筐体の底部から離れた位置に設けられ、前記水タンクは、前記筐体の底部に設けられ、前記水精製器は、前記水タンクの近傍に設けられるものとしてもよい。こうすれば、筐体内で比較的雰囲気温度の低い箇所に水精製器を配置することができるから、水精製器の熱劣化をより抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】燃料電池システム１０の構成の概略を示す構成図である。

【図2】水精製器６０の構成の概略を示す構成図である。

【図3】水精製器６０における水の流れの様子を示す説明図である。

【図4】水精製器６０における劣化の進行の様子を示す説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

次に、本発明を実施するための形態について説明する。

【0018】

図１は燃料電池システム１０の構成の概略を示す構成図であり、図２は水精製器６０の構成の概略を示す構成図である。燃料電池システム１０は、図１に示すように、発電を行う発電ユニット２０や、発電ユニット２０からの熱により加熱された湯水を貯留する貯湯タンク７０、システム全体を制御する制御装置８０などを備え、これらが直方体状の燃料電池ケース１２に収容されている。なお、燃料電池システム１０は、発電ユニット２０により発電された電力を図示しない住宅の家電製品などに供給可能であり、貯湯タンク７０に貯留された湯水を図示しない住宅の浴槽などに供給可能である。

【0019】

発電ユニット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４５と、改質水供給装置５０と、排熱回収装置５５とを備える。

【0020】

発電モジュール３０は、改質水を気化して水蒸気を生成する気化器３２と、天然ガスやＬＰガスなどの原燃料ガスを水蒸気改質により改質する改質器３４と、改質ガスと酸化剤ガスとの供給を受けて発電する燃料電池スタック３６などを有する。気化器３２と改質器３４と燃料電池スタック３６は、断熱性材料により形成された箱型のモジュールケース３１内に収容されている。モジュールケース３１内には、燃料電池スタック３６の起動や、気化器３２における水蒸気の生成、改質器３４における水蒸気改質反応に必要な熱を供給するために、燃料電池スタック３６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）とを燃焼させる燃焼部３８が設けられている。

【0021】

原燃料ガス供給装置４０は、ガス供給源１と気化器３２とを接続する原燃料ガス供給管４１を有する。原燃料ガス供給管４１には、ガス供給源１側から順に、ガス供給弁４２やガスポンプ４３、図示しない脱硫器などが設けられており、ガス供給弁４２を開弁した状態でガスポンプ４３を駆動することにより、ガス供給源１からの原燃料ガスを脱硫して気化器３２へ供給する。

【0022】

エア供給装置４５は、外気と連通するフィルタ４７と燃料電池スタック３６とを接続するエア供給管４６を有する。エア供給管４６には、エアブロワ４８が設けられており、エアブロワ４８を駆動することにより、フィルタ４７を介して吸入したエアを燃料電池スタック３６へ供給する。

【0023】

改質水供給装置５０は、改質水を貯蔵する改質水タンク５２と気化器３２とを接続する改質水供給管５１を有する。改質水供給管５１には、改質水ポンプ５３が設けられており、改質水ポンプ５３を駆動することにより、改質水タンク５２内の改質水を気化器３２へ供給する。改質水タンク５２は、燃料電池ケース１２の底部に配置されている。なお、発電モジュール３０（改質器３４、燃料電池スタック３６）や排熱回収装置５５（熱交換器５７）、貯湯タンク７０は、燃料電池ケース１２内の上部や中央部など、底部から離れた位置に配置されている。このため、改質水タンク５２は、発電モジュール３０や排熱回収装置５５、貯湯タンク７０から離れた位置となる。

【0024】

排熱回収装置５５は、循環ポンプ５６ａの駆動により貯湯タンク７０の貯湯水を循環させる循環配管５６と、循環配管５６内の貯湯水と燃焼部３８からの燃焼排ガスとの間で熱交換を行う熱交換器５７とを有する。なお、燃焼部３８からの燃焼排ガスは、熱交換により水蒸気成分が凝縮され、凝縮された水（凝縮水）が凝縮水供給管５８を介して改質水タンク５２に回収される。凝縮水供給管５８には水精製器６０が設けられており、水精製器６０により精製（浄化）された水が改質水タンク５２に回収される。また、残りの排気ガス（ガス成分）は、排気ガス排出管５９を介して外気へ排出される。

【0025】

水精製器６０は、燃料電池ケース１２の底部に配置された改質水タンク５２に隣接するように配置されている。水精製器６０は、図２に示すように、水精製材としてイオン交換樹脂層６５が内部に形成された円筒状の収容容器６１と、収容容器６１の上部に収容容器６１よりも大きな外径に形成されたフランジ部６２と、フランジ部６２の上面にフランジ部６２の中心から偏心した位置に設けられた流入口６３と、収容容器６１の底部の中心に設けられた流出口６４とを備える。水精製器６０は、上方の流入口６３から流入した水がイオン交換樹脂層６５を通過して下方の流出口６４から流出することにより、水に含まれる不純物をイオン交換樹脂層６５で吸着除去して純水化する。なお、流出口６４は、底部の中心でなくてもよく、収容容器６１の下端部の側面に形成されていてもよい。

【0026】

また、水精製器６０は、イオン交換樹脂層６５として、陽イオン交換樹脂と陰イオン交換樹脂との混合比率の異なる上部樹脂層６５ａおよび下部樹脂層６５ｂとの二層の樹脂層を有する。上部樹脂層６５ａは、下部樹脂層６５ｂよりも陽イオン交換樹脂としてのカチオン樹脂の混合比率が高くなっており、本実施形態ではカチオン樹脂が１００％となっている。下部樹脂層６５ｂは、上部樹脂層６５ａよりも陰イオン交換樹脂としてのアニオン樹脂の混合比率が高くなっており、本実施形態ではカチオン樹脂とアニオン樹脂との混合比率が略１：１〜略２：３程度となっている。カチオン樹脂は、アニオン樹脂よりも耐熱性が高いものであり、例えばアニオン樹脂の耐熱温度が６０℃程度であるのに対し、カチオン樹脂は１２０℃程度となっている。このため、上部樹脂層６５ａは、下部樹脂層６５ｂよりも耐熱性が高いものとなる。また、上部樹脂層６５ａと下部樹脂層６５ｂの厚みの比は、カチオン樹脂とアニオン樹脂の必要量を確保できるように適宜定めるものとすればよく、本実施形態では略１：４〜略１：６程度となっている。ここで、水精製器６０は、収容容器６１内に上部樹脂層６５ａの上部に所定高さの空間６１ａが形成されている。空間６１ａの所定高さは数十ｍｍ程度であり、一例として３０ｍｍ程度とすることができる。なお、カチオン樹脂とアニオン樹脂は比重が異なりカチオン樹脂の方がアニオン樹脂よりも若干比重が大きいものであり、また、いずれも水よりも比重が大きいものとなっている。このため、収容容器６１が上部に空間６１ａを有していても、収容容器６１内に水（凝縮水）が流入した場合にカチオン樹脂やアニオン樹脂の樹脂粒が空間６１ａ内に浮かぶように流入することは殆どない。

【0027】

さらに、水精製器６０は、空間６１ａ内にスペーサ６６が配置されている。スペーサ６６は、上下方向に貫通した流路が内部に形成された樹脂製の部材である。このスペーサ６６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状に形成された逆円錐状部６６ａと、逆円錐状部６６ａと同様にに形成されて上下を反転させた略円錐状の円錐状部６６ｂと、逆円錐状部６６ａの下端と円錐状部６６ｂの上端とを繋ぐ略円筒状の円筒状部６６ｃとにより構成されている。このため、スペーサ６６の流路の断面積は、逆円錐状部６６ａ内を下方に向かうにつれて徐々に小さくなって円筒状部６６ｃで最小面積となり、円錐状部６６ｂを下方に向かうにつれて徐々に大きくなる。即ち、スペーサ６６は、高さ方向の中央部に絞りを有する砂時計状に形成されている。なお、円筒状部６６ｃの内径即ちスペーサ６６の流路の最小面積は、イオン交換樹脂層６５における処理で発生するガスを上方に抜くのに必要なサイズに定めることができる。また、逆円錐状部６６ａと円錐状部６６ｂの円錐の底部の形状は、外周縁が部分的に（例えば周方向に９０度間隔となる四箇所で）直線状に切り欠かれた非円形状となっており、空間６１ａ内に配置された状態で収容容器６１の円形状の内壁面との間に若干の隙間が形成される。また、スペーサ６６は、水よりも比重の小さな材料、例えばポリプロピレン樹脂やポリエチレン樹脂などの樹脂材料により形成されている。

【0028】

ここで、図３は水精製器６０における水の流れの様子を示す説明図であり、図４は水精製器６０における劣化の進行の様子を示す説明図である。図３に示すように、凝縮水供給管５８から流入口６３を介して収容容器６１内に流入した水（凝縮水）は、スペーサ６６内の流路を通って上部樹脂層６５ａに到達する。スペーサ６６は、高さ方向の中央部に絞りを有するから、収容容器６１内に流入した水は逆円錐状部６６ａで貯留されながら、円筒状部６６ｃを通って円錐状部６６ｂ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６５（上部樹脂層６５ａ）の上面全体に到達する。また、スペーサ６６の上端および下端と、収容容器６１の内壁との間の隙間から水が空間６１ａ内に流入して貯留される。このように、スペーサ６６内を含む空間６１ａ内に水が貯留された状態で、イオン交換樹脂層６５（上部樹脂層６５ａと下部樹脂層６５ｂ）内を水が通過していくことになる。したがって、空間６１ａ内に貯留した水の水頭圧が、イオン交換樹脂層６５の上面に略均等に作用するため、イオン交換樹脂層６５の横断面における単位面積当りの通水量のバラツキ（偏り）を抑えることができる。これにより、イオン交換樹脂層６５の通水が偏るのを防止することができるから、図４に示すように、通水の偏りが少なく劣化が満遍なく現れるものとなる（図４中の点線参照）。これにより、劣化が偏ることによりイオン交換樹脂の利用効率が低下するのを防止することができる。

【0029】

また、上述したように、流入口６３はフランジ部６２の中心から偏心した位置に設けられており、スペーサ６６の円筒状部６６ｃの中心（絞りの中心）から上面視で外れた位置から水が流入する。このため、スペーサ６６内に水が殆ど貯留されていない状態でも、収容容器６１内に流入した水がイオン交換樹脂層６５（上部樹脂層６５ａ）に直接到達するのを防止することができる。また、スペーサ６６の上端および下端の縁から空間６１ａ内に流入した水は、空間６１ａ内に滞留するため、その間に雰囲気温度で冷却されて水温が低下する。このため、スペーサ６６は、水温が低下した水に囲まれることになり、スペーサ６６内の流路を通る間に水を冷却する効果を高めることができる。これらのことからも、収容容器６１内に流入した比較的高温の水（凝縮水）が上部樹脂層６５ａ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。もとより、本実施形態では、上部樹脂層６５ａは耐熱性の高いカチオン樹脂のみを含み、耐熱性の低いアニオン樹脂は下部樹脂層６５ｂのみに含まれるものとして、上部樹脂層６５ａの耐熱性を下部樹脂層６５ｂよりも高めるからイオン交換樹脂層６５全体の熱劣化をより抑制することができる。さらに、水精製器６１は燃料電池ケース１２の底部に配置された改質水タンク５２に隣接して配置され、発電モジュール３０や排熱回収装置５５、貯湯タンク７０から離れているから、水精製器６１が高温雰囲気に晒されるのを防止して、イオン交換樹脂層６５の熱劣化をより一層抑制することができる。

【0030】

以上説明した実施形態の水精製器６０は、収容容器６１が流入口６３と上部樹脂層６５ａとの間に水を貯留可能な空間６１ａを有しており、流入口６３から流入した凝縮水の水温を空間６１ａに貯留した水で下げることができるから、イオン交換樹脂層６５の熱劣化を抑制することができる。また、空間６１ａに貯留した水の水頭圧によりイオン交換樹脂層６５の横断面における単位面積当りの通水量のバラツキを抑えて、イオン交換樹脂層６５の劣化が偏るのを抑制することができる。

【0031】

また、水精製器６０は、絞りを有するスペーサ６６が空間６１ａ内に配置され、スペーサ６６を通る間に水を冷却することができるから、イオン交換樹脂層６５の熱劣化をより抑制することができる。また、スペーサ６６の周りに滞留した水によって、スペーサ６６内を通る水を効率よく冷却することができる。また、輸送中に水精製器６０が横倒れになった場合でも、スペーサ６６によって空間６１ａ内にイオン交換樹脂が入り込むのを抑えることができる。このため、上部樹脂層６５ａおよび下部樹脂層６５ｂのイオン交換樹脂同士が混ざり合うのを抑えてイオン交換効率を適切に発揮させることができる。

【0032】

また、水精製器６０は、上面視でスペーサ６６の絞り（円筒状部６６ｃ）の中心が流入口６３の中心とずれた位置となっているから、空間６１ａ内に水が十分に貯留されていない状態でも流入口６３から流入した水がイオン交換樹脂層６５（上部樹脂層６５ａ）に直接到達するのを防止して、イオン交換樹脂層６５の熱劣化を抑制することができる。

【0033】

また、水精製器６０は、上部樹脂層６５ａおよび下部樹脂層６５ｂがいずれも水よりも比重の大きいイオン交換樹脂で形成され、スペーサ６６が水よりも比重の小さい材料で形成されている。このため、水精製器６０の経年使用により、スペーサ６６がイオン交換樹脂層６５内に埋もれたり、イオン交換樹脂層６５のイオン交換樹脂がスペーサ内６６に流入したりするのを抑制して、イオン交換効率を適切に維持することができる。

【0034】

また、水精製器６０は、上部樹脂層６５ａが耐熱性の高いカチオン樹脂のみで形成され、下部樹脂層６５ｂがカチオン樹脂とアニオン樹脂との混合により形成されている。このため、比較的高温の水を精製する上部樹脂層６５ａの耐熱性を高めて、上部樹脂層６５ａの熱劣化を抑制することができる。また、上部樹脂層６５ａを通過している間に水の温度が下がっていくから、耐熱性の低い下部樹脂層６５ｂが高温の水を精製するのを抑えて、下部樹脂層６５ｂの熱劣化を抑制することができる。

【0035】

また、水精製器６０は、発電モジュール３０（燃料電池スタック３６）や貯湯タンク７０から遠ざけるように燃料電池ケース１２の底部に配置されるから、水精製器６０が高温雰囲気に晒されるのを防止して、イオン交換樹脂層６５の熱劣化をより抑制することができる。

【0036】

上述した実施形態では、スペーサ６６の絞りの中心（円筒状部６６ｃの中心）と流入口６３の中心とがずれているものとしたが、これに限られず、絞りの中心と流入口６３の中心とが一致していてもよい。

【0037】

実施形態では、空間６１ａ内にスペーサ６６を備えたが、これに限られず、スペーサ６６を備えなくてもよい。このようにしても、流入口６３から流入した水が空間６１ａ内に貯留した状態となると、その後に流入する水の水温を貯留した水で下げることができるから、イオン交換樹脂層６５の熱劣化を抑制することができる。また、空間６１ａ内に貯留した水の水頭圧により通水量のバラツキを抑えて、イオン交換樹脂層６５の劣化が偏るのを抑制することができる。

【0038】

実施形態では、イオン交換樹脂層６５のイオン交換樹脂の比重が水よりも大きいものとしたが、これに限られず、イオン交換樹脂の比重が水よりも小さいものとしてもよい。その場合、スペーサ６６内へのイオン交換樹脂の流入を防止するための部材として、例えばスペーサ６６の円錐状部６６ｂの下端に流入防止用の網状部材を取り付けるものなどとしてもよい。

【0039】

実施形態では、スペーサ６６が水よりも比重の小さい部材で形成されたが、これに限られず、水よりも比重の大きい材料で形成されてもよい。その場合、スペーサ６６がイオン交換樹脂層６５内に埋もれるのを防止するため、収容容器６１の内壁面にスペーサ６６の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。

【0040】

実施形態では、上部樹脂層６５ａがカチオン樹脂１００％で構成されたが、これに限られず、カチオン樹脂とアニオン樹脂とで構成されてもよい。その場合、下部樹脂層６５ｂよりもカチオン樹脂の混合比率を高くすればよい。また、下部樹脂層６５ｂがカチオン樹脂とアニオン樹脂とで構成されたが、これに限られず、アニオン樹脂１００％で構成されてもよい。

【0041】

実施形態では、イオン交換樹脂層６５が上部樹脂層６５ａと下部樹脂層６５ｂの二層で構成されたが、これに限られず、三層以上の複数層で構成されてもよい。

【0042】

実施形態では、空間６１ａに一のスペーサ６６が配置されているが、これに限られず、複数のスペーサが配置されていてもよい。

【0043】

実施形態では、水精製器６０が燃料電池ケース１２の底部に設けられたが、これに限られず、燃料電池ケース１２内で比較的温度の低い場所に設けられるものであればよい。例えば、発電モジュール３０や貯湯タンク７０から離れた場所であって、燃料電池ケース１２内に外気が流入する流入口の近傍などに設けてもよい。

【0044】

本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。本実施形態では、水精製器６０が「水精製器」に相当し、収容容器６１が「収容容器」に相当し、流入口６３が「流入口」に相当し、流出口６４が「流出口」に相当し、イオン交換樹脂層６５（上部樹脂層６５ａと下部樹脂層６５ｂ）が「イオン交換樹脂層」に相当し、空間６１ａが「空間」に相当する。また、スペーサ６６が「スペーサ」に相当する。また、燃料電池システム１０が「燃料電池システム」に相当し、燃料電池スタック３６が「燃料電池」に相当し、改質器３４が「改質器」に相当し、改質水タンク５２が「水タンク」に相当し、熱交換器５７が「熱交換器」に相当する。また、燃料電池ケース１２が「筐体」に相当する。

【0045】

なお、本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、本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なわれるべきものであり、本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。

【0046】

以上、本発明を実施するための形態について説明したが、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。

【産業上の利用可能性】

【0047】

本発明は、水精製器の製造産業などに利用可能である。

【符号の説明】

【0048】

１ ガス供給源、１０ 燃料電池システム、１２ 燃料電池ケース、２０ 発電ユニット、３０ 発電モジュール、３１ モジュールケース、３２ 気化器、３４ 改質器、３６ 燃料電池スタック、３８ 燃焼部、４０ 原燃料ガス供給装置、４１ 原燃料ガス供給管、４２ ガス供給弁、４３ ガスポンプ、４５ エア供給装置、４６ エア供給管、４７ フィルタ、４８ エアブロワ、５０ 改質水供給装置、５１ 改質水供給管、５２ 改質水タンク、５３ 改質水ポンプ、５５ 排熱回収装置、５６ 循環配管、５６ａ 循環ポンプ、５７ 熱交換器、５８ 凝縮水供給管、５９ 排気ガス排出管、６０ 水精製器、６１ 収容容器、６１ａ 空間、６２ フランジ部、６３ 流入口、６４ 流出口、６５ イオン交換樹脂層、６５ａ 上部樹脂層、６５ｂ 下部樹脂層、６６ スペーサ、６６ａ 逆円錐状部、６６ｂ 円錐状部、６６ｃ 円筒状部、７０ 貯湯タンク、８０ 制御装置。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】