CN108238663B - 燃料电池发电系统的纯水精制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种燃料电池发电系统的纯水精制装置，能够实现精制出的纯水的保水。纯水精制装置具有：有底筒状的收纳罐；水密性地封闭收纳罐的上方开口的盖体；上部过滤器，其被配设在由收纳罐和盖体形成的收纳空间的上部，在该上部过滤器与盖体之间形成上部空间；下部过滤器，其被配设在收纳空间的下部，在该下部过滤器与收纳罐的底板之间形成下部空间；通水管，其贯穿上部过滤器和下部过滤器，使上部空间与下部空间连通；以及离子交换树脂，其被填充在由收纳罐、上部过滤器、下部过滤器以及通水管限定的空间中。在盖体上，形成有向上部空间供水的供水管，并且设置有与通水管连接的溢水管，下部空间与将收纳罐内的纯水排出到外部的送水管连接。

Description

燃料电池发电系统的纯水精制装置
技术领域
本发明涉及一种将燃料电池中的因发电而产生的水精制成纯水的燃料电池发电系统的纯水精制装置。
背景技术
燃料电池通过使燃料气体和氧化剂气体进行电化学反应而生成电能。作为被提供给燃料电池的燃料气体，使用通过对烃系的原燃料进行水蒸气重整而获得的氢气。
在所述水蒸气重整中，需要将与重整反应所使用的水蒸气相对应的量的水提供给重整器。虽然也有从外部提供该水的方式，但是，下述的方式是被关注的，即，将燃料电池中的因发电而产生的废气中包含的水作为所述重整所需的水并使其循环。在利用了后者的方式的燃料电池发电系统中，需要在将对来自燃料电池的废气中包含的水分进行回收而得的冷凝水精制成纯水并进行贮存后使其循环。在专利文献1和专利文献2中公开有对冷凝水进行净化并精制成纯水的装置。
现有技术文献
专利文献1：日本特开2011—131182号公报
专利文献2：日本特开2014—207060号公报
专利文献1记载的装置中，在有底容器的中央配置导水管，并且，在导水管的周围填充离子交换树脂，使从设置在盖体上的纵连通路供给至导水管的冷凝水从下方朝向上方通过离子交换树脂之间而进行净化，再从设置在有底容器的上部侧的导水路排出纯水。此外，专利文献2记载的装置中，具有在下部过滤器与上部过滤器之间填充有离子交换树脂的装置主体，使从设置在装置主体的下部侧的水导入口供给的冷凝水从下方朝向上方通过离子交换树脂之间而进行净化，然后从设置在装置主体的上部侧的水排出口排出纯水。
如上所述，在专利文献1和专利文献2的各装置中，冷凝水在离子交换树脂之间从下向上通过而被净化，并从上部口排出纯水，因此，在该装置的内部没有用于贮存纯水的空间。因此，在燃料电池发电系统中另外需要用于贮存从该装置排出的纯水的水罐。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够实现精制出的纯水的保水的燃料电池发电系统的纯水精制装置。
为了达成所述目的，第1方面所记载的发明中，
提供一种燃料电池发电系统的纯水精制装置(例如，后述的实施方式中的纯水精制装置10)，将燃料电池中的因发电而产生的水(例如，后述的实施方式中的冷凝水)精制成纯水，该纯水精制装置具有：
有底筒状的收纳罐(例如，后述的实施方式中的收纳罐11)；
盖体(例如，后述的实施方式中的盖体12)，其水密性地封闭所述收纳罐的向上方开口的开口部(例如，后述的实施方式中的开口部21)；
上部过滤器(例如，后述的实施方式中的上部过滤器13)，其被配设在由所述收纳罐和所述盖体形成的收纳空间(例如，后述的实施方式中的收纳空间S)的上部，在该上部过滤器与所述盖体之间形成上部空间(例如，后述的实施方式中的上部空间52)；
下部过滤器(例如，后述的实施方式中的下部过滤器14)，其被配设在所述收纳空间的下部，在该下部过滤器与所述收纳罐的底部(例如，后述的实施方式中的底板25)之间形成下部空间(例如，后述的实施方式中的下部空间51)；
通水管(例如，后述的实施方式中的通水管15)，其贯穿所述上部过滤器和所述下部过滤器，配置在所述收纳罐的大致中央而使所述上部空间与所述下部空间连通；以及
离子交换树脂(例如，后述的实施方式中的离子交换树脂16)，其被填充在由所述收纳罐、所述上部过滤器、所述下部过滤器以及所述通水管限定的空间中，
在所述盖体上，形成有向所述上部空间供给所述水的供水路(例如，后述的实施方式中的供水管38)，并且设置有与所述通水管连接的溢水路(例如，后述的实施方式中的溢水管39)，
所述下部空间与将所述收纳罐内的所述纯水排出到外部的第1排水路(例如，后述的实施方式中的送水管27)连接。
此外，关于第2方面所记载的发明，在第1方面所记载的发明的基础上，
所述下部空间与不同于所述第1排水路的第2排水路(例如，后述的实施方式中的排水管28)连接，所述第2排水路将所述收纳罐内的所述纯水排出。
此外，关于第3方面所记载的发明，在第1或第2方面所记载的发明的基础上，
所述收纳罐是圆筒状，
所述上部过滤器具有缝状的开口孔(例如，后述的实施方式中的缝状的开口孔41)，随着远离从所述供水路供给的所述水的触水点(例如，后述的实施方式中的触水点P)，所述开口孔的开口面积增大。
此外，关于第4方面所记载的发明，在第1至第3方面中的任意一方面所记载的发明的基础上，
所述上部过滤器在所述通水管的周围具有向所述上部空间侧凹陷的空气积存部(例如，后述的实施方式中的凸部43)。
此外，关于第5方面所记载的发明，在第1至第4方面中的任意一方面所记载的发明的基础上，
所述水是对从所述燃料电池排出的废气中包含的水分进行回收而得到的冷凝水。
根据第1方面所述的发明，没有从第1排水路排出的剩余的纯水被贮存在收纳罐内的通水管中，当通水管被纯水充满时，剩余的纯水从通水管的上端经由溢水管而溢出。这样，能够将收纳罐内的通水管用作纯水贮存器来使用，因此，在燃料电池发电系统中不需要用于贮存利用纯水精制装置精制出的纯水的水罐。其结果为，能够实现燃料电池发电系统的成本削减和空间节约。
根据第2方面所述的发明，在需要将收纳罐内的水排出而放空的情况下，从与下部空间连接的第2排水路进行排水。此时，被排出的水是通过了离子交换树脂之后的纯水，冷凝水或冷凝水的混合水不会被排出，因此，能够减小对土壤环境或水质环境的影响。
根据第3方面所述的发明，上部过滤器具有缝状的开口孔，随着远离从供水路供给的水的触水点，所述开口孔的开口面积增大，因此，提供给收纳空间的水的供给流量不会因位置不同而不均衡，能够成为均衡的流量。其结果为，在大致相同流量的水流过上部过滤器的整个面的状态下被提供到收纳空间中，因此，能够使离子交换树脂的利用率平均化。
根据第4方面所述的发明，在通水管的上部周围具有空气积存部，因此，促进了从供水路供给的水与收纳空间内的空气的置换，水会顺利地流入收纳空间中。
根据第5方面所述的发明，能够利用离子交换树脂净化对从燃料电池排出的废气中包含的水分进行回收而得到的冷凝水而成为纯水。
附图说明
图1是透视示出本发明的一实施方式的燃料电池发电系统的纯水精制装置的一部分的外观立体图。
图2是沿图1所示的燃料电池发电系统的纯水精制装置的II—II线的剖视图。
图3是沿图1所示的燃料电池发电系统的纯水精制装置的III—III线的剖视图。
图4是上部过滤器的俯视图。
标号说明
10：纯水精制装置；11：收纳罐；12：盖体；13：上部过滤器；14：下部过滤器；15：通水管；16：离子交换树脂；21：开口部；25：底板；27：送水管；28：排水管；38：供水管；39：溢水管；41：开口孔；43：凸部；51：下部空间；52：上部空间；P：触水点；S：收纳空间。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。本发明的一实施方式的纯水精制装置被设置在具有燃料电池的燃料电池发电系统中。燃料电池通过使燃料气体与氧化剂气体发生电化学反应而生成电能。本实施方式的纯水精制装置将对从燃料电池排出的废气中包含的水分进行回收而得到的冷凝水精制成纯水，并贮存其一部分。
图1是透视示出本发明的一实施方式的燃料电池发电系统的纯水精制装置的一部分的外观立体图。图2是沿图1所示的纯水精制装置的II—II线的剖视图。此外，图3是沿图1所示的纯水精制装置的III—III线的剖视图。图1～图3所示的纯水精制装置10具有收纳罐11、盖体12、上部过滤器13、下部过滤器14、通水管15以及离子交换树脂16。
收纳罐11是形成为有底圆筒状的容器，具有向上方开放的开口部21，在收纳罐11的底板25上设置有用于支承收纳罐11的多个脚部26。
收纳罐11具有大直径的罐主体22和直径比罐主体22小且与罐主体22的下部连续形成的副罐部23。在罐主体22与副罐部23之间形成有台阶部24。在副罐部23上，朝向径向外侧设置有与副罐部23的内部空间连通的送水管27以及排水管28，其中送水管27形成第1排水路，排水管28形成第2排水路。
盖体12与收纳罐11的开口部21嵌合而水密性地封闭开口部21，具有比罐主体22的内径稍小的外径，具有内嵌于开口部21中的圆环状的嵌合部31。在形成在嵌合部31的外周面上的O型环槽32中安装有O型环33。盖体12经由O型环33内嵌于收纳罐11中，由收纳罐11和盖体12划分出收纳空间S。
在盖体12的中心设置有圆环状肋35，所述圆环状肋35形成了在上下方向上贯穿盖体12的贯穿孔34。在圆环状肋35的内周面上形成有安装O型环36的O型环槽37，后述的通水管15的上端部水密性地内嵌于圆环状肋35的内周面。
另外，在盖体12设置有：供水管38，其形成与收纳罐11的收纳空间S连通的供水路；和溢水管39，其形成与形成在盖体12的中心处的贯穿孔34连通的溢水路。
上部过滤器13和下部过滤器14是相同部件，以表面和背面朝向相反方向的方式配设在收纳罐11(收纳空间S)的上部和下部。如图4所示，上部过滤器13和下部过滤器14形成为具有多个缝状的开口孔41的大致圆板状。上部过滤器13和下部过滤器14的各中心处形成有作为空气积存部发挥作用的沿板厚方向突出的圆筒状的凸部43。在凸部43处设置有与通水管15嵌合的贯穿孔42。
下部过滤器14以使凸部43朝向下方的状态配置成卡定于收纳罐11内的罐主体22与副罐部23之间的台阶部24上。通过在收纳罐11内设置下部过滤器14，从而在副罐部23中在下部过滤器14的下方形成下部空间51。
此外，上部过滤器13以使凸部43朝向上方的状态配置于收纳罐11的上部，上部过滤器13的外周部的上表面由盖体12所保持。通过在收纳罐11内设置上部过滤器13，从而在上部过滤器13与盖体12之间形成上部空间52。
设置在上部过滤器13(下部过滤器14)上的多个缝状的开口孔41被设定成：随着远离设置在盖体12上的供水管38的通往收纳空间S的开口部44，即，从供水管38供给的水(冷凝水)的触水点P(参照图4)，开口面积增大。
通水管15贯穿上部过滤器13和下部过滤器14的贯穿孔42，下端位于比下部过滤器14靠下方的下部空间51中，上端经由O型环36内嵌于盖体12的圆环状肋35中。由此，收纳罐11的下部空间51与圆环状肋35的贯穿孔34连通。另外，如上所述，由于在贯穿孔34中设置有溢水管39，因此，下部空间51与溢水管39经由通水管15和贯穿孔34而连通。
在通水管15的内部，用于检测通水管15中贮存的纯水的水位的浮子传感器61从圆环状肋35的贯穿孔34的上方被插入而配设。作为浮子传感器61的基部的安装基板62以堵塞贯穿孔34的上方的方式通过螺栓固定在圆环状肋35上。
离子交换树脂16被填充在由收纳罐11、上部过滤器13、下部过滤器14以及通水管15限定的空间中。另外，离子交换树脂16是从在收纳空间S中流下的冷凝水中除去阳离子(Na十、Ca2十、Mg2十等)和阴离子(C1－、HCO3 －等)的不溶性的合成树脂，树脂由化学惰性的部分的树脂基体和离子交换基的部分构成。
接下来，对具有上述的结构的燃料电池发电系统的纯水精制装置10的作用进行说明。
从燃料电池发电系统的冷凝器(未图示)滴下的冷凝水被从供水管38供给到纯水精制装置10，在被输出到位置与供水管38通往收纳空间S的开口部44对应的上部过滤器13的触水点P之后，在沿着上部过滤器13的上表面扩展的同时从多个缝状的开口孔41流入收纳空间S内。另外，由于多个缝状的开口孔41被设定成开口面积随着远离触水点P而增大，因此，冷凝水向收纳空间S的供给流量不会因位置不同而不均衡。即，大致相同流量的冷凝水流到上部过滤器13的整个面。
在从上部过滤器13的开口孔41供给到收纳空间S内的冷凝水中含有金属离子、无机离子、有机物等。这样的冷凝水在从上向下从离子交换树脂16之间留下的同时与离子交换树脂16之间进行离子交换，从而精制出纯水。另外，由于上部过滤器13的凸部43作为空气积存部发挥作用，因此随着冷凝水流入收纳空间S而产生的收纳空间S内的空气的排出可顺畅地进行。其结果为，冷凝水顺利地在离子交换树脂16之间流动，冷凝水向收纳空间S的流入不会被阻碍。
通过使冷凝水在离子交换树脂16之间从上向下通过而获得的纯水被积存在比下部过滤器14靠下方的下部空间51中，并从送水管27排出。从送水管27排出并被送到重整器等的纯水的量借助于未图示的泵等而被调节，当精制的纯水的量超过从送水管27排出的纯水的量，则没有送水管27排出的剩余的纯水从下方朝向上方贮存在通水管15内。当剩余的纯水增加而使得通水管15被纯水充满，则剩余的纯水从通水管15的上端经由溢水管39溢出。这样，通水管15作为贮存纯水的纯水罐发挥作用。
另外，在进行纯水精制装置10的维修时或是在长时间不使用纯水精制装置10的情况下，需要将纯水精制装置10内的全部水排出。此时，从与下部空间51连通的排水管28进行排水。由于下部空间51内的水是通过了离子交换树脂16之后的纯水，因此，从排水管28被排水的水仅仅是不包含冷凝水的纯水。
如上述所说明的那样，根据本实施方式的纯水精制装置10，其具有：有底筒状的收纳罐11；盖体12，其水密性地封闭收纳罐11的向上方开口的开口部21；上部过滤器13，其配设在由收纳罐11与盖体12形成的收纳空间S的上部，在该上述过滤器13与盖体12之间形成上部空间52；下部过滤器14，其配设在收纳空间S的下部，在该下部过滤器14与收纳罐11的底板25之间形成下部空间51；通水管15，其贯穿上部过滤器13和下部过滤器14，配置在收纳罐11的大致中央而使上部空间52和下部空间51连通；以及离子交换树脂16，其被填充在由收纳罐11、上部过滤器13、下部过滤器14以及通水管15限定的空间中。在盖体12上，形成有向上部空间52供给水的供水管38，并且设置有与通水管15连接的溢水管39，下部空间51与将收纳罐11内的纯水排出到外部的送水管27连接，因此，从送水管27排出纯水。此外，没有从送水管27排出的剩余的纯水被贮存在通水管15中，在通水管15被纯水充满时，剩余的纯水从通水管15的上端经由溢水管39溢出。这样，能够将收纳罐11内的通水管15用作纯水贮存罐来利用，因此，在燃料电池发电系统中，不需要用于贮存由纯水精制装置10精制出的纯水的水罐。其结果为，能够实现燃料电池发电系统的成本削减和空间节约。
此外，下部空间51与不同于送水管27的将收纳罐11内的纯水排出的排水管28连接，因此，在需要将收纳罐11内的水排出而放空的情况下，从与下部空间51连接的排水管28进行排水。此时，被排出的水是通过了离子交换树脂16之后的纯水，冷凝水或冷凝水的混合水不被排水，因此，能够减小对土壤环境或水质环境的影响。
此外，收纳罐11是圆筒状，上部过滤器13具有缝状的开口孔41，随着远离从供水管38供给的冷凝水的触水点P，所述开口孔41的开口面积增大，因此，冷凝水向收纳空间S的供给流量不会因位置不同而不均衡，能够成为均衡的流量。其结果为，在大致相同流量的冷凝水流到上部过滤器13的整个面的状态下被提供到收纳空间S中，因此，能够使离子交换树脂16的利用率平均化。
另外，上部过滤器13在通水管15的周围具有向上部空间52侧凹陷的凸部43，凸部43作为随着冷凝水流入收纳空间S而被从收纳空间S排出的空气的积存部发挥作用。因此，促进了从供水管38供给的冷凝水与收纳空间S内的空气的置换，冷凝水顺利地流入收纳空间S。
另外，本发明并不限定于上述实施方式，能够适当进行变形、改良等。

Claims (9)

1.一种燃料电池发电系统的纯水精制装置，将燃料电池中的因发电而产生的水精制成纯水，其中，
所述燃料电池发电系统的纯水精制装置具有：
有底筒状的收纳罐；
盖体，其水密性地封闭所述收纳罐的向上方开口的开口部；
上部过滤器，其被配设在由所述收纳罐和所述盖体形成的收纳空间的上部，在该上部过滤器与所述盖体之间形成上部空间；
下部过滤器，其被配设在所述收纳空间的下部，在该下部过滤器与所述收纳罐的底部之间形成下部空间；
通水管，其贯穿所述上部过滤器和所述下部过滤器，配置在所述收纳罐的大致中央而使所述上部空间与所述下部空间连通；以及
离子交换树脂，其被填充在由所述收纳罐、所述上部过滤器、所述下部过滤器以及所述通水管限定的空间中，
在所述盖体上，形成有向所述上部空间供给所述水的供水路，并且设置有与所述通水管连接的溢水路，
所述下部空间与将所述收纳罐内的所述纯水排出到外部的第1排水路连接。
2.根据权利要求1所述的燃料电池发电系统的纯水精制装置，其中，
所述下部空间与不同于所述第1排水路的第2排水路连接，该第2排水路将所述收纳罐内的所述纯水排出。
3.根据权利要求1或2所述的燃料电池发电系统的纯水精制装置，其中，
所述收纳罐是圆筒状，
所述上部过滤器具有缝状的开口孔，随着远离从所述供水路供给的所述水的触水点，所述开口孔的开口面积增大。
4.根据权利要求1或2所述的燃料电池发电系统的纯水精制装置，其中，
所述上部过滤器在所述通水管的周围具有向所述上部空间侧凹陷的空气积存部。
5.根据权利要求3所述的燃料电池发电系统的纯水精制装置，其中，
所述上部过滤器在所述通水管的周围具有向所述上部空间侧凹陷的空气积存部。
6.根据权利要求1或2所述的燃料电池发电系统的纯水精制装置，其中，
所述水是对从所述燃料电池排出的废气中包含的水分进行回收而得到的冷凝水。
7.根据权利要求3所述的燃料电池发电系统的纯水精制装置，其中，
所述水是对从所述燃料电池排出的废气中包含的水分进行回收而得到的冷凝水。
8.根据权利要求4所述的燃料电池发电系统的纯水精制装置，其中，
所述水是对从所述燃料电池排出的废气中包含的水分进行回收而得到的冷凝水。
9.根据权利要求5所述的燃料电池发电系统的纯水精制装置，其中，
所述水是对从所述燃料电池排出的废气中包含的水分进行回收而得到的冷凝水。
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