JP2004214085A

JP2004214085A - 燃料電池の加湿システム

Info

Publication number: JP2004214085A
Application number: JP2003001221A
Authority: JP
Inventors: Shinichiro Takemoto; 真一郎竹本
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2003-01-07
Filing date: 2003-01-07
Publication date: 2004-07-29

Abstract

【課題】イオン交換フィルタを通過する水の通水抵抗が増大しても、ポンプの効率低下や出力低下を防止し、加湿器への通水を確保する。
【解決手段】純水タンク７に貯留した純水をポンプ１５で汲み上げて加湿器３に送り、燃料ガスおよび空気を加湿し、加湿した燃料ガスおよび空気を燃料電池１に供給する。加湿器３にて加湿後の余剰の水は、圧力調整弁２１で減圧し、イオン交換フィルタ２７でイオン除去を行った後、水タンク７に戻す。第１の導電率計１７による計測値が規定値を上回る場合には、ポンプ１５からの純水を加湿器バイパス路３７を経てイオン交換フィルタ２７に流すよう第１の切替バルブ１９を切り替える。第２，３の導電率計２３，４７による計測値が規定値以内の場合には、純水がそれぞれ第１，３のフィルタバイパス流路３９，５１を経て、水タンク７に流れるよう第２，第３の切替バルブ２５，４９を切り替える。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、燃料電池に設けた固体電解質膜を加湿する加湿部を備えた燃料電池の加湿システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来では、導電率が上昇する原因となるイオンをイオン交換フィルタで除去して貯留した純水を、ポンプで汲み上げて加湿器に供給する水回路を備えている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−３３２２８０号公報（段落〔００２９〕）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記した従来のものは、ポンプの上流側にイオン交換フィルタを配置する構成であるため、イオン交換フィルタ内のイオン交換樹脂が、凍結により粉々になると、イオン交換フィルタを通過する水の通水抵抗が増大することから、結果的に水回路の圧力損失が増大し、これによりポンプの効率低下や出力不足が発生したり、加湿器への通水ができなくなってしまうという問題がある。
【０００５】
そこで、この発明は、イオン交換フィルタを通過する水の通水抵抗が増大しても、ポンプの効率低下や出力低下を防止するとともに、加湿器への通水を確保できるようにすることを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、この発明は、燃料電池に設けた固体電解質膜を加湿する加湿部を設けるとともに、この加湿部と純水を貯留する水タンクとを、前記純水が循環する水回路で接続し、この水回路に、前記水タンクに貯留した純水を吸い上げて前記加湿部に供給するポンプと、前記加湿部内の純水の圧力を調整する圧力調整弁と、前記純水に含まれるイオンを低減させるイオン交換フィルタとをそれぞれ設けた燃料電池の加湿システムにおいて、前記加湿部からの排水が前記水タンクへ向けて流れる前記水回路に、上流側から順に、前記圧力調整弁，前記イオン交換フィルタをそれぞれ配置した構成としてある。
【０００７】
【発明の効果】
この発明によれば、加湿部からの排水が水タンクへ向けて流れる水回路に、加湿部側から順に、圧力調整弁，イオン交換フィタをそれぞれ配置したので、ポンプから吐出する純水は、加湿部に必要な圧力に設定でき、そのあと圧力調整弁にて減圧してイオン交換フィルタを通すことができ、このため、イオン交換フィルタが凍結して通水抵抗が増大しても、ポンプの吐出圧力、加湿部の圧力は所望に維持でき、ポンプの効率低下や出力低下、また加湿部への通水を確保でき、加湿部の性能劣化を防止することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
【０００９】
図１は、この発明の第１の実施形態を示す燃料電池の加湿システムの全体構成図である。燃料電池１は、図示しない固体電解質膜としての固体高分子電解質膜を備えており、この固体高分子電解質膜を湿潤状態に維持するために、燃料電池１に供給する燃料ガスおよび酸化剤ガス（例えば空気）を、加湿部としての加湿器３によって加湿する。
【００１０】
加湿器３と、純水５を貯留する水タンク７とは、水回路を構成する水供給路９および水排出路１１により接続する。水タンク７内の純水５は、異物除去用のストレーナ１３を通してポンプ１５により汲み上げ、加湿器３に供給する。ポンプ１５と加湿器３との間の水供給路９には、ポンプ１５側から、純水の導電率を計測する第１の導電率計１７，第１の切替バルブ１９を設けてある。
【００１１】
水排出路１１には、加湿器３側から、加湿器３内の圧力を調整する圧力調整弁２１，加湿器３からの排水の導電率を計測する第２の導電率計２３，第２の切替バルブ２５，イオン交換フィルタ２７を、それぞれ設けてある。
【００１２】
イオン交換フィルタ２７には、純水中のイオンを低減させるイオン交換樹脂２９を封入してある。
【００１３】
前記した第１の切替バルブ１９には、加湿器３に空気を供給する空気供給路３１から分岐した空気流路３３を接続し、空気流路３３には、空気開閉バルブ３５を設けてある。
【００１４】
また、前記第２の切替バルブ２５とイオン交換フィルタ２７との間の水排出路１１と、第１の切替バルブ１９とは、ポンプ１５から吐出した純水が加湿器３をバイパスしてイオン交換フィルタ２７に流れる加湿器バイパス流路３７により接続する。この加湿器バイパス流路３７と、第１の切替バルブ１９とで、加湿器バイパス回路を構成する。
【００１５】
さらに、前記第２の切替バルブ２５と、水タンク７とは、加湿器３からの排水が、イオン交換フィルタ２７をバイパスして水タンク７に流れる第１のフィルタバイパス流路３９により接続する。この第１のフィルタバイパス流路３９と第２の切替バルブ２５とで、第１のフィルタバイパス回路を構成する。
【００１６】
また、燃料電池１から排気される燃料ガスおよび空気に含まれている余剰の水や生成水を回収する水回収器を４１，４３をそれぞれ設ける。この水回収器４１，４３は、冷媒を用いた熱交換により凝縮水を得る。
【００１７】
前記第２の切替バルブ２５とイオン交換フィルタ２７との間の水排出路１１と、上記した各水回収器を４１，４３とは、回収した水をイオン交換フィルタ２７に流す回収水回路としての回収水流路４５により接続する。
【００１８】
回収水流路４５には、水回収器４１，４３側から、回収水の導電率を計測する第３の導電率計４７，第３の切替バルブ４９を、それぞれ設ける。
【００１９】
上記した第３の切替バルブ４９と水タンク７とは、回収水がイオン交換フィルタ２７をバイパスして水タンク７に流れる第２のフィルタバイパス流路５１により接続する。この第２のフィルタバイパス流路５１と第３の切替バルブ４９とは、第２のフィルタバイパス回路を構成する。
【００２０】
上記した水タンク７の上部には、大気開放部となる排水路５３を接続する。
【００２１】
次に、第１の実施形態の作用を、図２〜図４に示すフローチャートに基づき説明する。
【００２２】
通常運転時は、水タンク７に貯めてある純水５を、ストレーナ１３により異物除去してポンプ１５で吸い上げ、加湿器３に供給し、燃料ガスおよび空気を加湿する。この加湿した燃料ガスおよび空気を、燃料電池１にそれぞれ供給して発電させる。燃料ガスおよび空気を、燃料電池１にそれぞれ供給することで、燃料電池１に内蔵する固体高分子電解質膜を加湿して湿潤状態に保つ。
【００２３】
ここで、燃料電池１の長期放置後などの起動時に、水タンク７を構成する素材や大気からのイオン溶出などにより、水タンク７内の純水５の導電率が上昇し、加湿器３内に供給する純水中のイオン含有量が、許容値を超える場合がある。
【００２４】
このため起動時（図２）には、第１の切替バルブ１９を、ポンプ１５で吸い上げた純水が加湿器３をバイパスする加湿器バイパス流路３７を経てイオン交換フィルタ２７に流れるよう切り替えた状態で（ステップ２０１）、ポンプ１５を駆動する（ステップ２０３）。
【００２５】
このとき、第１の導電率計１７により、純水の導電率が規定値（５μＳ／ｃｍ程度）以内かどうかを判定する（ステップ２０５）。ここで、規定値を超えてい場合には、第１の切替バルブ１９を純水が加湿器バイパス流路３７に流れる状態のままとし、加湿器３への純水供給は行わない。
【００２６】
つまり、ポンプ１５が吐出した純水は、加湿器バイパス流路３７を通ってイオン交換フィルタ２７に流し、イオンを除去した後に、水タンク７に排出して循環させる。これにより、許容値を超えたイオンを含む水を加湿器３に供給することを防止できる。
【００２７】
一方、導電率が規定値以内となっている場合には、第１の切り替えバルブ１９を、ポンプ１５が吐出した純水が加湿器３に流れるように切り替える（ステップ２０７）。
【００２８】
加湿器３に純水を供給し、ここで水素などの燃料ガスおよび酸素が含まれる空気を加湿し終えた余剰の純水を、水排出路１１に排出する。水排出路１１では、排出した純水を、圧力調整弁２１で減圧し、第２の導電率計２３，第２の切替バルブ２５，イオン交換フィルタ２７を通して、水タンク７に戻す。
【００２９】
このとき、加湿器３に適する水圧、水量となるようポンプ１５および圧力調整弁２１を動作させ（ステップ２０９）、燃料電池１の発電を開始する（ステップ２１１）。
【００３０】
燃料電池１の運転中（図３）は、第２の導電率計２３により、圧力調整弁２１から流出する純水の導電率が規定値（５μＳ／ｃｍ程度）以内かどうかを判定する（ステップ３０１）。ここで規定値以内の場合には、第２の切替バルブ２５を、純水がイオン交換フィルタ２７をバイパスする第１のフィルタバイパス路３９を経て水タンク７に流れるよう切り替える（ステップ３０３）。これより、導電率が低い状態の純水をイオン交換フィルタ２７に流す必要がなくなり、イオン交換フィルタ２７の寿命が向上する。
【００３１】
一方前記ステップ３０１で、純水の導電率が規定値を超える場合には、第２の切換バルブ２５を、純水がイオン交換フィルタ２７に流れるよう切替え、純水中のイオンを除去する（ステップ３０５）。
【００３２】
また、第３の導電率計４７により、水回収器４１，４３から流出する純水の導電率が規定値（５μＳ／ｃｍ程度）以内かどうかを判定する（ステップ３０７）。ここで規定値以内の場合には、第３の切替バルブ４９を、純水がイオン交換フィルタ２７をバイパスする第２のフィルタバイパス路５１を経て水タンク７に流れるよう切り替える（ステップ３０９）。これより、導電率が低い状態の純水をイオン交換フィルタ２７に流す必要がなくなり、イオン交換フィルタ２７の寿命が向上する。
【００３３】
一方前記ステップ３０７で、純水の導電率が規定値を超える場合には、第３の切換バルブ４９を、純水がイオン交換フィルタ２７に流れるよう切替え、純水中のイオンを除去する（ステップ３１１）。
【００３４】
燃料電池１の発電により、生成水が増え、水タンク７内の水が上昇し、水タンク７の許容容積を超える場合は、水タンク７上部の排水路５３から水を排水する。
【００３５】
上記した水回路は、媒体に純水を使用しているため、氷点下では、凍結により体積膨張が起こる。したがって水回路の配管、タンク、ポンプなどの破損防止策が必要である。
【００３６】
そこで、水回路内の水を抜き凍結防止を行うため、図４に示すように、燃料電池１の停止時（ステップ４０１）には、ポンプ１５を停止し（ステップ４０３）、空気開閉バルブ３５を開放する（ステップ４０５）。これにより、空気供給路３１を流れる空気を、第１の切替バルブ１９，加湿器バイパス流路３７，イオン交換フィルタ２７の順に流し、水タンク７に水を貯める（ステップ４０７）。
【００３７】
その後、空気開閉バルブ３５を閉じて（ステップ４０９）、空気供給を停止し（ステップ４１１）、システムを停止させる（ステップ４１３）。
【００３８】
ところで、イオン交換フィルタ２７は、内部にイオン交換樹脂２９を封入しており、このイオン交換樹脂２９が導電率を上昇させる原因である金属イオンを除去する働きがある。イオン交換樹脂２９は、その構造上、水を５０〜６０％程度含んだ物質であり、イオン交換性能を保つためには常に、樹脂内に水を含む湿潤状態にしておく必要があり、乾燥状態では交換性能が劣化してしまう。
【００３９】
そのため氷点下では、水回路内の水を抜く場合でも、完全に乾燥するまで水抜きをせずに、必ずイオン交換樹脂２９が乾燥しない程度までの湿潤状態にしておく必要がある。
【００４０】
以上のことから、氷点下では、イオン交換フィルタ２７内部のイオン交換樹脂２９は、水回路の水を抜く抜かないに拘わらず、湿潤状態であることから凍結することになる。
【００４１】
イオン交換樹脂２９は凍結した場合、分子レベルまで破損するわけではないので、イオン交換性能自体は劣化しないことを実験で確認済みである。しかし、水を含んだまま凍結するため、樹脂の内部で体積膨張し、樹脂の形態が破損されて、一般に球状の形態をしている樹脂の粒径が小さくなり、繰り返し凍結解凍することで、粉々になってしまう。凍結によりイオン交換樹脂２９が粉々になると、イオン交換フィルタ２７を通過する水の通水抵抗が増す。
【００４２】
ここで、図５の比較例に示すように、イオン交換フィルタ２７を、水回路における加湿器３の上流側の水供給路９に配置すると、粉々になったイオン交換樹脂２９の影響で、水回路の圧力損失が増大し、ポンプ１５の効率低下や出力不足が発生し、最終的には通水ができなくなってしまうという問題が発生する。また、イオン交換フィルタ２７の圧力損失が変化することにより、加湿器３に必要な圧力範囲を制御することが困難になり、加湿器３の破損、性能劣化につながる可能性もある。
【００４３】
一方、上記した本明による第１の実施形態では、イオン交換フィルタ２７が、水回路における加湿器３の下流側の水排出路１１にあり、かつ圧力調整弁２１がイオン交換フィルタ２７の上流にあるため、イオン交換フィルタ２７が凍結解凍などにより、イオン交換樹脂２９の粒径などが変化し、圧損が増大した場合でも、ポンプ１５の吐出圧力は変化せず、加湿器３に一定の圧力で純水を供給することができる。
【００４４】
したがって、ポンプ１５の効率低下や出力低下を防止でき、また加湿器３への通水を確保できることから、加湿器３の性能劣化を防止することができる。
【００４５】
また、水回収器４１，４３で回収した水を、イオン交換フィルタ２７を通して水タンク７に回収するので、加湿器３で水を消費し、残った水の量が低下しても純水を確保できるとともに、イオン交換樹脂２９の乾燥を避けることができる。
【００４６】
また、第２，第３の各導電率計２３，４７により、水がイオン交換フィルタ２７で除去する必要のない５μＳ／ｃｍ程度の低い導電率レベルであれば、イオン交換フィルタ２７に通さずに、水タンク７に直接水を送るため、イオン交換フィルタ５７は、必要以上に交換容量を減らさずに済み、寿命向上が図れる。
【００４７】
さらに、加湿器３の入口部に第１の導電率計１７を設け、導電率が規定値を超えるときは、加湿器３に水を流さず、加湿器バイパス流路３７を経てイオン交換フィルタ２７に流し、水の導電率を低下させるので、加湿器３や燃料電池１を保護することができる。
【００４８】
つまり、長期放置などにより水の導電率が例えば２０〜３０μＳ／ｃｍ程度に上昇する場合や、水タンク７に水の導電率が高いものを補給してしまった場合でも、加湿器３に高導電率の水が入ることはなく、加湿器３や燃料電池１の寿命低下および発電能力の低下を抑制することができる。
【００４９】
また、この際加湿器３へ水を循環させるための通常のポンプ１５を用いるので、イオン交換フィルタ２７に水を通過させるためだけに専用のポンプを設ける必要がなく、コスト，効率，軽量コンパクト化の点で有利となる。
【００５０】
図２は、この発明の第２の実施形態を示す燃料電池の加湿システムの全体構成図である。ここでは、第１の実施形態と同じ部分の説明は省略する。
【００５１】
水タンク７の上方に、もう一つの水タンク５５を配置し、水タンクを上下２段構成とする。そして、上段の水タンク５５の下部に、イオン交換樹脂５７を備えたイオン交換フィルタ５９を配置する。
【００５２】
水排出路１１は、上段の水タンク５５に接続する。これにより加湿器３からの排水が、圧力調整弁２１を通って前記上段の水タンク５５に入り、イオン交換フィルタ５９を経て下段の水タンク７に入る。また、加湿器バイパス流路３７および回収水流路４５も、上段の水タンク５５に接続する。
【００５３】
また、上段の水タンク５５には、水位を計測する水位センサ６１を設けるとともに、大気開放部となるドレン回路としての排水路６３を設け、排水路６３および下段の水タンク７の排水路５３には、開閉バルブ６５および６７をそれぞれ設ける。
【００５４】
次に、第２の実施形態の作用を、図７〜図９に示すフローチャートに基づき説明する。
【００５５】
まず、運転開始時に開閉バルブ６５，６７を開くとともに（ステップ７０１）、第１の切替バルブ１９を、ポンプ１５からの純水が加湿器３をバイパスして上段の水タンク５５に流れるよう切り替える（ステップ７０３）。この状態でポンプ１５を駆動すると（ステップ７０５）、ポンプ１５から吐出した純水は、加湿器３へは流れずに、上段の水タンク５５，イオン交換フィルタ５９，下段の水ンク７を循環する。
【００５６】
ここで、水位センサ６１で検知する上段の水タンク５５の水位が規定値以内かどうかを判定し（ステップ７０７）、ポンプ駆動開始から所定時間（約３０秒間）内に規定値を超えた場合には、イオン交換樹脂５７が、凍結などの破損により圧損が異常増大して交換時期であると判定し、交換指示警報を行った後（ステップ７０９）、システムを停止する（ステップ７１１）。
【００５７】
一方、水位が規定値以内の場合には、第１の導電率計１７により、純水の導電率が規定値以内かどうかを判定する（ステップ７１３）。ここで、導電率が規定値を超える場合には、導電率の時間に伴う低下を判定し（ステップ７１５）、規定値に下がるまでポンプ１５を駆動する。第１の導電率計１７の計測値が時間とともに下がっていかなければ、イオン交換樹脂５７の性能が劣化していると判断し、イオン交換樹脂５７の交換指示を知らせる警報を発し（ステップ７０９）、システムを停止させる（ステップ７１１）。
【００５８】
逆に、導電率が規定値以内まで下がった場合には、第１の切替バルブ１９を、ポンプ１５から吐出した純水が加湿器３に流れるよう切り替える（ステップ７１７）。
【００５９】
加湿器３に純水を供給し、ここで水素などの燃料ガスと酸素が含まれる空気を加湿し終えた余剰の純水を、水排出路１１に排出する。水排出路１１では、加湿器３からの排水を、圧力調整弁２１で減圧し、第２の導電率計２３，第２の切替バルブ３５，上段の水タンク５５，イオン交換フィルタ５９を通して、下段の水タンク７に戻す。
【００６０】
このとき、加湿器３に適する水圧，水量となるようポンプ１５および圧力調整弁２１を動作させ（ステップ７１９）、燃料電池１の発電を開始する（ステップ７２１）。
【００６１】
燃料電池１の運転中（図８）は、第２の導電率計２３により計測する、圧力調整弁２１から流出する純水の導電率が規定値（５μＳ／ｃｍ程度）以内かどうかを判定する（ステップ８０１）。ここで規定値以内の場合には、第２の切替バルブ２５を、純水が上段の水タンク５５をバイパス、すなわちイオン交換フィルタ５９をバイパスする第１のフィルタバイパス流路３９を経て下段の水タンク７に流れるよう切り替える（ステップ８０３）。これより、導電率が低い状態の純水をイオン交換フィルタ５９に流す必要がなくなり、イオン交換フィルタ５９の寿命が向上する。
【００６２】
一方前記ステップ８０１で、純水の導電率が規定値を超える場合には、上段の水タンク５５すなわちイオン交換フィルタ５９に純水を流してイオンを除去する（ステップ８０５）。
【００６３】
また、第３の導電率計４７により、水回収器４１，４３から流出する純水の導電率が規定値（５μＳ／ｃｍ程度）以内かどうかを判定する（ステップ８０７）。ここで規定値以内の場合には、第３の切替バルブ４９を、純水が、上段の水タンク５５すなわちイオン交換フィルタ５９をバイパスする第２のフィルタバイパス流路５１を経て下段の水タンク７に流れるよう切り替える（ステップ８０９）。これより、導電率が低い状態の純水をイオン交換フィルタ５９に流す必要がなくなり、イオン交換フィルタ５９の寿命が向上する。
【００６４】
一方前記ステップ８０７で、純水の導電率が規定値を超える場合には、第３の切換バルブ４９を、純水がイオン交換フィルタ５９に流れるよう切替え、純水中のイオンを除去する（ステップ８１１）。
【００６５】
次に、第１の導電率計１７により計測する、ポンプ１５から吐出する純水の導電率が規定値以内かどうかを判定し（ステップ８１３）、規定値以内の場合はそのまま運転を継続し、規定値を超える場合はイオン交換フィルタ５９の交換指示を知らせる警告を発して（ステップ８１５）、システムを停止させる（ステップ８１７）。
【００６６】
上記した燃料電池１の発電により生成水が増え、各水タンク７，５５は、水位が上昇し許容容積を超える場合は、各水タンク７，５５上部の排水路５３，６３から開放状態の開閉バルブ６７，６５を通して水を排出する。
【００６７】
この第２の実施形態における水回路についても、第１の実施形態と同様に、媒体に純水を使用しているため、氷点下では、凍結により体積膨張が起こり、したがって水回路の配管，タンク，ポンプなどの破損防止策が必要である。
【００６８】
そこで、水回路の水を抜き凍結防止を行うため、図９に示すように、燃料電池１の停止時（ステップ９０１）には、ポンプ１５を停止し（ステップ９０３）、空気開閉バルブ３５を開放し（ステップ９０５）、空気供給路３１を流れる空気を、第１の切替バルブ１９，加湿器バイパス路３７，上段の水タンク５５およびイオン交換フィルタ２７を経て供給し、下段の水タンク７に水を貯める（ステップ９０７）。
【００６９】
次に、空気開閉バルブ３５を閉じ（ステップ９０９）、空気供給停止（ステップ９１１）後に、開閉バルブ６５，６７を閉じて（ステップ９１３）、システムを停止する（ステップ９１５）。
【００７０】
上記したように、停止時は開閉バルブ６５，６７を閉じることにより、イオン交換フィルタ５９の乾燥および、水タンク７，５５内の純水への二酸化炭素やＮＯ_Ｘ，ＳＯ_Ｘ混入による導電率上昇を防ぐ。
【００７１】
以上のように、第２の実施形態では、第１の実施形態の効果に加えて以下の効果が得られる。
【００７２】
第１の実施形態では、イオン交換フィルタ２７の圧損が２０ｋＰａ以下であれば成立するが、それ以上の圧損にまで上昇した場合、ポンプ揚程の能力によっては、イオン交換フィルタ２７の上流である圧力調整弁２１より上流で水が流れなくなることも想定される。
【００７３】
第２の実施形態では、水タンクを上下２段構造にして上段の水タンク５５の下部にイオン交換フィルタ５９を配置するので、イオン交換フィルタ５９の圧損が２０ｋＰａ以上に上昇して圧力調整弁２１で減圧した圧力では、イオン交換フィルタ５９を通過する流量が減ってしまう場合でも、上段の水タンク５５にて水を貯めておくことができるので、加湿器３に入る流量が減ってしまうことを回避することができる。
【００７４】
また、上段の水タンク５５に一時的に水が貯められるため、重力により除々に水をイオン交換フィルタ５９に通水させることができる。
【００７５】
さらに、上段の水タンク５５に水位センサ６１を設けたため、圧損増大を水位で検知し、凍結などにより圧損が増大し、イオン交換樹脂５７が粉々になって寿命がきた場合の交換時期を判定することができるとともに、水のオーバーフローを防止できる。
【００７６】
また、停止中は開閉バルブ６５，６７を閉じる機構としたため、上段の水タンク５５内の水がなくなる停止中に、イオン交換樹脂５７が乾燥してしまうことを避けることができ、イオン交換樹脂５７の劣化を防止することができる。
【００７７】
なお、上記した第１，２の各実施形態では、燃料電池１とは別体の加湿器３を加湿部として使用しているが、この別体の加湿器３を設けずに、燃料電池１内の固体電解質膜で発電と加湿を同時に行うことができるものに対しても、この発明を適用することが可能である。また、水回収器４１，４３は、冷媒を用いて凝縮水を得るようにしているが、冷媒を用いず、単に凝縮した水を回収するようなタイプの水回収器であっても適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施形態を示す燃料電池の加湿システムの全体構成図である。
【図２】第１の実施形態の起動時での動作を示すフローチャートである。
【図３】第１の実施形態の運転時での動作を示すフローチャートである。
【図４】第１の実施形態の停止時での動作を示すフローチャートである。
【図５】比較例を示す燃料電池の加湿システムの全体構成図である。
【図６】この発明の第２の実施形態を示す燃料電池の加湿システムの全体構成図である。
【図７】第２の実施形態の起動時での動作を示すフローチャートである。
【図８】第２の実施形態の運転時での動作を示すフローチャートである。
【図９】第２の実施形態の停止時での動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１燃料電池
３加湿器（加湿部）
５純水
７水タンク
９水供給路（水回路）
１１水排出路（水回路）
１５ポンプ
１７第１の導電率計
１９第１の切替バルブ（加湿器バイパス回路）
２１圧力調整弁
２３第２の導電率計
２５第２の切替バルブ（第１のフィルタバイパス回路）
２７，５９イオン交換フィルタ
３７加湿器バイパス流路（加湿器バイパス回路）
３９第１のフィルタバイパス流路（第１のフィルタバイパス回路）
４１，４３水回収器
４５回収水流路（回収水回路）
４７第３の導電率計
４９第３の切換バルブ（第２のフィルタバイパス回路）
５１第２のフィルタバイパス流路（第２のフィルタバイパス回路）
５５上段の水タンク
６１水位センサ
６３排出路（ドレン回路）
６５，６７開閉バルブ

Claims

燃料電池に設けた固体電解質膜を加湿する加湿部を設けるとともに、この加湿部と純水を貯留する水タンクとを、前記純水が循環する水回路で接続し、この水回路に、前記水タンクに貯留した純水を吸い上げて前記加湿部に供給するポンプと、前記加湿部内の純水の圧力を調整する圧力調整弁と、前記純水に含まれるイオンを低減させるイオン交換フィルタとをそれぞれ設けた燃料電池の加湿システムにおいて、前記加湿部からの排水が前記水タンクへ向けて流れる前記水回路に、上流側から順に、前記圧力調整弁，前記イオン交換フィルタをそれぞれ配置したことを特徴とする燃料電池の加湿システム。
前記水タンクを上下２段構成とし、上段の水タンクの下部に前記イオン交換フィルタを配置し、前記加湿部からの排水が前記圧力調整弁を通って前記上段の水タンクに入り、前記イオン交換フィルタを経て前記下段の水タンクに入るよう構成したことを特徴とする請求項１記載の燃料電池の加湿システム。
前記上段の水タンクがオーバーフローしたときに、この上段の水タンクから水を排出するドレン回路を設けたことを特徴とする請求項２記載の燃料電池の加湿システム。
前記圧力調整弁と前記イオン交換フィルタとの間に導電率計を設け、この導電率計によって計測する前記純水の導電率が規定値以内のときに、前記圧力調整弁を通った純水が前記イオン交換フィルタをバイパスするフィルタバイパス回路を設けたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の燃料電池の加湿システム。
前記燃料電池の排気から水を回収する水回収器を設け、この水回収器により回収した水を、前記イオン交換フィルタに供給する回収水回路を設けたことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の燃料電池の加湿システム。
前記回収水回路に導電率計を設け、この導電率計によって計測する回収水の導電率が規定値以内のときに、前記水回収器からの回収水が前記イオン交換フィルタをバイパスする第２のフィルタバイパス回路を設けたことを特徴とする請求項５記載の燃料電池の加湿システム。
前記ポンプと前記加湿部との間の水回路に導電率計を設け、この導電率計によって計測する純水の導電率が規定値を超えるときに、前記ポンプから吐出する純水が、前記加湿部をバイパスして前記イオン交換フィルタに流れる加湿部バイパス回路を設けことを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の燃料電池の加湿システム。
前記上段の水タンクの水位を計測する水位センサを設け、運転開始時に、前記純水を、前記加湿部バイパス回路に流して前記上段の水タンクに供給し、この上段の水タンク内の水位が一定以上になった時点で、前記イオン交換フィルタが劣化したと判定することを特徴とする請求項７記載の燃料電池の加湿システム。
前記上段および下段の各水タンクの大気開放部に、開閉バルブを設け、この開閉バルブを、燃料電池の運転停止時には閉じ、同運転時には開くことを特徴とする請求項２ないし８のいずれかに記載の燃料電池の加湿システム。