JP2005129381A - 燃料電池システムの水処理装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】イオン除去装置21は、前流側の筒26と後流側の筒27で構成される。前流側の筒26の内部空間には、その上下に多孔質板30a、30bが配置され、多孔質板30a、30bの間にはイオン交換樹脂31aが充填されている。一方、後流側の筒27の内部空間にも、同様な構成でその上下に多孔質板30c、30dが、その間にはイオン交換樹脂31bが充填されている。多孔質板30a、30b、30c、30dは、穴(記載せず)が全面に渡って多数開いており、その1枚にほぼ全面に設けられている穴の総断面積は、水流入部28および水流出部29の水通過最小断面積の0.5〜6倍である。多孔質板に設けられている穴の総断面積が適度であるため、イオン水がイオン交換樹脂を均一に流れてその全部が有効に利用されて、長寿命のイオン除去装置21が得られる。
【選択図】図1
Description
一方、燃料電池システムの水処理装置として、燃料電池冷却液の導電率管理装置に関するものがあり、その構成図を図 (b)に記載する(例えば、特許文献2参照)。この水処理装置は、循環ポンプ6により燃料電池7と熱交換器8との間でタンク9に貯水した冷却液を循環させる循環流路10と、この循環流路10から取り出した冷却液を導電率低減装置11(以下、脱イオン装置と記す)を通して循環流路10に戻すバイパス流路12と、循環流路10からバイパス流路12への冷却液バイパス割合を調整するバルブ13とで構成される。そして、冷却液に配置した導電率センサ14および温度センサ15の信号に基づいて、バルブ13により冷却液バイパス割合が制御装置16により制御される。
図1は、本発明の第1の実施の形態の構成を示している。燃料電池システムは、イオン水を貯水する凝縮水タンク20と、凝縮水タンク20から供給されるイオン水を脱イオンするイオン除去装置21および水ポンプ22と、イオン除去装置21から供給される脱イオン水を貯水する純水タンク23と、純水タンク23から供給される脱イオン水により水素を主成分とする改質ガスを生成する改質ガス供給部24と、改質ガス供給部24で生成する改質ガス中の水素により発電を行う燃料電池25とを少なくとも有した構成であるとした。
多孔質板30cの穴を通過したのちに水流出部29から外に流出する。
本発明の第2の実施の形態を、図1に基づいて説明する。図1に記載した様に、イオン除去装置21は、前流側の筒26と後流側の筒27が、直列にU字状に屈曲させながら配置されている。2個の筒が直列にU字状に屈曲させながら配置されると、イオン水がイオン交換樹脂と均一に接蝕する回数が増えるとともに、接蝕する時間が長くなり、寿命が一層長いイオン除去装置21を得ることができる。なお例えば、筒を3個にすると、U字状と逆U字状という水流れとなり、イオン水がイオン交換樹脂と均一に接蝕する回数がさらに増え、接蝕する時間もさらに長くなって、寿命がさらに一層長いイオン除去装置21を得ることができる。
本発明の第3の実施の形態を、図1に基づいて説明する。図1に記載した様に、イオン除去装置21は、前流側の筒26と後流側の筒27という偶数個の筒が、直列にU字状に屈曲させながら配置されており、水流入部28からイオン水を上部から下部へ流入させ、水流出部29へ脱イオン水を下部から上部へ流出させる流れとなっている。水流入部28と水流出部29が上部に有るため、水流入に伴うイオン交換樹脂の浮遊とこれによるイオン交換済み品と未交換品の混合が減少して、水流入部28から水流出部29の方へ順々にイオン交換される使用形態となる。これに加えて、筒が直列に配置されているため、イオン水がイオン交換樹脂を均一に流れる機会が増えるとともに、接蝕する時間が長くなり、寿命がさらに一層長いイオン除去装置を得ることができる。
本発明の第4の実施の形態を、図3に基づいて説明する。図3は、このイオン除去装置21の効果特性図である。横軸は、イオン除去装置21における、筒の合計高さと断面積の比率である。縦軸は、この形状のイオン除去装置21の圧力損失および水処理可能量である。
本発明の第5の実施の形態を図4で説明する。燃料電池25で使用されずに残存する改質ガス中水素は、燃焼部32に導きここで燃焼させ、燃焼排ガスを排ガス流路33に配置した潜熱回収熱交換器34において結露させられる。潜熱回収熱交換器34で結露した燃焼排ガス結露水は、その落下位置に配置したラシヒリング35により、溶解炭酸イオンが除去されて、凝縮水タンク20に貯水される。
本発明の第6の実施の形態は、ラシヒリング35の形状についてである。ラシヒリング35は、側面部に通気穴を有するリング体を使用すると、反応面積が増加するとともに、通水抵抗および通風抵抗が減少して、焼排ガス結露水に混合されている溶解炭酸イオンが一層効果的に除去される。そのため、得られる水は、イオン混合量がさらに一層小さくなり、イオン除去装置21がさらに一層長寿命となる。
本発明の第7の実施の形態は、ラシヒリング35に流す空気流れについてであり、図4に記載した様に、下部から上部への上昇空気が流入する様にしている。この上昇空気により、燃焼排ガス結露水に混合されている溶解炭酸イオンは、ラシヒリング35によって一層効果的に除去される。そのため、得られる水は、イオン混合量がさらに一層小さくなり、イオン除去装置21がさらに一層長寿命となる。なお、下部から上部への上昇空気は、ラシヒリング35と接蝕した後、ほぼ垂直に折れ曲がって水平方法の流れを形成している。一方、排ガス流路33によって途中から逆U字状の流れとなって下部方向に向って流れる燃焼排ガスは、潜熱回収熱交換器34と接蝕した後、ほぼ垂直に折れ曲がって水平方法の流れを形成している。
本発明の第8の実施の形態は、上昇空気の供給源についてである。上昇空気の供給源として、燃料電池25の空気極39に供給される空気の残りを使用すると、大風量の空気を簡単に供給することができ、焼排ガス結露水に混合されている溶解炭酸イオンが一層効果的に除去される。そのため、得られる水は、イオン混合量がさらに一層小さくなり、イオン除去装置21がさらに一層長寿命となる。また、燃料電池25の空気極39に供給される空気は、空気極39で生成する水分を含んでいるため、ラシヒリング35によってこの水分が回収され、燃焼排ガス結露水と一緒に凝縮水タンク20に採取される利点も有る。
本発明の第9の実施の形態は、凝縮水タンク20に貯水されるイオン水のさらなる供給方法であり、図4でその構成を説明する。燃料電池25の空気極39に供給される空気は、燃料電池25の耐久信頼向上のために、その前流に配置された加湿器40により増湿される。
本発明の第10の実施の形態は、燃料電池で使用されない改質ガス中水素を燃焼部に導く方法についてであり、図4で説明する。改質ガス中水素は、気液分離装置42で余剰に供給された水分を分離されて、燃焼部32に導かれる。実施の形態5の水処理装置において、気液分離装置42で水分を分離した改質ガス中水素を、燃焼部32に導き燃焼させることで、溶解炭酸イオンが一層減少した綺麗なイオン水が得られる。そのため、得られる水は、イオン混合量がさらに一層小さくなり、イオン除去装置21がさらに一層長寿命となる。また特に、ラシヒリング35による溶解炭酸イオン除去は、気液分離装置42で水分を分離した改質ガス中水素を、燃焼部32に導き燃焼させることで、一層効果的に行われている。
本発明の第11の実施の形態は、凝縮水タンク20に貯水されるイオン水のさらなる供給方法についてであり、図4において、気液分離装置42で分離された水分を、凝縮水タンク20で貯水している。そのため、得られる水は、イオン混合量が小さいためイオン除去装置21がさらに一層長寿命となるとともに、水の自給率が向上して、万が一に流入する高イオンの水道水量が減少し、その分だけイオン除去装置21がさらに長寿命となる。
21 イオン除去装置
22 水ポンプ
23 純水タンク
24 改質ガス供給部
25 燃料電池
26、27 筒
28 水流入部
29 水流出部
30a、30b、30c、31d 多孔質板
31a、31b イオン交換樹脂
32 燃焼部
33 排ガス流路
34 潜熱回収熱交換器
35 ラシヒリング
39 空気極
40 加湿器
41 凝縮熱交換器
42 気液分離装置
Claims (11)
- イオン水を貯水する凝縮水タンクと、前記凝縮水タンクから供給されるイオン水を脱イオンするイオン除去装置および水ポンプと、前記イオン除去装置から供給される脱イオン水を貯水する純水タンクと、前記純水タンクから供給される脱イオン水により水素を主成分とする改質ガスを生成する改質ガス供給部と、前記改質ガス供給部で生成する改質ガス中の水素により発電を行う燃料電池を、少なくとも有した燃料電池システムにおいて、前記イオン除去装置は、端部に水流入部および水流出部を有する筒と、前記筒の内部空間両端に配置される多孔質板の間に充填された粒状のイオン交換樹脂を少なくとも有した構造体であり、前記多孔質板の1枚にほぼ全面に設けられている多数の貫通穴の総断面積が、前記水流入部および水流出部の水通過最小部断面積に対して0.5〜6倍の比率であるとした燃料電池システムの水処理装置。
- 複数個の筒を直列にU字状もしくは逆U字状に屈曲させながら配置した請求項1記載の燃料電池システムの水処理装置。
- 偶数個の筒を直列にU字状もしくは逆U字状に屈曲させながら配置し、水流入部からイオン水を上部から下部へ流入させ、水流出部から脱イオン水を下部から上部へ流出させる請求項1記載の燃料電池システムの水処理装置。
- 筒の合計高さと断面積の比率が、0.4〜7.5であるとした請求項1記載の燃料電池システムの水処理装置。
- 凝縮水タンクで貯水されるイオン水は、燃料電池で使用されない改質ガス中水素を燃焼部に導いて燃焼させ、その燃焼排ガスを排ガス流路に配置した潜熱回収熱交換器で結露させた結露水が主成分であり、前記潜熱回収熱交換器での結露水は、その落下位置に配置したラシヒリングにより溶解の炭酸イオンが除去されている請求項1記載の燃料電池システムの水処理装置。
- ラシヒリングは、側面部に通気穴を有するリング体である請求項5記載の燃料電池システムの水処理装置。
- ラシヒリングに下部から上部への上昇空気を流入した請求項5記載の燃料電池システムの水処理装置。
- 上昇空気は、燃料電池の空気極に供給される空気の残りである請求項7記載の燃料電池システムの水処理装置。
- 上昇空気は、前記空気極の前流に配置された加湿器により増湿され、前記加湿器の後流に配置された凝縮熱交換器により水分を除去されてから上昇空気となっており、前記凝縮熱交換器により結露した水分は、凝縮水タンクに貯水される請求項7記載の燃料電池システムの水処理装置。
- 燃料電池で使用されない改質ガス中水素は、気液分離装置で水分を分離されて燃焼部に導かれる請求5記載の燃料電池システムの水処理装置。
- 気液分離装置で分離された水分を、凝縮水タンクで貯水する請求項10記載の燃料電池システムの水処理装置。
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