JP2007087623A

JP2007087623A - 燃料電池発電システム及びその運転方法

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Publication number: JP2007087623A
Application number: JP2005271621A
Authority: JP
Inventors: Masao Yamamoto; 雅夫山本
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2005-09-20
Filing date: 2005-09-20
Publication date: 2007-04-05

Abstract

【課題】イオン性物質濃度の高い補給水の混入による浄水装置の突発的な劣化を未然に防止し、燃料電池発電システムの安定運転を確保すること。
【解決手段】燃料電池１７に空気ブロア１１３からの空気と燃料処理器１１４からの水素を供給し発電を行う。燃料電池１７からの排空気に含まれる水分を熱交換器１２で凝縮し回収水タンク１４に貯え、回収水輸送手段１５で浄水装置１４に送り、浄化した後、冷却水タンク１８に貯える。回収水タンク１１２に補給水補給経路１１を設置し、補給水補給経路１１には、水質検知手段１３、積算流量検知手段１６、開閉弁１１０、制御装置１１１、排水口１９を設置する。予め、補給水の水質基準値と積算流量基準値の情報を制御装置１１１に記録しておき、かかる情報に基づいて開閉弁１１０の開閉状態を制御し、所定の水質基準、所定の積算流量基準値を超える補給水の補給を遮断する。
【選択図】図１

Description

本発明は燃料電池発電システム及びその運転方法に関する。

燃料電池発電システムは、プロトン導電性機能を有する電解質膜の両側に触媒を担持した一対の電極を配置した電解質膜／電極結合体の両側に反応ガス通流路を設けたセパレータを配置して燃料電池を構成し、前記燃料電池の一方のセパレータの反応ガス通流路から燃料処理器で燃料ガスを改質して製造した水素等の燃料ガスを、また他方のセパレータの反応ガス通流路から空気等の酸化剤ガスを供給し、電極触媒上での酸化還元反応を利用して発電を行い、また、燃料電池に冷却水を通水し、発電の結果として発生する熱を温水として回収するシステムである。

当該燃料電池発電システムにおいては、電解質膜のプロトン導電性を確保する目的で電解質膜を加湿するため、また、燃料電池からの熱回収に利用する冷却水を確保するため、水が必要になる。かかる水は燃料電池から排出される酸化剤ガスや燃料処理器から排気される燃焼排ガスに含まれる水分を熱交換器を介して回収した回収水を利用していた。回収水はその中に含まれるイオン性物質を除去する為、一旦回収水タンクに貯えた後、主にイオン交換樹脂筒で構成される浄水装置で浄化処理していた。また、回収水は電解質膜を加湿する過程、及び冷却水として循環する過程で消費するが、消費した回収水は燃料電池発電システムの外部から補給水としての水道水を回収水タンクに補給し、補給した水道水を回収水と共に前記した浄水装置を用いて浄化処理していた（例えば、特許文献１参照）。

図３は、前記特許文献１に記載された、従来の燃料電池発電システムを示す構成図である。図３において、燃料電池３４は、燃料処理器３３で燃料ガスを改質して得た水素と酸化剤ガスとしての空気を利用して発電し、燃料電池３４を介して設置される冷却水循環経路３８に冷却水タンク３６から冷却水を循環させ、燃料電池３４を冷却すると同時に熱交換器（図示せず）により燃料電池３４で発生した熱を温水として回収していた。

燃料電池３４からの排出される空気は熱交換器３５により回収水と排空気に分離され、排空気は燃料電池発電システムの外に排出され、回収水は回収水タンク３２に貯えられていた。回収水タンク３２に貯えられた回収水は回収水輸送手段３１で浄水装置３７に送られ浄化された後、冷却水タンク３６に送り込まれていた。また、回収水タンク３２に貯えられた回収水が不足した時には、燃料電池発電システムの外部から回収水タンク３２に補給水としての水道水が補給されていた。

また、浄水装置の劣化を検知する目的で、浄水装置を２本のイオン交換樹脂筒で構成し、上流のイオン交換樹脂筒と下流のイオン交換樹脂筒の間に電導度センサーを設置し、電導度センサーで浄水の導電率の増大を検知した時、上流のイオン交換樹脂筒が劣化したものと判断して、上流のイオン交換樹脂筒の取り替えが行われていた（例えば、特許文献２参照）。

図４は、前記特許文献２に記載された、従来の燃料電池発電システムを示す構成図である。図４において、燃料電池４４は、燃料処理器４３で燃料ガスを改質して得た水素と酸化剤ガスとしての空気を用いて発電し、燃料電池４４を介して設置される冷却水循環経路４１０に冷却水タンク４６から冷却水を循環させ、燃料電池４４を冷却すると同時に熱交換器（図示せず）により燃料電池４４で発生した熱を温水として回収していた。

燃料電池４４からの排出される空気は熱交換器４５により回収水と排空気に分離され、排空気は燃料電池発電システムの外に排出され、回収水は回収水タンク４２に貯えられていた。回収水タンク４２に貯えられた回収水は回収水輸送手段４８で浄水装置４９に送られ浄化された後、冷却水タンク４６に送り込まれていた。浄水装置４９は２つのイオン交換樹脂筒４７a、４７ｂで構成され、各イオン交換樹脂筒の間に電導度センサー４１を設置し、当該電導度センサー４１で上流のイオン交換樹脂筒４７ａの劣化を検知し、その時点で上流のイオン交換樹脂筒４７ａの取り替えを行っていた。また、回収水タンク４２に貯えられた回収水が不足した時には、燃料電池発電システムの外部から回収水タンク４２に補給水としての水道水が補給されていた。

また更には、特許文献２に記載した発明と同様の技術的思想に基づき、浄水装置を複数のイオン交換樹脂筒からなる浄水装置で構成し、最下流のイオン交換樹脂筒の前に導電度センサーを設置した構成の燃料電池発電システムが開示されている（例えば、特許文献３参照）。

図５は、前記特許文献３に記載された、従来の燃料電池発電システムを示す構成図である。図５おいて、燃料電池５４は、燃料処理器５３で燃料ガスを改質して得た水素と酸化剤ガスとしての空気を用いて発電し、燃料電池５４を介して設置される冷却水循環経路５１０に冷却水タンク５６から冷却水を循環させ、燃料電池５４を冷却すると同時に熱交換器（図示せず）により燃料電池５４で発生した熱を温水として回収していた。

燃料電池５４からの排出される空気は熱交換器５５により回収水と排空気に分離され、排空気は燃料電池発電システムの外に排出され、回収水は回収水タンク５２に貯えられていた。回収水タンク５２に貯えられた回収水は回収水輸送手段５８で浄水装置に送られ浄化された後、冷却水タンク５６に送り込まれていた。浄水装置５９は複数のイオン交換樹脂筒５７a〜５７ｄで構成され、最下流の浄水装置５７ｄの前に導電度センサー５１を設置し、当該導電度センサー５１で上流のイオン交換樹脂筒５７ａ〜５７ｃの劣化を検知し、その時点でイオン交換樹脂筒５７ａ〜５７ｃの取り替えを行っていた。また、回収水タンク５２に貯えられた回収水が不足した時には、燃料電池発電システムの外部から回収水タンク５２に補給水としての水道水が補給されていた。
特開平０９−３０６５２４号公報特開平０５−３１５００２号公報特開平０９−２３１９９０号公報

しかしながら、特許文献１に記載される従来の構成では、浄水装置の性能劣化を検出することができないため、浄水装置の取り替え時期が把握できず、浄水装置のイオン交換性能が劣化した状態で燃料電池発電システムの運転が継続される場合がある。そのため、イオン性物質が燃料電池発電システム内部に流入し、燃料電池の漏電や燃料電池及び燃料処理器で使用される触媒を劣化させ、安定して燃料電池発電システムの運転ができないという課題を有していた。かかる課題に対して、浄水装置の設計において、予め、回収水の水質及び浄水量、更には水道水の水質及び浄水量を予測し、浄水装置の取り替え時期を時間で管理することも考えられるが、水道水の水質は地域格差が大きく、燃料電池発電システムに補給する水道水の水質を規定するのには限界があり、時間管理で浄水装置の取り替えを的確に行うことはできないという課題があった。また、水道水の水質に余裕度を持たせ、浄水装置を設計することも可能であるが、かかる構成ではイオン交換樹脂の容積が増大し、浄水装置の容積、ひいては燃料電池発電システムの容積が大きくなるといった課題があった。

一方、特許文献２や特許文献３に記載される従来の構成では、浄水装置のイオン交換性能の劣化を検出することができるが、燃料電池発電システムの内部に余剰のイオン交換樹脂及び導電度センサー等を内蔵する必要があるため、燃料電池発電システムの容積が大きくなるといった課題を有していた。また、浄水装置において、劣化した上流のイオン交換樹脂筒の取り替えを行っている時の回収水の浄水処理は予備に設けた最下流のイオン交換樹脂筒が対応することになるが、補給する水道水の水質が極めて悪質な場合には、劣化したイオン交換樹脂筒の取り替えが完了する前に予備のイオン交換樹脂筒が劣化し、燃料電池発電システム内部にイオン成分が流入し、燃料電池の漏電や燃料電池及び燃料処理器で使用される触媒の劣化によって、安定して燃料電池発電システムの運転ができないという課題をも有していた。

本発明は、上記した従来構成の燃料電池発電システムが有する課題に鑑みなされたものであり、燃料電池発電システムに補給する水道水等の補給水の水質を基準値以下に調整できる構成とし、燃料電池発電システムの設置地域に依存することなく、安定に運転できる燃料電池発電システムを実現することを目的とするものである。

前記従来の課題を解決するため、本発明にかかわる第１の燃料電池発電システムは、燃料電池と、前記燃料電池から排出されるガス中の水分を回収した回収水を貯える回収水タンクと、前記回収水タンクに補給水を補給する補給水補給経路と、前記回収水タンクに貯えた水を浄化処理する浄水装置と、前記補給水補給経路に、補給水の水質を検知する水質検知手段と、補給水の積算流量を検知する積算流量検知手段と、前記補給水補給経路に設けられた弁と、前記弁の開閉を制御する制御部とを備え、前記制御部は、前記水質検知手段にて検知された補給水の水質が基準値を超えた場合、または前記積算流量検知手段にて検知された補給水の積算流量が基準値を超えた場合には、前記弁を閉にし、また、前記水質検知手段で検知された補給水の水質が基準値以下であり、かつ前記積算流量検知手段にて検知した補給水の積算流量が基準値以下の場合には、前記弁を開にすることを特徴とする。

本構成によって、燃料電池発電システムに補給する水道水等補給水の水質を基準値以下に制御することができるため、燃料電池発電システムへの悪質な水道水等補給水の混入や、予め規定した積算流量を超過する水道水等補給水の流入による浄水装置の突発的な劣化を未然に防止でき、燃料電池発電システムを安定に運転することが可能になる。これは、水質検知手段で水道水等補給水の水質を検知でき、その情報に基づいて制御装置で開閉弁を閉止し、水質が基準値以上の水道水等補給水の補給を遮断できるからであり、また、積算流量計で水道水等補給水の積算流量を検出でき、その情報に基づいて制御装置で開閉弁を遮断でき、基準量以上の水道水等補給水の補給を遮断できるからである。

また、本発明にかかわる第２の燃料電池発電システムは、燃料電池と、前記燃料電池から排出されるガス中の水分を回収した回収水を貯える回収水タンクと、前記回収水タンクに補給水を補給する補給水補給経路と、前記回収水タンクに貯えた水を浄化処理する浄水装置と、前記補給水補給経路に、補給水の水質を検知する水質検知手段と、前記水質検知手段の下流に設けられ補給水を前記水質検知手段の上流に戻すバイパス経路と、前記補給水補給経路に設けられた弁と、前記補給水補給経路と前記バイパス経路との間で補給水の流路を切り替える流路切替手段と、前記流路切替手段の下流に設けられる積算流量検知手段と、前記弁及び前記流路切替手段の制御する制御部とを備え、前記制御部は、前記水質検知手段で検知した補給水の水質が基準値を超えた場合には、前記流路切替手段により前記バイパス経路側に流路を切り替え、前記水質検知手段で検知した補給水の水質が基準値以下の場合には、前記補給水補給経路側に流路を切り替え、前記積算流量検知手段にて検知した補給水の積算流量が基準値を超えた場合には前記弁を閉にし、前記積算流量検知手
段にて検知した補給水の積算流量が基準値以下の場合には前記弁を開にすることを特徴とする。

本構成によって、燃料電池発電システムに補給する水道水等補給水の水質を基準値以下に制御することができるため、燃料電池発電システムへの悪質な水道水等補給水の混入や、予め規定した積算流量を超過する水道水等補給水の流入による浄水装置の突発的な劣化を未然に防止でき、燃料電池発電システムを安定に運転することが可能になる。これは、予め規定した水質の基準値以上の水道水等補給水が補給された時、流路切替手段を介して、水道水等補給水はバイパス経路に流れるため燃料電池発電システムへの水道水等補給水の補給が遮断されるからであり、また、積算流量計で水道水等補給水の積算流量を検出でき、その情報に基づいて制御装置で開閉弁を遮断でき、基準量以上の水道水等補給水の補給を遮断できるからである。

また、本発明にかかわる第３の燃料電池発電システムは、上記第２の燃料電池システムにおいてバイパス経路に浄水手段を具備することを特徴とする。

本構成によって、燃料電池発電システムに補給する水道水等補給水の水質を基準値以下に制御することができるため、燃料電池発電システムへの悪質な水道水等補給水の混入や、予め規定した積算流量を超過する水道水等補給水の流入による浄水装置の突発的な劣化を未然に防止でき、燃料電池発電システムを安定に運転することが可能になる。これは、予め規定した基準値以上の水道水等補給水が補給された時、流路切替手段を介して、水道水等補給水はバイパス経路に流れ、浄水装置で浄化され水質が基準値以下になった段階で燃料電池発電システムへの補給が行われるためであり、また、積算流量計で水道水等補給水の積算流量を検出でき、その情報に基づいて制御装置で開閉弁を遮断でき、基準量以上の水道水等補給水の補給を遮断できるからである。

また、本発明にかかわる第４の燃料電池発電システムは、前述した第１から第３の燃料電池発電システムであって、更に、補給水補給経路に、当該補給水補給経路に滞留した補給水を排水できる排水口が設けられていることを特徴とする。

本構成によって、燃料電池発電システムに補給する水道水等補給水の水質を基準値以下に制御することができるため、燃料電池発電システムへの悪質な水道水等補給水の混入や、予め規定した積算流量を超過する水道水等補給水の流入による浄水装置の突発的な劣化を未然に防止でき、燃料電池発電システムを安定に運転することが可能になる。これは、開閉弁にて燃料電池発電システムへの水道水等補給水の補給を遮断している時に、補給水補給経路に滞留するイオン性物質の多い悪質な水道水等補給水を補給水補給経路から排水でき、基準値以下の水道水等補給水が補給された時、滞留していた悪質な水道水等補給水と混合することなく、基準値以下の水道水等補給水のみを燃料電池発電システムに補給できるからであり、また、積算流量計で水道水等補給水の積算流量を検出でき、その情報に基づいて制御装置で開閉弁を遮断でき、基準量以上の水道水等補給水の補給を遮断できるからである。

また、本発明にかかわる第５の燃料電池発電システムは、前述した第１から第４の燃料電池発電システムであって、水質検知手段が硬度計であることを特徴とする燃料電池発電システムである。

本構成によって、燃料電池発電システムに補給する補給水としての水道水の補給／遮断の判断をより適切に判断できる。これは、水道水の水質の内、地域格差が大きく、また、イオン交換樹脂の耐久性に影響するカルシウムイオン、マグネシウムイオンの濃度を硬度を指標として、硬度計により効率的に検出することができるからである。

また、本発明にかかわる燃料電池発電システムは、補給水の水質の基準値が水道水の水質の全国平均値であることを特徴とする。

本構成によって、補給水として水道水を用いる場合において、幅広い設置地域で、燃料電池発電システムを安定に運転することが可能になる。これは、水道水の水質に依存して、補給水の遮断を行うため、水質検知手段における水道水の水質基準値が低過ぎた場合、水道水の補給が完全に停止し、水不足による燃料電池発電システムの停止といった問題を起こすことになるが、水質基準を全国平均値に設定することで、設置地域に依存することなく適切な水道水の補給ができ、水道水の完全遮断による燃料電池発電システムの停止といった問題が起こることはないからである。

また、本発明にかかわる燃料電池発電システムは、補給水の水質の基準値が、燃料電池発電システムの設置地域における水道水の水質の1日当たりの平均値であることを特徴とする。

本構成によって、補給水として水道水を用いる場合において、水道水の水質が全国平均値を上回る、水質が極めて悪質な設置地域においても、燃料電池発電システムを安定に運転することが可能になる。これは、水質基準値を燃料電池発電システムの設置地域における水道水の水質の1日当たりの平均値とすることで、水道水の水質が全国平均値を上回る設置地域においても、水道水の補給が完全に停止し、水不足による燃料電池発電システムの停止といった問題が起こらないからであり、また、燃料電池発電システムの設置地域において、比較的水質の良い水道水を選択的に補給でき、浄水装置への負荷を軽減できるからである。

さらに、本発明にかかわる第1の燃料電池発電システムの運転方法は、燃料電池と、前記燃料電池から排出されるガス中の水分を回収した回収水を貯える回収水タンクと、前記回収水タンクに補給水を補給する補給水補給経路と、前記回収水タンクに貯えた水を浄化処理する浄水装置と、前記補給水補給経路に、補給水の水質を検知する水質検知手段と、補給水の積算流量を検知する積算流量検知手段と、前記補給水補給経路に設けられた弁と、前記水質検知手段にて検知された補給水の水質が基準値を超えた場合、または前記積算流量検知手段にて検知された補給水の積算流量が基準値を超えた場合には、前記弁を閉にし、また、前記水質検知手段で検知された補給水の水質が基準値以下であり、かつ前記積算流量検知手段にて検知した補給水の積算流量が基準値以下の場合には、前記弁を開にすることを特徴とする。

本構成によって、燃料電池発電システムに補給する水道水等補給水の水質を基準値以下に制御することができるため、燃料電池発電システムへの悪質な水道水等補給水の混入や、予め規定した積算流量を超過する水道水等補給水の流入による浄水装置の突発的な劣化を未然に防止でき、燃料電池発電システムを安定に運転することが可能になる。これは、水質検知手段で補給水の水質を検知でき、その情報に基づいて制御装置で開閉弁を閉止でき、水質が基準値以上の水道水等補給水の補給を遮断できるからであり、また、積算流量計で水道水等補給水の積算流量を検出でき、その情報に基づいて制御装置で開閉弁を遮断でき、基準量以上の水道水等補給水の補給を遮断できるからである。

また、本発明にかかわる第２の燃料電池発電システムの運転方法は、燃料電池と、前記燃料電池から排出されるガス中の水分を回収した回収水を貯える回収水タンクと、前記回収水タンクに補給水を補給する補給水補給経路と、前記回収水タンクに貯えた水を浄化処理する浄水装置と、前記補給水補給経路に、補給水の水質を検知する水質検知手段と、前記水質検知手段の下流に設けられ補給水を前記水質検知手段の上流に戻すバイパス経路と
、前記補給水補給経路に設けられた弁と、前記補給水補給経路と前記バイパス経路との間で補給水の流路を切り替える流路切替手段と、前記流路切替手段の下流に設けられる積算流量検知手段とを備え、前記水質検知手段で検知した補給水の水質が基準値を超えた場合には、前記流路切替手段により前記バイパス経路側に流路を切り替え、前記水質検知手段で検知した補給水の水質が基準値以下の場合には、前記補給水補給経路側に流路を切り替え、前記積算流量検知手段にて検知した補給水の積算流量が基準値を超えた場合には前記弁を閉にし、前記積算流量検知手段にて検知した補給水の積算流量が基準値以下の場合には前記弁を開にすることを特徴とする。

本発明の燃料電池発電システム及びその運転方法によれば、燃料電池発電システムに補給する水道水等補給水の水質を所定の基準値以下に制御することができるため、燃料電池発電システムの設置地域に依存することなく、イオン性物質濃度の高い悪質な水道水等補給水の混入による浄水装置の突発的な劣化を未然に防止でき、安定な運転を維持できる燃料電池発電システムを実現することができる。

以下本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における燃料電池発電システムの構成図である。

図１において、燃料電池１７に空気ブロア１１３から供給される酸化剤ガスとしての空気と燃料ガスを燃料処理器１１４で改質して得た水素を供給し発電を行う。燃料電池１７から排気される排空気に含まれる水分は、熱交換器１２を介して凝縮され、回収水タンク１１２に貯えられる。回収水タンク１１２に貯えられた回収水は回収水輸送手段１５で浄水装置１４を介して浄化され、冷却水タンク１８に貯えられる。燃料電池１７には冷却水タンク１８から送水手段で冷却水が循環され、燃料電池１７が冷却される。回収水タンク１１２には、補給水補給経路１１が設けられ、また、補給水補給経路１１には、水質検知手段１３、積算流量検知手段１６、開閉弁１１０、制御装置１１１、更には閉止弁閉止時に滞留した補給水を排水する排水口１９が設置されている。

かかる構成の燃料電池発電システムの運転は以下のように行う。つまり、予め、開閉弁の開閉状態を制御する為の補給水の水質の基準値（以下、臨界水質基準値C_０とする）と補給水の積算流量の基準値（以下、臨界積算流量Q_０とする）の情報を制御装置１１１に記録しておく。本実施の形態においては、補給水の水質として硬度を用い、臨界水質基準値C_０を硬度５０とし、また臨界積算流量Q_０を５０Lとしている。次に、水質検知手段１３としての硬度計で検知した補給水の水質が臨界水質基準値C_０を超えた時には、制御装置１１１から開閉弁１１０に閉止の情報を送り、開閉弁１１０を閉じ、補給水の補給を遮断する。また、水質検知手段１３で検知した補給水の水質が臨界水質基準値C_０以下であ
り、かつ積算流量検知手段１６で検知した積算流量が臨界積算流量Q_０以下である時には、制御装置１１１から開閉弁１１０に開閉弁を開く情報を送り、補給水が燃料電池発電システムに補給できるように開閉弁１１０を開く。更に、積算流量検知手段１６で検知した積算流量が臨界積算流量Q_０を越える時には、制御装置１１１から開閉弁１１０に閉止の情報を送り、開閉弁１１０を閉じ、補給水の補給を遮断する。

かかる構成によれば、燃料電池発電システムに補給する水道水等補給水の水質を一定値以下に制御することができるため、イオン性物質の濃度が高い悪質な水質の水道水等補給水の混入による浄水装置の突発的な劣化を未然に防止でき、安定な運転を維持できる燃料電池発電システムを実現することが可能になる。

（実施の形態２）
図２は、本発明の実施の形態２における燃料電池発電システムの構成図である。

図２において、図１と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。図２において、補給水補給経路１１には補給水の通水流路を切り替える流路切替手段２１、補給水を流路切替手段２１を介して水質検知手段１３の上流に戻すバイパス経路２２、バイパス経路を通流する補給水を浄化処理する補給水浄水装置２３が設置される。

かかる構成の燃料電池発電システムの運転は以下のように行う。つまり、予め、開閉弁及び流路切替手段の開閉状態を制御する為の補給水の水質の基準値（以下、臨界水質基準値C_０とする）と補給水の積算流量の基準値（以下、臨界積算流量Q_０）の情報を制御装置１１１に記録しておく。本実施の形態においては、補給水の水質として硬度を用い、臨界水質基準値C_０を硬度５０とし、また臨界積算流量Q_０を５０Lとしている。次に、水質検知手段１３としての硬度計で検知した補給水の水質が臨界水質基準値C_０を超えた時には、制御装置１１１から流路切替手段２１に補給水がバイパス経路２２に通水するように通水流路を切り替える情報を送り、燃料電池発電システムへの補給水の補給を遮断する。また、水質検知手段１３で検知した補給水の水質が臨界水質基準値C_０以下になった段階で、制御装置１１１から流路切替手段２１に補給水が補給経路に通水するように通水流路を切り替える情報を送り、補給水が燃料電池発電システム側に通水するように流路を切り替える。更に、積算流量検知手段１６で検知した積算流量が臨界積算流量Q_０以下である時には、制御装置１１１から開閉弁１１０に開閉弁１１０を開く情報を送り、補給水が燃料電池発電システムに補給できるように開閉弁１１０を開き、燃料電池発電システムに補給水を補給し、積算流量検知手段１６で検知した積算流量が臨界積算流量Q_０を越える時には、制御装置１１１から開閉弁１１０に閉止の情報を送り、開閉弁１１０を閉じ、補給水の補給を遮断する。

かかる構成によれば、燃料電池発電システムに補給する水道水等補給水の水質を一定の基準値以下に制御することができるため、イオン性物質の濃度が高い悪質な水質の水道水等補給水の混入による浄水装置の突発的な劣化を未然に防止でき、安定な運転を維持できる燃料電池発電システムを実現することができる。

なお、実施の形態１及び実施の形態２においては、補給水補給経路に開口部を設けることで補給水補給経路に滞留した補給水を排水する為の排水口としているが、補給水補給経路を分岐し、分岐経路に電磁弁等を設け排水口とし、定期的に補給水を排水する構成にしてもよい。また、水質検知手段で検知する補給水の水質、水質検知手段、及び臨界水質基準値C_０は実施の形態に記載したものに限定されるものではなく、燃料電池発電システム内部に設けるイオン交換樹脂の容積や浄水装置の取り替え周期に合わせて、適宜選択して利用することができるが、水質検知手段で検知する補給水の水質としては、地域格差が大きい硬度を用い、硬度を効率的に計測するため水質検知手段には硬度計を用いるのが好ま
しく、また、硬度が余りに高い水道水等補給水が補給されると、イオン交換樹脂への負荷が大きくなり、浄水装置の取り替え周期が短くなる等の弊害が考えられる為、臨界水質基準値C_０としては水道水の硬度の全国平均値（硬度５０相当）を目安とし基準値を設定するのが好ましい。また、水道水の水質基準が全国平均値を大幅に上回る地域に燃料電池発電システムを設置する場合は、臨界水質基準値C_０が低過ぎて、1日中水道水の補給ができず、そのために燃料電池発電システムが運転できないといった事態を回避する為、予め当該設置地域での硬度等の水質の1日当たりの平均値を調査し、かかる平均値を基準に臨界水質基準値C_０を選択し使用するのが好ましい。さらにまた、臨界積算流量Q_０についても特に限定されるものではなく、燃料電池発電システム内部に設けるイオン交換樹脂の容積や浄水装置の取り替え周期に合わせて、適宜選択して利用ができる。

また、実施の形態２において、バイパス経路に設ける補給水浄水装置はイオン交換樹脂方式浄水装置、逆浸透膜方式浄水装置、電気脱イオン方式浄水装置等が利用可能である。

本発明にかかる、燃料電池発電システム及びその運転方法は、燃料電池発電システムに補給する水道水等補給水の水質を所定の基準値以下に制御することが可能になり、燃料電池発電システムの設置地域に依存することなく、イオン性物質濃度の高い悪質な水道水等補給水の混入による浄水装置の突発的な劣化を未然に防止できるので、燃料電池発電システムを安定な運転する構成として有用である。

本発明の実施の形態１における燃料電池発電システムの構成図本発明の実施の形態２における燃料電池発電システムの構成図従来の燃料電池発電システムの構成図従来の燃料電池発電システムの構成図従来の燃料電池発電システムの構成図

符号の説明

１１補給水補給経路
１２熱交換器
１３水質検知手段
１４浄水装置
１５回収水輸送手段
１６積算流量検知手段
１７燃料電池
１８冷却水タンク
１９排水口
１１０開閉弁
１１１制御装置
１１２回収水タンク
１１３空気ブロア
１１４燃料処理器
２１流路切替手段
２２バイパス経路
２３補給水浄水装置
３１回収水輸送手段
３２回収水タンク
３３燃料処理器
３４燃料電池
３５熱交換器
３６冷却水タンク
３７浄水装置
３８冷却水循環経路
４１電導度センサー
４２回収水タンク
４３燃料処理器
４４燃料電池
４５熱交換器
４６冷却水タンク
４７ａ，４７ｂイオン交換樹脂筒
４８回収水輸送手段
４９浄水装置
４１０冷却水循環経路
５１導電度センサー
５２回収水タンク
５３燃料処理器
５４燃料電池
５５熱交換器
５６冷却水タンク
５７ａ〜５７ｄイオン交換樹脂筒
５８回収水輸送手段
５９浄水装置
５１０冷却水循環経路

Claims

燃料電池と、前記燃料電池から排出されるガス中の水分を回収した回収水を貯える回収水タンクと、前記回収水タンクに補給水を補給する補給水補給経路と、前記回収水タンクに貯えた水を浄化処理する浄水装置と、前記補給水補給経路に、補給水の水質を検知する水質検知手段と、補給水の積算流量を検知する積算流量検知手段と、前記補給水補給経路に設けられた弁と、前記弁の開閉を制御する制御部とを備え、前記制御部は、前記水質検知手段にて検知された補給水の水質が基準値を超えた場合、または前記積算流量検知手段にて検知された補給水の積算流量が基準値を超えた場合には、前記弁を閉にし、また、前記水質検知手段で検知された補給水の水質が基準値以下であり、かつ前記積算流量検知手段にて検知した補給水の積算流量が基準値以下の場合には、前記弁を開にすることを特徴とする燃料電池発電システム。
燃料電池と、前記燃料電池から排出されるガス中の水分を回収した回収水を貯える回収水タンクと、前記回収水タンクに補給水を補給する補給水補給経路と、前記回収水タンクに貯えた水を浄化処理する浄水装置と、前記補給水補給経路に、補給水の水質を検知する水質検知手段と、前記水質検知手段の下流に設けられ補給水を前記水質検知手段の上流に戻すバイパス経路と、前記補給水補給経路に設けられた弁と、前記補給水補給経路と前記バイパス経路との間で補給水の流路を切り替える流路切替手段と、前記流路切替手段の下流に設けられる積算流量検知手段と、前記弁及び前記流路切替手段の制御する制御部とを備え、前記制御部は、前記水質検知手段で検知した補給水の水質が基準値を超えた場合には、前記流路切替手段により前記バイパス経路側に流路を切り替え、前記水質検知手段で検知した補給水の水質が基準値以下の場合には、前記補給水補給経路側に流路を切り替え、前記積算流量検知手段にて検知した補給水の積算流量が基準値を超えた場合には前記弁を閉にし、前記積算流量検知手段にて検知した補給水の積算流量が基準値以下の場合には前記弁を開にすることを特徴とする燃料電池発電システム。
バイパス経路に浄水手段を具備することを特徴とする請求項２記載の燃料電池発電システム。
補給水補給経路に、当該補給水補給経路に滞留した補給水を排水できる排水口が設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の燃料電池発電システム。
水質検知手段が硬度計であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の燃料電池発電システム。
補給水の水質の基準値が、水道水の水質の全国平均値であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の燃料電池発電システム。
補給水の水質の基準値が燃料電池発電システムの設置地域における水道水の水質の1日当たりの平均値であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の燃料電池発電システム。
燃料電池と、前記燃料電池から排出されるガス中の水分を回収した回収水を貯える回収水タンクと、前記回収水タンクに補給水を補給する補給水補給経路と、前記回収水タンクに貯えた水を浄化処理する浄水装置と、前記補給水補給経路に、補給水の水質を検知する水質検知手段と、補給水の積算流量を検知する積算流量検知手段と、前記補給水補給経路に設けられた弁と、前記水質検知手段にて検知された補給水の水質が基準値を超えた場合、または前記積算流量検知手段にて検知された補給水の積算流量が基準値を超えた場合には、前記弁を閉にし、また、前記水質検知手段で検知された補給水の水質が基準値以下であ
り、かつ前記積算流量検知手段にて検知した補給水の積算流量が基準値以下の場合には、前記弁を開にすることを特徴とする燃料電池発電システムの運転方法。
燃料電池と、前記燃料電池から排出されるガス中の水分を回収した回収水を貯える回収水タンクと、前記回収水タンクに補給水を補給する補給水補給経路と、前記回収水タンクに貯えた水を浄化処理する浄水装置と、前記補給水補給経路に、補給水の水質を検知する水質検知手段と、前記水質検知手段の下流に設けられ補給水を前記水質検知手段の上流に戻すバイパス経路と、前記補給水補給経路に設けられた弁と、前記補給水補給経路と前記バイパス経路との間で補給水の流路を切り替える流路切替手段と、前記流路切替手段の下流に設けられる積算流量検知手段とを備え、前記水質検知手段で検知した補給水の水質が基準値を超えた場合には、前記流路切替手段により前記バイパス経路側に流路を切り替え、前記水質検知手段で検知した補給水の水質が基準値以下の場合には、前記補給水補給経路側に流路を切り替え、前記積算流量検知手段にて検知した補給水の積算流量が基準値を超えた場合には前記弁を閉にし、前記積算流量検知手段にて検知した補給水の積算流量が基準値以下の場合には前記弁を開にすることを特徴とする燃料電池発電システムの運転方法。