JP3407826B2 - 燃料電池 - Google Patents

燃料電池

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JP3407826B2 JP14275894A JP14275894A JP3407826B2 JP 3407826 B2 JP3407826 B2 JP 3407826B2 JP 14275894 A JP14275894 A JP 14275894A JP 14275894 A JP14275894 A JP 14275894A JP 3407826 B2 JP3407826 B2 JP 3407826B2
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洋 堀ノ内
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

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  • Filtration Of Liquid (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、燃料電池に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の燃料電池の水処理装置を図5を参
照して説明する。全体を符号1で示す燃料電池は、燃料
電極2、空気電極3、電解質マトリクス30、冷却板4
を配設した単位セルの積層体からなり、電池冷却水系L
1の電池冷却水Aは、冷却水循環ポンプ5により冷却板
4から水蒸気分離器6を介して循環される。その水蒸気
分離器6の水蒸気Cは、改質器8に送られ原燃料OFの
水蒸気改質に利用される。水蒸気改質された原燃料OF
は、燃料電池1において大部分が消費され、残りは改質
器8にて燃焼して水蒸気改質反応の熱源となる。改質器
8からの燃焼排ガスDは、空気電極3の排気Gと合流
し、凝縮器9に供給され、そこで凝縮した水分は回収水
タンク10に回収される。
【0003】一方、水蒸気発生によって電池冷却水系L
1を循環する冷却水中の不純物が濃縮するのを避けるた
め、ブローダウン水Bがブローダウン系L2、冷却用熱
交換器7を介して回収水タンク10に導かれる。
【0004】その回収水タンク10の回収水Eは、水処
理系L4によりポンプ入口フィルタ11、ポンプ12、
イオン交換樹脂入口フィルタ13を介しイオン交換樹脂
装置14で処理される。そして、この装置14で処理さ
れた処理水Fのうち、ポンプ15により水蒸気発生とブ
ローダウンで失われた水に相当する水量が水蒸気分離器
6へ送られ、残りは回収水タンク10へ戻される。
【0005】この電池冷却水系L1の配管等から発生す
る錆や腐食生成物等の懸濁物を前記フィルタ11、13
により連続的に捕捉して除去し、定期的にフィルタを交
換している。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】上記の水処理系L4に
設けたフィルタ11、13は定期的洗浄又は交換を必要
とするため、メンテナンス頻度が大きい。また、フィル
タ11、13の面積を増大させると、スペースやコスト
の点で問題がある。
【0007】本発明は、燃料電池冷却水の錆等を効率的
に除去してメンテナンスコストを低減することが出来る
燃料電池を提供することを目的としている。
【0008】
【知見】本発明者は種々研究の結果、水処理系の錆や腐
食生成物等の懸濁物の濃度Cは常設のフィルタによって
保たれているよりもかなり高い濃度Cmaxを上限値と
して、Cmax以下であれば許容できることを見出し
た。従って、図1に示すように、経時的に時間T1で濃
度Cが上限値Cmaxに到達したらフィルタリングによ
り除去し、時間T3で、上限値Cmax以下の所定の濃
度Cminに達したらフィルタリングを中止すれば良
い。本発明は、この知見に基づいてなされたものであ
る。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、燃料電
池(1)からの排ガス(D)又は排気(G)を凝縮する
凝縮器(9)を備え、その凝縮した水(E)をフィルタ
(11)およびイオン交換樹脂装置(14)で処理する
水処理系(L4)を有し、そして燃料電池(1)の冷却
板(4)を冷却する電池冷却水系(L1)のブローダウ
ン水(B)を前記水処理系(L4)に導くブローダウン
系(L2)を有する燃料電池おいて、前記ブローダウン
系(L2)にフィルタ(20)を有する分岐系(L5)
を形成し、前記分岐系(L5)にブローダウン水(B)
を流入させる開閉弁(21、22、23、24)を設
け、前記ブローダウン系(L2)の下流側に水処理系
(L4)が接続され、さらに前記水処理系(L4)のフ
ィルタ(11)およびイオン交換樹脂装置(14)の上
流側に懸濁物の濃度を検出する濃度メータを設け、前記
開閉弁(21、22、23、24)は前記水処理系(L
4)を流れる水辺の懸濁物の濃度が許容する上限濃度に
達すると分岐系(L5)に水を流すようになっている。
【0010】また本発明によれば、前記分岐系(L5)
は選択的にブローダウン水が流入され、そして前記分岐
系(L5)のうちフィルタ(20)を含む全部または一
部の取付け及び取り外しができるように構成されてい
る。
【0011】
【0012】
【0013】
【作用】上記の構成を具備する本発明の燃料電池の水処
理装置は、水処理系を流過する水を一時的に(例えば、
上記時間T1からT3の間)、フィルタが介装された分
岐系に流すことにより、燃料電池冷却水の錆や腐食生成
物等を除去することが出来るのである。ここで、水処理
系を流過する水は、フィルタが介装された分岐系に常時
流れている訳ではないので、単純にフィルタを増設させ
る場合の様に管路抵抗は増大しない。また、分岐系に介
装されたフィルタの組込み、撤去及びメンテナンスは冷
却水系の循環に支障を与えないで実施できる。ここで、
常時通水されるフィルタのメンテナンス頻度は大巾に削
減され、場合によっては削除することも可能である。
【0014】本発明の実施に際して、常時通水されるフ
ィルタよりも大面積で微細メッシュのフィルタを前記分
岐系に介装すれば、前記濃度Cminの値を小さく設定
できるので、該フィルタに通水しない時間をより長くし
て、メンテナンス頻度の一層の低減を図ることができ
る。
【0015】ここで、懸濁物が主としてブローダウン水
中に含有されている場合は、特にブローダウン水を選択
的に前記フィルタで濾過する様にすれば、懸濁物の除去
効率がより一層向上する。
【0016】さらに、該フィルタを含む、分岐系の全部
または一部を、取付け及び取り外しを容易に行うことが
できる構造にすることにより、懸濁物濃度がCmaxに
達し、分岐系フィルタに通水の必要が生じた場合にだ
け、該フィルタを一時的に取付けるようにすれば、該フ
ィルタの常設スペースも不要となり、また、複数の燃料
電池装置で該フィルタを共用することも可能であり経済
的である。
【0017】
【実施例】以下図面を参照して本発明の実施例を説明す
る。
【0018】なお、これらの図面において、図5に対応
する部分については、同じ符号を付して重複説明を省略
する。
【0019】図2において、ブローダウン系L2の熱交
換器7と回収水タンク10との間には、開閉弁21、2
2を介して分岐系L5が着脱自在に接続されている。な
お、図示の鎖線枠は着脱自在な接続を表わしている。そ
して、その分岐系L5には、大面積で微細メッシュのフ
ィルタ20が介装されている。このフィルタ20を備え
たバイパス系L5は、ブローダウン系L2の任意の位置
に設けることができるが、図示のように熱交換器7の下
流側の方が、ブローダウン水Bの水温が低くなり、耐熱
性のフィルタを用いる必要が無いので、好ましい。
【0020】また、水処理系L4のポンプ入口フィルタ
11の上流側には、錆等の濃度を検出する図示しない濃
度メータが設けられている。
【0021】次に、作用について説明する。
【0022】濃度メータによる水処理系L4における錆
等の濃度Cが、図1に示すようにCmaxに達したら
(時間T1)、両開閉弁21、22を開き、ブローダウ
ン水Bの一部を分岐系L5に流し、大面積の微細なメッ
シュのフィルタ20により錆等を効率良く除去する。こ
れにより回収水Eの濃度CがCminに達したら(時間
T3)、両開閉弁21、22を閉じ、分岐系L5へのブ
ローダウン水Bの流れを止める。そして、濃度Cが再び
Cmaxに達したら(時間T5)、前述と同じ手順を繰
り返す。
【0023】尚、フィルタ20を含む分岐系L5は開閉
弁21、22が開いている間に一時的に設置すればよい
ので、燃料電池装置が大型化することはない。
【0024】図3も本発明の別の実施例を示し、ブロー
ダウン系L2の分岐系L5のバイパス部分に、開閉弁2
3を設け、他を図2と同様に構成した例である。この実
施例では図1に示すように、濃度CがCmaxに達した
ら(時間T1)、両開閉弁21、22を開き、開閉弁2
3を閉じてブローダウン水Bの全量を分岐系L5に流
す。これにより濃度Cが急激に低減してCminに達し
たら(時間T2)、開閉弁23を開くと共に両開閉弁2
1、22を閉じ、ブローダウン水Bの分岐系L5への流
れを止める。
【0025】濃度Cが再びCmaxに達したら(時間T
4)、前述と同様の手順を繰り返す。すなわち、濃度C
のCminへの回復時間を図2の実施例を速くしている
のが特徴である。
【0026】図4も本発明の別の実施例を示し、フィル
タ20を備えた分岐系L5を、切換弁24を介してブロ
ーダウン系L2に接続し、フィルタ20を常設した例で
ある。この実施例は、切換弁24を用いることにより、
図3の実施例を、より容易に実施できるようにしてあ
る。
【0027】
【発明の効果】本発明の作用効果を以下に列挙する。
【0028】(1) 水処理系の錆や腐食生成物等の懸
濁物を一時的に効率的に除去することにより常時通水さ
れる水処理系のフィルタの交換頻度を減少できる。
【0029】(2) 大面積で微細メッシュのフィルタ
を前記分岐系に介装することにより、管路抵抗が増大せ
ず、それによる各種不利益も発生せず、懸濁物を一層効
率良く除去することが出来る。
【0030】(3) 特に、懸濁物が主としてブローダ
ウン水中に含有されている場合はブローダウン水を選択
的に前記フィルタで濾過する様にすれば、懸濁物の除去
効率がさらに一層向上する。
【0031】(4) 前記フィルタを含む分岐系の全部
または一部を、通水が必要な場合にのみ、一時的に取付
けるようにすることにより、該フィルタの常設スペース
が不要となり、また、複数の燃料電池装置で該フィルタ
の共用も可能となり、経済的となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の原理を説明する懸濁物濃度のタイミン
グチャート図。
【図2】本発明の第1実施例を示す系図。
【図3】本発明の第2実施例を示す系図。
【図4】本発明の第3実施例を示す系図。
【図5】従来装置の一例を示す系図。
【符号の説明】
A・・・冷却水 AR・・・空気 B・・・ブローダウン水 C・・・水蒸気 D・・・燃焼排ガス E・・・回収水 F・・・処理水 G・・・空気電極排気 L1・・・電池冷却水系 L2・・・ブローダウン系 L4・・・水処理系 L5・・・分岐系 OF・・・原燃料 1・・・燃料電池 2・・・燃料電極 3・・・空気電極 4・・・冷却板 5・・・冷却水循環ポンプ 6・・・水蒸気分離器 7・・・熱交換器 8・・・改質器 9・・・凝縮器 10・・・回収水タンク 11・・・ポンプ入口フィルタ 12、15・・・ポンプ 13・・・イオン交換樹脂入口フィルタ 14・・・イオン交換樹脂装置 20・・・フィルタ 21、22、23・・・開閉弁 24・・・切換弁 30・・・電解質マトリクス
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01M 8/00 - 8/24

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 燃料電池(1)からの排ガス(D)又は
    排気(G)を凝縮する凝縮器(9)を備え、その凝縮し
    た水(E)をフィルタ(11)およびイオン交換樹脂装
    置(14)で処理する水処理系(L4)を有し、そして
    燃料電池(1)の冷却板(4)を冷却する電池冷却水系
    (L1)のブローダウン水(B)を前記水処理系(L
    4)に導くブローダウン系(L2)を有する燃料電池お
    いて、前記ブローダウン系(L2)にフィルタ(20)
    を有する分岐系(L5)を形成し、前記分岐系(L5)
    にブローダウン水(B)を流入させる開閉弁(21、2
    2、23、24)を設け、前記ブローダウン系(L2)
    の下流側に水処理系(L4)が接続され、さらに前記水
    処理系(L4)のフィルタ(11)およびイオン交換樹
    脂装置(14)の上流側に懸濁物の濃度を検出する濃度
    メータを設け、前記開閉弁(21、22、23、24)
    は前記水処理系(L4)を流れる水辺の懸濁物の濃度が
    許容する上限濃度に達すると分岐系(L5)に水を流す
    ものであることを特徴とする燃料電池。
  2. 【請求項2】 前記分岐系(L5)は選択的にブローダ
    ウン水が流入され、そして前記分岐系(L5)のうちフ
    ィルタ(20)を含む全部または一部の取付け及び取り
    外しができるように構成されている請求項1に記載の燃
    料電池。
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