JP5132205B2 - Fuel cell device - Google Patents
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Description
本発明は、燃料電池の発電により生じる排ガスと水との熱交換により生じた凝縮水を利用して発電を行なう燃料電池装置に関する。 The present invention relates to a fuel cell device that generates power using condensed water generated by heat exchange between exhaust gas and water generated by power generation of a fuel cell.
近年、次世代エネルギーとして、水素ガスと酸素含有ガス(通常、空気である)とを用いて電力を得ることができる燃料電池と、この燃料電池を稼動するための補機類とを外装ケースに収納してなる燃料電池装置およびその運転方法が種々提案されている。 In recent years, as a next-generation energy, a fuel cell capable of obtaining electric power using hydrogen gas and an oxygen-containing gas (usually air) and auxiliary equipment for operating the fuel cell are provided in an outer case. Various fuel cell devices that are housed and their operating methods have been proposed.
ここで、燃料電池の発電に必要な水素の生成方法の1つとして水蒸気改質法が知られており、この水蒸気改質を用いる燃料電池装置としては、燃料ガス(水素ガス)を生成するための改質器、外部から供給される水(水道水等)を処理して純水を生成する水処理装置、処理した水(純水)を一時的に貯水するための水タンク、さらに水処理装置と水タンクと改質器をそれぞれ接続する水供給管等を具備することが知られている。 Here, a steam reforming method is known as one of the methods for generating hydrogen necessary for power generation of a fuel cell, and a fuel cell device using this steam reforming generates fuel gas (hydrogen gas). Reformers, water treatment devices that produce pure water by processing water (such as tap water) supplied from outside, water tanks for temporarily storing the treated water (pure water), and water treatment It is known to include a water supply pipe or the like for connecting the apparatus, a water tank, and a reformer.
また、燃料電池の発電により生じる排ガスと水とで熱交換するための熱交換器を具備し、熱交換により生成される凝縮水を改質器に供給する燃料電池装置も知られている(例えば、特許文献1参照)。
上述したような水蒸気改質を用いる燃料電池装置において、熱交換により生じる凝縮水を改質器に供給するにあたっては、改質器の故障や改質触媒の劣化を抑制(防止)すべく、凝縮水はイオン交換樹脂等の凝縮水処理手段(装置)にて処理されたのち(純水としたのち)改質器に供給される。 In the fuel cell device using steam reforming as described above, when supplying condensed water generated by heat exchange to the reformer, condensation is performed to suppress (prevent) the failure of the reformer and the deterioration of the reforming catalyst. Water is supplied to the reformer after being treated by condensed water treatment means (device) such as ion exchange resin (after being made pure water).
ところで、イオン交換樹脂等の凝縮水処理手段は、その使用頻度に伴い劣化を生じるため、定期的に交換等のメンテナンスを必要とする。 By the way, the condensed water treatment means such as ion exchange resin deteriorates with the frequency of use, and therefore requires maintenance such as replacement periodically.
しかしながら、熱交換により生じる凝縮水の量を制御することは難しく、凝縮水の生成(供給)は継続して行なわれるため、凝縮水処理手段が劣化した場合に凝縮水処理手段を交換するにあたっては、凝縮水の水漏れや凝縮水処理手段にて処理されていない凝縮水が改質器に供給されること等を抑制(防止)すべく燃料電池装置の運転を停止する場合があり、凝縮水処理手段のメンテナンスにおける作業効率が悪いという問題もあった。 However, it is difficult to control the amount of condensed water generated by heat exchange, and the generation (supply) of condensed water is continuously performed. Therefore, when the condensed water treatment means is deteriorated, the condensed water treatment means is replaced. The operation of the fuel cell device may be stopped to suppress (prevent) the leakage of condensed water or the supply of condensed water that has not been treated by the condensed water treatment means to the reformer. There was also a problem that work efficiency in maintenance of the processing means was poor.
それゆえ本発明は、凝縮水処理手段の交換等のメンテナンスの作業効率を向上することができる燃料電池装置を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a fuel cell device capable of improving the work efficiency of maintenance such as replacement of condensed water treatment means.
本発明の燃料電池装置は、燃料電池と、該燃料電池に供給される改質ガスを生成するために水蒸気改質を行なう改質器と、前記燃料電池の発電により生じる排ガスと水とで熱交換を行なう熱交換器と、該熱交換器での熱交換により生じる凝縮水を貯水する凝縮水タンクと、前記凝縮水を前記凝縮水タンクに回収するための凝縮水回収管と、前記凝縮水タンクに貯水される凝縮水を処理するための凝縮水処理手段と、該凝縮水処理手段で処理された後の凝縮水の純度を測定するための導電率センサと、前記凝縮水タンクに貯水され前記凝縮水処理手段にて処理された前記凝縮水を前記改質器に供給するための凝縮水供給管と、前記熱交換器または前記凝縮水回収管に設けられ、前記凝縮水処理手段で処理する前の凝縮水を排水するための凝縮水排水手段と、前記導電率センサが予め定められた設定範囲外の導電率を示した場合に、前記凝縮水処理手段で処理する前の凝縮水を排水するよう前記凝縮水排水手段を制御する制御装置とを具備することを特徴とする。 A fuel cell device according to the present invention comprises a fuel cell, a reformer that performs steam reforming to generate reformed gas to be supplied to the fuel cell, and exhaust gas and water generated by power generation of the fuel cell. A heat exchanger for exchanging, a condensed water tank for storing condensed water generated by heat exchange in the heat exchanger, a condensed water recovery pipe for collecting the condensed water in the condensed water tank, and the condensed water A condensed water treatment means for treating the condensed water stored in the tank, a conductivity sensor for measuring the purity of the condensed water after being treated by the condensed water treatment means, and the condensed water tank. Provided in the condensed water supply pipe for supplying the condensed water treated by the condensed water treatment means to the reformer, and in the heat exchanger or the condensed water recovery pipe, and processed by the condensed water treatment means Condensate for draining the condensed water before Control for controlling the condensed water draining means to drain the condensed water before being treated by the condensed water processing means when the water means and the conductivity sensor indicate conductivity outside a predetermined set range. And a device.
このような燃料電池装置においては、凝縮水処理手段で処理された後の凝縮水の純度を測定するための導電率センサを設けるとともに、導電率センサが凝縮水処理手段で処理された後の凝縮水の導電率が予め定められた設定範囲外の値を示した場合に、熱交換器または凝縮水回収管に設けられた凝縮水排水手段により、凝縮水処理手段で処理する前の凝縮水を排水するよう制御する制御装置を具備することから、熱交換器から凝縮水タンクに向けて流れる凝縮水を排水することができる。 In such a fuel cell device, a conductivity sensor is provided for measuring the purity of the condensed water after being treated by the condensed water treatment means, and the condensation after the conductivity sensor is treated by the condensed water treatment means. When the water conductivity shows a value outside the predetermined setting range, the condensed water before being treated by the condensed water treatment means is removed by the condensed water drainage means provided in the heat exchanger or the condensed water recovery pipe. Since the controller for controlling the drainage is provided, the condensed water flowing from the heat exchanger toward the condensed water tank can be drained.
それにより、凝縮水処理手段の交換等のメンテナンスにおいて、凝縮水が凝縮水タンクに向けて供給されることを抑制できることから、凝縮水処理手段の交換等のメンテナンスの作業効率を向上することができる。 Thereby, in the maintenance such as replacement of the condensed water treatment means, it is possible to suppress the supply of the condensed water toward the condensed water tank, so that the work efficiency of the maintenance such as replacement of the condensed water treatment means can be improved. .
また、本発明の燃料電池装置は、前記凝縮水排水手段が、三方弁であるとともに、前記凝縮水回収管に設けられていることが好ましい。 In the fuel cell device of the present invention, it is preferable that the condensed water draining means is a three-way valve and is provided in the condensed water recovery pipe.
このような燃料電池装置においては、凝縮水排水手段としての三方弁を凝縮水回収管に設けることにより、導電率センサが凝縮水処理手段で処理された後の凝縮水の導電率が予め定められた設定範囲外の値を示した場合に、凝縮水回収管を流れる凝縮水を排水するよう三方弁を制御することで、熱交換器から凝縮水タンクに向けて流れる凝縮水を排水することができる。 In such a fuel cell device, by providing a three-way valve as a condensed water draining means in the condensed water recovery pipe, the conductivity of the condensed water after the conductivity sensor is processed by the condensed water processing means is determined in advance. If the value is outside the set range, the condensate flowing from the heat exchanger toward the condensate tank can be drained by controlling the three-way valve to drain the condensate flowing through the condensate recovery pipe. it can.
それにより、凝縮水処理手段の交換等のメンテナンスにおいて、凝縮水が凝縮水タンクに供給されることを抑制できることから、凝縮水処理手段の交換等のメンテナンスの作業効率を向上することができる。 Thereby, in maintenance such as replacement of the condensed water treatment means, it is possible to suppress the supply of condensed water to the condensed water tank, so that the work efficiency of maintenance such as replacement of the condensed water treatment means can be improved.
また、本発明の燃料電池装置は、前記制御装置は、導電率センサが予め定められた設定範囲外の導電率を示した場合に、前記凝縮水タンクに貯水された前記凝縮水を排水するよう前記三方弁を制御することが好ましい。 In the fuel cell device of the present invention, the control device drains the condensate stored in the condensate tank when the conductivity sensor indicates a conductivity outside a predetermined setting range. It is preferable to control the three-way valve.
このような燃料電池装置においては、導電率センサが予め定められた設定範囲外の値を示した場合に、凝縮水タンクに貯水されている凝縮水を三方弁より排水するよう制御することから、凝縮水タンクに貯水されていた水を、凝縮水回収管を介して三方弁より排水することができる。 In such a fuel cell device, when the conductivity sensor shows a value outside a predetermined setting range, the condensate stored in the condensate tank is controlled to drain from the three-way valve, The water stored in the condensed water tank can be drained from the three-way valve via the condensed water recovery pipe.
ここで、導電率センサが予め定められた設定範囲外の値を示した場合には、凝縮水タンクには、不純物が含まれた水(純度の低い水)が貯水されていることとなる。それゆえ、導電率センサが予め定められた設定範囲外の値を示した場合に、凝縮水タンクに貯水されている凝縮水を三方弁より排水することにより、凝縮水処理手段の交換等のメンテナンスの作業効率を向上することができるとともに、純度の低い凝縮水が改質器に供給されることを抑制でき、改質器に故障等が生じることを抑制することができる。 Here, when the conductivity sensor shows a value outside the predetermined set range, water containing impurities (water with low purity) is stored in the condensed water tank. Therefore, when the conductivity sensor shows a value outside the predetermined setting range, the condensed water stored in the condensed water tank is drained from the three-way valve, so that maintenance such as replacement of the condensed water treatment means is performed. As a result, it is possible to prevent the condensed water having a low purity from being supplied to the reformer, and to prevent the reformer from being damaged.
また、本発明の燃料電池装置は、前記凝縮水処理手段がイオン交換樹脂であることが好ましい。 In the fuel cell device of the present invention, the condensed water treatment means is preferably an ion exchange resin.
このような燃料電池装置においては、凝縮水処理手段をイオン交換樹脂とすることにより、凝縮水を純水に処理することができる。それにより、改質器が必要とする量の凝縮水を純水に処理することができる。 In such a fuel cell device, the condensed water can be treated into pure water by using the condensed water treatment means as an ion exchange resin. Thereby, the amount of condensed water required by the reformer can be treated into pure water.
また、本発明の燃料電池装置は、外部から供給される水を処理するためのイオン交換樹脂装置を具備する水処理装置と、該水処理装置で処理された水を貯水するための水タンクとを具備してなり、前記制御装置は、前記導電率センサが予め定められた設定範囲外の導電率を示した場合に、前記水タンクに貯水された水を前記改質器に供給するよう制御することが好ましい。 The fuel cell device of the present invention includes a water treatment device including an ion exchange resin device for treating water supplied from the outside, and a water tank for storing water treated by the water treatment device. And the control device controls to supply the water stored in the water tank to the reformer when the conductivity sensor indicates a conductivity outside a predetermined set range. It is preferable to do.
このような燃料電池装置においては、制御装置は、導電率センサが予め定められた設定範囲外の値を示した場合に、外部から供給される水をイオン交換樹脂装置を具備する水処理装置で処理するとともに、処理された水を改質器に供給するよう制御することから、改質器に供給される水が枯渇することが抑制され、改質器が故障することを抑制(防止)することができる。 In such a fuel cell device, the control device is a water treatment device including an ion exchange resin device for supplying water supplied from the outside when the conductivity sensor indicates a value outside a predetermined set range. Since the treated water is controlled so as to be supplied to the reformer, the water supplied to the reformer is suppressed from being depleted and the reformer is prevented from being broken (prevented). be able to.
それにより、凝縮水処理手段の交換等のメンテナンス時において、継続して改質器に水を供給することができることから、燃料電池装置の運転を停止することなく、凝縮水処理手段のメンテナンスを行うことができる。 As a result, during maintenance such as replacement of the condensed water treatment means, water can be continuously supplied to the reformer, so that maintenance of the condensed water treatment means is performed without stopping the operation of the fuel cell device. be able to.
また、本発明の燃料電池装置は、前記制御装置は、前記導電率センサが予め定められた設定範囲外の導電率を示した場合に、前記改質器での改質反応を部分酸化改質に切り換えるよう制御することが好ましい。 In the fuel cell device of the present invention, the control device may perform partial oxidation reforming on the reforming reaction in the reformer when the conductivity sensor indicates a conductivity outside a predetermined setting range. It is preferable to control to switch to
このような燃料電池装置においては、制御装置は、導電率センサが予め定められた設定範囲外の値を示した場合に、改質器での改質反応を水蒸気改質から部分酸化改質に切り換える制御を行うことから、凝縮水処理手段の交換等のメンテナンス時においても、改質器にて継続して改質反応を行うことができ、燃料電池装置の運転を停止することなく、凝縮水処理手段のメンテナンスを行うことができる。 In such a fuel cell device, the control device changes the reforming reaction in the reformer from steam reforming to partial oxidation reforming when the conductivity sensor shows a value outside a predetermined set range. Since the switching control is performed, the reforming reaction can be continuously performed in the reformer even during maintenance such as replacement of the condensed water treatment means, and the condensed water is not stopped without stopping the operation of the fuel cell device. Maintenance of the processing means can be performed.
本発明の燃料電池装置は、燃料電池の発電により生じる排ガスと水とでの熱交換により生じる凝縮水を改質器に供給する燃料電池装置において、凝縮水処理手段で処理された後の凝縮水の導電率が予め定められた設定範囲外となったことを導電率センサが検知すると、制御装置が、凝縮水処理手段で処理する前の凝縮水を凝縮水排水手段により排水するよう制御することにより、凝縮水処理手段の交換等のメンテナンスの作業効率を向上することができる。 The fuel cell device of the present invention is a fuel cell device that supplies condensed water generated by heat exchange between exhaust gas and water generated by power generation of a fuel cell to a reformer, and the condensed water after being processed by the condensed water processing means. When the conductivity sensor detects that the conductivity of the water is outside the predetermined setting range, the control device controls to drain the condensed water before being treated by the condensed water treatment means by the condensed water draining means. Thus, the work efficiency of maintenance such as replacement of the condensed water treatment means can be improved.
図1は、本発明の燃料電池装置の構成の一例を示した構成図である。本発明の燃料電池装置は、発電を行なう発電ユニット、熱交換後の湯水を貯湯する貯湯ユニット、これらのユニット間を水が循環するための循環配管から構成されている。 FIG. 1 is a configuration diagram showing an example of the configuration of the fuel cell device of the present invention. The fuel cell device of the present invention includes a power generation unit that generates power, a hot water storage unit that stores hot water after heat exchange, and a circulation pipe that circulates water between these units.
図1に示す燃料電池装置は、燃料電池1、天然ガスや灯油等の被改質ガスを供給する被改質ガス供給手段2、酸素含有ガスを燃料電池1に供給するための酸素含有ガス供給手段3、被改質ガスと水蒸気により水蒸気改質する改質器4を具備している。
The fuel cell apparatus shown in FIG. 1 includes a
また、図1に示す燃料電池装置においては、燃料電池1の発電により生じた排ガス(排熱)と水とで熱交換を行なう熱交換器13、熱交換により生成された凝縮水を貯水する凝縮水タンク19、熱交換器13で生成された凝縮水を凝縮水タンク19に回収(供給)するための凝縮水回収管21が設けられており、凝縮水タンク19に貯水された凝縮水が改質器4に供給される。
Further, in the fuel cell apparatus shown in FIG. 1, a
一方、凝縮水タンク19に貯水される凝縮水の量が少ない場合や凝縮水処理手段で処理された後の凝縮水の純度が低い場合においては、外部より供給される水(水道水等)を純水に処理して改質器4に供給することが好ましく、図1においては外部から供給される水を純水に処理する手段として水処理装置Xを具備している。
On the other hand, when the amount of condensed water stored in the condensed
ここで、水処理装置Xは、水を浄化するための活性炭フィルタ装置7、逆浸透膜装置8(以下、RO膜装置とする)および浄化された水を純水にするためのイオン交換樹脂装置9の各装置を具備する。そして、イオン交換樹脂装置9にて生成された純水は水タンク10に貯水される。なお、図1においては、凝縮水と水道水等の外部から供給される水を併用して用いる場合の例を示しており、凝縮水タンク19と水タンク10とが凝縮水供給管(タンク連結管)20にて連結されている。なお、凝縮水のみを改質器4に供給する場合には、凝縮水タンク19と改質器4とを水ポンプを介して接続することも可能である。
Here, the water treatment device X includes an activated carbon filter device 7 for purifying water, a reverse osmosis membrane device 8 (hereinafter referred to as RO membrane device), and an ion exchange resin device for converting purified water into pure water. 9 devices are provided. The pure water generated by the ion exchange resin device 9 is stored in the
また、図1に示す燃料電池装置においては、活性炭フィルタ装置7、RO膜装置8、イオン交換樹脂装置9および水タンク10をこの順で接続する水供給管5が設けられており、水供給管5には、水供給管5に供給される水量を調整するための給水弁6が設けられている。なお図1においては、これら改質器4に水を供給するための手段を、一点鎖線により囲って示している。
Further, in the fuel cell device shown in FIG. 1, a water supply pipe 5 that connects the activated carbon filter device 7, the RO membrane device 8, the ion exchange resin device 9, and the
さらに、燃料電池1にて発電された直流電力を交流電力に切り替え外部負荷に供給するためのパワーコンディショナ12、熱交換器13の出口に設けられ熱交換器13の出口を流れる水(循環水流)の水温を測定するための出口水温センサ15、水を循環させるための循環ポンプ16、循環ポンプ16の運転を制御する制御装置14により発電ユニットが構成されている。なお、制御装置14については後述する。
Further, a
また貯湯ユニットは、熱交換後の湯水を貯湯するための貯湯タンク18を具備して構成されている。
The hot water storage unit includes a hot
さらに、熱交換器13と貯湯タンク18との間で水を循環させるための循環配管17が設けられており、発電ユニット、貯湯ユニット、循環配管17をあわせて本発明の燃料電池装置が構成される。
Furthermore, a circulation pipe 17 for circulating water between the
なお、図1においては、凝縮水回収管21に熱交換器13での熱交換により生じ、凝縮水処理手段で処理される前の凝縮水を排水するための凝縮水排水手段22が設けられており、この凝縮水排水手段22については後述する。
In FIG. 1, the condensed
また、図中の矢印は、燃料、酸素含有ガス、水の各流れ方向を示したものであり、また破線は制御装置14に伝送される主な信号経路、または制御装置14より伝送される主な信号経路を示している。また、同一の構成については同一の番号を付するものとし、以下同様である。さらに図示していないが、被改質ガス供給手段2と改質器4との間に、被改質ガスを加湿するための被改質ガス加湿器を設けることも可能である。
The arrows in the figure indicate the flow directions of fuel, oxygen-containing gas, and water, and the broken lines indicate main signal paths transmitted to the
また、燃料電池1としては、各種燃料電池が知られているが、燃料電池を小型化する上で、固体酸化物形燃料電池とすることができる。それにより、燃料電池のほか、燃料電池の動作に必要な補機類を小型化することができ、燃料電池装置を小型化することができる。またあわせて、家庭用燃料電池で求められる変動する負荷に追従する負荷追従運転を行なうことができる。
Various fuel cells are known as the
このように、本発明の燃料電池装置は、水蒸気改質を行なう燃料電池装置において有用であり、なかでも、例えば燃料電池1の上方に、水蒸気改質を行なうための改質器4を配置し、燃料電池1で使用されなかった燃料を燃焼させて改質器4を加熱する固体酸化物形燃料電池において最適となる。
As described above, the fuel cell device of the present invention is useful in a fuel cell device that performs steam reforming. In particular, a
ここで、図1に示した燃料電池装置を用いて、本発明の燃料電池装置の運転方法について説明する。 Here, the operation method of the fuel cell apparatus of the present invention will be described using the fuel cell apparatus shown in FIG.
燃料電池1の発電により生じた排ガス(排熱)は、主に燃料電池1の温度を高めるもしくは維持するために使用された後、燃料電池1より熱交換器13に供給される。熱交換器13においては、燃料電池1の発電により生じる排ガスと熱交換器13内を通水(循環)する水(循環配管17を流れる水)とで熱交換される。そして熱交換された水(湯水)は、循環配管17を循環して貯湯タンク18に貯湯される。
The exhaust gas (exhaust heat) generated by the power generation of the
一方、熱交換により生成される凝縮水は、凝縮水回収管21を流れて凝縮水タンク19に貯水される。凝縮水タンク19に貯水された凝縮水は、凝縮水タンク19に備えられた凝縮水処理手段(図1においては図示せず)にて処理された後、凝縮水供給管20(タンク連結管)を流れて水タンク10に供給される。水タンク10に貯水された水は、改質器4で必要となる水の量に応じて、水ポンプ11により改質器4に供給される。なお、凝縮水タンク19に貯水された凝縮水のみを改質器4に供給する場合においては、凝縮水供給管20(タンク連結管)を水ポンプ11に接続すればよい。
On the other hand, the condensed water generated by heat exchange flows through the condensed
改質器4においては、水ポンプ11により供給された水と、被改質ガス供給手段2より供給される被改質ガスとにより水蒸気改質を行なう。改質器4にて生成された改質ガス(燃料ガス)は、燃料電池1に供給され、酸素含有ガス供給手段3より供給される酸素含有ガスと反応して、燃料電池1の発電が行なわれる。そして、燃料電池1の発電で生じた電力は、パワーコンディショナ12を通じて外部負荷に供給される。
In the
一方、改質器4に対して外部より供給される水(水道水等)を供給する場合には、給水弁6が開放され、水供給管5を通して、外部から供給される水が活性炭フィルタ装置7に給水される。活性炭フィルタ装置7にて処理された水は、続いてRO膜装置8に給水される。RO膜装置8にて処理された水は、続いてイオン交換樹脂装置9に供給・処理され純水が生成される。イオン交換樹脂装置9にて生成された純水は、水タンク10に供給され、凝縮水を改質器4に供給する場合と同様に、改質器4で必要となる水の量に応じて、水ポンプ11により改質器4に供給される。
On the other hand, when supplying water (tap water or the like) supplied from the outside to the
ところで、改質器4に供給する水として、凝縮水を優先的に使用することにより、水道水等の外部から供給される水の使用量を低減することができ、燃料電池装置のランニングコストを低減することができる。その際、改質器4に供給される凝縮水は、改質器4に故障等生じることを抑制(防止)すべく、凝縮水処理手段等で純水に処理された後、改質器4に供給することが好ましい。
By the way, by using condensed water preferentially as the water supplied to the
また凝縮水処理手段は使用に伴い劣化を生じるため、適宜交換等のメンテナンスを必要とする。しかしながら、熱交換により生じる凝縮水の量を制御することは難しい。そのため、凝縮水処理手段を交換するにあたっては、凝縮水処理手段にて処理されていない凝縮水が改質器4に供給され改質器4に故障等が生じることや、交換時に凝縮水が漏れるといったことを抑制(防止)すべく、燃料電池装置1の運転を停止した後、交換等のメンテナンスを行なう場合があり、その場合においては作業効率が悪いという問題がある。
In addition, since the condensed water treatment means deteriorates with use, maintenance such as replacement is necessary. However, it is difficult to control the amount of condensed water generated by heat exchange. Therefore, when exchanging the condensed water treatment means, condensed water that has not been treated by the condensed water treatment means is supplied to the
それゆえ本発明は、凝縮水処理手段の交換等のメンテナンスの作業効率を向上することができる燃料電池装置を提供することを目的としており、以下に詳述する。 Therefore, an object of the present invention is to provide a fuel cell device capable of improving the work efficiency of maintenance such as replacement of condensed water treatment means, which will be described in detail below.
図2は、本発明の燃料電池装置における改質器に凝縮水を供給するにあたり、関連する各部材を抜粋して示した構成図である。 FIG. 2 is a configuration diagram showing extracted respective members when supplying condensed water to the reformer in the fuel cell device of the present invention.
熱交換器13で熱交換された際に生成される凝縮水は、凝縮水供給管21を流れて凝縮水タンク19に貯水される。凝縮水タンク19に貯水された凝縮水は、凝縮水タンク19に設けられた凝縮水処理手段23により純水に処理された後、改質器4に供給される。
The condensed water generated when heat is exchanged by the
ここで、熱交換器13にて熱交換された際に生じる凝縮水は、凝縮水回収管21を流れて継続的に凝縮水タンク19に回収(供給)される。それゆえ、凝縮水処理手段23の交換時において凝縮水タンク19を取り外すと、凝縮水回収管21を流れる水が継続して漏水するおそれがある。また、凝縮水タンク19中に凝縮水処理手段23を設けるとともに、その凝縮水処理手段23を取り外す場合においては、凝縮水処理手段23で処理されていない凝縮水が凝縮水タンク19に貯水され、凝縮水処理手段23で処理されていない凝縮水が改質器4に供給され、改質器4に故障等が生じるおそれがある。
Here, the condensed water generated when heat is exchanged in the
それゆえ本発明においては、凝縮水処理手段23で処理された後の凝縮水の導電率を測定するための導電率センサ24を凝縮水タンク19に設けるとともに、導電率センサ24が予め定められた範囲外の値を示した場合に、凝縮水タンク19に凝縮水が供給されないよう、もしくは凝縮水タンク19に貯水された凝縮水を排水するための凝縮水排水手段を具備している。
Therefore, in the present invention, the
ここで、図2は凝縮水排水手段を熱交換器13に設けた例を示しており、以下にこの凝縮水排水手段を熱交換器13に設けた場合について説明する。
Here, FIG. 2 shows an example in which the condensed water draining means is provided in the
凝縮水タンク19には、凝縮水処理手段にて処理された後の凝縮水の純度を測定するための導電率センサ24が設けられている。また、凝縮水回収管21には凝縮水回収管用電磁弁25(以下、回収管電磁弁25という)が設けられており、熱交換器13には凝縮水を排水するための熱交換器排水管26および熱交換器排水管用電磁弁27(以下、熱交換器電磁弁27という)が設けられている。なお、凝縮水回収管21および熱交換器排水管26は、熱交換器13の下部に気液分離部材を設けるとともに、その気液分離部材に接続することができる。
The
なお、本図においては、導電率センサ24を凝縮水タンク19に設けた場合の例を示したが、例えば凝縮水タンク19と改質器4とを接続する凝縮水供給管20に導電率センサ24を設けることも可能である。
In this figure, an example in which the
ここで、凝縮水処理手段23で処理された後の凝縮水(以下、処理後凝縮水と呼ぶ)の導電率が導電率センサ24により測定され、その情報が制御装置14に伝送される。制御装置14は、処理後凝縮水の導電率が予め定められた設定範囲内である場合には、凝縮水処理手段23が劣化していないと判断し、回収管電磁弁25を開くように制御する制御信号を回収管電磁弁25に伝送するとともに、熱交換器電磁弁27を閉じるように制御する制御信号を熱交換器電磁弁27に伝送する。それにより、凝縮水タンク19に継続して凝縮水が供給される。
Here, the conductivity of the condensed water (hereinafter referred to as post-processed condensed water) processed by the condensed water processing means 23 is measured by the
一方、処理後凝縮水の導電率が、予め定められた設定範囲外の値を示した場合においては、凝縮水処理手段23が劣化していると判断できる。その際、凝縮水処理手段23を容易に交換することができるよう、制御装置14は、回収管電磁弁25を閉じるように制御する制御信号を回収管電磁弁25に伝送するとともに、熱交換器電磁弁27を開くように制御する制御信号を熱交換器電磁弁27に伝送する。
On the other hand, when the electrical conductivity of the treated condensed water shows a value outside the predetermined setting range, it can be determined that the condensed water treatment means 23 has deteriorated. At that time, the
それにより、処理後凝縮水の導電率が、予め定められた設定範囲外の値を示した場合には、熱交換器13での熱交換により生成される凝縮水は、熱交換器排水管26より排水されることとなり、凝縮水タンク19に供給されないこととなる。
Thereby, when the electrical conductivity of the condensed water after treatment shows a value outside the predetermined setting range, the condensed water generated by the heat exchange in the
それゆえ、凝縮水処理手段23の交換において、凝縮水タンク19に凝縮水が供給されないことから、凝縮水タンク19を取り外して交換することができ、凝縮水処理手段23の交換等のメンテナンスの作業効率を向上することができる。
Therefore, in the replacement of the condensed water treatment means 23, the condensed water is not supplied to the
なお、凝縮水排水手段を熱交換器13に設ける構成においては、凝縮水処理手段23は、凝縮水回収管21(凝縮水タンク19と回収管電磁弁25との間)に設けることもできる。
In the configuration in which the condensed water drainage means is provided in the
また、凝縮水処理手段23の交換が完了した後は、熱交換により生じる凝縮水を凝縮水タンク19に供給することが好ましい。それゆえ、例えば燃料電池装置にメンテナンス完了スイッチ等を設けておき、メンテナンスが完了したらスイッチを押すことで、熱交換により生じる凝縮水が凝縮水タンク19に供給されるようにすることができる。
Further, after the replacement of the condensed water treatment means 23 is completed, it is preferable to supply condensed water generated by heat exchange to the
具体的には、メンテナンス完了スイッチを押すと、メンテナンス完了の情報が制御装置14に伝送される。続いて制御装置14は、回収管電磁弁25を開くように制御する制御信号を回収管電磁弁25に伝送するとともに、熱交換器電磁弁27を閉じるように制御する制御信号を熱交換器電磁弁27に伝送する。それにより、凝縮水処理手段23のメンテナンス完了後は、熱交換により生じる凝縮水を凝縮水タンク19に供給することができる。
Specifically, when a maintenance completion switch is pressed, information on maintenance completion is transmitted to the
また凝縮水タンク19と凝縮水回収管21との接続、さらには凝縮水タンク19と凝縮水供給管20との接続を検知する接触式のセンサを設けるとともに、両方のセンサが凝縮水タンク19と各管との接触を検知すると、熱交換により生じる凝縮水を凝縮水タンク19に供給するように制御することもできる。さらには、凝縮水処理手段23を凝縮水タンク19中に設ける場合において、凝縮水処理手段23を収納する収納容器を設けるとともに、収納容器が凝縮水タンク19中に設置されているか否かを検知する接触式のセンサを設け、センサが収納容器の設置を検知すると、熱交換により生じる凝縮水を凝縮水タンク19に供給するように制御することもできる。
Further, a contact-type sensor for detecting the connection between the
なお、凝縮水処理手段23としては、凝縮水を処理することにより純水とすることができるものを使用することができるが、凝縮水タンク19に設ける場合や、凝縮水処理手段23の交換における容易性、凝縮水の処理の効率性等を考慮して、イオン交換樹脂(以下、凝縮水処理手段をイオン交換樹脂として説明するものとし、イオン交換樹脂23と略す場合がある)とすることが好ましく、例えば球状のイオン交換樹脂23とすることができる。なお、イオン交換樹脂23は、凝縮水の純度や、凝縮水タンク19の大きさ、イオン交換樹脂23の大きさ等により適宜設けることができる。
In addition, as the condensed water processing means 23, what can be made into pure water by processing condensed water can be used. However, when the condensed water treatment means 23 is provided in the
図3は、図1に示したように、凝縮水回収管21に凝縮水排水手段22として三方弁22を設けた場合における三方弁22の制御について示したものである。
FIG. 3 shows the control of the three-
凝縮水排水手段として三方弁22を用いる場合においては、制御装置14は、導電率センサ24により伝送される処理後凝縮水の導電率の値に基づき三方弁22を制御する。
In the case where the three-
ここで、図3(a)においては処理後凝縮水の導電率が、予め定められた設定範囲内である場合を示しており、この場合制御装置14は、熱交換器13での熱交換により生じた凝縮水が、凝縮水タンク19に流れるよう三方弁22を制御する。
Here, FIG. 3A shows a case where the conductivity of the condensed water after treatment is within a predetermined setting range. In this case, the
一方、処理後凝縮水の導電率が、予め定められた設定範囲外を示した場合には、制御装置14は、図3(b)に示したように、熱交換器13での熱交換により生じ、凝縮水処理手段23で処理される前の凝縮水が排水側へ流れるよう三方弁22を制御する。なお三方弁22の排水側には、凝縮水を排水するための排水管を接続しておくことが好ましい。
On the other hand, when the conductivity of the condensed water after treatment is outside the predetermined setting range, the
それにより、凝縮水タンク19に凝縮水が供給されないことから、凝縮水タンク19を取り外して交換する場合に、凝縮水が漏水することを抑制(防止)でき、凝縮水処理手段23の交換等のメンテナンスの作業効率を向上することができる。
Thereby, since condensed water is not supplied to the
ところで、例えば凝縮水処理手段23を網目状の収納容器(ケース)等に充填し、そのケースを凝縮水タンク19内に配置する場合や、凝縮水タンク19内に直接凝縮水処理手段23を配置する場合に、処理後凝縮水が予め定められた設定範囲外の導電率を示した場合は、凝縮水タンク19より収納容器を引き抜きその収納容器に充填された凝縮水処理手段23を交換する、もしくは凝縮水タンク19より凝縮水処理手段23を取出して交換すればよいこととなり、凝縮水タンク19を取り外す必要がなく、凝縮水処理手段23のメンテナンスにおける作業効率を向上することができる。
By the way, for example, when the condensate treatment means 23 is filled in a mesh-like storage container (case) and the case is disposed in the
しかしながらこの場合、凝縮水タンク19には純度の低い凝縮水が貯水されたままとなっているため、この純度の低い凝縮水が改質器4に供給され、改質器4が故障するおそれがある。
However, in this case, since condensed water with low purity remains stored in the
したがって、凝縮水処理手段23が充填された収納容器を凝縮水タンク19内に収納する燃料電池装置や、凝縮水処理手段23を凝縮水タンク19に直接配置する燃料電池装置においては、処理後凝縮水の導電率が予め定められた設定範囲外を示した場合には、凝縮水処理手段23の交換とあわせて、凝縮水タンク19に貯水されている凝縮水を排水することがより好ましい。
Therefore, in the fuel cell device that stores the storage container filled with the condensed water treatment means 23 in the
図3(c)、(d)はこのように凝縮水タンク19に貯水されている凝縮水を排水する場合の三方弁22の制御を示したものであり、(c)では凝縮水タンク19に貯水された凝縮水を排水する場合を、(d)では凝縮水回収管21を凝縮水タンク19に向けて流れる凝縮水処理手段23で処理される前の凝縮水と、凝縮水タンク19に貯水された凝縮水を同時に排水する場合を示している。
FIGS. 3C and 3D show the control of the three-
このように三方弁22を制御することにより、凝縮水タンク19に貯水された凝縮水を、凝縮水回収管21を介して排水することができることから、改質器4に純度の低い凝縮水が供給されることが抑制(防止)できる。それゆえ、凝縮水処理手段23の交換等のメンテナンスの作業効率が向上するとともに、改質器4に故障等が生じることを抑制(防止)できる。
By controlling the three-
なお、凝縮水処理手段23の交換等のメンテナンスにおいて、メンテナンス完了後は上述したのと同様に、熱交換により生じる凝縮水を凝縮水タンク19に供給するよう三方弁22を制御することが好ましい。そして、凝縮水処理手段23の交換等のメンテナンスが完了した際に、制御装置14が三方弁22を制御し(図3(a)の状態に制御し)、熱交換により生じる凝縮水が凝縮水タンク19に供給されるようにすることが好ましい。
In maintenance such as replacement of the condensed water treatment means 23, it is preferable to control the three-
なお、凝縮水排水手段22を凝縮水回収管21に設ける構成においては、凝縮水処理手段23は、凝縮水回収管21(水タンク19と凝縮水排水手段23との間)に設けることもできる。
In the configuration in which the condensed water draining means 22 is provided in the condensed
図4は、凝縮水排水手段23を凝縮水タンク19に設けた場合を示したものである。図4においては、凝縮水回収管の一端が凝縮水タンク19の下端部側に連結されており、また凝縮水タンク19中に上下に設けられた仕切部材28により囲まれた部位にイオン交換樹脂23が充填されている。また、凝縮水タンク19の上部には、オーバーフロー用の排水管29が設けられており、凝縮水タンク19の底面には、凝縮水排水手段22である凝縮水タンクに貯水された凝縮水を排水するための凝縮水タンク排水管30と、凝縮水タンク排水管用電磁弁31(以下、タンク電磁弁31という)が設けられている。また導電率センサ24が凝縮水タンク19の上部側に設けられている。
FIG. 4 shows a case where the condensed water draining means 23 is provided in the
凝縮水排水手段22として凝縮水タンク排水管30を用いる場合においては、制御装置14は、導電率センサ24により伝送される凝縮水タンク19に貯水された凝縮水の導電率情報に基づきタンク電磁弁31を制御する。
When the condensed water
ここで、図4に示した凝縮水タンク19においては、凝縮水タンク19の底面側より凝縮水が供給され、凝縮水タンク19の水位の上昇に伴い、凝縮水処理手段23により凝縮水が処理される。それゆえ、凝縮水タンク19の上部側に設けられた導電率センサ24の値が、予め定められた設定範囲外の値を示した場合には、凝縮水処理手段23が劣化していることが分かる。
Here, in the
それゆえ、導電率センサ24の値が予め定められた設定範囲外の値を示した場合には、制御装置14はタンク電磁弁31を開く制御を行なう。それにより、凝縮水タンク19に貯水された凝縮水を排水することができ、凝縮水処理手段23の交換等のメンテナンスの作業効率が向上するとともに、純度の低い凝縮水が改質器4に供給されることを抑制(防止)でき、改質器4に故障等が生じることを抑制(防止)できる。
Therefore, when the value of the
なお、改質器4に純度の低い凝縮水が供給されることをより抑制するにあたっては、凝縮水タンク排水管30は、凝縮水タンク19の底面に接続されていることが好ましい。さらには、凝縮水タンク19の底面を、凝縮水タンク排水管30の接続部位に向けて傾斜を有する底面とし、凝縮水タンク排水管30により凝縮水が流れやすいようにすることもできる。
In order to further suppress the supply of condensed water having low purity to the
さらに、凝縮水タンク19に凝縮水排水手段を設ける場合においては、凝縮水タンク19に継続して凝縮水が供給されるため、凝縮水タンク19に供給される凝縮水の量より、凝縮水タンク排水管30より排水される凝縮水の量が多くなるよう、凝縮水タンク排水管30の大きさ等を適宜調整することが好ましい。
Further, in the case where the condensed water drain means is provided in the
ところで、導電率センサ24が予め定められた設定範囲外の値を示し、凝縮水処理手段23を交換する場合において、凝縮水処理手段23を交換している間は、凝縮水タンク19から改質器4に凝縮水を供給することが難しくなる。
By the way, when the
したがって、外部から供給される水を処理するためのイオン交換樹脂装置9を具備する水処理装置Xと、水処理装置Xで処理された水を貯水するための水タンク10とを具備するとともに、導電率センサ24が予め定められた設定範囲外の値を示した場合には、水タンク10に貯水された水を改質器4に供給するように制御することが好ましい。
Therefore, the water treatment apparatus X having a ion exchange resin device 9 for treating water supplied from the external, as well as and a
具体的には、導電率センサ24の値が、予め定められた設定範囲外の値を示した場合には、凝縮水排水手段22を制御するとともに、給水弁6を開く制御を行い、水タンク10に外部から供給される水を貯水するように制御することが好ましい。
Specifically, when the value of the
なお図1においては、凝縮水タンク19に貯水される凝縮水が水タンク10に供給されるよう、凝縮水タンク19と水タンク10とを凝縮水供給管20(タンク連結管)で連結し、水タンク10より水ポンプ11を介して改質器4に水(凝縮水)が供給されるようにする例を示している。それにより、凝縮水タンク19の水と外部から供給される水とを改質器4に供給するにあたり、水ポンプ11を共用することができ、燃料電池装置をコンパクトとすることができる。
In FIG. 1, the
また、水タンク10と凝縮水タンク19とを連結せずに配置する場合においては、水タンク10より改質器4に水を供給するための水供給管と、凝縮水タンク19より改質器4に凝縮水を供給するための凝縮水供給管とを設けるとともに、水供給管および凝縮水供給管に電磁弁を設ける、もしくは水供給管と凝縮水供給管とを接続したのち水ポンプ11に接続するとともに水供給管と凝縮水供給管との接続部に三方弁を設けることにより、改質器4に凝縮水または外部から供給される水を供給することができる。なおその際、制御装置14は導電率センサ24の値に基づき電磁弁や三方弁を制御することが好ましい。
Further, when the
それにより、改質器4に供給される水が枯渇することを抑制でき、改質器4に故障等が生じることを抑制(防止)することができるとともに、燃料電池装置の運転を停止することなく、凝縮水処理手段23の交換等のメンテナンスを行うことができる。なお、上述したように凝縮水処理手段23の交換等のメンテナンスが完了した後は、制御装置14は改質器4に凝縮水を優先的に供給するよう制御することが好ましい。
Thereby, it is possible to suppress the water supplied to the
また、導電率センサ24が予め定められた設定範囲外の値を示した場合に、改質器4での改質反応を水蒸気改質より部分酸化改質に切り換えるよう制御することもできる。
Further, when the
具体的には、例えば制御装置14は、導電率センサ24が予め定められた設定範囲外の値を示した場合に、水ポンプ11を停止するよう制御するとともに、酸素含有ガスを改質器4に供給するよう制御する。この場合、燃料電池1に酸素含有ガスを供給する酸素含有ガス供給手段3を併用することも可能である。
Specifically, for example, the
この場合においても、改質器4に故障等が生じることを抑制(防止)することができるとともに、燃料電池装置の運転を停止することなく、凝縮水処理手段23の交換等のメンテナンスを行うことができる。なお、凝縮水処理手段23の交換等のメンテナンスが完了した後は、改質器4での改質反応を部分酸化改質より水蒸気改質に切り換えるとともに、凝縮水処理手段23で処理された凝縮水を改質器4に供給するよう制御することが好ましい。
Even in this case, it is possible to suppress (prevent) the occurrence of a failure or the like in the
以上、本発明について詳細に説明したが、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々の変更、改良等が可能である。 Although the present invention has been described in detail above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications and improvements can be made without departing from the scope of the present invention.
例えば、凝縮水排水手段を、熱交換器、凝縮水回収管および凝縮水タンクのうち、複数に設けることも可能である。それにより、凝縮水処理手段23のメンテナンスにおける作業効率をさらに向上することができる。 For example, the condensed water drainage means can be provided in a plurality of heat exchangers, condensed water recovery pipes and condensed water tanks. Thereby, the work efficiency in the maintenance of the condensed water treatment means 23 can be further improved.
また、凝縮水処理手段23を凝縮水供給管20に設けるとともに、凝縮水供給管20のうち、凝縮水処理手段23と改質器4との間に導電率センサ24を設ける構成とすることもできる。
In addition, the condensed water treatment means 23 is provided in the condensed
1:燃料電池
4:改質器
10:水タンク
13:熱交換器
14:制御装置
19:凝縮水タンク
21:凝縮水回収管
22:凝縮水排水手段
23:凝縮水処理手段
24:導電率センサ
25:凝縮水回収管用電磁弁
26:熱交換器排水管
27:熱交換器排水管用電磁弁
28:仕切部材
30:凝縮水タンク排水管
31:凝縮水タンク排水管用電磁弁
X:水処理装置
1: Fuel cell 4: Reformer 10: Water tank 13: Heat exchanger 14: Controller 19: Condensed water tank 21: Condensed water recovery pipe 22: Condensed water draining means 23: Condensed water treatment means 24: Conductivity sensor 25: Solenoid valve for condensed water recovery pipe 26: Heat exchanger drain pipe 27: Solenoid valve for heat exchanger drain pipe 28: Partition member 30: Condensed water tank drain pipe 31: Solenoid water tank drain pipe solenoid valve X: Water treatment device
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