JP5178042B2

JP5178042B2 - 燃料電池装置

Info

Publication number: JP5178042B2
Application number: JP2007115445A
Authority: JP
Inventors: 秀則中林; 栄造松井
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2007-04-25
Filing date: 2007-04-25
Publication date: 2013-04-10
Anticipated expiration: 2027-04-25
Also published as: JP2008276948A

Description

本発明は、水蒸気改質により生成された改質ガスにより発電を行なう燃料電池装置に関する。

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。

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、水処理装置・水タンク・改質器等を接続する水供給管等を具備する。

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、熱交換により生じ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）。
特開２００６−１７９３８６号公報

ところで、外部から供給される水や凝縮水を改質器に供給するにあたって、改質器に設けられる水供給管に不純物が析出し、それにより改質器が故障することや、改質触媒が劣化すること等を抑制すべく、イオン交換樹脂装置等の水処理装置類で処理した水を改質器に供給する必要がある。

ここで、燃料電池装置の発電において凝縮水を利用するにあたり、凝縮水に排ガス中に含まれる排ガス成分（二酸化炭素等）が溶解している場合がある。そして、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等の水処理装置で排ガス成分を除去する浄化を行なう場合、イオン交換樹脂装置の使用頻度によっては、排ガス成分を完全に除去することが難しくなる場合がある。そして、イオン交換樹脂装置を通過した水が、排ガス成分を含むことにより、イオン交換樹脂装置の寿命を判断することが難しくなる場合がある。

それゆえ本発明は、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る凝縮水を利用する燃料電池装置において、外部から供給される水を処理するための水処理装置の寿命を適切に判断することができるとともに、改質器に対して浄化された水を供給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。

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ための凝縮水タンクと、該凝縮水タンクの水位を検知する凝縮水タンク水位検知手段と、前記凝縮水タンクに設けられ前記凝縮水を処理するための凝縮水処理手段と、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、該水タンクの水位を検知する水タンク水位検知手段とを具備するとともに、前記凝縮水タンク水位検知手段により検出された前記凝縮水タンクの水位が最低水位を下回った場合に、前記水タンクの水を前記改質器に向けて供給し、前記水タンク水位検知手段により検出された前記水タンクの水位が最低水位を下回った場合に、前記凝縮水タンクの水を前記改質器に向けて供給するように制御する制御装置を具備することを特徴とする。

このような燃料電池装置においては、燃料電池の発電により生じる排ガス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、前記凝縮水タンクに設けられ前記凝縮水を処理するための凝縮水処理手段と、外部から供給されイオン交換樹脂装置を具備する水処理装置にて処理された水を貯水する水タンクとを具備し、凝縮水タンクに貯水される凝縮水および水タンクに貯水される水を改質器に供給することから、改質器に供給される水が枯渇することを抑制できる。

ここで、凝縮水を処理するための凝縮水処理手段を具備することから、凝縮水を浄化することができる。それゆえ、燃料電池装置が凝縮水を利用する場合であっても改質器に浄化された水を供給できることから、改質器内に配置される水供給管中に不純物が析出し、改質器が故障することや、改質触媒が劣化することを抑制できる。

さらに、凝縮水はイオン交換樹脂装置を具備する水処理装置にて処理されないことから、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等の水処理装置で処理された水の導電率等を適切に計測することができ、イオン交換樹脂装置等の水処理装置の寿命を適切に判断することができる。
また、凝縮水タンクの水位を検知する凝縮水タンク水位検知手段と水タンクの水位を検知する水タンク水位検知手段とを具備するとともに、凝縮水タンク水位検知手段により検出された凝縮水タンクの水位が最低水位を下回った場合に、水タンクの水を前記改質器に向けて供給し、水タンク水位検知手段により検出された水タンクの水位が最低水位を下回った場合に、凝縮水タンクの水を改質器に向けて供給するように制御する制御装置を備えることから、改質器に供給するための水が枯渇することを抑制できる。

また、本発明の燃料電池装置は、前記凝縮水タンクに貯水された凝縮水を前記改質器に向けて供給するための凝縮水供給管と前記水タンクに貯水された水を前記改質器に向けて供給するための水タンク水供給管とが、途中から改質器水供給管にまとめられて、前記改質器と接続されていることが好ましい。

このような燃料電池装置においては、改質器に水を供給するための凝縮水タンクと水タンクとが直接連結されていないことから、例えば凝縮水タンクに設けられるイオン交換樹脂が寿命となった場合に、水タンクに貯水された水を改質器に供給することができる。また逆に外部から供給される水を処理するための水処理装置に異常が生じた場合や寿命となった場合には、凝縮水タンクに貯水された凝縮水を改質器に供給することができる。

それに伴い、凝縮水タンクに設けられるイオン交換樹脂の交換や、水処理装置の交換等のメンテナンス時において、改質器への水の供給を停止することなくメンテナンスを行なうことができる。

また、凝縮水供給管と水タンク水供給管とが、途中から改質器水供給管にまとめられて、改質器と接続されていることから、改質器に供給される水は１つの水供給管である改質器水供給管により供給することができる。

また、本発明の燃料電池装置は、前記凝縮水供給管が凝縮水給水弁を具備するとともに、前記水タンク水供給管が水タンク水給水弁を具備するとともに、前記制御装置が前記凝縮水給水弁および前記水タンク水給水弁を制御することが好ましい。

このような燃料電池装置においては、凝縮水供給管に設けられた凝縮水給水弁と水タンク水供給管に設けられた水タンク水給水弁とを調整することにより、改質器に供給する水を調整することができる。それゆえ、改質器に必要量の水を供給することができる。また、このような燃料電池装置においては、凝縮水タンクの水位を検知する凝縮水タンク水位検知手段、水タンクの水位を検知する水タンク水位検知手段を具備することから、凝縮水タンクに貯水される凝縮水の量および水タンクに貯水される水の量を検知することができる。そして、制御装置が、凝縮水タンクの水位が最低水位を下回った場合に、凝縮水給水弁を閉じるとともに水タンク水給水弁を開く制御を行ない、水タンクの水位が最低水位を下回った場合に、水タンク水給水弁を閉じるとともに凝縮水給水弁を開く制御を行なうことで、改質器に供給するための水が枯渇することを抑制できる。

また、本発明の燃料電池装置は、前記凝縮水供給管、前記水タンク水供給管および前記改質器水供給管が水流れ切換手段で接続されているとともに、前記制御装置が前記水流れ切換手段を制御することが好ましい。

このような燃料電池装置においては、凝縮水供給管、水タンク供給管および改質器水供給管が水流れ切換手段で接続されていることから、改質器に供給する水は、水流れ切換手段を制御することにより調整することができる。それゆえ、改質器に必要量の水を供給することができる。具体的には、制御装置が、凝縮水タンクの水位が最低水位を下回った場合に、水タンクに貯水される水を改質器に供給するよう水流れ切換手段の制御を行ない、水タンクの水位が最低水位を下回った場合に、凝縮水タンクに貯水される水を改質器に供給するよう水流れ切換手段の制御を行なうことにより、改質器に供給するための水が枯渇することを抑制できる。

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の熱交換により生じた凝縮水を貯水するための凝縮水タンクと、凝縮水タンクの水位を検知する凝縮水タンク水位検知手段と、凝縮水タンクに設けられ凝縮水を処理するための凝縮水処理手段と、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、水タンクの水位を検知する水タンク水位検知手段とを具備するとともに、凝縮水タンク水位検知手段により検出された凝縮水タンクの水位が最低水位を下回った場合に、水タンクの水を改質器に向けて供給し、水タンク水位検知手段により検出された水タンクの水位が最低水位を下回った場合に、凝縮水タンクの水を改質器に向けて供給するように制御する制御装置を具備することから、外部から供給される水を処理するための水処理装置の寿命を適切に判断することができるとともに、改質器に対して浄化された水を供給することができる。あわせて、改質器に供給するための水が枯渇することを抑制できる。

図１は、燃料電池装置の構成の一例を示した構成図である。図１に示す燃料電池装置は、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。

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。

ここで外部から供給される水を純水に処理し、改質器４に供給する手段の一つである水処理装置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にて処理された純水は水タンク１０に貯水される。

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給水弁６が設けられている。

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、熱交換により生じる凝縮水を貯水する凝縮水タンク１９が設けられており、凝縮水タンク１９と水タンク１０とが、タンク連結管２０にて連結されている。

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。

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。

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をあわせて燃料電池装置が構成される。

なお、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。

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。

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。

ここで、図１に示した燃料電池装置を用いて、燃料電池装置の運転方法について説明する。

燃料電池１の発電に用いられる改質ガスを得るための改質器４で使用される外部から供給される水（純水）は、給水弁６が開放され、水供給管５を通して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に供給され一時的に貯水される。一方、熱交換器１３による熱交換により生じた凝縮水は、凝縮水タンク１９に貯水され、次いで水タンク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。

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。

一方、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に供給され外部に放出される。

熱交換器１３に供給された排ガスは、熱交換器１３内を通水（循環）す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。

ところで、熱交換器１３での熱交換にて生じた凝縮水には、燃料電池１の発電により生じた排ガス成分の一種である二酸化炭素等が溶解している場合がある。ここで、改質器４に供給する水は、改質器４の内部（改質器４内に配置される水供給管の内部）に不純物が析出すると改質器４の故障が生じる、改質器４内に配置される改質触媒が劣化するといった問題が生じる場合があるため、凝縮水を改質器４に供給するにあたり、凝縮水を処理した後、改質器４に供給することが好ましい。

それゆえ、本発明においては凝縮水を処理するための凝縮水処理手段（図示せず）を設けることが好ましい。このような凝縮水処理手段としては、凝縮水中に含まれる成分や凝縮水の純度等にあわせて、適宜水処理手段として公知のものを用いることができる。なお具体例については後述する。また、凝縮水処理手段は、凝縮水が水タンク１０に供給されるまでに処理すればよいため、例えば凝縮水処理手段を、第２のイオン交換樹脂装置として、熱交換器１３と凝縮水タンク１９とを接続する水供給管や、凝縮水タンク１９と水タンク１０とを接続するタンク連結管２０に設けることもでき、その他、凝縮水タンク１９に凝縮水処理手段を設けることもできる。

それにより、凝縮水は凝縮水処理手段により処理された後に改質器４に供給されることから、凝縮水を改質器４に供給する場合であっても、改質器４内に配置される水供給管に不純物が析出し、改質器４が故障することや、改質触媒が劣化することを抑制できる。

ここで、図１に示した燃料電池装置においては、外部から供給された水を水処理装置Ｘで処理した後、水タンク１０に貯水するとともに、凝縮水（凝縮水処理手段で処理された凝縮水）が水タンク１０に供給されることから、改質器４に対して、外部から供給される水および凝縮水（場合によっては少なくとも一方）を改質器４に供給することができる。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る。

ところで、凝縮水処理手段の処理能力や使用頻度によっては、凝縮水に含有される排ガス中の成分（例えば、二酸化炭素等）の一部が、凝縮水処理手段で処理できない場合がある。そして、凝縮水に排ガス中の成分が含まれている場合であっても、その排ガス成分が改質器に対して悪影響を及ぼさない場合もあるが、例えば、外部から供給される水と凝縮水とを同一の水処理装置（Ｘ）にて処理するように構成した場合、水処理装置Ｘで排ガス成分が除去されていないのか、水処理装置Ｘが劣化等しているのかを判別することが難しい場合がある。

それゆえ、水処理装置Ｘは、外部から供給される水のみを処理するように構成することで、イオン交換樹脂装置９等の水処理装置Ｘの寿命を適切に判断することができる。そのようなイオン交換樹脂装置９等の水処理装置Ｘの寿命を判断するにあたっては、例えば各処理装置で処理された水の導電率を測定することにより判断することができる。

なお、凝縮水処理手段の劣化については、予め凝縮水処理手段での処理時間と凝縮水の処理量との相関関係を調査しておき、一定の基準を上回った場合に、凝縮水処理手段が劣化していると判断できるように設定しておくことが好ましい。

ここで、凝縮水タンク１９に凝縮水処理手段を設けるにあたっては、例えば凝縮水処理手段をイオン交換樹脂とし、凝縮水タンク１９中にイオン交換樹脂を充填することにより、凝縮水処理手段を凝縮水タンク１９に設けることや、イオン交換樹脂を充填したユニットを設け、そのユニットを通過した凝縮水を凝縮水タンク１９に貯水するようにする等、適宜設定することができる。

それにより、例えば熱交換器１３と凝縮水タンク１９とを接続する水供給管に第２のイオン交換樹脂装置を設ける場合に比べて、よりコンパクトな燃料電池装置とすることができる。さらに、凝縮水タンク１９に設けられる凝縮水処理手段をイオン交換樹脂とすることにより、凝縮水を浄化して改質器４に供給することができる。

なお、凝縮水タンク１９に充填するイオン交換樹脂としては、例えば球状のイオン交換樹脂を用いることができる。それにより、凝縮水と接触する表面積を増やすことができるため、より効率よく凝縮水を浄化することができる。

さらに、イオン交換樹脂は、排ガス中に含まれる成分に対応して適宜選択して使用でき、例えば、排ガス成分である二酸化炭素（炭酸イオン）をより吸着するイオン交換樹脂としてもよく、またイオン交換樹脂装置９と同等の性能としてもよい。ちなみにイオン交換樹脂装置９としては、水道水等の外部から供給される水より純水を生成するために通常用いられるイオン交換樹脂装置を用いることができる。

そして、図１に示したように、凝縮水タンク１９と水タンク１０とがタンク連結管２０にて連結されている場合においては、改質器４に供給する水の量（貯水量）の管理は、水タンク１０のみを管理すればよいこととなる。それゆえ、改質器４に供給するための水の貯水量の管理が容易となる。

ここで、凝縮水タンク１９に貯水された凝縮水が水タンク１０に貯水されるように配置するにあたっては、例えば、凝縮水タンク１９に貯水された凝縮水が、タンク連結管２０を介して水タンク１０に滴下するよう、凝縮水タンク１９を水タンク１０よりも上方に位置するように配置することができる。さらには、タンク連結管２０の一端を水タンク１０の上方に接続する、もしくはタンク連結管２０の一端を、水タンク１０の上方より水タンク１０に凝縮水タンク１９の水が滴下するように配置することもできる。また、凝縮水タンク１９の水を水タンク１０により供給しやすくすることを目的として、タンク連結管２０に水ポンプを設けることもできる。

なお、水タンク１０の水が凝縮水タンク１９に供給されるように、凝縮水タンク１９と水タンク１０との配置を入れ替えることも可能であるが、凝縮水タンク１９に凝縮水処理手段を設ける場合においては、凝縮水処理手段の寿命が短くなる場合があるため、あまり好ましくない。なお、凝縮水処理手段を第２のイオン交換樹脂装置とし、熱交換器１３と凝縮水タンク１９とを接続する水供給管に設ける場合においては、水タンク１０の水が凝縮水タンク１９に供給されるように配置し、凝縮水タンク１９の水を改質器４に供給することもできる。

図２は、凝縮水タンク１９と水タンク１０とを連結しない場合の一例を示す。このような燃料電池装置においては、凝縮水タンク１９に貯水された凝縮水を改質器４に向けて供給するための凝縮水供給管２１と、水タンク１０に貯水された水を改質器４に向けて供給するための水タンク水供給管２２とがそれぞれ設けられており、これら凝縮水供給管２１と水タンク水供給管２２とが、途中から改質器水供給管２３にまとめられて、改質器４に接続されている。

すなわち、例えば凝縮水処理手段が寿命となった場合には、凝縮水タンク１９より凝縮水供給管２１を介して供給される水を制御し、水タンク１０に貯水された水を水タンク水供給管２２を介して改質器４に供給するよう制御する。それにより、凝縮水処理手段が寿命となった場合は、水タンク１０の水を供給できることから、改質器４に対して継続して浄化された水（純水）を供給することができる。

一方、水処理装置Ｘに異常が生じた場合や寿命となった場合には、水タンク１０より水タンク水供給管２２を介して供給される水を制御し、凝縮水タンク１９に貯水された凝縮水を、凝縮水供給管２１を介して改質器４に供給するよう制御する。

このように、一方のタンクに貯水される水を処理する水処理手段（装置）が寿命となった場合に、他方のタンクに貯水された水を改質器４に供給することができることから、凝縮水処理手段や水処理装置の交換等のメンテナンス時において、改質器４への水の供給を停止することなく、凝縮水処理手段や水処理装置のメンテナンスを行なうことができる。

また、凝縮水供給管２１と水タンク水供給管２２とが、途中から改質器水供給管２３にまとめられて、改質器４に接続されていることから、改質器４に供給される水は１つの水供給管である改質器水供給管２３により供給することができる。ここで、改質器４に水を供給するための水ポンプ１１を設ける場合にあたって、改質器水供給管２３に水ポンプを設けることにより、水ポンプ１１に接続される水供給管が改質器水供給管２３のみとなるため、特別な水ポンプ１１（水ポンプに給水側として水供給管を２つ接続できるような水ポンプ等）を必要とせず、一般に使用される水ポンプ等を使用することができる。

そして、凝縮水タンク１９に貯水された凝縮水を改質器４へ向けて供給するための凝縮水供給管２１や、水タンク１０に貯水された水を改質器４へ向けて供給するための水タンク水供給管２２を制御するにあたり、凝縮水供給管２１に凝縮水給水弁２４、水タンク水供給管２２に水タンク水給水弁２５を設けることができる。それにより、凝縮水給水弁２４および水タンク水給水弁２５を調整することで、改質器４に必要量の水を供給することができる。

図３は、凝縮水タンク１９および水タンク１０に貯水された水を供給するにあたり別の手段を有する燃料電池装置の一例であり、図３においては、凝縮水供給管２１、水タンク水供給管２２および改質器水供給管２３が水流れ切換手段２６に接続されている。このような燃料電池装置においては、水流れ切換手段２６を制御することにより、改質器４に供給する水を調整することができ、改質器４に必要量の水を供給することができる。

なお、水流れ切換手段２６としては、例えば凝縮水供給管２１または水タンク水供給管２２から供給される凝縮水または水を、改質器水供給管２３に供給することができる三方弁や、凝縮水供給管２１または水タンク水供給管２２から供給される凝縮水および水を混合した後、改質器水供給管２３に供給することができる三方弁等を使用することができる。

なお図３においては、凝縮水供給管２１と水タンク水供給管２２は、水流れ切換手段２６を介して、途中から改質器水供給管２３にまとめられて、改質器４に接続されている。

図４は上述した図２および図３で示した燃料電池装置の一部を抜粋して示した図であり、（ａ）は凝縮水供給管２１に凝縮水給水弁２４を、水タンク水供給管２２に水タンク水給水弁２５を設けた例であり、（ｂ）は凝縮水供給管２１、水タンク水供給管２２および改質器水供給管２３が、凝縮水供給管２１または水タンク水供給管２２から供給される凝縮水または水を、改質器水供給管２３に供給することができる水流れ切換手段（三方弁）２６に接続されている例を示している。

ここで、凝縮水タンク１９には、凝縮水タンク１９の水位を検知するための凝縮水タンク水位検知手段２７が、水タンク１０には、水タンク１０の水位を検知するための水タンク水位検知手段２８が設けられている。なお、これら水位検知手段としては、フロートスイッチの他、導電率センサ、水量計等、適宜選択して使用することができる。

凝縮水タンク１９や水タンク１０に貯水されている貯水量が一定の基準を下回った場合に、継続して水ポンプ１１を作動し続けると、各タンクの水が空となり、改質器４に水を供給することができず、改質器４が故障等を生じるおそれがある。それゆえ、凝縮水タンク１９や水タンク１０中の貯水量に応じて、改質器４に供給する水を調整することが好ましい。

本発明においては、凝縮水タンク１９や水タンク１０の水位に基づいて、改質器４に供給される水を調整する制御装置１４を具備している。それにより、改質器４に水が供給されないことで、改質器４に故障等が生じることを抑制できる。そのような制御装置１４について以下に説明する。

図４（ａ）において、凝縮水を改質器４に対して優先的に供給する場合は、改質器４より改質器４で必要とされる水量情報が制御装置１４に伝送される。制御装置１４は、その水量情報に基づき、凝縮水給水弁２４を制御し、改質器４で必要とされる水を供給する。あわせて、凝縮水タンク水位検知手段２７は、凝縮水タンク１９の水位情報を制御装置１４に伝送する。ここで、凝縮水タンク１９の水位が所定の水位（最低水位）を下回った場合に、制御装置１４は凝縮水給水弁２４を閉じる制御を行い、代わりに水タンク給水弁２５を開く制御を行なうことで、水タンク１０に貯水された水が、水タンク水供給管２２を介して改質器４に供給される。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る。また、逆に水タンク１０の水位が所定の水位（最低水位）を下回った場合には、制御装置１４は水タンク給水弁２５を閉じる制御を行い、代わりに凝縮水給水弁２４を開く制御を行なうことで、凝縮水タンク１９の凝縮水が、凝縮水供給管２１を介して改質器４に供給される。それにより、凝縮水タンク１９および水タンク１０の水を改質器４に供給することができる。

図４（ｂ）は、凝縮水供給管２１、水タンク水供給管２２および改質器水供給管２３が凝縮水供給管２１または水タンク水供給管２２から供給される凝縮水または水を、改質器水供給管２３に供給することができる水流れ切換手段（三方弁）２６に接続されている例であり、凝縮水供給管２１と水タンク水供給管２２は、水流れ切換手段２６を介して、途中から改質器水供給管２３にまとめられて、改質器４に接続されている。このような燃料電池装置において、凝縮水を改質器４に対して優先的に供給する場合は、改質器４で必要とされる水量情報に基づき、制御装置１４は水流れ切換手段２６を制御する。すなわち、制御装置１４は、改質器４で必要とされる水量情報に基づき、凝縮水タンク１９に貯水された凝縮水が改質器４に供給されるよう水流れ切換手段２６を制御する。ここで、凝縮水タンク１９の水位が、所定の水位（最低水位）を下回った場合に、制御装置１４は水タンク１０の水が改質器４に供給されるよう水流れ切換手段２６を制御する。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る。また、逆に水タンク１０の水位が、所定の水位（最低水位）を下回った場合には、制御装置１４は、凝縮水タンク１９に貯水された凝縮水が改質器４に供給されるよう水流れ切換手段２６を制御する。それにより、凝縮水タンク１９および水タンク１０に貯水される水を改質器４に供給することができる。

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。

例えば、図１において凝縮水タンク１９と水タンク１０とを隣設して、タンク連結管２０を設けないように構成することもできる。この場合、凝縮水タンク１９の水が水タンク１０に流れるよう、例えば凝縮水タンク１９と水タンク１０の配置位置（高さ）を変えること等ができる。

さらに、例えば図２において、イオン交換樹脂装置９を水タンク水供給管２２に設けることも可能である。

さらに例えば、図４において、凝縮水タンク１９と水タンク１０の水位がともに所定水位（最低水位）を下回った場合には、改質器４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ようにすることもできる。この場合においては、凝縮水タンク１９および水タンク１０の水位がともに所定水位を下回った場合でも、継続して燃料電池１の発電を行なうことができる。

なお、凝縮水タンク１９および水タンク１０の水位がともに所定水位を下回った場合に、燃料電池１の発電を停止するように制御してもよい。

燃料電池装置の構成の一例を示す構成図である。凝縮水供給管と水タンク水供給管とが、途中から改質器水供給管にまとめられて、改質器と接続されている本発明の燃料電池装置の他の構成の一例を示す構成図である。凝縮水供給管、水タンク水供給管および改質器水供給管が水流れ切換手段に接続されている本発明の燃料電池装置のさらに他の構成の一例を示す構成図である。（ａ）は図２に示す燃料電池装置の凝縮水タンクおよび水タンクに水位検知手段を設けた本発明の燃料電池装置の一部を抜粋して示す構成図であり、（ｂ）は図３に示す燃料電池装置の凝縮水タンクおよび水タンクに水位検知手段を設けた本発明の燃料電池装置の一部を抜粋して示す構成図である。

符号の説明

１：燃料電池
４：改質器
５：水供給管
６：給水弁
７：活性炭フィルタ装置
８：ＲＯ膜装置
９：イオン交換樹脂装置
１０：水タンク
１１：水ポンプ
１３：熱交換器
１４：制御装置
１９：凝縮水タンク
２０：タンク連結管
２１：凝縮水供給管
２２：水タンク水供給管
２３：改質器水供給管
２４：凝縮水給水弁
２５：水タンク給水弁
２６：水流れ切換手段
２７：凝縮水タンク水位検知手段
２８：水タンク水位検知手段

Claims

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ための凝縮水タンクと、該凝縮水タンクの水位を検知する凝縮水タンク水位検知手段と、前記凝縮水タンクに設けられ前記凝縮水を処理するための凝縮水処理手段と、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、該水タンクの水位を検知する水タンク水位検知手段とを具備するとともに、
前記凝縮水タンク水位検知手段により検出された前記凝縮水タンクの水位が最低水位を下回った場合に、前記水タンクの水を前記改質器に向けて供給し、前記水タンク水位検知手段により検出された前記水タンクの水位が最低水位を下回った場合に、前記凝縮水タンクの水を前記改質器に向けて供給するように制御する制御装置を具備することを特徴とする燃料電池装置。
前記凝縮水タンクに貯水された凝縮水を前記改質器に向けて供給するための凝縮水供給管と前記水タンクに貯水された水を前記改質器に向けて供給するための水タンク水供給管とが、途中から改質器水供給管にまとめられて、前記改質器と接続されていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池装置。
前記凝縮水供給管が凝縮水給水弁を具備するとともに、前記水タンク水供給管が水タンク水給水弁を具備するとともに、前記制御装置が前記凝縮水給水弁および前記水タンク水給水弁を制御することを特徴とする請求項２に記載の燃料電池装置。
前記凝縮水供給管、前記水タンク水供給管および前記改質器水供給管が水流れ切換手段で接続されているとともに、前記制御装置が前記水流れ切換手段を制御することを特徴とする請求項２に記載の燃料電池装置。