(57)【要約】      （修正有）【課題】燃料電池発電システムの停止期間中において、冷却水の水質を維持する燃料電池発電システム及びその運転方法を提供する。【解決手段】燃料電池発電システムの停止期間中に、調整弁２４、流量計２５及びポンプ２６並びに熱交換器２７を備えた冷却水ライン１１のみを起動し、間欠的に冷却水を循環させる。具体的には、一定の間隔を設けて間欠的にポンプ２６を起動し、冷却水を燃料電池スタック１０から、フィルタ２１およびイオン交換樹脂２２へと循環させるようした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原燃料を燃料ガスに改質する燃料改質装置と、改質された燃料を燃料極に受けるとともに、空気を酸化剤極に受けて、前記燃料中の水素と前記空気中の酸素との間で、電気化学反応を発生させ直流起電力が発生する燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックに冷却水を供給し循環させる冷却水ラインと、前記冷却水を洗浄する冷却水洗浄手段と、冷却水ラインにおける冷却水の循環を制御する制御部と、を備えた燃料電池発電システムにおいて、
前記制御部は、燃料電池発電システムの停止中に、前記冷却水ラインに冷却水を循環させることを特徴とする燃料電池発電システム。
【請求項２】
前記制御部は、前記冷却水ラインへの冷却水の循環を、間欠的に行うことを特徴とする請求項１記載の燃料電池発電システム。
【請求項３】
前記冷却水ラインを流れる冷却水の伝導度を測定する伝導度測定手段を備え、
前記制御部は、測定された冷却水の伝導度が、望ましくは０.１μＳ/ｃｍ以下、少なくとも０.５μＳ/ｃｍ以下になるまで、前記冷却水ラインへ冷却水を循環させ、当該値以下になった場合に、冷却水の循環を停止させることを特徴とする請求項１又は２記載の燃料電池発電システム。
【請求項４】
前記制御部が、冷却水の循環を停止させた後、前記制御部は、測定された冷却水の伝導度が、望ましくは１.０μＳ/ｃｍ以上、少なくとも４．０μＳ/ｃｍ以上になった場合に、再度前記冷却水ラインへ冷却水を循環させることを特徴とする請求項３記載の燃料電池発電システム。
【請求項５】
原燃料を燃料ガスに改質する燃料改質装置と、改質された燃料を燃料極に受けるとともに、空気を酸化剤極に受けて、前記燃料中の水素と前記空気中の酸素との間で、電気化学反応を発生させ直流起電力が発生する燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックに冷却水を供給し循環させる冷却水ラインと、前記冷却水を洗浄する冷却水洗浄手段と、冷却水ラインにおける冷却水の循環を制御する制御部と、を備えた燃料電池発電システムにおいて、
前記冷却水ラインとは別系統の水質浄化ラインを備え、
前記水質浄化ラインに、前記冷却水洗浄手段を設け、
前記制御部は、燃料電池発電システムの停止中に、前記冷却水ラインに冷却水を循環させるとともに、前記水質浄化ラインに冷却水を循環させることを特徴とする燃料電池発電システム。
【請求項６】
冷却水の伝導度を測定する伝導度測定手段を備え、
前記制御部は、測定された冷却水の伝導度が、望ましくは０.１μＳ/ｃｍ以下、少なくとも０.５μＳ/ｃｍ以下になるまで、前記冷却水ライン及び前記水質浄化ラインへ冷却水を循環させ、当該値以下になった場合に、冷却水の循環を停止させることを特徴とすることを特徴とする請求項５記載の燃料電池発電システム。
【請求項７】
前記制御部が、冷却水の循環を停止させた後、前記制御部は、測定された冷却水の伝導度が、望ましくは１．０μＳ/ｃｍ以上、少なくとも４．０μＳ/ｃｍ以上になった場合に、再度前記冷却水ラインへ冷却水を循環させることを特徴とする請求項６記載の燃料電池発電システム。
【請求項８】
原燃料を燃料ガスに改質する燃料改質装置と、改質された燃料を燃料極に受けるとともに、空気を酸化剤極に受けて、前記燃料中の水素と前記空気中の酸素との間で、電気化学反応を発生させ直流起電力が発生する燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックに冷却水を供給し循環させる冷却水ラインと、前記冷却水を洗浄する冷却水洗浄手段と、冷却水ラインにおける冷却水の循環を制御する制御部と、を用いて行う燃料電池発電システムの運転方法において、
前記制御部は、燃料電池発電システムの停止中に、前記冷却水ラインに冷却水を循環させる処理を実行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。
【請求項９】
前記制御部は、前記冷却水ラインへの冷却水の循環を、間欠的に行うことを特徴とする請求項８記載の燃料電池発電システムの運転方法。
【請求項１０】
前記冷却水ラインを流れる冷却水の伝導度を測定する伝導度測定手段を用い、
前記制御部は、
測定された冷却水の伝導度が、望ましくは０.１μＳ/ｃｍ以下、少なくとも０.５μＳ/ｃｍ以下になるまで、前記冷却水ラインへ冷却水を循環させる処理と、
当該値以下になった場合に、冷却水の循環を停止させる処理とを実行することを特徴とする請求項８又は９記載の燃料電池発電システムの運転方法。
【請求項１１】
前記制御部が、冷却水の循環を停止させた後、前記制御部は、測定された冷却水の伝導度が、望ましくは１.０μＳ/ｃｍ以上、少なくとも４．０μＳ/ｃｍ以上になった場合に、再度前記冷却水ラインへ冷却水を循環させる処理を実行することを特徴とする請求項１０記載の燃料電池発電システムの運転方法。
【請求項１２】
原燃料を燃料ガスに改質する燃料改質装置と、改質された燃料を燃料極に受けるとともに、空気を酸化剤極に受けて、前記燃料中の水素と前記空気中の酸素との間で、電気化学反応を発生させ直流起電力が発生する燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックに冷却水を供給し循環させる冷却水ラインと、前記冷却水を洗浄する冷却水洗浄手段と、冷却水ラインにおける冷却水の循環を制御する制御部と、を用いて行う燃料電池発電システムの運転方法において、
前記冷却水ラインとは別系統に設けた水質浄化ラインと、前記水質浄化ラインに設けた前記冷却水洗浄手段とを用い、
前記制御部が、燃料電池発電システムの停止中に、前記冷却水ラインに冷却水を循環させる処理を実行するとともに、前記水質浄化ラインに冷却水を循環させる処理を実行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。
【請求項１３】
冷却水の伝導度を測定する伝導度測定手段を用い、
前記制御部は、測定された冷却水の伝導度が、望ましくは０.１μＳ/ｃｍ以下、少なくとも０.５μＳ/ｃｍ以下になるまで、前記冷却水ライン及び前記水質浄化ラインへ冷却水を循環させる処理を実行し、当該値以下になった場合に、冷却水の循環を停止させる処理を実行することを特徴とすることを特徴とする請求項１２記載の燃料電池発電システムの運転方法。
【請求項１４】
前記制御部が、冷却水の循環を停止させた後、前記制御部は、測定された冷却水の伝導度が、望ましくは１．０μＳ/ｃｍ以上、少なくとも４．０μＳ/ｃｍ以上になった場合に、再度前記冷却水ラインへ冷却水を循環させる処理を実行することを特徴とする請求項１３記載の燃料電池発電システムの運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池発電システム及びその運転方法に係り、特に、燃料改質装置を構成する触媒が酸化劣化するのを防止することができ、燃料電池発電システムの長寿命化と信頼性向上を図る技術の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池発電システムは、燃料である水素と酸化剤である酸素とを電気化学的に反応させて直接電気を取り出すものであり、高い効率で電気エネルギーを取り出すことができると同時に、静かで排ガス中の有害成分が非常に少ないという環境性に優れた特徴を有するシステムである。
【０００３】
燃料電池は、燃料極に水素リッチな燃料ガスを、酸化剤極に空気などの酸化剤ガスを導入し、（１）（２）式の電気化学反応により電気と熱と水とを発生する。
［数１］
Ｈ2   ⇒  ２Ｈ+   ＋  ２ｅ-   …（１）
［数２］
Ｏ2   ＋  ４Ｈ+   ＋  ４ｅ-   ⇒  ２Ｈ2 Ｏ  …（２）
【０００４】
最近では小型の固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ）の開発が活発化し、家庭用燃料電池発電システムの普及も間近な状況となっている。この家庭用又は小規模事業向けの比較的小型の燃料電池発電システムは、電力と発電に伴う排熱を供給する熱電併給、いわゆるコージェネレーション装置として使用される。
【０００５】
固体高分子形燃料電池は、電解質としてプロトン導電性の高分子電解質膜を適用した燃料電池である。この電解質膜の両面に、白金などの貴金属触媒の微粒子をカーボン担体上に担持した触媒を有する電極を配置したＭＥＡ（膜・電極接合体）を、一対のセパレータで挟んだ単セルを複数積層した燃料電池スタックを構成する。
【０００６】
ここで、燃料電池発電システムにおいては、(1) 燃料電池スタックへの冷却水、(2) 燃料電池スタックの加湿水、(3) 改質器に供給される蒸気、の３態様において、水が利用される。以下、各々について具体的に説明する。
【０００７】
(1) 上述のような固体高分子形燃料電池における高分子電解質膜は、プロトン導電性を維持するために、加湿することが必要である。加湿の方式には、反応ガス中に蒸気あるいはミストを混ぜる外部加湿方式と、液状の水を入れる内部加湿方式とがある。後者には、多孔質セパレータを通じて水を供給する方式も含まれる（特許文献１参照）。
【０００８】
(2) また、一般的に、燃料電池スタックでは、電池反応によって発生した熱を除去して温度制御するために、冷却水を循環させる。この場合、単セル間に冷却水セパレータを配置し、冷却水を流す。多孔質セパレータを適用する燃料電池スタックにおいては、冷却水セパレータから隣接するガスセパレータへと水が浸透し、電池に水が供給される。すなわち、冷却水が加湿水を兼ねている。
【０００９】
(3) さらに、燃料電池発電システムには、原燃料として、天然ガス、プロパンガス、灯油などが用いられ、燃料電池スタックでの発電に必要な燃料ガスを製造する燃料改質装置が設けられている。この燃料改質装置では、改質反応によって水素を生成する改質器が用いられ、この改質器における改質反応としては、蒸気を添加して（３）式の反応によって水素を生成する水蒸気改質が一般的に採用されている。
［数３］
ＣＨ4 ＋２Ｈ2 Ｏ⇒４Ｈ2 ＋ＣＯ2   …（３）
【００１０】
このように、燃料電池発電システムにおける水利用としては、上記の３態様が考えられる。
【００１１】
このうち、(1) 燃料電池スタックへの冷却水中に不純物が混入すると、水の導電率が上昇し、冷却水マニホールドに接する部分において、隣接するセル間で短絡電流が流れる。また、(2) 電池スタックへの加湿水中に不純物が混入すると、燃料電池スタック内のガス拡散層表面あるいは多孔質セパレータ表面において、不純物が析出する。析出物によって詰まった孔においては、加湿水の供給が阻害され、電池性能を低下させる。また、電池内に入った不純物が電解質膜の官能基に置換すると、抵抗増大を引き起こし、電池性能の低下の原因となる。さらに、(3) 改質器に供給される蒸気は蒸発器内で蒸発するが、不純物が含まれると蒸発器内で析出物が溜まり、蒸気配管に詰まることがある。
【００１２】
これらの不具合を避けるために、燃料電池発電システムにおいて、水を浄化する装置を備えており、一般的には、フィルタおよびイオン交換樹脂が用いられている。
【特許文献１】特開平１−３０９２６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
上述の通り、燃料電池発電システムは、冷却水を浄化する装置を有しており、運転中の水質は常に必要なレベルに保たれている。しかしながら、燃料電池発電システムの停止中には冷却水の循環がなく、冷却水中に微量ではあるが、構造材料から不純物が溶出し続ける。
【００１４】
そのため、燃料電池発電システムを長期間に渡って停止した後は、冷却水中の不純物濃度が高くなり、システムの起動時に、冷却水浄化装置によって不純物が除去されるまでの間は、不純物濃度が高い状態が一定時間継続するという課題があった。特に、燃料電池スタックは冷却水との接液面積が広く、構成部材からの溶出により不純物濃度が高くなり、燃料電池スタックの性能を劣化させる要因になっていた。
【００１５】
本発明は、上記のような従来技術の問題点を解決するために提案されたものであり、その目的は、燃料電池発電システムの停止期間中において、冷却水の水質を維持する燃料電池発電システム及びその運転方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記のような従来の課題を解決するため、本発明は、原燃料を燃料ガスに改質する燃料改質装置と、改質された燃料を燃料極に受けるとともに、空気を酸化剤極に受けて、前記燃料中の水素と前記空気中の酸素との間で、電気化学反応を発生させ直流起電力が発生する燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックに冷却水を供給し循環させる冷却水ラインと、前記冷却水を洗浄する冷却水洗浄手段と、冷却水ラインにおける冷却水の循環を制御する制御部と、を備えた燃料電池発電システムにおいて、前記制御部は、燃料電池発電システムの停止中に、前記冷却水ラインに冷却水を循環させることを特徴とする。また、本発明は、この燃料電池発電システムの運転方法として捉えることも可能である。
【００１７】
以上のような本発明の燃料電池発電システムによれば、燃料電池発電システムの停止期間中において、冷却水ラインに冷却水を循環させることにより、冷却水の水質を一定レベルに保つことができる。そのため、燃料電池発電システムの停止後、再起動時において、一時的に冷却水洗浄手段の、例えばイオン交換樹脂の許容値を超え、浄化できなかったような濃度の不純物が、燃料改質装置を構成する蒸発器に供給されることを防止することができる。これにより、蒸発器において不純物が析出されるような不具合を防止し、安定して運転できる燃料電池発電システムを提供することができる。
【００１８】
本発明の燃料電池発電システムは、また、前記冷却水ラインを流れる冷却水の伝導度を測定する伝導度測定手段を備え、前記制御部は、測定された冷却水の伝導度が、少なくとも０.５μＳ/ｃｍ以下になるまで、前記冷却水ラインへ冷却水を循環させ、当該値以下になった場合に、冷却水の循環を停止させることも、本発明の一態様である。
【００１９】
以上のような本発明の態様では、伝導度測定手段として例えば伝導度計を設け、この伝導度計により、システム停止期間中の冷却水の伝導度を測定する。そして、伝導度計における伝導度が、所定の値より高い場合には、冷却水ラインに冷却水を循環させる。一方、伝導度計における伝導度が、所定の値より低くなった場合には、冷却水の循環を停止させる。このように、伝導度測定手段において検出される伝導度に基づいて、冷却水ラインへの冷却水の循環を制御することで、冷却水の伝導度を所定値以下に保つことができる。この伝導度は、冷却水中の不純物濃度に比例しているので、上記のようにして伝導度を管理することによって、水質を良好に維持することができる。
【発明の効果】
【００２０】
以上のような本発明によれば、燃料電池発電システムの停止期間中において、冷却水の水質を維持する燃料電池発電システム及びその運転方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明に係る代表的な実施形態について、図１〜図３を参照して具体的に説明する。
【００２２】
［１．第１の実施形態］
［１−１．構成］
本発明の第１の実施形態に係る燃料電池発電システム１の構成について、図１を参照して説明する。燃料電池発電システム１は、従来の燃料電池発電システム同様、アノード（燃料極）１２とカソード極（酸化剤極）１３とを備えた燃料電池スタック１０と、原燃料を改質して水素リッチガスを精製しアノード１２へ改質された燃料を供給する燃料改質装置３１とを備える。
【００２３】
燃料電池スタック１０は、燃料改質装置３１で改質された燃料をアノード１２において受けるとともに、カソード１３において大気を受け、アノード１２に導入された水素リッチガス中の水素と、カソード１３に導入された空気中の酸素との間で電気化学反応を発生させて直流起電力が発生するものである。
【００２４】
燃料電池発電システム１は、また、燃料電池スタック１０の冷却水マニホールドへ冷却水を供給するための冷却水ライン１１を備える。この冷却水ライン１１は、フィルタ２１、イオン交換樹脂２２、水タンク２３、調整弁２４、流量計２５、ポンプ２６、熱交換器２７とを備える。燃料電池発電システムにおける冷却水は、水タンク２３から調整弁２４及び流量計２５を介して、ポンプ２６で循環される。
【００２５】
冷却水ライン１１における冷却水の循環流量は、図示しない制御部により調整弁２４を制御して、流量計２５において検出される流量に基づいて、調整弁２４を開閉することにより調整されるようになっている。また、冷却水ライン１１を流れる冷却水は、冷却水洗浄手段を構成するフィルタ２１及びイオン交換樹脂２２を通過することによって洗浄されるものである。この燃料電池発電システム１においては、冷却水全量をフィルタ２１とイオン交換樹脂２２に通すようになっており、これにより、運転時の冷却水の水質を良好に保つことができるものである。
【００２６】
ここで、イオン交換樹脂は、耐熱性能の制約から、イオン交換樹脂に通水させる冷却水は、その樹脂入口温度を下げる必要がある。この温度を下げた冷却水を、全量通水すると冷却水ライン全域の温度が下がるため、燃料電池スタックの温度を適正な範囲に保つことが困難となる。また、燃料電池スタック１０から冷却水への不純物の溶出は、運転が停止したときから連続的に生じているが、停止中の全期間に冷却水を絶えず循環させるのは、動力を必要とするという課題がある。
【００２７】
そこで、本実施形態においては、燃料電池発電システム１の停止期間中に、冷却水のラインだけ、すなわち、調整弁２４、流量計２５及びポンプ２６並びに熱交換器２７を備えた冷却水ライン１１のみを起動し、冷却水を全量通水することなく、間欠的に冷却水を循環させる構成としている。具体的には、図示しない制御部の制御により、一定の間隔を設けて間欠的にポンプ２６を起動し、冷却水を燃料電池スタック１０から、フィルタ２１およびイオン交換樹脂２２へと循環させるようしたものである。
【００２８】
［１−２．作用効果］
以上のような本実施形態の燃料電池発電システム１では、運転中は、燃料電池スタック１０において、アノード１２に導入された水素リッチガス中の水素と、カソード１３に導入された空気中の酸素との間で電気化学反応を発生させて直流起電力が発生する。
【００２９】
また、流量計２５において検出される流量に基づいて、図示しない制御部により調整弁２４を制御して、調整弁２４を開閉することにより、冷却水ライン１１における冷却水を循環させる。この循環した冷却水は、フィルタ２１およびイオン交換樹脂２２を通過することによって洗浄される。この燃料電池発電システム１においては、冷却水全量が、フィルタ２１とイオン交換樹脂２２を通過する。
【００３０】
一方、燃料電池発電システム１が停止されると、冷却水ライン１１だけ、すなわち、調整弁２４、流量計２５及びポンプ２６並びに熱交換器２７を備えた冷却水ライン１１のみを起動する。そして、図示しない制御部により調整弁２４を制御して、調整弁２４を開閉することにより、間欠的に冷却水を循環させる。具体的には、一定の間隔を設けて間欠的にポンプ２６を起動し、冷却水を燃料電池スタック１０から、フィルタ２１およびイオン交換樹脂２２へと循環させる。
【００３１】
以上のような本実施形態の燃料電池発電システム１によれば、燃料電池発電システムの停止期間中において、間欠的に冷却水ラインに冷却水を循環させることにより、冷却水の水質を一定レベルに保つことができる。そのため、燃料電池発電システムの停止後、再起動時において、一時的にイオン交換樹脂２２の許容値を超える濃度の不純物が、蒸発器３３に供給されることを防止することができる。これにより、蒸発器において不純物が析出されるような不具合を防止し、安定して運転できる燃料電池発電システムを提供することができる。
【００３２】
特に、燃料電池発電システム１の停止期間中において、冷却水を全量通水することなく、間欠的に冷却水を循環させることにより、イオン交換樹脂の耐熱性能の制約で、温度を下げた冷却水を循環させたとしても、全量通水した場合のように冷却水ライン全域の温度が下がるようなことを防止することができ、燃料電池スタックの温度を適正な範囲に保つことが可能となる。同時に、停止中の全期間に冷却水を絶えず循環させるという、燃料電池発電システムの動力の無駄を回避することができる。
【００３３】
［２．第２の実施形態］
［２−１．構成］
次に、図２を用いて本発明の第２の実施の形態について説明する。第２の実施形態の燃料電池発電システム２は、図２に示すように、第１の実施形態における燃料電池スタック１０の冷却水マニホールド１４に、伝導度計１５を取り付けたものである。この伝導度計１５は、冷却水ライン１１を流れる冷却水の伝導度を計測するものである。
【００３４】
ここで、冷却水の伝導度は、冷却水中の不純物濃度に比例する。そのため、冷却水中の伝導度を管理することによって、水質を良好に維持することができるものである。具体的には、この伝導度計１５の示す冷却水の伝導度が所定の値より高い場合に、冷却水の水質が低下していると判断し、冷却水の伝導度が所定の値を下回った場合に冷却水の水質は良好であると判断するものであり、本実施形態の燃料電池発電システム２は、この判断を行う図示しない判断手段を備えるものである。
【００３５】
［２−２．作用効果］
以下、本実施形態の具体的な作用について説明する。燃料電池発電システム２は、その停止期間中において、伝導度計１５によって冷却水の伝導度をモニタする。そして、図示しない判断手段が、冷却水の伝導度が所定の値を超えた場合に、冷却水の水質が低下していると判断し、図示しない制御部の制御により、ポンプ２６を起動し、冷却水を燃料電池スタック１０から、フィルタ２１およびイオン交換樹脂２２へと循環させる。
【００３６】
一方、伝導時計１５において、冷却水の伝導度が所定の値を下回った場合に、判断手段は、冷却水の伝導度が所定の値を下回った場合に冷却水の水質は良好であると判断し、制御部が、ポンプ２６を停止させ、燃料電池スタック１０からフィルタ２１およびイオン交換樹脂２２への冷却水の循環を停止させる。
【００３７】
ここで、冷却水ライン１１への冷却水の水質の悪化の判断の条件となる、伝導度計１５における所定の値としては、例えば、冷却水における伝導度が１.０μＳ/ｃｍの場合であり、判断手段は、伝導度がこの数値以上の場合には、冷却水の水質が低下していると判断する。ただし、実運転上は、冷却水の水質低下の判断の頻度が多くなり、システムの停止期間中における冷却水ラインの起動頻度が多くなるのを防ぐため、伝導度が３．０〜４．０μＳ/ｃｍの場合を判断基準とし、伝導度がこの数値以上の場合には、冷却水の水質が低下していると判断するのが良い。
【００３８】
一方、冷却水を循環させた後、循環を停止する伝導度の基準値、すなわち、水質良好の判断の条件となる数値は、０.１μＳ/ｃｍが望ましい。ただし、この理想値で実運転を行うと実際には循環時間が長時間となり、これによりイオン交換樹脂の寿命を短くする要因となりうる。そのため、実運転上は、例えば、循環を停止する伝導度の基準値を０.５μＳ/ｃｍとし、この数値以下の場合には、判断手段が冷却水の水質が良好となったと判断し、循環を停止するのが良い。
【００３９】
以上のような本実施形態によれば、燃料電池スタック１０の冷却水マニホールド１４に、伝導度計１５を取り付け、この伝導度計１５により、システム停止期間中の冷却水の伝導度を測定する。判断手段により、伝導度計における伝導度が所定の値より高いと判断した場合には、冷却水ライン１１に冷却水を循環させる。一方、伝導度計における伝導度が、所定の値より低くなった場合には、冷却水の循環を停止させる。
【００４０】
このように、伝導度計において検出される伝導度に基づいて、冷却水ライン１１への冷却水の循環を制御することで、冷却水の伝導度を所定値以下に保つことができる。この伝導度は、冷却水中の不純物濃度に比例しているので、上記のようにして伝導度を管理することによって、水質を良好に維持することができる。
【００４１】
［３．第３の実施形態］
［３−１．構成］
本発明の第３の実施形態に係る燃料電池発電システム３の構成について、図３を用いて説明する。燃料電池発電システム３は、第１の実施形態における燃料電池発電システムの構成において、水タンク２３周りの構成に改良を加えたものである。
【００４２】
すなわち、図３に示すように、燃料電池発電システム３は、冷却水ライン１１とは別系統として、ポンプ５１、フィルタ５２及びイオン交換樹脂５３とを備えた冷却水の水質浄化ライン５０を、水タンク２３に設けたものである。また、水タンク２３には、伝導度計１５が設けられている。
【００４３】
燃料電池発電システム３は、図示しない制御部を備え、この制御部により、燃料電池発電システム３の停止期間中に、燃料電池スタック１０の冷却水ライン１１およびイオン交換樹脂５３の水質浄化ライン５０の両方を起動するように制御する。すなわち、制御部は、ポンプ２６とポンプ５１とを同時に運転し、冷却水ライン１１と水質浄化ライン５０の双方に冷却水を循環させるように制御する構成である。
【００４４】
この場合、燃料電池スタック１０から溶出される不純物を含む冷却水が、冷却水ライン１１を通過して水タンク２３に回収され、回収された冷却水をポンプ５１によって、水質浄化ライン５０に回しフィルタ５２とイオン交換樹脂５３によって浄化する構成となっている。また、水タンク２３に設けた伝導度計１５により、伝導度を測定し、この伝導度の値が制御部に入力される。
【００４５】
制御部は、水タンク２３に設置した伝導度計１５により入力される冷却水の伝導度に基づき、伝導度が規定値、例えば０.１μＳ/ｃｍを上回る場合には、ポンプ２６及びポンプ５１を起動し、冷却水ライン１１と水質浄化ライン５０の双方に冷却水を循環させ、規定値を下回る場合には、ポンプ２６及びポンプ５１を停止し循環を停止するように制御するようになっている。なお、循環時間が長くなると、イオン交換樹脂の寿命を短くする要因となるため、これを避けるため、伝導度の規定値を０.５μＳ/ｃｍに設定するのも良い。
【００４６】
このような制御部の制御により、燃料電池発電システムの停止期間中に、間欠的に冷却水ライン１１と水質浄化ライン５０の双方に冷却水を循環させる構成である。
【００４７】
［３−２．作用効果］
以下、本実施形態の具体的な作用について説明する。燃料電池発電システム３において、燃料電池発電システムの停止期間中、制御部の制御により、ポンプ２６とポンプ５１とを同時に起動し、冷却水ライン１１と水質浄化ライン５０の双方に冷却水を循環させるように制御する。この場合、燃料電池スタック１０から溶出される不純物を含む冷却水が、冷却水ライン１１を通過して水タンク２３に回収され、回収された冷却水をポンプ５１によって、水質浄化ライン５０に回しフィルタ５２とイオン交換樹脂５３によって浄化する。また、水タンク２３に設けた伝導度計１５により、伝導度を測定し、この伝導度の値が制御部に入力する。
【００４８】
冷却水の水質は、水タンク２３に設置した伝導度計１５によって、伝導度を測定し管理する。制御部は、伝導度が規定値、例えば０.１μＳ/ｃｍを下回るまでポンプ２６及びポンプ５１の運転を続ける。ただし、循環時間が長くなると、イオン交換樹脂の寿命を短くする要因となるため、これを避けるため、伝導度の規定値を０.５μＳ/ｃｍに設定するのも良い。
【００４９】
制御部は、伝導度計１５から入力される伝導度が規定値を下回った場合は、ポンプ２６とポンプ５１との運転を停止し、冷却水ライン１１と水質浄化ライン５０の双方における冷却水の循環を停止させる。
【００５０】
一方で、制御部は、伝導度計１５から入力される伝導度が規定値を上回った場合は、再度ポンプ２６とポンプ５１との運転を起動し、冷却水ライン１１と水質浄化ライン５０の双方に冷却水を循環させる。
【００５１】
このようにして、燃料電池発電システム３においては、燃料電池発電システムの停止期間中に、制御部の制御により、ポンプ２６とポンプ５１とを間欠的に起動し、冷却水ライン１１と水質浄化ライン５０の双方に冷却水を循環させるように制御する。
【００５２】
以上のような本実施の形態によれば、燃料電池発電システム３の停止期間中においても、燃料電池スタック１０から溶出する不純物を除去し、冷却水の水質を良好に保つことができる。従って、停止期間後の再起動時において、イオン交換樹脂等の冷却水浄化手段の浄化許容値を超え、除去されない濃度の不純物が蒸発器に供給されることを防止し、安定して運転できる燃料電池発電システムを提供することができる。
【００５３】
ここで、上述のとおり、燃料電池発電システムを運転管理する場合には、イオン交換樹脂の寿命を長くし、交換のインターバルを長く取りたいというニーズがある。これは、イオン交換樹脂の交換には、メンテナンス要員を派遣し作業する必要があり、そのため、人件費やメンテナンス費用がかさむという事情があるからである。イオン交換樹脂の寿命を長くするためには、上述のように、イオン交換樹脂の耐熱性能の制約から、イオン交換樹脂に通水させる冷却水の樹脂入口温度を下げることが重要である。
【００５４】
この点、本実施形態の燃料電池発電システム３では、イオン交換樹脂５３が、燃料電池スタック１０の冷却水ライン１１とは別系統の水質浄化ライン５０として独立して設けられているので、この水質浄化ライン５０内での冷却水の水温調節が可能であるから、イオン交換樹脂５３に導入する水温を許容温度以下に制御することが容易である。
【００５５】
一方で、燃料電池スタック１０から戻ってきた冷却水が、全量イオン交換樹脂５３を通ることはないため、第１及び第２の実施形態における燃料電池発電システムに比べると冷却水の水質が劣るという課題がある。そこで、本実施の形態においては、燃料電池発電システム３の停止期間中に、燃料電池スタック１０の冷却水ライン１１およびイオン交換樹脂５３の水質浄化ライン５０の両方を起動する。すなわち、ポンプ２６とポンプ５１とを同時に運転して、この課題の解決を図っている。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る燃料電池発電システムの全体構成図。
【図２】本発明の第２の実施の形態に係る燃料電池発電システムの全体構成図。
【図３】本発明の第３の実施の形態に係る燃料電池発電システムの全体構成図。
【符号の説明】
【００５７】
１，２，３…燃料電池発電システム
１０…燃料電池スタック
１１…冷却水ライン
１２…アノード
１３…カソード
１４…水マニホールド
１５…伝導度計
２１…フィルタ
２２…イオン交換樹脂
２３…水タンク
２４…調整弁
２５…流量計
２６…ポンプ
２７…熱交換器
２８…２次冷却水ライン
３１…改質器
３２…原燃料ガス
３３…蒸発器
３４…調整弁
３５…ポンプ
４１…空気ブロア
４２…気液分離器
４３…空気排気ライン
４４…凝縮水ライン
５０…水質浄化ライン
５１…ポンプ
５２…フィルタ
５３…イオン交換樹脂
【図１】
2010153195.tif 000003
【図２】
2010153195.tif 000004
【図３】
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