(57)【要約】【課題】コストの増加を抑制しつつ、燃料電池発電システム内での細菌の繁殖を抑制する。【解決手段】純水タンク１４は水蒸気改質反応に用いられる純水を、電池冷却水タンク３０は燃料電池本体５で６０℃以上に加熱された電池冷却水１８を、凝縮水タンク１４は燃料電池本体５から排出されるガスを凝縮した凝縮水を貯える。電池冷却水タンク３０は純水タンク１４の溢水が、凝縮水タンク１４は電池冷却水タンク３０の溢水が流れ込むように形成される。制御装置６０は、第１温度計３８が測定する温度が細菌繁殖限界温度未満のまま所定の期間経過した場合に、その水の温度が所定期間細菌繁殖抑制温度以上、かつ、水質浄化装置３３のイオン交換樹脂劣化温度以下となるように、給水ポンプ５８の送出量を低下させて水質浄化ライン熱交換器３６での熱交換量を小さくする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化水素系燃料を原燃料として水蒸気改質反応によって水素リッチガスを生成する燃料改質装置と、
前記水素リッチガスを供給されて発電して電池冷却水を細菌死滅温度以上に加熱する燃料電池本体と、
前記水蒸気改質反応に用いられる純水を貯える純水タンクと、
前記純水タンクの溢水が流れ込むように形成されて前記電池冷却水を貯える電池冷却水タンクと、
前記電池冷却水タンクの溢水が流れ込むように形成されて前記燃料電池本体から排出されるガスを凝縮した凝縮水を貯える凝縮水タンクと、
イオン交換樹脂を備えて水から不純物を取り除き前記純水タンクに供給する水質浄化装置と、
前記凝縮水タンクに貯えられた水を前記水質浄化装置に送出するポンプと、
前記水質浄化装置に供給される水の温度を変化させる温度調節手段と、
前記水質浄化装置に供給される水の温度を測定する温度計と、
前記温度計が測定する温度が細菌繁殖限界温度未満のまま第１の所定の期間経過した場合に、前記水質浄化装置に供給される水の温度が第２の所定期間所定の温度以上前記イオン交換樹脂の劣化温度以下となるように前記温度調節手段を制御する制御装置と、
を有することを特徴とする燃料電池発電システム。
【請求項２】
前記所定の温度は４０℃であって、前記イオン交換樹脂の劣化温度は６０℃であることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池発電システム。
【請求項３】
前記温度調節手段は、前記燃料電池本体の下流側で前記電池冷却水から熱を回収する熱交換器を備えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の燃料電池発電システム。
【請求項４】
前記温度調節手段は、前記水質浄化装置に供給される水が高温側を流れる水質浄化ライン熱交換器を備えることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の燃料電池発電システム。
【請求項５】
前記制御装置は、前記ポンプの単位時間当たりの送出量を増大させて前記水質浄化装置に供給される水の温度を上昇させることを特徴とする請求項４に記載の燃料電池発電システム。
【請求項６】
前記温度調節手段は、前記凝縮水タンクに貯えられた水を加熱するヒータを備えることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の燃料電池発電システム。
【請求項７】
前記純水タンクと前記電池冷却水タンクと前記凝縮水タンクとは、同一の容器内に設けられ、それぞれ仕切り板で仕切られていることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の燃料電池発電システム。
【請求項８】
前記水質浄化装置は、架橋度が１０％以上の陽イオン交換樹脂を備えることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の燃料電池発電システム。
【請求項９】
炭化水素系燃料を原燃料として水蒸気改質反応によって水素リッチガスを生成する燃料改質装置と、前記水素リッチガスを供給されて発電して電池冷却水を６０℃以上に加熱する燃料電池本体と、前記水蒸気改質反応に用いられる純水を貯える純水タンクと、前記純水タンクの溢水が流れ込むように形成されて前記電池冷却水を貯える電池冷却水タンクと、前記電池冷却水タンクの溢水が流れ込むように形成されて前記燃料電池本体から排出されるガスを凝縮した凝縮水を貯える凝縮水タンクと、イオン交換樹脂を備えて水から不純物を取り除き前記純水タンクに供給する水質浄化装置と、前記凝縮水タンクに貯えられた水を前記水質浄化装置に送出するポンプと、前記水質浄化装置に供給される水の温度を変化させる温度調節手段と、前記水質浄化装置に供給される水の温度を測定する温度計と、を備えた燃料電池発電システムの運転方法において、
前記温度計が測定する温度が細菌繁殖限界温度未満のまま第１の所定の期間経過した場合に、前記水質浄化装置に供給される水の温度が第２の所定期間所定の温度以上前記イオン交換樹脂の劣化温度以下となるように前記温度調節手段を制御する高温保持工程、
を有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１０】
前記温度調節手段は前記凝縮水タンクに貯えられた水を加熱するヒータを備えていて、前記高温保持工程は前記燃料電池本体の発電停止中に行われることを特徴とする請求項９に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およびその運転方法に関する。
【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る。このシステムは、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、静かで有害な排ガスを出さないという環境性に優れた特徴を持つ。最近では、小型のＰＥＦＣ（固体高分子形燃料電池）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。この家庭用あるいは小規模事業用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。
【０００３】
現在は、燃料供給基盤が既に整っている都市ガスやＬＰガス、灯油などの炭化水素系燃料から、水蒸気との改質反応により得られる水素で発電する燃料電池発電システムを中心に開発が進められている。また、その発電効率、品質向上、コスト低減の努力が、日々なされている。
【０００４】
燃料電池発電システムは、水処理システムを備えている。この水処理システムは、電池冷却水の供給、改質水の供給、凝縮水の回収などの重要な機能を担っている。電池冷却水は、化学反応で発熱した燃料電池を通常動作温度に維持するために必要である。改質水は、炭化水素系燃料を水蒸気改質するためのものである。また、最終的に大気へ排出するガスを冷却することにより得られる凝縮水を回収することで、システム系外からの補給水を少なくする、あるいは無くすことも可能である。このため、水処理システムは、システム効率を向上させることが求められる重要な構成機器の１つとなっている。
【０００５】
特許文献１には、改質水を貯える純水タンクと、回収した凝縮水を貯える凝縮水タンクと、電池冷却水タンクとを備えた燃料電池発電システムが開示されている。このシステムでは、純水タンクの溢水が電池冷却水タンクに流れ込み、電池冷却水タンクの溢水が電池凝縮水タンクに流れ込むように構成することにより、改質水系にだけ水質浄化装置を設ければよいようになっている。
【０００６】
このような水処理システムは、一般に燃料電池発電システムからの回収水およびシステム系外からの補給水に含まれる塩素、カルシウム、硫酸、アンモニアなどの燃料電池および燃料改質系触媒の被毒成分を、活性炭やイオン交換樹脂により除去する機能を有している。しかし、燃料電池発電システムからの回収水には、これらの成分の他、有機物など細菌やその他微生物の栄養源を含んでいることが多い。細菌などが繁殖すると、水処理システムを構成する機器や配管を閉塞し、燃料電池発電システムの運転に支障を生じることがある。
【０００７】
そこで、これら燃料電池発電システム内部の水中で細菌などが繁殖することを抑制するために、特許文献２には、燃料電池発電システムからの回収水に紫外線を照射する方法が開示されている。また、特許文献３には、除菌フィルタを水の流通経路内に設ける方法が開示されている。特許文献４や特許文献５には、回収水の温度を加熱殺菌に必要な、たとえば７０℃程度の所定の温度以上にして殺菌する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００８−１９８４００号公報
【特許文献２】特開平９−６３６１２号公報
【特許文献３】特開平８−６３６１１号公報
【特許文献４】特開平８−１３８７１４号公報
【特許文献５】特開２００２−２７０１９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、水中での微生物類繁殖の抑制を目的として紫外線を照射すると、照射装置の設置コストがかかる。また、照射装置を連続運転するために電力を消費する。このため、紫外線の照射による微生物類繁殖の抑制は、家庭用燃料電池発電システムでは現実的ではない。
【００１０】
除菌フィルタを用いると、水中に除菌成分が溶出してしまう可能性がある。また、除菌フィルタが効果を持続する期間は比較的短く、頻繁な交換が必要となる。このため、保守サイクルが短くなるため、寿命を通じての運用コストが増大する。
【００１１】
燃料電池発電システム内部を流通する水の温度を加熱殺菌する場合、殺菌温度を６０〜７０℃以上とすると、水温を上げるために熱エネルギーの損失が生じる。また、水温が高くなると、水質浄化装置に使われるイオン交換樹脂の熱劣化が早まる。
【００１２】
そこで、本発明は、コストの増加を抑制しつつ、燃料電池発電システム内での細菌の繁殖を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上述の目的を達成するため、本発明は、燃料電池発電システムにおいて、炭化水素系燃料を原燃料として水蒸気改質反応によって水素リッチガスを生成する燃料改質装置と、前記水素リッチガスを供給されて発電して電池冷却水を細菌死滅温度以上に加熱する燃料電池本体と、前記水蒸気改質反応に用いられる純水を貯える純水タンクと、前記純水タンクの溢水が流れ込むように形成されて前記電池冷却水を貯える電池冷却水タンクと、前記電池冷却水タンクの溢水が流れ込むように形成されて前記燃料電池本体から排出されるガスを凝縮した凝縮水を貯える凝縮水タンクと、イオン交換樹脂を備えて水から不純物を取り除き前記純水タンクに供給する水質浄化装置と、前記凝縮水タンクに貯えられた水を前記水質浄化装置に送出するポンプと、前記水質浄化装置に供給される水の温度を変化させる温度調節手段と、前記水質浄化装置に供給される水の温度を測定する温度計と、前記温度計が測定する温度が細菌繁殖限界温度未満のまま第１の所定の期間経過した場合に、前記水質浄化装置に供給される水の温度が第２の所定期間所定の温度以上前記イオン交換樹脂の劣化温度以下となるように前記温度調節手段を制御する制御装置と、を有することを特徴とする。
【００１４】
また、本発明は、炭化水素系燃料を原燃料として水蒸気改質反応によって水素リッチガスを生成する燃料改質装置と、前記水素リッチガスを供給されて発電して電池冷却水を６０℃以上に加熱する燃料電池本体と、前記水蒸気改質反応に用いられる純水を貯える純水タンクと、前記純水タンクの溢水が流れ込むように形成されて前記電池冷却水を貯える電池冷却水タンクと、前記電池冷却水タンクの溢水が流れ込むように形成されて前記燃料電池本体から排出されるガスを凝縮した凝縮水を貯える凝縮水タンクと、イオン交換樹脂を備えて水から不純物を取り除き前記純水タンクに供給する水質浄化装置と、前記凝縮水タンクに貯えられた水を前記水質浄化装置に送出するポンプと、前記水質浄化装置に供給される水の温度を変化させる温度調節手段と、前記水質浄化装置に供給される水の温度を測定する温度計と、を備えた燃料電池発電システムの運転方法において、前記温度計が測定する温度が細菌繁殖限界温度未満のまま第１の所定の期間経過した場合に、前記水質浄化装置に供給される水の温度が第２の所定期間所定の温度以上前記イオン交換樹脂の劣化温度以下となるように前記温度調節手段を制御する高温保持工程、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、コストの増加を抑制しつつ、燃料電池発電システム内での細菌の繁殖を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に係る燃料電池発電システムの一実施の形態におけるブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明に係る燃料電池発電システムの一実施の形態を、図面を参照して説明する。なお、この実施の形態は単なる例示であり、本発明はこれらに限定されない。
【００１８】
図１は、本発明に係る燃料電池発電システムの一実施の形態におけるブロック図である。
【００１９】
本実施の形態の燃料電池発電システムは、水タンク４２、燃料改質装置２、燃料電池本体５、貯湯槽９および制御器６０を備えている。燃料電池発電システムの貯湯槽９および制御器６０を除く機器は、筐体１の内部に収納されている。
【００２０】
水タンク４２の内部には、２枚の仕切り板３７が設けられている。これらの仕切り板３７で、水タンク４２の内部は、凝縮水タンク１４、電池冷却水タンク３０および純水タンク３１に仕切られている。純水タンク３１の容量を超えた水は、仕切り板３７を超えて電池冷却水タンク３０に流れ込むようになっている。また、電池冷却水タンク３０の容量を超えた水は、仕切り板３７を超えて凝縮水タンク１４に流れ込むようになっている。
【００２１】
また、凝縮水タンク１４には、そこに貯えられた水を加熱するヒータ４４が設けられている。ヒータ４４は、ヒータ電源６１に接続されている。ヒータ電源６１がヒータ４４に流す電流が変化することにより、ヒータ４４の発熱量は変化する。凝縮水タンク１４の下面には、排水管３４が取り付けられている。排水管３４は、少なくとも一部が凝縮水タンク１４の水面よりも高い位置になるように設けられている。排水管３４の凝縮水タンク１４に対して反対側の端部は、開口している。また、排水管３４の最も高い位置は、凝縮水タンク１４と電池冷却水タンク３４との間の仕切り板３７の上端よりも低く、凝縮水タンク１４から電池冷却水タンク３４に水が逆流しないようになっている。
【００２２】
凝縮水タンク１４は、ポンプ３５および水質浄化ライン熱交換器３６の高温側を介して水質浄化装置３３の上流側に接続されている。水質浄化装置３３に流れ込む水の温度は、第１温度計３８で測定される。水質浄化装置３３の内部には、陽イオン交換樹脂５３および陰イオン交換樹脂５４が収納されている。陽イオン交換樹脂５３の架橋度は、１０％以上とする。水質浄化装置３３の下流側は、純水タンク３１に接続されている。
【００２３】
燃料改質装置２は、改質器、ＣＯ変成器およびＣＯ選択酸化器を備えている。燃料改質装置２には、改質器バーナ１２が取り付けられている。燃料改質装置２は、外部の燃料源５６に接続されている。燃料源５６は、パイプラインあるいはガスボンベなど貯蔵設備である。また、純水タンク３１は、改質水ポンプ２５を介して燃料改質装置２に接続されている。
【００２４】
燃料電池本体５は、電解質膜（図示せず）を挟み込むように設けられたアノード５１およびカソード５２を備えている。アノード５１には、燃料流路が形成されている。カソード５２には、酸化剤流路が形成されている。また、燃料電池本体５には、冷却流路５５が形成されている。
【００２５】
アノード５１の燃料流路の上流側は、燃料改質器２に接続されている。アノード５１の燃料流路の下流側は、第１熱交換器８の高温側に接続されている。
【００２６】
カソード５２の酸化剤流路の上流側は、空気ブロワー６を介して空気フィルタ５７に接続されている。カソード５２の酸化剤流路の下流側は、脱炭酸塔１９を介して第２熱交換器１６の高温側に接続されている。
【００２７】
電池冷却水タンク３０は、電池冷却水ポンプ２１を介して燃料電池本体５に形成された冷却流路５５の上流側に接続されている。燃料電池本体５に形成された冷却流路５５の下流側は、第３熱交換器２２の高温側および脱炭酸塔１９を介して、電池冷却水タンク３０に接続されている。脱炭酸塔１９には、ポリプロピレンなどの耐熱性樹脂または炭素鋼、ステンレス鋼などの金属でできた多孔質構造体が充填されている。脱炭酸塔１９の内部には、水と気体の接触面積を広くするために複数段の平板が設けられていてもよい。
【００２８】
貯湯槽９は、給水ポンプ５８を介して水道水を供給される。給水ポンプ５８と貯湯槽９との間は、水質浄化ライン熱交換器３６の低温側を通過している。また、貯湯槽９には、第１熱交換器８の低温側、第２熱交換器１６の低温側、第３熱交換器２２の低温側を通り再び貯湯槽９に戻る排熱回収ラインが接続されている。排熱回収ラインの途中には、排熱回収循環水ポンプ６２が設けられている。排熱回収ラインを流れる水の第３熱交換器２２の低温側の下流の温度は、第２温度計４３で測定される。
【００２９】
第２熱交換器１６には凝縮水を受け取るドレンが設けられていて、このドレンは凝縮水タンク１４に接続されている。第２熱交換器１６の排気は、筐体１の外部に排出される。
【００３０】
制御器６０は、第１温度計３８および第２温度計４３が測定した温度を示す信号を受信する。制御器６０は、第１温度計３８および第２温度計４３が測定した温度に基づいて給水ポンプ５８、ヒータ電源６１およびその他の機器を制御する。
【００３１】
次に、この燃料電池発電システムの動作を説明する。
【００３２】
燃料源５６から炭化水素系燃料が燃料改質装置２に供給される。供給された原燃料は、燃料改質装置２で脱硫される。脱硫された燃料は、純水タンク３１から改質水ポンプ２５によって送られる改質水３を気化した水蒸気と混合される。燃料と水蒸気との混合気体は、燃料改質装置２の内部で水蒸気改質反応を起こす。
【００３３】
水蒸気改質反応は、吸熱反応である。そこで、バーナ１２によって発生した熱により、水蒸気改質反応を維持している。
【００３４】
水蒸気改質反応によって生成したガスには、メタン、ＣＯ、二酸化炭素（ＣＯ２）などが含まれる。燃料改質装置２は、一酸化炭素（ＣＯ）変成反応およびＣＯ選択酸化反応などにより、水蒸気改質反応によって生成したガスからＣＯを低減する。この際、ＣＯ濃度は、燃料電池本体５で触媒などに悪影響を与えないような制限値以下にされる。このようにして生成された水素リッチな改質ガス４は、アノード５１の燃料流路に供給される。燃料改質装置２のＣＯ選択酸化器へ導入する前の改質ガスを冷却して得た改質ガス凝縮水３２は、凝縮水タンク１４へ送られる。
【００３５】
カソード５２の酸化剤流路には、空気フィルタ５７で埃などが取り除かれた大気が空気ブロワー６によって供給される。燃料電池本体５は、アノード５１の燃料流路に供給された改質ガス４中の水素と、カソード５２の酸化剤流路に供給された大気中の酸素とを用いて発電する。
【００３６】
燃料電池本体５のアノード５１で消費されなかった水素を含有するアノード排ガス７は、第１熱交換器８において貯湯槽９から導入された排熱回収循環水１０との熱交換により冷却される。アノード排ガス７は、第１熱交換器８で冷却されてアノード排ガス凝縮水１１が除去された後、バーナ１２の燃料入口へ導入される。バーナ１２に導入されたアノード排ガス７は、筐体１の外部より供給された空気で燃焼し、燃焼によって生じた熱は水蒸気改質反応に用いられる。第１熱交換器８で生成されたアノード排ガス凝縮水１１は、水タンク４２の凝縮水タンク１４に送られる。バーナ１２の燃焼排ガス１５は、第２熱交換器１６へ送られる。
【００３７】
燃料電池本体５のカソード５２において酸素が消費されて大気より酸素濃度が低減されたカソード排ガス１７は、電池冷却水１８の電池出口水とともに脱炭酸塔１９へ導かれ、電池冷却水１８中の炭酸ガスが低減される。炭酸ガスが低減された、カソード排ガス１７は、第２熱交換器１６へ送られる。第２熱交換器１６へ送られたカソード排ガス１７およびバーナ１２の燃焼排ガス１５は、冷却されて凝縮水が除去された後、筐体１の外部へ排気される。
【００３８】
このように、凝縮水タンク１４には、改質ガス凝縮水３２と、アノード排ガス凝縮水１１と、燃焼排ガス１５を冷却して得られる改質器燃焼排ガス凝縮水と、カソード排ガス１７を冷却して得られるカソード排ガス凝縮水が貯水される。改質器燃焼排ガス凝縮水とカソード排ガス凝縮水は、いずれも第２熱交換器１６で冷却されて凝縮した水である。凝縮水タンク１４の余剰水は、排水管３４を通って燃料電池発電システムの外部へ排出される。
【００３９】
凝縮水タンク１４の凝縮水は、ポンプ３５によって送出され、水質浄化ライン熱交換器３６で温度が低減された後、水質浄化装置３３へ供給される。水質浄化ライン熱交換器３６の冷熱源としては、給水ポンプ５８で導入される水道水５９だけでなく、第１熱交換器８で冷却された排熱回収循環水１０、カソード５２に導入する前の空気などを用いてもよい。
【００４０】
水質浄化装置３３に供給された凝縮水タンク１４は、陽イオン交換樹脂５３および陰イオン交換樹脂５４で陽イオンおよび陰イオンが除去された後、純水タンク３１に供給される。純水タンク３１に貯えられた水は水蒸気改質反応に用いるため、純水タンク３１には水質浄化装置３３によって不純物を除去して導電率を低減した純水を発電運転前に貯えておく。あるいは、発電運転前に、予め不純物が除去されて導電率が低減された純水を、凝縮水タンク１４、電池冷却水タンク３０および純水タンク３１に貯えておいてもよい。
【００４１】
純水タンク３１の容量を超えた水は仕切り板３７を超えて電池冷却水タンク３０に流れ込む。このため、凝縮水タンク１４から水質浄化装置３３を介して純水タンク３１へ供給される水の流量を、改質水３の流量より多くすることにより、純水タンク３１から電池冷却水タンク３０へ純水が溢れ出す。
【００４２】
電池冷却水タンク３０の水は、電池冷却水１８として電池冷却水ポンプ２１により燃料電池本体５の冷却流路５５へ送出される。電池冷却水１８は燃料電池本体５を冷却して、燃料電池本体５を最適な動作温度に維持する。この際、電池冷却水１８は、燃料電池本体５に加熱されて、６０℃〜６５℃程度に上昇する。燃料電池本体５を通過した電池冷却水１８は、第３熱交換器２２で排熱回収循環水１０と熱交換して、約６０℃を少し下回る程度に温度が低下する。約６０℃を少し下回る程度に温度が低下した電池冷却水１８は、再び電池冷却水タンク３０に貯えられる。
【００４３】
第１熱交換器８の低温側には、貯湯槽９から排熱回収循環水１０が流れ込む。アノード排ガス７を冷却した排熱回収循環水１０は、第２熱交換器１６で燃焼排ガス１５およびカソード排ガス１７を冷却し、さらに、第３熱交換器２２で電池冷却水１８を冷却した後に、再び貯湯槽９に貯えられる。
【００４４】
水質浄化装置３３へ供給される凝縮水の温度は、第１温度計３８で監視されている。発電運転中に、この凝縮水の温度が細菌繁殖限界温度未満のまま一定時間経過したとき、制御器６０は、ポンプ３５の送出量を増大、あるいはポンプ５８の送出量を減少させる。これにより、凝縮水から水道水５９への熱交換量が、凝縮水の持つ熱量に対して相対的に低下し、水質浄化装置３３へ供給される凝縮水の温度は上昇する。この際、凝縮水の温度は、細菌繁殖抑制温度以上となるようにポンプ３５あるいはポンプ５８の送出量を調節し、細菌繁殖抑制温度以上のまま一定時間保持される。
【００４５】
水質浄化装置３３入口の凝縮水温度は、イオン交換樹脂劣化温度を超えないように制御される。イオン交換樹脂劣化温度は、一般的なイオン交換樹脂に対して約６０℃程度である。
【００４６】
また、排熱回収循環水ポンプ６２の送出量を減少させることにより、あるいは、電池冷却水ポンプ２１の送出量を増加させることにより、第２温度計４３で測定される電池冷却水１８と熱交換した後の排熱回収循環水１０の温度は上昇する。この場合、第３熱交換器２２での熱交換量は、電池冷却水１８の持つ熱量に対して相対的に低下し、電池冷却水１８の温度も上昇する。その結果、電池冷却水１８の電池冷却水タンク３０からの溢水が流れ込む凝縮水タンク１４に貯えられた水の温度が上昇する。このようにして、水質浄化装置３３へ供給される凝縮水の温度を上昇させることもできる。
【００４７】
真冬の寒冷地など外気温が非常に低く、水質浄化装置３３入口凝縮水温度を４５℃まで上昇させることが困難な場合は、凝縮水タンク１４に設置したヒータ４４を作動させて水質浄化装置３３入口凝縮水温度を細菌繁殖抑制温度以上に上昇させる。
【００４８】
つまり、水質浄化ライン熱交換器３６とポンプ３５あるいは給水ポンプ５８、および、第３熱交換器２２と排熱回収循環水ポンプ６２あるいは電池冷却水ポンプ２１は、それぞれ水質浄化装置３３に供給される水の温度を変化させる温度調節手段である。これらの温度調節手段は、いずれかを用いてもよいし、組み合わせて用いてもよい。さらに、ヒータ電源６１を制御装置６０で制御してヒータ４４の発熱量を変化させることにより、ヒータ４４を水質浄化装置３３に供給される水の温度を変化させる温度調節手段として用いることもできる。
【００４９】
一般的な住環境など燃料電池発電システムが設置される環境に存在する細菌は、約６０℃以上で死滅する。また、これらの細菌は、約４５℃以上でほとんど死滅し、スライム状となることはない。約４０℃においても、これらの細菌は、繁殖能力が低く、残存率も高くない。
【００５０】
つまり、細菌繁殖限界温度は約４０℃であり、この温度以下であれば、これらの細菌は繁殖する可能性がある。また、細菌繁殖抑制温度は、約４０℃以上である。細菌繁殖抑制温度は、たとえば４０℃であり、より好ましくは４５℃である。また、細菌死滅温度は、たとえば６０℃である。
【００５１】
本実施の形態において、電池冷却水タンク３０と燃料電池本体５の冷却流路５５とを循環する電池冷却水１８は、冷却流路５５において約６０℃以上となり、細菌死滅温度以上となるため、細菌は死滅する。したがって、電池冷却水タンク３０と燃料電池本体５の冷却流路５５とを循環している間に、電池冷却水１８中に細菌が繁殖する可能性は極めて小さい。
【００５２】
凝縮水タンク１４に貯えられた凝縮水は、細菌繁殖限界温度未満のまま時間が経過すると、細菌の繁殖リスクが高まっていく。しかし、細菌の繁殖リスクが高まった場合には、制御器６０によって水質浄化装置３３へ供給される凝縮水の温度は４０℃以上になるようにポンプ３５などが制御されるため、凝縮水中の細菌の繁殖は抑制される。さらに、水質浄化装置３３へ供給される凝縮水の温度を４５℃以上となるように制御すると、凝縮水中の細菌をほとんど死滅させることができる。
【００５３】
さらに、発電停止が一定時間以上続くと、水質浄化装置３３の内部の温度は細菌繁殖限界温度未満で維持されることになる。そこで、発電停止中にも定期的に、凝縮水タンク１４に設置されたヒータ４４などにより加熱された凝縮水をポンプ３５を稼働させることにより、水質浄化装置３３に一定期間供給する。このようにして、水質浄化装置３３に供給される水の温度が、所定の期間、細菌繁殖抑制温度以上となるようにする。これにより、発電停止中も細菌の繁殖を抑制することができる。
【００５４】
また、純水タンク３１を溢れた純水は、電池冷却水１８として用いられる。このため、水質浄化装置３３で浄化する水の流量を改質水３の供給量よりも高めることにより、浄化装置３３で浄化された水の一部を燃料電池本体５で６０℃以上に加熱し、さらに細菌の繁殖リスクを低減することができる。一方、水質浄化装置３３へ供給される凝縮水の温度はイオン交換樹脂劣化温度以下となるように制御されているため、水質浄化装置３３の陽イオン交換樹脂５３および陰イオン交換樹脂５４の熱劣化は抑制される。
【００５５】
さらに、凝縮水タンク１４に貯えられた凝縮水中の細菌の繁殖リスクが高まった場合には、ポンプ３５の送出量が増大するため、水質浄化装置３３への通水量が増大する。したがって、水質浄化装置３３およびこれに接続された配管などの機器の接液箇所から、細菌の栄養分となる有機物などを流し去ることができ、細菌の繁殖を抑制することができる。
【００５６】
また、本実施の形態では、燃料電池発電システムの排熱を回収する熱交換器での熱交換量を調節することにより、水質浄化装置３３に供給される水の温度を調節しているため、寒冷地でない限り、水の加熱のための機器が必要ではない。寒冷地であったとしても、凝縮水タンク１４に単純なヒータ４４を設けるだけで水質浄化装置３３に供給される水の温度を調節することができる。このため、本実施の形態の燃料電池発電システムは、従来の燃料電池発電システムに対して、機器の製造・組立てなどに要するコストの増加は小さい。
【００５７】
ヒータ４４によって電力を消費するのは、寒冷地に設置された場合で、かつ、特に寒い気候の場合だけに限定される。また、紫外線などの照射のために電力を消費することもない。このため、細菌の繁殖を抑制するためだけに消費されるエネルギーは、それほど大きくない。つまり、燃料電池発電システムの全体としてのエネルギー効率は高い。
【００５８】
さらに、本実施の形態の燃料電池発電システムでは、陽イオン交換樹脂５３および陰イオン交換樹脂５４の熱劣化が抑制されているため、交換頻度が少なくてすむ。このため、保守に要するコストが抑制される。
【００５９】
このように、本実施の形態では、コストの増加を抑制しつつ、燃料電池発電システム内での細菌の繁殖を抑制することができる。したがって、水処理システムにおいて、水の流路の閉塞は、発生しにくい。このため、安定した運転が可能である。
【００６０】
なお、本実施の形態は、適用事例の多い、貯湯槽への水を使った熱供給システムを用いて説明したが、熱の供給形態は貯湯槽に限定されず、また排熱回収循環系統を流れる媒体も水に限定されない。
【符号の説明】
【００６１】
１…筐体、２…燃料改質装置、３…改質水、４…改質ガス、５…燃料電池本体、６…空気ブロワー、７…アノード排ガス、８…第１熱交換器、９…貯湯槽、１０…排熱回収循環水、１１…アノード排ガス凝縮水、１２…バーナ、１４…凝縮水タンク、１５…燃焼排ガス、１６…第２熱交換器、１７…カソード排ガス、１８…電池冷却水、１９…脱炭酸塔、２１…電池冷却水ポンプ、２２…第３熱交換器、２５…改質水ポンプ、３０…電池冷却水タンク、３１…純水タンク、３２…改質ガス凝縮水、３３…水質浄化装置、３４…排水管、３５…ポンプ、３６…水質浄化ライン熱交換器、３７…仕切り板、３８…第１温度計、４２…水タンク、４３…第２温度計、４４…ヒータ、５１…アノード、５２…カソード、５３…陽イオン交換樹脂、５４…陰イオン交換樹脂、５５…冷却流路、５６…燃料源、５７…空気フィルタ、５８…給水ポンプ、５９…水道水、６０…制御器、６１…ヒータ電源、６２…排熱回収循環水ポンプ
【図１】
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