(57)【要約】【課題】  燃料電池発電システムにおいて、簡単かつ安価な構成で熱交換器を含む温度制御用循環水路の全体を効率よく清掃する。【解決手段】  燃料電池２に温度制御水Ｃを循環させる循環水路４上に熱交換器８を備えた燃料電池発電システム１において、燃料電池２の発電停止中に、加圧空気Ａをコンプレッサー１５から循環水路４に供給する。循環水路４と二次給気配管１８との接続部に気液混合器２１を設け、加圧空気Ａと温度制御水Ｃとを混合して、循環水路４中に気泡を混入させる。気泡によって除去された不純物を温度制御水Ｃに乗せて分離器２２に送り、温度制御水Ｃから分離して容器２３に回収する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池に温度制御水を循環させる循環水路上に熱交換器を備えた燃料電池発電システムにおいて、循環水路に加圧空気を供給する給気手段と、加圧空気と温度制御水とを混合し循環水路中に気泡を混入させる気液混合器と、気泡によって循環水路と熱交換器から除去された不純物を温度制御水から分離する分離器とを備えたことを特徴とする温度制御用循環水路の清掃装置。
【請求項２】
燃料電池の発電停止中に、前記給気手段を所定時間動作させることを特徴とする請求項１記載の温度制御用循環水路の清掃装置。
【請求項３】
燃料電池より上流側における温度制御水の圧力と熱交換器より下流側における温度制御水の圧力との差圧が規定値を超えたときに、前記給気手段を動作させることを特徴とする請求項１または２記載の温度制御用循環水路の清掃装置。
【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において、燃料電池に温度制御水を循環させる水路と該水路上に設けられた熱交換器とを清掃する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、燃料電池発電システムで使用される燃料電池は、電気化学反応による発熱を抑えて所定の運転温度に制御される。燃料電池内には冷却板が積層され、発電システムに温度制御水を冷却板に循環させるための水路が配管され、この循環水路上に貯湯槽等と熱交換を行うための熱交換器が設けられている。循環水路や熱交換器の流路は狭いため、ゴミや水垢等の不純物が付着すると、循環ポンプの負荷が増大し、発電システム全体の消費電力が増え、総合発電効率が低下する。
【０００３】
そこで、従来、温度制御水の循環系から不純物を除去する各種の技術が提案されている。例えば、特許文献１には、燃料電池発電システムの生成水回収装置において、凝縮器に内蔵した散水ノズルからジェット噴流を発生させて熱交換器を清掃する装置が記載されている。特許文献２には、廃棄物の焼却炉や溶融炉等で使用する熱交換器において、ショット球を噴出気体に乗せて伝熱管に吹き付け、伝熱管に付着したダストを掻き落とす装置が記載されている。その他、熱交換器の一般的な清掃技術として、温度制御水に混入した薬剤によって熱交換器内のプレートを清掃する方法も知られている。
【特許文献１】特開２０００−３４８７５２号公報
【特許文献２】特開２０００−１７１１９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、ジェット噴流による清掃装置は、散水ノズル等の専用部品を設ける必要があり、熱交換器周辺の構成が複雑化するうえ、熱交換器以外の循環水路に付着した不純物を除去できないという問題点があった。ショット球による清掃装置は、狭い閉ループの温度制御用循環水路で使用すると、燃料電池内のセパレータや熱交換器内のプレートを傷める可能性が高く、燃料電池発電システムに不向きであった。また、薬剤による清掃方法は、薬剤の取り扱いやメンテナンスに不便を来たすうえ、廃液を発電システム自体で処理できず、別途に水処理設備を付設する必要があった。
【０００５】
本発明の目的は、上記課題を解決し、簡単かつ安価な構成で熱交換器を含む温度制御用循環水路の全体を効率よく清掃できる装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明は、燃料電池に温度制御水を循環させる循環水路上に熱交換器を備えた燃料電池発電システムにおいて、以下の清掃装置を提供する。
（１）循環水路に加圧空気を供給する給気手段と、加圧空気と温度制御水とを混合し循環水路中に気泡を混入させる気液混合器と、気泡によって循環水路と熱交換器から除去された不純物を温度制御水から分離する分離器とを備えたことを特徴とする清掃装置。
【０００７】
（２）燃料電池の発電停止中に、給気手段を所定時間動作させることを特徴とする清掃装置。
（３）燃料電池より上流側における温度制御水の圧力と熱交換器より下流側における温度制御水の圧力との差圧が規定値を超えたときに、給気手段を動作させることを特徴とする清掃装置。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の清掃装置によれば、循環水路を流れる温度制御水に加圧空気を混合するので、混合により発生した気泡で熱交換器を含む循環水路の全体を効率よく清掃することができる。また、気液混合器を既設の循環水路に簡単に接続できるため、循環水路の配管を変えたり熱交換器を改造したりする必要がなく、簡単な改良で燃料電池発電システムの機能性を高めることができる。しかも、薬剤を使用しないため、廃液を処理するための付帯設備が不要になるうえ、メンテナンスも容易になり、発電システムを経済的に運転できるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。図１、図２はそれぞれ燃料電池発電システムの全体的な構成を示し、図１の発電システムに本発明による実施例１の清掃装置が装備され、図２の発電システムに本発明による実施例２の清掃装置が装備されている。
【実施例１】
【００１０】
図１に示すように、この燃料電池発電システム１では、燃料電池２の温度を制御するための温度制御水Ｃが水槽３に貯留されている。水槽３と燃料電池２との間には循環水路４が配管され、温度制御水Ｃがポンプ５により循環水路４を通して燃料電池２に供給され、燃料電池２を冷却したのちに水槽３に還流する。なお、温度制御水Ｃには燃料電池２の生成水を使用できるほか、生成水と水道水の混合水も使用可能である。
【００１１】
ポンプ５側の循環水路４上には調圧器６と逆止弁７と設けられ、還流側の循環水路４上に熱交換器８が設けられている。熱交換器８には貯湯槽（図示略）からの冷水管９と貯湯槽への温水管１０とが接続され、温度制御水Ｃと貯湯槽内の温水との間で熱交換が行われる。熱交換器８の下流側には二つのバルブＶ１，Ｖ２が並列的に設けられ、水槽３の上流側で循環水路４を選択的に開放するようになっている。
【００１２】
燃料電池２は水素ガスの導入口１２と空気の導入口１３とを備え、空気導入口１３が一次給気配管１４上のバルブＶ３を介してコンプレッサー１５の一方の吐出口１６に接続されている。コンプレッサー１５は加圧空気Ａを循環水路４に供給する給気手段であって、他方の吐出口１７が二次給気配管１８上のバルブＶ４、調圧器１９、逆止弁２０を介して循環水路４に接続されている。
【００１３】
循環水路４と二次給気配管１８との接続部には気液混合器２１が設けられ、加圧空気Ａと温度制御水Ｃとを混合して循環水路４中に気泡を混入させる。一方、水槽３とバルブＶ２との間の循環水路４上には分離器２２が設けられ、気泡によって循環水路４と熱交換器８から除去された不純物を温度制御水Ｃから分離して容器２３に回収するとともに、気泡を温度制御水Ｃから分離して大気に放出するようになっている。
【００１４】
コンプレッサー１５、気液混合器２１、分離器２２は循環水路４の清掃装置１１を構成している。発電システム１の制御装置（図示略）は燃料電池２の運転時間と循環水路４の清掃時間とを管理するプログラムをメモリに備えている。燃料電池２の発電中は、バルブＶ１，Ｖ３が開き、バルブＶ２，Ｖ４が閉じ、コンプレッサー１５とポンプ５が駆動し、加圧空気Ａが燃料電池２に供給され、温度制御水Ｃが循環水路４を循環する。
【００１５】
電力需要が低下する時間帯になると、すべてのバルブＶ１〜Ｖ４が閉じ、コンプレッサー１５とポンプ５が停止し、燃料電池２が発電を停止し待機状態となる。この待機状態において清掃開始時刻になると、バルブＶ１，Ｖ３が閉じ、バルブＶ２，Ｖ４が開き、循環水路４上の調圧器６と二次給気配管１８上の調圧器１９の設定圧が清掃に適した値に調整され、コンプレッサー１５とポンプ５が駆動し、加圧空気Ａと温度制御水Ｃが気液混合器２１に流入する。
【００１６】
気液混合器２１では加圧空気Ａが温度制御水Ｃと混合して気泡を発生し、気泡が水流に乗って循環水路４中に混入する。そして、循環水路４、燃料電池２の冷却板、熱交換器８の流路内壁面に付着した不純物が気泡によって掻き落され、温度制御水Ｃと共に分離器２２に送られる。分離器２２では温度制御水Ｃから不純物と気泡が分離され、不純物は容器２３に回収され、気泡が大気に放出され、清浄な温度制御水Ｃが水槽３に還流する。
【００１７】
所定の清掃時間が終了すると、バルブＶ１〜Ｖ４が閉じ、コンプレッサー１５とポンプ５が停止し、調圧器６，１９の設定圧が発電に適した値に戻される。従って、この実施例１の清掃装置１１によれば、燃料電池２の発電停止中にコンプレッサー１５を所定時間動作させて清掃を行うので、電力需要の高い時期に燃料電池２の発電効率が低下するおそれがなく、清掃に伴う電力消費量も最小限に抑えることができて、燃料電池発電システム１の総合発電効率を高めることができる。
【実施例２】
【００１８】
図２に示すように、実施例２の清掃装置３１はコンプレッサー１５、気液混合器２１および分離器２２に加え、二つの圧力計３２，３３とバルブＶ５とを備えている。第一圧力計３２は燃料電池２と気液混合器２１との間の循環水路４上に設けられ、燃料電池２より上流側で温度制御水Ｃの圧力を検出する。第二圧力計３３は熱交換器８と水槽３との間の循環水路４上に設けられ、熱交換器８より下流側で温度制御水Ｃの圧力を検出する。バルブＶ５は分離器２２の不純物排出管３４上に設けられている。
【００１９】
燃料電池発電システム１の制御装置は、燃料電池２の発電中、二つの圧力計３２，３３の出力を監視し、燃料電池２より上流側の圧力と熱交換器８より下流側の圧力との差圧の変化を記録する。そして、不純物の付着により循環水路４の圧力損失が増大し、圧力計３２，３３の差圧が規定値を超えていたときには、燃料電池２の次回の発電停止期間中に、実施例１と同様の手順でコンプレッサー１５を起動し、気液混合器２１で発生させた気泡により循環水路４を清掃する。
【００２０】
所定の清掃時間が終了すると、分離器２２のバルブＶ５を開き、不純物を分離器２２から排出管３４を通して容器２３に自動的に回収する。こうすれば、実施例１とは異なり、圧力損失の程度が大きい必要時に限ってコンプレッサー１５を駆動し、清掃に伴う消費電力を節減し、循環水路４をより効率よく清掃することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施例１を示す燃料電池発電システムの構成図である。
【図２】本発明の実施例２を示す燃料電池発電システムの構成図である。
【符号の説明】
【００２２】
１    燃料電池発電システム
２    燃料電池
４    循環水路
８    熱交換器
１１    清掃装置（実施例１）
１５    コンプレッサー
２１    気液混合器
２２    分離器
３１    清掃装置（実施例２）
３２    第一圧力計
３３    第二圧力計
Ａ    加圧空気
Ｃ    温度制御水
【図１】
2008176979.tif 000003
【図２】
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