(57)【要約】【課題】凍結時において、燃料電池発電システムの安全起動及び安定運転を確保すること。【解決手段】その内部に充填されたイオン交換樹脂１４と接触させることにより、水を通流させて浄化するイオン交換樹脂容器１２０と、浄化された水を貯える浄化水用タンク１６と、イオン交換樹脂容器１２０に近接して配置され、浄化水用タンク１６に貯えられた水が通流する浄化水通流容器１２１と、浄化水用タンク１６に貯えられた水を浄化水通流容器１２１に通流させる浄化水通流手段１１４と、イオン交換樹脂１４の凍結状態を検知するイオン交換樹脂状態検知手段１１０と、イオン交換樹脂１４の凍結状態に基づいて、浄化水通流手段１１４を制御する制御手段１３０とを備え、制御手段１３０は、イオン交換樹脂１４が凍結した際または凍結する際に、浄化水通流容器１２１の内部を通流させる水の熱によりイオン交換樹脂１４を加熱する。【選択図】図１
2005032654.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水を貯えるタンクと、
前記水を貯えるタンクから水をくみ出す水汲み出し手段と、
その内部に充填されたイオン交換樹脂と接触させることにより、前記水を貯えるタンクからくみ出された水を通流させて浄化するイオン交換樹脂容器と、
前記イオン交換樹脂容器で浄化された水を貯え、加熱手段を有する浄化水用タンクと、
前記浄化水用タンクに貯えられた水が通流する容器であって、通流する前記水の熱が前記イオン交換樹脂に伝わるように前記イオン交換樹脂容器に近接して配置された浄化水通流容器と、
前記浄化水用タンクに貯えられた水を前記浄化水通流容器に通流させる浄化水通流手段と、
前記イオン交換樹脂の凍結状態を検知するイオン交換樹脂状態検知手段と、
前記イオン交換樹脂の凍結状態に基づいて、前記浄化水通流手段を制御する制御手段とを備え、
前記制御手段は、前記イオン交換樹脂が凍結した際または凍結する際に、前記浄化水用タンクに貯えられた水を前記浄化水通流容器の内部に通流させることにより、前記イオン交換樹脂を加熱する、燃料電池発電装置の水処理システム。
【請求項２】
前記イオン交換樹脂状態検知手段は、前記イオン交換樹脂の温度を検知する温度検知手段であり、
前記制御手段は、前記イオン交換樹脂が凍結した温度になった際または凍結する温度に近づいた際に、前記浄化水用タンクに貯えられた水を前記浄化水通流容器の内部に通流させることにより、凍結した状態にならないように前記イオン交換樹脂を加熱する、請求項１に記載の燃料電池発電装置の水処理システム。
【請求項３】
前記イオン交換樹脂状態検知手段は、前記イオン交換樹脂容器の通流した水の出口に配置され、前記イオン交換樹脂容器から流れ出す水の電導度を検知する電導度検知手段であり、
前記制御手段は、前記イオン交換樹脂容器から流れ出す水の電導度が、前記イオン交換樹脂が凍結した時の電導度になった際または凍結する時の電導度に近づいた際に、前記浄化水用タンクに貯えられた水を前記浄化水通流容器の内部に通流させることにより、凍結した状態にならないように前記イオン交換樹脂を加熱する、請求項１に記載の燃料電池発電装置の水処理システム。
【請求項４】
前記イオン交換樹脂状態検知手段は、前記イオン交換樹脂容器の通流した水の出口に配置され、前記イオン交換樹脂容器から流れ出す水の流量を検知する流量検知手段であり、
前記制御手段は、前記イオン交換樹脂容器から流れ出す水の流量が、前記イオン交換樹脂が凍結した時の流量になった際または凍結する時の流量に近づいた際に、前記浄化水用タンクに貯えられた水を前記浄化水通流容器の内部に通流させることにより、凍結した状態にならないように前記イオン交換樹脂を加熱する、請求項１に記載の燃料電池発電装置の水処理システム。
【請求項５】
さらに、前記イオン交換樹脂容器を通流した水が、前記水を貯えるタンクと前記浄化水用タンクのいずれかに流れるように切り替える流路切替手段を備え、
前記制御手段は、前記イオン交換樹脂の凍結状態に基づいて、前記浄化水用タンクに貯えられた水を前記浄化水通流容器の内部に通流させるとともに、前記流路切替手段の切替状態を制御する、請求項１乃至４のいずれかに記載の燃料電池発電装置の水処理システム。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかに記載の燃料電池発電装置の水処理システムと、
燃料ガスと酸化剤ガスが供給されて発電する燃料電池スタックと、
前記燃料電池スタックから排出される排ガスに含まれる水蒸気から水を回収して前記水を貯えるタンクに貯える気液分離器とを備え、
前記浄化水タンクの水が前記燃料電池スタック内を循環する燃料電池発電装置。
【請求項７】
水を貯えるタンクからくみ出した水を、イオン交換樹脂が充填されているイオン交換樹脂容器に通流させて浄化し、浄化水用タンクに貯える水浄化ステップと、
前記イオン交換樹脂の凍結状態を検知するイオン交換樹脂状態検知ステップと、
前記イオン交換樹脂が凍結した際または凍結に近づいた際に、前記浄化水用タンクに貯えられた水を前記イオン交換樹脂容器に近接させて通流させることにより、凍結した状態にならないように前記イオン交換樹脂を加熱するイオン交換樹脂加熱ステップとを備えた、燃料電池発電装置の水処理システムの制御方法。
【請求項８】
請求項１乃至５のいずれかに記載の燃料電池発電装置の水処理システムの、
イオン交換樹脂の凍結状態に基づいて、浄化水通流手段を制御する制御手段としてコンピュータを機能させるためのプログラム。
【請求項９】
請求項８に記載のプログラムを担持した記録媒体であって、コンピュータで利用可能な記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池発電装置の水処理システムとその制御方法、および燃料電池発電装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の燃料電池発電装置として、燃料電池スタックから排出される燃料排ガス及び酸化剤排ガスから回収した水を、水処理装置で浄化し、冷却水タンクに貯え、燃料電池スタックの冷却水として使用するものがあった（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図４は、特許文献１に記載された従来の燃料電池発電装置の構成を示すものである。
【０００４】
水素を主成分とする燃料ガスと、燃料電池発電装置の系外から吸入した酸化剤ガス（主に空気が利用される）を、燃料電池スタック４１に供給し、発電を行う。燃料電池スタック４１から排出される燃料排ガス及び酸化剤排ガスは、燃料電池スタック４１の発電により生成された水を取り込み、湿度の高い状態になっている。これら燃料排ガス及び酸化剤排ガスに含まれる水蒸気を気液分離器４２で分離回収し、分離回収された水を凝縮水タンク４３に貯える。凝縮水タンク４３に貯えられた水は、ポンプ４４によって、イオン交換樹脂４６を充填した水処理装置４５に送られ、浄化された後、燃料電池スタック４１を冷却するための水を貯える冷却水タンク４７に送られる。
【０００５】
燃料電池発電装置の起動時に燃料電池スタック４１を効率的に加温するため、冷却水タンク４７の中にはヒーター４８が設置されている。そして、冷却水タンク４７の中の水は、燃料電池スタック４１を循環し、燃料電池スタック４１を一定温度に保つために利用されていた。
【特許文献１】特開平５−３１５００２号公報（例えば、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述した従来の燃料電池発電装置の構成では、寒冷地で使用した場合に、水処理装置４５が凍結するために、安全な起動と長期安定な発電を実現できないという課題を有していた。ここで、水処理装置４５が凍結するとは、内部に充填されているイオン交換樹脂４６の粒子が氷で覆われてしまう状態を言う。つまり、水処理装置４５が凍結した場合には、凝縮水タンク４３内の水が、氷で覆われたイオン交換樹脂４６に供給されるので、イオン交換樹脂４６と非接触な状態で通水されることになる。したがって、水処理装置４５を経由した水は、イオン成分が捕捉されない状態で冷却水タンク４７に送られるため、冷却水の電導度が高くなってしまい、燃料電池スタック４１において漏電を引き起こし、安全な起動と長期安定な発電を実現できなかった。
【０００７】
本発明は、上記従来の課題を考慮し、水処理装置が凍結するような寒冷地での使用においても、安全な起動と長期安定な運転を確保できる、燃料電池発電装置の水処理システムとその制御方法、および燃料電池発電装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した課題を解決するために、第１の本発明は、
水を貯えるタンクと、
前記水を貯えるタンクから水をくみ出す水汲み出し手段と、
その内部に充填されたイオン交換樹脂と接触させることにより、前記水を貯えるタンクからくみ出された水を通流させて浄化するイオン交換樹脂容器と、
前記イオン交換樹脂容器で浄化された水を貯え、加熱手段を有する浄化水用タンクと、
前記浄化水用タンクに貯えられた水が通流する容器であって、通流する前記水の熱が前記イオン交換樹脂に伝わるように前記イオン交換樹脂容器に近接して配置された浄化水通流容器と、
前記浄化水用タンクに貯えられた水を前記浄化水通流容器に通流させる浄化水通流手段と、
前記イオン交換樹脂の凍結状態を検知するイオン交換樹脂状態検知手段と、
前記イオン交換樹脂の凍結状態に基づいて、前記浄化水通流手段を制御する制御手段とを備え、
前記制御手段は、前記イオン交換樹脂が凍結した際または凍結する際に、前記浄化水用タンクに貯えられた水を前記浄化水通流容器の内部に通流させることにより、前記イオン交換樹脂を加熱する、燃料電池発電装置の水処理システムである。
【０００９】
第２の本発明は、
前記イオン交換樹脂状態検知手段は、前記イオン交換樹脂の温度を検知する温度検知手段であり、
前記制御手段は、前記イオン交換樹脂が凍結した温度になった際または凍結する温度に近づいた際に、前記浄化水用タンクに貯えられた水を前記浄化水通流容器の内部に通流させることにより、凍結した状態にならないように前記イオン交換樹脂を加熱する、第１の本発明の燃料電池発電装置の水処理システムである。
【００１０】
第３の本発明は、
前記イオン交換樹脂状態検知手段は、前記イオン交換樹脂容器の通流した水の出口に配置され、前記イオン交換樹脂容器から流れ出す水の電導度を検知する電導度検知手段であり、
前記制御手段は、前記イオン交換樹脂容器から流れ出す水の電導度が、前記イオン交換樹脂が凍結した時の電導度になった際または凍結する時の電導度に近づいた際に、前記浄化水用タンクに貯えられた水を前記浄化水通流容器の内部に通流させることにより、凍結した状態にならないように前記イオン交換樹脂を加熱する、第１の本発明の燃料電池発電装置の水処理システムである。
【００１１】
第４の本発明は、
前記イオン交換樹脂状態検知手段は、前記イオン交換樹脂容器の通流した水の出口に配置され、前記イオン交換樹脂容器から流れ出す水の流量を検知する流量検知手段であり、
前記制御手段は、前記イオン交換樹脂容器から流れ出す水の流量が、前記イオン交換樹脂が凍結した時の流量になった際または凍結する時の流量に近づいた際に、前記浄化水用タンクに貯えられた水を前記浄化水通流容器の内部に通流させることにより、凍結した状態にならないように前記イオン交換樹脂を加熱する、第１の本発明の燃料電池発電装置の水処理システムである。
【００１２】
第５の本発明は、
さらに、前記イオン交換樹脂容器を通流した水が、前記水を貯えるタンクと前記浄化水用タンクのいずれかに流れるように切り替える流路切替手段を備え、
前記制御手段は、前記イオン交換樹脂の凍結状態に基づいて、前記浄化水用タンクに貯えられた水を前記浄化水通流容器の内部に通流させるとともに、前記流路切替手段の切替状態を制御する、第１乃至第４のいずれかの本発明の燃料電池発電装置の水処理システムである。
【００１３】
第６の本発明は、
第１乃至第５のいずれかの本発明の燃料電池発電装置の水処理システムと、
燃料ガスと酸化剤ガスが供給されて発電する燃料電池スタックと、
前記燃料電池スタックから排出される排ガスに含まれる水蒸気から水を回収して前記水を貯えるタンクに貯える気液分離器とを備え、
前記浄化水タンクの水が前記燃料電池スタック内を循環する燃料電池発電装置である。
【００１４】
第７の本発明は、
水を貯えるタンクからくみ出した水を、イオン交換樹脂が充填されているイオン交換樹脂容器に通流させて浄化し、浄化水用タンクに貯える水浄化ステップと、
前記イオン交換樹脂の凍結状態を検知するイオン交換樹脂状態検知ステップと、
前記イオン交換樹脂が凍結した際または凍結に近づいた際に、前記浄化水用タンクに貯えられた水を前記イオン交換樹脂容器に近接させて通流させることにより、凍結した状態にならないように前記イオン交換樹脂を加熱するイオン交換樹脂加熱ステップとを備えた、燃料電池発電装置の水処理システムの制御方法である。
【００１５】
第８の本発明は、
第１乃至第５のいずれかの本発明の燃料電池発電装置の水処理システムの、
イオン交換樹脂の凍結状態に基づいて、浄化水通流手段を制御する制御手段としてコンピュータを機能させるためのプログラムである。
【００１６】
第９の本発明は、
第８の本発明のプログラムを担持した記録媒体であって、コンピュータで利用可能な記録媒体である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明により、水処理装置が凍結するような寒冷地での使用においても、安全な起動と長期安定な運転を確保できる、燃料電池発電装置の水処理システムとその制御方法、および燃料電池発電装置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】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１９】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における燃料電池発電装置の構成図である。本実施の形態１の燃料電池発電装置について、構成とともにその動作について説明する。
【００２０】
燃料処理装置（図示せず）にて原料ガスを改質した水素を主成分とする燃料ガスと、燃料電池発電装置の外部から酸化剤ガス供給手段（図示せず）を介して吸入した酸化剤ガスとしての空気を、燃料電池スタック１１に供給し発電を行う。燃料電池スタック１１から排出される燃料排ガス及び酸化剤排ガスは、気液分離器１２にてガス成分と水に分離され、分離された水は凝縮水タンク１３に回収される。凝縮水タンク１３に貯えられた水は、ポンプ１８によってイオン交換樹脂１４を充填した水処理装置１５に送られ、浄化された後、冷却水タンク１６に冷却水として貯えられる。
【００２１】
冷却水タンク１６に貯えられた冷却水は、冷却水循環ポンプ１９によって燃料電池スタック１１を循環し、燃料電池スタック１１を冷却する。燃料電池装置の起動時に燃料電池スタック１１を効率的に加温するために、冷却水タンク１６には、冷却水を加温するヒーター１７が設けられている。
【００２２】
水処理装置１５は、イオン交換樹脂１４を充填保持したイオン交換樹脂充填容器１２０と、イオン交換樹脂充填容器１２０に接し、水が通流する空間を有するイオン交換樹脂加温容器１２１で構成されている。イオン交換樹脂充填容器１２０の入口１２２と凝縮水タンク１３は、第１の送水経路１１１で結ばれており、イオン交換樹脂充填容器１２０の出口１２３と冷却水タンク１６は、第２の送水経路１１２で結ばれている。イオン交換樹脂加温容器１２１と冷却水タンク１６は、冷却水循環経路１１３で結ばれており、冷却水循環経路１１３には、冷却水をイオン交換樹脂加温容器１２１内に通流させるポンプ１１４が設けられている。
【００２３】
また、イオン交換樹脂充填容器１２０には、イオン交換樹脂１４の温度を検知するための温度検知手段１１０が設けられている。そして、温度検知手段１１０で得られる温度情報に基づき、ポンプ１８、ポンプ１１４およびヒーター１７を制御する制御部１３０が設けられている。
【００２４】
なお、凝縮水タンク１３、ポンプ１８、ヒーター１７、冷却水タンク１６、ポンプ１１４は、それぞれ本発明の、水を貯えるタンク、水汲み出し手段、加熱手段、浄化水用タンク、浄化水通流手段としての一例である。また、イオン交換樹脂充填容器１２０、イオン交換樹脂加温容器１２１、制御部１３０は、それぞれ本発明の、イオン交換樹脂容器、浄化水通流容器、制御手段としての一例である。
【００２５】
次に、水処理装置１５が凍結した場合の、本実施の形態１の燃料電池発電装置の水処理システムの動作について説明する。
【００２６】
制御部１３０は、温度検知手段１１０から得られる温度情報に基づいて水処理装置１５の凍結状態を判断する。水処理装置１５が凍結していると判断した時には、制御部１３０は、ポンプ１１４を運転させることで、冷却水循環経路１１３を介して、冷却水タンク１６に貯えられている冷却水を水処理装置１５に送る。その際、冷却水の温度が低い場合には、制御部１３０は、冷却水タンク１６に貯えられている冷却水を加温するようにヒーター１７を制御する。
【００２７】
また、制御部１３０は、このときに、ポンプ１８を停止するように制御して、イオン交換樹脂１４を充填したイオン交換樹脂充填容器１２０に、凝縮水タンク１３からの凝縮水が通水しないようにする。したがって、冷却水タンク１６にイオン成分が除去されていない水が混入しないため、冷却水を常に電導度の低い状態に維持できる。
【００２８】
そして、温度検知手段１１０からの温度情報によって、イオン交換樹脂１４が完全に解凍した状態になったと判断した時には、制御部１３０は、ポンプ１８の運転を再開させ、イオン交換樹脂充填容器１２０に凝縮水が送られるようにする。このようにして、イオン交換樹脂１４によりイオン成分が完全に除去された浄化水が冷却水として冷却水タンク１６に供給されるので、燃料電池スタック１１には電導度の低い冷却水の供給が可能となる。
【００２９】
制御部１３０は、水処理装置１５の凍結状態をイオン交換樹脂充填容器１２０に設けられた温度検知手段１１０から得られる温度情報によって判断でき、ポンプ１１４の運転状態の切り替え時期を的確に判断することができる。したがって、本実施の形態１の燃料電池発電装置を寒冷地において使用した場合、凍結した水処理装置１５を効率的に解凍でき、冷却水を電導度の低い状態に維持できるので、燃料電池発電装置を安全に起動し、長期安定な運転を実現することが可能となる。
【００３０】
なお、上記の処理は、水処理装置１５が凍結した状態を判断して制御することとしたが、水処理装置１５が凍結する状態になる前の状態を判断して制御してもよい。制御部１３０が、温度検知手段１１０からの温度情報によって、水処理装置１５が凍結する直前の状態になったと判断したとき、ポンプ１８の運転を継続させたまま、ポンプ１１４を運転して水処理装置１５が凍結しないように加温する。この場合、水処理装置１５での浄化処理は止めないので、燃料電池発電装置を連続して運転することができる。
【００３１】
（実施の形態２）
図２は、本発明の実施の形態２における燃料電池発電装置の構成図である。本実施の形態２の燃料電池発電装置について、構成とともにその動作について説明する。
【００３２】
燃料処理装置（図示せず）にて原料ガスを改質した水素を主成分とする燃料ガスと、燃料電池発電装置の外部から酸化剤ガス供給手段（図示せず）を介して吸入した酸化剤ガスとしての空気を、燃料電池スタック２１に供給し発電を行う。燃料電池スタック２１から排出される燃料排ガス及び酸化剤排ガスは、気液分離器２２にてガス成分と水に分離され、分離された水は凝縮水タンク２３に回収される。凝縮水タンク２３に貯えられた水は、ポンプ２８によってイオン交換樹脂２４を充填した水処理装置２５に送られ、浄化された後、冷却水タンク２６に冷却水として貯えられる。
【００３３】
冷却水タンク２６に貯えられた冷却水は、冷却水循環ポンプ２９によって燃料電池スタック２１を循環し、燃料電池スタック２１を冷却する。燃料電池装置の起動時に燃料電池スタック２１を効率的に加温するために、冷却水タンク２６には、冷却水を加温するヒーター２７が設けられている。
【００３４】
水処理装置２５は、イオン交換樹脂２４を充填保持したイオン交換樹脂充填容器２２０と、イオン交換樹脂充填容器２２０に接し、水が通流する空間を有するイオン交換樹脂加温容器２２１で構成されている。イオン交換樹脂充填容器２２０の入口２２２と凝縮水タンク２３は、第１の送水経路２１１で結ばれており、イオン交換樹脂充填容器２２０の出口２２３と冷却水タンク２６及び凝縮水タンク２３は、流路切替手段２１６を介して、第２の送水経路２１２及びバイパス経路２１５で結ばれている。イオン交換樹脂加温容器２２１と冷却水タンク２６は、冷却水循環経路２１３で結ばれており、冷却水循環経路２１３には、冷却水をイオン交換樹脂加温容器２２１内に通流させるポンプ２１４が設けられている。
【００３５】
また、第２の送水経路２１２には、流路切替手段２１６の上流側に、イオン交換樹脂充填容器２２０から排出される水の電導度を検知するための電導度検知手段２１０が設けられている。そして、電導度検知手段２１０で得られる電導度の情報に基づき、ポンプ２８、ポンプ２１４、流路切替手段２１６およびヒーター２７を制御する制御部２３０が設けられている。
【００３６】
なお、凝縮水タンク２３、ポンプ２８、ヒーター２７、冷却水タンク２６、ポンプ２１４は、それぞれ本発明の、水を貯えるタンク、水汲み出し手段、加熱手段、浄化水用タンク、浄化水通流手段としての一例である。また、イオン交換樹脂充填容器２２０、イオン交換樹脂加温容器２２１、制御部２３０は、それぞれ本発明の、イオン交換樹脂容器、浄化水通流容器、制御手段としての一例である。
【００３７】
次に、水処理装置２５が凍結した場合の、本実施の形態２の燃料電池発電装置の水処理システムの動作について説明する。
【００３８】
制御部２３０は、電導度検知手段２１０で得られる電導度の情報に基づいて水処理装置２５の凍結状態を判断する。水処理装置２５が凍結すると、イオン交換樹脂充填容器２２０に通水される水は、イオン成分が捕捉されない状態で排出されるようになるので、イオン交換樹脂充填容器２２０から排出される水の電導度が高くなる。つまり、イオン交換樹脂充填容器２２０から排出される水の電導度により、水処理装置２５の凍結状態を判断することができる。
【００３９】
水処理装置２５が凍結していると判断した時には、制御部２３０は、ポンプ２１４を運転させることで、冷却水循環経路２１３を介して、冷却水タンク２６に貯えられている冷却水を水処理装置２５に送る。その際、冷却水の温度が低い場合には、制御部２３０は、冷却水タンク２６に貯えられている冷却水を加温するようにヒーター２７を制御する。
【００４０】
また、制御部２３０は、このときに、イオン交換樹脂充填容器２２０から出た水がバイパス経路２１５側に通水するように、流路切替手段２１６を開閉させる。これによって、第２の送水経路２１２には水が通水しなくなるため、冷却水タンク２６にイオン成分が除去されない水が混入せず、冷却水を常に電導度の低い状態に維持できる。また、制御部２３０は、このときに、イオン交換樹脂充填容器２２０に凝縮水タンク１３からの凝縮水が通水しないように、ポンプ１８を停止するように制御してもよい。、
そして、電導度検知手段２１０で得られる電導度の情報によって、イオン交換樹脂２４が完全に解凍した状態になったと判断した時には、制御部２３０は、イオン交換樹脂充填容器２２０から排出した水が第２の送水経路２１２側に通水するように、流路切替手段２１６を開閉させる。したがって、イオン交換樹脂２４によりイオン成分が完全に除去された浄化水が冷却水として冷却水タンク２６に供給されるので、燃料電池スタック２１への電導度の低い冷却水の供給が可能となる。
【００４１】
制御部２３０は、水処理装置２５の凍結状態を、第２の送水経路２１２に設けられた電導度検知手段２１０から得られる水の電導度の情報によって判断でき、流路切替手段２１６の開閉状態を適切に変更することができる。したがって、本実施の形態２の燃料電池発電装置を寒冷地において使用した場合、凍結した水処理装置２５を効率的に解凍でき、冷却水を電導度の低い状態に維持できるので、燃料電池発電装置を安全に起動し、長期安定な運転を実現することが可能となる。
【００４２】
なお、上記の処理は、水処理装置２５が凍結した状態を判断して制御することとしたが、水処理装置２５が凍結する状態になる前の状態を判断して制御してもよい。制御部２３０が、電導度検知手段２１０から得られる水の電導度の情報によって、水処理装置２５が凍結する直前の状態になったと判断したときに、ポンプ２１４を運転して水処理装置１５が凍結しないように加温する。この場合、流路切替手段２１６によってバイパス経路２１５側に流路を切り替えている時間を短縮できる、または、バイパス経路２１５側への流路の切り替え無しにできる。
【００４３】
（実施の形態３）
図３は、本発明の実施の形態３における燃料電池発電装置の構成図である。本実施の形態３の燃料電池発電装置について、構成とともにその動作について説明する。
【００４４】
燃料処理装置（図示せず）にて原料ガスを改質した水素を主成分とする燃料ガスと、燃料電池発電装置の外部から酸化剤ガス供給手段（図示せず）を介して吸入した酸化剤ガスとしての空気を、燃料電池スタック３１に供給し発電を行う。燃料電池スタック３１から排出される燃料排ガス及び酸化剤排ガスは、気液分離器３２にてガス成分と水に分離され、分離された水は凝縮水タンク３３に回収される。凝縮水タンク３３に貯えられた水は、ポンプ３８によってイオン交換樹脂３４を充填した水処理装置３５に送られ、浄化された後、冷却水タンク３６に冷却水として貯えられる。
【００４５】
冷却水タンク３６に貯えられた冷却水は、冷却水循環ポンプ３９によって燃料電池スタック３１を循環し、燃料電池スタック３１を冷却する。燃料電池装置の起動時に燃料電池スタック３１を効率的に加温するために、冷却水タンク３６には、冷却水を加温するヒーター３７が設けられている。
【００４６】
水処理装置３５は、イオン交換樹脂３４を充填保持したイオン交換樹脂充填容器３２０と、イオン交換樹脂充填容器３２０に接し、水が通流する空間を有するイオン交換樹脂加温容器３２１で構成されている。イオン交換樹脂充填容器３２０の入口３２２と凝縮水タンク３３は、第１の送水経路３１１で結ばれており、イオン交換樹脂充填容器３２０の出口３２３と冷却水タンク３６及び凝縮水タンク３３は、流路切替手段３１６を介して、第２の送水経路３１２及びバイパス経路３１５で結ばれている。イオン交換樹脂加温容器３２１と冷却水タンク３６は、冷却水循環経路３１３で結ばれており、冷却水循環経路３１３には冷却水をイオン交換樹脂加温容器３２１内に通流させるポンプ３１４が設けられている。
【００４７】
また、第２の送水経路３１２には、流路切替手段３１６の上流側に、イオン交換樹脂充填容器３２０から排出される水の流量を検知するための流量検知手段３１０が設けられている。そして、流量検知手段３１０で得られる流量の情報に基づき、ポンプ３８、ポンプ３１４、流路切替手段３１６およびヒーター３７を制御する制御部３３０が設けられている。
【００４８】
なお、凝縮水タンク３３、ポンプ３８、ヒーター３７、冷却水タンク３６、ポンプ３１４は、それぞれ本発明の、水を貯えるタンク、水汲み出し手段、加熱手段、浄化水用タンク、浄化水通流手段としての一例である。また、イオン交換樹脂充填容器３２０、イオン交換樹脂加温容器３２１、制御部３３０は、それぞれ本発明の、イオン交換樹脂容器、浄化水通流容器、制御手段としての一例である。
【００４９】
次に、水処理装置３５が凍結した場合の、本実施の形態３の燃料電池発電装置の水処理システムの動作について説明する。
【００５０】
制御部３３０は、流量検知手段３１０で得られる流量の情報に基づいて水処理装置３５の凍結状態を判断する。水処理装置３５が凍結すると、圧力損失が増大し、イオン交換樹脂充填容器３２０から排出される水の流量が少なくなる。つまり、イオン交換樹脂充填容器３２０から排出される水の流量により、水処理装置３５の凍結状態を判断することができる。
【００５１】
水処理装置３５が凍結していると判断した時には、制御部３３０は、ポンプ３１４を運転させることで、冷却水循環経路３１３を介して、冷却水タンク３６に貯えられている冷却水を水処理装置３５に送る。その際、冷却水の温度が低い場合には、制御部３３０は、冷却水タンク３６に貯えられている冷却水を加温するようにヒーター３７を制御する。
【００５２】
また、制御部３３０は、このときに、イオン交換樹脂充填容器３２０から出た水がバイパス経路３１５側に通水するように、流路切替手段３１６を開閉させる。これによって、第２の送水経路３１２には水が通水しなくなるため、冷却水タンク３６にイオン成分が除去されない水が混入せず、冷却水を常に電導度の低い状態に維持できる。また、制御部３３０は、このときに、イオン交換樹脂充填容器３２０に凝縮水タンク３３からの凝縮水が通水しないように、ポンプ３８を停止するように制御してもよい。、
そして、流量検知手段３１０で得られる流量の情報によって、イオン交換樹脂３４が完全に解凍した状態になったと判断した時には、制御部３３０は、イオン交換樹脂充填容器３２０から排出された水が第２の送水経路３１２側に通水するように、流路切替手段３１６を開閉させる。したがって、イオン交換樹脂３４によりイオン成分が完全に除去された浄化水が冷却水として冷却水タンク３６に供給されるので、燃料電池スタック３１への電導度の低い冷却水の供給が可能となる。
【００５３】
制御部３３０は、水処理装置３５の凍結状態を、第２の送水経路３１２に設けられた流量検知手段３１０から得られる水の流量の情報によって判断でき、流路切替手段３１６の開閉状態を適切に変更することができる。したがって、本実施の形態３の燃料電池発電装置を寒冷地において使用した場合、凍結した水処理装置３５を効率的に解凍でき、冷却水を電導度の低い状態に維持できるので、燃料電池発電装置を安全に起動し、長期安定な運転を実現することが可能となる。
【００５４】
なお、上記の処理は、水処理装置３５が凍結した状態を判断して制御することとしたが、水処理装置３５が凍結する状態になる前の状態を判断して制御してもよい。制御部３３０が、流量検知手段３１０から得られる水の流量の情報によって、水処理装置３５が凍結する直前の状態になったと判断したときに、ポンプ３１４を運転して水処理装置３５が凍結しないように加温する。この場合、流路切替手段３１６によってバイパス経路３１５側に流路を切り替えている時間を短縮できる、または、バイパス経路３１５側への流路の切り替え無しにできる。
【００５５】
なお、本発明のプログラムは、上述した本発明の燃料電池発電装置の水処理システムの制御手段の全部または一部の機能をコンピュータにより実行させるためのプログラムであって、コンピュータと協働して動作するプログラムである。
【００５６】
また、本発明の記録媒体は、上述した本発明の燃料電池発電装置の水処理システムの制御手段の全部または一部の機能をコンピュータにより実行させるためのプログラムを担持した記録媒体であり、コンピュータにより読み取り可能かつ、読み取られた前記プログラムが前記コンピュータと協働して利用される記録媒体である。
【００５７】
また、本発明のプログラムの一利用形態は、コンピュータにより読み取り可能な記録媒体に記録され、コンピュータと協働して動作する態様であっても良い。
【００５８】
また、記録媒体としては、ＲＯＭ等が含まれ、伝送媒体としては、インターネット等の伝送媒体、光・電波・音波等が含まれる。
【００５９】
また、上述した本発明のコンピュータは、ＣＰＵ等の純然たるハードウェアに限らず、ファームウェアや、ＯＳ、更に周辺機器を含むものであっても良い。
【００６０】
なお、以上説明した様に、本発明の構成は、ソフトウェア的に実現しても良いし、ハードウェア的に実現しても良い。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
本発明にかかる燃料電池発電装置の水処理システムは、水処理装置が凍結するような寒冷地での使用においても、安全な起動と長期安定な運転を確保できる機能を有し、燃料電池発電装置の水処理システムとその制御方法、および燃料電池発電装置等として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の実施形態１における燃料電池発電装置の構成図
【図２】本発明の実施形態２における燃料電池発電装置の構成図
【図３】本発明の実施形態３における燃料電池発電装置の構成図
【図４】従来の燃料電池発電装置の構成図
【符号の説明】
【００６３】
１１、２１、３１、４１  燃料電池スタック
１２、２２、３２、４２  気液分離器
１３、２３、３３、４３  凝縮水タンク
１４、２４、３４、４６  イオン交換樹脂
１５、２５、３５、４５  水処理装置
１６、２６、３６、４７  冷却水タンク
１７、２７、３７、４８  ヒーター
１８、２８、３８、４４、１１４、２１４、３１４  ポンプ
１９、２９、３９  冷却水循環ポンプ
１１０  温度検知手段
１１１、２１１、３１１  第１の送水経路
１１２、２１２、３１２  第２の送水経路
１１３、２１３、３１３  冷却水循環経路
１２０、２２０、３２０  イオン交換樹脂充填容器
１２１、２２１、３２１  イオン交換樹脂加温容器
１３０、２３０、３３０  制御部
２１０  電導度検知手段
２１５、３１５  バイパス経路
２１６、３１６  流路切替手段
３１０  流量検知手段
【図１】
2005032654.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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