(57)【要約】【課題】イオン交換樹脂への負荷を低減しすると共に、その酸化分解を抑制することによって、改質水への硫黄化合物の流出を防止する。【解決手段】冷却水系を２方向１８ａ，１８ｂに分流し、分流した一方の水系１８ａに、燃料電池出口温度より低温にするための熱交換器２２と、その下流に冷却した後の水中の陽イオンおよび陰イオンを除去するためのイオン交換樹脂が充填されたイオン交換樹脂塔２４を備える。イオン交換樹脂塔を通過しない方の水系１８ｂに、炭酸ガス含有量の少ない気体との接触により水中の炭酸ガス濃度を低減する脱炭酸塔１９を備える。燃料電池冷却水系に貯水容器１３を設け、脱炭酸塔１９を通った水がこの貯水容器１３に溜められ、燃料電池５入口へ冷却水として供給される。貯水容器１３中の水の一部を、炭化水素系燃料を外部加熱により水蒸気改質する燃料改質器２へ改質用の水として供給する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素あるいは水素を豊富に含むガスを燃料とし、空気を酸化剤として発電する燃料極及び空気極を備えた燃料電池と、この燃料電池を通常動作温度に制御するために循環する冷却水系を備えた燃料電池発電システムにおいて、
前記冷却水系を２方向に分流し、分流した一方の水系に、燃料電池出口温度より低温にするための熱交換器と、その下流に冷却した後の水中の陽イオンおよび陰イオンを除去するためのイオン交換樹脂が充填されたイオン交換樹脂塔を備えたことを特徴とする燃料電池発電システム。
【請求項２】
前記イオン交換樹脂塔に、架橋度が１０％以上である陽イオン交換樹脂が充填されていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池発電システム。
【請求項３】
前記燃料電池冷却水系のうち、冷却水系の２方向に分流したイオン交換樹脂塔を通過しない方の水系に、炭酸ガス含有量の少ない気体との接触により水中の炭酸ガス濃度を低減する脱炭酸塔を備えた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】
前記燃料電池冷却水系のうち、燃料電池出口と冷却水系の２方向に分流した部分との間に、炭酸ガス含有量の少ない気体との接触により水中の炭酸ガス濃度を低減する脱炭酸塔を備えた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５】
前記脱炭酸塔で水に接触させる気体が、燃料電池空気極から排出される排空気であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の燃料電池発電システム。
【請求項６】
前記脱炭酸塔の中に、水と気体との接触面積を大きくするための、充填材あるいは、複数段の平板を備えたことを特徴とする請求項１から請求項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】
前記燃料電池冷却水系に貯水容器を設け、前記脱炭酸塔を通った水がこの貯水容器に溜められ、燃料電池入口へ冷却水として供給されることを特徴とする請求項１から請求項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】
前記燃料電池冷却水系のうち、２方向に分流したイオン交換樹脂塔を通過した水系とイオン交換樹脂を通過しない水系との合流部分の下流に貯水容器を設け、この貯水容器内に貯留した水内に炭酸ガス含有量の少ない気体を吹き込んで水中の炭酸ガス濃度を低減す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９】
前記燃料電池冷却水系のうち、２方向に分流したイオン交換樹脂塔を通過した水系とイオン交換樹脂を通過しない水系との分岐部分の上流に貯水容器を設け、この貯水容器内に貯留した水内に炭酸ガス含有量の少ない気体を吹き込んで水中の炭酸ガス濃度を低減す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１０】
炭化水素系燃料を外部加熱により水蒸気改質して、水素が多く含まれる気体を生成する燃料改質器を備え、この燃料改質器の燃焼排ガスを冷却することにより得られる凝縮水と、燃料電池燃料極排ガスを冷却することにより得られる凝縮水のうち、少なくとも一方を、燃料電池冷却水系に設けた前記貯水容器に溜めることを特徴とする請求項７から請求項９のいずれか１項に記載の燃料電池発電システム。
【請求項１１】
前記貯水容器中の水の一部を、炭化水素系燃料を外部加熱により水蒸気改質する燃料改質器へ改質用の水として供給することを特徴とする請求項１０に記載の燃料電池発電システム。
【請求項１２】
イオン交換樹脂では除去し難い有機化合物を除去するための活性炭が充填された活性炭塔を、前記燃料改質器へ供給する水系のイオン交換樹脂塔の前段に備えたことを特徴とする請求項請求項１１に記載の燃料電池発電システム。
【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関するものであって、特に、電池冷却水系に設けるイオン交換樹脂への負荷低減を可能とした燃料電池発電システムに係るものである。
【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、静かで有害な排ガスを出さ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。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。
【０００３】
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。
【０００４】
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、灯油等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、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。
【０００５】
その中にあって、燃料電池発電システムの水処理システムは、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の電池冷却水の供給や、炭化水素系燃料を水蒸気改質するための改質水の供給、更には、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により燃料電池発電システム効率を向上させることができる重要な構成要素の１つとなっている。
【０００６】
この水処理システムのうち、電池冷却水系は、一般に、冷却水を循環ポンプにより燃料電池へ供給し、燃料電池を通過した冷却水は熱交換器によって冷却した後に容器に戻す循環系となっている。この冷却水は、導電率が増加すると、燃料電池内でショートして発電量の低下さらには発電停止を起こすおそれが生じるため、常に導電率が低いことが求められる。
【０００７】
この水の導電率を低減するために、例えば特許文献１に開示されているようなイオン交換樹脂などが充填された導電率低減装置が設けられる。また、改質器燃焼排ガスを冷却することによって得られる凝縮水を、上記などの導電率低減装置を使って浄化した後、電池冷却水や改質水として再び利用する水処理システムが、特許文献２などに開示されている。
【特許文献１】特開２００２−２１６８１７号公報
【特許文献２】特開２００５−１２９３３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、前記のような水中の導電率を上げる要因としては、炭酸ガスを含む改質器燃焼排ガスを冷却することによって得られる凝縮水に含まれる炭酸ガスや、システム系内で使われている配管、容器類からの金属イオンなどがある。
【０００９】
特許文献１では、この電池冷却水を２方向に分岐して１方のみにイオン交換樹脂が充填された導電率低減装置を設置して、その通水量を制御することにより導電率を維持するとしているが、イオン交換樹脂のみで導電率を低減する方法では、このイオン交換樹脂の負荷が大きくなり、運転時間、すなわち寿命が短くなる。
【００１０】
また、循環させている冷却水すべてを熱交換器でイオン交換樹脂の耐熱温度まで下げるには、熱交換器の負荷が大きくなる。特許文献２では、改質器燃焼排ガスの凝縮水のみを導電率低減処理しているが、電池冷却水系の導電率低減が十分でなくなる恐れがある。
【００１１】
ところで、これら導電率低減装置で使われているイオン交換樹脂は、１００℃の耐熱を謳ったものもあるが高価でもあり、一般的な６０℃程度が使用上限のものを、長時間の運転を維持するために、更に低温で使うことが望ましく、通常、樹脂の使用上限温度以下まで熱交換器などで温度が下げられた後、通水されている。また、これらイオン交換樹脂は、水中の溶存酸素などの酸化剤により分解し易いことが知られており、その分解物が冷却水中に流出する恐れがある。
【００１２】
上述したように、炭化水素系燃料を外部加熱により水蒸気改質反応させて得られる水素リッチなガスを燃料とする燃料電池発電システムの水処理システムには、以下の課題があり、その実現が困難であった。
【００１３】
まず、第１の課題として、電池冷却水の導電率低減にはイオン交換樹脂で陰イオンおよび陽イオンを除去することが望ましいが、電池冷却水すべてをイオン交換樹脂に通水すると、その負荷が大きくなり、長時間イオン交換樹脂の詰め替えなしで運転を継続させるためには、その充填容量を大きくしなければならない。また、すべての電池冷却水をイオン交換樹脂の耐熱温度以下へ下げるためには、容量の大きな熱交換器が必要となり、燃料電池発電装置全体が大型化する。
【００１４】
第２の課題としては、空気など炭酸ガスの少ないガスとの接触により水中の脱炭酸を行うことにより水中の導電率を低減する方法があるが、この脱炭酸処理の際に、水中へ酸素が溶存して、イオン交換樹脂を酸化分解する要因となることがある。この分解物のうち、陽イオン交換樹脂に含まれる硫黄化合物が改質水に混入すると、改質器で使われている触媒を被毒し、改質性能の低下を招き、水素不足により発電運転できなくなる恐れがある。  
【００１５】
本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、イオン交換樹脂への負荷を低減し、使用時間を長くして、詰め替えの頻度を下げるとともに、このイオン交換樹脂の酸化分解を抑制することによって、改質水への硫黄化合物の流出を防止することが可能な信頼性に優れた水処理システムを備えた燃料電池発電システム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】
【００１６】
前記の目的を達成するために、本発明の燃料電池発電システムは、水素あるいは水素を豊富に含むガスを燃料とし、空気を酸化剤として発電する燃料極及び空気極を備えた燃料電池と、この燃料電池を通常動作温度に制御するために循環する冷却水系を備えた燃料電池発電システムにおいて、前記冷却水系を２方向に分流し、分流した一方の水系に、燃料電池出口温度より低温にするための熱交換器と、その下流に冷却した後の水中の陽イオンおよび陰イオンを除去するためのイオン交換樹脂が充填されたイオン交換樹脂塔を備えたことを特徴とする。その結果、イオン交換樹脂を通過させる水を熱交換器で冷却することにより、イオン交換樹脂の熱による劣化を防止するとができる。
【００１７】
本発明の一態様は、前記イオン交換樹脂塔に、架橋度が１０％以上である陽イオン交換樹脂が充填されていることである。このように通常の８％より高い１０％以上の架橋度のイオン交換樹脂を使うことによって、耐酸化性が増し、酸化分解による硫黄化合物の流出を抑制することができる。
【００１８】
本発明の一態様は、前記燃料電池冷却水系のうち、冷却水系の２方向に分流したイオン交換樹脂塔を通過しない方の水系に、炭酸ガス含有量の少ない気体との接触により水中の炭酸ガス濃度を低減する脱炭酸塔を備えたことである。この脱炭酸塔により、水中の炭酸ガス濃度の低減を図ることができ、水中の導電率を低減することが可能になる。
【００１９】
本発明の一態様は、前記燃料電池冷却水系のうち、燃料電池出口と冷却水系の２方向に分流した部分との間に、炭酸ガス含有量の少ない気体との接触により水中の炭酸ガス濃度を低減する脱炭酸塔を備えたことを特徴とする。この態様では、燃料電池出口からの高温の冷却水を脱炭酸塔に供給することで、炭酸ガスの濃度低下を効率よく行うことができる。
【００２０】
本発明の一態様は、前記脱炭酸塔で水に接触させる気体が、燃料電池空気極から排出される排空気であることを特徴とする。排空気は酸素濃度が低いため、水中への酸素の溶解を押さえることができ、イオン交換樹脂の分解要因を低下できる。
【００２１】
本発明の一態様は、前記脱炭酸塔の中に、水と気体との接触面積を大きくするための、充填材あるいは、複数段の平板を備えたことである。この接触面積の増大により、脱炭酸ガス処理がより効果的に行われる。
【００２２】
本発明の一態様は、前記燃料電池冷却水系に貯水容器を設け、前記脱炭酸塔を通った水がこの貯水容器に溜められ、燃料電池入口へ冷却水として供給されることである。この場合、貯水容器には、イオン交換樹脂を通過させた水を導入しても良いし、貯水容器から出た水を分流して、その一方をイオン交換樹脂に通しても良い。
【００２３】
本発明の一態様は、前記燃料電池冷却水系のうち、２方向に分流したイオン交換樹脂塔を通過した水系とイオン交換樹脂を通過しない水系との合流部分の下流に貯水容器を設け、この貯水容器内に貯留した水内に炭酸ガス含有量の少ない気体を吹き込んで水中の炭酸ガス濃度を低減することを特徴とする。この態様では、吹き込んだ気体により水中の炭酸ガス濃度が低減される。また、最もイオンの除去を必要とする燃料電池本体からの循環水の一部をイオン交換樹脂に流すので、多量の水をイオン交換樹脂に流す必要がなく、その長寿命化が図れる。
【００２４】
本発明の一態様は、前記燃料電池冷却水系のうち、２方向に分流したイオン交換樹脂塔を通過した水系とイオン交換樹脂を通過しない水系との分岐部分の上流に貯水容器を設け、この貯水容器内に貯留した水内に炭酸ガス含有量の少ない気体を吹き込んで水中の炭酸ガス濃度を低減することを特徴とする。この態様では、イオン交換樹脂に循環させる前に貯水容器で気体と接触することなどにより、水の温度を予め下げておくことができるので、分流した水を熱交換器で冷却する効率が良くなる。
【００２５】
本発明の一態様は、炭化水素系燃料を外部加熱により水蒸気改質して、水素が多く含まれる気体を生成する燃料改質器を備え、この燃料改質器の燃焼排ガスを冷却することにより得られる凝縮水と、燃料電池燃料極排ガスを冷却することにより得られる凝縮水のうち、少なくとも一方を、燃料電池冷却水系に設けた前記貯水容器に溜めることを特徴とする。この場合、貯水容器に種々の水系を集中させることが可能となり、循環水中のイオンや炭酸ガス濃度の管理が容易となる。
【００２６】
本発明の一態様は、前記貯水容器中の水の一部を、炭化水素系燃料を外部加熱により水蒸気改質する燃料改質器へ改質用の水として供給することを特徴とする。これにより、燃料改質系から被毒成分となる硫黄化合物などが冷却水中に漏洩しても、冷却水系に設けたイオン交換樹脂などにより除去が可能となる。
【００２７】
本発明の一態様は、イオン交換樹脂では除去し難い有機化合物を除去するための活性炭が充填された活性炭塔を、前記燃料改質器へ供給する水系のイオン交換樹脂塔の前段に備えたことを特徴とする。この活性炭により、改質器への供給水中の不純物をより効果的に除去できる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、イオン交換樹脂の長寿命化及び循環する冷却水中の炭酸ガス濃度の低減、さらには改質器供給水中の被毒成分の除去が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、本発明に係る燃料電池発電システムの実施形態について、図面を参照して説明する。
【００３０】
（１）第１実施形態
図１を用いて第１実施形態を説明する。この第１実施形態は、循環している電池冷却水の一部を分岐して、イオン交換樹脂へ通す水のみを熱交換器で冷却した後、貯水容器に導入すると共に、イオン交換樹脂を通さない方の水系に脱炭酸塔を設けたことを特徴とする。
【００３１】
本実施形態において、パイプラインあるいはガスボンベなど貯蔵設備より炭化水素系燃料Ｆが燃料電池パッケージ１に供給される。燃料電池パッケージ１において、供給された燃料Ｆは燃料改質系２で、脱硫された後、気化された改質水３と混合され、水蒸気改質反応、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ＣＯ濃度が電池での制限値以下に低減されたメタン、ＣＯ、二酸化炭素（ＣＯ２）などを含む水素リッチな改質ガス４に変換される。
【００３２】
この改質ガス４は燃料電池本体５の燃料極５ａに導入され、その水素が、空気ブロワー６で燃料電池本体５空気極５ｂに供給された大気中の酸素とともに発電で消費される。燃料電池本体５の燃料極５ａで消費されなかった燃料極排ガス７は、熱交換器８で、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、凝縮水１１が除去された後、改質器バーナ１２の燃料入口へ導入され、燃料電池パッケージ１の外部より供給された大気（図示せず）で燃焼され、水蒸気改質反応の熱源として利用される。
【００３３】
なお、熱交換器８で生成された凝縮水１１は、複合熱交換器１３の貯水容器１４に送られる。
【００３４】
改質器バーナ１２の燃焼排ガス１５は、複合熱交換器１３へ送られ、熱交換器１６で、燃料電池５空気極５ｂ排空気１７とともに冷却されて凝縮水が除去された後、大気へと排出される。
【００３５】
一方、燃料電池本体５の空気極５ｂの酸素が消費されて大気より酸素濃度が低減された空気極５ｂの排空気１７は、電池冷却水１８の出口水を２方向に分岐した一方の電池冷却水バイパス水１８ｂとともに脱炭酸塔１９へ導入して、電池冷却水バイパス水１８ｂ中の炭酸ガスを低減した後、燃焼排ガス１５とともに、熱交換器１６で冷却されて凝縮水が除去された後、大気へと排出される。
【００３６】
この脱炭酸塔１９には、ポリプロピレンなどの耐熱樹脂または炭素鋼ステンレス材などの金属でできたテラレット（商品名）と呼ばれるラヒシリング構造体、または複数段の平板が水と気体の接触面積を広くするために充填または設置されている。
【００３７】
複合熱交換器１３は、熱交換器１６、脱炭酸塔１９、純水の貯水容器１４で構成され、本発明の燃料電池発電システムの発電運転前に、予め不純物が除去されて導電率が低減された純水が貯水容器１４に供給される。この貯水容器１４の純水は電池冷却水１８として、電池冷却水ポンプ２１により燃料電池本体５へ循環導入され、燃料電池本体５を通常動作温度に維持する。
【００３８】
燃料電池本体５を出た電池冷却水１８は、２方向に分岐され、一方の電池冷却水１８ａは、熱交換器２２でイオン交換樹脂２３の耐熱温度以下に冷却された後、イオン交換樹脂塔２４で、陽イオンおよび陰イオンが低減された後、貯水容器１４へ戻される。ここで使われるイオン交換樹脂２３の架橋度は、通常の水処理用として使用される８％程度より高い１０％以上である。
【００３９】
すなわち、イオン交換樹脂における架橋度はミクロポアーの大きさと密接な関係があり、架橋度の低い樹脂はミクロポアーが大きいため反応速度が速く、大きな分子の拡散も可能であるが、それゆえ、樹脂母体が酸化分解されると、その高分子分解物がイオン交換樹脂塔の出口から流出し易いという欠点を有している。したがって、本実施形態においては、水処理系の特性を考慮し１０％以上の架橋度の樹脂を使用する。
【００４０】
一方、電池冷却水１８を分岐した電池冷却水バイパス水１８ｂは、冷却しないで空気極５ｂ排空気１７とともに脱炭酸塔１９へ導入して、水中の炭酸ガスが低減された後、貯水容器１４へ戻される。また、貯水容器１４の水は改質水ポンプ２５により活性炭塔２６へ導入されてイオン化していない高分子化合物などの不純物を除去した後、イオン交換樹脂塔２７へ導入されて陽イオンおよび陰イオンが除去された改質水３として燃料改質系２へ供給され、燃料改質水として利用される。
【００４１】
このように、本実施形態によれば、循環している電池冷却水１８のうち一部を分岐して、イオン交換樹脂塔２４へ通す水１８ａのみを熱交換器２２で冷却することにより、電池冷却水１８全量を冷却する場合よりイオン交換樹脂塔２４へ通す水の温度を下げることが容易となり、イオン交換樹脂２３の負荷を低減することができる。
【００４２】
また、ここで通常の８％より高い１０％以上の架橋度のイオン交換樹脂を使うことによって、耐酸化性が増し、酸化分解による硫黄化合物の流出を抑制することができる。またイオン交換樹脂塔２４をバイパスした電池冷却水バイパス水１８ｂを、冷却しないで空気極５ｂの排空気１７とともに脱炭酸塔１９へ導入することにより、水への炭酸ガスの溶け込みを化学平衡上、抑制することができるとともに、通常の大気からの空気より酸素濃度が低いガスを使うことにより、イオン交換樹脂の分解要因となる酸素の水中への溶け込みも抑えることができる。
【００４３】
また、本実施形態では、冷却水を脱炭酸塔１９へ導入することにより、水への炭酸ガスの溶け込みを低減することができるが、その場合、イオン交換樹脂を通さない系統の比較的温度が高い水を脱炭酸塔１９に導入するようにしているため、イオン交換樹脂から低温の水を脱炭酸塔に供給した場合に比較して水中からの炭酸ガスの除去が効率よく行える利点がある。
【００４４】
さらに、本実施形態では、改質水３として電池冷却水１８および凝縮水１１などの貯水容器１４水を利用するが、改質水系に活性炭塔２６およびイオン交換樹脂塔２７を設置することによって、たとえ冷却水系または凝縮水系から改質系触媒の被毒成分である硫黄化合物が流出したとしても、それを除去することが可能となる。
【００４５】
以上の効果により、長期間に亘って、電池冷却水の導電率を低く維持することができ、かつ改質系触媒の被毒成分となる硫黄化合物を改質水へ流出させることのない信頼性の高い燃料電池発電システムを提供することができる。
【００４６】
なお、本実施形態の熱利用は、貯湯槽９から燃料電池パッケージ１内へ導入した排熱回収循環水１０の熱交換器８、熱交換器１６、熱交換器２２からのそれぞれの熱回収によって得られる。実施形態の説明では適用事例の多い、貯湯槽への水を使った熱供給システムを取り上げたが、熱の使用先への供給形態は貯湯槽に限られることは無く、また排熱回収循環系統を流れる媒体も水に限られることは無い。
【００４７】
（２）第２実施形態
次に、図２を用いて第２実施形態を説明する。この第２実施形態は、脱炭酸塔を水系に設けた点では前記第１実施形態と共通するが、脱炭酸塔にて炭酸ガス濃度を低減した電池冷却水の一部を分岐して、イオン交換樹脂へ通す水のみを熱交換器で冷却した後、再びイオン交換樹脂を通さない方の水系と合流させてから燃料電池本体に循環させることを特徴とする。
【００４８】
燃料改質系は前記第１実施形態と同様である。複合熱交換器１３は、熱交換器１６、脱炭酸塔１９、純水の貯水容器１４で構成され、本発明の燃料電池発電システムの発電運転前に、予め不純物が除去されて導電率が低減された純水が貯水容器１４に供給される。
【００４９】
この貯水容器１４の純水は電池冷却水１８として、電池冷却水ポンプ２１の駆動力により、燃料電池本体５へ供給され、燃料電池本体５を通常動作温度に維持するが、貯水容器１４を出たところで、２方向に分流されて、一方の電池冷却水１８ａのみ熱交換器２２でイオン交換樹脂２３の耐熱温度以下に冷却された後、イオン交換樹脂塔２４で、陽イオンおよび陰イオンが低減される。
【００５０】
イオン交換樹脂塔２４を出た電池冷却水１８ａは、分流したもう一方の電池冷却水バイパス水１８ｂと合流した後、燃料電池本体５へ供給される。燃料電池本体５を出た電池冷却水１８は、冷却しないで空気極５ｂ排空気１７とともに脱炭酸塔１９へ導入して、水中の炭酸ガスが低減された後、貯水容器１４へ戻される。
【００５１】
このように、本実施形態によれば、循環している電池冷却水１８のうち一部を分岐して、イオン交換樹脂塔２４へ通す水１８ａのみを熱交換器２２で冷却することにより、電池冷却水１８全量を冷却する場合よりイオン交換樹脂塔２４へ通す水の温度を下げることが容易となり、イオン交換樹脂２３の耐久性を向上させることができる。
【００５２】
また電池冷却水１８全量を冷却しないで空気極５ｂ排空気１７とともに脱炭酸塔１９へ導入することにより、水への炭酸ガスの溶け込みを、分岐した一部を導入したときよりも低減することができるとともに、大気からの空気より酸素濃度が低いガスを使うことにより、イオン交換樹脂の分解要因となる酸素の水中への溶け込みも抑えることができる。
【００５３】
（３）第３実施形態
次に、図３を用いて第３実施形態を説明する。この第３実施形態は、前記第１及び第２実施形態とは異なり、水系に脱炭酸塔を設けることなく、水系に設け貯水容器内に空気などの炭酸ガス濃度の低いガスを吹き込むことで、水中の炭酸ガス濃度を低減させたものであって、前記第１実施形態と同様、循環している電池冷却水の一部を分岐して、イオン交換樹脂へ通す水のみを熱交換器で冷却した後、貯水容器に導入すると共に、イオン交換樹脂を通さない方の水系は直接貯水容器に導入することを特徴とする。
【００５４】
燃料改質系は前記第１実施形態と同様である。複合熱交換器２８は、熱交換器１６、純水の貯水容器１４で構成され、本発明の燃料電池発電システムの発電運転前に、予め不純物が除去されて導電率が低減された純水が貯水容器１４に供給される。
【００５５】
この貯水容器１４の純水は電池冷却水１８として、電池冷却水ポンプ２１により燃料電池本体５へ循環導入され、燃料電池本体５を通常動作温度に維持する。燃料電池本体５を出た電池冷却水１８は、２方向に分岐され、一方の電池冷却水１８ａは、熱交換器２２でイオン交換樹脂２３の耐熱温度以下に冷却された後、イオン交換樹脂塔２４で陽イオンおよび陰イオンが低減された後、貯水容器１４へ戻される。
【００５６】
一方、電池冷却水１８を分岐した電池冷却水バイパス水１８ｂは、冷却させないでそのまま貯水容器１４へ戻される。貯水容器１４下部からは、空気２９などの炭酸ガス濃度の低いガスをブロワー（図示せず）などで、多孔質構造体などの泡立て装置を使って小さな気泡を作りながら供給して、気体と水の接触により水中の炭酸ガスを低減する。
【００５７】
このように、本実施形態によれば、第１実施形態などのように水を上部から気体とともに降らせて、脱炭酸を行う複雑な装置が必要なく、単純な構造で脱炭酸処理を行うことができる。
【００５８】
（４）第４実施形態
図４を用いて第４実施形態を説明する。この第４実施形態は、前記第１及び第２実施形態とは異なり、水系に脱炭酸塔を設けることなく、水系に設け貯水容器内に空気などの炭酸ガス濃度の低いガスを吹き込むことで、水中の炭酸ガス濃度を低減させたものであって、前記第２実施形態と同様、炭酸ガス濃度を低減した電池冷却水の一部を分岐して、イオン交換樹脂へ通す水のみを熱交換器で冷却した後、再びイオン交換樹脂を通さない方の水系と合流させてから燃料電池本体に循環させることを特徴とする。
【００５９】
燃料改質系は前記第１実施形態と同様である。複合熱交換器２８は、熱交換器１６、純水の貯水容器１４で構成され、本発明の燃料電池発電システムの発電運転前に、予め不純物が除去されて導電率が低減された純水が貯水容器１４に供給される。
【００６０】
この貯水容器１４の純水は電池冷却水１８として、電池冷却水ポンプ２１の駆動力により、燃料電池本体５へ供給され、燃料電池本体５を通常動作温度に維持するが、貯水容器１４を出たところで、２方向に分流されて、一方の電池冷却水１８ａのみ熱交換器２２でイオン交換樹脂２３の耐熱温度以下に冷却された後、イオン交換樹脂塔２４で、陽イオンおよび陰イオンが低減される。
【００６１】
イオン交換樹脂塔２４を出た電池冷却水１８ａは、分流したもう一方の電池冷却水バイパス水１８ｂと合流した後、燃料電池本体５へ供給される。燃料電池本体５を出た電池冷却水１８は、貯水容器１４へ戻される。貯水容器１４下部からは、空気２９などの炭酸ガス濃度の低いガスをブロワー（図示せず）などで、多孔質構造体などの泡立て装置を使って小さな気泡を作りながら供給して、気体と水の接触により水中の炭酸ガスを低減する。
【００６２】
このように、第４実施形態によれば、イオン交換樹脂への通水温度を容易に下げることができるとともに、構造も容易に構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明の燃料電池発電システムの第１実施形態を示す構成図。
【図２】本発明の燃料電池発電システムの第２実施形態を示す構成図。
【図３】本発明の燃料電池発電システムの第３実施形態を示す構成図。
【図４】本発明の燃料電池発電システムの第４実施形態を示す構成図。
【符号の説明】
【００６４】
１…燃料電池パッケージ
２…燃料改質系
３…改質水
４…改質ガス
５…燃料電池本体
５ａ…燃料極
５ｂ…空気極
６…空気ブロワー
７…燃料極排ガス
８…熱交換器
９…貯湯槽
１０…排熱回収循環水
１１…凝縮水
１２…改質器バーナ
１３…複合熱交換器
１４…貯水容器
１５…燃焼排ガス
１６…熱交換器
１７…排空気
１８…電池冷却水
１８ａ…電池冷却水
１８ｂ…電池冷却水バイパス水
１９…脱炭酸塔
２１…電池冷却水ポンプ
２２…熱交換器
２３…イオン交換樹脂
２４…イオン交換樹脂塔
２５…改質水ポンプ
２６…活性炭塔
２７…イオン交換樹脂塔
２８…複合熱交換器
２９…空気
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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