(57)【要約】【課題】燃料改質装置に投入される水から有害物質を効果的に除去することにより、改質性能に悪影響を及ぼすおそれがなく、燃料電池発電システムの安定した長期運転を実現すること。システムの大形化及びコストアップを防止すること。【解決手段】燃料ガスと水蒸気から水素を製造する燃料改質装置１と、燃料改質装置１により製造された水素と酸素を反応させて電気エネルギーを得る燃料電池本体２と、燃料改質装置１に供給される水蒸気を発生する蒸気発生器３と、蒸気発生器３に送られる水をイオン交換樹脂４を用いて純水化する水処理装置５とを備えると共に、イオン交換樹脂４から燃料改質装置１に至る水供給ラインＬの途中に活性炭フィルタ６を介挿させた新規な燃料改質型の燃料電池水処理システム７である。【選択図】図１
2007242418.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガスと水蒸気から水素を製造する燃料改質装置と、前記燃料改質装置により製造された水素と酸素を反応させて電気エネルギーを得る燃料電池本体と、前記燃料改質装置に供給される水蒸気を発生する蒸気発生器と、前記蒸気発生器に送られる水をイオン交換樹脂を用いて純水化する水処理装置とを備えると共に、前記イオン交換樹脂から燃料改質装置に至る水供給ラインの途中に活性炭フィルタを介挿したことを特徴とする燃料電池水処理システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池水処理システムに関し、詳しくは水処理装置から燃料改質装置へ投入される水に含まれる有害物質を除去するための燃料改質型の燃料電池水処理システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、燃料電池本体より排出される高温蒸気から、水蒸気分離器で水を回収すると共に、水蒸気を分離して燃料改質装置へ送り、燃料改質装置にて燃料ガスと水蒸気とを用いて高濃度水素を生成すると共に、燃料改質装置より排出される排ガスから凝縮器で水を回収して、イオン交換樹脂を用いて電気伝導度の低い純水にしたのちに、水蒸気分離器で回収された水と共に燃料電池本体へ冷却水として循環させるようにした燃料改質型の燃料電池水処理システムが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
ところで前記特許文献１にみられる従来例では、システム内部で回収された水もしくは外部から補給された水を、イオン交換樹脂を用いて化学的処理を行なった上で、その水から分離した水蒸気を燃料改質装置に投入しているが、燃料改質装置へ投入される前の段階で、水の中に有害物質、例えば燃料電池本体の構成材料やシステム内の配管材料、もしくはイオン交換樹脂などから有機化合物やシロキサン等の有害物質が溶出することがあった。
【０００４】
このためイオン交換樹脂を用いて水処理を行なうシステムにおいても、燃料改質装置に至るまでの過程で有害物質が含有されてしまい、燃料改質装置へ有害物質が投入されてしまうおそれがあり、この場合、改質性能の低下を引き起こす原因となり、システムの運転が不安定になるという問題がある。また水から有害物質を除去するための特別な装置を設ける場合は、システムの大型化やコストアップを招くという問題がある。
【特許文献１】特開平８−２２８３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は前記の従来の問題点に鑑みて発明したものであって、燃料改質装置に投入される水から有害物質を効果的に除去することにより、改質性能に悪影響を及ぼすおそれがなく、燃料電池発電システムの安定した長期運転を実現でき、長期的な信頼性が大幅に向上すると共に、システムの大形化及びコストアップを防止できるようにした燃料電池水処理システムを提供することを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題を解決するために本発明に係る燃料電池水処理システムは、燃料ガスと水蒸気から水素を製造する燃料改質装置１と、前記燃料改質装置１により製造された水素と酸素を反応させて電気エネルギーを得る燃料電池本体２と、前記燃料改質装置１に供給される水蒸気を発生する蒸気発生器３と、前記蒸気発生器３に送られる水をイオン交換樹脂４を用いて純水化する水処理装置５とを備えると共に、前記イオン交換樹脂４から燃料改質装置１に至る水供給ラインＬの途中に活性炭フィルタ６を介挿したことを特徴としている。
【０００７】
このような構成とすることで、イオン交換樹脂４を用いて水処理を行なう燃料電池水処理システム７において、燃料改質装置１に至るまでの過程で、例えば、燃料電池本体２の構成材料やシステム内の配管材料、もしくはイオン交換樹脂４などから有機化合物やシロキサン等の有害物質が溶出した場合でも、この有害物質を燃料改質装置１の直前で活性炭フィルタ６にて効果的に捕捉・除去できるので、有害物質を完全に含まない純水を燃料改質装置１に投入することが可能となる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明は、イオン交換樹脂から燃料改質装置に至る水供給ラインの途中に活性炭フィルタを介挿したことにより、燃料改質装置の直前で有害物質を効果的に捕捉・除去でき、有害物質を完全に含まない純水を燃料改質装置に投入できるので、改質性能に悪影響を及ぼすおそれがなくなり、燃料電池発電システムの安定した長期運転を実現でき、長期的な信頼性が大幅に向上するものである。しかもシステムの大型化及びコストアップを抑えることができるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明を添付図面に示す実施形態に基いて説明する。
【００１０】
図２は本発明の燃料改質型の燃料電池水処理システム７の一例を示している。この燃料電池水処理システム７は、燃料ガスと水蒸気から水素を製造する燃料改質装置１と、前記燃料改質装置１により製造された水素と酸素を反応させて電気エネルギーを得る燃料電池本体２と、前記燃料改質装置１に供給される水蒸気を発生する蒸気発生器３と、前記蒸気発生器３に送られる水をイオン交換樹脂４を用いて純水化する水処理装置５とを備えると共に、前記イオン交換樹脂４から燃料改質装置１に至る水供給ラインＬの途中に活性炭フィルタ６を介挿した点に特徴を有している。
【００１１】
ここで、燃料電池本体２は、燃料改質装置１から送られてくる水素とブロア８により送入される空気中の酸素とが反応して直流電流と熱と水を発生する。燃料電池本体２は例えば図示省略した燃料極と電解質と空気極とが層となったセルを一単位とし、このセルをセパレータを介して多数積層した燃料電池スタックにより構成されている。この燃料電池の発電原理は例えば特開平６−１３２０３８号公報などに開示されており、詳細な説明は省略する。
【００１２】
前記燃料電池本体２で発生する直流電流は、図示省略したインバータで一般用途用の交流に変換される。燃料電池本体２内で発生する熱は、主として燃料電池冷却水により高温蒸気として取り出されて、高温熱負荷に与えられる。燃料電池本体２から排出される熱（高温蒸気）は、蒸気発生器３を構成する水蒸気分離器に回収されると共に、水蒸気を分離して燃料改質装置１へと送られる。
【００１３】
燃料改質装置１は、都市ガスに水蒸気を混合した燃料ガスから水素を製造するためのもので、図示省略したＣＯ変成器及びＣＯ除去器を備えており、燃料改質装置１で水蒸気改質反応により改質し、ＣＯ変成器でＣＯ変成を行い、ＣＯ除去器でＣＯ選択酸化を行って一酸化炭素を除去してＣＯ濃度の低い水素リッチの改質ガスを製造するものである。この燃料改質装置１から排出される排ガスは、凝縮器９へ送られ、この凝縮器９で水が回収されて、後述の水処理装置５で純水化されたのち、燃料電池冷却水として蒸気発生器３で回収された水と共に燃料電池本体２へ供給され、さらに蒸気発生器３に循環されるものである。
【００１４】
水処理装置５は、凝縮器９から回収された水もしくは外部から補給された水を受ける水タンク１０と、この水タンク１０からの処理原水を濾過するフィルタ装置１１と、フィルタ装置１１にて濾過された処理原水を化学処理して純水化する処理槽１２と、送水用のポンプ１３ａ，１３ｂ，１３ｃと、これらを連結する配管１４及び処理水の一部を水タンク１０へ戻す戻り配管１５により構成されている。本例では燃料電池本体２の排ガスからの回収水と市水や工業用水等の補給水をフィルタ装置１１で濾過したのち、処理槽１２に設けたイオン交換樹脂４に通すことで、電気伝導度の低い純水を得るようにしている。
【００１５】
ここで本発明においては、図１に示すように、イオン交換樹脂４下流と蒸気発生器３上流との間の水供給ラインＬ中に活性炭フィルタ６を介挿している。本例では図２１に示すように蒸気発生器３の直前位置に配置している。この活性炭フィルタ６は、蒸気発生器３に投入される水に含有されている有害物質、例えば、燃料電池本体２の構成材料やシステム内の配管材料、もしくはイオン交換樹脂４などから溶出した有機化合物やシロキサン等の有害物質を捕捉・除去する働きをする。
【００１６】
しかして、イオン交換樹脂４を用いて水処理を行なう燃料電池水処理システム７において、燃料改質装置１に至るまでの過程で、例えば、燃料電池本体２の構成材料やシステム内の配管材料、もしくはイオン交換樹脂４などから有機化合物やシロキサン等の有害物質が溶出した場合でも、イオン交換樹脂４から燃料改質装置１に至る水供給ラインＬの途中に活性炭フィルタ６を介挿したことにより、水中に含有された前記有害物質を燃料改質装置１の直前で活性炭フィルタ６にて効果的に捕捉・除去できるようになる。従って、燃料改質装置１には有害物質が完全に除去された純水が投入されることになるので、改質性能に悪影響を及ぼすおそれがなくなる結果、燃料電池発電システムの安定した運転を長期に亘って実現でき、長期的な信頼性が大幅に向上する。しかも、既存の燃料電池水処理システムに本発明の活性炭フィルタ６を付加すればよいので、システムの大形化及びコストアップを防止できる利点もある。
【００１７】
本発明者の実験によれば、従来のシステムのようにイオン交換樹脂４で処理された処理水が直接、蒸気発生器３に供給される場合は、燃料改質装置１への投入直前でサンプリングされた水には硫黄が含有されていた。これに対して、本発明の活性炭フィルタ６を介挿した新規システムにおいては、燃料改質装置１への投入直前で水をサンプリングし、分析した結果、硫黄は検出限界（１０ｐｐｂ）以下となり、改質性能に悪影響を及ぼすおそれがないことがわかった。
【００１８】
なお本発明の有害物質を捕捉・除去する活性炭フィルタ６を設ける位置として、必ずしも図２のように蒸気発生器３上流の直前位置である必要はなく、例えば、燃料電池本体２上流とポンプ１３ｃ下流との間、或いは、ポンプ１３ｃ上流とポンプ１３ｂ下流との間であってもよく、イオン交換樹脂４から蒸気発生器３に至る水供給ラインｌの任意の位置を適宜選択できるものとする。
【００１９】
図３は本発明の他の実施形態であり、蒸気発生器３の上流側に、燃料改質装置１に投入される水の流量を調節するための改質水ポンプ１６を配置したシステムにおいて、改質水ポンプ１６と蒸気発生器３との間の水供給ラインＬに活性炭フィルタ６を介挿させた場合の一例を示している。この例においても、前記実施形態と同様に、蒸気発生器３の直前で有害物質を捕捉・除去でき、有害物質が完全に除去された純水を燃料改質装置１に投入できる構造となる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施形態のブロック図である。
【図２】同上の燃料電池水処理システムの一例を説明する全体構成図である。
【図３】本発明の他の実施形態のブロック図である。
【符号の説明】
【００２１】
１  燃料改質装置
２  燃料電池本体
３  蒸気発生器
４  イオン交換樹脂
５  水処理装置
６  活性炭フィルタ
７  燃料電池水処理システム
Ｌ  水供給ライン
【図１】
2007242418.tif 000003
【図２】
2007242418.tif 000004
【図３】
2007242418.tif 000005