(57)【要約】【課題】イオン交換樹脂の熱劣化の可能性を低減することが可能な燃料電池発電システムを提供すること。【解決手段】燃料電池１１の冷却水を貯える冷却水タンク１１１と、燃料電池１１の排出ガスからの回収水分を貯える回収水タンク１１０と、回収水タンク１１０から冷却水タンク１１１へと送られる水を浄水処理する第１の浄水ユニット１８及び第１の浄水ユニット１８の耐熱温度よりも高い耐熱温度を有する第２の浄水ユニット１９と、冷却水タンク１１１から回収水タンク１１０へと水を導く冷却水導入経路１１４とを備え、第１の浄水ユニット１８の耐熱温度をＴａとし、回収水タンク１１０内の水の温度をＴ１とすると、制御ユニット１１７は、Ｔ１＞Ｔａを充足する場合には、第１の浄水ユニット１８に水を通過させないように制御を行う、燃料電池発電システムである。【選択図】図１
2007234477.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素含有ガスと酸化剤ガスを利用して発電を行う燃料電池と、
前記燃料電池を冷却するための水を貯える冷却水タンクと、
前記燃料電池から排出された前記水素含有ガス及び／または前記酸化剤ガスから回収した水分を貯える回収水タンクと、
前記回収水タンクから前記冷却水タンクへと送られる水を浄水処理する第１の浄水ユニットと、
前記回収水タンクから前記冷却水タンクへと送られる水を浄水処理する、前記第１の浄水ユニットの耐熱温度よりも高い耐熱温度を有する第２の浄水ユニットと、
前記冷却水タンクから前記回収水タンクへと水を導く冷却水導入経路と、
制御ユニットと、を備え、
前記第１の浄水ユニットの耐熱温度をＴａとし、
前記回収水タンク内の水の温度をＴ１とすると、
前記制御ユニットは、（数１）を充足する場合には、前記第１の浄水ユニットに水を通過させないように制御を行う、燃料電池発電システム。
【数１】
2007234477.tif 000016
【請求項２】
前記制御ユニットは、
（数１）を充足している場合には、前記第１の浄水ユニットに水を通過させず、前記第２の浄水ユニットを介して、前記回収水タンクから前記冷却水タンクへと水を供給し、
（数２）を充足している場合には、前記第１の浄水ユニット及び／又は前記第２の浄水ユニットを介して、前記回収水タンクから前記冷却水タンクへと水を供給するように制御を行う、請求項１記載の燃料電池発電システム。
【数２】
2007234477.tif 000017
【請求項３】
前記回収水タンク内の水の温度を検知する温度検知ユニットを備え、
前記制御ユニットは、前記温度検知ユニットで検知された温度が（数１）を充足する場合には、前記第１の浄水ユニットに水を通過させないよう制御を行う、請求項１記載の燃料電池発電システム。
【請求項４】
前記第２の浄水ユニットの耐熱温度をＴｃとし、
前記冷却水タンク内の水の温度をＴ２とすると、
（数３）を充足するように前記第２の浄水ユニットは構成されている、請求項１記載の燃料電池発電システム。
【数３】
2007234477.tif 000018
【請求項５】
前記回収水タンクは大気開放されており、
前記回収水タンク内の貯水量をＷ１、前記冷却水タンクの貯水量をＷ２、前記冷却水タンクの水温をＴ２、大気温度をＴ３とすると、
前記制御ユニットは、（数４）によって浄水処理中におけるＴ１を推定し、前記制御を行う、請求項１記載の燃料電池発電システム。
【数４】
2007234477.tif 000019
【請求項６】
前記第１の浄水ユニットは、アニオン交換樹脂を有しており、
前記第２の浄水ユニットは、カチオン交換樹脂を有している、請求項１記載の燃料電池発電システム。
【請求項７】
前記回収水タンクから前記第１の浄水ユニットを経由して前記冷却水タンクへと水を導く第１の回収水供給経路と、
前記回収水タンクから前記第２の浄水ユニットを経由して前記冷却水タンクへと水を導く第２の回収水供給経路と、
前記第１の回収水供給経路上に設けられた第１のポンプと、
前記第２の回収水供給経路上に設けられた第２のポンプと、を備え、
前記制御ユニットは、
（数１）を充足している場合には、前記第２のポンプを動作させることにより、前記第２の浄水ユニットを介して、前記回収水タンクから前記冷却水タンクへと水を供給し、
（数２）を充足している場合には、前記第１のポンプ及び／又は前記第２のポンプを動作させることにより、前記第１の浄水ユニット及び／又は前記第２の浄水ユニットを介して、前記回収水タンクから前記冷却水タンクへと水を供給する、請求項２記載の燃料電池発電システム。
【請求項８】
前記回収水タンクから、前記冷却水タンクへと水を供給するための回収水供給経路と、
前記回収水供給経路上に設けられたポンプと、
前記回収水供給経路から分岐し、前記ポンプによって供給される水を、前記第１の浄水ユニットを介して前記冷却水タンクへと供給する第１の回収水供給分岐経路と、
前記回収水供給経路から分岐し、前記ポンプによって供給される水を、前記第２の浄水ユニットを介して前記冷却水タンクへと供給する第２の回収水供給分岐経路と、
前記ポンプによって供給される水を前記第１の回収水供給分岐経路及び／又は前記第２の回収水供給分岐経路に供給するために、経路を切り替える切替ユニットと、を備え、
前記制御ユニットは、
（数１）を充足している場合には、前記切替ユニットにより前記第１の浄水ユニットに水が供給されない状態で、前記送水ユニットを稼動させることにより、前記第２の浄水ユニットを介して、前記回収水タンクから前記冷却水タンクへと水を供給し、
（数２）を充足している場合には、前記切替ユニットにより前記第１の浄水ユニット及び／又は前記第２の浄水ユニットに水が供給される状態で、前記送水ユニットを稼動させることにより、前記第１の浄水ユニット及び／又は前記第２の浄水ユニットを介して、前記回収水タンクから前記冷却水タンクへと水を供給する、請求項２記載の燃料電池発電システム。
【請求項９】
前記冷却水タンクもしくは前記冷却水導入経路に設けられた、水質を検知するための水質検知ユニットを備え、
前記制御ユニットは、
前記水質検知ユニットによる検出値が所定の値以下になるまで、前記第１の浄水ユニット及び／又は前記第２の浄水ユニットに水を供給する、請求項１記載の燃料電池発電システム。
【請求項１０】
水素含有ガスと酸化剤ガスを利用して発電を行う燃料電池と、
前記燃料電池を冷却するための水を貯える冷却水タンクと、
前記燃料電池から排出された前記水素含有ガス及び／または前記酸化剤ガスから回収した水分を貯える回収水タンクと、
前記回収水タンクから前記冷却水タンクへと送られる水を浄水処理する第１の浄水ユニットと、
前記回収水タンクから前記冷却水タンクへと送られる水を浄水処理する、前記第１の浄水ユニットの耐熱温度よりも高い耐熱温度を有する第２の浄水ユニットと、
前記冷却水タンクから前記回収水タンクへと水を導く冷却水導入経路と、を備えた、燃料電池発電システムの運転方法であって、
前記第１の浄水ユニットの耐熱温度をＴａとし、前記温度検知ユニットによって検知される温度をＴ１とすると、
（数１）を充足している場合には、前記第１の浄水ユニットに水を通過させず、前記第２の浄水ユニットを介して、前記回収水タンクから前記冷却水タンクへと水を供給するように制御を行うステップを有する、燃料電池発電システムの運転方法。
【数１】
2007234477.tif 000020
【請求項１１】
請求項１０記載の燃料電池発電システムの運転方法の、（数１）を充足している場合には、前記第１の浄水ユニットに水を通過させず、前記第２の浄水ユニットを介して、前記回収水タンクから前記冷却水タンクへと水を供給するように制御を行うステップをコンピュータに実行させるためのプログラム。
【請求項１２】
請求項１１に記載のプログラムを記録した記録媒体であって、コンピュータにより処理可能な記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は燃料電池発電システム及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、プロトン導電性機能を有する電解質膜の両側に、触媒を担持した一対の電極を配置し電解質膜／電極結合体を形成した後、当該電解質膜／電極結合体の両側に、反応ガス通流路を設けたセパレータを配置して燃料電池を構成し、当該燃料電池の一方のセパレータの反応ガス通流路から水素等を含有した燃料ガスを、また他方のセパレータの反応ガス通流路から空気等の酸化剤ガスを供給し、電解質膜／電極結合体における電極触媒上で酸化還元反応を利用して発電を行い、同時に、燃料電池に冷却水を循環させ、燃料電池で発生する熱を温水として回収するシステムである。
【０００３】
このような燃料電池発電システムにおいては、燃料電池における漏電を回避する為、燃料電池を循環する冷却水には電気伝導度の低い水が要求される。
【０００４】
一般的には燃料電池から排出される酸化剤ガスや燃料ガスに含まれる水分を、熱交換器を介して回収水として回収し、当該回収水をイオン交換樹脂で構成される浄水ユニットで浄水処理した水を利用していた。
【０００５】
具体的には、回収水を一旦回収水タンクに貯え、回収水タンクからポンプ等の輸送手段で回収水を浄水ユニットに送り込み、浄水処理した水を冷却水として冷却水タンクに供給していた。
【０００６】
ここで、冷却水の電気伝導度を純水レベルに維持する為、浄水ユニットが有するイオン交換樹脂にはカチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂が用いられ、一般的にはカチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂を混合した、いわゆる混床方式のイオン交換樹脂が用いられていた。
【０００７】
尚、冷却水が燃料電池を循環する過程で、配管部材や燃料電池の構成部材から不純物が冷却水中に溶出し、冷却水の電気伝導度が経時的に上昇することになる。このような冷却水の電気伝導度の上昇を防止する為、主に燃料電池発電システムの起動時や停止処理時に、浄水ユニットを用いて冷却水を浄水処理していた。
【０００８】
具体的には、冷却水タンクと回収水タンクを配管によって連結し、燃料電池発電システムの起動時や停止処理時等に、回収水タンクからポンプ等の輸送手段で回収水を冷却水タンクに汲み上げ、冷却水を冷却水タンクに設けた開口部から回収水タンクに戻し、回収水と共に、浄水ユニットを用いて浄水処理していた。かかる、一連の操作は、冷却水の浄水処理のみならず、特に燃料電池発電システムの停止処理時においては、燃料電池を早急に冷却する点においても効果的な手段であった（例えば、特許文献１参照。）。
【０００９】
図６は、特許文献１に記載された、従来の燃料電池発電システムを示す構成図である。図６に示す燃料電池発電システムにおいて、燃料電池３１は、燃料処理器３２で燃料ガスを改質して得た水素と空気ブロア３５から供給される酸化剤ガスとしての空気を利用して発電を行っていた。又、燃料電池３１を介して設置されている冷却水経路３１３に、ポンプ３１２によって、冷却水タンク３１０から冷却水を循環させ、燃料電池３１を冷却し、同時に、熱交換器（図示せず）により燃料電池３１で発生した熱を温水として回収していた。
【００１０】
又、燃料電池３１から排出される空気及び燃料ガスは空気側熱交換器３４と燃料側熱交換器３３により回収水と排空気及び燃料排ガスに分離され、排空気及び燃料排ガスは燃料電池発電システムの外に排出され、回収水は回収水タンク３１１に貯えられていた。この回収水タンク３１１に貯えられた回収水は、ポンプ３６によって、アニオン交換樹脂及びカチオン交換樹脂を混合したイオン交換樹脂で構成される浄水ユニット３７に送られ浄水処理された後、冷却水タンク３１０に送り込まれていた。
【００１１】
一方、冷却水タンク３１０の内側面には開口部３９が設けられ、燃料電池発電システムの起動時や停止処理時にポンプ３６を稼動させ、回収水を冷却水タンク３１０に送り込むことにより、冷却水は開口部３９及びオーバーフロー経路３８を介して回収水タンク３１１に戻され、回収水と共に浄水ユニット３７により浄水処理されていた。
【特許文献１】特開２００２−１４１０９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上記特許文献１に記載される従来の構成では、冷却水の減少分のみを回収水タンク３１１から補充する範囲に限れば、大気温度に近い状態の回収水タンク内の水が、浄水ユニット３７を構成しているイオン交換膜を通過するため、イオン交換膜が熱劣化を引き起こす可能性は低い。
【００１３】
しかしながら、冷却水の浄水処理をする場合には、冷却水タンク３１０内の水の大部分を一旦、回収水タンク３１１の方に戻して、高温となっている冷却水と回収水が混合した状態でイオン交換膜を有する浄水ユニット３７を通過させることになるため、イオン交換樹脂、特に耐熱温度の低いアニオン交換樹脂が熱劣化を起こす可能性が高まり、イオン交換樹脂の寿命が短くなる課題があることに本発明者らは気付いた。また、アニオン交換樹脂の熱劣化に伴う不純物がカチオン交換樹脂の表面に吸着し、カチオン交換樹脂のカチオン交換性能をも低下させる可能性が高まるといった課題があった。
【００１４】
本発明は、上記従来の燃料電池発電システムの課題を考慮し、従来と比べてイオン交換樹脂の熱劣化の可能性を低減し、寿命を長くすることが可能な燃料電池発電システム及び燃料電池発電システムの運転方法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】
【００１５】
上記目的を達成するために、第１の本発明は、
水素含有ガスと酸化剤ガスを利用して発電を行う燃料電池と、
前記燃料電池を冷却するための水を貯える冷却水タンクと、
前記燃料電池から排出された前記水素含有ガス及び／または前記酸化剤ガスから回収した水分を貯える回収水タンクと、
前記回収水タンクから前記冷却水タンクへと送られる水を浄水処理する第１の浄水ユニットと、
前記回収水タンクから前記冷却水タンクへと送られる水を浄水処理する、前記第１の浄水ユニットの耐熱温度よりも高い耐熱温度を有する第２の浄水ユニットと、
前記冷却水タンクから前記回収水タンクへと水を導く冷却水導入経路と、
制御ユニットと、を備え、
前記第１の浄水ユニットの耐熱温度をＴａとし、
前記回収水タンク内の水の温度をＴ１とすると、
前記制御ユニットは、（数１）を充足する場合には、前記第１の浄水ユニットに水を通過させないように制御を行う、燃料電池発電システムである。
【００１６】
【数１】
2007234477.tif 000003
【００１７】
又、第２の本発明は、
前記制御ユニットは、
（数１）を充足している場合には、前記第１の浄水ユニットに水を通過させず、前記第２の浄水ユニットを介して、前記回収水タンクから前記冷却水タンクへと水を供給し、
（数２）を充足している場合には、前記第１の浄水ユニット及び／又は前記第２の浄水ユニットを介して、前記回収水タンクから前記冷却水タンクへと水を供給するように制御を行う、第１の本発明の燃料電池発電システムである。
【００１８】
【数２】
2007234477.tif 000004
【００１９】
又、第３の本発明は、
前記回収水タンク内の水の温度を検知する温度検知ユニットを備え、
前記制御ユニットは、前記温度検知ユニットで検知された温度が（数１）を充足する場合には、前記第１の浄水ユニットに水を通過させないよう制御を行う、第１の本発明の燃料電池発電システムである。
【００２０】
又、第４の本発明は、
前記第２の浄水ユニットの耐熱温度をＴｃとし、
前記冷却水タンク内の水の温度をＴ２とすると、
（数３）を充足するように前記第２の浄水ユニットは構成されている、第１の本発明の燃料電池発電システムである。
【００２１】
【数３】
2007234477.tif 000005
【００２２】
又、第５の本発明は、
前記回収水タンクは大気開放されており、
前記回収水タンク内の貯水量をＷ１、前記冷却水タンクの貯水量をＷ２、前記冷却水タンクの水温をＴ２、大気温度をＴ３とすると、
前記制御ユニットは、（数４）によって浄水処理中のＴ１を推定し、前記制御を行う、第１の本発明の燃料電池発電システムである。
【００２３】
【数４】
2007234477.tif 000006
【００２４】
又、第６の本発明は、
前記第１の浄水ユニットは、アニオン交換樹脂を有しており、
前記第２の浄水ユニットは、カチオン交換樹脂を有している、第１の本発明の燃料電池発電システムである。
【００２５】
又、第７の本発明は、
前記回収水タンクから前記第１の浄水ユニットを経由して前記冷却水タンクへと水を導く第１の回収水供給経路と、
前記回収水タンクから前記第２の浄水ユニットを経由して前記冷却水タンクへと水を導く第２の回収水供給経路と、
前記第１の回収水供給経路上に設けられた第１のポンプと、
前記第２の回収水供給経路上に設けられた第２のポンプと、を備え、
前記制御ユニットは、
（数１）を充足している場合には、前記第２のポンプを動作させることにより、前記第２の浄水ユニットを介して、前記回収水タンクから前記冷却水タンクへと水を供給し、
（数２）を充足している場合には、前記第１のポンプ及び／又は前記第２のポンプを動作させることにより、前記第１の浄水ユニット及び／又は前記第２の浄水ユニットを介して、前記回収水タンクから前記冷却水タンクへと水を供給する、第２の本発明の燃料電池発電システムである。
【００２６】
又、第８の本発明は、
前記回収水タンクから、前記冷却水タンクへと水を供給するための回収水供給経路と、
前記回収水供給経路上に設けられたポンプと、
前記回収水供給経路から分岐し、前記ポンプによって供給される水を、前記第１の浄水ユニットを介して前記冷却水タンクへと供給する第１の回収水供給分岐経路と、
前記回収水供給経路から分岐し、前記ポンプによって供給される水を、前記第２の浄水ユニットを介して前記冷却水タンクへと供給する第２の回収水供給分岐経路と、
前記ポンプによって供給される水を前記第１の回収水供給分岐経路及び／又は前記第２の回収水供給分岐経路に供給するために、経路を切り替える切替ユニットと、を備え、
前記制御ユニットは、
（数１）を充足している場合には、前記切替ユニットにより前記第１の浄水ユニットに水が供給されない状態で、前記送水ユニットを稼動させることにより、前記第２の浄水ユニットを介して、前記回収水タンクから前記冷却水タンクへと水を供給し、
（数２）を充足している場合には、前記切替ユニットにより前記第１の浄水ユニット及び／又は前記第２の浄水ユニットに水が供給される状態で、前記送水ユニットを稼動させることにより、前記第１の浄水ユニット及び／又は前記第２の浄水ユニットを介して、前記回収水タンクから前記冷却水タンクへと水を供給する、第２の本発明の燃料電池発電システムである。
【００２７】
又、第９の本発明は、
前記冷却水タンクもしくは前記冷却水導入経路に設けられた、水質を検知するための水質検知ユニットを備え、
前記制御ユニットは、
前記水質検知ユニットによる検出値が所定の値以下になるまで、前記第１の浄水ユニット及び／又は前記第２の浄水ユニットに水を供給する、第１の本発明の燃料電池発電システムである。
【００２８】
又、第１０の本発明は、
水素含有ガスと酸化剤ガスを利用して発電を行う燃料電池と、
前記燃料電池を冷却するための水を貯える冷却水タンクと、
前記燃料電池から排出された前記水素含有ガス及び／または前記酸化剤ガスから回収した水分を貯える回収水タンクと、
前記回収水タンクから前記冷却水タンクへと送られる水を浄水処理する第１の浄水ユニットと、
前記回収水タンクから前記冷却水タンクへと送られる水を浄水処理する、前記第１の浄水ユニットの耐熱温度よりも高い耐熱温度を有する第２の浄水ユニットと、
前記冷却水タンクから前記回収水タンクへと水を導く冷却水導入経路と、を備えた、燃料電池発電システムの運転方法であって、
前記第１の浄水ユニットの耐熱温度をＴａとし、前記温度検知ユニットによって検知される温度をＴ１とすると、
（数１）を充足している場合には、前記第１の浄水ユニットに水を通過させず、前記第２の浄水ユニットを介して、前記回収水タンクから前記冷却水タンクへと水を供給するように制御を行うステップを有する、燃料電池発電システムの運転方法である。
【００２９】
【数１】
2007234477.tif 000007
【００３０】
又、第１１の本発明は、
第１０の本発明の燃料電池発電システムの運転方法の、（数１）を充足している場合には、前記第１の浄水ユニットに水を通過させず、前記第２の浄水ユニットを介して、前記回収水タンクから前記冷却水タンクへと水を供給するように制御を行うステップをコンピュータに実行させるためのプログラムである。
【００３１】
又、第１２の本発明は、
第１１の本発明のプログラムを記録した記録媒体であって、コンピュータにより処理可能な記録媒体である。
【発明の効果】
【００３２】
本発明によれば、従来と比べてイオン交換樹脂の熱劣化の可能性を低減し、寿命を長くすることが可能な燃料電池発電システム及び燃料電池発電システムの運転方法を提供することが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら説明する。
（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システムの構成図である。
【００３４】
図１に示すように、本実施の形態における燃料電池発電システムは、水素を含有した燃料ガスと酸化剤ガスを用いて発電を行う燃料電池１１と、原燃料ガスを改質して水素を含有した燃料ガスを生成する燃料処理器１２と、酸化剤ガスとしての空気を燃料電池１１に供給する空気ブロア１５とを備えている。
【００３５】
この燃料電池１１を冷却するための冷却水を貯える冷却水タンク１１１と、冷却水タンク１１１と燃料電池１１の間を連結する冷却水経路１１８と、冷却水経路１１８上に冷却水を循環させるためのポンプ１１２が設けられている。
【００３６】
又、燃料電池１１から排気される排空気及び燃料排ガスに含まれる水分を凝縮するための空気側熱交換器１４と燃料側熱交換器１３と、凝縮された水分を回収水として貯えるための、回収水タンク１１０が設けられている。
【００３７】
上記冷却水タンク１１１の内側面に開口して形成された開口部１１３と、この開口部１１３と回収水タンク１１０を連結するオーバーフロー経路１１４が設けられている。尚、冷却水タンク１１１は、回収水タンク１１０よりも上方に配置されている。
【００３８】
また、回収水タンク１１０から冷却水タンク１１１へと回収水を送水するために、第１の回収水供給経路１１９と第２の回収水供給経路１２０が設けられている。この第１の回収水供給経路１１９上には、ポンプ１６と第１の浄水ユニット１８が設けられており、第１の浄水ユニット１８は、アニオン交換樹脂としての強塩基型イオン交換樹脂（室町ケミカル株式会社製；製品名ＳＢＲ−Ｐ−Ｃ、耐熱温度６０℃（以下、Ｔａという））によって構成されている。また、第２の回収水供給経路１２０上には、ポンプ１７と第２の浄水ユニット１９が設けられており、第２の浄水ユニット１９は、カチオン交換樹脂としての強酸型イオン交換樹脂（室町ケミカル株式会社製；商品名ＨＣＲ−Ｗ２、耐熱温度１２０℃（以下、Ｔｃという））で構成されている。
【００３９】
又、オーバーフロー経路１１４には、冷却水タンク１１１からオーバーフローする冷却水の水質を検知する水質検知ユニット１１５が設けられ、回収水タンク１１０には回収水の温度を検知するための温度センサー１１６が設けられている。これら温度センサー１１６及び水質検知ユニット１１５の値に基づいて、ポンプ１６とポンプ１７の稼動状態を制御するための制御ユニット１１７が設けられている。
【００４０】
尚、本発明の温度検知ユニットの一例は、本実施の形態の温度センサー１１６に相当し、本発明の冷却水導入経路は、本実施の形態のオーバーフロー経路１１４に相当する。又、本発明の第１のポンプは、本実施の形態のポンプ１６に相当し、本発明の第２のポンプは、本実施の形態のポンプ１７に相当する。
【００４１】
以下に、本発明の燃料電池発電システムの運転方法の一例である冷却水の浄水処理について説明する。尚、この冷却水の浄水処理は、燃料電池発電システムの起動時や停止処理時に主に行われるが、これに限らず発電時等の通常運転時や所定時間毎に行われても良い。図２は、本実施の形態の燃料電池発電システムの冷却水の浄水処理における動作フロー図である。
【００４２】
はじめに、制御ユニット１１７は、ステップ１Ｓにて温度センサー１１６によって検知された回収水タンク１１０に貯えられた回収水の温度Ｔ１が、第１の浄水ユニット１８のアニオン交換樹脂の耐熱温度Ｔａより高いか否か、すなわち（数１）を充足しているか、又はＴ１がＴａ以下であるか、すなわち（数２）を充足しているか否かを判断する。
【００４３】
【数１】
2007234477.tif 000008
【００４４】
【数２】
2007234477.tif 000009
【００４５】
Ｔ１がＴａよりも高い場合には、制御ユニット１１７は、ステップ２Ｓにてポンプ１７のみを稼動させる。すると、回収水タンク１１０内の水は、第２の回収水供給経路１２０を通って第２の浄水ユニット１９を経由し、冷却水タンク１１１に供給される。そして、冷却水が開口部１１３から溢れ出し、オーバーフロー経路１１４を通り回収水タンク１１０に流入する。このように、冷却水は、オーバーフロー経路１１４、回収水タンク１１０、及び第２の回収水供給経路１２０を通り、再び冷却水タンク１１１に戻る経路を循環しながら、第２の浄水ユニット１９で浄化される。
【００４６】
続いて、制御ユニット１１７は、ステップ３Ｓにて、Ｔ１がＴａ以下であると判断した時点、すなわち（数２）を充足していると判断した時点で、ステップ４Ｓに進み、ポンプ１６を稼動させる。そうすることにより、回収水タンク１１０の水は、第１の回収水供給経路１１９及び第２の回収水供給経路１２０に供給され、冷却水は第１の浄水ユニット１８と第２の浄水ユニット１９の双方によって浄水処理される。
【００４７】
尚、ステップ１Ｓにおいて、制御ユニット１１７が、Ｔ１がＴａ以下であると判断した場合（（数１）を充足していると判断した場合）には、ポンプ１６とポンプ１７の双方を稼動させる。
【００４８】
このようにポンプ１６及びポンプ１７の双方を稼動させることにより、第１の浄水ユニット１８及び第２の浄水ユニット１９を用いて、冷却水の浄水処理が行われる。この浄水処理中、制御ユニット１１７は、ステップ５Ｓにて（数１）を充足しているかを所定時間ごとに判定している。制御ユニット１１７は、（数１）を充足していると判定した場合（Ｔ１が耐熱温度Ｔａよりも高くなった場合）には、ステップ６Ｓにてポンプ１６を停止し、第１の浄水ユニット１８への水の供給を停止する。
【００４９】
その後、ステップ３Ｓへと戻り、（数２）を充足するようになった時点（Ｔ１が耐熱温度Ｔａ以下になった時点）で、制御ユニット１１７は、ポンプ１６を稼動させる。
【００５０】
上記ステップ１Ｓ〜ステップ７Ｓの動作により冷却水の浄水処理がなされるが、この動作の間、制御ユニット１１７は水質検知ユニット１１５で検知した値が、基準値として規定した２μＳ／ｃｍ以下であるか否かを所定時間毎に判断している。そして、検知した値が２μＳ／ｃｍ以下であると判断した時点で、制御ユニット１１７はポンプ１６及びポンプ１７を停止する。尚、上記判断をした時点が、例えば、ステップ３Ｓ中であっても浄水処理は停止されることになる。
【００５１】
なお、発電時には、燃料電池１１は、空気ブロア１５から供給される空気と燃料処理器１２で生成された水素を含有した燃料ガスにより発電を行い、その発電による発熱を冷却するために燃料電池１１には、冷却水タンク１１１からポンプ１１２によって冷却水が循環され、燃料電池１１は７５℃に冷却される。この冷却水タンク１１１内の水の温度をＴ２とすると、第２の浄水ユニット１９を構成しているカチオン交換樹脂としては、耐熱温度Ｔｃは、下記（数３）を充足するものが用いられている。
【００５２】
【数３】
2007234477.tif 000010
【００５３】
上記構成及び動作によれば、回収水タンク１１０内の水温を温度センサー１１６によって検知でき、冷却水の浄水処理の過程で、冷却水が回収水と混合することで、回収水の温度がアニオン交換樹脂の耐熱温度よりも高い温度になった場合には、ポンプ１７のみ稼動し、耐熱性のあるカチオン交換樹脂で構成される第２の浄水ユニット１９を介して冷却水と混合した回収水の浄水処理が出来ることになる。又、冷却水と混合した回収水の温度がアニオン交換樹脂の耐熱温度以下の温度である場合には、ポンプ１６及びポンプ１７を稼動し、アニオン交換樹脂で構成される第１の浄水ユニット１８と、カチオン交換樹脂で構成される第２の浄水ユニット１９を介して、冷却水と混合した回収水の浄水処理が出来るようになる。
【００５４】
このように、各イオン交換樹脂の耐熱温度を下回るように、適切に選択して回収水を浄水ユニット１８、１９に供給することが出来るため、浄水ユニット１８、１９におけるイオン交換樹脂、特にアニオン交換樹脂の熱劣化を出来るだけ低減させた状態で、回収水と共に冷却水を浄水処理することが可能となる。従って、従来の混床方式と比較すると、イオン交換樹脂の寿命を長くすることが可能となる。
【００５５】
又、本実施の形態の燃料電池発電システムでは、カチオン交換樹脂として、その耐熱温度Ｔｃが冷却水の温度Ｔ２以上である材料を用いることで、冷却水の温度よりも耐熱性のあるイオン交換樹脂からなる浄水経路を少なくとも一経路確保できることになるため、停止処理における浄水処理において冷却水の温度が低下するまで待つ必要がなくなり、浄水処理を短時間で終了することが出来る。
【００５６】
又、本実施の形態の燃料電池発電システムでは、水質検知ユニット１１５をオーバーフロー経路１１４に設けることにより、冷却水の浄水処理に要する時間を適切に管理でき、冷却水の水質の適切な管理と、イオン交換樹脂ひいては浄水ユニットの耐久性を適切に維持することが可能となる。
【００５７】
また、冷却水の水質が基準値以下になった時点で、ポンプ１６及びポンプ１７を停止できるため、冷却水の浄水処理が不足の状態で浄水処理操作を停止することにならず、また、過剰に冷却水や回収水の浄水処理をすることによって、浄水ユニット１８、１９におけるイオン交換樹脂の性能低下を抑止できる。
【００５８】
（実施の形態２）
図３は、本発明の実施の形態２における燃料電池発電システムの構成図である。
【００５９】
図３に示すように、本実施の形態における燃料電池発電システムは、実施の形態１と基本的な構造は同じであるが、回収水タンクから冷却水タンクへと水を供給する経路の構成が異なる。そのため、本相違点を中心に説明する。尚、図３において、図１と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。
【００６０】
図３に示す燃料電池発電システムは、回収水タンク１１０から冷却水タンク１１１へと回収水を導くために、回収水タンク１１０内に一端を有する回収水供給経路１２１を備えている。この回収水供給経路１２１は、他端である分岐部１２１ａから２本の経路に分岐しており、分岐した一方の経路である第１の回収水供給分岐経路１２２は、第１の浄水ユニット１８を経由して冷却水タンク１１１内に端を有している。また、他方の経路である第２の回収水供給分岐経路１２３は、第２の浄水ユニット１９を経由して冷却水タンク１１１内に端を有している。
【００６１】
また、分岐部１２１ａから第１の浄水ユニット１８の間の、第１の回収水供給分岐経路１２２上には弁２２が設けられており、分岐部１２１ａから第２の浄水ユニット１９の間の、第２の回収水供給分岐経路１２３上には弁２３が設けられている。
【００６２】
また、温度センサー１１６及び水質検知ユニット１１５の値に基づいて、ポンプ２１、弁２２、及び弁２３を制御する制御ユニット２５が設けられている。
【００６３】
以下に、本発明の燃料電池発電システムの運転方法の一例である冷却水の浄水処理について説明する。尚、この冷却水の浄水処理は、燃料電池発電システムの起動時や停止処理時に主に行われるが、これに限らず発電時等の通常運転時や所定時間毎に行われても良い。
【００６４】
図４は、本実施の形態の燃料電池発電システムの冷却水の浄水処理における動作フロー図である。
【００６５】
はじめに、制御ユニット２５は、ステップ１１Ｓにて温度センサー１１６によって検知された回収水タンク１１０に貯えられた回収水の温度Ｔ１が、第１の浄水ユニット１８のアニオン交換樹脂の耐熱温度Ｔａより高いか否か、すなわち（数１）を充足しているか、又はＴ１がＴａ以下であるか、すなわち（数２）を充足しているか否かを判断する。
【００６６】
【数１】
2007234477.tif 000011
【００６７】
【数２】
2007234477.tif 000012
【００６８】
Ｔ１がＴａよりも高い場合には、制御ユニット２５は、ステップ１２Ｓにて、弁２２を閉じ、弁２３を開く。そして、ステップ１３Ｓにて制御ユニット２５はポンプ２１を動作させる。
【００６９】
すると、回収水タンク１１０内の水は、第２の回収水供給分岐経路１２３を通って、第２の浄水ユニット１９を経由し、冷却水タンク１１１に供給される。そして、冷却水が開口部１１３から溢れ出し、オーバーフロー経路１１４を通り、回収水タンク１１０に流入する。このように、冷却水は、オーバーフロー経路１１４、回収水タンク１１０、回収水供給経路１２１及び第２の回収水供給分岐経路１２３を通り、再び冷却水タンク１１１に戻る経路を循環しながら、第２の浄水ユニット１９で浄化される。
【００７０】
次に、制御ユニット２５は、ステップ１４ＳにてＴ１がＴａ以下であると判断した時点、すなわち（数２）を充足していると判断した時点で、ステップ１５Ｓに進み、弁２２を開く。
【００７１】
すると、回収水タンク１１０の水は、第１の回収水供給分岐経路１２２及び第２の回収水供給分岐経路１２３に供給され、冷却水は第１の浄水ユニット１８と第２の浄水ユニット１９の双方によって浄水処理される。
【００７２】
尚、ステップ１１Ｓにおいて、制御ユニット２５は、Ｔ１がＴａ以下であると判断した場合には、ステップ１８Ｓにて弁２２及び弁２３の両方を開け、ステップ１９Ｓにてポンプ２１を動作させる。
【００７３】
上記のように弁２２及び弁２３を開けた状態でポンプ２１を稼動させることにより、第１の浄水ユニット１８及び第２の浄水ユニット１９を用いて、冷却水の浄水処理が行われる。この浄水処理の間、制御ユニット２５は、ステップ１６Ｓにて（数１）を充足しているかを所定時間毎に判断している。制御ユニット２５は、（数１）を充足していると判断した場合（Ｔ１が耐熱温度Ｔａよりも高くなった場合）には、ステップ１７Ｓにて弁２２を閉じて、第１の浄水ユニット１８への水の供給を停止する。
【００７４】
その後、ステップ１４Ｓへと戻り、（数２）を充足するようになった時点で、制御ユニット１１７は、弁２２を再び開く。
【００７５】
上記ステップ１１Ｓ〜１９Ｓの動作により冷却水の浄水処理がなされるが、この動作の間、制御ユニット２５は水質検知ユニット１１５で検知した値が、基準値として規定した２μＳ／ｃｍ以下であるか否かを所定時間毎に判断している。そして、検知した値が２μＳ／ｃｍ以下であると判断した時点で、制御ユニット２５はポンプ２１を停止する。尚、この後、弁２２及び弁２３を閉じても良い。又、上記判断した時点が、例えばステップ１４Ｓ中であったとしても浄水処理は停止されることになる。
【００７６】
一方、本実施の形態の燃料電池発電システムの発電時には、燃料電池１１には冷却水タンク１１１からポンプ１１２によって冷却水が循環され、燃料電池１１は７５℃に冷却される。
【００７７】
上記構成及び動作によれば、回収水タンク１１０内の水温を温度センサー１１６によって検知でき、冷却水の浄水処理の過程で、冷却水が回収水と混合することで、回収水の温度がアニオン交換樹脂の耐熱温度よりも高い温度になった場合には、弁２２を閉じ、弁２３を開けた状態でポンプ２１を稼動することにより、流路を切り替え、耐熱性のあるカチオン交換樹脂で構成される第２の浄水ユニット１９のみを介して冷却水の浄水処理が出来ることになる。また、冷却水と混合した回収水の温度がアニオン交換樹脂の耐熱温度以下の温度である場合には、弁２２を開け、弁２３を開けた状態でポンプ２１を稼動することにより、アニオン交換樹脂で構成される第１の浄水ユニット１８と、カチオン交換樹脂で構成される第２の浄水ユニット１９を介して、冷却水と混合した回収水の浄水処理が出来るようになる。
【００７８】
このように、各イオン交換樹脂の耐熱温度を下回るように、適切に選択して回収水を浄水ユニット１８、１９に供給することが出来るため、浄水ユニット１８、１９におけるイオン交換樹脂、特にアニオン交換樹脂の熱劣化を出来るだけ低減させた状態で、回収水と共に冷却水を浄水処理することが可能になる。従って、従来の混床方式と比較すると、イオン交換樹脂の寿命を長くすることが可能となる。
【００７９】
なお、本発明の切り替えユニットの一例は、本実施の形態の弁２２及び弁２３に相当するが、弁２２及び弁２３の代わりに三方弁を分岐部１２１ａに設けてもよい。
【００８０】
なお、浄水装置に使用するカチオン交換樹脂及びアニオン交換樹脂は実施の形態で用いたＳＢＲ−Ｐ−ＣやＨＣＲ−Ｗ２に限定されるものではなく、各種カチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂が利用できる。
【００８１】
また、燃料電池の冷却温度及び燃料電池を循環する冷却水の温度は実施の形態で用いた温度に限定されるものではないが、カチオン交換樹脂の熱劣化を防止する観点から、カチオン交換樹脂の耐熱温度以下であることがより好ましい。
【００８２】
さらに、水質検知ユニット１１５で検知する冷却水の水質の基準値は実施の形態で用いた２μＳ／ｃｍに限定されるものではなく、適宜変更して利用しても構わない。又、水質検知ユニット１１５を備えずに、冷却水タンク１１１内の貯水量に相当する量の水が冷却水タンク１１１に供給された時点で浄水処理を停止しても良い。
【００８３】
また、上述した実施の形態では、（数２）を充足する場合には、第１の浄水ユニット１８及び第２の浄水ユニット１９の両方に用いて浄水処理を行っているが、どちらか一方のみを稼動させても良い。例えば、ステップ１Ｓ〜２Ｓ間において冷却水中のカチオンが充分に交換されている場合には、ステップ３Ｓにおいて（数２）を充足したときに、ポンプ１７を停止し、ポンプ１６を稼動させて、アニオン交換樹脂から構成される第１の浄水ユニット１８のみを介して浄水処理が行われても良い。
【００８４】
（実施の形態３）
図５は、本発明にかかる実施の形態３における燃料電池発電システムの構成図である。図５に示すように、本実施の形態における燃料電池発電システムは、実施の形態１と基本的構成は同じであるが、回収水タンク１１０に温度センサーが設けられていない点が異なる。そのため、本相違点を中心に説明する。尚、実施の形態１と同一の構成要素には同一符号を付している。
【００８５】
図５に示すように、本実施の形態の燃料電池発電システムは、回収水タンク１１０に温度センサーが設けられておらず、回収水タンク１１０内の水位を検知するためのレベルセンサー１３２が設けられている。
【００８６】
又、冷却水タンク１１１には、冷却水タンク１１１の水位を検知するためのレベルセンサー１３０と、冷却水タンク１１１内の水温を検知するための温度センサー１３１が設けられている。更に、上記レベルセンサー１３０、１３２、及び温度センサー１３１の検出値に基づいて、ポンプ１６、１７の制御を行う制御ユニット１３３が設けられている。
【００８７】
以下に、本発明の燃料電池発電システムの運転方法の一例である冷却水の浄水処理について説明する。尚、冷却水の浄水処理は、燃料電池発電システムの起動時や停止処理時に主に行われるが、これに限らず通常運転時や所定時間毎に行われてもよい。
【００８８】
はじめに、制御ユニット１３３は、レベルセンサー１３０、１３２、及び温度センサー１３１の検出値に基づいて、冷却水の浄水処理時における回収水タンク１１０内の水温を推定する。
【００８９】
以下に回収水タンク１１０内の水温の推定方法について説明する。
【００９０】
浄水処理時をする際には、回収水タンク１１０内の回収水が冷却水タンク１１１へと供給され、高温の冷却水がオーバーフロー経路１１４を経由して回収水タンク１１０へと流入することになる。
【００９１】
そのため、浄水処理が進むと冷却水と回収水の循環により、回収水タンク１１０内の水温は上昇する。そして、最も上昇した状態での回収水タンク１１０内の水温は、浄水処理前の冷却水と回収水が全て混合した状態の温度とほぼ等しくなると考えられる。
【００９２】
従って、浄水処理前の冷却水と回収水が混合した状態の温度によって、浄水処理時における回収水タンク１１０内の水温Ｔ１を推定することが出来る。
【００９３】
ここで、レベルセンサー１３２に基づいた回収水タンク１１０内の回収水の量をＷ１とし、レベルセンサー１３０に基づいた冷却水タンク１１１の貯水量をＷ２とし、冷却水タンク１１１内の冷却水の温度をＴ２とする。
【００９４】
又、回収水タンク１１０は大気開放されているため、浄水処理前の回収水タンク１１０内の水温を大気温度Ｔ３とする。
【００９５】
すると、下記（数４）によって、浄水処理時における回収水タンク１１０内の水温Ｔ１を推定することが出来る。尚、大気温度Ｔ３を計測するための温度センサーが別途設けられている。
【００９６】
【数４】
2007234477.tif 000013
【００９７】
次に、制御ユニット１３３は、（数４）によって推定される温度Ｔ１が、第１の浄水ユニット１８のアニオン交換樹脂の耐熱温度Ｔａより高いか否か、すなわち（数１）を充足しているか、又はＴ１がＴａ以下であるか、すなわち（数２）を充足しているか否かを判断する。
【００９８】
【数１】
2007234477.tif 000014
【００９９】
【数２】
2007234477.tif 000015
【０１００】
Ｔ１がＴａよりも高い場合には、制御ユニット１３３はポンプ１７のみを稼動させる。
【０１０１】
一方、Ｔ１がＴａ以下であると判断した場合には、制御ユニット１３３はポンプ１６及びポンプ１７を稼動させる。
【０１０２】
そして、制御ユニット１３３は、水質検知ユニット１１５で検知した値が、基準値として規定した２μＳ／ｃｍ以下であると判断した時点で、ポンプ１６及びポンプ１７を停止する。
【０１０３】
すなわち、本実施の形態では、回収水タンク１１０内の水温が浄水処理中に上昇し到達すると考えられる温度を浄水処理前に推定し、その推定温度がアニオン交換樹脂の耐熱温度よりも高い温度である場合には、アニオン交換樹脂で構成される第１の浄水ユニット１８に水を供給せずに浄水処理が行われる。
【０１０４】
そのため、浄水ユニット１８、１９におけるイオン交換樹脂、特にアニオン交換樹脂の熱劣化を出来るだけ低減させた状態で、回収水とともに冷却水を浄水処理することが可能となる。
【０１０５】
尚、本実施の形態では、浄水処理中の回収水タンク１１０の水温の推定方法の一例として、Ｗ１、Ｗ２、Ｔ２、Ｔ３を用いたが、この方法に限定されるものではなく、他の推定方法を用いてもよい。
【０１０６】
又、本実施の形態では、温度センサーを用いて大気温度Ｔ３を測定していたが、温度センサーを用いずに、季節や昼夜等の時期的な大気温度の変動をデータベースとして備え、そのデータベースに基づいてＴ３を求めても良い。
【０１０７】
又、回収水タンク１１０に水道水を補給するための水補給ユニット１３４が設置されていてもよい。
【０１０８】
又、本発明のプログラムは、上述した本発明の燃料電池発電システムの運転方法の、（数１）を充足している場合には、前記第１の浄水ユニットに水を通過させず、前記第２の浄水ユニットを介して、前記回収水タンクから前記冷却水タンクへと水を供給するように制御を行うステップの動作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。
【０１０９】
又、本発明の記録媒体は、上述した本発明の燃料電池発電システムの運転方法のステップの全部又は一部の動作をコンピュータにより実行させるためのプログラムを記録した記録媒体であり、コンピュータにより読み取り可能且つ、読み取られた前記プログラムが前記コンピュータと協動して前記動作を実行する記録媒体である。
【０１１０】
尚、本発明の上記「ステップの動作」とは、前記ステップの全部又は一部の動作を意味する。
【０１１１】
又、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、ＲＯＭ等の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。
【０１１２】
又、本発明のプログラムの一利用形態は、インターネット等の伝送媒体、光・電波・音波等の伝送媒体中を伝送し、コンピュータにより読みとられ、コンピュータと協働して動作する態様であっても良い。
【０１１３】
又、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。
【０１１４】
尚、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】
【０１１５】
本発明にかかる、燃料電池発電システム及びその運転方法は、従来と比べてイオン交換樹脂の熱劣化の可能性を低減し、寿命を長くすることが可能な効果を有し、燃料電池発電システムを安定に運転する構成等として有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１１６】
【図１】本発明の実施の形態１における燃料電池発電システムの構成図
【図２】本発明の実施の形態１における燃料電池発電システムの動作フロー図
【図３】本発明の実施の形態２における燃料電池発電システムの構成図
【図４】本発明の実施の形態２における燃料電池発電システムの動作フロー図
【図５】本発明の実施の形態３における燃料電池発電システムの構成図
【図６】従来の燃料電池発電システムの構成図
【符号の説明】
【０１１７】
１１、３１  燃料電池
１２、３２  燃料処理器
１３、３３  燃料側熱交換器
１４、３４  空気側熱交換器
１５、３５  空気ブロア
１６、１７、２１、３６、１１２、３１２  ポンプ
１８  第１の浄水ユニット
１９  第２の浄水ユニット
２５、１１７  制御ユニット
３７  浄水ユニット
３８、１１４  オーバーフロー経路
３９、１１３  開口部
１１０、３１１  回収水タンク
１１１、３１０  冷却水タンク
１１５  水質検知ユニット
１１６  温度センサー
１１７  制御ユニット
１１８  冷却水経路
１１９  第１の回収水供給経路
１２０  第２の回収水供給経路
１２１  回収水供給経路
１２２  第１の回収水供給分岐経路
１２３  第２の回収水供給分岐経路
【図１】
2007234477.tif 000021
【図２】
2007234477.tif 000022
【図３】
2007234477.tif 000023
【図４】
2007234477.tif 000024
【図５】
2007234477.tif 000025
【図６】
2007234477.tif 000026