(57)【要約】    【課題】  水処理容器の配置及び形状の自由度が高く、イオン交換樹脂の保守交換が容易で、コンパクトな燃料電池発電システム及びその保守方法を提供する。    【解決手段】  水処理容器１は、その内部に、仕切り９により隔てられたイオン交換樹脂２が充填されている。水処理容器１には、処理水入口５１に入口閉止弁５が設けられ、処理水出口６１に出口閉止弁６が設けられ、排出ノズル３と注入ノズル４が接続されている。保守交換のために、入口閉止弁５と出口閉止弁６を閉じて水処理容器１を密閉し、排出ノズル３と注入ノズル４を開く。そして、イオン交換樹脂２の抜取時は、注入ノズル４から水を注入しながら排出ノズル３から抜き取り、充填時は、注入ノズル４からイオン交換樹脂２と水を注入し、排出ノズル３から余分な水を排出する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池本体に冷却水を連続的に供給することにより、電池反応で生成された熱を除去するための冷却水系を有し、前記冷却水系は、冷却水の電導度を低下させるイオン交換樹脂を、水処理容器内に配設した水処理装置を有する燃料電池発電システムにおいて、
前記水処理容器には、破過した前記イオン交換樹脂を排出するための排出ノズルと、前記排出ノズルからの排出を促す水及び気体の少なくとも一方を、吸引若しくは圧入により注入するための注入ノズルとが設けられ、
前記水処理容器における処理水の出入口には、前記水処理容器内を遮断密閉可能な弁が設けられていることを特徴とする燃料電池発電システム。
【請求項２】
前記排出ノズルには、吸引により前記イオン交換樹脂を抜き取る吸引機が接続されていることを特徴とする請求項１記載の燃料電池発電システム。
【請求項３】
前記注入ノズルには、水とともに新しいイオン交換樹脂を注入させる樹脂供給容器が接続されていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の燃料電池発電システム。
【請求項４】
前記水処理容器が２個以上並列に接続されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃料電池発電システム。
【請求項５】
燃料電池本体に冷却水を連続的に供給することにより、電池反応で生成された熱を除去するための冷却水系を有し、前記冷却水系は、冷却水の電導度を低下させるイオン交換樹脂を、水処理容器内に配設した水処理装置を有する燃料電池発電システムの保守方法において、
前記水処理容器には、注入ノズル及び排出ノズルが設けられ、
前記水処理容器における処理水の出入口を弁により遮断密閉し、
前記注入ノズルから水及び気体の少なくとも一方を、吸引若しくは圧入により注入しながら、前記排出ノズルから前記イオン交換樹脂を排出することを特徴とする燃料電池発電システムの保守方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池本体の冷却や蒸気生成のために供給される水について、イオン交換樹脂を用いて電導度を低下させる水処理装置を有する燃料電池発電システム及びその保守方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池発電システムは、燃料処理装置により生成された水素と酸素の結合エネルギーを、燃料電池本体において直接電気エネルギーに変換するものであり、化学反応による発電であるために発電効率が高く、汚染物質の排出および騒音が少ない環境性に優れた発電装置として評価されている。
【０００３】
このような燃料電池発電システムにおいては、冷却用若しくは蒸気用の水を供給するために、低電導度水を連続的に確保する水処理装置が不可欠である。この水処理装置として、従来から常用されているものが、コストおよび利便性において優れるイオン交換樹脂を用いた装置である。イオン交換樹脂は、イオン交換機能を有する微小な球状の合成樹脂であり、その機能を維持するためには定期的な交換が必要となる。
【特許文献１】特開２００２−００１３２８号公報
【特許文献２】特開２００３−０９３８８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、一般的に、イオン交換樹脂の保守交換は、水処理容器をシステムから取り外して行う方法が採られる。従来の燃料電池発電システムにおいても、イオン交換樹脂の保守交換のために水処理容器をシステムから取り外すことが前提の構成になっている。このため、水処理容器は取り外し易い場所に配置しなければならず、他の構成機器とそれらを繋ぐ配管レイアウトの自由度が制約されていた。そして、これにより装置のコンパクト化が阻害され、樹脂の保守交換に手間がかかるという問題があった。
【０００５】
特に、家庭用の燃料電池発電システムは、燃料処理装置、燃料電池本体、インバータ、制御装置、熱交換装置等の必要な機能をまとめたパッケージ装置として構成されている。そして、家庭では設置スペースの制約があることから、設置利便性を高めるため、パッケージのコンパクト化が強く求められている。さらに、家庭での利用ユーザの手間を考慮すれば、水処理系についても保守作業も含めて簡素化し、コスト低減をはかる必要がある。しかし、上記のように、従来技術では配置の自由度やコンパクト化が阻害されており、保守交換も容易でないという問題があった。
【０００６】
水処理容器をシステムから取り出さずに樹脂を充填する方法としては、水処理容器の下部から直接水を抜きながら、上部からイオン交換樹脂を落とし込む方法がある（例えば、特許文献１参照）。また、水処理容器の下部から、エジェクターを用いて誘引することにより生じる循環流にイオン交換樹脂を含めて、高所にある容器の上部から充填する方法がある（例えば、特許文献２参照）。しかし、これらの従来技術は、むしろ水処理容器の取り外しが困難な比較的大規模の装置に関するものであり、下部からの水の排出、上部からの樹脂の供給となるため、配置や形状の自由度は少ない。このため、燃料電池発電システムにおける水処理装置の保守交換には必ずしも適していない。
【０００７】
本発明は、上記のような従来技術の問題点を解決するために提案されたものであり、その目的は、水処理容器の配置及び形状の自由度が高く、イオン交換樹脂の保守交換が容易で、コンパクトな燃料電池発電システム及びその保守方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記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、燃料電池本体に冷却水を連続的に供給することにより、電池反応で生成された熱を除去するための冷却水系を有し、前記冷却水系は、冷却水の電導度を低下させるイオン交換樹脂を、水処理容器内に配設した水処理装置を有する燃料電池発電システムにおいて、前記水処理容器には、破過した前記イオン交換樹脂を排出するための排出ノズルと、前記排出ノズルからの排出を促す水及び気体の少なくとも一方を、吸引若しくは圧入により注入するための注入ノズルとが設けられ、前記水処理容器における処理水の出入口には、前記水処理容器内を遮断密閉可能な弁が設けられていることを特徴とする。
【０００９】
以上のような本発明では、注入ノズルから吸引若しくは圧入により水、気体を注入するすることにより、排出ノズルからイオン交換樹脂を抜き取ることができるので、水処理容器を外すことを前提としたパッケージ構成や、イオン交換樹脂の供給位置が限定される構造をとらなくてもよい。このため、保守交換が容易となるとともに、他の構成機器とそれらを繋ぐ配管レイアウトの自由度を高めることができ、コンパクト化も容易となる。
【発明の効果】
【００１０】
以上のような本発明によれば、水処理容器の配置及び形状の自由度が高く、イオン交換樹脂の保守交換が容易で、コンパクトな燃料電池発電システム及びその保守方法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】
【００１１】
本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
［第１の実施形態…図１］
［構成］
本実施形態は、図１に示す水処理容器１を用いる。水処理容器１は、その内部に、仕切り９により隔てられたイオン交換樹脂２が充填されている。水処理容器１には、処理水入口５１に入口閉止弁５が設けられ、処理水出口６１に出口閉止弁６が設けられるとともに、排出ノズル３及び注入ノズル４が接続されている。図中、７は入口ヘッダ、８は出口ヘッダであり、仕切り９によってイオン交換樹脂２から仕切られた空間を形成している。なお、水処理容器１と燃料電池との間で冷却水を供給、循環させる冷却水系については、周知のあらゆる技術を適用可能であり、説明を省略する。
【００１２】
［作用］
以上のような本実施形態におけるイオン交換樹脂２の保守交換の操作を説明する。すなわち、通常の使用時には、排出ノズル３と注入ノズル４は閉止しており、入口閉止弁５及び出口閉止弁６が開いているため、処理水入口５１から流入した水が、イオン交換樹脂２を通過することによりイオン交換され、処理水出口６１から排出される。次に、保守交換のために、入口閉止弁５と出口閉止弁６を閉じて水処理容器１を密閉し、排出ノズル３と注入ノズル４を開く。そして、イオン交換樹脂２の抜取時は、注入ノズル４から水を注入しながら排出ノズル３から抜き取り、充填時は、注入ノズル４からイオン交換樹脂２と水を注入し、排出ノズル３から余分な水を排出する。
【００１３】
［効果］
以上のような本実施形態によれば、水処理容器１を設置した場所から外すことなく、イオン交換樹脂２の保守交換を行うことができる。従って、保守交換が簡単であり、保守交換に要する作業時間全体を削減することができる。また、水処理容器１は、取り外しのための部品、構造が不要であり、イオン交換樹脂２の供給、排出経路についても、特定の箇所には限定されない。従って、水処理系のレイアウトの自由度が高くなり、所要部品が少なくコストを節約できる。さらに、水処理容器１の形状が自由となり、燃料タンクの様にプレス成型により、安く製造することもできる。
【００１４】
［第２の実施形態…図２］
［構成］
本実施形態は、図２に示すように、第１の実施形態における水処理容器１の下流側に、樹脂回収容器２０及び吸引機２１を備えている。樹脂回収容器２０は、排出ノズル３に接続され、これを介して排出されるイオン交換樹脂２を回収する容器である。また、吸引機２１は、樹脂回収容器２０を介して排出ノズル３に接続され、水及び残空気を吸引する機器である。
【００１５】
［作用効果］
以上のような本実施形態では、吸引機２１を吸引動作させることにより、水処理容器１に水２２が導入されながら、水処理容器１から樹脂・水・残空気２３が樹脂回収容器２０に移動し、イオン交換樹脂２が捕捉回収されるので、吸引機２１に水・残空気２４のみが移動する。吸引機２１からは、水２５と空気２６がそれぞれ排出される。これにより、第１の実施形態と同様の作用効果が得られるとともに、イオン交換樹脂２の抜き取りを、素早く効率よく行うことができる。
【００１６】
［第３の実施形態…図３］
［構成］
本実施形態は、図３に示すように、第１の実施形態における水処理容器１の上流に樹脂供給容器２０ａを備え、下流に吸引機２１を備えている。樹脂供給容器２０ａは、注入ノズル４に接続され、これを介してイオン交換樹脂２を供給する容器である。また、吸引機２１は排出ノズル３に接続され、これを介して水及び空気を吸引する機器である。
【００１７】
［作用効果］
以上のような本実施形態では、吸引機２１を吸引動作させることにより、樹脂供給容器２０ａに水２２が導入されながら、樹脂・水・残空気２３が水処理容器１に移動する。イオン交換樹脂２は水処理容器１に捕捉充填され、吸引機２１には、水・残空気２４のみが移動する。吸引機２１からは、水２５と空気２６がそれぞれ排出される。これにより、第１の実施形態と同様の作用効果が得られるとともに、イオン交換樹脂２の供給を、素早く効率よく行うことができる。
【００１８】
［第４の実施形態…図４］
［構成］
本実施形態は、図４に示すように、第１の実施形態における水処理容器１の下流に樹脂回収容器２０及び汽水分離器３０を備え、仮設ポンプ３１により水２２を循環させるようにしたものである。樹脂供給容器２０ａは、排出ノズル３に接続され、これを介してイオン交換樹脂２を排出する容器である。また、汽水分離器３０は、樹脂回収容器２０に接続され、樹脂回収容器２０からの排出を水と空気に分離するものである。そして、仮設ポンプ３１は、汽水分離器３０の水の排出側と、注入ノズル４との間に接続されている。
【００１９】
［作用効果］
以上のような本実施形態では、水処理容器１への水２２の導入を仮設ポンプ３１により行うことにより、水処理容器１から樹脂・水・残空気２３が樹脂回収容器２０に移動する。樹脂回収容器２０ではイオン交換樹脂２が捕捉回収され、汽水分離器３０に水・残空気２４のみが移動する。汽水分離器３０において、空気２６は排出され、水２２のみが仮設ポンプ３１によって循環する。従って、第１の実施形態と同様の作用効果が得られるとともに、水処理容器１からのイオン交換樹脂２の抜き取りを、排出ノズル３からの吸引でなく注入ノズル４からの圧入により行うので、吸引の場合に不可欠な吸引機２１側における防水対策を省くことができる。
【００２０】
［第５の実施形態…図５］
［構成］
本実施形態は、図５に示すように、第１の実施形態における水処理容器１の下流に汽水分離器３０を備え、上流に樹脂供給容器２０ａを備え、仮設ポンプ３１により水２２を循環させるようにしたものである。樹脂供給容器２０ａは、注入ノズル４に接続され、これを介してイオン交換樹脂２を供給する容器である。また、汽水分離器３０は、排出ノズル３に接続され、水処理容器１からの排出を水と空気に分離するものである。そして、仮設ポンプ３１は、汽水分離器３０の水の排出側と、樹脂供給容器２０ａとの間に接続されている。
【００２１】
［作用効果］
以上のような本実施形態では、樹脂供給容器２０ａへの水２２導入を仮設ポンプ３１により行うことにより、樹脂・水・残空気２３が水処理容器１に移動する。水処理容器１ではイオン交換樹脂２が捕捉充填され、汽水分離器３０に水・残空気２４のみが移動する。汽水分離器３０において、空気２６は排出され、水２２のみが仮設ポンプ３１によって循環する。従って、第１の実施形態と同様の作用効果が得られるとともに、水処理容器１へのイオン交換樹脂２の供給を、排出ノズル３からの吸引でなく注入ノズル４からの圧入により行うので、吸引の場合に不可欠な吸引機２１側における防水対策を省くことができる。
【００２２】
［第６の実施形態…図６］
［構成］
本実施形態は、図６に示すように、上記の各実施形態において、水の流路に対して、第１の実施形態の水処理容器１を２台並列に接続し、入口切換弁５ａと出口切換弁６ｂを設けることにより、水処理容器１の流路の切換えを可能としたものである。なお、本実施形態の水処理容器１は、新品のイオン交換樹脂２が充填されたものを新品樹脂容器１０、充填されたイオン交換樹脂２の吸着機能が失われたものを破過樹脂容器１１とする。
【００２３】
［作用効果］
以上のような本実施形態によれば、１３の注入流れ、１２の排出流れに示すように、新品のイオン交換樹脂２を新品樹脂容器１０に充填した後、入口切換弁５ａと出口切換弁６ｂを切替えることにより、処理水の流れを破過樹脂容器１１から新品樹脂容器１０に切換える。これを交互に行うことにより、燃料電池が発電運転している最中であっても、運用を止めることなく破過樹脂容器１０についてイオン交換樹脂２の保守交換を行うことができる。
【００２４】
［他の実施形態］
本発明は、上記のような実施形態に限定されるものではない。例えば、各実施形態を組み合わせることは自由であり、イオン交換樹脂の回収及び補充を行うために、上記の第２の実施形態と第３の実施形態を組み合わせてもよいし、第４の実施形態と第５の実施形態を組み合わせてもよい。また、使用する水処理装置は、第１の実施形態で例示したものには限定されない。例えば、図７及び図８に示すように、入口ヘッダ７を大型化させ、常時、注入ノズル４に気抜きの役目を持たせることにより、水タンクの機能を兼ねた水処理容器１を用いてもよい。水処理容器を、２個よりも多く並列に接続することにより、処理容量を十分に確保しつつ、樹脂交換を行うことができる構造としてもよい。さらに、圧入若しくは吸引の際に、イオン交換樹脂の排出及び充填を促す流体は、水及び気体であっても、水のみ、気体のみであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の第１の実施形態における水処理容器の簡略断面図。
【図２】本発明の第２の実施形態における樹脂取出構成を示すダイヤグラム。
【図３】本発明の第３の実施形態における樹脂充填構成を示すダイヤグラム。
【図４】本発明の第４の実施形態における圧入による樹脂取出構成を示すダイヤグラム。
【図５】本発明の第５の実施形態における圧入による樹脂充填構成を示すダイヤグラム。
【図６】本発明の第６の実施形態における並列接続した水処理容器構成を示す説明図。
【図７】水処理容器の他の態様を示す簡略断面図である。
【図８】水処理容器の他の態様を示す簡略断面図である。
【符号の説明】
【００２６】
１…水処理容器
２…イオン交換樹脂
３…排出ノズル
４…注入ノズル
５…入口閉止弁
５ａ…入口切換弁
６…出口閉止弁
６ｂ…出口切換弁
７…入口ヘッダ
９…仕切り
１０…新品樹脂容器
１１…破過樹脂容器
２０…樹脂回収容器
２０ａ…樹脂供給容器
２１…吸引機
２２，２５…水
２３…樹脂・水・残空気
２４…水・残空気
２６…空気
３０…汽水分離器
３１…仮設ポンプ
５１…処理水入口
６１…処理水出口
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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