(57)【要約】【課題】純水供給装置での過度の圧力上昇を抑制する。【解決手段】燃料電池発電装置６に純水を供給する純水供給装置に、イオン交換樹脂４を収めたイオン交換樹脂容器３と、イオン交換樹脂容器３に接続された原水供給配管４１と、イオン交換樹脂容器３に原水供給配管４１を介して取水タンク１に貯えられた原水１０を加圧送水するポンプ２などの送水手段と、イオン交換樹脂容器３から燃料電池発電装置６に延びる純水供給配管１１と、イオン交換樹脂容器３に接続された圧抜き配管１２と、圧抜き配管１２の途中に設けられてイオン交換樹脂容器３の内部の圧力が規定値を超えた場合に開く圧抜き弁５と、圧抜き配管１２に水が流れたことを検出する取水タンク１の水位計２０などの検出手段と、検出手段が圧抜き配管１２に水が流れたことを検出するとポンプ２などの送水手段の動作を停止させる制御器４２と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池発電装置と、
イオン交換樹脂容器と、
前記イオン交換樹脂容器に接続された原水供給配管と、
前記イオン交換樹脂容器に前記原水供給配管を介して原水を加圧送水する送水手段と、
前記イオン交換樹脂容器に収められて前記原水の純度を高めて純水を生成するイオン交換樹脂と、
前記イオン交換樹脂容器から前記燃料電池発電装置に延びる純水供給配管と、
前記イオン交換樹脂容器に接続された圧抜き配管と、
前記圧抜き配管の途中に設けられて前記イオン交換樹脂容器の内部の圧力が規定値を超えた場合に開く圧抜き弁と、
前記圧抜き配管に水が流れたことを検出する検出手段と、
前記検出手段が前記圧抜き配管に水が流れたことを検出すると前記送水手段の動作を停止させる制御器と、
を有することを特徴とする燃料電池発電システム。
【請求項２】
前記送水手段は、前記原水を貯える取水タンクと、この取水タンクから前記原水供給配管を介して前記イオン交換樹脂容器に前記原水を加圧送水するポンプと、を備え、
前記燃料電池発電装置から前記取水タンクに延びて前記燃料電池発電装置で使用された前記純水を前記取水タンクに送水する循環配管をさらに有し、
前記検出手段は前記取水タンクの水位計を備える、
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】
前記取水タンクの下端から上方に前記取水タンクの上面よりも低い位置まで広がって前記取水タンクを第１および第２の貯水部に仕切る仕切り壁と、前記第２の貯水部から前記ポンプに延びる配管を有し、前記水位計は前記第２の貯水部に設けられ、前記循環配管は前記第１の貯水部に延びていることを特徴とする請求項２に記載の燃料電池発電システム。
【請求項４】
前記第１の貯水部に貯えられた水を循環させる循環系統を有することを特徴とする請求項３に記載の燃料電池発電システム。
【請求項５】
前記水位計はフロートを用いたフロート式水位計であり、前記圧抜き配管の前記イオン交換樹脂容器に対して反対側の端部は前記圧抜き配管から排出される水が前記フロートに直接当たるように配置されていることを特徴とする請求項２ないし請求項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】
前記検出手段は、前記圧抜き配管に接続された水受けタンクと、この水受けタンクの内部に配設された水漏れ検知器と、を有す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７】
前記検出手段は、前記圧抜き配管に接続されて内部の水量の増加によって下方に移動する水受けタンクと、この水受けタンクの下方に配設されたスイッチと、を有す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８】
外部機器に純水を供給する純水供給装置において、
イオン交換樹脂容器と、
前記イオン交換樹脂容器に接続された原水供給配管と、
前記イオン交換樹脂容器に前記原水供給配管を介して原水を加圧送水する送水手段と、
前記イオン交換樹脂容器に収められて前記原水の純度を高めて純水を生成するイオン交換樹脂と、
前記イオン交換樹脂容器から前記外部機器に延びる純水供給配管と、
前記イオン交換樹脂容器に接続された圧抜き配管と、
前記圧抜き配管の途中に設けられて前記イオン交換樹脂容器の内部の圧力が規定値を超えた場合に開く圧抜き弁と、
前記圧抜き配管に水が流れたことを検出する検出手段と、
前記検出手段が前記圧抜き配管に水が流れたことを検出すると前記送水手段の動作を停止させる制御器と、
を有することを特徴とする純水供給装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、イオン交換樹脂を用いて純水を生成する純水供給装置、および、これを用いた燃料電池発電システムに関する。
【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、燃料電池スタックにおいて直接電気エネルギーに変換するシステムである。このエネルギー変換は、化学反応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】
燃料電池発電システムでは、改質用水蒸気生成などのために供給する水に純水を用いることがシステム信頼性の面から必要である。純水を供給するために、構造が簡単なイオン交換樹脂を用いた純水供給システムが活用されている。
【０００４】
しかし、イオン交換樹脂を通じてこれらの機器にポンプで加圧送水する場合、機器流路の圧力損失の増加に伴い純水供給システムの圧力が増大し、機器や配管システムの破損が生じるおそれがある。純水供給システムの圧力増大を圧力センサで直接検知し、システムを保護停止させる手法が広く取り入れられている。しかし、流体仕様に応じた接液材質や圧力規格の機器が必要であり、簡素化が困難である。
【０００５】
また、純水供給システムの圧力が異常上昇したときの流量変化を監視する手段も知られている。しかし、運転条件により背圧やシステムが必要とする流量条件が変化することから、流量を直接検出して異常を判断するために複雑な仕組みが必要である。これを実現するために、特許文献１には、流量低下について車両の動きを基に純水供給系の圧力と診断閾値を比較して異常を判断する方法が開示されている。また、特許文献２には、電池冷却水の入出口圧力差から異常流量を検出する方法が開示されている。
【特許文献１】特開２００６−１０１５７２号公報
【特許文献２】特開２００６−１４７２４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１および特許文献２に開示された方法では、リアルタイムに計測値を制御に用いることができるが、検知するために複数のセンサが必要であり、検出システムが大掛かりになる。
【０００７】
そこで、本発明は、燃料電池発電システムなどの外部機器に純水を供給する純水供給装置での過度の圧力上昇を単純な構成で抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述の目的を達成するため、本発明は、燃料電池発電システムにおいて、燃料電池発電装置と、イオン交換樹脂容器と、前記イオン交換樹脂容器に接続された原水供給配管と、前記イオン交換樹脂容器に前記原水供給配管を介して原水を加圧送水する送水手段と、前記イオン交換樹脂容器に収められて前記原水の純度を高めて純水を生成するイオン交換樹脂と、前記イオン交換樹脂容器から前記燃料電池発電装置に延びる純水供給配管と、前記イオン交換樹脂容器に接続された圧抜き配管と、前記圧抜き配管の途中に設けられて前記イオン交換樹脂容器の内部の圧力が規定値を超えた場合に開く圧抜き弁と、前記圧抜き配管に水が流れたことを検出する検出手段と、前記検出手段が前記圧抜き配管に水が流れたことを検出すると前記送水手段の動作を停止させる制御器と、を有することを特徴とする。
【０００９】
また、本発明は、外部機器に純水を供給する純水供給装置において、イオン交換樹脂容器と、前記イオン交換樹脂容器に接続された原水供給配管と、前記イオン交換樹脂容器に前記原水供給配管を介して原水を加圧送水する送水手段と、前記イオン交換樹脂容器に収められて前記原水の純度を高めて純水を生成するイオン交換樹脂と、前記イオン交換樹脂容器から前記外部機器に延びる純水供給配管と、前記イオン交換樹脂容器に接続された圧抜き配管と、前記圧抜き配管の途中に設けられて前記イオン交換樹脂容器の内部の圧力が規定値を超えた場合に開く圧抜き弁と、前記圧抜き配管に水が流れたことを検出する検出手段と、前記検出手段が前記圧抜き配管に水が流れたことを検出すると前記送水手段の動作を停止させる制御器と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、燃料電池発電システムなどの外部機器に純水を供給する純水供給装置での過度の圧力上昇を単純な構成で抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明に係る燃料電池発電システムの実施の形態を、図面を参照して説明する。なお、同一または類似の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００１２】
［第１の実施の形態］
図１は、本発明に係る燃料電池発電システムの第１の実施の形態におけるブロック図である。
【００１３】
本実施の形態の燃料電池発電システムは、燃料電池発電装置６と、この燃料電池発電装置６に純水を供給する純水供給装置を有している。
【００１４】
純水供給装置は、イオン交換樹脂容器３、原水供給配管４１、送水手段、純水供給配管１１を有している。イオン交換樹脂容器３には、イオン交換樹脂４が収められている。原水供給配管４１は、イオン交換樹脂容器３に接続されている。純水供給配管１１は、イオン交換樹脂容器３から燃料電池発電装置６に延びている。
【００１５】
送水手段は、原水供給配管４１を介して原水１０をイオン交換樹脂容器３に加圧送水する手段である。本実施の形態の送水手段は、原水１０を貯える取水タンク１、および、取水タンク１から原水供給配管４１を介して原水１０をイオン交換樹脂容器３に加圧送水するポンプ２を有している。
【００１６】
取水タンク１から取水された原水１０は、ポンプ２によってイオン交換樹脂４を充填したイオン交換樹脂容器３に送水される。原水１０は、イオン交換樹脂４によって純度を高められて、純水が生成される。生成された純水は、純水供給配管１１を通じて燃料電池発電装置６に連続的に供給される。
【００１７】
燃料電池発電装置６に供給された純水は、たとえば燃料を改質して水素を製造する機器に送られて水蒸気改質用の水蒸気生成などに使用される。燃料電池発電装置６で用いられた水は、燃料電池発電装置６の水回収手段により回収され、回収された水は、戻り水として循環配管１３を介して、取水タンク１に送水される。戻り水には、水蒸気改質あるいは燃焼の過程により水蒸気となった水分を凝縮回収してもよく、水自立が成立した循環系統であればよい。
【００１８】
純水供給装置は、さらに、圧抜き配管１２と、圧抜き弁５を有している。圧抜き配管１２は、イオン交換樹脂容器３に接続されている。圧抜き弁５は、圧抜き配管１２の途中に設けられていて、イオン交換樹脂容器３の内部の圧力が規定値を超えた場合に開くようになっている。純水供給装置の圧力が異常に上昇して規定値を超えた場合は、圧抜き弁５が開いて圧抜き配管１２を通じてイオン交換樹脂容器３の内部の水を噴出させる。これにより、イオン交換樹脂容器３などの純水供給装置の系統の圧力上昇を抑制し、純水供給装置およびこれに接続された機器や配管システムを損傷から保護する。また、系統外に排水することで取水タンク１の保水量は、急速に減少する。
【００１９】
また、純水供給装置は、圧抜き配管１２に水が流れたことを検出する検出手段として、取水タンク１に設けられた水位計２０を有している。水位計２０にはポンプ２の制御器４２が接続されている。圧抜き弁５が開いてイオン交換樹脂容器３の内部の水が圧抜き配管１２を流れて系統外に排出されると、取水タンク１の水位が低下する。この水位の低下を水位計２０を用いて測定することにより、圧抜き配管１２に水が流れたことを検出することができる。制御器４２は、水位計２０によって圧抜き配管１２に水が流れたことが検出されるとポンプ２の動作を停止させて、燃料電池発電システム全体を保護停止させる。
【００２０】
このように、本実施の形態では、純水供給装置の異常圧力上昇を検知するために、追加センサを設けるなどの必要がなく、純水供給装置での過度の圧力上昇を単純な構成で抑制することができる。また、圧力の上昇度とともに圧抜き配管１２からの排出水の量が増大することから、水位計２０として連続量で水位検出できるものを用いると、取水タンク１の保水量の減少を時間量として測定でき、純水供給装置の圧力を算出することもできる。
【００２１】
［第２の実施の形態］
図２は、本発明に係る燃料電池発電システムの第２の実施の形態におけるブロック図である。
【００２２】
本実施の形態の燃料電池発電システムは、第１の実施の形態と取水タンク１が異なっている。本実施の形態では、取水タンク１には仕切壁２１が設けられていて、この仕切壁２１で取水タンク１は、第１の貯水部５１と第２の貯水部５２に分割されている。
【００２３】
燃料電池発電装置６から循環配管１３を介して送られる戻り水は、まず取水タンク１の第１の貯水部５１に貯えられる。第１の貯水部５１に貯えられた戻り水は、ポンプ２で燃料電池発電装置６に送られる循環系統とは異なる循環系統３０を循環する。第１の貯水部５１から溢れたオーバーフロー水１４は、仕切壁２１を超えて第２の貯水部５２に貯えられる。ポンプ２は、第２の貯水部５２から取水して、原水１０をイオン交換樹脂容器３に加圧送水する。水位計２０は、第２の貯水部５２に設けられている。
【００２４】
圧抜き弁５が開いて圧抜き配管１２から系統外に排水されると、循環配管１３を介して送られる戻り水が絶たれてオーバーフロー水１４がなくなり、第２の貯水部５２の水位が低下する。このため、圧抜き弁５が開いてイオン交換樹脂容器３の内部の水が圧抜き配管１２を流れて系統外に排出されたことを水位計２０によって検出することができる。仕切壁２１がなく取水タンク１の全体が同一の水位をとる場合に比べて、第２の貯水部５２の水位の変動は大きく、圧抜き弁５が開いたことを感度よく検出できる。
【００２５】
このように、本実施の形態では、燃料電池発電システムなどの外部機器に純水を供給する純水供給装置での過度の圧力上昇を単純な構成で抑制することができる。また、取水タンク１の内部に設けた仕切壁２１によって、他の循環系統３０の動作に必要な水量が第１の貯水部５１に確保されているため、圧抜き弁５が作動して戻り水が絶たれた場合であっても、他の循環系統３０の機能が損なわれることはない。この循環系統３０は燃料電池発電システムの冷却システムの一部であってもよく、燃料電池発電システムの停止工程において不可欠なシステム冷却の役目を担わせることもできる。
【００２６】
［第３の実施の形態］
図３は、本発明に係る燃料電池発電システムの第３の実施の形態におけるブロック図である。
【００２７】
本実施の形態の燃料電池発電システムは、第１の実施の形態における水位計２０をフロート式水位計とし、圧抜き配管１２からの排水が水位計２０のフロート２２に直接当たるように、圧抜き配管１２を配置したものである。
【００２８】
このような燃料電池発電システムでは、圧抜き配管１２から水が排出された場合に、取水タンク１の水位に変動が生じる前であっても、排水がフロート２２を動かすことにより、水の排出を検出することができる。このため、イオン交換樹脂容器３の圧力の過度の上昇という異常を早期に検出することができる。
【００２９】
このように、本実施の形態では、燃料電池発電システムなどの外部機器に純水を供給する純水供給装置での過度の圧力上昇を単純な構成で抑制することができる。
【００３０】
［第４の実施の形態］
図４は、本発明に係る燃料電池発電システムの第４の実施の形態におけるブロック図である。
【００３１】
本実施の形態において、純水供給装置は、圧抜き配管１２に水が流れたことを検出する検出手段として、圧抜き配管１２に接続された水受けタンク３１、水受けタンク３１の低面に設置された水漏れ検知器３２、および、検出器３３を有している。検出器３３は、水漏れ検知器３２に接続されている。水漏れ検知器３２は、たとえば電気抵抗の変化を用いた水漏センサである。
【００３２】
圧抜き弁５が開いてイオン交換樹脂容器３の内部の水が圧抜き配管１２を介して水受けタンク３１に流れ込むと、水漏れ検知器３２および検出器３３によって、水の流入が検出される。水の流入が検出されると、制御器４２によって、ポンプ２の動作を停止させることなどの対応が施されて燃料電池発電システムが保護停止される。
【００３３】
このような純水供給装置を用いると、イオン交換樹脂容器３の圧力上昇が規定値に対してわずかな場合であって、圧抜き配管１２を介して排水される水の量が微量であっても、水濡れを検知することができる。このため、純水供給装置や燃料電池発電システムの異常を早期に発見することができる。
【００３４】
このように、本実施の形態では、燃料電池発電システムなどの外部機器に純水を供給する純水供給装置での過度の圧力上昇を単純な構成で抑制することができる。
【００３５】
［第５の実施の形態］
図５は、本発明に係る燃料電池発電システムの第５の実施の形態におけるブロック図である。
【００３６】
本実施の形態の純水供給装置は、第４の実施の形態における水漏れ検知器３２および検出器３３の代わりに、スイッチ３４を設けたものである。また、本実施の形態において水受けタンク３１は、内部に水が溜まることによって下方に移動するようになっている。スイッチ３４は、水受けタンク３１が下方に移動することによって開閉されるようになっている。スイッチ３４としては、たとえば導電性ゴムを用いた微弱電流用スイッチや、数アンペア程度の電流を流すことができるスイッチを用いる。
【００３７】
このような純水供給装置を用いると、圧抜き配管１２を介して排水される水の重量を用いて異常を検知することができるため、以上の発生後速やかに燃料電池発電システムを保護停止させることができる。また、スイッチ３４は、純水供給システムの圧力を直接検知するのではないため、接液材質や耐圧仕様に拘束されず、製造コストをより低くすることができる。
【００３８】
このように、本実施の形態では、燃料電池発電システムなどの外部機器に純水を供給する純水供給装置での過度の圧力上昇を単純な構成で抑制することができる。
【００３９】
［他の実施の形態］
なお、以上の説明は単なる例示であり、本発明は上述の各実施の形態に限定されず、様々な形態で実施することができる。また、各実施の形態の特徴を組み合わせて実施することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明に係る燃料電池発電システムの第１の実施の形態におけるブロック図である。
【図２】本発明に係る燃料電池発電システムの第２の実施の形態におけるブロック図である。
【図３】本発明に係る燃料電池発電システムの第３の実施の形態におけるブロック図である。
【図４】本発明に係る燃料電池発電システムの第４の実施の形態におけるブロック図である。
【図５】本発明に係る燃料電池発電システムの第５の実施の形態におけるブロック図である。
【符号の説明】
【００４１】
１…取水タンク、２…ポンプ、３…イオン交換樹脂容器、４…イオン交換樹脂、５…圧抜き弁、６…燃料電池発電装置、１０…原水、１１…純水供給配管、１２…圧抜き配管、１３…循環配管、１４…オーバーフロー水、２０…水位計、２１…仕切壁、２２…フロート、３０…循環系統、３１…水受けタンク、３２…水漏れ検知器、３３…検出器、３４…スイッチ、４１…原水供給配管、４２…制御器、５１…第１の貯水部、５２…第２の貯水部
【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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