JP2000208157A - 燃料電池運転システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 燃料電池の運転条件に関係なく冷却水中の導
電性イオンをサブ配管上に設けられたイオン除去フィル
ターによって除去することにより、冷却水中の導電性イ
オンの濃度を常に低い値に維持する。 【解決手段】 メイン配管３を通して純水冷却水を固体
高分子型燃料電池１に通流させ、熱交換器５を通して冷
却する一方で、これと並行して、メインタンク２に貯溜
されている純水冷却水を、サブ配管１１に通流させて、
このサブ配管上に設けられているイオン除去フィルター
６によって冷却水中の導電性イオンを除去し、冷却水の
導電性イオン濃度を常に所定値以下に維持する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、固体高分子型燃料
電池を運転する燃料電池運転システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年の環境問題、特に自動車の排気ガス
による大気汚染や２酸化炭素による地球温暖化の問題に
対して、クリーンな排気及び高効率のエネルギー効率を
可能とする燃料電池技術が注目されている。

【０００３】燃料電池はその燃料となる水素あるいは水
素リッチな改質ガス、及び空気を供給して電気化学反応
を起こし、化学エネルギーを電気にエネルギーに変換す
るエネルギー変換システムである。そしてその中でも、
高い出力密度を有する固体高分子電解質型燃料電池が自
動車などの移動体用電源とてし注目されている。

【０００４】このような固体高分子型燃料電池では、通
常運転温度を８０°Ｃ前後に維持するために冷却水を供
給する必要があり、また、燃料電池内の固体高分子イオ
ン交換膜の水分維持のために純度の高い純水を供給する
必要がある。このため、従来は、図３に示す構成の運転
システムを採用することにより、固体高分子型燃料電池
に対して冷却した純水を供給することにより、両方の必
要を満足させながら発電電力を取出すようにしている。

【０００５】図３に示した従来の固体高分子型燃料電池
に対する燃料電池運転システムは、次のような構成であ
る。固体高分子型燃料電池１に対してメインタンク２か
らメイン配管３を通じてメインポンプ４により純水冷却
水を供給し、燃料電池１を通過した純水冷却水は、ラジ
エータのような熱交換器５によって冷却した後にメイン
タンク２に帰還させるメイン循環系統を構成している。

【０００６】そして、冷却水の冷却を行う熱交換器５よ
り導電性イオンが純水冷却水中に溶け出し、この導電性
イオンが増加すると燃料電池１内でショートして発電量
が低下する問題があるため、冷却水中から導電性イオン
を除去する必要があり、そのために、従来は、メイン配
管３の途上に、熱交換器５から溶け出した導電性イオン
を除去するためのイオン除去フィルター６を設けてい
る。

【０００７】さらに、イオン除去フィルター６をメイン
配管３上に設置することにより、燃料電池１が高負荷運
転で冷却水を多く必要とする場合には、イオン除去フィ
ルター６での冷却水の圧力損失が大きくなるので、それ
を補うためにバイパス配管７を設け、また、この低負荷
運転でフィルター６の圧力損失が気にしなくてもよいほ
ど少量の冷却水を使用する場合には、イオン除去を積極
的に進めるためにイオン除去フィルター６に積極的に純
水冷却水を通過させることができるが、そのためにはバ
イパス配管７への冷却水の流通を遮断する必要があり、
バイパス配管７上に流量制御弁８を設けている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
従来の燃料電池運転システムでは、燃料電池の運転に応
じてバイパス配管上に設置した流量制御弁８を制御しな
ければならなくて制御が複雑になり、しかも高負荷運転
の継続時間が長くなればイオン除去が十分に行えない問
題点があった。

【０００９】本発明は、このような従来の問題点を解決
するためになされたものであって、イオン除去用の冷却
水流路をメイン配管とは独立に設けることにより、従来
必要であったバイパス配管の流量制御のためのバルブ制
御の必要性をなくし、しかも純水冷却水中のイオン濃度
を常に所定値以下に維持しておくことができる燃料電池
運転システムを提供することを目的とする。

【００１０】本発明はまた、冷却水中のイオン濃度に応
じてイオン除去フィルターを通過させる冷却水流量を制
御し、所定値以下のイオン濃度を安定に維持することが
できる燃料電池運転システムを提供することを目的とす
る。

【００１１】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、燃料
電池の温度コントロール用と燃料電池内の固体高分子イ
オン交換膜の加湿用に循環させる純水冷却水をメインタ
ンクよりメインポンプにより固体高分子型燃料電池に供
給し、燃料電池を通過した純水冷却水を熱交換器によっ
て冷却した後、メインタンクに帰還させる燃料電池運転
システムにおいて、前記メインタンクに対して、前記メ
イン配管とは別に、前記純水冷却水を循環させるための
サブ配管及びサブポンプを設け、前記サブ配管上に、前
記純水冷却水に溶け出した導電性イオンを除去するため
のイオン除去フィルターを設けたものである。

【００１２】請求項１の発明の燃料電池運転システムで
は、メイン配管流路を通して純水冷却水を固体高分子型
燃料電池に流通させ、熱交換器を通して冷却する一方
で、これと並行して、メインタンクに貯溜されている純
水冷却水を、サブ配管に流通させて、このサブ配管上に
設けられているイオン除去フィルターによって冷却水中
の導電性イオンを除去し、冷却水の導電性イオン濃度を
常に所定値以下に維持する。

【００１３】これにより、メイン配管流路には燃料電池
の高負荷、低負荷に応じて必要な流量の純水冷却水を自
由に通流させることができ、その一方で、冷却水中の導
電性イオンの濃度も所定値以下に安定して維持すること
ができる。

【００１４】請求項２の発明は、請求項１の燃料電池運
転システムにおいて、さらに、前記純水冷却水が流通す
る配管途上の任意の場所に設けられた、当該純水冷却水
の導電率を計測するための導電率計と、前記導電率計の
検出した導電率が所定値以下になるように、前記サブポ
ンプを運転制御するサブポンプ制御手段とを備えたもの
であり、導電率計が検出する純水冷却水の導電性イオン
濃度が高くなればサブ配管流路に流す冷却水流量を増加
させてイオン除去作用を増強させ、イオン濃度を常に所
定値以下に維持するようにし、これにより、不必要に多
くの冷却水をサブ配管流路に常時流すことなく、省エネ
ルギ運転を図る。

【００１５】

【発明の効果】以上のように請求項１の発明によれば、
メイン配管流路を通して純水冷却水を固体高分子型燃料
電池に流通させ、熱交換器を通して冷却する一方で、こ
れと並行して、メインタンクに貯溜されている純水冷却
水をサブ配管に流通させ、このサブ配管上に設けられて
いるイオン除去フィルターによって冷却水中の導電性イ
オンを除去するので、メイン配管流路には燃料電池の高
負荷、低負荷それぞれに応じて必要な流量の純水冷却水
を自由に通流させながら、その一方で、冷却水中の導電
性イオンの濃度も所定値以下に維持することができる。

【００１６】請求項２の発明によれば、請求項１の発明
の効果に加えて、導電率計が検出する純水冷却水の導電
性イオン濃度が高くなればサブ配管流路に流す冷却水流
量を増加させてイオン除去作用を増強させ、イオン濃度
を常に所定値以下に維持するので、不必要に多くの冷却
水をサブ配管流路に常時流すことがなく、省エネルギ運
転が図れる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図に
基づいて詳説する。図１は、本発明の第１の実施の形態
の構成を示している。この第１の実施の形態の燃料電池
運転システムのメイン配管系統の構成は図３に示した従
来例と同様であり、固体高分子型燃料電池１に対してメ
インタンク２からメイン配管３を通じてメインポンプ４
により純水冷却水を供給し、燃料電池１を通過した純水
冷却水は、ラジエータのような熱交換器５によって冷却
した後にメインタンク２に帰還させる循環系統を構成し
ている。

【００１８】そして、本発明の特徴として、メインタン
ク２に対してメイン配管３と並列にに、サブ配管１１を
接続し、このサブ配管１１上にサブポンプ１２を設け、
またイオン交換フィルター６を設けている。そして、サ
ブポンプ１２を稼働させることによりサブ配管１１内に
純水冷却水を通流させ、イオン除去フィルター６によっ
て常時、純水冷却水中に溶け出している導電性イオンを
除去し、メインタンク２内に貯溜されている冷却水の純
度を高く保つようにしている。

【００１９】この第１の実施の形態の燃料電池運転シス
テムでは、メイン配管系統によって、メインタンク２に
貯溜されている純水冷却水を燃料電池１に供給して発電
を行わせ、燃料電池１を通過した冷却水を熱交換器５に
通して熱を除去した後、メインタンク２に帰還させる。
そしてこれと並行して、サブポンプ１２の運転によって
メインタンク２に貯溜されている純水冷却水をサブ配管
１１にも通流させ、イオン除去フィルター６によって熱
交換器５から冷却水中に溶け出した導電性イオンを除去
して浄化し、純水冷却水の純度を高く維持する。

【００２０】この第１の実施の形態によれば、イオン除
去フィルター６をメイン配管３とは独立したサブ配管１
１上に設けたことにより、燃料電池１の運転条件により
純水冷却水使用量が変動した場合でも、純水冷却水にイ
オン除去フィルターの圧力損失が影響を与えることが全
くない。

【００２１】このため、サブ配管１１を通流させる冷却
水の流量を必要最低限度のものにしながらも連続的に通
流させて導電性イオンを継続的に除去させる運転方法を
採ることができ、これにより、サブポンプ１２として小
型なものを採用することができ、消費する電力は小さく
抑えることができる。

【００２２】加えて、イオン除去フィルター６の圧力損
失が燃料電池１の運転に影響を与えないので、イオン除
去能力に重点を置いたフィルターを使用することがで
き、それだけイオン除去効率を向上させ、ひいてはメイ
ン配管に流れる純水冷却水中に溶け出している導電性イ
オンの濃度を常に低く抑えることができる。

【００２３】さらに、メイン配管３上にイオン除去フィ
ルターが存在しないので、メイン配管系統のレイアウト
の自由度が高い。

【００２４】次に、本発明の第２の実施の形態を、図２
に基づいて説明する。第２の実施の形態は、図１に示し
た第１の実施の形態に対して、メイン配管３上又はメイ
ンタンク２内に、冷却水中の導電性イオン濃度を計測す
るための導電率計１３を設け、この導電率計１３が計測
した導電率が所定値を超えるようになった場合にサブ配
管１１上のサブポンプ１２を一定時間ずつ起動する構成
にしたことを特徴とする。

【００２５】この第２の実施の形態の燃料電池運転シス
テムでは、第１の実施の形態と同様、メインポンプ４を
稼働させることにより、メインタンク２に貯溜されてい
る純水冷却水をメイン配管３を通じて燃料電池１に供給
し、発電後に熱交換器５に通して熱除去し、メインタン
ク２に帰還させる。そしてこれと並行して、メインタン
ク２に貯溜されている純水冷却水をサブポンプ１２によ
ってサブ配管１１に通流させ、サブ配管１１上のイオン
除去フィルター６によって冷却水中に溶け出している導
電性イオンを除去させ、浄化された冷却水をメインタン
ク２に帰還させる。

【００２６】そしてこのサブ配管流路上での冷却水の循
環運転は、次のようにして行う。導電率計１３はメイン
タンク２内の冷却水、あるいはメイン配管３を通流する
冷却水中に溶け出している導電性イオン濃度を常時監視
している。そして、このイオン濃度が所定値を超えたと
きには、ポンプ制御器１４がサブポンプ１２を一定時間
だけ起動させ、メインタンク２内の冷却水をサブ配管１
１に循環させ、この循環中にイオン除去フィルター６に
より導電性イオンを除去し、冷却水の純度を改善する。

【００２７】ここで、一定時間だけサブポンプ１２を起
動し、イオン除去フィルター６によって冷却水中の導電
性イオンを除去してもイオン濃度が所定値を下回らない
場合には、ポンプ制御器１４はさらに一定時間ずつサブ
ポンプ１２を繰り返し運転させ、イオン濃度が所定値を
下回れば運転を停止する。

【００２８】以上のように、第２の実施の形態では、第
１の実施の形態と同様に、燃料電池１の運転条件に関係
なく冷却水中のイオンをサブ配管１１上に設けられたイ
オン除去フィルター６によって除去することができ、冷
却水中の導電性イオンの濃度を常に低い値に維持するこ
とができる。また、冷却水中のイオン濃度が所定値を超
えた場合にのみサブポンプ１２を運転するので運転効率
が良く、省エネルギ運転が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態の構成を示す系統
図。

【図２】本発明の第２の実施の形態の構成を示す系統
図。

【図３】従来例の構成を示す系統図。

【符号の説明】

１ 燃料電池 ２ メインタンク ３ メイン配管 ４ メインポンプ ５ 熱交換器 ６ イオン除去フィルター １１ サブ配管 １２ サブポンプ １３ 導電率計 １４ ポンプ制御器

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 燃料電池の温度コントロール用と燃料電
   池内の固体高分子イオン交換膜の加湿用に循環させる純
   水冷却水をメインタンクよりメインポンプにより固体高
   分子型燃料電池に供給し、燃料電池を通過した純水冷却
   水を熱交換器によって冷却した後、メインタンクに帰還
   させる燃料電池運転システムにおいて、 前記メインタンクに対して、前記メイン配管とは別に、
   前記純水冷却水を循環させるためのサブ配管及びサブポ
   ンプを設け、 前記サブ配管上に、前記純水冷却水に溶け出した導電性
   イオンを除去するためのイオン除去フィルターを設けた
   ことを特徴とする燃料電池運転システム。
2. 【請求項２】 前記純水冷却水が流通する配管途上の任
   意の場所に設けられた、当該純水冷却水の導電率を計測
   するための導電率計と、 前記導電率計の検出した導電率が所定値以下になるよう
   に、前記サブポンプを運転制御するサブポンプ制御手段
   とを備えて成る請求項１に記載の燃料電池運転システ
   ム。