WO2002035632A1 - Fuel cell system and method of operating the system - Google Patents

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Akinari Nakamura
Tatsuo Nakayama
Tetsuya Ueda
Masataka Ozeki
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Definitions

  • the present invention relates to a fuel cell system that generates power using a fuel cell, an operation method thereof, and the like.
  • Fig. 16 is a block diagram of a conventional polymer electrolyte fuel cell system, in which a polymer water fuel cell 1 is cooled by a cooling water pump 4 through a cooling water passage 3 from a cooling water tank 2. Pure water cooling water is supplied, and the pure water cooling water that has passed through the fuel cell 1 forms a cooling water circulation system that is cooled by a heat exchanger 5 such as a radiator and then returns to the cooling water tank 2.
  • a heat exchanger 5 such as a radiator
  • the conductive ions dissolve into the pure water cooling water from the heat exchanger 5 that cools the cooling water, and when the conductive ions increase, there is a problem that the amount of power generation is reduced by short-circuiting within the fuel cell 1. Therefore, it is necessary to remove conductive ions from the cooling water.Therefore, on the way to the cooling water channel 3, ion removal using an ion-exchange resin to remove the conductive ions dissolved from the heat exchanger 5 Filter 6 is provided.
  • the fuel cell 1 is cooled under high load operation. If a large amount of water is required, the pressure of the cooling water at the ion removal filter 6 As the loss increases, the pressure loss Providing a bypass 7 for reduction, and aggressive use of the ion removal filter 6 when low-load operation uses a small amount of cooling water that does not affect the pressure loss of the ion removal filter 6.
  • a flow control valve 8 that allows pure water cooling water to pass through is provided on the bypass 7.
  • the amount of water in the cooling water tank decreases as it continues to circulate, so it is necessary to replenish the water from outside, such as water introduced from outside such as tap water, system water, etc. There is recovered water from inside.
  • the water recovered from inside the system is generated by the reaction between hydrogen (H 2 ) and oxygen (O 2 ) during power generation inside the fuel cell, so that high-purity water can be obtained in principle.
  • H 2 hydrogen
  • O 2 oxygen
  • contact with air may dissolve carbon dioxide and form carbon dioxide, which may increase conductivity. Therefore, even when the recovered water is used as cooling water for hydrogen generators and fuel cells, it is necessary to purify it using ion exchange resin.
  • Polymer electrolyte fuel cell systems usually circulate 70-80 ° C cooling water. And drive. Since the cooling water channel 3 of the polymer electrolyte fuel cell system shown in Fig. 16 above has a closed configuration, when the system is operated, the cooling water temperature changes from room temperature cooling water before operation to high temperature cooling water during power generation. Accordingly, the pressure inside the cooling water tank 2 and the water pressure in the cooling water passage 3 increase accordingly. When the system operation is stopped, the temperature of the cooling water changes from high-temperature cooling water during power generation to normal-temperature cooling water after the operation ends, and the pressure inside the cooling water tank 2 and the water pressure in the cooling water passage 3 decrease accordingly. Therefore, the first problem is that the structure of the cooling water tank 2 and the cooling water passage 3 needs to be able to withstand the pressure fluctuation due to the temperature change.
  • the ion removal filter 6 since the ion removal filter 6 is located in the cooling water passage 3, the flow amount of the cooling water increases, so that the amount of cooling water passing through the ion removal filter 6 increases, and as a result, the pressure loss in the cooling water passage 3 increases.
  • the bypass path 7 and the flow control valve 8 are used to avoid this, but there is a second problem that the cost increases due to an increase in the number of parts.
  • There is a solution to this problem by increasing the capacity of the cooling water pump 4, but this also increases the power consumption of the auxiliary equipment that operates the system as the cost increases, and this also reduces the overall efficiency of the system. , it can not be said to be sufficient solution c the ion-exchange resin (in particular, anion exchange resin) is durable temperature is relatively low.
  • a method of installing a reverse osmosis membrane in the first stage, preliminarily purifying water, and purifying with an ion exchange resin is often used in ultrapure water production.
  • a water purification apparatus for a fuel cell there is an apparatus for passing water purified to some extent through a reverse osmosis membrane through an ion exchange resin as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-235396.
  • the entire disclosure of the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. H10-235365 is integrated by directly citing (referring to) it as it is.
  • Reverse osmosis membranes are micro-perforated membranes where most impurities cannot penetrate them and water molecules permeate, so high purity water seeps out the other side of the membrane. Impurities that cannot be permeated are always discharged as concentrated water. The higher the pressure of supplied water and the higher the temperature, the more water can be purified. However, since a large amount of concentrated water is discarded, the running cost of the discharged water increases. In addition, there was a fourth problem in that another configuration was required to eliminate waste water, such as providing a flow path for returning waste water to raw water and purifying the waste water again. Disclosure of the invention
  • the present invention has been made in consideration of the first to third problems of the above-mentioned conventional polymer electrolyte fuel cell system, and has a low cost and a simple structure, and has a long length of ion exchange resin used for maintaining the quality of cooling water. It is an object of the present invention to provide a high-efficiency polymer electrolyte fuel cell system having a long life and a method of operating the same. Further, the present invention solves the fourth problem in the water treatment of the above-mentioned conventional fuel cell system, and prolongs the life and reduces the amount of ion exchange resin used for water purification. Therefore, when purifying using a reverse osmosis membrane device, the running cost is reduced by reducing the disposal of concentrated water.
  • a first aspect of the present invention includes: a fuel cell that generates power using a fuel gas and an oxidizing gas;
  • a cooling water tank for storing cooling water for cooling the fuel cell
  • a fuel-side condensing means for cooling the exhaust fuel gas discharged from the fuel cell and condensing the water vapor contained therein to obtain condensed water; and Z or condensing water by cooling the exhaust oxidant gas discharged from the fuel cell and condensing the water vapor contained therein.
  • An oxidizing agent-side condensing means for obtaining
  • a condensed water tank opened to the atmosphere for storing the condensed water obtained by the fuel-side condensing means and / or the oxidizing agent-side condensing means,
  • a fuel cell system comprising: an atmosphere communication passage for communicating a space in the cooling water tank with a space in the condensed water tank.
  • a second aspect of the present invention is a water supply means for supplying water to the cooling water tank from the condensed water tank and a water quality for adjusting the quality of water supplied to the cooling water tank.
  • the fuel cell system according to the first aspect of the present invention, further comprising a control unit for controlling at least an operation of the water supply unit, wherein the water whose quality has been adjusted by the water treatment unit is supplied to the cooling water tank from the condensed water tank. It is.
  • the third invention (corresponding to claim 3) is the second invention, wherein the control means activates the water supply means when the fuel cell system is started up and when the fuel cell system is operated or when the operation is completed. Fuel cell system.
  • control means includes: An operation number storage means for counting and storing the number of operation times of the battery system; and an operation number reset means for resetting the stored operation number to an initial state.
  • the water supply means is activated when the number of operations stored in the operation number storage means exceeds a certain number, and the operation number is reset by the operation number reset means after the operation of the water supply means is completed.
  • 3 is a fuel cell system according to the present invention.
  • control means counts and stores an operation time of the fuel cell system, and resets the stored operation time to an initial state.
  • FIG. 2 is a fuel cell system according to the second aspect of the present invention.
  • control means includes a water quality detection means for detecting a water quality of the cooling water
  • a fuel cell system for stopping the water supply means.
  • a seventh invention is the fuel cell system according to the second invention, wherein the water quality treatment means uses an ion exchange resin.
  • An eighth invention (corresponding to claim 8) is a hot water storage tank having a hot water circulation path for exchanging heat with the cooling water,
  • the fuel cell according to any one of the first to seventh aspects of the present invention, comprising the reverse osmosis layer device System.
  • the reverse osmosis layer device receives a supply of water, separates it into purified water and concentrated water, and stores the concentrated water in the hot water tank.
  • the fuel cell system according to an eighth aspect of the present invention comprising supplying the purified water to the condensed water tank or the cooling water tank.
  • the reverse osmosis layer device receives the supply of the hot water from the hot water storage tank, separates the hot water from the hot water storage into purified water and concentrated water
  • An eighth aspect of the fuel cell system according to the present invention is to return the concentrated water to the hot water tank and supply the purified water to the condensed water tank or the cooling water tank.
  • the eleventh aspect of the present invention includes: a bypass path directly connecting a supply side of the reverse osmosis layer device and the concentrated water discharge side; and a supply side of the reverse osmosis membrane device. And a reverse osmosis membrane inlet-side flow path control valve provided on the supply side from the branch point or the bypass flow path with the Z or the concentrated water discharge side of the reverse osmosis membrane device and the bypass flow path. And a concentrated water discharge side flow path regulating valve provided on the discharge side from the branch point or the branch point thereof.
  • the control unit may control the reverse osmosis membrane inlet side flow path control valve and / or the concentrated water discharge side flow path control valve so that all or a part of the amount of water passing through the reverse osmosis layer device passes through the bypass ′ flow path.
  • the ninth or tenth fuel cell system of the present invention is adjusted as described above.
  • a twelfth aspect of the present invention (corresponding to claim 12) comprises a temperature detecting means for measuring a temperature of water supplied to the reverse osmosis membrane device,
  • a thirteenth aspect of the present invention (corresponding to claim 13) is the eleventh aspect of the present invention, comprising a pressure increasing means provided in an inlet side flow path of the reverse osmosis membrane device for increasing a pressure of water. Fuel cell system.
  • a fifteenth invention is the fuel cell system according to the eleventh invention, further comprising a water amount measuring means for measuring an amount of water stored in the condensed water tank.
  • a fifteenth aspect of the present invention is a flow rate measuring means for measuring an amount of water supplied from the condensed water tank to a reforming unit that supplies a fuel gas to the fuel cell.
  • a fuel cell system according to the eleventh aspect of the present invention further comprising:
  • a sixteenth aspect of the present invention includes: a power generation amount measuring unit for measuring a power generation amount of the fuel cell;
  • the hot water storage tank has a discharge valve that discharges the hot water when the water purified by the reverse osmosis membrane device is insufficient.
  • 9 or c also a fuel cell system of the first 0 present invention
  • the present invention of the first 8 includes a fuel cell for generating electric power using a fuel gas and an oxidant gas,
  • a cooling water tank for storing cooling water for cooling the fuel cell
  • a fuel-side condensing means for cooling exhaust fuel gas discharged from the fuel cell to condense water vapor to obtain condensed water and / or condensing water by cooling exhaust oxidant gas discharged from the fuel cell to condense water vapor;
  • An oxidizing agent-side condensing means for obtaining
  • the fuel-side condensing means and the Z or the oxidant-side condensing stage A condensed water tank open to the atmosphere for storing condensed water,
  • a method for operating a fuel cell system comprising: a space in the cooling water tank and an atmosphere communication passage that communicates with a space in the condensed water tank;
  • This is a method for operating a fuel cell system in which a pressure change in the cooling water tank is absorbed by the atmospheric pressure of the condensed water tank.
  • the fuel cell system further comprises a water supply means for supplying water from the condensed water tank to the cooling water tank and the cooling water.
  • a water supply path having water quality treatment means for adjusting the quality of water supplied to the tank;
  • An eighteenth aspect of the present invention is a method for operating the fuel cell system according to the present invention, comprising a step of supplying water whose water quality has been adjusted by the water treatment means from the condensed water tank to the cooling water tank. :
  • the fuel cell system comprises: a hot water storage tank having a hot water circulation path for heat exchange with the cooling water; and a reverse osmosis layer device.
  • FIG. 1 is a configuration diagram showing a polymer electrolyte fuel cell system according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 2 is a configuration diagram showing a polymer electrolyte fuel cell system according to Embodiment 2 of the present invention.
  • FIG. 3 is a configuration diagram showing a polymer electrolyte fuel cell system according to Embodiment 3 of the present invention.
  • FIG. 4 is a configuration diagram showing a polymer electrolyte fuel cell system according to Embodiment 4 of the present invention.
  • FIG. 5 is a configuration diagram showing a polymer electrolyte fuel cell system according to Embodiment 5 of the present invention.
  • FIG. 6 is a configuration diagram of a fuel cell system according to Embodiment 6 of the present invention.
  • FIG. 7 is a configuration diagram of a fuel cell system according to Embodiment 7 of the present invention.
  • FIG. 8 is a configuration diagram of a fuel cell system according to Embodiment 8 of the present invention.
  • FIG. 9 is a configuration diagram of a fuel cell system according to Embodiment 9 of the present invention.
  • FIG. 10 is a configuration diagram of the fuel cell system according to Embodiment 10 of the present invention.
  • FIG. 11 is a configuration diagram of the fuel cell system according to Embodiment 11 of the present invention.
  • FIG. 12 shows a configuration of a fuel cell system according to Embodiment 12 of the present invention.
  • FIG. 13 is a configuration diagram of the fuel cell system according to Embodiment 13 of the present invention.
  • FIG. 14 is a conceptual diagram of the reaction inside the fuel cell.
  • FIG. 15 is a configuration diagram of a fuel cell system according to Embodiment 9 of the present invention.
  • FIG. 16 is a configuration diagram showing a conventional polymer electrolyte fuel cell system. Explanation of reference numerals
  • Operation time reset means Water quality detector Combustion unit
  • FIG. 1 is a configuration diagram showing a polymer electrolyte fuel cell system according to Embodiment 1 of the present invention.
  • a polymer electrolyte fuel cell 11 that generates power using fuel gas and oxidant gas, a cooling water tank 12 that stores cooling water that cools the fuel cell 11, and a cooling water channel that circulates cooling water 1 3
  • Cooling water pump 14 as a means of circulating cooling water through cooling water channel 13, heat exchanger 15 for cooling cooling water, and cooling exhaust gas discharged from fuel cell 11
  • the water discharge channel 21 may be provided on either the ceiling surface or the side surface of the cooling water tank, but is preferably provided above the cooling water tank. Further, it is desirable that the cooling water is provided above the surface of the cooling water in the cooling water tank 12 during operation of the system.
  • the water discharge path 21 corresponds to the atmosphere communication path of the present invention. Next, the operation of the polymer electrolyte fuel cell system according to the present embodiment will be described.
  • the fuel gas and the oxidizing gas supplied to the fuel cell 11 are gases whose temperature and humidity have been adjusted.
  • Hydrogen gas may be used as the fuel gas, or hydrogen-rich fuel gas obtained by steam reforming a hydrocarbon gas such as methane.
  • oxygen gas may be used as the oxidizing gas.
  • a gas containing oxygen such as air may be used.
  • Hydrogen in the fuel gas and oxygen in the oxidizing gas are consumed by the electrochemical reaction of the fuel cell 11, and water is generated on the oxidizing gas side.
  • the oxidant gas discharged from the fuel cell 11 is led to the oxidant-side condenser 17 and exchanges heat with the outside air to lower the temperature.
  • the water vapor contained in the discharged air is condensed into water.
  • the exhaust fuel gas discharged from the fuel cell 11 is led to the fuel-side condenser 16 and exchanges heat with the outside air to lower the temperature.
  • the water vapor contained in the exhaust fuel gas condenses and condenses as water Collected in water tank 18.
  • the pressure inside the cooling water tank 12 is always the same as in the state where it is open to the atmosphere. Therefore, when the cooling water temperature changes from room temperature before system operation to high temperature during power generation, the temperature rise causes the gas above the cooling water tank 12 to expand and the cooling water corresponds to the saturated steam pressure at that temperature. c that evaporated Te, gas above the cooling water tank 1 2 is a moist gas containing saturated water vapor. At this time, the pressure inside the cooling water tank 12 is always the same as in the state where it is opened to the atmosphere. The humid gas enters the condensed water tank 18 while radiating heat to the outside air through the water discharge passage 21.
  • the gas inside the condensed water tank is a gas containing saturated steam at 40 ° C or less. Therefore, the humid gas from the cooling water tank 12 The water is cooled to about 40 ° C by the outlet 21 and the condensed water tank 18, and the supersaturated steam is condensed and collected as water in the condensed water tank 18.
  • the temperature inside the cooling water tank is a constant temperature of 70 ° C or more, so the volume of the gas above the cooling water tank 12 does not change, and almost no evaporation of the cooling water occurs.
  • the temperature of the cooling water changes from high-temperature cooling water during power generation to normal-temperature cooling water after the operation ends, so that the gas inside the cooling water tank 12 contracts in volume and water vapor condenses.
  • the gas corresponding to the reduced volume flows from the condensed water tank 18 opened to the atmosphere to the cooling water tank 12 through the water outflow path 21 and the pressure inside the cooling water tank 12 is stopped. Is always equivalent to the state of being open to the atmosphere. .
  • the pressure inside the cooling water tank 12 can be constantly maintained at the same level as that of opening to the atmosphere. Also, it is not necessary to make the cooling water channel 13 a structure that can withstand pressure fluctuations.
  • both the fuel-side condenser 16 and the oxidant-side condenser 17 are provided, but either the fuel-side condenser 16 or the oxidant-side condenser 17 is provided. Even with the same effect. '
  • the fuel-side condenser 16 and the oxidant-side condenser 17 have been described as air-cooled heat exchangers that exchange heat with the outside air, but water-cooled heat exchangers that exchange heat with water. The same effect can be obtained by using.
  • the water in the condensed water tank 18 may be supplied to the cooling water tank 12.
  • FIG. 2 is a configuration diagram showing a polymer electrolyte fuel cell system according to Embodiment 2 of the present invention.
  • those with the same members and the same functions as in Fig. 1 Are given the same reference numerals, and description thereof is omitted.
  • a water supply pump 19 for sending condensed water from the condensed water tank 18 to the cooling water tank 12 and a water supply path 20 provided with an ion removal filter 22 and a water supply pump 1 The present embodiment differs from the first embodiment shown in FIG. 1 in that a control section 23 for controlling the operation of No. 9 is provided.
  • the ion removal filter 22 corresponds to the water treatment means of the present invention.
  • the ion removal filter 22 uses an ion exchange resin to remove ions contained in the water in the cooling water tank 12, and adjusts the quality of the water supplied to the cooling water tank 12. .
  • the configuration of the polymer electrolyte fuel cell system described in the present embodiment is adopted, in addition to the operation described in the first embodiment, water is supplied so that the water in the cooling water tank 12 ⁇ does not decrease during continuous operation. Supply and the quality of the supplied water can be adjusted. Moreover, since the condensed water has a temperature of about 40 ° C., it can be used at a temperature lower than the service temperature of the ion-exchange resin, and the thermal deterioration of the ion-exchange resin can be prevented.
  • the water supply pump 19 When the cooling water inside the cooling water tank 12 has not decreased, the water supply pump 19 is operated. Then, the water whose quality has been adjusted is supplied to the cooling water tank 12 through the ion removal filter 22 of the water supply path 20. Respond to it The excess cooling water is discharged through the water discharge channel 21 and recovered in the condensed water tank 18. The water supplied to the cooling water tank 12 has better quality than the discharged water. Therefore, the quality of the cooling water can be improved.
  • the cooling water collected in the condensed water tank 18 has a high temperature of 70 ° C or more, but the condensed water condensed and recovered in the fuel-side condenser 16 and the air-side condenser 17 is 40 ° C. Since the temperature is about ° C, the water passing through the ion removal filter 22 does not exceed the service temperature of the ion-exchange resin. That is, there is no thermal deterioration of the ion-exchange resin, the service life of the cooling water can be maintained even during the operation of the system while the service life of the ion removal filter 22 is extended.
  • This also makes it possible to always operate the water supply pump 19 during the operation of the system to constantly maintain the quality of the cooling water.
  • the ion removal filter 22 is provided in the water supply path 20. Therefore, it is not necessary to use the bypass 7 and the flow control valve 8 as shown in the conventional example, nor to increase the capacity of the cooling water pump 4. That is, a low-cost and high-efficiency polymer electrolyte fuel cell system can be realized without increasing the number of parts or increasing the capacity and increasing the power consumption of auxiliary equipment.
  • This operation method is to operate the water supply pump 19 to maintain the quality of the cooling water at one or both of the start and end of the system operation. This is a driving method.
  • the cooling water at the time of starting the system is at a low temperature. As a result, there is almost no temperature difference between the water supplied to the cooling water tank 12 and the discharged water, so that there is almost no heat loss.
  • the amount of cooling water is reduced by the amount of heat between the supplied water and the discharged water because there is no heat generation in the fuel cell 11, and the cooling water temperature is determined according to the amount of heat. Goes down. That is, since the cooling water and the fuel cell 11 are cooled more quickly, the end time can be shortened.
  • This operation method is more effective in a polymer electrolyte fuel cell cogeneration system that recovers heat generated from a fuel cell during power generation and uses the heat for hot water supply, heating, etc.
  • FIG. 3 is a configuration diagram showing a polymer electrolyte fuel cell system according to Embodiment 3 of the present invention. However, components having the same members and functions as those in FIG.
  • the control unit 23 counts the number of operation times of the system and records the number of operation times, and the operation number reset means 25 resets the operation number to the initial state.
  • the operation number reset means 25 changes the operation number n of the operation number storage means 24 to 0 in the initial state after the operation of the water supply pump 19 is completed.
  • the threshold value n1 is used to give a timing for operating the water supply pump 19, but the fuel system is operated intermittently and the water quality in the cooling water tank 12 deteriorates. It is determined by empirically determining the number of times of operation.
  • the command issued from the control unit 23 to the water supply pump 19 may be any operable time.
  • the command may be issued a plurality of times.
  • the number of operations n of the number-of-operations storage means 24 is reset by the number-of-operations resetting means 25 to 0 in the initial state.
  • the operation of the water supply pump 19 is managed by the operation circuit, thereby operating the water quality of the cooling water.
  • Optimum operation can be achieved by operating the required water supply pump 19 as many times as necessary. This makes it possible to maintain optimal cooling and water quality, and to extend the life of the ion removal filter 22. That is, a polymer electrolyte fuel cell system capable of achieving a longer life of the ion removal filter 22 for maintaining the quality of the cooling water can be obtained.
  • the number-of-operations storage means 24 stores the value of n + 1, which is obtained by adding 1 to the number of operations n, after the end of the system operation, but the number of operations is stored from n to n + 1.
  • n + 1 which is obtained by adding 1 to the number of operations n, after the end of the system operation, but the number of operations is stored from n to n + 1.
  • FIG. 4 is a configuration diagram showing a polymer electrolyte fuel cell system according to Embodiment 4 of the present invention.
  • components having the same members and functions as those in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.
  • control unit 26 that controls the operation of the water supply pump 19, and the control unit 26 counts and records the operation time of the system.
  • a recording means 27 and an operation time reset means 28 for resetting the operation time to the initial state are provided.
  • the operation time storage means 27 counts the accumulated time of the system operation and stores the time again.
  • the operation time reset means 28 changes the operation time of the operation time storage means 27 to 0 in the initial state after the operation of the water supply pump 19 is completed.
  • the operation time storage means 27 compares the operation time T stored in the operation time 7 with the operation time threshold value T 1 for operating the water supply pump 19, and when T> T 1, the control unit 2 Issue a command from 6 to operate the water supply pump 19. After the operation of the water supply pump 19 has been issued from the control unit 26 to the water supply pump 19 and the operation of the water supply pump 19 has been completed, the operation time storage means 27 Set the operation time ⁇ to 0 in the initial state. When ⁇ ⁇ 1 or ⁇ 2 T1, the water supply pump 19 does not operate.
  • the threshold value ⁇ 1 is for giving a timing for operating the water supply pump 19, but the operation time during which the fuel system is continuously operated and the water quality in the cooling water tank 12 is deteriorated Is determined empirically.
  • the command issued from the controller 26 to the water supply pump 19 may be any operable time.
  • the command may be issued a plurality of times. If the command is issued multiple times, the operation of the water supply pump 19 according to the final command
  • the operation time T of the operation time storage means 27 is set to 0 in the initial state by the operation time reset means 28.
  • the operation of the water supply pump 19 is controlled by the operation time, so that the operation of the cooling water can be maintained.
  • Optimum operation can be achieved by operating the water supply pump 19 as many times as necessary.
  • FIG. 5 is a configuration diagram showing a polymer electrolyte fuel cell system according to Embodiment 5 of the present invention.
  • components having the same members and functions as those in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.
  • a water quality detector 29 as the water quality detection means of the present invention for detecting the quality of the cooling water circulating through the cooling water channel 13, and a water quality detector 29 And a control unit 30 for controlling the operation of the water supply pump 19 based on the detection of the pressure.
  • the control unit 30 has a first level value and a second level value as predetermined values, and the first level value is set when the value indicated by the water quality detector 29 becomes worse than that value.
  • the second level value is a threshold value at which the water supply pump 19 is operated, and the water supply pump 19 is operated when the value indicated by the water quality detector 29 is improved during the operation of the water supply pump 19. Is a threshold value for stopping the operation of.
  • a conductivity meter is used as the water quality detector 29 in particular. Further, the electric conductivity a1 of the water in the cooling water channel 13 is determined as the first level value, and the electric conductivity a2 of the water in the cooling water channel 13 is determined as the second level value.
  • the conductivity a measured by the water quality detector 29 is compared with the conductivity a1, which is the first level value for operating the water supply pump 19, and when a> a1, the control unit is Issue a command from 30 and operate the water supply pump 19. Water supply pump 19 continues to operate until a ⁇ a2.
  • the conductivity a measured by the water quality detector 29 is compared with the second level value, the guide rate a 2, for stopping the operation of the water supply pump 19. Then, when a ⁇ a2, a command is issued from the control unit 30 and the operation of the water supply pump 19 is stopped. The water supply pump 19 continues to stop until a> a1 'again.
  • command issued to the water supply pump 19 from the control unit 30 may be any time during which operation is not possible.
  • Embodiment Although the description has been made assuming that conductivity is measured using a conductivity meter, the water quality of the present invention is not limited to this, and the water quality detecting means detects pH and uses this to detect cooling water. A similar effect can be obtained even if the water quality is controlled.
  • FIG. 6 is a configuration diagram of a fuel cell system according to Embodiment 6 of the present invention. Yes, parts that are the same as or equivalent to those in FIGS. 1 and 2 are given the same reference numerals, and detailed descriptions thereof are omitted.
  • 4 1 is a reformer
  • 4 2 is a combustion unit for heating the reformer
  • 4 3 is a hot water storage tank
  • 4 4 is a reverse osmosis membrane device
  • 4 5 is a hot water supply channel
  • 4 6 is a hot water circulation.
  • a drain valve 31 is a control unit for controlling the entire system.
  • the condenser 16 on the fuel side and the condenser 17 on the air side are collectively described as a condenser 53 for simplicity. This is the same in the following embodiments.
  • the reformer 41 reacts city gas with water to produce hydrogen, and hydrogen-rich gas is supplied to the fuel cell 11.
  • a catalyst is used for hydrogen generation, and the reformer 41 is heated by burning city gas in the combustion section 42 so as to optimize the catalyst activity.
  • air is supplied to the fuel cell 11 by the blower 49, and hydrogen is reacted with oxygen in the air inside the fuel cell 11 to generate power, thereby generating water.
  • the level sensor 51 detects a decrease in the water level, a signal is sent to the control unit 31, and the cooling water is supplied by the water supply pump 19. .
  • hot water is sent out from the hot water tank 43 to the hot water circulation path 46 by the hot water circulation pump 50, and the heat recovered from the fuel cell 11 by the heat exchanger 5 is exchanged from cooling water to hot water.
  • the hot water is stored back in the hot water tank 43.
  • the air discharged from the fuel cell condenses water through the condenser 53, Water enters the condensate tank 18 and air is discharged out of the unit.
  • Exhaust gas on the hydrogen side enters the combustion section 42 of the reformer and is burned with city gas.
  • the hot water in the hot water storage tank 43 When the hot water in the hot water storage tank 43 is consumed, water is introduced into the hot water storage tank 43 from the outside. At that time, the pre-purified water is supplied to the condensed water tank 18 through the reverse osmosis membrane device 44 installed in the hot water supply flow path 45, and the concentrated water is introduced to the hot water storage tank 43 .
  • Reverse osmosis membranes are membranes with fine holes, and most of the impurities cannot pass through them, and water molecules permeate, so high-level water seeps out on the other side of the membrane. Impurities that cannot be permeated are discharged as concentrated water. Normally, this purified water is discarded in water purification using a reverse osmosis membrane, so it is necessary to supply much more raw water than is required for pure water. However, in the present embodiment, the concentrated water is introduced into the hot water storage tank 43 without being discarded, so that the water is not wasted.
  • the condensed water tank 18 stores water in which water recovered from the inside of the system and water preliminarily purified by the reverse osmosis membrane device are mixed.
  • the water is supplied to the cooling water tank 12 by the water supply pump 19 after having been purified to high purity through the ion removal filters 22 and 47 using the respective components.
  • the water preliminarily purified by the reverse osmosis membrane device 44 is introduced into the condensed water tank 18 and mixed with the water recovered from the system.
  • the same effect can be obtained even if the ion removal filter is installed before mixing the water preliminarily purified by the reverse osmosis membrane device 44 with the recovered water.
  • the same effect can be obtained by directly introducing the water purified by the reverse osmosis membrane device 44 into the ion exchange resins 22 and 47 without passing through the condensed water tank 18.
  • the water is supplied to the reverse osmosis membrane device 44 and is discarded in the normal reverse osmosis membrane device purification. Since the concentrated water is supplied to the hot water storage tank 43, it is possible to obtain pre-purified water without wasting water, reduce the running cost and extend the life of the ion exchange resin of the ion removal filter. Can be achieved.
  • FIG. 7 is a configuration diagram of a fuel cell system according to Embodiment 7 of the present invention.
  • the same or corresponding parts as in FIG. 6 are denoted by the same reference numerals, and detailed description is omitted.
  • This embodiment is different from the sixth embodiment in that the reverse osmosis membrane device 44 is provided not on the hot water supply flow path 45 but on the hot water circulation path 46 and the hot water tank 43 as an input side, and the heat exchanger is provided. The difference is that 15 is set as the concentrated water discharge side and the condensed water tank 18 is set as the purified water discharge side.
  • a flow path (not shown) that bypasses the heat exchanger 15, a branch switching valve (not shown), and a temperature sensor (not shown) are provided in the cooling water passage 13, and the bypass flow is controlled by the control unit 31. Regulate the water flow to the channel and heat exchanger 15. Water is supplied to the hot water circulation channel 4.6 from the beginning. When the temperature of the cooling water circulating in the cooling water passage 13 exceeds a certain temperature by the temperature sensor, water flows through the hot water circulation path 46 by switching the branch switching valve and starts storing hot water in the hot water tank 43. Therefore, during operation thereafter, water is always supplied to the reverse osmosis membrane device 44, and pre-purified water is stored in the condensed water tank 18.
  • water circulates in the hot water storage water circulation channel 46 and purified water is supplied to the reverse osmosis membrane device 44, and the concentrated water Since the water flows through the flow path 12 as it is, pre-purified water can be obtained without wasting water, running costs can be suppressed, and the life of the ion exchange resin can be extended.
  • FIG. 8 is a configuration diagram of a fuel cell system according to Embodiment 8 of the present invention.
  • the same or corresponding parts as in FIGS. 6 and 7 are denoted by the same reference numerals, and detailed description is omitted.
  • This embodiment is different from the seventh embodiment in that a reverse osmosis membrane inlet side flow path switching valve 54 is provided at the inlet side of the reverse osmosis membrane device 44, and a concentrated water is provided at the concentrated water discharge side of the reverse osmosis membrane device 44.
  • a discharge side flow path switching valve 55 is provided, and between the reverse osmosis membrane inlet side flow path switching valve 54 and the concentrated water discharge side flow path switching valve 55 without passing through the reverse osmosis membrane device 44.
  • the difference is that a bypass channel 56 directly connected is provided.
  • the control unit 31 switches the reverse osmosis membrane inlet side flow path switching valve 54 and the concentrated water discharge side flow path switching valve 55 depending on the system operation status, and purifies the required amount of water with the reverse osmosis membrane device 44. However, when purification is not necessary, switch so that water flows to the bypass channel 56 side so as not to perform extra purification.
  • the pre-purified water is enough in the condensed water tank 18, which is provided with a water amount sensor in the condensed water tank 18 or the cooling water tank 1.
  • the amount of water in the condensed water tank 18 is indirectly detected using the level sensor 51 of the second embodiment.
  • the operation of the reverse osmosis membrane device 44 is also an example of the operation status.
  • the flow path control valve corresponding to the reverse osmosis membrane inlet side of the present invention is used.
  • the osmosis membrane inlet side flow path switching valve 54 and the concentrated water discharge side flow path switching valve 55 corresponding to the concentrated water discharge side flow path adjustment valve 55 are flow path switching valve valves, but the reverse osmosis membrane device 4 4
  • the same effect can be obtained by adjusting the flow ratio using a valve that adjusts the flow ratio instead of the switching valve on the inlet side of the valve.
  • the configuration may be such that either one of the valves is provided.
  • the same effect can be obtained by adjusting the flow ratio by using a valve that adjusts the flow ratio instead of the switching valve on the discharge side of the reverse osmosis membrane device 44.
  • the reverse osmosis membrane device 44 when there is no need to supply water to the reverse osmosis membrane device 44, such as when there is sufficient pre-purified water or during maintenance of the reverse osmosis membrane device 44, for example.
  • the water supply to the reverse osmosis membrane device 44 can be stopped without stopping the operation immediately. Also, by avoiding unnecessary purification of water, the maintenance cycle of the reverse osmosis membrane device can be lengthened.
  • the reverse osmosis membrane inlet side flow path switching valve 54, the concentrated water discharge side flow path switching valve 55, and the bypass flow path 56 are the same as those of the seventh embodiment shown in FIG.
  • the configuration has been described as being added to the configuration described above, the configuration may be added to the configuration of the sixth embodiment shown in FIG.
  • FIG. 9 is a configuration diagram of a fuel cell system according to Embodiment 9 of the present invention.
  • the same or corresponding parts as in FIGS. 6 and 8 are denoted by the same reference numerals, and detailed description is omitted.
  • the present embodiment is different from the eighth embodiment in that a temperature sensor 57 is provided as temperature detecting means for measuring the temperature of water supplied to the reverse osmosis membrane device 44, and the temperature measured by the temperature sensor 57 is provided.
  • the difference is that the control unit 31 switches to the bypass channel 56 and the reverse osmosis membrane device 44 to flow water according to the flow. .
  • the heat generated along with the power generation is stored in the hot water tank 43, and the water in the hot water tank 43 has a heat gradient due to convection, and the temperature rises from the upper part of the hot water tank.
  • Hot water storage The outlet of the hot water tank in the water circulation channel 46 is usually located at the lower part of the hot water tank, and low-temperature water comes out.When the boiling water approaches, the water at the lower part of the hot water tank also rises in temperature. The temperature of the water entering device 4 4 also increases.
  • the temperature of the water supplied to the reverse osmosis membrane device 44 is measured by the temperature sensor 57, and if the temperature is higher than a certain temperature, the reverse osmosis membrane inlet side flow is prevented so as not to flow through the reverse osmosis membrane device 44
  • the flow path switching valve 54 and the concentrated water discharge side flow path switching valve 55 are switched so that they flow into the bypass flow path 56.
  • the constant temperature is determined based on the heat resistant temperature of the reverse osmosis membrane of the reverse osmosis membrane device 44.
  • the water supplied to the reverse osmosis membrane device 44 needs to be about 50 ° C. or less in consideration of the heat resistance temperature. Therefore, it is necessary to prevent the hot water from flowing into the reverse osmosis membrane device as it approaches boiling, but by doing so, the reverse osmosis membrane device can be used when the temperature of the hot water is high. Water can be prevented from flowing into the water.
  • the reverse osmosis membrane inlet side flow path switching valve 54 and the concentrated water discharge side flow path switching valve are arranged so as not to flow through the reverse osmosis membrane device 44. 5 5 was switched so as to flow to the bypass flow path 56.However, even if the ratio of water flowing to the bypass flow path 56 and the reverse osmosis membrane device 44 was adjusted using a valve capable of adjusting the flow rate ratio, A similar effect can be obtained.
  • the higher the temperature of the reverse osmosis membrane the more pure water is obtained. Therefore, by adjusting the amount of water flowing through the reverse osmosis membrane device 44 depending on the temperature, the necessary preliminary purification is performed. You can get water.
  • reverse osmosis membranes are generally sensitive to high temperatures, so a fixed temperature is set. This prevents deterioration of the membrane device and prolongs the service life.
  • FIG. 10 is a configuration diagram of a fuel cell system according to Embodiment 10 of the present invention, and the same reference numerals are assigned to the same or corresponding parts as in FIGS. 6 to 9, Detailed description 'is omitted.
  • a feature of the present embodiment is that a booster pump 58 is provided in the inlet side flow path of the reverse osmosis membrane device 44 as a booster for increasing the pressure of water.
  • the concentrated water discharge side flow path switching valve 55 is shown as being omitted (may be provided).
  • the water flowing through the hot water circulation path 46 has a much larger total flow rate than the water flowing through the hot water supply flow path 45, but is generally lower than the tap water pressure, and reverse osmosis when the water pressure is low. Water obtained by the membrane device 4 4 may be insufficient.
  • a booster pump 58 is provided at the inlet side flow path of the reverse osmosis membrane device 44, and pressurized as necessary to adjust the amount of purified water in the reverse osmosis membrane device 44, thereby avoiding shortage of pre-purified water. be able to.
  • the reverse osmosis membrane device 44 can obtain more purified water as the water pressure is higher, the amount of water used is large and the capacity of the preliminary purification is insufficient. However, increasing the water pressure can make up for the shortfall.
  • the booster pump 58 is provided in the configuration including the reverse osmosis membrane inlet side flow path switching valve 54 and the bypass flow path 56.
  • the booster pump 58 may be provided in a configuration in which the concentrated water discharge side flow path switching valve 55 is also added.
  • the reverse osmosis is performed with the hot water circulation pump 50.
  • a configuration in which a booster pump 58 is provided between the membrane device 44 and the inlet side may be employed.
  • FIG. 11 is a configuration diagram of a fuel cell system according to Embodiment 6 of the present invention.
  • a level sensor 5 9 which is a water amount measuring means for measuring the amount of water stored in a condensed water tank 18 for storing water preliminarily purified by the reverse osmosis membrane device 4 9 This is the point that was established.
  • the purification in the reverse osmosis membrane device 44 can be performed only when the amount of water in the condensed water tank 18 is small, so that the maintenance cycle of the reverse osmosis membrane device 44 can be lengthened. .
  • a level sensor that measures the water level in the tank is used as the water amount measuring means, but the water amount is measured by another method such as measuring the weight of the tank or detecting the water surface using light. The same effect can be obtained.
  • the water amount detecting means when the amount of water detected by the water amount detecting means is large, the necessary flow is increased by increasing the flow rate of the bypass flow path 56 or flowing water only to the bypass flow path 56. Preliminary water purification by the reverse osmosis membrane device 44 can be performed only when the time is required, and the life of the reverse osmosis membrane device 44 can be extended.
  • the level sensor 59, the reverse osmosis membrane inlet side flow path switching valve 54, the concentrated water discharge side flow path switching valve 55, the bypass path 56 has been described as a configuration additionally provided to the configuration of the seventh embodiment shown in FIG. 7, but may be a configuration added to the configuration of the sixth embodiment shown in FIG.
  • FIG. 12 is a configuration diagram of a fuel cell system according to Embodiment 7 of the present invention.
  • Reference numeral 60 denotes a flow ratio control valve corresponding to the reverse osmosis membrane inlet-side flow control valve of the present invention
  • 61 denotes a flow meter.
  • the concentrated water discharge side flow path switching valve 55 is shown as being omitted from the configuration (may be provided).
  • a feature of the present embodiment is that a flow meter 61 as flow rate measuring means for measuring a flow rate of water supplied to the reformer 41 is provided.
  • the level sensor 51 detects the water level in the condensed water tank 18 and the flow meter 61 measures the amount of water being supplied to the reformer.
  • the control unit 31 adjusts the flow ratio control valve 60 so that the necessary amount of preliminary purification can be performed.
  • the amount of generated hydrogen is changed according to the power to be generated, the amount of reformed water is also changed accordingly. Since the amount of water used is known, the amount of water passing through the reverse osmosis membrane device 44 is increased when the amount of water is large, and the amount of water passing through the reverse osmosis membrane device 44 is increased when the amount of water is small. By reducing the amount, the required amount of water can be preliminarily purified, and the life of the reverse osmosis membrane device 44 can be extended.
  • the control unit 31 adjusts the flow ratio control valve 60 so that a required amount of water can be purified by measuring the flow rate of the supplied water by providing a flow meter in the water supply path 20. A similar effect can be obtained. Further, in the above embodiment, the flow meter 61 and the flow ratio adjusting valve 60 have been described as being additionally provided to the configuration of the seventh embodiment shown in FIG. The configuration may be added to the configuration of the sixth embodiment shown.
  • FIG. 13 is a configuration diagram of a fuel cell system according to Embodiment 13 of the present invention.
  • the same or corresponding parts as in FIGS. 6 to 12 are denoted by the same reference numerals. Detailed description is omitted.
  • 62 is a power generation control unit
  • 63 is a current measurement unit
  • 64 is a condensed water recovery amount estimating means.
  • the configuration of the reverse osmosis membrane inlet side flow path control valve 56 is omitted (may be provided).
  • a current measuring unit 63 as a power generation measuring means for measuring the power generation of the fuel cell 11 and a condensed water recovery estimation for estimating the water recovery from the measured current value.
  • the means 64 is provided.
  • the current extraction unit is measured by the current measurement unit 63 in order to control the amount of current flowing out so as to generate necessary power in accordance with a command from the control unit 31.
  • - Figure 14 is a conceptual diagram of the reaction inside the fuel cell, 101 is electrolyte, 102 is fuel electrode, 103 is air electrode, 104 a and b are hydrogen side and air side, respectively. Is a catalyst layer.
  • Hydrogen H 2 supplied as fuel emits electrons e— at the hydrogen-side catalyst layer 104 a to become H + . Electrons e are taken out of the anode 102. The amount of movement of H + and e ⁇ per unit time is the current taken out during power generation.
  • H + Moves through the electrolyte 101 to the air side, and combines with oxygen O 2 in the air and electrons e supplied from the air electrode 103 at the air side catalyst layer 104 b to form water H 2 ⁇ is generated and exhausted from the fuel cell.
  • the amount of water generated is proportional to the number of moving H +, that is, the current, and the amount of water moving with H + is roughly proportional to the number of H +, so it is almost determined by the amount of power generation.
  • the amount of water recovered as condensed water in the condenser 53 can be estimated by the condensed water recovery amount estimating means 64, and supplied to the reverse osmosis membrane device 44 in accordance with the recovered water amount.
  • the life of the reverse osmosis membrane device 44 can be extended by determining the amount of water to be supplied and supplying only the minimum required amount.
  • the current is directly measured.
  • the current value can be obtained from the voltage value and the power value. Similar effects can be obtained by measuring.
  • the amount of water generated by the fuel cell 11 is determined by the amount of power generation. Therefore, by measuring the amount of power generation, the amount of water that can be recovered from inside the device can be estimated. If the amount to be removed is large, the amount of pre-purification of water by the reverse osmosis membrane device 44 is reduced, and if the amount is small, it is increased. The reverse osmosis membrane device can extend the life of the device. is there.
  • the power generation amount control unit 62, the current measurement unit 63, and the condensed water recovery amount estimation means 64 are described as a configuration added to the configuration of the sixth embodiment shown in FIG.
  • the configuration may be provided in addition to the configuration of the seventh embodiment shown in FIG. '
  • FIG. 15 is a configuration diagram of a fuel cell system according to Embodiment 14 of the present invention.
  • the same or corresponding parts as in FIGS. 6 to 13 are denoted by the same reference numerals. Description is omitted.
  • a feature of the present embodiment is that, in the fuel cell system of Embodiment 6, when the prepurified water runs short, the water in the hot water storage tank is discharged.
  • Arrow A indicates the flow of water when hot water is used
  • arrow B indicates the flow when water is discharged from the drain valve 52
  • arrows A and B indicate that the water flows in the same direction in both cases. Is shown.
  • the hot water storage tank 43 is provided with a drain valve 52 for draining water. If the pre-purified water is insufficient, drain the water from the drain valve 52 of the hot water storage tank 43.
  • the water flows in the direction shown by arrow B, the water flows in the hot water supply flow path 45, and the water can be purified by the reverse osmosis membrane device 44.
  • the hot water in the hot water storage tanks 43 is cold and the heat is not thrown away.
  • the hot water in the hot water storage tank 43 is generally used.
  • the hot water is supplied as much as it is used. Therefore, the water does not flow into the hot water supply passage 45 unless hot water is used. Therefore, in the fuel cell system in which the reverse osmosis membrane device 44 is provided in the hot water supply flow path 45, when the next power generation is started with the hot water cooled and unused, There is a risk of running out of water. Since a commercially available hot water tank is usually provided with a drain valve 52 so that water can be drained, in such a case, water is drained from the drain valve 52 to allow the hot water tank 43 to be drained. Water is added, and the water can be preliminarily purified by the reverse osmosis membrane device 44.
  • an ion removal filter using an ion exchange resin has been described as an example of the water quality treatment means.
  • the water quality treatment means of the present invention uses hollow fibers or electricity. Means for separating ions may be used.
  • the present invention can provide a fuel cell system that does not require the cooling water tank and the cooling water passage to have a structure that can withstand pressure fluctuations.
  • the purification of water can be performed by the reverse osmosis membrane device without discarding the concentrated water, water is wasted. Without the need, the life of the ion exchange resin used in the water quality treatment means can be extended.
  • the maintenance cycle of the reverse osmosis membrane device can be lengthened.

Landscapes

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Description

明 細 書 燃料電池システムおよぴその運転方法
技術分野
本発明は燃料電池を用いて発電を行なう燃料電池システムおよびその 運転方法等に関するものである。 背景技術
以下に、 従来の固体高分子形燃料電池システムについて、 順に説明す る。 . 第 1に、 図 1 6は従来の固体高分子形燃料電池システムの構成図であ り、 固体高分子形の燃料電池 1に対して冷却水タンク 2から冷却水路 3 を通じて冷却水ポンプ 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、 ラジェータのような熱交換器 5によって冷却された 後に冷却水タンク 2に帰還する冷却水循環系統を構成している。
この時、 冷却水の冷却を行なう熱交換器 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 一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、 冷却水路 3の途上に、 熱交換器 5 から溶け出した伝導性イオンを除去するためのイオン交換樹脂を用いた イオン除去フィルター 6を設けている。
ますこ、 イオン除去フィルター 6を冷却水路 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、 圧力損失の 低減を図るためのバイパス路 7を設け、 また、 低負荷運転でイオン除去 フィルター 6の圧力損失が影響を与えない程度の少量の冷却水を使用す る場合には、 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 ることのできる流量制御弁 8をバイパス路 7上に設け rいる。
ところで、 図示しないが、 冷却水タンクの水は循環を続けるうちにそ の量は減少するため外部から補給する必要があり、 その供給源としては 、 水道水などの外部かち導入した水や、 システム内部からの回収水があ る。
水道水は、 飲用として問題がないように人体にとって有害な成分は非 常に低濃度にまで除去されているが、 無害なカルシウム ·マグネシウム などの硬水成分や、 ナトリウム ·塩素などの塩分はかなり高濃度まで許 容されている。 また、 殺菌のため蛇口での一定濃度以上になるように次 亜塩素酸ナトリゥムが添加されており、 純度という点では非常に悪い。 また、 地下水など他の水源から水を導入する場合も有機酸や硬水成分な どが多量に含まれており、 十分な浄化が必要な点では水道水と同様であ る。
一方、 システム内部から回収される水は、 燃料電池内部で発電時に水 素 （H 2 ) と酸素 （0 2) の反応により生成されるので、 原理的には高純 度のものが得られるが、 実用的なシステムを構築する場合、 安全性や熱 効率な'どの理由により配管やパルプなど、 金属製でなければならない部 品があり、 金属イオンが回収した水にまつたく溶出しなくすることは困 難である。 また空気に触れることにより二酸化炭素が溶け込み炭酸ィォ ンが生成し、 導電率が高くなることもある。 したがって回収水を水素生 成器や燃料電池の冷却水として用いる場合もィォン交換樹脂などによる 浄化が必要である。
固体高分子形燃料電池システムは瑋常 7 0〜8 0 °Cの冷却水を循環さ せて運転する。 上記図 1 6に示した固体高分子形燃料電池システムの冷 却水路 3は密閉構成を取っているため、 システムを運転すると運転前の 常温冷却水から発電中の高温冷却水に冷却水温度が変化し、 それに従つ て冷却水タンク 2·内部の圧力および冷却水路 3の水圧が上昇する。 また システム運転の停止時 は、 発電中の高温冷却水から運転終了後の常温 冷却水に冷却水温度が変化し、 それに従って冷却水タンク 2内部の圧力 および冷却水路 3の水圧が下降する。 したがって、 冷却水タンク 2およ び冷却水路 3の構造は、 温度変化による圧力変動に耐えうるにする必要 があるという第 1の課題があった。
また、 イオン除去フィルター 6は冷却水路 3にあるため、 冷却水の流 量が増えることによりイオン除去フィルター 6を通過する冷却水量が増 加し、 その結果、 冷却水路 3の圧力損失が増加する。 従来例ではこれを 回避するにバイパス路 7およぴ流量調整弁 8を用いているが、.部品点数 の増加によりコストが増加するという第 2の課題があった。 これについ ては、 冷却水ポンプ 4の能力を上げるという解決方法もあるが、 これも コス ト増加とともにシステムを運転する補機の消費電力が増加し、 シス テムの総合的な効率を下げる要因となり、 充分な解決とは言えなかった c また、 イオン交換樹脂 （特に陰イオン交換樹脂） は、 耐用温度が比較 的低い.ものがほとんどであるが、 固体高分子形の燃料電池 1を冷却する 冷却水の温度は 7 0〜8 0 °C程度である。 そのため、 冷却水路 3に備え られたイオン除去フィルター 6内部のイオン交換樹脂は、 耐用温度の点 で厳しい条件での長時間運転により熱劣化がおこり、 寿命が短くなり易 く、 さらに、 冷却水の水質が良好な場合においても、 同様に 7 0〜8 0 °C程度の冷却水が流れる。 これは非効率であるとともに、 イオン除去フ ィルター 6内部のイオン交換樹脂の寿命をさらに短くするという第 3の 課題があった。 次に、 上述したように、 燃料電池システムを実用化する場合には、 十 分な純度ではない外部から導入した.水を用いることが必要になるため、 イオン交換樹脂の'劣化が早く、 小型の装置では寿命が短く頻繁にメンテ ンナンスが必要となり、 ランニングコストも高くなつてしまう。 イオン 交換樹脂の寿命を長くする方法として、 前段に逆浸透膜を設置し、 水を 予備浄化した後、 イオン交換樹脂で浄化するという方法が超純水製造な どで多く用いられている。 燃料電池用の浄水製造装置としても特開平 1 0— 2 3 5 3 9 6のように逆浸透膜を通してある程度浄化した水をィォ ン交換樹脂に通すものがある。 なお、 上記特開平 1 0— 2 3 5 3 9 6の 全ての開示は、 そっくりそのまま引用 （参照） することによって、 一体 化する。
逆浸透膜は微細な穴のあいた膜で、 ほとんどの不純物がこれを透過で きず、 水分子は透過するため、 純度の高い水が膜の反対側にしみ出して くる。 透過できなかった不純物は濃縮水として常に排出される。 供給さ れる水の圧力が高いほど、 また温度が高いほど多くの水を浄化すること ができるが、 大量の濃縮水が廃棄されるため、 排出する水の分のランュ ングコストがかかってしまう。 また、 廃棄する水をなくそうとすれば、 廃水を原水に戻して再度浄化するための流路を設けるなどの、 別の構成 が必要となるという第 4の課題があった。 発明の開示
本発明は、 上記従来の固体高分子形燃料電池システムが有する第 1〜 第 3の課題を考慮して、 低コストで簡単な構成で、 冷却水の水質維持の ために用いるィオン交換樹脂の長寿命化を図り高効率な固体高分子形燃 料電池システムとその運転方法を提供することを目的とする。 また、 本発明は.、 さらに上記従来の燃料電池システムの水処理におけ る第 4の課題を解決するものであり、 水の浄化に用いるイオン交換樹脂 の寿命を長くしたり使用量を少なくするために逆浸透膜装置を用いて浄 化する場合において、 濃縮水の廃棄を削減することにより、 ランニング コス トを低減するものである。
上記の目的を達成するために、 第 1の本発明 （請求項 1に対応） は、 燃料ガスと酸化剤ガスを用いて発電を行なう燃料電池と、
前記燃料電池を冷却する冷却水を貯える冷却水タンクと、
前記燃料電池より排出される排気燃料ガスを冷却し含有水蒸気を凝縮 させ凝縮水を得る燃料側凝縮手段および Zまたは前記燃料電池より排出 される排気酸化剤ガスを冷却し含有水蒸気を凝縮させ凝縮水を得る酸化 剤側凝縮手段と、
前記燃料側凝縮手段および/または前記酸化剤側凝縮手段で得た前記 凝縮水を貯える大気に開放された凝縮水タンクと、
前記冷却水タンク内の空間と前記凝縮水タンク内の空間とを連通させ る大気'連通路とを備えた燃料電池システムである。
また、 第 2の本発明 （請求項 2に対応） は、 前記凝縮水タンクより前 記冷却水タンクに水を供給する水供給手段および前記冷却水タンクに供 給する水の水質を調整する水質処理手段を有する水供給路と、
少なくとも前記水供給手段の動作を制御する制御手段をさらに備え、 前記凝縮水タンクより、 前記水処理手段にて水質調整された水を前記 冷却水タンクに供給する第 1の本発明の燃料電池システムである。 ■ また、 第 3の本発明 （請求項 3に対応） は、 前記制御手段は、 該燃料 電池システムの運転起動時および Zまたは運転終了時に、 前記水供給手 段を作動する第 2の本発明の燃料電池システムである。
また、 第 4の本発明 （請求項 4に対応） は、 前記制御手段は、 該燃料 電池システムの運転回数をカウントし記憶する運転回数記憶手段と、 記憶した前記運転回数を初期状態にリセットする運転回数リセット手 段とを備え、
前記運転回数記憶手段に記憶した前記運転回数が一定回数を超える場 合に前記水供給手段を作動させ、 前記水供給手段の作動終了後に前記運 転回数リセット手段により前記運転回数をリセットする第 2の本発明の 燃料電池システムである。
また、 第 5の本発明 （請求項 5に対応） は、 前記制御手段は、 該燃料 電池システムの運転時間をカウントし記憶する運転時間記憶手段と、 記憶した前記運転時間を初期状態にリセットする運転時間リセット手 段と備え、
前記運転時間記憶手段に記憶した前記運転時間が一定時間を超える場 合に前記水供給手段を作動させ、 前記水供給手段の作動終了後に前記運 転時間.リセット手段により前記運転時間をリセットする第 2の本発明の 燃料電池システムである。
また、 第 6の本発明 （請求項 6に対応） は、 前記制御手段は、 前記冷 却水の水質を検知する水質検知手段を備え、
前記水質があらかじめ定めた第 1の水準値より悪化したときに前記水 供給手段を作動させ、 前記水供給手段が作動中に前記水質があらかじめ 定めた第 2の水準値より良化した.ときに前記水供給手段を停止させる第 2の本発明の燃科電池システムである。
また、 第 7の本発明 （請求項 7に対応） は、 前記水質処理手段は、 ィ オン交換樹脂を用いた第 2の本発明の燃料電池システムである。
また、 第 8の本発明 （請求項 8に対応） は、 前記冷却水と熱交換する 貯湯水循環流路を有する貯湯槽と、
逆浸透層装置とを備えた第 1から第 7のいずれかの本発明の燃料電池 システムである。
また、 第 9の本発明 （請求項 9に対応） は、 前記逆浸透層装置は、 巿 水の供給をうけ、 これを浄化水と濃縮水とに分離し、 前記濃縮水を前記 貯湯槽に供給し、 前記浄化水を前記凝縮水タンクまたは前記冷却水タン クに供給する第 8の本発明の燃料電池システムである。
また、 第 1 0の本発明 （請求項 1 0に対応） は、 前記逆浸透層装置は 、 前記貯湯槽から前記貯湯水の供給をうけ、 これを浄化水と濃縮水とに 分離し、 前記濃縮水を前記貯湯槽に戻し、 前記浄化水を前記凝縮水タン クまたは前記冷却水タンクに供給する第 8の本発明の燃料電池システム である。 .
また、 第 1 1の本発明 （請求項 1 1に対応） は、 前記逆浸透層装置の 供給側と前記濃縮水排出側とを直接結ぶパイパス流路と、 ， 前記逆浸透膜装置の供給側と前記バイパス流路との分岐点またはその 分岐点より前記供給側に設けられた逆浸透膜入口側流路調節弁および Z または前記逆浸透膜装置の前記濃縮水排出側と前記バイパス流路との分 岐点またはその分岐点より前記排出側に設けられた濃縮水排出側流路調 節弁とを備え、
前記制御部は、 逆浸透膜入口側流路調節弁および/または前記濃縮水 排出側流路調節弁により、 前記逆浸透層装置の通過水量の全部または一 部が前記バイパス'流路を通過するように調節する第 9または第 1 0の本 発明の燃料電池システムである。
また、 第 1 2の本発明 （請求項 1 2に対応） は、 前記逆浸透膜装置に 供給される水の温度を測定する温度検出手段を備え、
前記制御部は、 前記温度検出手段により測定された温度に応じて前記 パイパス流路と前記逆浸透膜装置に供給する水の比率を調節する制御を 行う請求項 1 1に記載の燃料電池システムである。 また、 第 1 3の本発明 （請求項 1 3に対応） は、 前記逆浸透膜装置の 入口側流路に設けられた、 水の圧力を増加させる昇圧手段を備えた第 1 1の本発明の燃料電池システムである。
また、 第 1 4の本発明 （請求項 1 4に対応） は、 前記凝縮水タンクに 貯えられた水量を計測する水量計測手段を備えた第 1 1の本発明の燃料 電池システムである。
また、 第 1 5の本発明 （請求項 1 5に対応） は、 前記凝縮水タンクか ら、 前記燃料電池に燃料ガスを供給する改質部に供給される水の水量を 測定する流量測定手段をさらに備えた第 1 1の本発明の燃料電池システ ムである。
また、 第 1 6の本発明 （請求項 1 6に対応） は、 前記燃料電池の発電 量を測定する発電量測定手段と、
前記発電量測定手段の検出値から、 前記燃料側凝縮手段および/また は前記酸化剤側凝縮手段が得る凝縮水の回収量を推定する回収水量推定 手段とを備えた第 1 1の本発明の燃料電池システムである。
また、 第 1 7の本発明 （請求項 1 7に対応） は、 前記貯湯槽は、 前記 逆浸透膜装置で浄化した水が不足した場合に、 前記貯湯水を排出する排 出バルブを有する第 9または第 1 0 本発明の燃料電池システムである c また、 第 1 8の本発明 （請求項 1 8に対応） は、 燃料ガスと酸化剤ガ スを用いて発電を行なう燃料電池と、
前記燃料電池を冷却する冷却水を貯える冷却水タンクと、
前記燃料電池より排出される排気燃料ガスを冷却し含有水蒸気を凝縮 させ凝縮水を得る燃料側凝縮手段および/または前記燃料電池より排出 される排気酸化剤ガスを冷却し含有水蒸気を凝縮させ凝縮水を得る酸化 剤側凝縮手段と、
前記燃料側凝縮手段および Zまたは前記酸化剤側凝縮 段で得た前記 凝縮水を貯える大気に開放された凝縮水タンクと、
前記冷却水タンク内の空間と前記凝縮水タンク内の空間とを連通させ る大気連通路とを有する燃料電池システムの運転方法であって、
前記燃料ガスと前記酸化剤ガスを用いて前記燃料電池を発電させるェ 程と、
前記冷却水タンクの冷却水により前記燃料電池を冷却する工程と、 前記燃料側凝縮手段および/または前記酸化剤側凝縮手段により、 前 記燃料電池より排出される排気燃料ガスおよぴ Zまたは前記排気酸化剤 ガスを冷却し、 含有水蒸気を凝縮させ凝縮水を得る工程と、
前記凝縮水を前記凝縮水タンクに貯える工程とを備え、
前記冷却水タンク内の圧力変化を、 前記凝縮水タンクの大気圧により 吸収する燃料電池システムの運転方法である。
また、 第 1 9の本発明 （請求項 1 9に対応） は、 前記燃料電池システ ムは、 前記凝縮水タンクより前記冷却水タンクに水を供給する水供給手 段およぴ前記冷却水.タンクに供給する水の水質を調整する水質処理手段 を有する水供給路を備え、
前記凝縮水タンクより、 前記水処理手段にて水質調整された水を前記 冷却水タンクに供給する工程を備えた第 1 8の本発明の燃料電池システ ムの運転方法である。 ：
また、 第 2 0の本発明 （請求項 2 0に対応） は、 前記燃料電池システ ムは,、 前記冷却水と熱交換する貯湯水循環流路を有する貯湯槽と、 逆浸 透層装置とを備え、
前記逆浸透装置により、 前記冷却水タンクおよぴ Zまたは前記凝縮水 タンクに浄化水を供給する工程と、
前記逆浸透装置から排出される濃縮水を前記貯湯槽に供給する工程と を備えた第 1 8または第 1 9の本発明の燃料電池システムの運転方法で ある。 図面の簡単な説明
図 1は、 本発明の実施の形態 1における固体高分子形燃料電池システ ムを示す構成図である。
図 2は、 本発明の実施の形態 2における固体高分子形燃料電池システ ムを示す構成図である。
図 3は、 本発明の実施の形態 3における固体高分子形燃料電池システ ムを示す構成図である。 , 図 4は、 本発明の実施の形態 4における固体高分子形燃料電池システ ムを示す構成図である。
図 5は、 本発明の実施の形態 5における固体高分子形燃料電池システ ムを示す構成図である。
図 6は、 本発明の実施の形態 6における燃料電池システムの構成図で ある。
図 7は、 本発明の実施の形態 7における燃料電池システムの構成図で ある。
図 8は、 本発明の実施の形態 8における燃料電池システムの構成図で ある。
図 9は、 本発明の実施の形態 9における燃料電池システムの構成図で める。
図 1 0は、 本発明の実施の形態 1 0における燃科電池システムの構成 図である。
図 1 1は、 本発明の実施の形態 1 1における燃料電池システムの構成 図である。
図 1 2は、 本発明の実施の形態 1 2における燃料電池システムの構成 図である。
図 1 3は、 本発明の実施の形態 1 3における燃料電池システムの構成 図である。
図 1 4は、 燃料電池内部の反応の概念図である。
図 1 5は、 本発明の実施の形態 9における燃料電池システムの構成図 である。
図 1 6は、 従来の固体高分子形燃料電池システムを示す構成図である。 符号の説明
1 1 燃料電池
1 2 冷却水タンク
1 3 冷却水路
1 4 冷却水ポンプ
1 5 熱交換器
2 2、 4 7 イオン除去フィルタ
1 6 燃料側凝縮器
1 7 空気側凝縮器
1 8 凝縮水タンク
1 9 水供給ポンプ
2 0 水供給路
2 1 水排出路
2 3， 2 6， 3 0、 3 1 制御部
2 4 運転回数記憶手段
2 5 運転回数リセッ ト手段
2 7 運転時間記憶手段
2 8 運転時間リセッ ト手段 水質検知器 燃焼部
貯湯槽 貯湯水供給流路
貯湯水循環流路
5 9 レベ/レセンサ ドレインパ'ノレブ 昇圧ポンプ
逆浸透膜入口側流路切替弁 濃縮水排.出側流路切替弁 パイパス流路
温度センサ
流量比調節弁
流量計
発電量制御部
電流測定部
回収水量推定手段 燃料極
空気極
a 水素側触媒層b 空気側触媒層 発明を実施するための最良の形態
以下、 本発明の実施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における固体高分子形燃料電池システ ムを示す構成図である。 燃料ガスと酸化剤ガスを用いて発電を行なう固 体高分子形の燃料電池 1 1と、 燃料電池 1 1を冷却する冷却水を貯える 冷却水タンク 1 2と、 冷却水を循環させる冷却水路 1 3と、 冷却水を冷 却水路 1 3に循環させる手段としての冷却水ポンプ 1 4と、 冷却水を冷 却する熱交換器 1 5と、 燃料電池 1 1より排出される排気燃料ガスを冷 却し含まれる水蒸気を凝縮させる燃料側凝縮器 1 6と、 燃料電池 1 1か ら排出される排気空気を冷却し含まれる水蒸気を凝縮させる空気側凝縮 器 1 7と、 燃料側'凝縮器 1 6と空気側凝縮器器 1 7とで凝縮した水を蓄 える大気に開放された凝縮水タンク 1 8と、 冷却水タンク 1 2内部の余 剰冷却水を排出する水排出路 2 1とを備えている。 水排出路 2 1は、 冷 却水タンクの天井面、 側面のいずれに設けてもよいが、 冷却水タンクの 上部に設けるのが望ましい。 さらには、 システム運転時における冷却水 タンク 1 2内の冷却水の水面より上部に設けられるようにするのが望ま しい。
なお、 水排出路 2 1は、 本発明の大気連通路に相当するものである。 次に、 本実施の形態における固体高分子形燃料電池システムの運転動 作を説明する。
燃料電池 1 1に供給する燃料ガスと酸化剤ガスは、 温度 ·湿度調整さ れたガスである。 燃料ガスとしては水素ガスを用いてもよいし、 メタン 等の炭化水素ガスを水蒸気改質することによって得られるような水素リ ツチな燃料ガスでも良い。 また、 酸化剤ガスは酸素ガスを用いてもよい し、 空気等の酸素を含むガスでもよい。 · 燃料電池 1 1の電気化学反応によって燃料ガス内の水素と酸化剤ガス 内の酸素が消費され、 酸化剤ガス側に水が生成される。 燃料電池 1 1か ら排出'された酸化剤ガスは酸化剤側凝縮器 1 7に導かれ外気と熱交換す ることにより温度が低下し、 排出空気に含まれる水蒸気は凝縮して水と して凝縮水タンク 1 8に回収される。 一方、 燃料電池 1 1から排出され た排気燃料ガスは燃料側凝縮器 1 6に導かれ外気と熱交換することによ り温度が低下し、 排気燃料ガスに含まれる水蒸気は凝縮し水として凝縮 水タンク 1 8に回収される。
さらに、 発電を行なう燃料電池 1 ； ^の温度を 7 0 °C以上で一定に保つ ために、 冷却水路 1 3を通して、 冷却水ポンプ 1 4で水を循環させ、 熱 交換器 1 5において燃料電池.1 1で発生した熱を外部へ放出する。 さら に、 冷却水タンク 1 2の上方にある気体は水排出路 2 1を通じて大気開 放された凝縮水タンク 1 8と接続されているため、 冷却水タンク 1 2内 部の圧力は常に大気開放された状態と同等である。
上記本実施の形態における固体高分子形燃料電池システムの構成をと ると、 冷却水タンク 1 2内部の圧力は常に大気開放された状態と同等で ある。 そのためシステム運転前の常温から発電中の高温に冷却水温度が 変化すると、 温度上昇により冷却水タンク 1 2の上方にある気体が膨張 すると共に冷却水がそのときの温度の飽和水蒸気圧に対応して蒸発する c つまり、 冷却水タンク 1 2の上方にある気体は飽和水蒸気を含む湿り気 体となる。 このとき冷却水タンク 1 2内部の圧力は常に大気開放された 状態と同等である。 この湿り気体は、 水排出路 2 1を通じて外気に放熱 しつつ凝縮水タンク 1 8に入る。 凝縮水タンク 1 8内部の水は通常 4 0 °C以下のため、 凝縮水タンク内部の気体は 4 0 °C以下の飽和水蒸気を含 む気体である。 したがって、 冷却水タンク 1 2からの湿り気体は、 水排 出路 2 1 と凝縮水タンク 1 8により 4 0 °C程度に冷却され、 過飽和分の 水蒸気は凝縮し水として凝縮水タンク 1 8に回収される。
定常運転中は、 冷却水タンク内部の温度は 7 0 °C以上の一定温度であ るため、 冷却水タンク 1 2の上方の気体は体積変化しないし、 冷却水の 蒸発もほとんど起こらない。 またシステム運転の停止時には、 発電中の 高温冷却水から運転終了後の常温冷却水に冷却水温度が変化することに より冷却水タンク 1 2内部の気体が体積収縮するとともに水蒸気が凝縮 する。 このとき減少した体積に相当する気体が大気開放された凝縮水タ ンク 1 8から水^^出路 2 1を通じて冷却水タンク 1 2に流入するため、 冷却水タンク 1 2内部の圧力は停止時においても常に大気開放された状 態と同等である。 .
すなわち、 本実施の形態に示す固体高分子形燃料電池システムの構成 をとることによって、 冷却水タンク 1 2内部の圧力を常に大気開放と同 等の状態に保つことができ、 冷却水タンク 1 2および冷却水路 1 3を圧 力変動に耐えうる構造にする必要がない。
なお、 本実施の形態では、 燃料側凝縮器 1 6と酸化剤側凝縮器 1 7の 両方を設けているが、 燃料側凝縮器 1 6と酸化剤側凝縮器 1 7のどちら か一方を設けても同等の効果がある。 '
さらに、 本実施の形態では、 燃料側凝縮器 1 6と酸化剤側凝縮器 1 7 は、 外気と熱交換する空冷式熱交換器として説明したが、 水と熱交換す る水冷式熱交換器を用いても同等の効果がある。
また、 凝縮水タンク 1 8内の水を、 冷却水タンク 1 2へ供給するよう にしてもよレヽ。
(実施の形態 2 )
図 2は、 本発明の実施の形態 2における固体高分子形燃料電池システ ムを示す構成図である。 ただし、 図 1 と同部材かつ同機能を有するもの については同一符号を付与しており、 説明を省略する。
本実施の形態では、 凝縮水タンク 1 8から凝縮水を冷却水タンク 1 2 に送る水供給ポンプ 1 9およびイオン除去フィルター 2 2を設けた水供 給路 2 0、 およぴ水供給ポンプ 1 9の作動を制御する制御部 2 3を備え ている点で図 1に示した実施の形態 1 と異なっている。 ただしイオン除 去フィルター 2 2は本発明の水質処理手段に相当する。
以下、 動作を説明する。 冷却水タ ^ク 1 2内部の冷却水が減少したと きは、 制御部 2 3の制御により水供給路 2 0の水供給ポンプ 1 9を作動 させ、 冷却水タンク 1 2に凝縮水タンク 1 8の水を供給する。 このとき 冷却水タンク 1 2に水が過剰に入ったとしても、 水排出路 2 1により余 剰冷却水は凝縮水タンク 1 8に排出され、 冷却水タンク 1 2内には空間 が生じ、 その内部全てが水で満たされることはない。
このとき、 イオン除去フィルター 2 2はイオン交換樹脂を用いて冷却 水タンク 1 2内の水に含まれているイオンを除去するものであり、 冷却 水タンク 1 2に供給する水の水質調整を行なう。
上記本実施の形態に示す固体高分子形燃料電池システムの構成をとる と、 実施の形態 1で示した作用とともに、 連続運転の際に冷却水タンク 1 2內の水が減少しないように水を供給するとともに、 その供給する水 を水質調整できる。 しかも凝縮水は 4 0 °C程度であるため、 イオン交換 樹脂の耐用温度以下での使用が可能となり、 イオン交換樹脂の熱劣化を 防止することができる。
また'、 上記本実施の形態に示す固体高分子形燃料電池システムの構成 をとると、 以下に示すような運転も実現できる。
冷却水タンク 1 2内部の冷却水が減少していないときに水供給ポンプ 1 9を作動させる。 すると、 水供給路 2 0のイオン除去フィルター 2 2 を通じて水質調整された水が冷却水タンク 1 2に供給される。 それに応 じて過剰となった冷却水は水排出路 2 1を通じて排出され、 凝縮水タン ク 1 8に回収される。 冷却水タンク 1 2に供給される水は、 排出される 水と比較して水質は良好である。 そのため、 冷却水の水質を良化するこ とができる。
また、 凝縮水タンク 1 8に回収される冷却水は 7 0 °C以上の高温であ るが、 燃料側凝縮器 1 6および空気側凝縮器 1 7で凝縮し回収される凝 縮水は 4 0 °C程度であるため、 イオン除去フィルター 2 2を通過する水 はィオン交換樹脂の耐用温度を超えることはない。 すなわちィオン交換 樹脂の熱劣化がなく、 イオン除去フィルター 2 2の長寿命化を実現しつ つシステム運転中においても冷却水の水質維持を行なうことができる。
また、 これによりシステム運転中に常時水供給ポンプ 1 9を作動させ て、 常時冷却水の水質維持を行なうことも可能となる。
さらに、 上記本実施の形態に示す固体高分子形燃料電池システムの構 成では、 イオン除去フィルター 2 2は水供給路 2 0にある。 そのため、 従来例に示したようなバイパス路 7および流量調整弁 8を用いる必要も 、 冷却水ポンプ 4の能力を上げる必要もない。 すなわち、 部品点数の增 加や能力アップによるコスト増加や補機の消費電力増加のない、 低コス トで高効率な固体高分子形燃料電池システムを実現できる。
したがって、 本実施の形態に示す固体高分子形燃料電池システムの構 成をとることによって、 実施の形態 1にて説明した作用とともに、 冷却 水の水質維持かつイオン除去フィルター 2 2の長寿命化を実現するとと もに、 低コストでシステムの総合的な効率を向上することが実現できる。 さらに、 本実施の形態に示す固体高分子形燃料電池システムの効果的 な運転方法を説明する。
本運転方法とは、 システム運転の起動時と終了時のどちらか一方また は両方のときに、 水供給ポンプ 1 9を作動させて冷却水の水質を維持す る運転方法である。
システム起動時の冷却水は低温である。 それにより冷却水タンク 1 2 に供給される水と排出される水との温度差はほとんどないため、 熱ロス がほとんどない。 また、 システム運転の終了時の場合、 燃料電池 1 1で の発熱がないため冷却水は供給される水と排出される水との熱量分だけ 熱量が減少し、 その熱量に応じて冷却水温度が下がる。 すなわち、 冷却 水およぴ燃料電池 1 1をより早く冷却するため終了時間を短縮できる効 果がある。
本運転方法は、 発電中に燃料電池から発生する熱を回収し給湯 ·暖房 等に熱利用する固体高分子形燃料電池コージェネレーションシステムに おいてより効果的である。
(実施の形態 3 ) ·
図 3は、 本発明の実施の形態 3における固体高分子形燃料電池システ ムを示す構成図である。 ただし、 図 2と同部材かつ同機能を有するもの については同一符号を付与しており、 説明を省略する。
本実施の形態に示す固体高分子形燃料電池システムは、 制御部 2 3が システムの運転回数をカウントし記録する運転回数記録手段 2 4と運転 回数を初期状態にリセットする運転回数リセット手段 2 5を備えている c 運転回数記憶手段 2 4は、 システム運転の終了後に運転回数 nに 1加 えた値 n + 1を記憶し直す。 また、 運転回数リセット手段 2 5は水供給 ポンプ 1 9の作動終了後に運転回数記憶手段 2 4の運転回数 nを初期状 態の 0に変更する。
次に、 本実施の形態における固体高分子形燃料電池システムの運転動 作を説明する。
運転回数記憶手段 2 4が記憶している運転回数 nと水供給ポンプ 1 9 を作動させるための運転回数のしきい値 n 1を比較して、 n > n 1のと き、 制御部 2 3から指令を出し、 水供給ポンプ 1 9を作動する。 水供給 ポンプ 1 9作動終了の指令を制御部 2 3から水供給ポンプ 1 9に出して 水供給ポンプ 1 9の作動を終了した後、 運転回数リセット手段 2 5にて 運転回数記憶手段' 2 4の運転回数 nを初期状態の 0にする。 n < n 1ま たは n = n lのとき、 水供給ポンプ 1 9は作動しない。 なお、 しきい値 n 1は、 水供給ポンプ 1 9を作動させるタイミングを与えるためのもの であるが、 燃料システムを断続的に運転して、 冷却水タンク 1 2内の水 質が劣化してしまう運転回数を経験的に求めることにより定める。
制御部 2 3から水供給ポンプ 1 9に出す指令は、 作動可能ないずれの 時間でもよい。 また、 複数回指令を出しても良い。 複数回指令を出す場 合は、 その最終指令による水供給ポンプ 1 9の作動 ·作動終了の後に、 運転回数リセット手段 2 5にて運転回数記憶手段 2 4の運転回数 nを初 期状態の 0にする。
このように、 本実施の形態に示す固体高分子形燃料電池システムの構 成をとることにより、 水供給ポンプ 1 9の作動を運転回 ¾で管理するこ とによって、 冷却水の水質維持に作動する水供給ポンプ 1 9を必要な回 数だけ動作させることで、 最適作動することができる。 それにより最適 な冷却.水の水質維持を可能にし、 かつ、 イオン除去フィルター 2 2の寿 命をより長寿命化することが可能である。 すなわち、 冷却水の水質維持 を行なうイオン除去フィルター 2 2の長寿命化を実現できる固体高分子 方燃料電池システムが得られる。
なお本実施の形態では、 運転回数記憶手段 2 4はシステム運転の終了 後に運転回数 nに 1加えた値 n + 1を記憶し直す、 としたが、 運転回数 を nから n + 1に記憶し直すのは、 起動、 終了を含むシステム運転のい ずれの時であって'も同じ効果が得ら る。
(実施の形態 4 ) 図 4は、 本発明の実施の形態 4における固体高分子形燃料電池システ ムを示す構成図である。 ただし、 図 2と同部材かつ同機能を有するもの については同一符号を付与しており、 説明を省略する。
本実施の形態に示す固体高分子形燃料電池システムでは、 水供給ボン プ 1 9の作動を制御する制御部 2 6があり、 制御部 2 6にはシステムの 運転時間をカウントし記録する運転時間記録手段 2 7と運転時間を初期 状態にリセットする運転時間リセット手段 2 8を備えている。
運転時間記憶手段 2 7は、 システム運転の積算時間をカウントしその 時間を記憶し直す。 また、 運転時間リセット手段 2 8は水供給ポンプ 1 9の作動終了後に運転時間記憶手段 2 7の運転時間を初期状態の 0に変 更する。
次に、 本実施の形態における固体高分子形燃料電池システムの運転動 作を説明する。
運転時間記憶手段 2 7が記憶している運転時間 Tと水供給ポンプ 1 9 を作動させるための運転時間のしきい値 T 1を比較して、 T > T 1のと き、 制御部' 2 6から指令を出し、 水供給ポンプ 1 9を作動する。 水供給 ポンプ 1 9作動終了の指令を制御部 2 6から水供給ポンプ 1 9に出して 水供給ポンプ 1 9の作動を終了した後、 運転時間リセット手段 2 8にて 運転時間記憶手段 2 7の運転時間 Τを初期状態の 0にする。 Τ < Τ 1ま たは Τ 二 T 1のとき、 水供給ポンプ 1 9は作動しない。 なお、 しきい値 Τ 1は、 水供給ポンプ 1 9を作動させるタイミングを与えるためのもの であるが、 燃料システムを連続運転して、 冷却水タンク 1 2内の水質が 劣化してしまう運転時間を経験的に求めることにより定める。
制御部 2 6から'水供給ポンプ 1 9に出す指令は、 作動可能ないずれの 時間でもよい。 また、 複数回指令を出しても良い。 複数回指令を出す場 合は、 その最終指令による水供給ポンプ 1 9の作動 ·作動終了の後に、 運転時間リセット手段 2 8にて運転時間記憶手段 2 7の運転時間 Tを初 期状態の 0にする。
このように、 本実施の形態に示す固体高分子形燃料電池システムの構 成をとることにより、 水供給ポンプ 1 9の作動を運転時間で管理するこ とによって、 冷却水の水質維持に作動する水供給ポンプ 1 9を必要な回 数だけ動作させることで、 最適作動することができる。 それにより最適 な冷却水の水質維持を可能にし、 かつ、 イオン除去フィルター 2 2の寿 命をより長寿命化することが可能である。 すなわち、 冷却水の水質維持 を行なうイオン除去フィルター 2 2の長寿命化を実現できる固体高分子 方燃料電池システムが得られる。
(実施の形態 5 )
図 5は、 本発明の実施の形態 5における固体高分子形燃科電池システ ムを示す構成図である。 ただし、 図 2と同部材かつ同機能を有するもの については同一符号を付与しており、 説明を省略する。
本実施の形態に示す固体高分子形燃料電池システムでは、 冷却水路 1 3を循環する冷却水の水質を検知する本発明の水質検知手段としての水 質検知器 2 9と、 水質検知器 2 9の検知に基づき水供給ポンプ 1 9の作 動を制御する制御部 3 0を備えている。
また制御部 3 0には、 あらかじめ定めた値として第 1の水準値と第 2 の水準値を備え、 第 1の水準値は水質検知器 2 9の示す値がその値より 悪化した場合に水供給ポンプ 1 9を作動させるしきい値であり、 第 2の 水準値は水供給ポンプ 1 9作動中に水質検知器 2 9の示す値がその値よ り良化した場合に水供給ポンプ 1 9の作動を停止させるしきい値である。 本実施の形態では特に水質検知器 2 9として導電率計を用いる。 さら に第 1の水準値として冷却水路 1 3内の水の導電率 a 1を、 第 2の水準 値として冷却水路 1 3内の水の導電率 a 2を定める。 次に、 本実施の形態における固体高分子形燃料電池システムの運転動 作を説明する。
水質検知器 2 9で計測された導電率 aが、 水供給ポンプ 1 9を作動さ せるための第 1の水準値である導電率 a 1を比較して、 a > a 1のとき 、 制御部 3 0から指令を出し、 水供給ポンプ 1 9を作動する。 水供給ポ ンプ 1 9は、 a < a 2となるまで作動し続ける。
水供給ポンプ 1 9の作動中に、 水質検知器 2 9で計測された導電率 a 力 水供給ポンプ 1 9の作動を停止させるための第 2の水準値である導 亀率 a 2を比較して、 a < a 2のとき、 制御部 3 0から指令を出し、 水 供給ポンプ 1 9の作動を停止する。 水供給ポンプ 1 9は、 再度 a > a 1 'となるまで停止し続ける。
なお、 制御部 3 0かち水供給ポンプ 1 9に出す指令は、 作動可能ない ずれの時間でもよい。
このように、 本実施の形態に示す固体高分子形燃料電池システムの構 成をとることにより、 水供給ポンプ 1 9の作動を冷却水の水質で管理す ることによって、 冷却水の水質維持に作動する水供給ポンプ 1 9を最適 作動することができる。 それにより最適な冷却水の水質維持を可能にし 、 かつ、 イオン除去フィルター 2 2の寿命をより長寿命化することが可 能である。 すなわち、 冷却水の水質維持を行なうイオン除去フィルター 2 2の長寿命化を実現できる固体高分子方燃料電池システムが得られる c なお、 本実施の.形態では特に冷却水の水質として導電率を用い、 導電 率計を用いた導電率計測を行うものとして説明を行なったが、 本発明の 水質はこれに限定するものではなく、 水質検出手段は p Hを検出し、 こ れを用いて冷却水の水質を管理しても同様の効果が得られる。
(実施の形態 6 )
図 6は、 本発明の実施の形態 6における燃料電池システムの構成図で あり、 図 1， 図 2と同一部または相当部には同一符号を付し、 詳細な説 明は省略する。 また、 4 1は改質器、 4 2は改質器加熱のための燃焼部 、 4 3は貯湯槽、 4 4は逆浸透膜装置、 4 5は貯湯水供給流路、 4 6は 貯湯水循環流路、 4 7はイオン交換樹脂を用いたイオン除去フィルター 、 4 8は改質水供給ポンプ、 4 9は送風機、 5 0は貯湯水循環ポンプ、 5 1はレベルセンサ、 5 2は貯湯水を排出するためのドレインバルブ、 3 1はシステム全体を制御する制御部である。 ただし、 燃料側凝縮器 1 6および空気側凝縮器 1 7は、 簡単のため凝縮器 5 3としてひとまとめ にして記載した。 これは以下の実施の形態も同様である。
以上のように構成された燃科電池システムについて、 以下、 その動作 について説明する。
改質器 4 1で都市ガスと水を反応させて水素を生成し、 水素リツチな ガスが.燃料電池 1 1に供給される。 水素生成には触媒が用いられ、 改質 器 4 1は触媒活性が最適になるように燃焼部 4 2で都市ガスを燃焼させ ることにより加熱される。 また送風機 4 9によって空気が燃料電池 1 1 に供給され、 燃料電池 1 1内部で水素と空気中の酸素が反応することに より発電し、 それに伴って水が生成される。
また、 冷却水路 1 3に設けられた冷却水タンク 1 2から、 冷却水ボン プ 1 4によって水が燃料電池 1 1內部を流れ、 発電の際に生じた熱を回 収する。 冷却水ダンク 1 2の中の水が減少するとレベルセンサ 5 1によ り水位の低下を検知し、 その信号が制御部 3 1に送られ、 水供給ポンプ 1 9によって、 冷却水が補給される。 ，
一方、 貯湯水循環流路 4 6には貯湯槽 4 3から貯湯水循環ポンプ 5 0 により貯湯水が送り出され、 熱交換器 5で燃料電池 1 1から回収した熱 を冷却水から貯湯水に熱交換し、 湯が貯湯槽 4 3にもどって貯えられる c 燃料電池から排出された空気は凝縮器 5 3を通して水を凝縮させて、 水は凝縮水タンク 1 8に入り、 空気は装置の外に排出される。 水素側の 排気は改質器の燃焼部 4 2に入り、 都市ガスとともに燃焼させる。
貯湯槽 4 3の湯が消費されるとその分だけ外部から水が貯湯槽 4 3に 導入される。 その際、 貯湯水供給流路 4 5に設置された逆浸透膜装置 4 4を通り、 予備浄化された水が凝縮水タンク 1 8へ供給され、 濃縮水が 貯湯槽 4 3·へ導入される。
逆浸透膜は微細な穴のあいた膜で、 ほとんどの不純物がこれを透過で きず、 水分子は透過するため、 度の高い水が膜の反対側にしみ出して くる。 透過できなかった不純物は濃縮水として排出される。 通常逆浸透 膜を用いた水浄化ではこの濃縮水は廃棄されるため、 純水の必要量より かなり多くの原水を供給することが必要となる。 しかし、 本実施の形態 では、 濃縮水は捨てられずに貯湯槽 4 3に導入されるため、 水を無駄に することはない。
また、 凝縮水タンク 1 8にはシステム内部から回収された水と逆浸透 膜装置で予備浄化された水が混合した水が貯えられており、 これが改質 水供給ポンプ 4 8によって改質器 4 1に、 水供給ポンプ 1 9によって冷 却水タンク 1 2に、 それぞれを用いたイオン除去フィルター 2 2， 4 7 を通って高純度に.浄化した後、 供給される。
• なお、 本実施の形態では、 逆浸透膜装置 4 4で予備浄化した水を凝縮 水タンク 1 8に導入し、 システム内から回収した水と混合した後、 ィォ ン除去フィルター 2 2， 4 7を通しているが、 イオン除去フィルタ一は 、 逆浸透膜装置 4 4で予備浄化した水と回収水と混合する前に設置して も同様の効果が得られる。
さらに、 逆浸透膜装置 4 4で予備浄化した水を、 凝縮水タンク 1 8を 経ずにイオン交換樹脂 2 2および 4 7に直接導入しても、 同様の効果が 得られる。 以上のように本実施の形態においては、 貯湯槽 4 3の湯を給湯に使用 すると、 逆浸透膜装置 4 4に水が供給され、 通常の逆浸透膜装置での浄 化においては廃棄される濃縮水を貯湯槽 4 3に供給す.るので、 水を無駄 にすることなく、 予備浄化した水を得ることができ、 ，ランニングコスト を抑えて、 イオン除去フィルターのイオン交換樹脂の長寿命化を図るこ とができるものである。
(実施の形態 7 )
図 7は、 本発明の実施の形態 7における燃料電池システムの構成図で あり、 図 6と同一部または相当部には同一符号を付し、 詳細な説明は省 略する。 本実施の形態は、 実施の形態 6とは逆浸透膜装置 4 4が貯湯水 供給流路 4 5ではなく貯湯水循環流路 4 6上に、 貯湯槽 4 3を入力側と し、 熱交換器 1 5を濃縮水排出側、 凝縮水タンク 1 8とを浄化水排出側 として設置されている点が異なっている。
はじめに、 冷却水路 1 3に熱交換器 1 5をパイパスする流路 （図示省 略） と分岐切替弁 （図示省略） と温度センサ （図示省略） とを設け、 制 御部 3 1により、 バイパス流路と熱交換器 1 5に流れる水流を調節する。 貯湯水循環経路 4.6には当初から水を流しておく。 冷却水路 1 3を循環 する冷却水の温度が温度センサにより一定の温度以上になると、 分岐切 替弁の切替により貯湯水循環流路 4 6に水が流れ、 貯湯槽 4 3に湯を貯 え始めるので、 それ以降運転中は常に逆浸透膜装置 4 4に水が供給され 、 予備浄化された水が凝縮水タンク 1 8に貯えられる。
実施の形態 6では、 貯湯槽 4の湯の使用量が少なく、 そのまま冷めて しまった場合など、 外部より市水が供給されず、 貯湯水供給流路 4 5に 水が流れないまま、 すなわち予備浄化された水が凝縮水タンク 1 8に追 加されないまま発電することになり、 予備浄化済みの水が不足する恐れ がある。 しかし、 本実施の形態ではシステムの運転中は、 冷却水の熱回 収量に応じて貯湯水循環流路 4 6には常に水が流れるので、 予備浄化済 みの水が不足することはない。
以上のように本実施の形態においては、 燃料電池システムを運転する 際に、 貯湯水循環流路 4 6に水が循環し逆浸透膜装置 4 4に浄化水が供 給され、 濃縮水は貯湯循環流路 1 2にそのまま流れるので、 水を無駄に することなく、 予備浄化した水を得ることができ、 ランニングコス トを 抑えてイオン交換樹脂の長寿命化を図ることができるものである。
(実施の形態 8 )
図 8·は、 本発明の実施の形態 8における燃料電池システムの構成図で あり、 図 6、 7と同一部または相当部には同一符号を付し、 詳細な説明 は省略する。 本実施の形態は、 実施の形態 7とは、 逆浸透膜装置 4 4の 入口側に逆浸透膜入口側流路切替弁 5 4と、 逆浸透膜装置 4 4の濃縮水 排出側に濃縮水排出側流路切替弁 5 5とを設け、 さらに逆浸透膜入口側 流路切替弁 5 4と濃縮水排出側流路切替弁 5 5 との間に、 逆浸透膜装置 4 4を経由しないで直接結ぶバイパス流路 5 6とを設けた点で異なって いる。
制御部 3 1は、 システムの運転状況によって逆浸透膜入口側流路切替 弁 5 4、 濃縮水排出側流路切替弁 5 5を切り替え、 逆浸透膜装置 4 4で 必要量の水浄化を行い、 浄化が不要な場合は余分に浄化をしないように バイパス流路 5 6側へ水が流れるように切り替える。 このとき、 システ ムの運転状況の一例としては、 予備浄化された水が凝縮水タンク 1 8に 十分にある場合があり、 これは凝縮水タンク 1 8に水量センサを設ける 、 もしくは冷却水タンク 1 2のレベルセンサ 5 1を利用して間接的に凝 縮水タンク 1 8の水量を検知する。 また、 逆浸透膜装置 4 4のメンテナ ンスの際も運転状況の一例として挙げられる。
なお、 本実施の形態では、 本発明の逆浸透膜入口側流路調節弁に対応 する浸透膜入口側流路切替弁 5 4， 濃縮水排出側流路調節弁に対応する 濃縮水排出側流路切替弁 5 5は流路切替弁バルブとしたが、 逆浸透膜装 置 4 4の入口側は切替弁バルブではなく、 流量比を調節するバルブを用 いて、 流量比を調節しても同様の効果が得られる。 また、 浸透膜入口側 流路切替弁 5 4， 濃縮水排出側流路切替弁 5 5は両方備えた構成である として説明を行ったが、 いずれか一方の弁を備えた構成としてもよい。 さらに、 逆浸透膜装置 4 4の排出側も切替弁バルブではなく、 流量比を 調節するバルブを用いて、 流量比を調節しても同様の効果が得られる。
以上のように本実施の形態においては、 予備浄化された水が十分にあ る場合や逆浸透膜装置 4 4のメンテナンスの際など、 逆浸透膜装置 4 4 に水を供給する必要のない場合に運転を停止することなく、 逆浸透膜装 置 4 4への水供給を止めることができる。 また、 不必要に水を浄化する ことを避けることにより、 逆浸透膜装置のメンテナンスサイクルを長く することができるものである。 '
なお、 上記の実施の形態においては、 逆浸透膜入口側流路切替弁 5 4 、 濃縮水排出側流路切替弁 5 5、 バイパス流路 5 6は、 図 7に示す実施 の形態 7の構成に付加して設けた構成として説明を行ったが、 図 6に示 す実施の形態 6の構成に付加した構成としてもよい。
(実施の形態 9 )
図 9は、 本発明の実施の形態 9における燃料電池システムの構成図で あり、 図 6， 図 8と同一部または相当部には同一符号を付し、 詳細な説 明は省略する。 本実施の形態は、 実施の形態 8とは、 逆浸透膜装置 4 4 に供給される水の温度を測定する温度検出手段である温度センサ 5 7を 設け、 温度センサ 5 7により測定された温度に応じて、 制御部 3 1がバ ィパス流路 5 6と逆浸透膜装置 4 4に切り換えて水を流す点で異なって いる。 . 発電とともに発生する熱は貯湯槽 4 3に貯えられ、 貯湯槽 4 3内の水 は対流のため熱勾配を有し、 貯湯槽上部から温度が上がっていく。 貯湯 水循環流路 4 6の貯湯槽出口は通常貯湯槽の下部にあり、 低い温度の水 が出てくるが、 沸きあがりに近づくと、 貯湯槽下部の水も温度上昇して くるので、 逆浸透膜装置 4 4に入る水の温度も高くなつてくる。 温度セ ンサ 5 7で逆浸透膜装置 4 4に供給される水の温度を測定し、 ある一定 温度以上である場合には、 逆浸透膜装置 4 4を流れないように逆浸透膜 入口側流路切替弁 5 4、 濃縮水排出側流路切替弁 5 5を切り換えて、 パ ィパス流路 5 6に流れるようにする。
ここで、 一定温度とは、 逆浸透膜装置 4 4の逆浸透膜の耐熱温度に基 づき定めるようにする。 一般に、 逆浸透膜は高温で劣化するため、 逆浸 透膜装置 4 4に供給する水は、 耐熱温度を鑑みて 5 0 °C程度以下にする 必要がある。 した.がって、 沸きあがりに近づいた時にそのまま逆浸透膜 装置に貯湯水がまわることを避ける必要があるが、 このようにすること により、 貯湯水の温度が高い場合に逆浸透膜装置 4 4に水が流れ込むこ とを防ぐことができる。
なお、 本実施の形態では、 ある一定温度以上である場合には、 逆浸透 膜装置 4 4を流れないように逆浸透膜入口側流路切替弁 5 4、 濃縮水排 出側流路切替弁 5 5を切り換えて、 バイパス流路 5 6に流れるようにし たが、 流量比調節が可能な弁を用いてバイパス流路 5 6と逆浸透膜装置 4 4に流す水の比率を調節しても同様の効果が得られるものである。 以上のように本実施の形態においては、 逆浸透膜は温度が高いほど多 くの純水が得られるので、 温度によって逆浸透膜装置 4 4に流れる水量 を調節することにより、 必要な予備浄化水を得ることができる。 また、 逆浸透膜は一般に高温に弱いので、 一定温度を定めて、 それ以上になつ た場合には逆浸透膜装置 4 4に水をまったく流さないことにより逆浸透 膜装置の劣化を防止し、 寿命を長くすることができるものである。
(実施の形態 1 0 ) - 図 1 0は、 本発明の実施の形態 1 0における燃料電池システムの構成 図であり、 図 6〜図 9と同一部または相当部には同一符号を付し、 詳細 な説明'は省略する。 本実施の形態の特徴は、 逆浸透膜装置 4 4の入口側 流路に水の圧力を増加させるための昇圧手段である昇圧ポンプ 5 8を設 けた点である。 ただし濃縮水排出側流路切替弁 5 5は省いた構成として 示した （設けてもよい） 。
貯湯水循環流路 4 6を流れる水は、 貯湯水供給流路 4 5を流れる水に 比べて延べ流量は遙かに多いが、 一般に水道水圧力よりも低く、 その水 圧が低い場合は逆浸透膜装置 4 4で得られる水が不足する恐れがある。 昇圧ポンプ 5 8を'逆浸透膜装置 4 4の入口側流路に設け、 必要に応じて 加圧することにより、 逆浸透膜装置 4 4での浄化水量を調節でき予備浄 化水の不足を避けることができる。
以上のように本実施の形態においては、 逆浸透膜装置 4 4は水の圧力 が高いほど多くの浄化された水が得られるので、 水の使用量が多く予備 浄化の能力が不足した場合に、 水の圧力を上げることにより、 不足分を 補うことが可能となる。
なお、 上記の構成においては、 逆浸透膜入口側流路切替弁 5 4および バイパス流路 5 6を備えた構成において昇圧ポンプ 5 8を設けるものと して説明を行ったが、 実施の形態 8、 9と同様、 濃縮水排出側流路切替 弁 5 5をも加えた構成において昇圧ポンプ 5 8を設けるようにしてもよ いし、 実施の形態 7の構成において、 貯湯水循環ポンプ 5 0と逆浸透膜 装置 4 4の入口側との間に昇圧ポンプ 5 8を設けるような構成としても よい。
(実施の形態 1 1 ) 図 1 1は、 本発明の実施の形態 6における燃料電池システムの構成図 であり、 図において、 図 6， 図 8と同一部または相当部には同一符号を 付し、 詳細な説明は省略する。 本実施の形態の特徴は、 逆浸透膜装置 4 4で予備浄化された水を貯える凝縮水タンク 1 8に貯えられた水量を計 測する水量計測手段である、 水位を測定するレベルセンサ 5 9を設けた 点である。
貯湯槽 4 3からバイパス流路 5 6を介して熱交換器 1 5にて熱交換が 行われている状態で、 凝縮水タンク 1 8の水が少なくなると、 水位が下 がり、 レベルセンサ 5 9でこの水位低下が検知され、 制御部 3 1へ信号 が送られる。 この信号に基づき制御部 3 1が逆浸透膜入口側流路切替弁 5 4、 濃縮水排出側流路切替弁 5 5に指令を送り、 貯湯槽 4 3からの水 力 S、 バイパス流路 5 6から逆浸透膜装置 4 4に流れるように流路を切り 替える。
これにより、 凝縮水タンク 1 8の水量が少ないときのみ逆浸透膜装置 4 4での浄化を行うことができるので、 逆浸透膜装置 4 4のメンテナン スサイクルを長くすることができる。.
なお、 本実施の形態では、 水量計測手段として、 タンク内の水位を測 定するレベルセンサを用いたが、 タンクの重量の計測や光を用いた水面 検出など他の方式によって、 水量を測定しても同様の効果が得られる。 以上のように本実施の形態においては、 水量検出手段によって検出さ れた水量が多い場合は、 バイパス流路 5 6の流量を増加またはパイパス 流路 5 6にのみ水を流すことにより、 必要な時だけ逆浸透膜装置 4 4に よる水の予備浄化を行うことができ、 逆浸透膜装置 4 4の寿命を延ばす ことができるものである。
なお、 上記の実施の形態においては、 レベルセンサ 5 9、 逆浸透膜入 口側流路切替弁 5 4、 濃縮水排出側流路切替弁 5 5、 パイパス流路 5 6 は、 図 7に示す実施の形態 7の構成に付加して設けた構成として説明を 行ったが、 図 6に示す実施の形態 6の構成に付加した構成としてもよい。
(実施の形態 1 2 )
図 1 2は、 本発明の実施の形態 7における燃料電池システムの構成図 であり、 図において、 図 6〜図 1 1と同一部または相当部には同一符号 を付し、 詳細な説明は省略する。 また 6 0は本発明の逆浸透膜入口側流 路調節弁に相当する流量比調節弁、 6 1は流量計である。 なお、 濃縮水 排出側流路切替弁 5 5は省いた構成として示した （設けてもよい） 。 本実施の形態の.特徴は、 改質器 4 1に供給される水の流量を測定する 流量測定手段である流量計 6 1を設けた点である。
凝縮水タンク 1 8の水位をレベルセンサ 5 1で検出するとともに、 流 量計 6 1で改質器に供給している水量を測定し、 水の使用速度を求め、 必要な量の水浄化が行えるように、 制御部 3 1が流量比調節弁 6 0を調 節し、 必要な量の予備浄化を行う。
凝縮水タンク 1 8の水位を検知してから逆浸透膜装置 4 4で浄化を始 めても、 使用量が多ければどんどん凝縮水タンク 1 8の水量が減少する 可能性があるが、 このようにすれば、 必要量の水浄化を行い、 かつ過剰 な浄化を行うことがないため、 逆浸透膜装置 4 4の寿命を長くすること ができる。
以上のように本実施の形態においては、 発電したい電力に応じて生成 する水素の量を変化させる場合、 改質水量もこれに応じ 変化させるこ とになるので、 改質水量を検知することにより、 水の使用量がわかるの で、 使用量が多い場合は逆浸透膜装置 4 4を通る水の量を増加させ、 使 用量が'少ない場合は逆浸透膜装置 4 4を通る水の量を減少させることに より、 必要量だけ水の予備浄化を行うことができ、 逆浸透膜装置 4 4の 寿命を延ばすことができる。 なお.、 水供給路 2 0に流量計を設けて供給される水の流量を測定して 、 必要な量の水浄化が行えるように、 制御部 3 1が流量比調節弁 6 0を 調節しても同様な効果が得られるものである。 また、 上記の実施の形態 においては、 流量計 6 1、 流量比調節弁 6 0は、 図 7に示す実施の形態 7の構成に付加して設けた構成として説明を行ったが、 図 6に示す実施 の形態 6の構成に付加した構成としてもよい。
(実施の形態 1 3 )
図 1 3は、 本発 ·明の実施の形態 1 3における燃料電池システムの構成 図であり、 図において、 図 6〜図 1 2と同一部または相当部には同一符 号を付し、 詳細な説明は省略する。 また 6 2は発電量制御部、 6 3は電 流測定部、 6 4は凝縮水回収量推定手段である。 ただし、 逆浸透膜入口 側流路調節弁 5 6は省いた構成として示した （設けてもよい） 。
本実施の形態の特徴は、 燃料電池 1 1の発電量を測定する発電量測定 手段としての電流測定部 6 3と、 測定された電流値から水の回収量を推 定する凝縮水回収量推定手段 6 4を設けた点である。
発電量制御部 6 2では制御部 3 1の指令により、 必要な電力を発電す るように電流の琅り出し量を制御するため、 電流測定部 6 3によって実 際の取り出し電流を測定する。
燃料電池の発電は、 図 9に示したような現象が内部で起こっているた め、 電流値から回収される水の量を推定することが可能である。 - 図 1 4は、 燃料電池内部の反応の概念図であり、 1 0 1は電解質、 1 0 2は燃料極、 1 0 3は空気極、 1 0 4 a、 bはそれぞれ水素側および 空気側の触媒層である。
燃料として供給された水素 H 2は水素側触媒層 1 0 4 aで電子 e—を放 出し H +となる。 電子 e—は燃料極 1 0 2より外部に取り出される。 この H+や e—の単位時間当たりの移動量が発電時に取り出す電流である。 H +は電解質 1 0 1を通りぬけ空気側へ移動し、 空気側触媒層 1 0 4 bで空 気中の酸素 O 2、 空気極 1 0 3から供給される電子 e —と結合し水 H 2〇が 生成し、 燃料電池から排気される。 水の生成量は移動する H +の数、 すな わち電流に比例し、 H +にともなって移動する水も H +の数におおよそ比 例するので、 発電量によってほぼ決まる。
固体高分子型燃料電池の場合、 高^)率で発電するためには固体高分子 電解質膜を湿った状態にしておくことが必要であるため、 空気 ·燃料と も加湿されて燃料電池に導入される。 発電時に、 H+が電解質中を移動す る際に水分子をともなって空気極側へ移動すると言われており、 燃料ガ ス中の水は減り、 空気側排気には、 移動してきた水、 反応で生成した水 、 もともと持っていた湿度分の水が含まれている。
したがって、 電流を測定することにより、 凝縮器 5 3で凝縮水として 回収される水量を、 凝縮水回収量推定手段 6 4により推定でき、 回収水 量に応じて逆浸透膜装置 4 4に供給すべき水量を求め、 最小限の必要量 のみ供給することにより、 逆浸透膜装置 4 4の寿命を延ばすことができ る。
なお本実施の形態では、 電流を直接測定しているが、 燃料電池の電流 一電圧特性を予め測定しておけば、 電圧値、 電力値から電流値を求める ことができるので、 電圧または電力を測定することによつても同様の効 '果を得ることができる。
以上のように本実施の形態においては、 発電量によって、 燃料電池 1 1で生成される水の量が決まるので、 発電量を測定することによって装 置内部から回収できる水量が推定でき、 この推定される量が多い場合は 逆浸透膜装置 4 4による水の予備浄化量を減少させ、 少ない場合には増 加させることにより、 必要な量だけ逆浸透膜装置 4 4による予備浄化を 行うことができ、 逆浸透膜装置 4 4の寿命を延ばすことができるもので ある。
なお、 上記の実施の形態においては、 発電量制御部 6 2、 電流測定部 6 3、 凝縮水回収量推定手段 6 4は、 図 6に示す実施の形態 6の構成に 付加した構成として説明を行ったが、 図 7に示す実施の形態 7の構成に 付加して設けた構.成としてもよい。 '
(実施の形態 1 4= )
図 1 5は、 本発明の実施.の形態 1 4における燃料電池システムの構成 図であり、 図において、 図 6〜図 1 3と同一部または相当部には同一符 号を付し、 詳細な説明は省略する。
本実施の形態の特徴は、 実施の形態 6の燃料電池システムにおいて、 予備浄化した水が不足した場合に、 貯湯槽の水を排出する点である。 矢印 Aは湯が使用されたときの水の流れを、 矢印 Bはドレインバルブ 5 2から水を排出したときの流れを示しており、 矢印 A、 Bはどちらの 場合も同じ方向に流れることを示している。
貯湯水供給流路 4 6には、 貯湯槽 4 3の湯が使われたときのみ水が流 れるので、 湯の使用量が少なく、 そのまま冷めてしまった場合など、 外 部より巿水が供給されず、 湯水供給流路 4 5に水が流れないまま、 す なわち逆浸透膜装置 4 4を介して凝縮水タンク 1 8にに水が供給されな いまま発電することになり、 予備浄化済みの水が不足する恐れがある。 通常、 貯湯槽 4 3には水抜きのためのドレインバルブ 5 2が設けられ ているので、 予備浄化済の水が不足の場合、 貯湯槽 4 3のドレインパル ブ 5 2から水を排出することにより、 矢印 Bのような方向の流れになり 、 貯湯水供給流路 4 5に水が流れ、 逆浸透膜装置 4 4で水の浄化を行う ことができる。 この時、 貯湯槽 4 3の湯は冷めており、 熱を捨てること にはならない。
以上のように本.実施の形態においては、 一般に、 貯湯槽 4 3の湯が使 われると、 使った分だけ貯湯水が供給されるので、 湯が使われない限り 貯湯水供給流路 4 5に水は流れない。 したがって、 貯湯水供給流路 4 5 に逆浸透膜装置 4 4を設けた燃料電池システムにおいて、 湯が使われな いまま冷めてしま'つた状態で次の発電に入る場合に、 予備浄化された水 が足りなくなる恐れがある。 市販されている貯湯槽には通常水抜きがで きるようにドレインバルブ 5 2が設けられているので、 このような場合 にこのドレインバルブ 5 2から水を排出することにより、 貯湯槽 4 3に 水が追加され、 逆浸透膜装置 4 4により水の予備浄化を行うことができ るものである。
なお、 上記の各実施の形態においては、 燃料電池として固体高分子型 燃料電池を用いて説明を行ったが、 本発明の燃料電池は、 他の型の燃料 電池を用いてもよい。
また、 上記の各実施の形態においては、 水質処理手段としてイオン交 換樹脂を用いたイオン除去フィルターを例に説明を行ったが、 本発明の 水質処理手段は、 中空糸や、 電気を用いてイオンを分離する手段を用い てもよい。
産業上の利用可能性
以上説明したことから明らかなように、 本発明は、 冷却水タンクおよ ぴ冷却水路を圧力変動に耐えうる構造とする必要のない燃料電池システ ムを提供することができる。
また、 冷却水の水質維持を実現し、 かつ水質処理手段の熱劣化を防ぎ 長寿命化を実現するとともに、 低コストでシステムの総合的な効率の高 V、燃料電池システムを提供することができる。
また、 本発明の燃料電池システムによれば、 濃縮水を廃棄することな く逆浸透膜装置に'よって水の浄化を疔うことができるので、 水を無駄に することなく、 水質処理手段に用いるィォン交換樹脂の長寿命化を図る ことができる。 、
さらに、 逆浸透膜装置での水浄化を最小限することにより、 逆浸透膜 装置のメンテンナンスサイクルを長くすることができる。

Claims

， 請 求 の 範 囲
1 . 燃料ガスと酸化剤ガスを用いて発電を行なう燃料電池と、 ίί記燃料電池を冷却する冷却水を貯える冷却水タンクと、
前記燃料電池より排出される排気燃料ガスを冷却し含有水蒸気を凝縮 させ凝縮水を得る燃料側凝縮手段およひブまたは前記燃料電池より排出 される排気酸化剤ガスを冷却し含有水蒸気を凝縮させ凝縮水を得る酸化 剤側凝縮手段と、
前記燃料側凝縮手段および/または前記酸化剤側凝縮手段で得た前記 凝縮水を貯える大気に開放された凝縮水タンクと、
前記冷却水タンク内の空間と前記凝縮水タンク内の空間とを連通させ る大気連通路とを備えた燃料電池システム。
2 . 前記凝縮水タンクより前記冷却水タンクに水を供給する水供給 手段および前記冷却水タンクに供給する水の水質を調整する水質処理手 段を有する水供給路と、
少な'くとも前記水供給手段の動作を制御する制御手段をさらに備え、 前記凝縮水タンクより、 前記水処理手段にて水質調整された水を前記 ' 冷却水タンクに供給する請求項 1に記載の燃料電池システム。
3 . 前記制御手段は、 該燃料電池システムの運転起動時および Ζま たは運転終了時に、 前記水供給手段を作動する請求項 2に記載の固体高 分子形燃料電池システム。
4 . 前記制御手段は、 該燃料電池システムの運転回数をカウントし 記憶する運転回数記憶手段と、 ■
記憶した前記運転回数を初期状態にリセットする運転回数リセット手 段とを備え、 前記運転回数記憶手段に記憶した前記運転回数が一定回数を超える場 合に前記水供給手段を作動させ、 前記水供給手段の作動終了後に前記運 転回数リセット手段により前記運転回数をリセットする請求項 2に記載 の燃料電池システム。
5 . 前記制御手段は、 該燃料電池システムの運転時間をカウントし 記憶する運転時間記憶手段と、
記憶した前記運転時間を初期状態にリセットする運転時間リセット手 段と備え、
前記運転時間記憶手段に記憶した前記運転時間が一定時間を超える場 合に前記水供給手段を作動させ、 前記水供給手段の作動終了後に前記運 転時間リセット手段により前記運転時間をリセットする請求項 2に記载 の燃料電池システム。
6 . 前記制御手段は、 前記冷却水の水質を検知する水質検知手段を 備え、
前記水質があらかじめ定めた第 1の水準値より悪化したときに前記水 供給手段を作動させ、 前記水供給手段が作動中に前記水質があらかじめ 定めた第 2の水準値より良化したときに前記水供給手段を停止させる請 求項 2に記載の燃料電池システム。
7 . 前記水質処理手段は、 イオン交換樹脂を用いた請求項 2に記載 の燃料電池システム。
8 . 前記冷却^ Kと熱交換する貯瘍水が循環する貯湯水循環流路を有 する、 前記貯湯水が貯えられる貯湯槽と、
逆浸透層装置とを備えた請求項 1から 7のいずれかに記載の燃料電池
9 . 前記逆浸透層装置は、 巿水の供給をうけ、 これを浄化水と濃縮 水とに分離し、 前記濃縮水を前記貯湯槽に供給し、 前記浄化水を前記凝 縮水タンクまたは前記冷却水タンクに供給する請求項 8に記載の燃料電 池システム。
1 0 . 前記逆浸透層装置は、 前記貯湯槽から前記貯湯水の供給をうけ 、 これを浄化水と濃縮水とに分離し、 前記濃縮水を前記貯湯槽に戻し、 前記浄化水を前記凝縮水タンクまたは前記冷却水タンクに供給する請求 項 8に記載の燃料電池システム。
1 1 . 前記逆浸透層装置の供給側と前記濃縮水排出側とを直接結ぶパ ィパス流路と、
前記逆浸透膜装置の供給側と前記パイパス流路との分岐点またはその 分岐点より前記供給側に設けられた逆浸透膜入口側流路調節弁およぴ/ または前記逆浸透膜装置の前記濃縮水排出側と前記バイパス流路との分 岐点またはその分岐点より前記排出側に設けられた濃縮水排出側流路調 節弁と.を備え、
前記制御部は、 逆浸透膜入口側流路調節弁および Zまたは前記濃縮水 排出側流路調節弁により、 前記逆浸透層装置の通過水量の全部または一 部が前記パイパス流路を通過するように調節する請求項 9または 1 0に 記載の燃料電池システム。
1 2 . 前記逆浸透膜装置に供給される水の温度を測定する温度検出手 段を備え、
前記制御部は、 '前記温度検出手段により測定された温度に応じて前記 バイパス流路と前記逆浸透膜装置に供給する水の比率を調節する制御を 行う請求項 1 1に記載の燃料電池システム。
1 3 . 前記逆浸透膜装置の入口側流路に設けられた、 水の圧力を増加 させる昇圧手段を備えた請求項 1 1に記載の燃料電池システム。
1 4 . 前記凝縮水タンクに貯えられた水量を計測する水量計測手段を 備えた請求項 1 1に記載の燃料電池システム。
1 5 . 前記凝縮水タンクから、 前記燃料電池に燃料ガスを供給する改 質部に供給される水の水量を測定する流量測定手段をさらに備えた請求 項 1 1に記載の燃料電池システム。
1 6 . 前記燃料電池の発電量を測定する発電量測定手段と、
前記発電量測定手段の検出値から、 前記燃料側凝縮手段および/また は前記酸化剤側凝縮手段が得る凝縮水の回収量を推定する回収水量推定 手段とを備えた請求項 1 1に記載の燃料電池システム。
1 7 . 前記貯湯槽は、 前記逆浸透膜装置で浄化した水が不足した場合 に、 前記貯湯水を排出する排出バルブを有する請求項 9または 1 0に記 載の燃料電池システム。
1 8 . 燃料ガスと酸化剤ガスを用いて発電を行なう燃料電池と、 前記燃料電池を冷却する冷却水を貯える冷却水タンクと、
前記燃料電池より排出される排気燃料ガスを冷却し含有水蒸気を凝縮 させ凝縮水を得る燃料側凝縮手段および Zまたは前記燃料電池より排出 される排気酸化剤ガスを冷却し含有水蒸気を凝縮させ凝縮水を得る酸化 剤側凝縮手段と、
前記燃料側凝縮手段およひブまたは前記酸化剤側凝縮手段で得た前記' 凝縮水を貯える大気に開放された凝縮水タンクと、
前記冷却水タンク内の空間と前記凝縮水タンク内の空間とを連通させ る大気連通路とを有する燃料電池システムの運転方法であって、
前記燃料ガスと前記酸化剤ガスを用いて前記燃料電池を発電させるェ 程と、
前記冷却水タンクの冷却水により前記燃料電池を冷却する工程と、 前記燃料側凝縮手段および Zまたは前記酸化剤側凝縮手段により、 前 記燃料電池より排出される排気燃料ガスおよび/または前記排気酸化剤 ガスを冷却し、 含有水蒸気を凝縮させ凝縮水を得る工程と、 前記凝縮水を前記凝縮水タンクに貯える工程とを備え、 前記冷却水タンク内の圧力変化を、 前記凝縮水タンクの大気圧により 吸収する燃料電池システムの運転方法。
1 9 . 前記燃料電池システムは、 前記凝縮水タンクより前記冷却水タ ンクに水を供給する水供給手段およぴ前記冷却水タンクに供給する水の 水質を調整する水質処理手段を有する水供給路を備え、
前記凝縮水タンクより、 前記水処理手段にて水質調整された水を前記 冷却水タンクに供給する工程を備えた請求項 1 8に記載の燃料電池シス テムの運転方法。
2 0 . ' 前記燃料電池システムは、 前記冷却水と熱交換する貯湯水循環 流路を有する貯湯槽と、 逆浸透層装置とを備え、
前記逆浸透装置により、 前記冷却水タンクおよび Zまたは前記凝縮水 タンクに浄化水を供給する工程と、
前記逆浸透装置から排出される濃縮水を前記貯湯槽に供給する工程と を備えた請求項 1 8または 1 9に記載の燃料電池システムの運転方法。
補正書の請求の範囲
[2002年 4月 4日 （04. 04. 02) 国際事務局受理：出願当初の請求の範囲
3,8-11及び 20は補正された；他の請求の範囲は変更なし。 （4頁） ]
1 . 燃料ガスと酸化剤ガスを用いて発電を行なう燃料電池と、 前記燃料電池を冷却する冷却水を貯える冷却水タンクと、
前記燃料電池より排出される排気燃料ガスを冷却し含有水蒸気を凝縮 させ凝縮水を得る燃料側凝縮手段および Zまたは前記燃料電池より排出 される排気酸化剤ガスを冷却し含有水蒸気を凝縮させ凝縮水を得る酸化 剤側凝縮手段と、
前記燃料側凝縮手段およぴ Zまたは前記酸化剤側凝縮手段で得た前記 凝縮水を貯える大気に開放された凝縮水タンクと、
前記冷却水タンク内の空間と前記凝縮水タンク内の空間とを連通させ る大気連通路とを備えた燃料電池システム。
2 . 前記凝縮水タンクより前記冷却水タンクに水を供給する水供給 手段および前記冷却水タンクに供給する水の水質を調整する水質処理手 段を有する水供給路と、
少なくとも前記水供給手段の動作を制御する制御手段をさらに備え、 前記凝縮水タンクより、 前記水処理手段にて水質調整された水を前記 冷却水タンクに供給する請求項 1に記載の燃料電池システム。
3 . (補正後） 前記制御手段は、 該燃料電池システムの運転起動時お よび Zまたは運転終了時に、 前記水供給手段を作動する請求項 2に記載 の燃料電池システム。
4 . 前記制御手段は、 該燃料電池システムの運転回数をカウントし 記憶する運転回数記憶手段と、
記憶した前記運転回数を初期状態にリセットする運転回数リセット手 段とを備え、 輸正された甩紙 (条約篱 19条》 前記運転回数記憶手段に記憶した前記運転回数が一定回数を超える場 合に前記水供給手段を作動させ、 前記水供給手段の作動終了後に前記運 転回数リセット手段により前記運転回数をリセットする請求項 2に記载 の燃料電池システム。
5 . 前記制御手段は、 該燃料電池システムの運転時間をカウントし 記憶する運転時間記憶手.段と、
記憶した前記運転時間を初期状態にリセットする運転時間リセット手 段と備え、
前記運転時間記憶手段に記憶した前記運転時間が一定時間を超える場 合に前記水供給手段を作動させ、 前記水供給手段の作動終了後に前記運 転時間リセット手段により前記運転時間をリセットする請求項 2に記載 の燃料電池システム。
6 . 前記制御手段は、 前記冷却水の水質を検知する水質検知手段を 備え、
前記水質があらかじめ定めた第 1の水準値より悪化したときに前記水 供給手段を作動させ、 前記水供給手段が作動中に前記水質があらかじめ 定めた第 2の水準値より良化したときに前記水供給手段を停止させる請 求項 2に記載の燃料電池システム。
7 . 前記水質処理手段は、 イオン交換樹脂を用いた請求項 2に記載 の燃料電池システム。
8 . (補正後) · 前記冷却水と熱交換する貯湯水が循環する貯湯水循環 流路を有する、 前記貯湯水が貯えられる貯湯槽と、
逆浸透膜装置とを備えた請求項 1から 7のいずれかに記載の燃料電池
9 . (補正後） 前記逆浸透膜装置は、 巿水の供給をうけ、 これを浄化 水と濃縮水とに分離し、 前記濃縮水を前記貯湯槽に供給し、 前記浄化水 補正された用戧 (条約篛 1 を前記凝縮水タンクまたは前記冷却水タンクに供給する請求項 8に記載 の燃料電池システム。
1 0 . (補正後） 前記逆浸透膜装置は、 前記貯湯槽から前記貯湯水の供 給をうけ、 これを浄化水と濃縮水とに分離し、 前記濃縮水を前記貯湯槽 に戻し、 前記浄化水を前記凝縮水タンクまたは前記冷却水タンクに供給 する請求項 8に記載の燃料電池システム。
1 1 . (補正後） 前記逆浸透膜装置の供給側と前記濃縮水排出側とを直 接結ぶバイパス流路と、 ，
前記逆浸透膜装置の供給側と前記バイパス流路との分岐点またはその 分岐点より前記供給側に設けられた逆浸透膜入口側流路調節弁おょぴ または前記逆浸透膜装置の前記濃縮水排出側と前記バイパス流路との分 岐点またはその分岐点より前記排出側に設けられた濃縮水排出側流路調 節弁とを備え、
前記制御部は、 逆浸透膜入口側流路調節弁および Zまたは前記濃縮水 排出側流路調節弁により、 前記逆浸透膜装置の通過水量の全部または一 部が前記バイパス流路を通過するように調節する請求項 9または 1 0に 記載の燃料電池システム。
1 2 . 前記逆浸透膜装置に供給される水の温度を測定する温度検出手 段を備え、
前記制御部は、 前記温度検出手段により測定された温度に応じて前記 バイパス流路と前記逆浸透膜装置に供給する水の比率を調節する制御を 行う請求項 1 1に記載の燃料電池システム。
1 3 . 前記逆浸透膜装置の入口側流路に設けられた、 水の圧力を増加 させる昇圧手段を備えた請求項 1 1に記載の燃料電池システム。
1 4 . 前記凝縮水タンクに貯えられた水量を計測する水量計測手段を 備えた請求項 1 1に記載の燃料電池システム。
據正された甩紙 (条約篛 1鲦》 前記凝縮水を前記凝縮水タンクに貯える工程とを備え、 前記冷却水タンク内の圧力変化を、 前記凝縮水タンクの大気圧により 吸収する燃料電池システムの運転方法。 '
1 9 . 前記燃料電池システムは、 前記凝縮水タンクより前記冷却水タ ンクに水を供給する水供給手段およぴ前記冷却水タンクに供給する水の 水質を調整する水質処理手段を有する水供給路を備え、
前記凝縮水タンクより、 前記水処理手段にて水質調整された水を前記 冷却水タンクに供給する工程を備えた請求項 1 8に記載の燃料電池シス テムの運転方法。
2 0 . (補正後） 前記燃料電池システムは、 前記冷却水と熱交換する貯 湯水循環流 を有する貯湯槽と、 逆浸透膜装置とを備え、
前記逆浸透膜装置により、 前記冷却水タンクおよぴ Zまたは前記凝縮 水タンクに浄化水を供給する工程と、
前記逆浸透膜装置から排出される濃縮水を前記貯湯槽に供給する工程 とを備えた請求項 1 8または 1 9に記載の燃料電池システムの運転方法 c
德正された用S (条約篛
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