JP2008186662A

JP2008186662A - 燃料電池装置

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Publication number: JP2008186662A
Application number: JP2007017769A
Authority: JP
Inventors: Hidenori Nakabayashi; 秀則中林
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2007-01-29
Filing date: 2007-01-29
Publication date: 2008-08-14
Anticipated expiration: 2027-01-29
Also published as: JP5178020B2

Abstract

【課題】改質器に水を供給するための水処理装置に雑菌類等が発生することを抑制できる燃料電池装置を提供する。
【解決手段】改質器４に水を供給する水供給手段が、給水弁６、水処理装置、水タンク１０および改質器４が、この順で水供給管５により接続されているとともに、給水弁６が一定時間継続して閉じている場合に、給水弁６を開いて水を供給する制御を行なう制御装置１４を有することから、水処理装置に定期的に水を流すことにより、水処理装置に雑菌類等が発生することを抑制できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、水蒸気改質により生成された改質ガスにより発電を行なう燃料電池装置に関する。

近年、次世代エネルギーとして、水素ガスと酸素含有ガス（通常、空気である）とを用いて電力を得ることができる燃料電池と、この燃料電池を稼動するための補機類とを外装ケースに収納してなる燃料電池装置およびその運転方法が種々提案されている。また燃料電池装置と、湯水を貯える貯湯タンクとを組み合わせ、貯湯タンクの水と燃料電池の発電により生じる排ガスの熱とで熱交換する、コジェネレーションシステムが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

そして、燃料電池の発電に必要な水素の生成方法の１つとして水蒸気改質法があるが、この水蒸気改質を用いる燃料電池装置は、一般に、燃料ガス（水素ガス）を生成するための改質器、水道水等を処理する水処理装置、処理した水を一時的に貯水する水タンク、水を供給するための水供給管および給水弁、燃料電池の発電により生じる排ガスの熱と水とで熱交換を行なうための熱交換器等を具備する。

そして、燃料電池の発電により生じる排ガスの熱と水とで熱交換を行う際、排ガスに含まれる水が凝縮水として生じるとともに、この凝縮水を再び水蒸気改質に用いて有効利用することが知られている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。
特開２００６−１７９３８６号公報特開２００１−１７６５３５号公報

ところで、例えば夏期のような気温が高い季節においては、家庭におけるお湯の使用量が減少し、貯湯タンクに貯水されたお湯の量が減少しない場合がある。その場合、貯湯タンクに供給される水道水等の量が減少するため、貯湯タンク中のお湯の温度が高いまま維持される場合がある。そして、貯湯タンク中のお湯の温度が高い場合には、燃料電池の発電により生じる排ガスの熱と貯湯タンクから循環される水との熱交換効率が悪化し、凝縮水の回収量が減少する場合がある。それゆえ、燃料電池の発電を継続的に行なうにあたり、水蒸気改質を行なうための水の量を凝縮水のみでまかなうことが難しくなり、不足する水を水道水等により供給する必要がある。

一方で、例えば冬期のような気温が低い季節においては、家庭におけるお湯の使用量は増加することから、貯湯タンク中のお湯の温度が下がり、あわせて凝縮水の回収量が増加する。それに伴い、水蒸気改質を行なうための水の量を凝縮水のみでまかなうことが可能となる。

そのため、気温の低い季節においては、水道水等の使用量が減少（場合によってはない）することから、水道水等を処理するための水処理装置の使用頻度が少なくなる、もしくは長期間使用されないことにより、水処理装置中に水の流れが生じず、水処理装置に雑菌類（バクテリア等）が発生するといった問題が生じる場合があった。

それゆえ、本発明は、水処理装置に雑菌類が発生することを抑制できる燃料電池装置を提供することを目的とする。

本発明の燃料電池装置は、燃料電池と、該燃料電池に供給される改質ガスを生成するために水蒸気改質を行なう改質器と、該改質器に供給される水量を調整するための給水弁と、前記改質器に供給される水を処理するための水処理装置と、前記改質器に供給される水を貯水するための水タンクと、前記燃料電池からの排ガスと内部を流通する水とで熱交換する熱交換器と、該熱交換器で生じた凝縮水を前記水タンクに供給するための凝縮水供給管とを具備する燃料電池装置において、前記給水弁、前記水処理装置、前記水タンクおよび前記改質器が、この順で水供給管により接続されているとともに、前記給水弁が一定時間継続して閉じている場合に、該給水弁を開いて水を供給する制御を行なう制御装置を有することを特徴とする。

このような燃料電池装置においては、燃料電池の発電により生じた排ガスより凝縮水を回収できることから、水を有効に活用することができる。

一方、例えば夏期以外の季節のように、水蒸気改質を行なうために必要な水の量を凝縮水のみでまかなうことができ、給水弁が一定時間継続して閉じている場合に、給水弁を開いて水道水等の水を供給する制御を行なう制御装置を有することから、水処理装置に定期的に水が流れることとなる。

それゆえ、例えば夏期以外（冬期等）のような、水蒸気改質を行なうための水の量を凝縮水のみでまかなうことができる期間において、水処理装置の使用頻度が少なくなる、もしくは長期間使用されないことを回避することができ、定期的に水処理装置中に水の流れが生じることから、水処理装置に雑菌類等が発生することを抑制することができる。

またあわせて、水供給管（水処理装置）に定期的に水を流すことから、冬期における水供給管や水処理装置の凍結を防止することができる。それゆえ、水供給管や水処理装置を常時使用することができる。

本発明の燃料電池装置は、燃料電池と、該燃料電池に供給される改質ガスを生成するために水蒸気改質を行なう改質器と、該改質器に供給される水量を調整するための給水弁と、前記改質器に供給される水を処理するための水処理装置と、前記改質器に供給される水を貯水するための水タンクと、前記燃料電池からの排ガスと内部を流通する水とで熱交換する熱交換器と、該熱交換器で生じた凝縮水を前記水タンクに供給するための凝縮水供給管とを具備する燃料電池装置において、前記水処理装置が、活性炭フィルタ装置および逆浸透膜装置を具備して構成され、前記給水弁、前記活性炭フィルタ装置、前記逆浸透膜装置、前記水タンクおよび前記改質器が、この順で水供給管により接続されているとともに、前記水タンクに貯水された水を、前記逆浸透膜装置より上流側の前記水供給管に供給するための還流管を備えることを特徴とする。

このような燃料電池装置においては、例えば夏期以外の季節のように、水蒸気改質を行なうために必要な水の量を凝縮水のみでまかなうことができる場合に、水タンクに貯水された水を、還流管により、逆浸透膜装置より上流側の水供給管に供給することができる。

したがって、水処理装置の使用頻度が少なくなる、もしくは長期間使用されないことを回避することができ、水処理装置中に水の流れが生じることから、水処理装置に雑菌類等が発生することを抑制することができる。

また、本発明の燃料電池装置は、前記還流管に、前記水タンクより供給される水を制御する還流管弁を有するとともに、前記給水弁が一定時間継続して閉じている場合に、前記水タンクより供給される水を、前記還流管を介して前記逆浸透膜装置より上流側の前記水供給管に流すように前記還流管弁の制御を行なう制御装置を有することが好ましい。

このような燃料電池装置においては、前記還流管に、水タンクより供給される水を制御する還流管弁を有していることから、還流管弁を開くことで、水タンクより供給される水を逆浸透膜装置より上流側の水供給管に供給することができる。

そして、給水弁が一定時間継続して閉じている場合に、還流管を介して水タンクより供給される水を、逆浸透膜装置より上流側の水供給管に流すように還流管弁の制御を行なう制御装置を有していることから、水処理装置（特には逆浸透膜装置）に少なくとも定期的に水が流れることとなる。

それゆえ、例えば夏期以外（冬期等）ような、水蒸気改質を行なうための水の量を凝縮水のみでまかなうことができる期間において、水処理装置の使用頻度が少なくなる、もしくは長期間使用されないことを回避することができ、定期的に水処理装置中に水の流れが生じることから、水処理装置に雑菌類等が発生することを抑制することができる。

本発明の燃料電池装置は、燃料電池と、該燃料電池に供給される改質ガスを生成するために水蒸気改質を行なう改質器と、該改質器に供給される水量を調整するための給水弁と、前記改質器に供給される水を処理するための水処理装置と、前記改質器に供給される水を貯水するための水タンクと、前記燃料電池からの排ガスと内部を流通する水とで熱交換する熱交換器と、該熱交換器で生じた凝縮水を前記水タンクに供給するための凝縮水供給管とを具備する燃料電池装置において、前記水処理装置が、活性炭フィルタ装置および逆浸透膜装置を具備して構成され、前記給水弁、前記活性炭フィルタ装置、前記逆浸透膜装置、前記水タンクおよび前記改質器が、この順で水供給管により接続されているとともに、前記凝縮水供給管に、前記凝縮水を前記逆浸透膜装置より上流側の前記水供給管に供給するための分岐管を設け、前記凝縮水供給管および前記分岐管の少なくとも一方に、前記凝縮水供給管および前記分岐管を流れる凝縮水の流量を調整する凝縮水流量調整弁を設けてなることを特徴とする。

このような燃料電池装置においては、熱交換器にて生じる凝縮水を水タンクに供給するとともに、凝縮水供給管または分岐管の少なくとも一方に設けられた凝縮水流量調整弁を制御することにより、分岐管に凝縮水が流れることで、水処理装置に凝縮水を供給することができる。

それゆえ、例えば夏期以外の季節のように、水蒸気改質を行なうための水の量を凝縮水のみでまかなうことができる期間において、水処理装置の使用頻度が少なくなる、もしくは長期間使用されない場合に、分岐管に凝縮水が流れることで、水処理装置に凝縮水を供給することができる。

それゆえ、水処理装置中に水の流れが生じることから、水処理装置に雑菌類等が発生することを抑制することができる。

また、本発明の燃料電池装置は、前記給水弁が一定時間継続して閉じている場合に、前記凝縮水流量調整弁を、前記凝縮水を前記分岐管に流すように制御する制御装置を有することが好ましい。

このような燃料電池装置においては、給水弁が一定時間継続して閉じている場合に、凝縮水が分岐管に流れるように、凝縮水流量調整弁を制御する。

それにより、活性炭フィルタ装置や逆浸透膜装置中の水に流れが生じることから、活性炭フィルタ装置や逆浸透膜装置に雑菌類等が発生することを抑制することができる。

本発明の燃料電池装置は、水処理装置に対し定期的に水を供給することにより、水処理装置中に水の流れが生じることから、水処理装置に雑菌類等が発生することを抑制することができる。

図１は、本発明の燃料電池装置の構成の一例を示した構成図である。本発明の燃料電池装置は、発電を行なう発電ユニット、熱交換後の湯水を貯湯する貯湯ユニット、これらのユニット間を水が循環するための循環配管から構成されている。

図１に示す燃料電池装置は、燃料電池１、天然ガス等の被改質ガスを供給する被改質ガス供給手段２、酸素含有ガスを燃料電池１に供給するための酸素含有ガス供給手段３、燃料ガスと水蒸気により水蒸気改質する改質器４を具備している。

ここで、改質器４に純水を供給する手段である水供給手段Ｘは、水を浄化するための活性炭フィルタ装置７、活性炭フィルタ装置７により浄化された水をさらに浄化するための逆浸透膜装置８（以下、ＲＯ膜装置とする）、水タンク１０、浄化された水を純水にするためのイオン交換樹脂装置９および改質器４を、この順で接続する水供給管５とで主に構成されている。なお、本発明においては、活性炭フィルタ装置７およびＲＯ膜装置８を水処理装置と称し、以降、水処理装置と称する場合には、これらの装置を示す。また、水供給管５には、水供給管５に供給される水量を調整する給水弁６が設けられている。

そして燃料電池１、被改質ガス供給装置２、酸素含有ガス供給手段３、改質器４および水供給手段Ｘにて、主たる発電部が構成される。

さらに、上記した主たる発電部に加え、燃料電池１にて発電された直流電力を交流電力に切り替え外部負荷に供給するためのパワーコンディショナ１２、燃料電池１の発電により生じた排ガス（排熱）と水とで熱交換する熱交換器１３、熱交換器１３の出口に設けられ熱交換器１３の出口を流れる水（循環水流）の水温を測定するための出口水温センサ１５、水を循環させるための循環ポンプ１６、循環ポンプ１６の運転を制御する制御装置１４、により発電ユニットが構成されている。

ここで、熱交換器１３は、燃料電池１の発電により生じる排ガスと、熱交換器１３内を循環する水とで熱交換する。その際、排ガス中に含まれる水分が、排ガスの温度低下に伴い凝縮水として生じる。そして、生じた凝縮水を、凝縮水供給管１９により水タンク１０に供給する。それにより、水を有効に活用することができる。

また貯湯ユニットは、熱交換後の湯水を貯湯するための貯湯タンク１８を具備して構成されている。

さらに、熱交換器１３と貯湯タンク１８との間で水を循環させるための循環配管１７が設けられており、発電ユニット、貯湯ユニット、循環配管１７をあわせて燃料電池装置が構成される。

なお、図中の矢印は、燃料ガス、酸素含有ガス、水の流れ方向を示したものであり、また破線は制御装置１４に伝送される主な信号経路、または制御装置１４より伝送される主な信号経路を示している。また、同一の構成については同一の番号を付するものとし、以下同様である。さらに、図示していないが、被改質ガス供給手段２と改質器４の間に、被改質ガスを加湿するための被改質ガス加湿器を設けることも可能である。

また、燃料電池１としては、各種燃料電池が知られているが、燃料電池を小型化する上で、固体電解質（酸化物）形燃料電池とすることができる。それにより、燃料電池のほか、燃料電池の動作に必要な補機類を小型化することができ、燃料電池装置を小型化することができる。またあわせて、家庭用燃料電池で求められる変動する負荷に追従する負荷追従運転を行うことができる。

ここで、図１に示した燃料電池装置を用いて、本発明の燃料電池装置の運転方法について説明する。

燃料電池１の発電に用いられる改質ガスを得るための改質器４で使用される水（純水）は、水供給手段Ｘを構成する給水弁６が開放され、水供給管５を通して活性炭フィルタ装置７に給水される。活性炭フィルタ装置７にて処理された水は、続いてＲＯ膜装置８に給水される。ＲＯ膜装置８にて処理された水は、一時的に水タンク１０に貯水される。水タンク１０に貯水された水は、改質器４で必要となる水の量に応じてイオン交換樹脂装置９に供給・処理され、生成された純水が、水ポンプ１１により改質器４に供給される。

改質器４においては、水ポンプ１１により供給された純水と、被改質ガス供給手段２より供給される被改質ガスとにより、水蒸気改質を行なう。改質器４にて生成された改質ガス（燃料ガス）は、燃料電池１に供給され、酸素含有ガス供給手段３より供給される酸素含有ガスと反応して、燃料電池１の発電が行なわれる。そして、燃料電池１の発電で生じた電力は、パワーコンディショナ１２を通じて、外部負荷に供給される。

一方、燃料電池１の発電により生じた排ガス（排熱）は、主に燃料電池１の温度を高めるもしくは維持するために使用された後、燃料電池１より熱交換器１３に供給され、外部に放出される。

熱交換器１３に供給された排ガスは、熱交換器１３内を流通（循環）する水とで熱交換される。そして熱交換された水（湯水）は、循環配管１７を循環して貯湯タンク１８に貯湯される。

そして、燃料電池１の発電により生じる排ガスと、熱交換器１３内を循環する水とで熱交換して生じる凝縮水は、ＲＯ膜装置８で処理された水と同等の水質となるため、凝縮水供給管１９により水タンク１０に供給（回収）される。そして、回収された凝縮水は、イオン交換樹脂装置９により処理された後、改質器４に供給される。それゆえ、回収された凝縮水を再利用する場合であっても、改質器４に純水を供給することができる。

そして、凝縮水の再利用により、水タンク１０の水位が所定の水位範囲となっている場合は、給水弁６は閉じた状態が継続する。

ここで、夏期のような気温が高い季節においては、家庭におけるお湯の使用量が減少し、貯湯タンク１８に貯水されたお湯の量が減少しない場合がある。その場合、貯湯タンク１８に供給される水道水等の量が減少するため、貯湯タンク１８中の温度が高いまま維持される場合がある。

そして、貯湯タンク中のお湯の温度が高い場合には、燃料電池の発電により生じる排ガスの熱と貯湯タンクから循環される水との熱交換効率が悪化し、凝縮水の回収量が減少する場合がある。それゆえ、燃料電池の発電を継続的に行なうにあたり、水蒸気改質を行なうための水の量を凝縮水のみでまかなうことが難しくなり、不足する水を水道水等により供給する必要がある。

ここで、特に燃料電池１を固体酸化物形燃料電池とした場合においては、燃料電池１の発電により生じる排ガスより凝縮水を回収するにあたり、回収できる凝縮水の量はさほど多くない。

それゆえ、燃料電池１として固体酸化物形燃料電池を用いる場合に、貯湯タンク１８中のお湯の温度が高いまま維持されると、燃料電池１の発電により生じる排ガスの熱との熱交換率が悪化するため、熱交換器１３で得られる凝縮水の回収量がさらに減少する。それに伴い、燃料電池１の発電を継続的に行なうにあたり、水蒸気改質を行なうための水の量を凝縮水のみでまかなうことが難しくなり、水タンク１０の水位が低下する。そして、水タンク１０の水位が所定の水位を下回った場合には、制御装置１４により、給水弁６を開き、水供給管５に水道水等を供給する制御が行なわれ、水供給管５に供給された水は、水処理装置にて処理された後、水タンク１０に貯水される。それにより、水処理装置中に水の流れが生じることとなる。

ところが、夏期以外のように気温が下がると、家庭におけるお湯の使用量が増加し、貯湯タンク１８に貯水されたお湯の量が減少し、あわせて貯湯タンク１８に供給される水道水等の量が増加し、貯湯タンク中のお湯の温度が下がる。

それにより、燃料電池１の発電により生じる排ガスの熱との熱交換率が向上する。それゆえ、熱交換器１３で得られる凝縮水の回収量が増加し、水蒸気改質を行なうための水の量を凝縮水のみでまかなうことが可能となる。そのため、例えば冬期のような気温の給水弁６は閉じた状態が継続し、長期間にわたって、水処理装置に水が供給されないこととなる。

それゆえ、気温の低い季節等においては、水処理装置の使用頻度が少なくなる、もしくは長期間使用されないことにより、水処理装置中に水の流れが生じず、例えば水処理装置に雑菌類等が発生するといったおそれがある。

ここで、本発明においては、給水弁６が一定時間継続して閉じている場合に、制御装置１４が給水弁６を開いて水を供給する制御を行なう。それにより、水処理装置（活性炭フィルタ装置７および逆浸透膜装置８）に少なくとも定期的に水が流れることとなる。

具体的には、給水弁６の開閉情報が、制御装置１４に伝送される。制御装置１４は、給水弁６が一定時間継続して閉じている場合に、給水弁６を開く信号を伝送する。それにより、水供給管５に水が流れ、水処理装置中に水の流れが生じる事となる。

また、水供給管５に所定量（所定時間）の水が流れると、制御装置１４は、給水弁６を閉じる信号を伝送する。このようにして、水供給管５に設けられた給水弁６が、定期的に水道水等を供給するように制御される。

なお、給水弁６が一定時間継続して閉じているとは、水処理装置の容積等により適宜設定することができるが、例えば３日間とすることができる。

それにより、例えば夏期以外の季節のように、水蒸気改質を行なうための水の量を凝縮水のみでまかなうことができる期間において、水処理装置の使用頻度が少なくなる、もしくは長期間使用されないことを回避することができ、水処理装置中に水の流れが生じることから、水処理装置に雑菌類等が発生することを抑制することができる。

なお、図１においては、活性炭フィルタ装置７、ＲＯ膜装置８、水タンク１０、イオン交換樹脂装置９および改質器４が、この順で水供給管５により接続されているとともに、熱交換器１３により生じる凝縮水が、凝縮水供給管１９により水タンク１０に供給される。それゆえ、イオン交換樹脂装置９は、常に改質器４での水蒸気改質反応に必要な水が流れることから、イオン交換樹脂装置９に雑菌類等が発生することを抑制でき、あわせて、凝縮水を回収し再利用する場合であっても、改質器４に対して純水を供給することができる。

図２は、水タンク１０に貯水された水を、ＲＯ膜装置８より上流側の水供給管５に供給するための還流管２０を設けるとともに、還流管２０が活性炭フィルタ装置７とＲＯ膜装置８との間の水供給管５に接続されている例を示している。

このような構成の燃料電池装置においては、上述したように、例えば、夏期以外の季節のように、水蒸気改質を行なうための水の量を凝縮水のみでまかなうことができる時期において、水タンク１０に貯水された水を、還流管２０により、ＲＯ膜装置８より上流側の水供給管５に供給することにより、水処理装置の使用頻度が少なくなる、もしくは長期間使用されないことを回避することができ、水処理装置中に水の流れが生じることから、水処理装置に雑菌類等が発生することを抑制することができる。

そして、還流管２０は、給水弁６が一定時間継続して閉じている場合に、水タンク１０に貯水された水をＲＯ膜装置８の上流側の水供給管５に流すことができるよう、還流管弁２１を有することができる。

この場合、給水弁６が一定時間継続して閉じている場合に、制御装置１４により還流管弁２１を開き、水タンク１０より供給される水を、ＲＯ膜装置８の上流側の水供給管５に流す制御を行うことで、逆浸透膜装置８に定期的に水が流れることとなる。

それゆえ、例えば夏期以外のような、水蒸気改質を行なうための水の量を凝縮水のみでまかなうことができる期間において、水処理装置（特には、ＲＯ膜装置８）の使用頻度が少なくなる、もしくは長期間使用されないことを回避することができ、定期的に水処理装置中に水の流れが生じることから、水処理装置に雑菌類等が発生することを抑制することができる。

なお、還流管２０に設けられる還流管弁２１は、水タンク１０の水が、ＲＯ膜装置８の上流側の水供給管５に流れるように制御すればよいため、例えば、還流管２０と水タンク１０との接続部や、還流管２０と水供給管５との接続部等に適宜設けることができる。なお、図２において、還流管弁２１を水タンク１０との接続部近傍に設けている例を示す。

そして、このような燃料電池装置の制御方法として、具体的には、給水弁６の開閉情報が、制御装置１４に伝送される。制御装置１４は、給水弁６が一定時間継続して閉じている場合に、還流管２０に設けられた還流管弁２１を開き、水タンク１０より供給される水が水供給管５に流れるように制御する。このようにして、逆浸透膜装置８に、定期的に水が流れることとなる。

また、還流管弁２１が開いて所定時間が経過すると、制御装置１４は、還流管弁２１を閉じる信号を伝送する。このようにして、水タンク１０の水が、水処理装置（特にはＲＯ膜装置８）に定期的に水が供給するように制御される。それにより、水タンク１０に貯水された水が、定期的に還流管２０を介して、ＲＯ膜装置８の上流側の水供給管５に流れることから、ＲＯ膜装置８中の水に流れが生じ、ＲＯ膜装置８に雑菌類等が発生することを抑制することができる。

なお、図２においては還流管２０が活性炭フィルタ装置７とＲＯ膜装置８との間の水供給管５に接続されている例を示しているが、例えば、ＲＯ膜装置８に流れる水の水圧や水流を高めるためのポンプ等を還流管２０に設けることも可能である。また、ＲＯ膜装置８に流れる水の水圧や水流を高めるため、還流管弁２１を開くとともに、給水弁６を開き、水供給管５に水道水等を供給することもできる。

また、還流管２０を、給水弁６と活性炭フィルタ装置７との間の水供給管５に接続することもできる。通常、活性炭フィルタ装置７は、水供給管５より供給される水が水道水の場合、水道水に含まれる塩素により雑菌類等が殺菌されるが、水タンク１０の水を活性炭フィルタ装置７に流すことにより、さらに活性炭フィルタ装置７で雑菌類等が発生することを抑制できる。

図３は、凝縮水供給管１９に、凝縮水をＲＯ膜装置８の上流側の水供給管５に供給するための分岐管２２を有するとともに、凝縮水供給管１９と分岐管２２の分岐部に、凝縮水供給管１９および分岐管２２を流れる凝縮水の流量を調整する凝縮水流量調整弁２３を設けた例を示したものである。

このような燃料電池装置においては、凝縮水流量調整弁２３を調整することにより、熱交換器１３にて生じる凝縮水を水タンク１０に供給するとともに、分岐管２２に供給することで、水処理装置に凝縮水を供給することができる。なお、凝縮水流量調整弁２３は、各種の弁を用いることができるが、例えば電磁弁や、エア駆動バルブ等を用いることができる。なお凝縮水流量調整弁２３は、凝縮水供給管１９と分岐管２２の分岐部や、分岐管２２の少なくとも一方に設けることができる。

それゆえ、例えば夏期以外の季節のように、水蒸気改質を行なうための水の量を凝縮水のみでまかなうことができる期間において、水処理装置の使用頻度が少なくなる、もしくは長期間使用されない場合に、分岐管２２に凝縮水が流れることで、水処理装置に凝縮水を供給することができる。そして、水処理装置中に水の流れが生じることから、水処理装置に雑菌類等が発生することを抑制することができる。

そして、このような燃料電池装置の制御方法として、具体的には、給水弁６の開閉情報が、制御装置１４に伝送される。制御装置１４は、給水弁６が一定時間継続して閉じている場合に、凝縮水供給管１９および分岐管２２の少なくとも一方に設けられた凝縮水流量調整弁２３を、凝縮水が分岐管２２に流れるように制御する。このようにして、逆浸透膜装置８に、定期的に水が流れることとなる。

また、凝縮水流量調整弁２３が、凝縮水が分岐管２２に流れるように制御して、所定時間が経過すると、制御装置１４は、凝縮水流量調整弁２３に対し、分岐管２２に凝縮水が流れることを止める信号を伝送する。それにより、定期的に、凝縮水が分岐管２２を介して、ＲＯ膜装置８の上流側の水供給管５に流れることから、ＲＯ膜装置８中に水の流れが生じ、ＲＯ膜装置８に雑菌類等が発生することを抑制することができる。

なお、図３においては分岐管２２が活性炭フィルタ装置７とＲＯ膜装置８との間の水供給管５に接続されている例を示しているが、分岐管２２を給水弁６と活性炭フィルタ装置７との間の水供給管５に接続することもできる。さらに、ＲＯ膜装置８に流れる水の水圧や水流を高めるためのポンプ等を分岐管２２に設けることも可能である。また、ＲＯ膜装置８に流れる水の水圧や水流を高めるため、凝縮水流量調整弁２３を調整するとともに、給水弁６を開き、水供給管５に水道水等を供給することもできる。

このようにして、燃料電池１の発電により生じた排ガスより回収される凝縮水が、分岐管２２を介して、ＲＯ膜装置８の上流側の水供給管５に流れることから、ＲＯ膜装置８中に水の流れが生じ、ＲＯ膜装置８に雑菌類等が発生することを抑制することができる。

以上、本発明について詳細に説明したが、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々の変更、改良等が可能である。

例えば、給水弁６を開くことにより、水供給管５に供給できる水は、水道水の他、井戸水や雨水等、適宜使用することができる。

本発明の燃料電池装置の構成を示す構成図である。水タンクの水を水処理装置に供給する還流管を設けた本発明の燃料電池装置の他の構成の一例を示す構成図である。燃料電池の排ガスを熱交換した際に生じる凝縮水を、分岐管により水処理装置に供給する本発明の燃料電池装置のさらに他の構成の一例を示す構成図である。

符号の説明

１：燃料電池
２：燃料供給装置
３：酸素含有ガス供給装置
４：改質器
５：水供給管
６：給水弁
７：活性炭フィルタ装置
８：ＲＯ膜装置
９：イオン交換樹脂装置
１０：水タンク
１１：水ポンプ
１４：制御装置
１９：凝縮水供給管
２０：還流管
２１：還流管弁
２２：分岐管
２３：凝縮水流量調整弁

Claims

燃料電池と、該燃料電池に供給される改質ガスを生成するために水蒸気改質を行なう改質器と、該改質器に供給される水量を調整するための給水弁と、前記改質器に供給される水を処理するための水処理装置と、前記改質器に供給される水を貯水するための水タンクと、前記燃料電池からの排ガスと内部を流通する水とで熱交換する熱交換器と、該熱交換器で生じた凝縮水を前記水タンクに供給するための凝縮水供給管とを具備する燃料電池装置において、前記給水弁、前記水処理装置、前記水タンクおよび前記改質器が、この順で水供給管により接続されているとともに、前記給水弁が一定時間継続して閉じている場合に、該給水弁を開いて水を供給する制御を行なう制御装置を有することを特徴とする燃料電池装置。
燃料電池と、該燃料電池に供給される改質ガスを生成するために水蒸気改質を行なう改質器と、該改質器に供給される水量を調整するための給水弁と、前記改質器に供給される水を処理するための水処理装置と、前記改質器に供給される水を貯水するための水タンクと、前記燃料電池からの排ガスと内部を流通する水とで熱交換する熱交換器と、該熱交換器で生じた凝縮水を前記水タンクに供給するための凝縮水供給管とを具備する燃料電池装置において、前記水処理装置が、活性炭フィルタ装置および逆浸透膜装置を具備して構成され、前記給水弁、前記活性炭フィルタ装置、前記逆浸透膜装置、前記水タンクおよび前記改質器が、この順で水供給管により接続されているとともに、前記水タンクに貯水された水を、前記逆浸透膜装置より上流側の前記水供給管に供給するための還流管を備えることを特徴とする燃料電池装置。
前記還流管に、前記水タンクより供給される水を制御する還流管弁を有するとともに、前記給水弁が一定時間継続して閉じている場合に、前記水タンクより供給される水を、前記還流管を介して前記逆浸透膜装置より上流側の前記水供給管に流すように前記還流管弁の制御を行なう制御装置を有することを特徴とする請求項２に記載の燃料電池装置。
燃料電池と、該燃料電池に供給される改質ガスを生成するために水蒸気改質を行なう改質器と、該改質器に供給される水量を調整するための給水弁と、前記改質器に供給される水を処理するための水処理装置と、前記改質器に供給される水を貯水するための水タンクと、前記燃料電池からの排ガスと内部を流通する水とで熱交換する熱交換器と、該熱交換器で生じた凝縮水を前記水タンクに供給するための凝縮水供給管とを具備する燃料電池装置において、前記水処理装置が、活性炭フィルタ装置および逆浸透膜装置を具備して構成され、前記給水弁、前記活性炭フィルタ装置、前記逆浸透膜装置、前記水タンクおよび前記改質器が、この順で水供給管により接続されているとともに、前記凝縮水供給管に、前記凝縮水を前記逆浸透膜装置より上流側の前記水供給管に供給するための分岐管を設け、前記凝縮水供給管および前記分岐管の少なくとも一方に、前記凝縮水供給管および前記分岐管を流れる凝縮水の流量を調整する凝縮水流量調整弁を設けてなることを特徴とする燃料電池装置。
前記給水弁が一定時間継続して閉じている場合に、前記凝縮水流量調整弁を、前記凝縮水を前記分岐管に流すように制御する制御装置を有することを特徴とする請求項４に記載の燃料電池装置。