JPH10208764A - 燃料電池発電装置の冷却システム - Google Patents

燃料電池発電装置の冷却システム

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JPH10208764A
JPH10208764A JP9012869A JP1286997A JPH10208764A JP H10208764 A JPH10208764 A JP H10208764A JP 9012869 A JP9012869 A JP 9012869A JP 1286997 A JP1286997 A JP 1286997A JP H10208764 A JPH10208764 A JP H10208764A
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JP
Japan
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water
fuel cell
cooling water
filter
cooling system
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JP9012869A
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English (en)
Inventor
Takashi Nakayama
隆 中山
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 電池冷却水管内に発生する錆を除去して、電
池冷却水の循環ラインの閉塞を防止し、安定した電池冷
却水の補給を可能とする。 【解決手段】 第2の熱交換器7の出口にフィルター2
0を設ける。また、このフィルター20と第2の熱交換
器7の間には、電池冷却水の流路をバイパスライン23
へ切り替えるための切替弁21を設け、さらに、前記フ
ィルター20の下流側には仕切弁22を設ける。そし
て、切替弁21をバイパスライン23へ切り替え、仕切
弁22を閉じることによって、フィルター20を隔離す
ることができるように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、水冷式の燃料電池
発電装置の冷却システムに関するものである。
【0002】
【従来の技術】燃料電池発電装置は、水素発生装置によ
り生成された水素ガスと空気中の酸素の結合エネルギー
を直接電気エネルギーに変換するものであり、化学反応
を利用した発電システムであるため、発電効率が高く、
しかも大気汚染物質の排出が少なく、騒音も低いという
環境性に優れた発電システムとして高く評価されてい
る。
【0003】この燃料電池は発電に伴い発熱するため、
通常、電池冷却水により冷却している。図4は、従来か
ら用いられている燃料電池発電装置の冷却システムの構
成を示したものである。すなわち、燃料電池本体1には
水冷式の冷却器1aが組み込まれ、この冷却器1aから
排出された冷却水は気水分離器5に送られ、蒸気と水に
分離される。そして、分離された冷却水は電池冷却水循
環ポンプ3により循環され、第1の熱交換器4により適
切な温度に調節されて、再び燃料電池本体1の冷却器1
aに送り込まれるように構成されている。なお、気水分
離器5において分離された蒸気は、炭化水素燃料などを
水素リッチガスに改質するための改質器(図示せず)に
送られるように構成されている。
【0004】また、前記第1の熱交換器4によって適切
な温度に調節された電池冷却水の一部は、燃料電池本体
1の冷却器1aに送り込まれる手前側で分岐され、第2
の熱交換器7によって約60℃まで冷却された後、イオ
ン交換樹脂をつめた高圧ポリッシャー8及び流量調整用
のオリフィス6を介して、前記電池冷却水循環ポンプ3
の入口側に送り込まれるように構成され(以下、高圧ポ
リッシャーラインと称する)、これにより、電池冷却水
循環ポンプ3のキャビテーションを防止することができ
るように構成されている。なお、前記高圧ポリッシャー
8は、充填したイオン交換樹脂により電池冷却水系の脱
塩を行うものである。
【0005】さらに、前記第2の熱交換器7を出た冷却
水の一部は、電磁弁12を介して、水処理系の水タンク
9にブローされるように構成されている。そして、水処
理系の水タンク9にブローされた水は、水処理ポンプ1
0によって水処理装置2に送られ、水処理された後、補
給水ポンプ11及び電磁弁13により電池冷却水系統へ
補給されるように構成されている(以下、ブローライン
と称する)。また、燃料電池本体1における化学反応に
よって生成された水は、図示しない熱交換器により回収
され、水処理装置2によって水処理された後、電池冷却
水として再利用されるように構成されている。なお、前
記水処理装置2は、活性炭フィルタやイオン交換樹脂等
より構成され、電池冷却水中の不純物や電解質を除去す
るものである。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たような従来の燃料電池発電装置の冷却システムには、
以下に述べるような解決すべき課題があった。すなわ
ち、燃料電池発電装置の運転中に電池冷却水管内には錆
が発生するため、この錆が前記高圧ポリッシャー8内に
溜まり、高圧ポリッシャー8の性能を低下させたり、オ
リフィス6の穴に錆が詰まって、電池冷却水の高圧ポリ
ッシャーラインを閉塞させるという問題があった。
【0007】また、水タンク9へのブロー水中の錆が、
水処理ポンプ10や補給水ポンプ11のインペラを磨耗
させることにより、これらポンプの故障原因となり、電
池冷却水の補給不足により冷却が不十分となって、プラ
ントが停止するおそれがあった。さらに、電池冷却水の
水タンク9へのブロー、あるいは電池冷却水系統への補
給により、電池冷却水系の圧力や温度が大きく変化し
て、改質器へ送られる蒸気の流量のバランスが崩れた
り、制御系のバランスが崩れ、電池の出力に影響を与え
る恐れがあった。
【0008】本発明は、上述したような従来技術の問題
点を解消するために提案されたもので、その第1の目的
は、電池冷却水管内に発生する錆を除去して、電池冷却
水の循環ラインの閉塞を防止し、また、安定した電池冷
却水の補給を可能とした燃料電池発電装置の冷却システ
ムを提供することにある。また、第2の目的は、電池冷
却水系の圧力や温度の変動を防止して、安定した電池出
力を得ることができる燃料電池発電装置の冷却システム
を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記第1の目的を達成す
るために、請求項1に記載の発明は、水冷式の燃料電池
発電装置の冷却システムにおいて、熱交換器の出口側に
フィルターを設けたことを特徴とするものである。ま
た、請求項2に記載の発明は、水冷式の燃料電池発電装
置の冷却システムであって、電池冷却水の一部を水処理
装置を有する水処理系へブローする系統を有する燃料電
池発電装置の冷却システムにおいて、前記水処理系へブ
ローする手前に設けられた熱交換器の出口側に、フィル
ターを設けたことを特徴とするものである。
【0010】上記の様な構成を有する請求項1及び請求
項2に記載の発明によれば、熱交換器の出口にフィルタ
ーを設けることにより、電池冷却水配管内の鉄錆などの
微粉末を取り除くことができる。その結果、フィルター
の下流側のラインには、錆を含まない水が通水されるの
で、水処理系に錆などの不純物がブローされなくなり、
水処理系のポンプのインペラの磨耗や破損が防止でき
る。また、水処理装置内の活性炭フィルターの錆による
目詰まりを防止することができる。さらに、高圧ポリッ
シャーラインのオリフィスの目詰まりによるラインの閉
塞を防止できるだけでなく、高圧ポリッシャーに充填さ
れるイオン交換樹脂の性能の向上も図れる。
【0011】また、請求項3に記載の発明は、請求項1
又は請求項2に記載の燃料電池発電装置の冷却システム
において、前記フィルターと熱交換器の間に、電池冷却
水の流路をバイパスラインへ切り替えるための切替弁を
設け、さらに、前記フィルターの下流側に仕切弁を設け
たことを特徴とするものである。上記の様な構成を有す
る請求項3に記載の発明によれば、切替弁をバイパスラ
インへ切り替え、仕切弁を閉じることによって、フィル
ターを隔離することができるので、プラント運転中であ
っても、フィルターのスクリーン洗浄やカートリッジ交
換などのメンテナンスを容易に実施することができる。
【0012】上記第2の目的を達成するために、請求項
4に記載の発明は、水冷式の燃料電池発電装置の冷却シ
ステムであって、電池冷却水の一部を水処理装置を有す
る水処理系へブローする系統を有する燃料電池発電装置
の冷却システムにおいて、前記電池冷却水の一部を水処
理系へブローするラインに、自動弁を設けたことを特徴
とするものである。上記の様な構成を有する請求項4に
記載の発明によれば、電池冷却水の水処理系へのブロー
を自動弁で調節することにより、電池冷却水系の温度変
動を小さくすることができるので、燃料電池発電装置の
安定した運転が可能となる。
【0013】また、請求項5に記載の発明は、請求項4
に記載の燃料電池発電装置の冷却システムにおいて、前
記自動弁の手前側に減圧弁を設けたことを特徴とするも
のである。上記の様な構成を有する請求項5に記載の発
明によれば、電池冷却水系の圧力変化を最小限に抑える
ことができるので、燃料電池発電装置のさらに安定した
運転が可能となる。
【0014】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図1乃
至図3を参照して具体的に説明する。なお、図4に示し
た従来型と同一の部材については同一の符号を付して、
説明は省略する。
【0015】[1.第1実施形態]本実施形態において
は、図1に示したように、第2の熱交換器7の出口にフ
ィルター20が設けられている。このフィルター20は
大容量で、メッシュが細かく、鉄錆等の微粒子まで捕集
できるようになっている。また、前記フィルター20と
第2の熱交換器7の間には、電池冷却水の流路をバイパ
スライン23へ切り替えるための切替弁21が設けら
れ、さらに、前記フィルター20の下流側には仕切弁2
2が設けられている。そして、切替弁21をバイパスラ
イン23へ切り替え、仕切弁22を閉じることによっ
て、フィルター20を隔離することができるように構成
されている。
【0016】このような構成を有する第1実施形態の冷
却システムによれば、電池冷却水中で発生した錆は、第
2の熱交換器7の出口に設けられたフィルター20によ
って速やかに捕集されるので、高圧ポリッシャーライン
及び水処理系へのブローラインには、錆を含まない水が
通水される。その結果、高圧ポリッシャーラインに配設
されたオリフィス6の目詰まりによるラインの閉塞を防
止することができるだけでなく、高圧ポリッシャー8に
充填されたイオン交換樹脂の性能及び耐久性の向上を図
ることもできる。また、水処理系に錆などの不純物がブ
ローされなくなるので、水処理系のポンプのインペラの
磨耗や破損が防止でき、さらに、水処理装置2内の活性
炭フィルターの錆による目詰まりを防止することができ
る。
【0017】また、上述したように、フィルター20は
大容量なので頻繁にメンテナンスする必要はないが、た
とえ、その必要が生じた場合でも、フィルター20に対
してバイパスライン23が設けられているので、プラン
ト運転中であっても、バイパスライン23に切り替える
ことにより、フィルター20のスクリーン洗浄やカート
リッジ交換などのメンテナンスが容易に実施できる。
【0018】[2.第2実施形態]本実施形態において
は、図2に示したように、電池冷却水の一部を水タンク
9へブローするために設けられた弁が第1の自動弁24
により構成され、また、水処理系から電池冷却水系へ補
給水を供給するために設けられた弁が第2の自動弁25
により構成されている。
【0019】このような構成を有する第2実施形態の冷
却システムによれば、従来の電磁弁12、13に替え
て、第1及び第2の自動弁24、25を採用したことに
より、水のブロー及び補給に伴う電池冷却水系の温度の
変化をスムーズにさせることができる。これにより、従
来、電磁弁の動作時に生じていた電池冷却水系の温度の
急激な変化を防止することができる。
【0020】[3.第3実施形態]本実施形態は上記第
2実施形態をさらに改良したもので、図3に示したよう
に、前記第1の自動弁24の手前に減圧弁26を設けた
ものである。このような構成を有する第3実施形態の冷
却システムによれば、電池冷却水を水処理系へブローす
るために第1の自動弁24が開いたときでも、減圧弁2
6により電池冷却水系の圧力変化を最小限に抑えること
ができる。その結果、減圧弁26を設けない場合に生じ
ていた電池冷却水系の大きな圧力変動を防止することが
できるので、燃料電池発電装置の安定した運転が可能と
なる。なお、減圧弁26を設けない場合には、第1の自
動弁24の入口と出口の差圧は10kg/cm2 以上も
あり、電池冷却水系の圧力が大きく変化するおそれがあ
った。
【0021】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、電
池冷却水管内に発生する錆を除去して、電池冷却水の循
環ラインの閉塞を防止し、また、安定した電池冷却水の
補給を可能とした燃料電池発電装置の冷却システムを提
供することができる。また、電池冷却水系の圧力や温度
の変動を防止して、安定した電池出力を得ることができ
る燃料電池発電装置の冷却システムを提供することがで
きる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の燃料電池発電装置の冷却システムの第
1実施形態を示す構成図
【図2】本発明の燃料電池発電装置の冷却システムの第
2実施形態を示す構成図
【図3】本発明の燃料電池発電装置の冷却システムの第
3実施形態を示す構成図
【図4】従来の燃料電池発電装置の冷却システムを示す
構成図
【符号の説明】
1…燃料電池本体 2…水処理装置 3…電池冷却水循環ポンプ 4…第1の熱交換器 5…気水分離器 6…オリフィス 7…第2の熱交換器 8…高圧ポリッシャー 9…水タンク 10…水処理ポンプ 11…補給水ポンプ 12、13…電磁弁 20…フィルタ 21…切替弁 22…仕切弁 23…バイパスライン 24…第1の自動弁 25…第2の自動弁 26…減圧弁

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 水冷式の燃料電池発電装置の冷却システ
    ムにおいて、 熱交換器の出口側にフィルターを設けたことを特徴とす
    る燃料電池発電装置の冷却システム。
  2. 【請求項2】 水冷式の燃料電池発電装置の冷却システ
    ムであって、電池冷却水の一部を水処理装置を有する水
    処理系へブローする系統を有する燃料電池発電装置の冷
    却システムにおいて、 前記水処理系へブローする手前に設けられた熱交換器の
    出口側に、フィルターを設けたことを特徴とする燃料電
    池発電装置の冷却システム。
  3. 【請求項3】 前記フィルターと熱交換器の間に、電池
    冷却水の流路をバイパスラインへ切り替えるための切替
    弁を設け、さらに、前記フィルターの下流側に仕切弁を
    設けたことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の
    燃料電池発電装置の冷却システム。
  4. 【請求項4】 水冷式の燃料電池発電装置の冷却システ
    ムであって、電池冷却水の一部を水処理装置を有する水
    処理系へブローする系統を有する燃料電池発電装置の冷
    却システムにおいて、 前記電池冷却水の一部を水処理系へブローするライン
    に、自動弁を設けたことを特徴とする燃料電池発電装置
    の冷却システム。
  5. 【請求項5】 前記自動弁の手前側に、減圧弁を設けた
    ことを特徴とする請求項4に記載の燃料電池発電装置の
    冷却システム。
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