JP2008166052A - Water purification apparatus and fuel cell system having the same - Google Patents
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Abstract
【課題】水タンクを分割し、回収された不純物濃度が相対的に高い水を収容する収容部と、浄化機構を通過した不純物濃度が相対的に低い水を収容する収容部とを分離することによって、不純物濃度が相対的に高い水を優先的に浄化機構を通過させて効率的に不純物を除去でき、不純物濃度が相対的に低い水を優先的に供給でき、浄化機構の通水量を抑制して小型化でき、製造が容易でコストを低くできる。
【解決手段】排水を回収するための回収管路及び浄化された水を供給する供給管路が接続された水タンクと、水を浄化する浄化機構とを有し、前記水タンクは、前記回収管路が接続され、不純物濃度が相対的に高い水を収容する回収側収容部、及び、前記供給管路が接続され、不純物濃度が相対的に低い水を収容する供給側収容部を備え、前記浄化機構は、前記回収側収容部と供給側収容部とを連結する収容部連結管路に配設される。
【選択図】図1To divide a water tank and separate a storage unit that stores water having a relatively high impurity concentration and a storage unit that stores water having a relatively low impurity concentration that has passed through a purification mechanism. Can preferentially pass water with a relatively high impurity concentration through the purification mechanism and efficiently remove the impurities, preferentially supply water with a relatively low impurity concentration, and suppress the amount of water passing through the purification mechanism. Thus, the size can be reduced, the manufacturing is easy, and the cost can be reduced.
A water tank connected to a recovery line for recovering waste water and a supply line for supplying purified water, and a purification mechanism for purifying water, wherein the water tank includes the recovery line A recovery side storage unit for storing water having a relatively high impurity concentration, and a supply side storage unit for storing water having a relatively low impurity concentration, to which the supply line is connected; The purification mechanism is disposed in a storage unit connecting pipe that connects the recovery side storage unit and the supply side storage unit.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、水浄化装置及びそれを有する燃料電池システムに関するものである。 The present invention relates to a water purification device and a fuel cell system having the same.
従来、燃料電池は発電効率が高く、有害物質を排出しないので、産業用、家庭用の発電装置として、又は、人工衛星や宇宙船などの動力源として実用化されてきたが、近年は、乗用車、バス、トラック、乗用カート、荷物用カート等の車両用の動力源として開発が進んでいる。そして、前記燃料電池は、アルカリ水溶液形(AFC)、リン酸形(PAFC)、溶融炭酸塩形(MCFC)、固体酸化物形(SOFC)、直接形メタノール(DMFC)等のものであってもよいが、固体高分子形燃料電池(PEMFC)が一般的である。 Conventionally, since fuel cells have high power generation efficiency and do not emit harmful substances, they have been put into practical use as power generators for industrial and household use, or as power sources for artificial satellites and spacecrafts. Development is progressing as a power source for vehicles such as buses, trucks, passenger carts, and luggage carts. The fuel cell may be an alkaline aqueous solution (AFC), phosphoric acid (PAFC), molten carbonate (MCFC), solid oxide (SOFC), direct methanol (DMFC), etc. Although good, a polymer electrolyte fuel cell (PEMFC) is common.
この場合、固体高分子電解質膜を2枚のガス拡散電極で挟み、一体化させて接合する。そして、該ガス拡散電極の一方を燃料極(アノード極)とし、その表面に燃料としての水素ガスを供給すると、水素が水素イオン(プロトン)と電子とに解離され、水素イオンが固体高分子電解質膜を移動する。また、前記ガス拡散電極の他方を酸素極(カソード極)とし、その表面に酸化剤としての空気を供給すると、空気中の酸素と、前記水素イオン及び電子とが結合して、水が生成される。このような電気化学反応によって起電力が生じるようになっている。 In this case, the solid polymer electrolyte membrane is sandwiched between two gas diffusion electrodes and integrated to join. When one of the gas diffusion electrodes is used as a fuel electrode (anode electrode) and hydrogen gas as fuel is supplied to the surface, hydrogen is dissociated into hydrogen ions (protons) and electrons, and the hydrogen ions are converted into a solid polymer electrolyte. Move the membrane. Further, when the other of the gas diffusion electrodes is an oxygen electrode (cathode electrode) and air as an oxidant is supplied to the surface, oxygen in the air is combined with the hydrogen ions and electrons to generate water. The An electromotive force is generated by such an electrochemical reaction.
そして、固体高分子電解質膜を冷却するために冷却水を循環させるシステムが提案されている(例えば、特許文献1及び2参照。)。また、固体高分子形燃料電池は、固体高分子電解質膜の両側を湿潤な状態に維持する必要があるので、空気流路に水を供給するシステムも提案されている。
And the system which circulates cooling water in order to cool a solid polymer electrolyte membrane is proposed (for example, refer
ところで、空気流路に水を供給するシステムにおいては、不純物の混入が性能低下の要因の一つである。特に、金属イオンが固体高分子電解質膜やガス拡散電極に混入すると影響が大きい。このような不純物の混入源は、主として次の2つである。
(1)酸化剤としての空気中の不純物(塵埃(じんあい)、雨水、エアロゾル、海塩、黄砂、花粉等)
(2)燃料電池システムの構成部材からの溶出成分(配管、電極部材、ガスケット、接着剤等)
そのため、空気中の不純物を除去するフィルターを配設したり、構成部材の材料を溶出の少ない材料から選択するなどの対策が施されている。しかし、不純物を十分に低減することができないので、加温水中に溶け込んだ不純物を、活性炭等の吸着剤やイオン交換樹脂で除去する水浄化装置が併せて用いられている。
By the way, in a system for supplying water to the air flow path, the mixing of impurities is one of the causes of performance degradation. In particular, when metal ions are mixed into the solid polymer electrolyte membrane or the gas diffusion electrode, the influence is great. Such impurities are mainly mixed in the following two sources.
(1) Impurities in the air as oxidizing agents (dust, dust, rainwater, aerosol, sea salt, yellow sand, pollen, etc.)
(2) Elution components from the components of the fuel cell system (piping, electrode members, gaskets, adhesives, etc.)
For this reason, measures such as disposing a filter for removing impurities in the air and selecting a material for the constituent member from materials with little elution are taken. However, since the impurities cannot be sufficiently reduced, a water purifier that removes impurities dissolved in the heated water with an adsorbent such as activated carbon or an ion exchange resin is also used.
図2は従来の水浄化装置を示す図である。 FIG. 2 is a view showing a conventional water purification apparatus.
図2(a)において、101は水タンクであり、回収管路105を通して図示されない燃料電池(FC)から回収された水を貯水する。なお、水タンク101に貯水された水は106で示されている。また、水タンク101には燃料電池に水を供給する供給管路104が接続されており、該供給管路104には給水ポンプ102及び浄化フィルタ103が配設されている。そして、水タンク101からの水は、浄化フィルタ103によって不純物が除去されて浄化された後、燃料電池に供給される。
In FIG. 2A,
また、図2(b)に示される例においては、浄化フィルタ103が、供給管路104には配設されておらず、水を循環ポンプ108によって循環させる循環管路107に配設されている。
しかしながら、前記従来の水浄化装置においては、水浄化装置が大型化したり、燃料電池に供給される水の不純物濃度が高くなったりしてしまう。図2(a)に示される例においては、燃料電池に供給されるすべての水を浄化フィルタ103を通過させるので、不純物のレベルを低く抑えることができる。しかしながら、十分に不純物を除去するには、不純物と浄化フィルタ103との接触確率の関係から、SV(Space Velocity)を30〔hr-1〕程度以下にする必要があるため、水浄化装置が大型化してしまう。一方、図2(b)に示される例においては、水浄化装置を小型化することができるが、一部の水しか浄化処理することができず、水タンク101に不純物が残留するために、燃料電池に供給される水の不純物濃度が高くなってしまう。
However, in the conventional water purification device, the water purification device becomes large or the impurity concentration of water supplied to the fuel cell becomes high. In the example shown in FIG. 2A, since all the water supplied to the fuel cell passes through the
本発明は、前記従来の水浄化装置の問題点を解決して、水タンクを分割し、回収された不純物濃度が相対的に高い水を収容する収容部と、浄化機構を通過した不純物濃度が相対的に低い水を収容する収容部とを分離することによって、不純物濃度が相対的に高い水を優先的に浄化機構を通過させて効率的に不純物を除去することができ、不純物濃度が相対的に低い水を優先的に供給することができ、浄化機構の通水量を抑制して小型化することができ、製造が容易でコストの低い水浄化装置及びそれを有する燃料電池システムを提供することを目的とする。 The present invention solves the problems of the conventional water purification device, divides the water tank, and stores the water having a relatively high concentration of recovered impurities, and the impurity concentration that has passed through the purification mechanism. By separating the housing portion that contains relatively low water, water with a relatively high impurity concentration can be preferentially passed through the purification mechanism to efficiently remove impurities, and the impurity concentration is relatively low. A water purification device that can supply water at a low level with priority, can reduce the size of the purification mechanism by reducing the amount of water passing through, is easy to manufacture, and has a low cost, and a fuel cell system having the water purification device For the purpose.
そのために、本発明の水浄化装置においては、排水を回収するための回収管路及び浄化された水を供給する供給管路が接続された水タンクと、水を浄化する浄化機構とを有し、前記水タンクは、前記回収管路が接続され、不純物濃度が相対的に高い水を収容する回収側収容部、及び、前記供給管路が接続され、不純物濃度が相対的に低い水を収容する供給側収容部を備え、前記浄化機構は、前記回収側収容部と供給側収容部とを連結する収容部連結管路に配設される。 For this purpose, the water purification apparatus of the present invention has a water tank to which a recovery pipeline for collecting waste water and a supply pipeline for supplying purified water are connected, and a purification mechanism for purifying water. The water tank is connected to the recovery pipe and receives a water having a relatively high impurity concentration. The water tank is connected to the supply side, and the supply pipe is connected to hold a water having a relatively low impurity concentration. The purification mechanism is disposed in a storage unit connecting conduit that connects the recovery side storage unit and the supply side storage unit.
本発明の他の水浄化装置においては、さらに、前記水タンクは、前記回収側収容部と供給側収容部との水位差を調整する水位調整機構を備える。 In another water purification apparatus of the present invention, the water tank further includes a water level adjusting mechanism that adjusts a water level difference between the recovery-side storage unit and the supply-side storage unit.
本発明の更に他の水浄化装置においては、さらに、前記水位調整機構は、前記回収側収容部及び供給側収容部の水位又は水圧に応じて開閉する弁である。 In still another water purification apparatus according to the present invention, the water level adjusting mechanism is a valve that opens and closes according to the water level or water pressure of the recovery-side storage unit and the supply-side storage unit.
本発明の更に他の水浄化装置においては、さらに、前記水タンクは、前記回収側収容部と供給側収容部との間に配設されたバッファ部を備える。 In still another water purification apparatus according to the present invention, the water tank further includes a buffer unit disposed between the recovery side storage unit and the supply side storage unit.
本発明の燃料電池システムにおいては、電解質層を燃料極と酸素極とで挟持した燃料電池が、直列に多数接続された燃料電池集合体と、前記水浄化装置とを有し、前記供給側収容部から供給された水を前記酸素極に噴射し、該酸素極から排出された水を回収して前記回収側収容部に戻す。 In the fuel cell system of the present invention, a fuel cell in which an electrolyte layer is sandwiched between a fuel electrode and an oxygen electrode includes a fuel cell assembly connected in large numbers in series and the water purification device, and the supply side housing The water supplied from the section is sprayed onto the oxygen electrode, the water discharged from the oxygen electrode is collected and returned to the collection side accommodating section.
請求項1の構成によれば、不純物濃度が相対的に高い水を優先的に浄化機構を通過させて効率的に不純物を除去することができる。また、不純物濃度が相対的に低い水を優先的に供給することができるとともに、浄化機構の通水量を抑制して小型化することができる。さらに、製造が容易なので、コストを低減することができる。 According to the configuration of the first aspect, it is possible to efficiently remove impurities by preferentially passing water having a relatively high impurity concentration through the purification mechanism. In addition, water with a relatively low impurity concentration can be preferentially supplied, and the water flow rate of the purification mechanism can be suppressed to reduce the size. Furthermore, since the manufacturing is easy, the cost can be reduced.
請求項2の構成によれば、回収側収容部及び供給側収容部の水位の変動に適切に対応して、一方から他方へ水を流入させることができる。そのため、前記回収側収容部には常に水が収容され、常に浄化機構に通水することができるので、水の浄化を安定的に行うことができる。また、供給側収容部には常に水が収容されるので、必要とされる量の水を確実に供給することができる。 According to the configuration of the second aspect, it is possible to allow water to flow from one to the other in an appropriate manner in response to fluctuations in the water levels of the collection-side storage unit and the supply-side storage unit. For this reason, water is always stored in the recovery-side storage section and can always be passed through the purification mechanism, so that the water can be purified stably. Moreover, since water is always accommodated in the supply side accommodating portion, the required amount of water can be reliably supplied.
請求項3の構成によれば、弁を適切に制御することによって、回収側収容部及び供給側収容部の水の状態に適切に対応して、一方から他方へ水を流入させることができる。 According to the structure of Claim 3, by controlling a valve appropriately, water can be made to flow in from one side to the other corresponding to the state of the water of a collection | recovery side accommodating part and a supply side accommodating part.
請求項4の構成によれば、回収側収容部及び供給側収容部の水位の変動によって、回収側収容部から供給側収容部に水が流入する場合に、回収側収容部からの水がバッファ部の水によって希釈されるので、供給側収容部における水の不純物濃度の上昇を抑制することができる。また、供給側収容部から回収側収容部に水が流入する場合に、供給側収容部からの水がバッファ部の水によって希釈されるので、回収側収容部における水の不純物濃度の低下を抑制することができる。したがって、不純物濃度が高い水を浄化機構を通過させることができ、効率的に不純物を除去することができる。 According to the fourth aspect of the present invention, when water flows from the recovery side accommodating part to the supply side accommodating part due to fluctuations in the water level of the recovery side accommodating part and the supply side accommodating part, the water from the recovery side accommodating part is buffered. Since it is diluted with the water of the part, it is possible to suppress an increase in the impurity concentration of water in the supply side accommodating part. In addition, when water flows from the supply-side storage unit into the recovery-side storage unit, the water from the supply-side storage unit is diluted by the water in the buffer unit, so that a decrease in the impurity concentration of water in the recovery-side storage unit is suppressed. can do. Therefore, water with a high impurity concentration can be passed through the purification mechanism, and impurities can be efficiently removed.
請求項5の構成によれば、不純物濃度が低い水を燃料電池に供給するので、燃料電池の性能低下を抑制することができる。また、燃料電池の発電状況が変動しても、燃料電池に必要とされる量の水を確実に供給することができる。 According to the fifth aspect of the present invention, since water with a low impurity concentration is supplied to the fuel cell, it is possible to suppress a decrease in the performance of the fuel cell. Further, even if the power generation status of the fuel cell fluctuates, the amount of water required for the fuel cell can be reliably supplied.
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図3は本発明の第1の実施の形態における燃料電池システムの構成を示す図である。 FIG. 3 is a diagram showing the configuration of the fuel cell system according to the first embodiment of the present invention.
図において、11は燃料電池装置としての燃料電池スタックであり、乗用車、バス、トラック、乗用カート、荷物用カート等の車両用の動力源として使用される。ここで、前記車両は、照明装置、ラジオ、パワーウィンドウ等の車両の停車中にも使用される電気を消費する補機類を多数備えており、また、走行パターンが多様であり動力源に要求される出力範囲が極めて広いので、動力源としての燃料電池スタック11と後述される蓄電手段としてのキャパシタユニット63とを併用して使用することが望ましい。
In the figure, reference numeral 11 denotes a fuel cell stack as a fuel cell device, which is used as a power source for vehicles such as passenger cars, buses, trucks, passenger carts and luggage carts. Here, the vehicle is equipped with a large number of auxiliary devices that consume electricity, such as lighting devices, radios, and power windows, which are used even when the vehicle is stopped. Since the output range is extremely wide, it is desirable to use the fuel cell stack 11 as a power source in combination with a
そして、燃料電池スタック11は、アルカリ水溶液形、リン酸形、溶融炭酸塩形、固体酸化物形、直接形メタノール等のものであってもよいが、固体高分子形燃料電池であることが望ましい。 The fuel cell stack 11 may be an alkaline aqueous solution type, phosphoric acid type, molten carbonate type, solid oxide type, direct type methanol, or the like, but is preferably a solid polymer type fuel cell. .
なお、更に望ましくは、水素ガスを燃料ガス、すなわち、アノードガスとし、酸素又は空気を酸化剤、すなわち、カソードガスとするPEMFC(Proton Exchange Membrane Fuel Cell)形燃料電池、又は、PEM(Proton Exchange Membrane)形燃料電池と呼ばれるものである。ここで、該PEM形燃料電池は、一般的に、プロトン等のイオンを移動する電解質層としての固体高分子電解質膜の両側に触媒、電極及びセパレータを結合した燃料電池としてのセル(Fuel Cell)を複数及び直列に結合したスタック(Stack)から成る。 More preferably, PEMFC (Proton Exchange Membrane Fuel Cell) type fuel cell or PEM (Proton Exchange Membrane) using hydrogen gas as fuel gas, that is, anode gas, and oxygen or air as oxidant, that is, cathode gas. ) Type fuel cell. Here, the PEM type fuel cell is generally a fuel cell in which a catalyst, an electrode, and a separator are combined on both sides of a solid polymer electrolyte membrane as an electrolyte layer that moves ions such as protons. Are composed of a plurality of stacks connected in series.
本実施の形態において、燃料電池スタック11は、複数の図示されないセルモジュールを有する。該セルモジュールは、燃料電池としての単位セル(MEA:Membrane Electrode Assembly)と、該単位セル同士を電気的に接続するとともに、単位セルに導入される、アノードガスとしての水素ガスの流路と空気とを分離するセパレータとを1セットとして、板厚方向に複数のセットを重ねて構成されている。なお、セルモジュールは、単位セル同士が所定の間隙(げき)を隔てて配置されるように、単位セルとセパレータとが、多段に重ねられて積層されている。 In the present embodiment, the fuel cell stack 11 has a plurality of cell modules (not shown). The cell module includes a unit cell (MEA) as a fuel cell, electrically connecting the unit cells to each other, and a flow path of hydrogen gas as an anode gas and air introduced into the unit cell. A separator is separated from each other as a set, and a plurality of sets are stacked in the thickness direction. In the cell module, unit cells and separators are stacked in multiple stages so that the unit cells are arranged with a predetermined gap (gap) therebetween.
この場合、セルモジュールは、導電可能に、かつ、燃料流路、すなわち、水素ガス流路が連続するように相互に接続されている。 In this case, the cell modules are connected to each other so that they can conduct electricity and the fuel flow path, that is, the hydrogen gas flow path is continuous.
そして、単位セルは、電解質層としての固体高分子電解質膜の側に設けられた酸素極としての空気極及び他側に設けられた燃料極とで構成されている。前記空気極は、反応ガスを拡散しながら透過する導電性材料から成る電極拡散層と、該電極拡散層上に形成され、固体高分子電解質膜と接触させて支持される触媒層とから成る。また、単位セルの空気極側の電極拡散層に接触して集電するとともに、空気と水との混合流を透過する多数の開口が形成された網状の集電体としての空気極側コレクタと、単位セルの燃料極側の電極拡散層に接触して同じく電流を外部に導出するための網状の集電体としての燃料極側コレクタとを有する。 The unit cell is composed of an air electrode as an oxygen electrode provided on the side of the solid polymer electrolyte membrane as the electrolyte layer and a fuel electrode provided on the other side. The air electrode includes an electrode diffusion layer made of a conductive material that permeates while diffusing the reaction gas, and a catalyst layer that is formed on the electrode diffusion layer and is supported in contact with the solid polymer electrolyte membrane. In addition, the current collector in contact with the electrode diffusion layer on the air electrode side of the unit cell, and the air electrode side collector as a net-like current collector formed with a large number of openings through which a mixed flow of air and water is transmitted; And a fuel electrode side collector as a net-like current collector for contacting the electrode diffusion layer on the fuel electrode side of the unit cell and leading out current to the outside.
前記単位セルにおいては、水が移動する。この場合、燃料極側コレクタの燃料室内に燃料ガス、すなわち、アノードガスとしての水素ガスを供給すると、水素が水素イオンと電子とに分解され、水素イオンがプロトン同伴水を伴って、固体高分子電解質膜を透過する。また、前記空気極をカソード極とし、酸化剤流路としての酸素室内に酸化剤、すなわち、カソードガスとしての空気を供給すると、空気中の酸素と、前記水素イオン及び電子とが結合して、水が生成される。なお、水分が逆拡散水として固体高分子電解質膜を透過し、燃料極側コレクタの燃料室内に移動する。ここで、逆拡散水とは、空気流路としての酸素室において生成される水が固体高分子電解質膜内に拡散し、該固体高分子電解質膜内を前記水素イオンと逆方向に透過して燃料室にまで浸透したものである。 In the unit cell, water moves. In this case, when a fuel gas, that is, hydrogen gas as an anode gas is supplied into the fuel chamber of the fuel electrode side collector, hydrogen is decomposed into hydrogen ions and electrons, and the hydrogen ions are accompanied by proton-entrained water. Permeates the electrolyte membrane. Further, when the air electrode is a cathode electrode and an oxidant, that is, air as a cathode gas is supplied into an oxygen chamber as an oxidant flow path, oxygen in the air is combined with the hydrogen ions and electrons, Water is produced. Moisture permeates through the solid polymer electrolyte membrane as reverse diffusion water and moves into the fuel chamber of the fuel electrode side collector. Here, the reverse diffusion water means that water generated in an oxygen chamber as an air channel diffuses into the solid polymer electrolyte membrane and permeates through the solid polymer electrolyte membrane in the direction opposite to the hydrogen ions. It has penetrated into the fuel chamber.
図には、燃料電池スタック11に燃料ガスとしての水素ガスを供給する装置、及び、酸化剤としての空気を供給する装置が示されている。なお、図示されない改質装置によってメタノール、ガソリン等を改質して取り出した燃料である水素ガスを燃料電池スタック11に直接供給することもできるが、車両の高負荷運転時にも安定して十分な量の水素ガスを供給することができるようにするためには、燃料貯蔵手段21に貯蔵した水素ガスを供給することが望ましい。これにより、該水素ガスがほぼ一定の圧力で、常に、十分に供給されるので、前記燃料電池スタック11は車両の負荷の変動に遅れることなく追随して、必要な電流を供給することができる。 In the figure, an apparatus for supplying hydrogen gas as a fuel gas to the fuel cell stack 11 and an apparatus for supplying air as an oxidant are shown. Although hydrogen gas, which is fuel taken out by reforming methanol, gasoline, or the like by a reformer (not shown), can be directly supplied to the fuel cell stack 11, it is stable and sufficient even during high-load operation of the vehicle. In order to be able to supply an amount of hydrogen gas, it is desirable to supply the hydrogen gas stored in the fuel storage means 21. Thereby, the hydrogen gas is always sufficiently supplied at a substantially constant pressure, so that the fuel cell stack 11 can follow the fluctuation of the load of the vehicle and supply a necessary current. .
水素ガスは、水素吸蔵合金を収納した容器、デカリンのような水素吸蔵液体を収納した容器、水素ガスボンベ等の燃料貯蔵手段21から、燃料供給管路としての第1燃料供給管路22、及び、該第1燃料供給管路22に接続された燃料供給管路としての第2燃料供給管路33を通って、燃料電池スタック11の燃料ガス流路の入口に供給される。そして、前記第1燃料供給管路22には、燃料貯蔵手段元開閉弁23、第1圧力センサ27a、第1燃料圧力調整弁25a、第2燃料圧力調整弁25b、燃料供給電磁弁26及び第3圧力センサ27cが配設される。また、前記第1燃料供給管路22には、第2燃料圧力調整弁25bをバイパスするバイパス管路22aが接続され、該バイパス管路22aには第2圧力センサ27b及び起動用電磁弁26aが配設される。
Hydrogen gas is stored in a container containing a hydrogen storage alloy, a container containing a hydrogen storage liquid such as decalin, a fuel storage means 21 such as a hydrogen gas cylinder, a first
この場合、前記燃料貯蔵手段21は、十分に大きな容量を有し、常に、十分に高い圧力の水素ガスを供給することができる能力を有するものである。なお、図に示される例においては、燃料貯蔵手段21が複数、例えば、3つ配設され、また、第1燃料供給管路22は、各燃料貯蔵手段21に接続される部分で複数本に分割され、途中で合流して1本になっている。前記燃料貯蔵手段21は、単数であってもよいし、複数であってもよいし、複数の場合にはいくつであってもよい。
In this case, the fuel storage means 21 has a sufficiently large capacity and is capable of always supplying sufficiently high pressure hydrogen gas. In the example shown in the figure, a plurality of, for example, three fuel storage means 21 are provided, and the first
そして、燃料電池スタック11の水素ガス流路の出口から未反応成分として排出される水素ガスは、第1燃料排出管路30を通って燃料電池スタック11外に排出される。前記第1燃料排出管路30にはポンプとしての吸引循環ポンプ36が配設されている。また、前記第1燃料排出管路30には水素循環電磁弁34が配設されている。さらに、前記第1燃料排出管路30における燃料電池スタック11と反対側の端部は、第2燃料供給管路33に接続されている。これにより、燃料電池スタック11外に排出された水素ガスを回収し、燃料電池スタック11の水素ガス流路に供給して再利用することができる。
Then, hydrogen gas discharged as an unreacted component from the outlet of the hydrogen gas flow path of the fuel cell stack 11 is discharged out of the fuel cell stack 11 through the first
また、前記第1燃料排出管路30における燃料電池スタック11と吸引循環ポンプ36との間には、第2燃料排出管路38が接続され、該第2燃料排出管路38には水素起動排気電磁弁37が配設され、燃料電池スタック11の起動時に燃料ガス流路から排出される水素ガスを大気中に排出することができるようになっている。なお、第2燃料排出管路38の出口端は排気マニホールド13に接続されている。
Further, a second
さらに、前記第1燃料排出管路30における吸引循環ポンプ36と水素循環電磁弁34との間には、他端が前記第2燃料排出管路38に接続された第3燃料排出管路38aが接続されている。そして、該第3燃料排出管路38aには、燃料電池スタック11内を減圧する際に開となる減圧水素排出弁37aが配設されている。また、前記第1燃料排出管路30には、外気導入電磁弁35及びエアフィルタ35aが接続され、燃料電池スタック11の停止時に外気を導入することができるようになっている。
Further, a third
ここで、前記第1燃料圧力調整弁25a及び第2燃料圧力調整弁25bは、バタフライバルブ、レギュレータバルブ、ダイヤフラム式バルブ、マスフローコントローラ、シーケンスバルブ等のものであるが、前記第1燃料圧力調整弁25a及び第2燃料圧力調整弁25bの出口から流出する水素ガスの圧力をあらかじめ設定した圧力に調整することができるものであれば、いかなる種類のものであってもよい。なお、前記圧力の調整は、手動によってなされてもよいが、電気モータ、パルスモータ、電磁石等から成るアクチュエータによってなされることが望ましい。
Here, the first fuel
また、前記燃料供給電磁弁26、起動用電磁弁26a、水素循環電磁弁34及び水素起動排気電磁弁37は、いわゆる、オン−オフ式のものであり、電気モータ、パルスモータ、電磁石等から成るアクチュエータによって作動させられる。なお、前記燃料貯蔵手段元開閉弁23は手動又は電磁弁を用いて自動的に作動させられる。さらに、前記吸引循環ポンプ36は、水素ガスとともに逆拡散水を強制的に排出し、燃料ガス流路内を負圧の状態にすることができるポンプであれば、いかなる種類のものであってもよい。
The fuel
一方、酸化剤としての空気は、エアフィルタ53を通って、酸化剤供給源としての空気供給ファン51に吸引され、該空気供給ファン51から、空気供給管路52及び吸気マニホールド12を通って、燃料電池スタック11の酸化剤流路としての酸素室、すなわち、空気流路に供給される。この場合、供給される空気の圧力は大気圧程度の常圧である。なお、前記空気供給ファン51は、空気を吸引して吐出することができるものであれば、いかなる種類のものであってもよい。また、前記エアフィルタ53は、空気に含まれる塵埃、不純物等を除去することができるものであれば、いかなる種類のものであってもよい。なお、酸化剤として、空気に代えて酸素を使用することもできる。そして、空気流路から排出される空気は、マニホールドとしての排気マニホールド13、凝縮器14、出口側排気マニホールド54及び排気口55を通って大気中へ排出される。なお、排気マニホールド13には燃料電池スタック11から排出された直後の空気の温度を検出するスタック排気温度検出器56が配設され、出口側排気マニホールド54には凝縮器14から排出された直後の空気の温度を検出する凝縮器排気温度検出器57が配設されている。
On the other hand, the air as the oxidant passes through the air filter 53 and is sucked into the
また、前記空気供給管路52には、空気流路に供給される空気中に水をスプレーして供給し、燃料電池スタック11の酸素極としての空気極を湿潤な状態に維持するための水供給ノズル47が配設される。なお、スプレーされた水によって前記空気極及び燃料極を冷却することもできる。さらに、前記排気マニホールド13の端部に配設された凝縮器14は、前記燃料電池スタック11から排出される空気中の水分を凝縮して除去するためのものであり、前記凝縮器14によって凝縮された水は凝縮水排出管路41を通って水タンク43に回収される。なお、前記凝縮水排出管路41には排水ポンプ42が配設され、前記水タンク43にはレベルゲージ45が取り付けられている。また、燃料電池システムは、水タンク43に貯水された水を浄化するために、後述される水浄化装置を有する。
The
そして、前記水タンク43内の水は、給水管路46を通って水供給ノズル47に供給される。なお、前記給水管路46には、給水ポンプ44が配設されている。ここで、前記排水ポンプ42及び給水ポンプ44は、水を吸引して吐出することができるポンプであれば、いかなる種類のものであってもよい。前記凝縮水排出管路41、排水ポンプ42、水タンク43、給水ポンプ44及び給水管路46は、水循環システムとして機能する。
The water in the
さらに、燃料電池スタック11の図示されない電気端子には、負荷としての駆動制御装置であるインバータ装置61、及び、蓄電手段としてのキャパシタユニット63が並列に接続されている。該キャパシタユニット63は、電気二重層キャパシタのようなキャパシタ(コンデンサ)を備えるものである。なお、前記蓄電手段は、必ずしもキャパシタでなくてもよく、鉛蓄電池、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池、ナトリウム硫黄電池等の二次電池は、いわゆる、バッテリ(蓄電池)であってもよいし、フライホイール、超伝導コイル、蓄圧器等のように、エネルギを電気的に蓄積し放出する機能を有するものであれば、いかなる形態のものであってもよい。さらに、これらの中のいずれかを単独で使用してもよいし、複数のものを組み合わせて使用してもよい。
Furthermore, an
また、インバータ装置61は、前記燃料電池スタック11又はキャパシタユニット63からの直流電流を交流電流に変換して、車両の車輪を回転させる駆動源である図示されない交流モータに供給する。ここで、燃料電池システムにおいては、前記燃料電池スタック11又はキャパシタユニット63が並列に接続されて、前記インバータ装置61に電流を供給するようになっているので、例えば、車両の停止時に前記燃料電池スタック11が停止した場合や、坂道等の高負荷運転時に燃料電池スタック11からの電流だけでは要求電流に満たない場合等には、前記キャパシタユニット63からインバータ装置63に電流が自動的に供給される。
Further, the
なお、62は、充電用スイッチング素子としての高速スイッチング素子であるIGBT(絶縁ゲート・バイポーラ・トランジスタ)を備えるIGBTユニットであり、キャパシタユニット63の充電を制御する制御回路である。
そして、前記交流モータが、車両の減速運転時には発電器として機能して、いわゆる回生電流を発生する場合には、前記車両の減速運転時に回生電流がキャパシタユニット63に供給され、該キャパシタユニット63が再充電される。さらに、前記回生電流が供給されない場合であっても、前記キャパシタユニット63が放電して端子電圧が低下すると、前記燃料電池スタック11が発生する電流が自動的に前記キャパシタユニット63に供給される。
When the AC motor functions as a power generator during vehicle deceleration operation and generates a so-called regenerative current, the regenerative current is supplied to the
このように、燃料電池システムにおいては、前記キャパシタユニット63が常時充電され、前記燃料電池スタック11からの電流だけでは要求電流に満たない場合等には、前記キャパシタユニット63からインバータ装置63に電流が自動的に供給されるようになっているので、車両は各種の走行モードにおいて、安定して走行することができる。
As described above, in the fuel cell system, when the
なお、本実施の形態において、燃料電池システムは制御装置として、図示されないFCコントロールECU(Electronic Control Unit)を有する。前記制御装置は、CPU、MPU等の演算手段、磁気ディスク、半導体メモリ等の記憶手段、入出力インターフェイス等を備え、各種のセンサから、燃料電池スタック11の燃料ガス流路及び空気流路に供給される水素、酸素、空気等の流量、温度、出力電圧等を検出して、前記空気供給ファン51、第1燃料圧力調整弁25a、第2燃料圧力調整弁25b、燃料供給電磁弁26、水素循環電磁弁34、吸引循環ポンプ36、排水ポンプ42、給水ポンプ44、水浄化装置等の動作を制御する。さらに、前記FCコントロールECUは、車両に配設された他のセンサ、及び、車両の制御手段としての図示されないEV(Electric Vehicle)コントロールECUと連携して、燃料電池スタック11に燃料及び酸化剤を供給するすべての装置の動作を統括的に制御する。
In the present embodiment, the fuel cell system has an FC control ECU (Electronic Control Unit) (not shown) as a control device. The control device includes arithmetic means such as a CPU and MPU, storage means such as a magnetic disk and a semiconductor memory, an input / output interface, and the like, and is supplied from various sensors to the fuel gas flow path and the air flow path of the fuel cell stack The
次に、水浄化装置の構成を詳細に説明する。 Next, the configuration of the water purification device will be described in detail.
図1は本発明の第1の実施の形態における水浄化装置の構成を示す図、図4は本発明の第1の実施の形態における水浄化装置の動作を示す表である。 FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a water purification apparatus according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a table showing an operation of the water purification apparatus according to the first embodiment of the present invention.
図1に示されるように、水タンク43は、内部に配設された仕切板75によって2分割され、2つの収容部A及びBを有する。収容部Aは、不純物濃度が相対的に高い水を収容する回収側収容部であり、回収された水を水タンク43に戻す回収管路として機能する凝縮水排出管路41が接続されている。また、収容部Bは、不純物濃度が相対的に低い水を収容する供給側収容部であり、水タンク43からの水を供給する供給管路として機能する給水管路46が接続されている。そして、収容部A及びBを連結するように収容部連結管路71が接続され、該収容部連結管路71には水浄化用ポンプ72及び浄化フィルタ73が配設されている。該浄化フィルタ73は、水に含まれる塵埃、不純物等を除去するものであれば、いかなる種類のものであってもよい。なお、前記水浄化用ポンプ72及び浄化フィルタ73は、水を浄化する浄化機構として作用する。
As shown in FIG. 1, the
燃料電池スタック11から排出され、凝縮器14によって凝縮されて回収された水は、凝縮水排出管路41を通って収容部Aに流入して収容される。また、収容部Bに収容されている水は、給水ポンプ44により、給水管路46を通って燃料電池スタック11に供給される。さらに、水浄化用ポンプ72は、連続的に作動し、収容部A内に収容された水を浄化フィルタ73を通過させ、水中の不純物を除去する、すなわち、浄化する。そして、浄化フィルタ73を通過して不純物が除去された水は、収容部Bに流入して収容される。
The water discharged from the fuel cell stack 11 and condensed and recovered by the
ここで、燃料電池スタック11から回収された水には、不可避的に不純物が含まれている。例えば、空気流路に供給される空気中に含まれる塵埃、雨水、エアロゾル、海塩、黄砂、花粉等が不純物として含まれてしまう。また、例えば、配管、電極部材、ガスケット、接着剤等の燃料電池スタック11を構成する各種の部材から溶出した成分が不純物として含まれてしまう。そのため、収容部A内に収容された水は、不純物濃度が相対的に高いものとなる。一方、収容部Bに収容された水は、浄化フィルタ73を通過して不純物が除去されたものであるので、不純物濃度が相対的に低いものとなる。
Here, the water recovered from the fuel cell stack 11 inevitably contains impurities. For example, dust, rainwater, aerosol, sea salt, yellow sand, pollen and the like contained in the air supplied to the air flow path are included as impurities. Further, for example, components eluted from various members constituting the fuel cell stack 11 such as pipes, electrode members, gaskets, and adhesives are included as impurities. Therefore, the water accommodated in the accommodating part A has a relatively high impurity concentration. On the other hand, the water accommodated in the accommodating part B has passed through the
ところで、燃料電池スタック11に供給される水の量及び燃料電池スタック11から回収される水の量は、燃料電池スタック11の発電状況に応じて変動する。すなわち、発電量が多いときには増加し、発電量が少ないときには減少する。 Incidentally, the amount of water supplied to the fuel cell stack 11 and the amount of water recovered from the fuel cell stack 11 vary depending on the power generation status of the fuel cell stack 11. That is, it increases when the power generation amount is large, and decreases when the power generation amount is small.
これに対し、収容部Aから浄化フィルタ73を通過して収容部Bに流入する水の量は一定である。しかし、前記浄化フィルタ73は、比較的小型のものであり、一度に多量の水を浄化することができず、通水流量が制限されている。また、水浄化用ポンプ72も、比較的小型のものであり、吐出水量は、浄化フィルタ73の通水流量に対応する程度である。すなわち、浄化機構はキャパシティが小さく設定されている。そして、収容部Aから浄化フィルタ73を通過して収容部Bに流入する水の量は、燃料電池スタック11に供給される水の量及び燃料電池スタック11から回収される水の量の最大値よりも小さくなっている。
On the other hand, the amount of water flowing from the storage portion A through the
したがって、収容部A及びB内の水量を示す水位LA 及びLB は、図4に示されるように、変動する。なお、供給水量は燃料電池スタック11に供給される水の量であり、浄化水量は収容部Aから浄化フィルタ73を通過して収容部Bに流入する水の量である。また、仕切板75は、その高さが水タンク43内における天井面までの高さよりも低く設定されているので、収容部A又はBの一方の水位LA 又はLB が上昇して仕切板75の高さを超えた場合には、仕切板75を超えて他方へ水が流入する。
Therefore, the water levels L A and L B indicating the amounts of water in the accommodating portions A and B vary as shown in FIG. The supply water amount is the amount of water supplied to the fuel cell stack 11, and the purified water amount is the amount of water that flows from the storage portion A through the
なお、収容部Aから仕切板75を超えて収容部Bに水が流入した場合、浄化されていない水が混入することになるので、収容部Bに収容されている水の不純物濃度は、増加するが、収容部Aに収容されている燃料電池スタック11から回収されたままの水の不純物濃度よりは、低く維持される。そのため、収容部Bには常に水が収容されるので、燃料電池スタック11の発電状況が変動しても、燃料電池スタック11に必要とされる量の水を確実に供給することができる。
In addition, when water flows into the storage part B from the storage part A beyond the
このように、本実施の形態においては、水タンク43を分割し、燃料電池スタック11から回収された不純物濃度が高い水を収容する収容部Aと、浄化機構を通過した不純物濃度が低い水を収容する収容部Bとが分離されている。そのため、不純物濃度が高い水を浄化機構を通過させるので、効率的に不純物を除去することができる。また、不純物濃度が低い水を燃料電池スタック11に供給するので、燃料電池スタック11の性能低下を抑制することができる。
As described above, in the present embodiment, the
次に、本発明の第2の実施の形態について説明する。なお、第1の実施の形態と同じ構造を有するものについては、同じ符号を付与することによってその説明を省略する。また、前記第1の実施の形態と同じ動作及び同じ効果についても、その説明を省略する。 Next, a second embodiment of the present invention will be described. In addition, about the thing which has the same structure as 1st Embodiment, the description is abbreviate | omitted by providing the same code | symbol. The description of the same operation and the same effect as those of the first embodiment is also omitted.
図5は本発明の第2の実施の形態における水浄化装置の構成を示す図、図6は本発明の第2の実施の形態における水浄化装置の動作を示す表である。 FIG. 5 is a diagram showing the configuration of the water purification apparatus according to the second embodiment of the present invention, and FIG. 6 is a table showing the operation of the water purification apparatus according to the second embodiment of the present invention.
本実施の形態においては、仕切板75の下部に水位調整機構としての差圧弁76が配設されている。該差圧弁76は、収容部A及びB内の水量を示す水圧の差が規定値を超えると開放し、収容部A又はBの一方から他方への水の流入を許容する。なお、前記規定値は任意に設定することができる。
In the present embodiment, a
したがって、収容部A内の水量が収容部B内の水量に比較して増加し、収容部A内の水圧PA が収容部B内の水圧PB よりも規定値を超えて大きくなると、一方の差圧弁76が開放して、収容部A内の水が収容部Bに流入する。また、収容部B内の水量が収容部A内の水量に比較して増加し、収容部B内の水圧PB が収容部A内の水圧PA よりも規定値を超えて大きくなると、他方の差圧弁76が開放して、収容部B内の水が収容部Aに流入する。
Thus, housing section amount of water in the A is increased relative to the amount of water in the housing portion B, and the water pressure P A in the housing portion A is larger than the prescribed value than the pressure P B in the housing portion B, whereas The
なお、その他の点の構成及び動作については、前記第1の実施の形態と同様であるので、その説明を省略する。 Since the configuration and operation of other points are the same as those in the first embodiment, description thereof is omitted.
このように、本実施の形態においては、仕切板75に差圧弁76が配設されているので、前記規定値を適切な値に設定することによって、収容部A及びB内の水位の変動に適切に対応して、一方から他方へ水を流入させることができる。そのため、収容部Aには常に水が収容され、常に浄化フィルタ73に通水することができるので、水の浄化を安定的に行うことができる。また、収容部Bには常に水が収容されるので、燃料電池スタック11の発電状況が変動しても、燃料電池スタック11に必要とされる量の水を確実に供給することができる。
As described above, in the present embodiment, since the
さらに、本実施の形態における水浄化装置及び燃料電池システムは、前記第1の実施の形態における水浄化装置及び燃料電池システムと同様の効果も奏するものである。 Furthermore, the water purification device and the fuel cell system in the present embodiment also have the same effects as the water purification device and the fuel cell system in the first embodiment.
次に、本発明の第3の実施の形態について説明する。なお、第1及び第2の実施の形態と同じ構造を有するものについては、同じ符号を付与することによってその説明を省略する。また、前記第1及び第2の実施の形態と同じ動作及び同じ効果についても、その説明を省略する。 Next, a third embodiment of the present invention will be described. In addition, about the thing which has the same structure as 1st and 2nd embodiment, the description is abbreviate | omitted by providing the same code | symbol. Also, the description of the same operations and effects as those of the first and second embodiments is omitted.
図7は本発明の第3の実施の形態における水浄化装置の構成を示す図、図8は本発明の第3の実施の形態における水浄化装置の動作を示す表である。 FIG. 7 is a diagram showing the configuration of the water purification apparatus according to the third embodiment of the present invention, and FIG. 8 is a table showing the operation of the water purification apparatus according to the third embodiment of the present invention.
本実施の形態においては、仕切板75の下部にフロート77aを備えた水位調整機構としての開閉弁77が配設されている。該開閉弁77は、収容部A及びB内の水量を示す水位LA 及びLB が規定値未満になると開放し、収容部A及びBの一方から他方への水の流入を許容する。なお、前記規定値は任意に設定することができる。
In the present embodiment, an opening / closing
したがって、収容部B内の水量が減少し、収容部B内の水位LB が規定値未満になると、一方の開閉弁77が開放して、収容部A内の水が収容部Bに流入する。また、収容部A内の水量が減少し、収容部A内の水位LA が規定値未満になると、他方の開閉弁77が開放して、収容部B内の水が収容部Aに流入する。
Thus, housing section water is reduced in B, when the water level L B of the housing portion B is less than a specified value, one of the opening and closing
なお、その他の点の構成及び動作については、前記第1の実施の形態と同様であるので、その説明を省略する。 Since the configuration and operation of other points are the same as those in the first embodiment, description thereof is omitted.
このように、本実施の形態においては、水位LA 及びLB が規定値未満になると開放する開閉弁77が仕切板75に配設されているので、前記規定値を適切な値に設定することによって、収容部A及びB内の水位の変動に適切に対応して、一方から他方へ水を流入させることができる。そのため、収容部Aには常に水が収容され、常に浄化フィルタ73に通水することができるので、水の浄化を安定的に行うことができる。また、収容部Bには常に水が収容されるので、燃料電池スタック11の発電状況が変動しても、燃料電池スタック11に必要とされる量の水を確実に供給することができる。
Thus, in the present embodiment, the opening / closing
さらに、本実施の形態における水浄化装置及び燃料電池システムは、前記第1の実施の形態における水浄化装置及び燃料電池システムと同様の効果も奏するものである。 Furthermore, the water purification device and the fuel cell system in the present embodiment also have the same effects as the water purification device and the fuel cell system in the first embodiment.
次に、本発明の第4の実施の形態について説明する。なお、第1〜第3の実施の形態と同じ構造を有するものについては、同じ符号を付与することによってその説明を省略する。また、前記第1〜第3の実施の形態と同じ動作及び同じ効果についても、その説明を省略する。 Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. In addition, about the thing which has the same structure as the 1st-3rd embodiment, the description is abbreviate | omitted by providing the same code | symbol. Explanation of the same operations and effects as those of the first to third embodiments is also omitted.
図9は本発明の第4の実施の形態における水浄化装置の構成を示す図、図10は本発明の第4の実施の形態における水浄化装置の動作を示す表である。 FIG. 9 is a diagram showing the configuration of the water purification apparatus in the fourth embodiment of the present invention, and FIG. 10 is a table showing the operation of the water purification apparatus in the fourth embodiment of the present invention.
本実施の形態においては、収容部連結管路71に加えて収容部A及びBを連結するように第2収容部連結管路78が接続され、該第2収容部連結管路78には水位調整機構としての水制御弁79が配設されている。また、収容部A及びBには、収容部A及びB内の水位、圧力等の水の状態を各々検知する状態検知センサSA 及びSB が配設されている。そして、前記制御装置は、状態検知センサSA 及びSB の検知出力に基づいて収容部A及びB内の水位、圧力等の水の状態を判断し、水制御弁79を開閉させる。例えば、収容部A又はBの一方の水位LA 又はLB が規定値以下になったと判断すると、水制御弁79を開放して収容部A又はBの一方から他方への水の流入を許容する。なお、前記規定値は任意に設定することができる。
In the present embodiment, in addition to the accommodating
なお、その他の点の構成及び動作については、前記第1の実施の形態と同様であるので、その説明を省略する。 Since the configuration and operation of other points are the same as those in the first embodiment, description thereof is omitted.
このように、本実施の形態においては、収容部A及びB内の水の状態に基づいて開閉する水制御弁79が収容部A及びBを連結する第2収容部連結管路78に配設されているので、前記水制御弁79を適切に制御することによって、収容部A及びB内の水の状態に適切に対応して、一方から他方へ水を流入させることができる。そのため、収容部Aには常に水が収容され、常に浄化フィルタ73に通水することができるので、水の浄化を安定的に行うことができる。また、収容部Bには常に水が収容されるので、燃料電池スタック11の発電状況が変動しても、燃料電池スタック11に必要とされる量の水を確実に供給することができる。
Thus, in the present embodiment, the
さらに、本実施の形態における水浄化装置及び燃料電池システムは、前記第1の実施の形態における水浄化装置及び燃料電池システムと同様の効果も奏するものである。 Furthermore, the water purification device and the fuel cell system in the present embodiment also have the same effects as the water purification device and the fuel cell system in the first embodiment.
次に、本発明の第5の実施の形態について説明する。なお、第1〜第4の実施の形態と同じ構造を有するものについては、同じ符号を付与することによってその説明を省略する。また、前記第1〜第4の実施の形態と同じ動作及び同じ効果についても、その説明を省略する。 Next, a fifth embodiment of the present invention will be described. In addition, about the thing which has the same structure as 1st-4th embodiment, the description is abbreviate | omitted by providing the same code | symbol. Explanation of the same operations and effects as those of the first to fourth embodiments is also omitted.
図11は本発明の第5の実施の形態における水浄化装置の構成を示す図、図12は本発明の第5の実施の形態における水浄化装置の動作を示す表である。 FIG. 11 is a diagram showing the configuration of the water purification apparatus according to the fifth embodiment of the present invention, and FIG. 12 is a table showing the operation of the water purification apparatus according to the fifth embodiment of the present invention.
本実施の形態において、水タンク43は、内部に配設された第1仕切板75a及び第2仕切板75bによって3分割され、2つの収容部A及びB、並びに、収容部Aと収容部Bとの間の収容部としてのバッファ部Cを有する。そして、第1仕切板75a及び第2仕切板75bの下部にフロート77aを備えた開閉弁77が配設されている。該開閉弁77は、収容部A及びB内の水量を示す水位LA 及びLB が規定値未満になると開放し、バッファ部Cから収容部A及びBへの水の流入を許容する。なお、前記規定値は任意に設定することができる。
In the present embodiment, the
したがって、収容部B内の水量が減少し、収容部B内の水位LB が規定値未満になると、一方の開閉弁77が開放して、バッファ部C内の水が収容部Bに流入する。また、収容部A内の水量が減少し、収容部A内の水位LA が規定値未満になると、他方の開閉弁77が開放して、バッファ部C内の水が収容部Aに流入する。
Thus, housing section water is reduced in B, when the water level L B of the housing portion B is less than a specified value, one of the opening and closing
また、第1仕切板75a及び第2仕切板75bは、その高さが水タンク43内における天井面までの高さよりも低く設定されている。そのため、収容部A及びBの水位LA 及びLB が上昇して第1仕切板75a及び第2仕切板75bの高さを超えた場合には、収容部A及びB内の水が第1仕切板75a及び第2仕切板75bを超えてバッファ部C内へ流入する。
The
なお、その他の点の構成及び動作については、前記第1及び3の実施の形態と同様であるので、その説明を省略する。 Since the configuration and operation of other points are the same as those in the first and third embodiments, description thereof is omitted.
このように、本実施の形態においては、収容部Aと収容部Bとの間にバッファ部Cが形成されているので、収容部A及びB内の水位LA 及びLB の変動によって、収容部Aから収容部Bに水が流入する場合に、収容部Aからの水がバッファ部C内の水によって希釈されるので、収容部B内における水の不純物濃度の上昇を抑制することができる。したがって、不純物濃度が高い水を燃料電池スタック11に供給することがないので、燃料電池スタック11の性能低下を抑制することができる。 Thus, in this embodiment, since the buffer portion C between the housing part A and the housing portion B is formed, by variation of the water level L A and L B of housing part A and the B, housed When water flows from the part A into the storage part B, the water from the storage part A is diluted by the water in the buffer part C, so that an increase in the impurity concentration of water in the storage part B can be suppressed. . Therefore, since water with a high impurity concentration is not supplied to the fuel cell stack 11, it is possible to suppress performance degradation of the fuel cell stack 11.
また、収容部A及びB内の水位LA 及びLB の変動によって、収容部Bから収容部Aに水が流入する場合に、収容部Bからの水がバッファ部C内の水によって希釈されるので、収容部A内における水の不純物濃度の低下を抑制することができる。したがって、不純物濃度が高い水を浄化機構を通過させることができ、効率的に不純物を除去することができる。 Further, the variation of the water level L A and L B of housing part A and the B, the water in the housing unit A from the storage unit B when the inflowing water from the housing portion B is diluted with water in the buffer portion C Therefore, the fall of the impurity concentration of the water in the accommodating part A can be suppressed. Therefore, water with a high impurity concentration can be passed through the purification mechanism, and impurities can be efficiently removed.
さらに、本実施の形態における水浄化装置及び燃料電池システムは、前記第3の実施の形態における水浄化装置及び燃料電池システムと同様の効果も奏するものである。 Furthermore, the water purification device and the fuel cell system in the present embodiment also have the same effects as the water purification device and the fuel cell system in the third embodiment.
次に、本発明の第6の実施の形態について説明する。なお、第1〜第5の実施の形態と同じ構造を有するものについては、同じ符号を付与することによってその説明を省略する。また、前記第1〜第5の実施の形態と同じ動作及び同じ効果についても、その説明を省略する。 Next, a sixth embodiment of the present invention will be described. In addition, about the thing which has the same structure as 1st-5th embodiment, the description is abbreviate | omitted by providing the same code | symbol. Explanation of the same operations and effects as those of the first to fifth embodiments is also omitted.
図13は本発明の第6の実施の形態における水浄化装置の構成を示す図、図14は本発明の第6の実施の形態における水浄化装置の動作を示す表である。 FIG. 13 is a diagram showing the configuration of the water purification apparatus according to the sixth embodiment of the present invention, and FIG. 14 is a table showing the operation of the water purification apparatus according to the sixth embodiment of the present invention.
本実施の形態において、水タンク43は、内部に配設された第1仕切板75a、第2仕切板75b及び第3仕切板75cによって4分割され、2つの収容部A及びB、並びに、収容部Aと収容部Bとの間の収容部としての第1バッファ部C1及び第2バッファ部C2を有する。すなわち、バッファ部Cが第3仕切板75cによって2分割され、第1バッファ部C1及び第2バッファ部C2になっている。そして、前記第3仕切板75cの高さは、第1仕切板75a及び第2仕切板75bの高さよりも低くに設定されている。その他の点の構成については、前記第5の実施の形態と同様である。
In the present embodiment, the
したがって、収容部B内の水量が減少し、収容部B内の水位LB が規定値未満になると、一方の開閉弁77が開放して、第2バッファ部C2内の水が収容部Bに流入する。また、収容部A内の水量が減少し、収容部A内の水位LA が規定値未満になると、他方の開閉弁77が開放して、第1バッファ部C1内の水が収容部Aに流入する。
Thus, housing section water is reduced in B, when the water level L B of the housing portion B is less than a specified value, and one of the opening and closing
また、収容部A及びB内の水位LA 及びLB が上昇して第1仕切板75a及び第2仕切板75bの高さを超えた場合には、収容部A及びB内の水が第1仕切板75a及び第2仕切板75bを超えて第1バッファ部C1及び第2バッファ部C2内へ流入する。
Further, when the water level L A and L B of housing part A and in B is greater than the height of the
さらに、第1バッファ部C1又は第2バッファ部C2の一方の水位が第3仕切板75cの高さを超えた場合には、第3仕切板75cを超えて他方へ水が流入する。
Furthermore, when the water level of one of the first buffer part C1 or the second buffer part C2 exceeds the height of the
なお、その他の点の構成及び動作については、前記第5の実施の形態と同様であるので、その説明を省略する。 Since the configuration and operation of other points are the same as those of the fifth embodiment, description thereof is omitted.
このように、本実施の形態においては、バッファ部Cが第1バッファ部C1と第2バッファ部C2とに分割されているので、前記第5の実施の形態における水浄化装置及び燃料電池システムが奏する効果が増大する。 Thus, in the present embodiment, since the buffer unit C is divided into the first buffer unit C1 and the second buffer unit C2, the water purification device and the fuel cell system according to the fifth embodiment are the same. The effect to play increases.
なお、本実施の形態においては、バッファ部Cが2分割された例について説明したが、バッファ部Cは3分割以上に分割することもできる。すなわち、水タンク43は、5分割以上に分割することもできる。
In the present embodiment, an example in which the buffer unit C is divided into two parts has been described. However, the buffer unit C can be divided into three or more parts. That is, the
また、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々変形させることが可能であり、それらを本発明の範囲から排除するものではない。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made based on the spirit of the present invention, and they are not excluded from the scope of the present invention.
さらに、本実施の形態においては、多数の燃料電池をセパレータを挟んで積層した燃料電池スタックに適用した場合について説明したが、燃料電池を多数直列に接続した燃料電池集合体であれば、どのような構造のものにも適用してもよいことは言うまでもない。 Furthermore, in the present embodiment, a case where a fuel cell stack in which a large number of fuel cells are stacked with separators interposed therebetween has been described. However, any fuel cell assembly in which a large number of fuel cells are connected in series will be described. Needless to say, the present invention may be applied to a structure having a different structure.
11 燃料電池スタック
41 凝縮水排出管路
43 水タンク
46 給水管路
71 収容部連結管路
72 水浄化用ポンプ
73 浄化フィルタ
76 差圧弁
77 開閉弁
79 水制御弁
11
Claims (5)
水を浄化する浄化機構とを有する水浄化装置であって、
前記水タンクは、前記回収管路が接続され、不純物濃度が相対的に高い水を収容する回収側収容部、及び、前記供給管路が接続され、不純物濃度が相対的に低い水を収容する供給側収容部を備え、
前記浄化機構は、前記回収側収容部と供給側収容部とを連結する収容部連結管路に配設されることを特徴とする水浄化装置。 A water tank connected to a recovery line for recovering waste water and a supply line for supplying purified water;
A water purification device having a purification mechanism for purifying water,
The water tank is connected to the recovery pipe and receives a water having a relatively high impurity concentration, and a recovery-side storage section that receives water having a relatively low impurity concentration. Provided with a supply-side container,
The water purification apparatus, wherein the purification mechanism is disposed in a storage unit connecting pipe that connects the recovery side storage unit and the supply side storage unit.
請求項1〜4のいずれか1項に記載の水浄化装置とを有する燃料電池システムであって、
前記供給側収容部から供給された水を前記酸素極に噴射し、該酸素極から排出された水を回収して前記回収側収容部に戻すことを特徴とする燃料電池システム。 A fuel cell assembly in which a plurality of fuel cells each having an electrolyte layer sandwiched between a fuel electrode and an oxygen electrode are connected in series;
A fuel cell system comprising the water purification device according to any one of claims 1 to 4,
A fuel cell system, wherein water supplied from the supply-side accommodation unit is jetted to the oxygen electrode, and water discharged from the oxygen electrode is collected and returned to the collection-side accommodation unit.
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