专利名称：燃料电池系统及其运转方法
技术领域：
本发明涉及采用燃料电池进行发电的燃料电池系统及其运转方法等。
背景技术：
下面依次说明以往的固体高分子型燃料电池系统。
首先，图16为以往的固体高分子型燃料电池系统的构成图，对固体高分子型燃料电池1从冷却水罐2通过冷却水路径3利用冷却水泵4供给纯水冷却水，通过了燃料电池1的纯水冷却水利用散热器那样的热交换器5冷却后，返回冷却水罐2，这样构成冷却水循环系统。
这时，从进行冷却水冷却的热交换器5有导电性离子溶入纯水冷却水中，若该导电性离子增加，则产生在燃料电池1内短路，发电量降低的问题，因此必须从冷却水中去除导电性离子，为此在冷却水路径3的途中设置为了去除从热交换器5溶入的导电性离子，采用离子交换树脂的去离子过滤器6。
另外，由于在冷却水路径3上设置去离子过滤器6，因此燃料电池1在高负荷运转下必须增加冷却水时，由于冷却水在去离子过滤器6的压力损失增大，因此为了力图减少压力损失，而设置旁路路径7，另外在旁路路径7上设置流量控制阀，在低负荷运转下使用少量冷却水，在达到去离子过滤器6的压力损失不产生影响的程度时，能够使纯水冷却水顺利通过去离子过滤器6。
然而，冷却水罐的水在持续循环的过程中，由于其量要减少，因此必须从外部补充，作为其供给源有从自来水等外部引入的水，或者是来自系统内部的回收水，这在图中未画出。
自来水去除对人体有害的成份，达到非常低的浓度，使得作为饮用水没有问题，但允许无害的钙，镁等硬水成份和钠，氯等盐分达到相当高的浓度。另外，为了杀菌还添加次氯酸钠，使得在水龙头处达到一定浓度以上，这从纯度的观点是非常不利的。另外，在从地下水等其它水源将水引入时，也含有大量的有机酸和硬水成分等，从必须足够净化的观点与自来水相同。
另外，来自系统内部的回收水，由于是在燃料电池内部发电时通过氢(H2)与氧(O2)的反应而生成，因此虽然原理上能够得到高纯度水，但在构筑实用系统时，根据安全性和热效率等理由，有管道和阀门等必须用金属制成的零部件，金属离子很难完全不溶入回收的水中。另外，由于与空气接触，也有二氧化碳溶入，生成碳酸离子，使电导率提高。因而，在使用回收水作为氢发生器和燃料电池的冷却水时，也必须利用离子交换时树脂等进行净化。
固体高分子型燃料电池系统运转时通常使70-80℃的冷却水循环。上述图16所示的固体高分子型燃料电池系统的冷却水路径3由于采用密闭结构，因此若系统进行运转，则冷却水温度从运转前的常温冷却水变为发电中的高温冷却水，随之冷却水罐2内部的压力和冷却水路径3的水压上升。另外，在系统运转停止时，冷却水温度从发电中的高温冷却水变为运转结束后的常温冷却水，随之冷却水罐2内部的压力和冷却水路径3的水压下降。因而第1个问题是，冷却水罐2和冷却水路径3的构造必须使其能够承受因温度变化而产生的压力变动。
另外，去离子过滤器6由于在冷却水路径3中，随着冷却水流量增加，通过去离子过滤器6的冷却水量也增加，结果冷却水路径3的压力损失增加。在以往的例子中为避免这种情况，采用了旁路路径7和流量调节阀8，因而第2个问题是，由于零部件数量增加，因此成本增加。关于这一问题，虽然也有通过提高冷却水泵4的能力的解决方法，但这也增加成本，同时增加系统运转的辅机的消耗功率，成为系统综合效率下降的主要原因，不能说完全解决了问题。
另外，离子交换树脂(特别阴离子交换树脂)的耐用温度几乎都比较低，而冷却固体离分子型燃料电池1的冷却水的温度为70-80℃左右。因此，冷却水路径3包括的去离子过滤器6内部的离子交换树脂，由于从耐用温度这一点来说是在很严酷的条件下长时间运转，将导致热老化，容易缩短寿命，再有即使在冷却水的水质较好的情况下，同样流过70-80℃左右的冷却水。第3个问题是，这种情况效率很差，同时更进一步缩短去离子过滤器6内部的离子交换树脂的寿命。
其次，如上所述，在使燃料电池系统实用化时，由于必须使用纯度不够高的从外部引入的水，因此离子交换树脂很快劣化，在小型装置中寿命短，必须频繁维修，运行成本也提高。作为延长离子交换树脂寿命的方法，有一种是在前段设置反渗透膜，将水进行预净化后，再用离子交换树脂净化，这种方法多用于超纯水制造等方面。作为燃料电池用的净水制造装置，如日本专利特开平10-235396所述，也有一种方法是将通过反渗透膜进行某种程度净化的水通过离子交换树脂。另外，上述特开平10-235396的全部揭示内容是通过完全照原样引用(参照)而形成一体化。
反渗透膜是开有微细小孔的膜，几乎所有的杂质都不能透过该膜，由于水分子透过，因此高纯度水在膜的反面一侧渗出。不能透过的杂质常作为浓缩水排出。供给水的压力越高，另外温度越高，就能够使更多的水净化，但由于大量浓缩水废弃，因此排出的水的部分增加了运行成本。另外，若想要不浪费废弃的水，则必须设置将废水返回原水再度净化用的水流路径等，需要其它的构成，上述是第4个问题。
发明内容
考虑到上述以往的固体离分子型燃料电池系统具有的第1—第3个问题，本发明的目的在于提供以低成本和简单的构成，谋求延长维持冷却水水质用的离子交换树脂的寿命，高效率的固体高分子型燃料电池系统及其运转方法。
另外，本发明还是解决上述以往的燃料电池系统中水处理方面的第4个问题的发明，在为了延长水净化所用的离子交换树脂的寿命或减少使用量而采用反渗透膜装置进行净化时，通过减少浓缩水的废弃量以降低运行成本。
为了达到上述目的，本申请的第1方面(与权利要求1对应)是燃料电池系统，包括采用燃料气体和氧化剂气体进行发电的燃料电池，贮存对所述燃料电池进行冷却的冷却水的冷却水罐，将所述燃料电池排出的排放燃料气体冷却并使合有的水蒸气冷凝得到冷凝水的燃料侧冷凝装置和/或将所述燃料电池排出的排放氧化剂气体冷却并使含有的水蒸气冷凝得到冷凝水的氧化剂侧冷凝装置，贮存用所述燃料侧冷凝装置和/或所述氧化剂侧冷凝装置得到的所述冷凝水并向大气开放的冷凝水罐，以及使所述冷却水罐内的空间与所述冷凝水罐内的空间连通的大气连通路径。
另外，本申请的第2方面(与权利要求2对应)是本申请的第1方面的燃料电池系统，还包括包含从所述冷凝水罐向所述冷却水罐供水的供水装置和对供给所述冷却水罐的水的水质进行调整的水质处理装置的供水路径，至少对所述供水装置的动作进行控制的控制装置，从所述冷凝水罐将利用所述水处理装置进行水质调整的水供给所述冷却水罐。
另外，本申请的第3方面(与权利要求3对应)是本申请的第2方面的燃料电池系统，所述控制装置在该燃料电池系统的运转起动时和/或运转结束时使所述供水装置动作。
另外，本申请的第4方面(与权利要求4对应)是本申请的第2方面的燃料电池系统，所述控制包括对该燃料电池系统的运转次数进行计数和记忆的运转次数记忆装置，将记忆的所述运转次数复位至初始状态的运转次数复位装置，在所述运转次数记忆装置记忆的所述运转次数超过一定次数时，使所述供水装置动作，在所述供水装置动作结束后，利用所述运转次数复位装置将所述运转次数复位。
另外，本申请的第5方面(与权利要求5对应)是本申请的第2方面的燃料电池系统，所述控制装置包括对该燃料电池系统的运转时间进行计数和记忆的运转时间记忆装置，将记忆的所述运转时间复位至初始状态的运转时间复位装置，在所述运转时间记忆装置记忆的所述运转时间超过一定时间时，使所述供水装置动作，在所述供水装置动作结束后，利用所述运转时间复位装置将所述运转时间复位。
另外，本申请的第6方面(与权利要求6对应)是本申请的第2方面的燃料电池系统，所述控制装置包括检测所述冷却水水质的水质检测装置，在所述水质比预定的第1标准值恶化时，使所述供水装置动作，在所述供水装置动作过程中，在所述水质优于预定的第2标准值时，使所述供水装置停止。
另外，本申请的第7方面(与权利要求7对应)是本申请的第2方面的燃料电池系统，所述水质处理装置采用离子交换树脂。
另外，本申请的第8方面(与权利要求8对应)是本申请的第1至第7方面的任一方面的燃料电池系统，包括包含与所述冷却水进行热交换的贮存热水循环路径的贮热水槽，
以及反渗透层装置。
另外，本申请的第9方面(与权利要求9对应)是本申请的第8方面的燃料电池系统，所述反渗透层装置接受供给的自来水，将它分离成净化水和浓缩水，将所述浓缩水供给所述贮热水槽，将所述净化水供给所述冷凝水罐或所述冷却水罐。
另外，本申请的第10方面(与权利要求10对应)是本申请的第8方面的燃料电池系统，所述反渗透层装置接受由所述贮热水槽供给的所述贮存热水，将它分离成净化水和浓缩水，将所述逍缩水返回所述贮热水槽，将所述净化水供给所述冷凝水罐或所述冷却水罐。
另外，本申请的第11方面(与权利要求11对应)是本申请的第9或第10方面的燃料电池系统，包括将所述反渗透层装置的供给侧与所述浓缩水排出侧直接连接的旁路路径，以及在所述反渗透膜装置的供给侧与所述旁路路径的分支点或从该分支点的所述供给侧设置的反渗透膜入口侧路径调节阀和/或在所述反渗透膜装置的所述浓缩水排出侧与所述旁路路径的分支点或从该分支点的所述排出侧设置的浓缩水排出侧路径调节阀，所述控制单元利用反渗透膜入口侧路径调节阀和/或所述浓缩水排出侧路径调节阀进行调节，使得所述反渗透层装置的通过水量的全部或一部分通过所述旁路路径。
另外，本申请的第12方面(与权利要求12对应)是权利要求11所述的燃料电池系统，包括测量供给所述反渗透膜装置的水的温度的温度检测装置，所述控制单元根据利用所述温度检测装置测量的温度进行控制，以调节供给所述旁路路径与所述反渗透膜装置的水的比例。
另外，本申请的第13方面(与权利要求13对应)是本申请的第11方面的燃料电池系统，包括在所述反渗透膜装置的入口侧路径设置的增加水压的升压装置。
另外，本申请的第14方面(与权利要求14对应)是本申请的第1方面的燃料电池系统，包括测量所述冷凝水罐贮存的水量的水量测量装置。
另外，本申请的第15方面(与权利要求15对应)是本申请的第11方面的燃料电池系统，还包括测量从所述冷凝水罐供给改质单元的水的水量的流量测量装置，所述改质单元对所述燃料电池供给燃料气体。
另外，本申请的第16方面(与权利要求16对应)是本申请的第11方面的燃料电池系统，包括测量所述燃料电池发电量的发电量测量装置，以及根据所述发电量测量装置的检测值推算所述燃料侧冷凝装置和/或所述氧化剂侧冷凝装置得到的冷凝水回收量的回收水量推算装置。
另外，本申请的第17方面(与权利要求17对应)是本申请的第9或第10方面的燃料电池系统，所述贮热水槽包括排出阀，它在用所述反渗透膜装置净化的水不够时，将所述贮存热水排出。
另外，本申请的第18方面(与权利要求18对应)是燃料电池系统的运转方法，所述燃料电池系统包括采用燃料气体和氧化剂气体进行发电的燃料电池，贮存对所述燃料电池进行冷却的冷却水的冷却水罐，将所述燃料电池排出的排放燃料气体冷却并使含有的水蒸气冷凝得到冷凝水的燃料侧冷凝装置和/或将所述燃料电池排出的排放氧化剂气体冷却并使含有的水蒸气冷凝得到冷凝水的氧化剂侧冷凝装置，贮存用所述燃料侧冷凝装置和/或所述氧化剂侧冷凝装置得到的所述冷凝水并向大气开放的冷凝水罐，以及使所述冷却水罐内的空间与所述冷凝水罐内的空间连通的大气连通路径，所述燃料电池系统的运转方法包括采用所述燃料气体和所述氧化剂气体使所述燃料电池发电的工序，利用所述冷却水罐的冷却水将所述燃料电池冷却的工序，利用所述燃料侧冷凝装置和/或所述氧化剂侧冷凝装置将所述燃料电池排出的排放燃料气体和/或所述排放氧化剂气体冷却并使含有水蒸气冷凝得到冷凝水的工序，以及将所述冷凝水贮存在所述冷凝水罐的工序，将所述冷却水罐内的压力变化利用所述冷凝水罐的大气压加以吸收。
另外，本申请的第19方面(与权利要求19对应)是本申请的第1 9方面的燃料电池系统的运转方法，所述燃料电池系统包括包含从所述冷凝水罐向所述冷却水罐供水的供水装置和对供给所述冷却水罐的水的水质进行调整的水质处理装置的供水路径，
所述燃料电池系统的运转方法包括从所述冷凝水罐将利用所述水处理装置进行水质调整的水供给所述冷却水罐的工序。
另外，本申请的第20方面(与权利要求20对应)是本申请的第18或第19方面的燃料电池系统的运转方法，所述燃料电池系统包括包含与所述冷却水进行热交换的贮存热水循环路径的贮热水槽，以及反渗透层装置，所述燃料电池系统的运转方法包括利用所述反渗透装置对所述冷却水罐和/或所述冷凝水罐供给净化水的工序，以及将所述反渗透装置排出的浓缩水供给所述贮热水槽的工序。
图1为本发明实施形态1的固体高分子型燃料电池系统构成图。
图2为本发明实施形态2的固体高分子型燃料电池系统构成图。
图3为本发明实施形态3的固体高分子型燃料电池系统构成图。
图4为本发明实施形态4的固体高分子型燃料电池系统构成图。
图5为本发明实施形态5的固体高分子型燃料电池系统构成图。
图6为本发明实施形态6的燃料电池系统构成图。
图7为本发明实施形态7的燃料电池系统构成图。
图8为本发明实施形态8的燃料电池系统构成图。
图9为本发明实施形态9的燃料电池系统构成图。
图10为本发明实施形态10的燃料电池系统构成图。
图11为本发明实施形态11的燃料电池系统构成图。
图12为本发明实施形态12的燃料电池系统构成图。
图13为本发明实施形态13的燃料电池系统构成图。
图14为燃料电池内部反应的示意图。
图15为本发明实施形态9的燃料电池系统构成图。
图16为以往的固体高分子型燃料电池系统构成图。
标号说明11燃料电池12冷却水罐13冷却水路径
14冷却水泵15热交换器22、47去离子过滤器16燃料侧冷凝器17空气侧冷凝器18冷凝水罐19供水泵20供水路径21排水路径23、26、30、31控制单元24运转次数记忆装置25运转次数复位装置27运转时间记忆装置28运转时间复位装置29水质检测器41改质器42燃烧单元43贮热水槽44反渗透膜装置45贮存热水供给路径46贮存热水循环路径51、59水位传感器52排水阀53冷凝器58升压泵54反渗透膜入口侧路径切换阀55浓缩水排出侧路径切换阀56旁路路径57温度传感器60流量比调节阀61流量计
62发电量控制单元63电流测量单元64回收水量推算装置101电解质102燃料极103空气极104a氢气侧催化剂层104b空气侧催化剂层实施发明的最佳形态下面参照
本发明的实施形态。
(实施形态1)图1为本发明实施形态1的固体高分子型燃料电池构成图。包括采用燃料气体和氧化剂气体进行发电的固体高分子型燃料电池11，贮存对燃料电池11进行冷却的冷却水的冷却水罐12，使冷却水循环的冷却水路径13，作为使冷却水沿冷却水路径13循环的装置的冷却水泵14，将冷却水冷却的热交换器15，将燃料电池11排出的排放燃料气体冷却并使所含的水蒸气冷凝的燃料侧冷凝器16，将燃料电池11排出的排放空气冷却并使所含的水蒸气冷凝的空气侧冷凝器17，贮存用燃料侧冷凝器16和空气侧冷凝器17冷凝的水并向大气开放的冷凝水罐18，将冷却水罐12内部的剩余冷却水排出的排水路径21。排水路径21可以设置在冷却水罐的顶部或侧面的任一部位，但最好设置在冷却水罐的上部。另外，最好使其设置在系统运转时冷却水罐12内的冷却水水面的上部。
另外，排水路径21相当于本发明的大气连通路径。
下面说明本实施形态的固体高分子型燃料电池系统的运转动作。
供给燃料电池11的燃料气体和氧化剂气体是温度和温度被调节的气体。作为燃料气体可以采用氢气，也可以是将甲烷等碳氢化合物气体经过水蒸气改质而得到的那种富氢燃料气体。另外，氧化剂气体可以用氧气，也可以是空气等含氧的气体。
由于燃料电池11的电化学反应，要消耗燃料气体内的氢和氧化剂气体内的氧，在氧化剂气体一侧生成水。燃料电池11排出的氧化剂气体被引至氧化剂侧冷凝器17，通过与外气进行热交换，温度下降，排出空气所含的水蒸气冷凝形成水，被回收到冷凝水罐18。另一方面，燃料电池11排出的排放燃料气体被引至燃料侧冷凝器16，通过与外气进行热交换，温度下降，排放燃料气体所含的水蒸气冷凝形成水，被回收至冷凝水罐18。
另外，为了将进行发电的燃料电池11的温度在70℃以上保持一定，通过冷却水路径13，用冷却水泵14使水循环，在热交换器15中将燃料电池11产生的热量向外部散发。再有，由于冷却水罐12上方的气体通过排出路径21与向大气开放的冷凝水罐18连接，因此冷却水罐12内部的压力始终与大气开放状态相同。
若采用上述本实施形态的固体高分子型燃料电池系统的构成，则冷却水罐12内部的压力始终与大气开放状态相同。因此，若冷却水温度从系统运转前的常温变为发电中的高温，则由于温度上升，冷却水罐12上方的气体膨胀，同时冷却水对应于这时的温度的饱和水蒸气压而蒸发。即冷却水罐12上方的气体成为含有饱和水蒸气的潮湿气体。这时的冷却水罐12内部的压力始终与大气开放状态相同。该潮湿气体通过排水路径21一面向外气散热，一面进入冷凝水罐18。由于冷凝水罐18内部的水通常为40℃以下，因此冷凝水罐内部的气体是含有40℃以下的饱和水蒸气的气体。因而，来自冷却水罐12的潮湿气体通过排水路径21和冷凝水罐18，被冷却至40℃左右，过饱和部分的水蒸气冷凝成水，被回收至冷凝水罐18。
在稳定运转中，由于冷却水罐内部的温度为70℃以上的恒定温度，因此冷却水罐12上方的气体不产生体积变化，也几乎不产生冷却水蒸发。另外，在系统运转停止时，由于冷却水温度从发电中的高温冷却水变为运转结束后的常温冷却水，因此冷却水罐12内部的气体体积收缩，同时水蒸气冷凝。这时，由于与减少的体积相当的气体从向大气开放的冷凝水罐18通过排水路径21流入冷却水罐12，因此冷却水罐12内部的压力即使在停止时也始终与大气开放状态相同。
即通过采用本实施形态所示的固体高分子型燃料电池系统的构成，能够将冷却水罐12内部的压力始终保持与大气开放相同的状态，没有必要对冷却水罐12和冷却路径13采用承受压力变动的结构。
另外，在本实施形态中，设置了燃料侧冷凝器16和氧化剂侧冷凝器17这两种冷凝器，但即使设置燃料侧冷凝器16和氧化剂侧冷凝器的任一种冷凝器，也包括同样的效果。
另外，在本实施形态中，燃料侧冷凝器16和氧化剂侧冷凝器17是作为外气进行热交换的气冷式热交换器进行说明的，但彩和与水进行热交换的水冷式热交换器，也包括同样的效果。
另外，也可以将冷凝水罐18内的水供给冷却水罐12。
(实施形态2)图2为本发明实施形态2的固体高分子型燃料电池系统构成图。图中对于与图1相同的构件而且包括相同功能的部分附加相同的标号，并省略其说明。
在本实施形态中，包括设置了冷凝水罐18将冷凝水送往冷却水罐12的供给泵19和去离子过滤器22的供水路径20，以及控制供水泵19动作的控制单元23，以上这些与图1所示的实施形态1不同，这里的去离子过滤器22相当于本发明的水质处理装置。
下面说明动作情况。在冷却水罐12内部的冷却水减少时，通过控制单元23的控制，使供水路径20的供水泵19动作，将冷凝水罐18的水供给冷却水罐12。这时，即使进入冷却水罐12的水过多，也通过排水路径21将多余冷却水排出至冷凝水罐18，在冷却水罐12内产生空间，在其内部不会全部被水充满。
这时，去离子过滤器22是用离子交换树脂去除冷却水罐12内的水所含的离子，对供给冷却水罐12的水进行水质调整。
若采用上述本实施形态所示的固体高分子型燃料电池系统的构成，则包括实施形态1所示的作用，同时在连续运转时供给水，使得冷却水罐12内的水不减少，还能够对该供给水进行水质调整。而且，由于冷凝水为40℃左右，因此离子交换树脂能够在耐用温度以下使用，能够防止离子交换树脂的热老化。
另外，若采用上述本实施形态所示的固体高分子型燃料电池系统的构成，还能够实现以下所示的运转。
在冷却水罐12内部的冷却水没有减少时，使供水泵19动作。于是，通过供水路径20的去离子过滤器22，将经过水质调整的水供给冷却水罐12。与此相应，过剩的冷却水通过排水路径21排出，被回收至冷凝水罐18。供给冷却水罐12的水与排出的水相比，水质要好。因此，能够改善冷却水的水质。
另外，被回收至冷凝水罐18的冷却水虽然是70℃以上的高温，但由于用燃料侧冷凝器16和空气侧冷凝器17冷凝回收的冷凝水是40℃左右，因此通过去离子过滤器22的水没有超过离子交换树脂的耐用温度。即离子交换树脂不会热老化，能够延长去离子过滤器22的寿命，而且在系统运转中还能够维持冷却水的水质。
另外，通过这样在系统运转中长时间使供水泵19动作，还能够长时间维持冷却水的水质。
再有，在上述本实施形态所示的固体高分子型燃料电池系统的构成中，去离子过滤器22在供水路径中。因此，既没有必要采用以往例子所示的旁路路径7和流量调节阀8，也没有必要提高冷却水泵4的能力。即不会因增加零部件数量和提高能力而导致成本增加和辅机的消耗功率增加，能够以低成本实现高效率的固体高分子型燃料电池系统。
因而，通过采用本实施形态所示的固体高分子型燃料电池系统的构成，能够包括在实施形态1中说明的作用，同时能够维持冷却水的水质而且延长去离子过滤器22的寿命，还能够实现以成本提高系统的综合效率。
下面进一步说明本实施形态所示的固体高分子型电池系统有效的运转方法。
所谓本运转方法，是在系统运转起动时和结束时的某一种状态或两种状态时，使供水泵19动作以维持冷却水水质的运转方法。
系统起动时的冷却水是低温。因而供给冷却水罐12的水与排出的水几乎没有温度差，所以几乎没有热损失。另外，在系统运转结束时的情况下，由于燃料电池11中不发热，因此冷却水的热量只有供给水和排出水的热量，热量将减少，与其热量相应，冷却水温度下降。即由于更快地使冷却水和燃料电池11冷却，因此包括能够缩短结束时间的效果。
本运转方法对于将发电中由燃料电池产生的热量回收利用于供热水和暖气等的固体高分子型燃料电池发电和废热供暖系统是更加有效的。
(实施形态3)图4为本发明实施形态11的固体高分子型燃料电池系统的构成图。图中对于与图2相同的构件而且包括相同功能的部分附加相同的标号，并省略其说明。
在实施形态所示的固体高分子型燃料电池系统的控制单元23包括对系统的运转次数进行计数和记忆的运转次数记忆装置24和将运转次数复位至初始状态的运动次数复位装置25。
运转次数记忆装置24在系统运转结束后，将运转次数n加1的n+1值重新记忆。另外，运转次数复位装置25在供水泵19的动作结束后，将运转次数记忆装置24的运转次数n变为初始状态的0。
下面说明本实施形态的固体高分子型燃料电池系统的运转动作情况。
将运转次数记忆装置24的运转次数n与使供水泵19动作用的运转次数阈值n1进行比较，在n＞n1时，由控制单元23发出指令，使供水泵19动作。在由控制单元23对供水泵19发出供水泵19动作结束指令，使供水泵19结束动作后，用运转次数复位装置25将运转次数记忆装置24的运转次数复位装置25将运转次数记忆装置24的运转次数n置于初始状态0。在n＜n1或n＝n1时，供水泵19不动作。另外，阈值n1是用来决定使供水泵19动作的时刻。燃料系统断续运转，冷却水罐12内的水质将恶化，根据经验求出运转次数，据此决定所述阈值n1。
由控制单元23对供水泵19发出的指令可以是在能够动作的任何时间。另外，也可以发出多次指令。在发出多次指令时，在根据其最后指令供水泵19动作和动作结束之后，用运转次数复位装置25将运转次数记忆装置24的运转次数n置于初始状态0。
这样，通过采用本实施形态所示的固体高分子型燃料电池系统的构成，利用运转次数对供水泵19的动作进行管理，使维持冷却水水质动作的供水泵19仅动作所需要的次数，通过这样能够实现最佳的动作状态。因此，能够维持最佳的冷却水水质，而且能够更延长去离子过滤器22的寿命。即能够得到延长维持冷却水水质用的去离子过滤器22的寿命的固体高分子型燃料电池系统。
另外，在本实施形态中，运转次数记忆装置24是在系统运转结束后将运转次数n加1的n+1值重新记忆的，但在包含起动和结束在内的系统运动的任何时候将运转次数从n重新记忆为n+1，也能够得到相同的效果。
(实施形态4)图4为本发明实施形态4的固体高分子型燃料电池系统的构成图。图中对于与图2相同的构件而且包括相同功能的部分附加相同的标号，并省略其说明。
本实施形态所示的固体高分子型燃料电池系统中包括控制供水泵19动作的控制单元26，控制单元26包括对系统的运转时间进行计数和记忆的运转时间记忆装置27和将运转时间复位至初始状态的运转时间复位装置28。
运转时间记忆装置27对系统运转的累积时间进行计数，并将该时间重新记忆。另外，运转时间复位装置28在供水泵19的动作结束后，将运转时间记忆装置27的运转时间变为初始状态0。
下面说明本实施形态的固体高分子型燃料电池系统的运转动作情况。
将运转时间记忆装置27记忆的运转时间T与使供水泵19动作用的运转时间阈值T进行比较，在T＞T1时，由控制单元26发出指令，使供水泵19动作。在由控制单元26对供水泵19发出供水泵19动作结束指令，使供水泵19结束动作后，用运转时间复位装置28将运转时间记忆装置27的运转时间T置于初始状态0。在T＜T1或T＝T1时，供水泵19不动作。另外，阈值T1是用来决定使供水泵19动作的时刻。燃料系统连续运转，冷却水罐12内的水质将恶化，根据经验求出运转时间，据此决定所述阈值T1。
由控制单元26时供水泵19发出的指令可以是在能够动作的任何时间，另外，也可以发出多次指令。在发出网次指令时，在根据其最后指令供水泵19动作和动作结束之后，用运转时间复位装置28将运转时间记忆装置27的运转时间T置于初始状态0。
这样，通过采用本实施形态所示的固体高分子型燃料电池系统的构成，利用运转时间对供水泵19的动作进行管理，使维持冷却水水质动作的供水泵19仅动作所需要的次数，通过这样能够实现最佳的动作状态。因此，能够维持最佳的冷却水水质，而且能够更延长去离子过滤器22的寿命。即能够得到延长维持冷却水水质用的去离子过滤器22的寿命的固体高分型燃料电池系统。
(实施形态5)图5为本发明实施形态5的固体高分子型燃料电池系统的构成图。图中对于与图2引同的构件而且包括相同功能的部分附加相同的标号，并省略其说明。
在本实施形态所示的固体高分子型燃料电池系统中，包括检测沿冷却水路径13循环的冷却水水质的作为本发明的水质检测装置的水质检测器29，以及根据水质检测器29的检测结果控制供水泵19动作的控制单元30。
另外，在控制单元30中包括作为预定值的第1标准值和第2标准值，第1标准值是在水质检测器29所示的值比该值恶化时使供水泵19动作的阈值，第2标准值是在供水泵19动作过程中水质检测器29所示的值优于该值时使供水泵19的动作停止的阈值。
在本实施形态中，特别采用电导率计作为水质检测器29。再规定冷却水路径13内的水的电导率a1作为第1标准值，规定冷却水路径13内的水的电导率a2作为第2标准值。
下面说明本实施形态的固体高分子型燃料电池系统的运转动作情况。
用水质检测器29测量的电平率a与使供水泵19动作用的第1标准值即电导率a1进行比较，在a＞a1时，由控制单元30发出指令，使供水泵19动作，供水泵19持续动作，一直到a＜a2。
在供水泵19动作过程中，用水质检测器29测量的电导率a与使供水泵19动作停止用的第2标准值即电导率a2进行比较，在a＜a2时，由控制单元30发出指令，使供水泵19动作停止。供水泵19持续停止，一直到再次a＞a1。
另外，由控制单元30向供水泵19发出的指令可以是在能够动作的任何时候。
这样，通过采用本实施形态所示的固体高分子型燃料电池系统的构成，根据冷却水的水质来管理供水泵19的动作，能够使维持冷却水水质而动作的供水泵19有最佳动作状态。通过这样，能够维持最佳的冷却水水质，而且能够更延长去离子过滤器22的寿命。即能够得到延长维持冷却水水质用的去离子过滤器22的寿命的固体高分型燃料电池系统。
另外，在本实施形态中进行说明的是特别采用电导率作为冷却水水质，采用电导率计进行电导率测量，但本发明的水质不限定于此，也可以是水质检测装置检测PH值，并用它来管理冷却水水质，这也能够得到同样的效果。
(实施形态6)图6为本发明实施形态6的燃料电池系统的构成图，对于与图1和图2相同部分或相当部分附加相同的标号，并省略详细说明。另外，41为改质器，42为改质器加热用的燃烧单元，43为贮热水槽，44为反渗透膜装置，45为贮存热水供水路径，46为贮存热水循环路径，47为采用离子交换树脂的去离子过滤器，48为改质水供水泵，49为送风机，50为贮存热水循环泵，51为水位传感器，52为排出贮存热水用的排水阀，31为控制整个系统的控制单元。图中，燃料侧冷凝器16和空气侧冷凝器17为了简单起见，集中为一个冷凝器53。这在以下的实施形态也同样。
下面说明上述构成的燃料电池系统的动作情况。
改质器41使城市燃气与水反应生成氢，将富氢燃气供给燃料电池11。为了生成氢，采用催化剂，改质器41用燃烧单元42使城市燃气燃烧，通过这样进行加热，使得催化剂活性为最佳状态。另外，利用送风机49将空气供给燃料电池11，在燃料电池11内部，氢与空气中的氧反应，通过这样发电，并随之生成水。
另外，从设置在冷却水路径13的冷却水罐12利用冷却水泵14使水流过燃料电池11内部，回收发电时产生的热量。一旦冷却水罐12中的水减少，则利用水位传感器51检测出水位下降，该信号被送至控制单元31，利用供水泵19补充冷却水。
另一方面，在贮存热水循环路径46中，从贮热水槽43利用贮存热水循环泵50送出贮存热水用热交换器15将从燃料电池11回收的热量从冷却水与贮存热水进行热交换，热水返回贮热水槽43加以贮存。
从燃料电池排出的空气通过冷凝器53使水冷凝，水进入冷凝水罐18，空气向装置外排出。氢气侧的排气进入改质器的燃烧单元42，使其与城市燃气一起燃烧。
一旦贮热水槽43的热水消耗掉，则从外部仅将该消耗部分的水引入贮热水槽43。这时，通过设置在贮存热水供水路径45的反渗透膜装置44，将预净化的水供给冷凝水罐18，将浓缩水引入贮热水槽43。
反渗透膜是开有微细小孔的膜，几乎所有的杂质都不能透过该膜，由于水分子透过，因此高纯度水在膜的反面一侧渗出。不能透过的杂质作为浓缩水排出。通常，在采用反渗透膜的水净化中，由于该浓缩水被废弃，因此必须供给比纯水需要量更多的原水。但是，在本实施形态中，由于浓缩水不废弃而被引入贮热水槽43，因此不会浪费水。
另外，在冷凝水罐18中贮存有从系统内部回收的水与用反渗透膜装置预净化的水所混合的水，它们利用改质水供水泵48供给改质器41，利用供水泵19供给冷却水罐12，是分别用它们通过去离子过滤器22和47净化成高纯度后供给。
另外，在本实施形态中，是将用反渗透膜装置预净化的水引入冷凝水罐18，与从系统内回收的水混合后，通过去离子过滤器22和47，但若去离子过滤器设置在用反渗透膜装置44预净化的水与回收水混合之前，也能够得到同样的效果。
再有，将用反渗透膜装置44预净化的水不经过冷凝水罐18，而直接引入离子交换树脂22和47，也能够得到同样的效果。
如上所述，在本实施形态中，若将贮热水槽43的热水用于热水供应，则将水供给反渗透膜装置44，将通常的用反渗透膜装置的净化中废弃的浓缩水供给贮热水槽，因此不会浪费水，能够得到预净化的水，能够抑制运行成本，力图延长去离子过滤器的离子交换树脂的寿命。
(实施形态7)图7为本发明实施形态7的燃料电池系统的构成图，对于与图6相同部分或相当部分附加相同的标号，并省略详细说明。本实施形态与实施形态6的不同点在于，反渗透膜装置44不是设置在贮存热水供水路径45，而是设置在贮存热水循环路径46上，将贮热水槽43作为输入侧，将热交换器15作为浓缩水排出侧，将冷凝水罐18作为净化水排出侧。
最开始，在冷却水路径13设置将热交换器15旁路的路径(图示省略)，分支切换阀(图示省略)和温度传感器(图示省略)，利用控制单元31调节流过旁路路径与热交换器15的水流。从一开始将水在贮存热水循环路径46中流动。若沿冷却水路径13循环的冷却水温度利用温度传感器测得在一定温度以下，则利用分支切换阀的切换，使水流过贮存热水循环路径46，开始将热水贮存在贮热水槽43，因此在此以后的运转中，始终对反渗透膜装置44供水，预净化的水贮存的冷凝水罐18。
在实施形态6中，在贮热水槽43的热水使用量少，而照原来样子冷却等情况下，从外部不供给自来水，在贮存热水供水路径45中保持没有水流动的状态下，即保持预净化的水不对冷凝水罐18追加的状态下进行发电，这时有可能预净化过的水不足。但是，在本实施形态中，系统在运转过程中，由于按照冷却水的热回收量在贮存热水循环路径46中始终有水流动，因此预净化的水不会不足。
如上所述，在本实施形态中，在燃料电池系统运转时，由于水在贮存热水循环路径46流动，反渗透膜装置44供给净化水，浓缩水照样在贮存热水循环路径12流动，因此不会浪费水，能够得到预净化的水，能够抑制运行成本，力图延长离子交换树脂的寿命。
(实施形态8)图8为本发明实施形态8的燃料电池系统的构成图，对于与图6和图7相同部分或相当部分附加相同的标号，并省略详细说明。本实施形态与实施形态7的不同点在于，在反渗透膜装置44的入口侧设置反渗透膜入口侧路径切换阀54，在反渗透膜装置44的浓缩水排出侧设置浓缩水排出侧路径切换阀55，再在反渗透膜入口侧路径切换阀54与浓缩水排出侧路径切换阀55之间设置不经由反渗透膜装置44而直接连接的旁路路径56。
控制单元31根据系统的运转状况，切换反渗透膜入口侧路径切换阀54和浓缩水排出侧路径切换阀55，通过切换使得利用反渗透膜装置44进行所需要量的水净化，而在不需要净化时，为了不进行多余的净化，使水流过旁路路径56一侧。这时，作为系统运转状况的一个例子，有时在冷凝水罐18中有足够的预净化水。这是在冷凝水罐18设置水量传感器，或利用冷却水罐12的水位传感器51间接检测冷凝水罐18的水量。另外，在反渗透膜装置44维修时，也作为运转状况的一个例子。
另外，在本实施形态中，本发明的与反渗透膜入口侧路径调节阀对应的渗透膜入口侧路径切换阀54和与浓缩水排出侧路径调节阀对应的浓缩水排出侧路径切换阀55是采用路径切换阀，但反渗透膜装置44的输口侧不用切换阀，而用调节流量比的阀来调节流量比，也能够得到同样的效果。另外，是作为包括渗透膜入口侧路径切换阀54和浓缩水排出侧路径切换阀55这两个阀的构成进行说明的，但也可以是包括任何一个阀的构成。再有，反渗透膜装置44的排出侧不用切换阀，而用调节流量比的阀来调节流量比，也能够得到同样的效果。
如上所述，在本实施形态中，在预净化水已足够时或反渗透膜装置44在维修时等不需要对反逆透膜装置44供水的情况下，能够不停止运转，而停止对反渗透膜装置44供水。另外，通过避免对不需要的水进行净化，能够延长反渗透膜装置的维修周期。
另外，在上述实施形态中，说明的构成是反渗透膜入口侧路径切换阀54，浓缩水排出侧路径切换阀55和旁路路径56附加设置在图7所示的实施形态7的构成上，但也可以附加在图6所示的实施形态6的构成上。
(实施形态9)图9为本发明实施形态9的燃料电池系统的构成图，对于与图6和图8相同部分或相当部分附加相同的标号，并省略详细说明。本实施形态与实施形态8的不同点在于，设置测量供给反渗透膜装置44的水的温度的温度检测装置即温度传感器57，根据利用温度传感器57测量的温度，控制单元31对旁路路径56与反渗透膜装置44进行切换，使水流过。
随着发电而产生的热量贮存在贮热水槽43，贮热水槽43内的水由于对流包括热梯度，从贮热水槽上部温度不断上升。贮存热水循环路径46的贮热水槽出口通常在贮热水槽的下部，虽然流出较低温度的水，但若接近沸腾，则贮热水槽下部的水的温度也上升，因此进入反渗透膜装置44的水的温度也升高。用温度传感器57测量供给反渗透膜装置44的水的温度，在达到某一定温度以上时，切换反渗透膜入口侧路径切换阀54和浓缩水排出侧路径切换阀55，使水不流过反渗透膜装置44，而流过旁路路径56。
这里的所谓一定温度是根据反渗透膜装置44的反渗透膜耐热温度而定的。一般，由于反渗透膜因高温而劣化，因此供给反渗透膜装置44的水根据耐热温度，必须在50℃左右以下。因而，在接近沸腾时，必须避免贮存热水仍旧照样经过反渗透膜装置，通过上述方法，在贮存热水的温度较高时，能够防止水流入反渗透膜装置44。
另外，在本实施形态中，是在达到某一定温度以下时，切换反渗透膜入口侧路径切换阀54和浓缩水排出侧路径切换阀55，使水不流过反渗透膜装置44，而流过旁路路径56，但采用能够调节流量的阀，调节流过旁路路径56与反渗透膜装置44的水的比例，也能够得到同样的效果。
如上所述，在本实施形态中，由于反渗透膜的温度越高，越能够得到更多的纯水，因此利用温度来调节流过反渗透膜装置44的水量，通过这样能够得到所需要的预净化水。另外，由于反渗透膜一般不耐高温，因此规定一定的温度，在达到该一定温度以上时，完全不使水流过反渗透膜装置44，通过这样能够防止反渗透膜装置劣化，延长其寿命。
(实施形态10)图10为本发明实施形态10的燃料电池系统的构成图。对于与图6—图9相同部分或相当部分附加相同的标号，并省略详细说明。本实施形态的特征在于，在反渗透膜装置44的入口侧路径设置增加水的压力用的升压装置即升压泵58。图中所示构成省略了浓缩水排出侧路径切换阀55(也可以设置)。
流过贮存热水循环路径46的水与流过贮存热水供水路径45的水相比，总流量多得很多，在一般其水压低于自来水压力的较低的情况下，有可能在反渗透膜装置44得到的水不够。通过在反渗透膜装置44的入口侧路径设置升压泵58，根据需要加压，就能够调节用反渗透膜装置44得到的净化水量，能够避免预净化水的不足。
如上所述，在本实施形态中，由于反渗透膜装置44的水的压力越高，越能够得到更多的净化水，因此在水的使用量增加，预净化能力不够时，通过提高水的压力，能够弥补不足的部分。
另外，在上述构成中，进行说明的是在包括反渗透膜入口侧路径切换阀54和旁路路径56的构成中设置升压泵58的情况，但也可以与实施形态8和9相同，在还增加浓缩水排出侧路径切换阀55的构成中设置升压泵58，也可以在实施形态7的构成中，采用在贮存热水循环泵50与反渗透膜装置44的入口侧之间设置升压泵58的构成。
(实施形态11)图11为本发明实施形态6的燃料电池系统的构成图。在图中，对于与图6和图8相同部分成相当部分附加相同的标号，并省略详细说明。本实施形态的特征在于，设置测量贮存用反渗透膜装置44预净化的水的冷凝水罐18所贮存的水量的水量测量装置即测量水位的水位传感器59。
在从贮热水槽43通过旁路路径56用热交换器15进行热交换的状态下，若冷凝水罐18的水减少，则水位下降，用水位传感器59检测出该水位下降，将信号送至控制单元31。根据该信号，控制单元31向反渗透膜入口侧路径切换阀54和浓缩水排出侧路径切换阀55送出指令，切换路径，使来自贮热水罐43的水从旁路路径56切换流向反渗透膜装置44。
通过这样，由于只有在冷凝水罐18的水量减少时能够用反渗透膜装置44进行净化，因此能够延长反渗透膜装置44的维修周期。
另外，在本实施形态中，作为水量测量装置是采用测量罐内的水位的水位传感器，但采用测量水罐的重量或用光检测水面等其它方式来测量水量，也能够得到同样的效果。
如上所述，在本实施形态中，在利用水量检测装置检测的水量较多时，通过增加旁路路径56的流量或仅使水流过旁路路径56，能够仅在必要时利用反渗透膜装置44进行水的预净化，就能够延长反渗透膜装置44的寿命。
另外，在上述实施形态中，进行说明的构成是在图7所示的实施形态7的构成中附加设置水位传感器59，反渗透膜入口侧路径切换阀54，浓缩水排出侧路径切换阀55和旁路路径56的情况，但也可以附加在图6所示的实施形态6的构成中而构成。
(实施形态12)图12为本发明实施形态7的燃料电池系统的构成图。在图中，对于与图6—图11相同部分或相当部分附加相同的标号，并省略详细说明。另外，60为相当于本发明的反渗透膜入口侧路径调节阀的流量比调节阀，61为流量计。另外，所示构成省略了浓缩水排出侧路径切换阀55(也可以设置)。
本实施形态的特征在于，设置测量供给改质器41的水流量的流量测量装置即流量计61。
用水位传感器51检测冷凝水罐18的水位，同时用流量计61测量供给改质器的水量，求出水的使用速度，控制单元31调节流量比调节阀60，进行所需要量的预净化，使得对所需要量的水进行净化。
即使在检测冷凝水罐18的水位之后，用反渗透膜装置44开始净化，若使用量增多，则有可能渐渐冷凝水罐18的水量减少，而若上述那样，则由于对所需要量的水进行净化，而且不会进行多余的净化，因此能够延长反渗透膜装置44的寿命。
如上所述，在本实施形态中，在根据想发电的功率改变生成的氢气量时，由于改质水量也相应变化，因此通过检测改质水量，就知道水的使用量，所以在使用量多时，使通过反渗透膜装置44的水量增加，在使用量少时，使通过反渗透膜装置44的水量减少，通过这样能够仅以所需要量的水进行预净水，能够延长反渗透膜装置44的寿命。
另外，在供水路径20设置流量计，测量供给的水的流量，控制单元31调节流量比调节阀60，使得对所需要量的水进行净化，这也能够得到同样的效果。另外，在上述实施形态中，进行说明的构成是在图7所示的实施形态的构成中附加流量计61的流量比调节阀60，但也可以附加在图6所示的实施形态6的构成中而构成。
(实施形态13)图13为本发明实施形态13的燃料电池系统的构成图。在图中，对于与图6—图12相同部分或相当部分附加相同的标号，并省略详细说明。另外，62为发电量控制单元，63为电流测量单元，64为冷凝水回收量推算装置。图中所示构成省略了反渗透膜入口侧路径调节阀56(也可以设置)。
本实施形态的特征在于，设置作为测量燃料电池11的发电量的发电量测量装置的电流测量单元63，以及根据测量的电流值推算水的回收量的冷凝水回收量推算装置64。
在发电量控制单元62，根据控制单元31的指令，利用电流测量单元63测量实际取出的电流，以便控制电流的取出量，使得发出所需要的电功率。
燃料电池的发电由于在内部引起图9所示的现象，因此根据电流值能够推算回收的水量。
图14为燃料电池内部反应的示意图，101为电解质，102为燃料极，103为空气极，104a和b分别为氢气侧和空气侧的催化剂层。
作为燃料供给的氢气H2在氢气侧催化剂层104a放出电子e-，成为H+。电子e-从燃料极102取出至外部。该H+和e-的单位时间移动量为发电时取出的电流。H+穿过电解质101向空气侧移动，在空气侧催化剂层104b与空气中的氧气O2和空气极103供给的电子e-结合，生成水H2O，从燃料电池排出。由于水的生成量与移动的H+的数量即电流成正比，随着H+移动的水也近似与H+的数量成正比，因此近似由发电量决定。
在固体高分子型燃料电池的情况下，为了高效发电，必须处于使固体高分子电解质膜湿润的状态，因此空气和燃料也加湿后引入燃料电池。在发电时，H+在电解质中移动，可以说随着水分子向空气极侧移动，燃料气体中的水减少，在空气侧排气中包含移动过来的水，反应生成的水和原来包括的湿度成份的水。
因而，通过测量电流，利用冷凝水回收量推算装置64能够推算用冷凝器53作为冷凝水回收的水量，根据回收水量求出供给反渗透膜装置44的水量，仅供给最低限度所需要的量，通过这样能够延长反渗透膜装置44的寿命。
另外，在本实施形态中是直接测量电流的，但若预先测量燃料电池的电流——电压特性，则由于能够根据电压值和功率值求出电流值，因此通过测量电压或功率，也能够得到同样的效果。
如上所述，在本实施形态中，由于根据发电量决定燃料电池11生成的水量，因此通过测量发电量，能够推算从装置内部可回收的水量，在该推算量较多时，使利用反渗透膜装置64的水预净化量减少，在该推算时较少时，则使该水预净化量增加，通过这样能够利用反渗透膜装置44仅进行所需要量的预净化，能够延长反渗透装置44的寿命。
另外，在上述实施形态中，进行说明的构成是在图6所示的实施形态6的构成中附加发电量控制单元62，电流测量单元63和冷凝水回收量推算装置64，但也可以附加在图7所示的实施形态的构成中而构成。
(实施形态14)图15为本发明实施形态14的燃料电池系统的构成图。在图中，对于与图6—图13相同部分或相当部分附加相同的标号，并省略详细说明。
本实施形态的特征在于，在实施形态6的燃料电池系统中，预净化水不够时，将贮热水槽的水排出。
箭头A表示使用热水时的水的流向，箭头B表示从排出阀52排出水时的流向，箭头A，B表示在任何情况下向相同方向流动。
在贮存热水供水路径46中，由于只有在使用贮热水槽43的热水时有水流动，因此在热水使用量少，保持原样不变而冷却等情况下，就变成不从外部供给自来水，在贮存热水供水路径45中保持没有流动的状态下，即在保持不通过反渗透膜装置44对冷凝水罐18供给水的情况下发电，就有可能预净化过的水不够。
通常，由于在贮热水槽43设置排水用的排水阀52，因此在预净化过的水不够时，通过从贮热水槽43的排水阀52将水排出，形成箭头B所示方向的流向，在贮存热水供水路子径45中有水流过，能够用反渗透膜装置44进行水的净化。这时，贮热水槽43的热水冷却，热量没有去掉。
如上所述，在本实施形态中，由于一般若使用贮热水槽43的热水，则只供给使用部分的贮存热水，因此只要不使用热水，则贮存热水供水路径45中没有水流过。因而，在贮存热水供水路径45中设置反渗透膜装置44的燃料电池系统中，在保持不使用热水而冷却的状态下进行下一次发电时，有可能预净化的水不够。由于市售的贮热水槽通常设置排水阀52，以使能够排水，因此在这种情况下，通过从该排水阀52排出水，能够对贮热水槽43追加水，就能够利用反渗透膜装置44进行水的预净化。
另外，在上述各实施形态中，作为燃料电池是采用固体高分子型燃料电池进行说明的，但本发明的燃料电池也可以采用其它类型的燃料电池。
另外，在上述各实施形态中，作为水质处理装置是以采用离子交换树脂的去离子过滤器为例进行说明的，但本发明的水质处理装置也可以用中空系统或用电使离子分离的装置。
工业上的实用性如上所述可知，本发明能够提供不需要使冷却水罐和冷却路径可承受压力变动的结构的燃料电池系统。
另外，能够提供维持冷却水的水质，防止水质处理装置的热老化，延长寿命，低成本而且系统综合效率高的燃料电池系统。
另外，根据发明的燃料电池系统，由于能够不废弃浓缩水，利用反渗透膜装置进行水的净化，因此能够不浪费水，并力图延长水质处理装置用的离子交换树脂的寿命。
再有，由于将用反渗透膜装置的水净化降低到最低限度，因此能够延长反渗透膜装置的维修周期。
权利要求书(按照条约第19条的修改)1.一种燃料电池系统，其特征在于，包括采用燃料气体和氧化剂气体进行发电的燃料电池，贮存对所述燃料电池进行冷却的冷却水的冷却水罐，将所述燃料电池排出的排放燃料气体冷却并使合有的水蒸气冷凝得到冷凝水的燃料侧冷凝装置和/或将所述燃料电池排出的排放氧化剂气体冷却并使含有的水蒸气冷凝得到冷凝水的氧化剂侧冷凝装置，贮存用所述燃料侧冷凝装置和/或所述氧化剂侧冷凝装置得到的所述冷凝水并向大气开放的冷凝水罐，以及使所述冷却水罐内的空间与所述冷凝水罐内的空间连通的大气连通路径。
2.如权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，还包括具有从所述冷凝水罐向所述冷却水罐供水的供水装置和对供给所述冷却水罐的水的水质进行调整的水质处理装置的供水路径，至少对所述供水装置的动作进行控制的控制装置，从所述冷凝水罐将利用所述水处理装置进行水质调整的水供给所述冷却水罐。
3.(修正后)如权利要求2所述的燃料电池系统，其特征在于，所述控制装置在该燃料电池系统的运转起动时和/或运转结束时，使所述供水装置动作。
4.如权利要求2所述的燃料电池系统，其特征在于，所述控制装置包括对该燃料电池系统的运转次数进行计数和记忆的运转次数记忆装置，将记忆的所述运转次数复位至初始状态的运转次数复位装置，在所述运转次数记忆装置记忆的所述运转次数超过一定次数时，使所述供水装置动作，在所述供水装置动作结束后，利用所述运转次数复位装置将所述运转次数复位。
5.如权利要求2所述的燃料电池系统，其特征在于，所述控制装置包括对该燃料电池系统的运转时间进行计数和记忆的运转时间记忆装置，将记忆的所述运转时间复位至初始状态的运转时间复位装置，
在所述运转时间记忆装置记忆的所述运转时间超过一定时间时，使所述供水装置动作，在所述供水装置动作结束后，利用所述运转时间复位装置将所述运转时间复位。
6.如权利要求2所述的燃料电池系统，其特征在于，所述控制装置包括检测所述冷却水水质的水质检测装置，在所述水质比预定的第1标准值恶化时，使所述供水装置动作，在所述供水装置动作过程中，在所述水质优于预定的第2标准值时，使所述供水装置停止。
7.如权利要求2所述的燃料电池系统，其特征在于，所述水质处理装置采用离子交换树脂。
8.(修正后)如权利要求1至7任一项所述的燃料电池系统，其特征在于，包括具有与所述冷却水进行热交换的贮存热水进行循环的贮存热水循环路径的所述热水的贮热水槽，以及反渗透膜装置。
9.(修正后)如权利要求8所述的燃料电池系统，其特征在于，所述反渗透膜装置接受供给的自来水，将它分离成净化水和浓缩水，将所述浓缩水供给所述贮热水槽，将所述净化水供给所述冷凝水罐或所述冷却水罐。
10.(修正后)如权利要求8所述的燃料电池系统，其特征在于，所述反渗透膜装置接受由所述贮热水槽供给的所述贮存热水，将它分离成净化水和浓缩水，将所述浓缩水返回所述贮热水槽，将所述净化水供给所述冷凝水罐或所述冷却水罐。
11.(修正后)如权利要求9或10所述的燃料电池系统，其特征在于，包括将所述反渗透膜装置的供给侧与所述浓缩水排出侧直接连接的旁路路径，以及在所述反渗透膜装置的供给侧与所述旁路路径的分支点或从该分支点的所述供给侧设置的反渗透膜入口侧路径调节阀和/或在所述反渗透膜装置的所述浓缩水排出侧与所述旁路路径的分支点或从该分支点的所述排出侧设置的浓缩水排出侧路径调节阀，
所述控制单元利用反渗透膜入口侧路径调节阀和/或所述浓缩水排出侧路径调节阀进行调节，使得所述反渗透膜装置的通过水量的全部或一部分通过所述旁路路径。
12.如权利要求11所述的燃料电池系统，其特征在于，包括测量供给所述反渗透膜装置的水的温度的温度检测装置，所述控制单元根据利用所述温度检测装置测量的温度进行控制，以调节供给所述旁路路径与所述反渗透膜装置的水的比例。
13.如权利要求11所述的燃料电池系统，其特征在于，包括在所述反渗透膜装置的入口侧路径设置的增加水压的升压装置。
14.如权利要求11所述的燃料电池系统，其特征在于，包括测量所述冷凝水罐贮存的水量的水量测量装置。
15.如权利要求11所述的燃料电池系统，其特征在于，还包括测量从所述冷凝水罐供给改质单元的水的水量的流量测量装置，所述改质单元对所述燃料电池供给燃料气体。
16.如权利要求11所述的燃料电池系统，包括测量所述燃料电池发电量的发电量测量装置，以及根据所述发电量测量装置的检测值，推算所述燃料侧冷凝装置和/或所述氧化剂侧冷凝装置得到的冷凝水回收量的回收水量推算装置。
17.如权利要求9或10所述的燃料电池系统，其特征在于，所述贮热水槽包括排出阀，它在用所述反渗透膜装置净化的水不够时，将所述贮存热水排出。
18.一种燃料电池系统的运转方法，其特征在于，所述燃料电池系统包括采用燃料气体和氧化剂气体进行发电的燃料电池，贮存对所述燃料电池进行冷却的冷却水的冷却水罐，将所述燃料电池排出的排放燃料气体冷却并使含有的水蒸气冷凝得到冷凝水的燃料侧冷凝装置和/或将所述燃料电池排出的排放氧化剂气体冷却并使含有的水蒸气冷凝得到冷凝水的氧化剂侧冷凝装置，贮存用所述燃料侧冷凝装置和/或所述氧化剂侧冷凝装置得到的所述冷凝水并向大气开放的冷凝水罐，以及使所述冷却水罐内的空间与所述冷凝水罐内的空间连通的大气连通路径，
所述燃料电池系统的运转方法包括采用所述燃料气体和所述氧化剂气体使所述燃料电池发电的工序，利用所述冷却水罐的冷却水将所述燃料电池冷却的工序，利用所述燃料侧冷凝装置和/或所述氧化剂侧冷凝装置将所述燃料电池排出的排放燃料气体和/或所述排放氧化剂气体冷却并使含有水蒸气冷凝得到冷凝水的工序，以及将所述冷凝水贮存在所述冷凝水罐的工序，利用所述冷凝水罐的大气压，吸收所述冷却水罐内的压力变化。
19.如权利要求18所述燃料电池系统的运转方法，其特征在于，所述燃料电池系统包括具有从所述冷凝水罐向所述冷却水罐供水的供水装置和对供给所述冷却水罐的水的水质进行调整的水质处理装置的供水路径，所述燃料电池系统的运转方法包括从所述冷凝水罐将利用所述水处理装置进行水质调整的水供给所述冷却水罐的工序。
20.(修正后)如权利要求18或19所述的燃料电池系统的运转方法，其特征在于，所述燃料电池系统包括具有与所述冷却水进行热交换的贮存热水循环路径的贮热水槽，以及反渗透膜装置，所述燃料电池系统的运转方法包括利用所述反渗透膜装置对所述冷却水罐和/或所述冷凝水罐供给净化水的工序，以及将所述反渗透膜装置排出的浓缩水供给所述贮热水槽的工序。
权利要求
1.一种燃料电池系统，其特征在于，包括采用燃料气体和氧化剂气体进行发电的燃料电池，贮存对所述燃料电池进行冷却的冷却水的冷却水罐，将所述燃料电池排出的排放燃料气体冷却并使合有的水蒸气冷凝得到冷凝水的燃料侧冷凝装置和/或将所述燃料电池排出的排放氧化剂气体冷却并使含有的水蒸气冷凝得到冷凝水的氧化剂侧冷凝装置，贮存用所述燃料侧冷凝装置和/或所述氧化剂侧冷凝装置得到的所述冷凝水并向大气开放的冷凝水罐，以及使所述冷却水罐内的空间与所述冷凝水罐内的空间连通的大气连通路径。
2.如权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，还包括具有从所述冷凝水罐向所述冷却水罐供水的供水装置和对供给所述冷却水罐的水的水质进行调整的水质处理装置的供水路径，至少对所述供水装置的动作进行控制的控制装置，从所述冷凝水罐将利用所述水处理装置进行水质调整的水供给所述冷却水罐。
3.如权利要求2所述的固体高分子型燃料电池系统，其特征在于，所述控制装置在该燃料电池系统的运转起动时和/或运转结束时使所述供水装置动作。
4.如权利要求2所述的燃料电池系统，其特征在于，所述控制装置包括对该燃料电池系统的运转次数进行计数和记忆的运转次数记忆装置，将记忆的所述运转次数复位至初始状态的运转次数复位装置，在所述运转次数记忆装置记忆的所述运转次数超过一定次数时，使所述供水装置动作，在所述供水装置动作结束后，利用所述运转次数复位装置将所述运转次数复位。
5.如权利要求2所述的的燃料电池系统，其特征在于，所述控制装置包括对该燃料电池系统的运转时间进行计数和记忆的运转时间记忆装置，将记忆的所述运转时间复位至初始状态的运转时间复位装置，在所述运转时间记忆装置记忆的所述运转时间超过一定时间时，使所述供水装置动作，在所述供水装置动作结束后，利用所述运转时间复位装置将所述运转时间复位。
6.如权利要求2所述的燃料电池系统，其特征在于，所述控制装置包括检测所述冷却水水质的水质检测装置，在所述水质比预定的第1标准值恶化时，使所述供水装置动作，在所述供水装置动作过程中，在所述水质优于预定的第2标准值时，使所述供水装置停止。
7.如权利要求2所述的燃料电池系统，其特征在于，所述水质处理装置采用离子交换树脂。
8.如权利要求1至7任一项所述的燃料电池系统，其特征在于，包括包具有与所述冷却水进行热交换的贮存热水进行循环的贮存热水循环路径的贮热水槽，以及反渗透层装置。
9.如权利要求8所述的燃料电池系统，其特征在于，所述反渗透层装置接受供给的自来水，将它分离成净化水和浓缩水，将所述浓缩水供给所述贮热水槽，将所述净化水供给所述冷凝水罐或所述冷却水罐。
10.如权利要求8所述的燃料电池系统，其特征在于，所述反渗透层装置接受由所述贮热水槽供给的所述贮存热水，将它分离成净化水和浓缩水，将所述逍缩水返回所述贮热水槽，将所述净化水供给所述冷凝水罐或所述冷却水罐。
11.如权利要求9或10所述的燃料电池系统，其特征在于，包括将所述反渗透层装置的供给侧与所述浓缩水排出侧直接连接的旁路路径，以及在所述反渗透膜装置的供给侧与所述旁路路径的分支点或从该分支点的所述供给侧设置的反渗透膜入口侧路径调节阀和/或在所述反渗透膜装置的所述浓缩水排出侧与所述旁路路径的分支点或从该分支点的所述排出侧设置的浓缩水排出侧路径调节阀，所述控制单元利用反渗透膜入口侧路径调节阀和/或所述浓缩水排出侧路径调节阀进行调节，使得所述反渗透层装置的通过水量的全部或一部分通过所述旁路路径。
12.如权利要求11所述的燃料电池系统，其特征在于，包括测量供给所述反渗透膜装置的水的温度的温度检测装置，所述控制单元根据利用所述温度检测装置测量的温度进行控制，以调节供给所述旁路路径与所述反渗透膜装置的水的比例。
13.如权利要求11所述的燃料电池系统，其特征在于，包括在所述反渗透膜装置的入口侧路径设置的增加水压的升压装置。
14.如权利要求11所述的燃料电池系统，其特征在于，包括测量所述冷凝水罐贮存的水量的水量测量装置。
15.如权利要求11所述的燃料电池系统，其特征在于，还包括测量从所述冷凝水罐供给改质单元的水的水量的流量测量装置，所述改质单元对所述燃料电池供给燃料气体。
16.如权利要求11所述的燃料电池系统，其特征在于，包括测量所述燃料电池发电量的发电量测量装置，以及根据所述发电量测量装置的检测值，推算所述燃料侧冷凝装置和/或所述氧化剂侧冷凝装置得到的冷凝水回收量的回收水量推算装置。
17.如权利要求9或10所述的燃料电池系统，其特征在于，所述贮热水槽包括排出阀，它在用所述反渗透膜装置净化的水不够时，将所述贮存热水排出。
18.一种燃料电池系统的运转方法，其特征在于，所述燃料电池系统包括采用燃料气体和氧化剂气体进行发电的燃料电池，贮存对所述燃料电池进行冷却的冷却水的冷却水罐，将所述燃料电池排出的排放燃料气体冷却并使含有的水蒸气冷凝得到冷凝水的燃料侧冷凝装置和/或将所述燃料电池排出的排放氧化剂气体冷却并使含有的水蒸气冷凝得到冷凝水的氧化剂侧冷凝装置，贮存用所述燃料侧冷凝装置和/或所述氧化剂侧冷凝装置得到的所述冷凝水并向大气开放的冷凝水罐，以及使所述冷却水罐内的空间与所述冷凝水罐内的空间连通的大气连通路径，所述燃料电池系统的运转方法包括采用所述燃料气体和所述氧化剂气体使所述燃料电池发电的工序，利用所述冷却水罐的冷却水将所述燃料电池冷却的工序，利用所述燃料侧冷凝装置和/或所述氧化剂侧冷凝装置将所述燃料电池排出的排放燃料气体和/或所述排放氧化剂气体冷却并使含有水蒸气冷凝得到冷凝水的工序，以及将所述冷凝水贮存在所述冷凝水罐的工序，利用所述冷凝水罐的大气压，吸收所述冷却水罐内的压力变化。
19.如权利要求18所述的燃料电池系统的运转方法，其特征在于，所述燃料电池系统包括具有从所述冷凝水罐向所述冷却水罐供水的供水装置和对供给所述冷却水罐的水的水质进行调整的水质处理装置的供水路径，所述燃料电池系统的运转方法包括从所述冷凝水罐将利用所述水处理装置进行水质调整的水供给所述冷却水罐的工序。
20.如权利要求18或19所述的燃料电池系统的运转方法，其特征在于，所述燃料电池系统包括具有与所述冷却水进行热交换的贮存热水循环路径的贮热水槽，以及反渗透层装置，所述燃料电池系统的运转方法包括利用所述反渗透装置对所述冷却水罐和/或所述冷凝水罐供给净化水的工序，以及将所述反渗透装置排出的浓缩水供给所述贮热水槽的工序。
全文摘要
本发明揭示一种燃料电池系统及其运转方法，包括固体高分子型燃料电池11，冷却水罐12，冷却水路径13，冷却水泵14，热交换器15，将燃料电池11排出的排放燃料气体和排放氧化剂气体冷却并使所含的水蒸汽冷凝的燃料侧冷凝器16和空气侧冷凝器17，贮存用燃料侧冷凝器16和空气侧冷凝器17冷凝的水的冷凝水罐18，设置将冷凝水送往冷却水罐12的供水泵19的供水路径20，以及从冷却水罐12排水的排水路径21。能避免冷却水路径的压力变动，延长用于维持冷却水水质的离子交换树膜的寿命，以低成本降低辅机消耗功率。
文档编号H01M8/06GK1404636SQ01805303
公开日2003年3月19日 申请日期2001年10月18日 优先权日2000年10月20日
发明者中村彰成, 中山达雄, 上田哲也, 尾关正高 申请人:松下电器产业株式会社