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公開番号2024052046
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-04-11
出願番号2022158485
出願日2022-09-30
発明の名称燃料電池装置、イオン交換樹脂の寿命判定方法およびプログラム
出願人ダイニチ工業株式会社,京セラ株式会社
代理人個人
主分類H01M 8/04313 20160101AFI20240404BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】導電率センサ等を設けることなく、イオン交換樹脂の交換タイミングを適切に判断する。
【解決手段】排ガスから回収される凝縮水および外部から供給される水を処理するためのイオン交換樹脂109を含む水処理ユニットWTUと、水処理ユニットXにおいて処理された水を貯水するための水タンク110と、イオン交換樹脂109の寿命を判定する制御ユニット114と、を備え、制御ユニット114は、凝縮水を純水に処理するためのイオン交換樹脂量と外部から供給される水を純水に処理するためのイオン交換樹脂量とを合算したイオン交換樹脂量と水処理ユニットWTUに設けられたイオン交換樹脂109のイオン交換樹脂量とからイオン交換樹脂109の寿命を判定する。
【選択図】図3
特許請求の範囲【請求項１】
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、前記燃料電池の発電により生じる排ガスと水との間で熱交換を行なう熱交換器と、を含む燃料電池装置であって、
前記排ガスから回収される凝縮水および外部から供給される水を処理するためのイオン交換樹脂を含む水処理ユニットと、
前記水処理ユニットにおいて処理された水を貯水するための水タンクと、
使用されている前記イオン交換樹脂の寿命を判定する制御ユニットと、
を備え、
前記制御ユニットは、前記凝縮水を純水に処理するための第１のイオン交換樹脂量と前記外部から供給される水を純水に処理するための第２のイオン交換樹脂量とを合算した合算量と前記水処理ユニットに設けられる未使用時の前記イオン交換樹脂の未使用時イオン交換樹脂量とから前記使用されている前記イオン交換樹脂の寿命を判定することを特徴とする燃料電池装置。
続きを表示（約 2,100 文字）【請求項２】
前記制御ユニットは、前記凝縮水を純水に処理するための前記第１のイオン交換樹脂量を被改質ガスの積算流量を変数とする第１の関係式に基づいて算出することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池装置。
【請求項３】
前記制御ユニットは、前記外部から供給される水を純水に処理するための前記第２のイオン交換樹脂量を、補水回数を変数とする第２の関係式に基づいて算出することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池装置。
【請求項４】
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、前記燃料電池の発電により生じる排ガスと水との間で熱交換を行なう熱交換器と、前記排ガスから回収される凝縮水および外部から供給される水を処理するためのイオン交換樹脂を含む水処理ユニットと、前記水処理ユニットにおいて処理された水を貯水するための水タンクと、使用されているイオン交換樹脂の寿命を判定する制御ユニットと、を含む燃料電池装置におけるイオン交換樹脂の寿命判定方法であって、
前記制御ユニットが、前記凝縮水を純水に処理するための第１のイオン交換樹脂量を算出する第１の工程と、
前記制御ユニットが、前記外部から供給される水を純水に処理するための第２のイオン交換樹脂量を算出する第２の工程と、
前記制御ユニットが、前記第１の工程において、算出した前記凝縮水を純水に処理するための前記第１のイオン交換樹脂量と、前記第２の工程において、算出した前記外部から供給される水を純水に処理するための前記第２のイオン交換樹脂量とを合算する第３の工程と、
前記制御ユニットが、前記第３の工程において得られた前記凝縮水を純水に処理するための前記第１のイオン交換樹脂量と、前記外部から供給される水を純水に処理するための前記第１のイオン交換樹脂量との合算量と、前記水処理ユニットに設けられる未使用時のイオン交換樹脂の未使用時イオン交換樹脂量とから前記使用されている前記イオン交換樹脂の寿命を判定する第４の工程と、
を含むイオン交換樹脂の寿命判定方法。
【請求項５】
前記制御ユニットは、前記第１の工程において、前記凝縮水を純水に処理するための前記第１のイオン交換樹脂量を被改質ガスの積算流量を変数とする第１の関係式を用いて算出することを特徴とする請求項４に記載のイオン交換樹脂の寿命判定方法。
【請求項６】
前記制御ユニットは、前記第２の工程において、前記外部から供給される水を純水に処理するための前記第２のイオン交換樹脂量を、補水回数を変数とする第２の関係式に用いて算出することを特徴とする請求項４に記載のイオン交換樹脂の寿命判定方法。
【請求項７】
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、前記燃料電池の発電により生じる排ガスと水との間で熱交換を行なう熱交換器と、前記排ガスから回収される凝縮水および外部から供給される水を処理するためのイオン交換樹脂を含む水処理ユニットと、前記水処理ユニットにおいて処理された水を貯水するための水タンクと、使用されているイオン交換樹脂の寿命を判定する制御ユニットと、を含む燃料電池装置におけるイオン交換樹脂の寿命判定方法をコンピュータに実行させるためのプログラムであって、
前記制御ユニットが、前記凝縮水を純水に処理するための第１のイオン交換樹脂量を算出する第１の工程と、
前記制御ユニットが、前記外部から供給される水を純水に処理するための第２のイオン交換樹脂量を算出する第２の工程と、
前記制御ユニットが、前記第１の工程において、算出した前記凝縮水を純水に処理するための前記第１のイオン交換樹脂量と、前記第２の工程において、算出した前記外部から供給される水を純水に処理するための前記第２のイオン交換樹脂量とを合算する第３の工程と、
前記制御ユニットが、前記第３の工程において得られた前記凝縮水を純水に処理するための前記第１のイオン交換樹脂量と、前記外部から供給される水を純水に処理するための前記第１のイオン交換樹脂量との合算量と、前記水処理ユニットに設けられる未使用時のイオン交換樹脂の未使用時イオン交換樹脂量とから前記使用されている前記イオン交換樹脂の寿命を判定する第４の工程と、
をコンピュータに実行させるためのプログラム。
【請求項８】
前記制御ユニットは、前記第１の工程において、前記凝縮水を純水に処理するための前記第１のイオン交換樹脂量を被改質ガスの積算流量を変数とする第１の関係式を用いて算出することを特徴とする請求項７に記載のプログラム。
【請求項９】
前記制御ユニットは、前記第２の工程において、前記外部から供給される水を純水に処理するための前記第２のイオン交換樹脂量を、補水回数を変数とする第２の関係式に用いて算出することを特徴とする請求項７に記載のプログラム。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池装置、イオン交換樹脂の寿命判定方法およびプログラムに関する。
続きを表示（約 1,400 文字）【背景技術】
【０００２】
昨今、次世代エネルギーとして、水素ガスと酸素含有ガス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提案されている。
【０００３】
ここで、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知られており、この水蒸気改質を用いる燃料電池装置では、燃料ガスを生成するための改質器、外部から供給される水を処理して純水を生成する水処理装置、処理した水を一時的に貯水するための貯水タンク、水処理装置あるいは貯水タンク、改質器等を接続する水供給管等を備えている。
【０００４】
ところで、凝縮水を改質器に供給するにあたっては、凝縮水に含まれる不純物が改質器内にて析出し、それによる改質器の故障や、改質触媒が劣化すること等を抑制すべく、イオン交換樹脂等を含む水処理装置等において処理した凝縮水を改質器に供給する必要がある。
【０００５】
そして、凝縮水を水処理して改質器に供給するにあたり、凝縮水を貯水するための凝縮水タンクを具備するとともに、イオン交換樹脂等の凝縮水処理部を備えることが考えられる。
【０００６】
しかしながら、凝縮水を処理する凝縮水処理部においては、使用により劣化を生じるために、凝縮水処理部の処理能力等にもよるものの、例えば、数ヶ月に１度、もしくは数年に１度といったように、適宜、イオン交換樹脂等を交換等するためのメンテナンスを行なう必要性が生じる場合がある。
また、上記の事情は、外部から供給される水を使用する場合の水処理装置でも同様である。
【０００７】
そして、これら凝縮水処理部や水処理装置の交換時期や故障を適切に判断することができない場合、劣化したまたは故障した凝縮水処理部や水処理装置を使用することによって、水の純度が低下する虞があり、純度が低下した水に含まれる不純物の析出により、改質器が故障する、または改質触媒が劣化する虞もあった。
【０００８】
このような問題に対して、燃料電池の発電により生じる排ガスと水とでの熱交換により生じる凝縮水を貯水するための凝縮水タンクと、凝縮水を処理するための凝縮水処理手段と、外部から供給される水を処理するためのイオン交換樹脂装置を具備する水処理装置と、水処理装置で処理された水を貯水するための水タンクとを具備し、凝縮水処理手段で処理された水の導電率を測定する導電率センサと、イオン交換樹脂装置で処理された水の導電率を測定する導電率センサを設け、凝縮水処理手段およびイオン交換樹脂装置等の水処理装置の寿命を適切に判断する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
特開２００８－２７６９４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献１に記載の技術では、凝縮水処理手段で処理された水の導電率を測定する導電率センサと、イオン交換樹脂装置で処理された水の導電率を測定する導電率センサとの２つの導電率センサを設ける必要があったために、燃料電池装置のコストが高くなるという課題があった。
（【００１１】以降は省略されています）

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