JP2000182646A - 燃料電池発電設備 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 排ガス冷却器内の脱炭酸用の充填材を不要と
し、圧力損失が小さくかつコンパクトな排ガス冷却器を
備えた燃料電池発電設備を提供する。 【解決手段】 改質器１からの燃焼排ガス１Ａと燃料電
池２からの空気極オフガス２Ａを冷却しガス中の水分を
凝縮させて回収水を得ると共に回収水２０を貯める貯水
槽１０を有する排ガス冷却器８を備えた燃料電池発電設
備において、排ガス冷却器８の貯水槽１０内に空気を気
泡として供給し溶存炭酸ガス濃度を低減させる気泡放出
器９を設けたものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は燃料電池発電設備
に関し、特に排ガス冷却器における回収水からの炭酸ガ
ス除去技術に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図７は、例えば特開平５−８２１４７号
公報に示された従来の燃料電池発電設備のシステム構成
図である。この燃料電池発電設備は、燃料極２０１と空
気極２０２とを有し燃料極２０１に供給される改質ガス
１Ｂ中の水素と空気極２０２に供給される空気３Ｂ中の
酸素とを反応させて直流電力を得る燃料電池２と、燃料
１Ｃと水蒸気４Ａとを反応させ前記水素を含む改質ガス
１Ｂを得ると共に上記燃料電池２からの燃料極オフガス
２Ｂを燃焼させて燃料１Ｃと水蒸気４Ａとの反応熱とす
る改質器１と、この改質器１へ水蒸気を供給する気液分
離器４と、上記改質器１からの燃焼排ガス１Ａと上記燃
料電池２からの空気極オフガス２Ａにスプレーノズル１
６を介して冷却水１９を噴出して冷却しガス中の水分を
凝縮させて回収水２０を得ると共にこの回収水を貯める
貯水槽１０を有する排ガス冷却器８と、この排ガス冷却
器８からの回収水２０中の不純物をイオン交換樹脂にて
除去し上記気液分離装置４に補給するイオン交換式の水
処理装置２２とを備えている。

【０００３】このような従来の燃料電池発電設備は、排
ガス冷却器８において燃焼排ガス１Ａと空気極オフガス
２Ａを冷却することにより発生する凝縮水を回収し、イ
オン交換式の水処理装置２２にて処理して超純水を得、
再び気液分離器４へ供給して改質ガス１Ｂを生成するた
めの水蒸気４Ａ等に利用するようになっていた。しか
し、燃焼排ガス１Ａ中には高濃度の炭酸ガスが含有され
ており、炭酸ガスが回収水に溶解しそのままイオン交換
式の水処理装置２２へ供給されると炭酸ガスがイオン交
換樹脂の負荷となり、ランニングコストの増大につなが
る。

【０００４】そこで、従来は、燃焼排ガス１Ａの導入口
１４を排ガス冷却器８の中段に、空気極オフガス２Ａの
導入口１４を下段に配置し、さらに燃焼排ガス１Ａの導
入口１４の上方に第１充填材２６を配置し、さらに燃焼
排ガス１Ａの導入口１４と空気極オフガス２Ａの導入口
２５の間に第２填材２７を挿入していた。第１充填材２
６は散布された冷却水と燃焼排ガス１Ａとの伝熱促進の
ためのもので、第２充填材２７はスプレーノズル１６か
らの散布水と空気極オフガス２Ａとの伝熱促進、および
第１充填材２６にて燃焼排ガス１Ａが冷却されることに
より発生した凝縮水に吸収された炭酸ガスを低減するた
めのものである。このようにして貯水槽１０に貯められ
た回収水２０は配管１２を介して水処理装置２２に送ら
れるが、一部が冷却水１９としてスプレーノズル１６に
送られる。また、回収水２０の流路の一部には熱交換器
１７が設けられ、この熱交換器１７から温水が低位排熱
利用設備１８に送られる。

【０００５】また、燃料電池２の空気極２０２への反応
用空気３Ｂの供給および改質器１への燃焼用空気３Ａの
供給は１つの空気ブロワ３からなされる。気液分離器４
内の水は冷却水循環ポンプ６によって冷却水４Ｂとして
燃料電池２に送られ燃料電池２を冷却している。この冷
却水４Ｂの循環によって燃料電池２が発電する際に発す
る熱を回収し、その熱でスチーム（水蒸気）４Ａを発生
させるもので、また、気液分離気４の水質維持のために
ブローダウン水２１が水処理装置２２に送られ、水処理
装置２２は排ガス冷却器８からの回収水と共にブローダ
ウン水２１を処理するようになっている。さらに、スチ
ーム４Ａの一部４Ｃは高位排熱利用設備５に送られる。
なお、図中燃焼排ガス１Ａ，改質ガス１Ｂ，燃料１Ｃ，
空気極オフガス２Ａ、燃料極オフガス２Ｂ，燃焼用空気
３Ａ，反応用空気３Ｂ，水蒸気４Ａ、冷却水１９，回収
水２０，ブローダウン水２１，補給水２４の各符号の引
き出し線については、説明を分かりやすくするためにそ
れぞれの流路を意味するラインから引き出している。各
ラインは配管系によって構成されるものである。

【０００６】次に上記従来技術の動作について説明す
る。改質器１は燃料１Ｃとしての天然ガス等の炭化水素
とスチーム（水蒸気）４Ａを原料として水素リッチな改
質ガス１Ｂをつくる。この改質ガス１Ｂは、燃料電池２
の燃料極２０１側に供給される。一方、燃料電池２の空
気極２０２側には空気ブロワ３から反応用空気３Ｂが供
給され、直流電力が発生する。電池反応は発熱反応なの
で、約７ｋｇ／ｃｍ２Ｇの圧力に制御されている気液分
離器４から加圧水を電池冷却水循環ポンプ６で燃料電池
２へ供給して冷却する。この時、気液分離器４は熱が余
った状態になり、その熱は、スチームとして、燃料電池
２系外へ取り出され、高位排熱利用設備５にて熱利用さ
れる。

【０００７】また、改質器１からの燃焼排ガス１Ａは排
ガス冷却器８の中段へ、燃料電池２からの空気極オフガ
ス２Ａは排ガス冷却器８の下段へそれぞれ導入される。
排ガス冷却器８内でこの燃焼排ガス１Ａは第１充填材２
６の下方から上方に、また空気極オフガス２Ａは第２充
填材２７の下方から上方に向かって流れていく。一方、
排ガス冷却器８の最下部に設けた貯水槽１０から送水ポ
ンプ１１にて熱交換器１７へ送られ冷却された循環水
は、スプレーノズル１６を介して第１充填材２６および
第２充填材２７の上方から下方に向かって散布される。

【０００８】排ガス冷却器８内の第１充填材２６では、
排ガス冷却器８の中段から導入された燃焼排ガス１Ａと
排ガス冷却器８の下段から導入された空気極オフガス２
Ａとがスプレーノズル１６からの散布水と接触すること
により熱交換を行なう。この時、燃焼排ガス１Ａと空気
極オフガス２Ａは露点まで冷却され、燃焼排ガス１Ａと
空気極オフガス２Ａ中の水分が凝縮する。第１充填材２
６は上記散布水と燃焼排ガス１Ａと空気極オフガス２Ａ
の伝熱面積を向上させ、熱交換効率を上げるために排ガ
ス冷却器８内に挿入されている。しかし、燃焼排ガス１
Ａ中には約１５％と高濃度の炭酸ガスが含まれており、
上記炭酸ガスが第１充填材２６で凝縮した水とスプレー
ノズル１６からの散布水の水中へ溶解し、第２の充填材
２７へ流下する。溶存炭酸ガスはイオン交換式の水処理
装置２２中のイオン交換樹脂の負荷となるので、第２の
充填材２７で、上記上方より流下してきた炭酸ガスを溶
解した水に対し、炭酸ガス濃度の低い空気極オフガス２
Ａを下方より直接接触させることにより、溶存炭酸ガス
濃度を低減させる。第２充填材２７は上記炭酸ガスを溶
解した水と炭酸ガス濃度の低い空気極オフガス２Ａの接
触面積および伝熱面積を向上させ、脱炭酸効率および熱
交換効率を上げるために排ガス冷却器８内に挿入されて
いる。冷却され水分を減らした燃焼排ガス１Ａと空気極
オフガス２Ａは排ガス冷却器８の最上部に設けた放出口
１５より大気へ放出される。また、上記散布された冷却
水１９と上記凝縮水は燃焼排ガス１Ａと空気極オフガス
２Ａにより昇温され、貯水槽１０に貯められる。

【０００９】貯水槽１０より送水ポンプ１１にて送られ
た温水は、熱交換器１７にて冷却される。また、熱交換
器１７の冷却水は送水ポンプ１１からの温水にて昇温さ
れ、温水として低位排熱利用設備１８へ供給される。貯
水槽１０内の回収水１０は熱交換器１７を出た後スプレ
ーノズル１６への循環水となるか、回収水２０としてイ
オン交換式の水処理装置２２へ送られる。イオン交換式
の水処理装置２２では、回収水２０と気液分離器４の水
質維持のためのブローダウン水２１から超純水を生成す
る。イオン交換式の水処理装置２２にて生成された超純
水は、高圧ポンプ２３にて気液分離器４へ補給される。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】このように従来の燃料
電池発電設備では、排ガス冷却器８において回収される
回収水２０から炭酸ガスを除去するために、上記のよう
に燃焼排ガス１Ａと空気極オフガス２Ａとを別々に排ガ
ス冷却器８へ導入し、さらに排ガス冷却器８内での脱炭
酸効率を向上させるためにビーズ、パイプ、或いはチッ
プ状の脱炭酸用の第１，第２充填材２６，２７を設けて
いた。このため、各第１，第２充填材２６，２７におけ
る圧力損失が大きくなり、排ガス冷却器８の構造も複雑
になるという問題点があった。また、燃焼排ガス１Ａを
排ガス冷却器８の中段から導入するので、燃焼排ガスを
冷却するための伝熱面積を大きくするために、排ガス冷
却器８を大型化しなければならないという問題点もあっ
た。この発明は、上記のような問題点を解決することを
課題とするものであり、その目的とするところは、排ガ
ス冷却器内の脱炭酸用の充填材を不要とし、圧力損失が
小さくかつコンパクトな排ガス冷却器を備えた燃料電池
発電設備を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】この発明の燃料電池発電
設備は、燃料極と空気極とを有し、上記燃料極に供給さ
れる改質ガス中の水素と空気極に供給される空気中の酸
素とを反応させて直流電力を得る水冷式の燃料電池と、
燃料と水蒸気とを反応させ前記水素を含む改質ガスを得
ると共に上記燃料電池からの燃料極オフガスを燃焼させ
て燃料と水蒸気との反応熱とする改質器と、上記改質器
へ水蒸気を供給する気液分離器と、上記改質器からの燃
焼排ガスと上記燃料電池からの空気極オフガスを冷却し
ガス中の水分を凝縮させて回収水を得ると共に該回収水
を貯める貯水槽を有する排ガス冷却器と、該排ガス冷却
器からの回収水中の不純物をイオン交換樹脂にて除去し
上記気液分離装置に補給する補給水とするイオン交換式
の水処理装置とを備え、上記排ガス冷却器の上記貯水槽
内に空気を気泡として供給し溶存炭酸ガス濃度を低減さ
せるものである。

【００１２】また、この発明の燃料電池発電設備では、
改質器からの燃焼排ガスと燃料電池からの空気極オフガ
スを合流させて排ガス冷却器に導入する。

【００１３】また、この発明の燃料電池発電設備では、
気泡放出器への空気の供給は、空気極と改質器への空気
の供給と同一の空気ブロワから分岐配管によってなされ
る。

【００１４】また、この発明の燃料電池発電設備では、
貯水槽内の回収水は弱酸性である。

【００１５】また、この発明の燃料電池発電設備では、
排ガス冷却器内のノズルから噴霧された冷却水により、
改質器からの燃焼排ガスと燃料電池からの空気極オフガ
スが直接冷却されるようになっている。

【００１６】また、この発明の燃料電池発電設備では、
回収水の溶存炭酸ガス濃度を測定する濃度測定器と、該
濃度測定手段により測定された炭酸ガス濃度を電気信号
として発信する発信器と、該発信器からの電気信号によ
り上記気泡放出器へ供給される空気の流量を調節する流
量調節機構とを備えている。

【００１７】また、この発明の燃料電池発電設備では、
回収水のｐＨ値を測定するｐＨ測定器と、該ｐＨ測定器
によって測定されたｐＨ値を電気信号として発信する発
信器と、該発信器からの電気信号により上記気泡放出器
へ供給される空気の流量を調節する流量調節機構とを備
えている。

【００１８】また、この発明の燃料電池発電設備では、
発電出力を電気信号として発信する発信器と、該発信器
からの電気信号により上記気泡放出器へ供給される空気
の流量を調節する流量調節機構とを備えている。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下に、本発明を図示の実施の形
態に基づいて詳細に説明する。説明中、上記従来例と同
一の構成部分については，同一の符号を付して説明する
ものとする。実施の形態１． 図１は、この発明の第１
の実施の形態に係る燃料電池発電設備のシステム構成図
である。特に、気液直接接触式の排ガス冷却器における
回収水からの炭酸ガス除去方法を示している。すなわ
ち、この燃料電池発電設備は、燃料極２０１と空気極２
０２とを有し燃料極２０１に供給される改質ガス１Ｂ中
の水素と空気極２０２に供給される空気３Ｂ中の酸素と
を反応させて直流電力を得る燃料電池２と、燃料１Ｃと
水蒸気４Ａとを反応させ前記水素を含む改質ガス１Ｂを
得ると共に上記燃料電池２からの燃料極オフガス２Ｂを
燃焼させて燃料１Ｃと水蒸気４Ａとの反応熱とする改質
器１と、この改質器１へ水蒸気を供給する気液分離器４
と、上記改質器１からの燃焼排ガス１Ａと上記燃料電池
２からの空気極オフガス２Ａにスプレーノズル１６を介
して直接冷却水１９を噴霧して冷却しガス中の水分を凝
縮させて回収水２０を得ると共にこの回収水および冷却
に要した水を貯める貯水槽１０を有する排ガス冷却器８
と、この排ガス冷却器８からの回収水２０中の不純物を
イオン交換樹脂にて除去し上記気液分離装置４に補給水
２４として高圧ポンプ２３によって補給するイオン交換
式の水処理装置２２とを備えている。

【００２０】本発明は上記排ガス冷却器の貯水槽１０内
に空気３Ｃを気泡として供給し、溶存炭酸ガス濃度を低
減させる気泡放出器としての散気管９が設けられてい
る。この散気管９は貯水槽１０に貯められた水中で空気
を微細気泡として放出するもので、たとえば微細孔を備
えたパイプなどによって構成される。この散気管９への
空気３Ｃの供給は、空気極２０２と改質器１とへの燃焼
用空気３Ａと反応用空気３Ｂとのそれぞれの供給を行う
空気ブロワ３から分岐配管を介してなされる。また、上
記改質器１からの燃焼排ガス１Ａと上記燃料電池２から
の空気極オフガス２Ａは１つに合流させ、合流ガス７と
して導入口１３から排ガス冷却器８に導入される。すな
わち、導入口１３は排ガス冷却器８の側面に設けられ、
排ガス冷却器８の上端には排ガス放出用の放出口１５が
設けられている。

【００２１】気液分離器４内の水は冷却水循環ポンプ６
によって冷却水４Ｂとして燃料電池２に送られ燃料電池
２を冷却している。この冷却水４Ｂの循環によって燃料
電池２が発電する際に発する熱を回収し、その熱でスチ
ーム（水蒸気）４Ａを発生させるものである。また、気
液分離器４の水質維持のためにブローダウン水２１が水
処理装置２２に送られ、水処理装置２２は排ガス冷却器
８からの回収水２０と共にブローダウン水２１を処理す
るようになっている。さらに、スチーム４Ａの一部４Ｃ
は高位排熱利用設備５に送られる。また、上記排ガス冷
却器８の貯水槽１０に貯められた回収水２０は配管１２
を介して送水ポンプ１１によって水処理装置２２に送ら
れるが、一部が冷却水１９としてスプレーノズル１６に
送られる。また、回収水２０の流路の一部には熱交換器
１７が設けられ、この熱交換器１７から温水が低位排熱
利用設備１８に送られる。

【００２２】なお、図中燃焼排ガス１Ａ，改質ガス１
Ｂ，燃料１Ｃ，空気極オフガス２Ａ、燃料極オフガス２
Ｂ，燃焼用空気３Ａ，反応用空気３Ｂ，脱炭酸ガス用の
空気３Ｃ，水蒸気４Ａ、冷却水４Ｂ，混合ガス７，冷却
水１９，回収水２０，ブローダウン水２１，補給水２４
の各符号の引き出し線については、説明を分かりやすく
するためにそれぞれの流路を意味するラインから引き出
している。各ラインは当然に配管系によって構成される
ものである。

【００２３】次に、動作について説明する。改質器１は
天然ガス等の炭化水素とスチームを原料として水素リッ
チな改質ガス１Ｂをつくる。この改質ガス１Ｂは、燃料
電池２の燃料極２０１側に供給される。一方、燃料電池
２の空気極２０２側には空気ブロワ３から反応用空気３
Ｂが供給され、直流電力が発生する。電池反応は発熱反
応なので、約７ｋｇ／ｃｍ２Ｇの圧力に制御されている
気液分離器４から加圧水を電池冷却水循環ポンプ６で燃
料電池２へ供給して冷却する。この時、気液分離器４は
熱が余った状態になり、その熱は、スチームとして燃料
電池２系外へ取り出され、高位排熱利用設備５にて熱利
用される。

【００２４】また、改質器１からの燃焼排ガス１Ａと燃
料電池２からの空気極オフガス２Ａは、排ガス冷却器８
の最下部に設けた貯水槽１０の少し上に合流排ガス７と
して導入される。排ガス冷却器８内で、この合流排ガス
７は、下方から上方に向かって流れていく。一方、排ガ
ス冷却器８の最下部に設けた貯水槽１０から送水ポンプ
１１にて昇圧され熱交換器１７へ送られ冷却された循環
水は、スプレーノズル１６を介して上方から下方に向か
って散布される。排ガス冷却器８内では、合流排ガス７
とスプレーノズル１６から噴霧された冷却水１９が直接
接触することにより熱交換を行なう。この時、合流排ガ
ス７は露点まで冷却され、合流排ガス７中の水分が凝縮
する。本実施の形態では、スプレーノズル１６からの散
布された冷却水１９の粒子径を小さくすることにより従
来必要とした充填材と同等の伝熱面積を得ることが可能
であり、本発明では従来必要とした充填材は不要であ
る。

【００２５】しかし、合流排ガス７中には約７％と高濃
度の炭酸ガスが含まれており、上記炭酸ガスが合流排ガ
ス７からの凝縮水とスプレーノズル１６からの散布冷却
水１９の水中へ溶解し、貯水槽１０に貯められる。この
時貯水槽内のｐＨは約５の弱酸性となっており、図２に
示す様にｐＨが５付近では水中での炭酸ガスの形態は９
０％以上がＨ_２ＣＯ_３であり、空気等と接触させること
により容易に水中から抜くことが可能である。ここで、
空気ブロワ３からの脱炭酸ガス用の空気３Ｃは散気管９
を介して貯水槽１０内で微細気泡として放出される。貯
水槽１０内の溶存炭酸ガスは、散気管９から放出される
微細気泡と気液接触することにより水中から外へ容易に
抜けていく。冷却され水分を減らした合流排ガス７は排
ガス冷却器８の最上部に設けた放出口１５より大気へ放
出される。

【００２６】貯水槽１０より送水ポンプ１１にて送られ
た温水は、熱交換器１７にて冷却される。また、熱交換
器１７の冷却水は、送水ポンプ１１からの温水にて昇温
され、温水として低位排熱利用設備１８へ供給される。
貯水槽１０内の水は、熱交換器１７を出た後、スプレー
ノズル１６への循環水となるか、回収水２０としてイオ
ン交換式の水処理装置２２へ送られる。また、イオン交
換式の水処理装置２２では、回収水２０と気液分離器４
の水質維持のためのブローダウン水２１から超純水を生
成する。イオン交換式の水処理装置２２にて生成された
超純水は、高圧ポンプ２３にて気液分離器４へ補給され
る。

【００２７】以上のように、空気ブロワ３から排ガス冷
却器８の貯水槽１０に脱炭酸ガス用の空気３Ｃを供給
し、その空気３Ｃを散気管９(微細気泡放出機構)を介し
貯水槽１０内で放出することにより、貯水槽１０内に溶
解した炭酸ガスを容易に抜くことが出来、溶存炭酸ガス
濃度を低減出来る。その結果、イオン交換式の水処理装
置２２におけるイオン交換樹脂の負荷が軽減され、ラン
ニングコストの低減が図れる。

【００２８】次に、本発明の他の実施の形態を説明す
る。以下の説明では上記実施の形態１と異なる点につい
てのみ説明するものとし、同一の構成部分については同
一の符号を付して説明を省略する。実施の形態２． 図
３は、この発明の第２の発明に係る一実施例である燃料
電池発電設備のシステム構成図である。特に、気液直接
接触式の排ガス冷却器における回収水からの炭酸ガス除
去方法を示している。本実施の形態２は、回収水２０の
溶存炭酸ガス濃度を測定する濃度測定器２９と、該濃度
測定器２９により測定された炭酸ガス濃度を電気信号と
して発信する発信器２９Ａと、この発信器２９Ａからの
電気信号により上記散気管９から供給される空気３Ｃの
流量を調節する流量調節機構としての流量調節弁２８と
を設けたものである。流量調節弁２８は空気ブロワ３か
ら排ガス冷却器８へ供給される脱炭酸ガス用の空気３Ｃ
の配管の途中に設けられ、濃度測定器２９は送水ポンプ
１１の下流に設けられる。発信器２９Ａは上記溶存炭酸
ガス濃度測定器２９の測定値を電気信号に変換し発信す
るもので、脱炭酸ガス用空気流量調整弁２８の開度コン
トロールに使用する。

【００２９】次に、動作について説明する。送水ポンプ
１１の下流に設けた濃度測定器２９は、回収水２０中の
炭酸ガス濃度を測定する。上記溶存炭酸ガス濃度は、溶
存炭酸ガス濃度の電気信号発信器２９Ａにて電気信号に
変換され、脱炭酸ガス用空気流量調整弁２８に送られ、
脱炭酸ガス用空気３Ｃの流量を調整する。回収水２０中
の溶存炭酸ガス濃度は、散気管９から供給される脱炭酸
ガス用空気３Ｃの量や燃料電池２の発電出力によって変
動する。図４に発電出力２００ｋＷの燃料電池において
実験をした結果を示す。イオン交換式の水処理装置２２
中のイオン交換樹脂の負荷を軽減するにはできる限り溶
存炭酸ガス濃度を低減した方が望ましいが、溶存炭酸ガ
ス濃度が０．５〜１．０ｐｐｍとするだけで飛躍的にイ
オン交換樹脂の負荷が軽減される。

【００３０】以上のように、回収水中の溶存炭酸ガス濃
度を計測し、脱炭酸ガス用空気流量を調整することによ
り、燃料電池の負荷が小さい時に脱炭酸ガス用空気流量
を減らし、燃料電池２負荷が大きい時に脱炭酸ガス用空
気流量を増やすことが出来る。この結果、燃料電池２の
低負荷運転時における空気ブロワ３の動力削減ができ
る。

【００３１】実施の形態３．図５は、この発明の実施の
形態３に係る燃料電池発電設備を示している。この実施
の形態では、回収水のｐＨ値を測定するｐＨ測定器３０
と、このｐＨ測定器３０によって測定されたｐＨ値を電
気信号として発信する発信器３０Ａと、発信器３０Ａか
らの電気信号により散器管９へ供給される空気３Ｃの流
量を調節する流量調節機構としての流量調節弁２８とを
備えている。流量調節弁２８は空気ブロワ３から排ガス
冷却器８へ供給される脱炭酸ガス用の空気３Ｃの配管の
途中に設けられ、ｐＨ測定器３０は送水ポンプ１１の下
流に設けられる。発信器３０Ａは上記溶存炭酸ガス濃度
測定器３０の測定値を電気信号に変換し発信するもの
で、空気流量調整弁２８の開度コントロールに使用す
る。

【００３２】次に、動作について説明する。送水ポンプ
１１の下流に設けたｐＨ測定器３０は、回収水２０中の
ｐＨを測定する。上記ｐＨ値は電気信号発信器３０Ａに
て電気信号に変換され、空気流量調整弁２８に送られ、
脱炭酸ガス用空気３Ｃの流量を調整する。回収水２０中
のｐＨは溶存炭酸ガス濃度と１対１に対応しており、溶
存炭酸ガス濃度と同様に散気管９から供給される脱炭酸
ガス用空気３Ｃの量や燃料電池２の発電出力によって変
動する。

【００３３】以上のように、回収水中のｐＨを計測し、
脱炭酸ガス用空気流量を調整することにより、燃料電池
２の負荷が小さい時に脱炭酸ガス用の空気流量を減ら
し、燃料電池２の負荷が大きい時に脱炭酸ガス用の空気
流量を増やすことが出来る。この結果、燃料電池の低負
荷運転時における空気ブロワの動力削減が出来る。ま
た、溶存炭酸ガス濃度測定器より安価で信頼性も高いの
でコスト削減も出来る。

【００３４】実施の形態４．図６は、この発明の第４の
発明に係る一実施例である燃料電池発電設備のシステム
構成図である。

【００３５】 この実施の形態は、空気流量を測定する
流量測定器３１と、発電出力を電気信号として発信する
発信器３２と、該発信器３２からの電気信号により散気
管９へ供給される空気３Ｃの流量を調節する流量調節機
構としての流量調節弁２８とを備えている。電気信号発
信器３２は燃料電池２の発電出力により脱炭酸ガス用空
気流量を調節するよう電気信号に変換し発信するもの
で、空気流量調整弁２８の開度コントロールに使用す
る。

【００３６】次に、動作について説明する。脱炭酸ガス
用の空気３Ｃの量は、燃料電池の発電出力と１対１に対
応しており、脱炭酸ガス用の空気流量測定器３１の測定
値が燃料電池発電出力によって必要とされる脱炭酸ガス
用の空気３Ｃの量となるように脱炭酸ガス用の空気流量
の電気信号発信器３２にて電気信号に変換され、空気流
量調整弁２８に送られ、脱炭酸ガス用空気流量３Ｃを調
整する。以上のように、燃料電池の発電出力によって脱
炭酸ガス用空気流量を調整することにより、燃料電池２
の負荷が小さい時に脱炭酸ガス用空気流量を減らし、燃
料電池２の負荷が大きい時に脱炭酸ガス用空気流量を増
やすことが出来る。この結果、燃料電池２の低負荷運転
時における空気ブロワ３の動力削減が出来る。また、溶
存炭酸ガス濃度測定器やｐＨ測定器より信頼性の高いシ
ステムを提供出来る。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように、この発明の請求項
１に係る燃料電池発電設備では、排ガス冷却器の貯水槽
内に空気を気泡として供給し溶存炭酸ガス濃度を低減さ
せる気泡放出器を設けたことにより、貯水槽内に溶解し
た炭酸ガスを容易に抜くことが出来、イオン交換式の水
処理装置におけるイオン交換樹脂の負荷が軽減され、ラ
ンニングコストが低減できる。

【００３８】また、請求項２に係る燃料電池発電設備で
は、改質器からの燃焼排ガスと燃料電池からの空気極オ
フガスを合流させて排ガス冷却器に導入することによ
り、従来脱炭酸用に燃焼排ガスと空気極オフガスの導入
口の間に挿入していた充填材を削減でき、充填材部での
圧力損失を低減でき、構造も簡素化できる。さらに、従
来排ガス冷却器の中段から導入していた燃焼排ガスを冷
却するため大型化していた排ガス冷却器を小型化でき
る。

【００３９】また、請求項３に燃料電池発電設備では、
気泡放出器への空気の供給は空気極と改質器への空気の
供給と同一の空気ブロワから分岐配管によってなされる
ことにより、構造が簡素化される。

【００４０】また、請求項４に係る燃料電池発電設備で
は、貯水槽内の回収水は弱酸性であるので、容易に回収
水中から溶存炭酸ガスを簡単に抜くことができる。

【００４１】また、請求項５に係る燃料電池発電設備で
は、排ガス冷却器内のスプレーノズルから噴霧された冷
却水により、改質器からの燃焼排ガスと燃料電池からの
空気極オフガスが直接冷却されるようになっているの
で、圧力損失を増大させる充填材を用いなくても冷却水
とガスとの接触面積が大きくなり、冷却および脱炭酸効
率が向上する。

【００４２】また、請求項６に係る燃料電池発電設備で
は、回収水の溶存炭酸ガス濃度を測定する濃度測定器
と、該濃度測定手段により測定された炭酸ガス濃度を電
気信号として発信する発信器と、該発信器からの電気信
号により上記気泡放出器へ供給される空気の流量を調節
する流量調節機構とを備えていることにより、低負荷運
転時の空気ブロワの動力を削減できる。

【００４３】また、請求項７に係る燃料電池発電設備で
は、回収水のｐＨ値を測定するｐＨ測定器と、該ｐＨ測
定器によって測定されたｐＨ値を電気信号として発信す
る発信器と、該発信器からの電気信号により上記気泡放
出器へ供給される空気の流量を調節する流量調節機構と
を備えていることにより、上記請求項６に係る発明と同
等の効果を安価で達成出来、更に信頼性も向上する。

【００４４】本請求項８に係る燃料電池発電設備では、
発電出力を電気信号を電気信号として発信する発信器
と、該発信器からの電気信号により上記気泡放出器へ供
給される空気の流量を調節する流量調節機構とを備えて
いることにより、上記請求項６に係る発明と同等の効果
を信頼性高く実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の形態1に係る燃料電池発電
設備のシステム構成図である。

【図２】 図１の設備の回収水中の遊離炭酸と結合炭酸
の割合を表す図である。

【図３】 この発明の実施の形態２に係る燃料電池発電
設備のシステム構成図である。

【図４】 発電出力２００ｋＷの燃料電池における脱炭
酸ガス用空気流量と回収水中の炭酸ガス濃度の実験結果
を表す図である。

【図５】 この発明の実施の形態３に係る燃料電池発電
設備のシステム構成図である。

【図６】 この発明の実施の形態４に係る燃料電池発電
設備のシステム構成図である。

【図７】 図７は従来技術に関する燃料電池発電設備の
システム構成図である。

【符号の説明】

１ 改質器、１Ａ 燃焼排ガス、１Ｂ 改質ガス、１Ｃ
燃料、２ 燃料電池、２０１ 燃料電極、２０２空気
極、２Ａ 空気極オフガス、２Ｂ 燃料極オフガス、３
空気ブロワ、３Ａ 燃焼用空気、３Ｂ 反応用空気、
３Ｃ 脱炭酸ガス用の空気、４ 気液分離器、４Ａ
水蒸気、４Ｂ 冷却水、６ 電池冷却水循環ポンプ、７
合流排ガス、８ 排ガス冷却器、９ 散気管(気泡放
出器)、１０ 貯水槽、１１ 送水ポンプ、１３ 合流
排ガス導入口、１５ 合流排ガスの放出口、１６ スプ
レーノズル、１７ 熱交換器、２０ 回収水、２１ ブ
ローダウン水、２２ イオン交換式の水処理装置、２３
高圧ポンプ、２４ 補給水、２８ 空気流量調整弁
（流量調節機構）、２９ 溶存炭酸ガス濃度測定器、２
９Ａ 溶存炭酸ガス濃度の電気信号発信器、３０ ｐＨ
測定器、３０Ａ ｐＨの電気信号発信器、３１ 脱炭酸
ガス用空気流量測定器、３２ 脱炭酸ガス用空気流量の
電気信号発信器。

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 燃料極と空気極とを有し、上記燃料極に
   供給される改質ガス中の水素と空気極に供給される空気
   中の酸素とを反応させて直流電力を得る水冷式の燃料電
   池と、 燃料と水蒸気とを反応させ前記水素を含む改質ガスを得
   ると共に上記燃料電池からの燃料極オフガスを燃焼させ
   て燃料と水蒸気との反応熱とする改質器と、 上記改質器へ水蒸気を供給する気液分離器と、 上記改質器からの燃焼排ガスと上記燃料電池からの空気
   極オフガスを冷却し燃焼排ガスおよび空気極オフガス中
   の水分を凝縮させて回収水を得ると共に該回収水を貯め
   る貯水槽を有する排ガス冷却器と、 該排ガス冷却器からの回収水中の不純物をイオン交換樹
   脂にて除去し上記気液分離器に補給する補給水とするイ
   オン交換式の水処理装置とを備え、 上記排ガス冷却器の上記貯水槽内に空気を気泡として供
   給し溶存炭酸ガス濃度を低減させる気泡放出器を設けた
   燃料電池発電設備。
2. 【請求項２】 改質器からの燃焼排ガスと燃料電池から
   の空気極オフガスを合流させて排ガス冷却器に導入する
   請求項１に記載の燃料電池発電設備。
3. 【請求項３】 気泡放出器への空気の供給は、空気極と
   改質器への空気の供給と同一の空気ブロワから分岐配管
   によってなされる請求項１または２に記載の燃料電池発
   電設備。
4. 【請求項４】 貯水槽内の回収水は弱酸性である請求項
   １ないし３の何れかの項に記載の燃料電池発電設備。
5. 【請求項５】 排ガス冷却器内のスプレーノズルから噴
   霧された冷却水により、改質器からの燃焼排ガスと燃料
   電池からの空気極オフガスが直接冷却されるようになっ
   ている請求項１ないし４の何れかの項に記載の燃料電池
   発電設備。
6. 【請求項６】 回収水の溶存炭酸ガス濃度を測定する濃
   度測定器と、該濃度測定手段により測定された炭酸ガス
   濃度を電気信号として発信する発信器と、該発信器から
   の電気信号により上記気泡放出器へ供給される空気の流
   量を調節する流量調節機構とを備えている請求項１ない
   し５の何れかの項に記載の燃料電池発電設備。
7. 【請求項７】 回収水のｐＨ値を測定するｐＨ測定器
   と、該ｐＨ測定器によって測定されたｐＨ値を電気信号
   として発信する発信器と、該発信器からの電気信号によ
   り上記気泡放出器へ供給される空気の流量を調節する流
   量調節機構とを備えている請求項１ないし５の何れかの
   項に記載の燃料電池設備。
8. 【請求項８】 発電出力を電気信号として発信する発信
   器と、該発信器からの電気信号により上記気泡放出器へ
   供給される空気の流量を調節する流量調節機構とを備え
   ている請求項１ないし５の何れかの項に記載の燃料電池
   設備。