JP2003031255A - 燃料電池発電装置、及び凝縮水の貯水タンクへの供給方法 - Google Patents
燃料電池発電装置、及び凝縮水の貯水タンクへの供給方法Info
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Abstract
る燃料電池発電装置において、高純度が要求される水素
生成水や燃料電池の冷却水として、燃料排ガス中の水分
を凝縮させて用いる場合、排ガス中の二酸化炭素濃度が
非常に高いため凝縮水中にも多くの二酸化炭素が含まれ
ており、これが水浄化のために用いられているイオン交
換樹脂の負荷となって寿命を短くする。 【解決手段】 改質器2と、燃料電池1と、その燃料電
池1からの排ガス中の水を凝縮させる凝縮器7と、凝縮
器7によって凝縮された水を溜める貯水タンク8とを備
え、貯水タンク8に溜められた水を改質器2において利
用する燃料電池発電装置において、凝縮器7から貯水タ
ンク8への水の流路に、凝縮器7によって凝縮された水
を一時的に溜める、大気開放された滞留部20を備え
る。
Description
に関するものである。
反応により電気エネルギーを発生させるもので、発電効
率が高く、大気汚染物質もほとんど排出しないことから
環境性の高い発電装置として期待されており、大型の産
業用ばかりでなく、近年家庭用の小型発電装置の開発も
進められている。
どの原料を水と反応させることにより水素を生成する水
素生成器を内部に設けて水素リッチなガスを生成する。
たとえばメタンを主成分とする都市ガスから水素を生成
する場合、おおよそ水素80%、二酸化炭素20%のガ
スが燃料として得られる。
や、金属イオンなど不純物の水素生成器内部への付着に
よる性能低下などの不具合を防止するため、水素生成器
に供給される水は金属イオンなどの不純物が除去されて
いなければならない。そのため、水素生成用として供給
する水は、イオン交換樹脂による浄化が一般に行われ
る。
ら供給される水だけを用いると、不純物が多いため、イ
オン交換樹脂の寿命が非常に短くなってしまう。そのた
め、発電の反応によって生成した水や、燃料や酸化剤ガ
スに含まれていた水分を回収して利用するという方法が
取られている。
素リッチなガスから水素のほとんどを発電によって消費
された残りであり、気体の中では比較的水に溶解しやす
い二酸化炭素の濃度が非常に高くなっているため、燃料
側の排ガスには炭酸イオンがかなりの量含まれている。
たとえば水素の80%を発電で消費した場合、二酸化炭
素濃度は約55%になる。水に溶解する二酸化炭素の量
は気相中の二酸化炭素濃度に比例するので、燃料側の排
ガスから回収される水には大量の二酸化炭素が溶けこん
でおり、これが炭酸イオンとなっている。炭酸イオンは
イオン交換樹脂の負荷となり、イオン交換樹脂の寿命が
短くなる。また、電気透析を用いる場合も多量の炭酸イ
オンが含まれていると水の純度に影響する。したがっ
て、原水の炭酸イオンをイオン交換樹脂や電気透析に通
す前にできるだけ除去しておく必要がある。
け、炭酸ガスを含んだ水を十分な高さから滴下させ、空
気を下から上へ流すことにより、二酸化炭素を除去する
方式が採られており、また脱炭酸塔を低くするために複
数の細孔をもったトレイを複数重ねた構造が提案されて
いる(特開平8−124590)。
スを脱炭酸のための空気とともに排気しているが、発電
効率を高くするために、燃料側排ガスを水素生成器の加
熱のための燃焼に用いる場合、水素と酸素が混合した状
態で燃焼部へ供給されるため引火の危険がある。
な構造で、燃料電池からの凝縮水中に含まれる炭酸イオ
ンを低減する燃料電池発電装置を提供することを目的と
する。それにより、イオン交換樹脂の寿命を長くするこ
とを目的とするものである。
め、第1の本発明(請求項1に対応)は、燃料ガスと水
とを利用して水素リッチガスを生成する水素生成器と、
その水素生成器からの前記水素リッチガスと酸化剤とを
利用して発電する燃料電池と、その燃料電池からの排ガ
ス中の水を凝縮させる凝縮器と、少なくとも前記凝縮器
によって凝縮された水を溜める貯水タンクとを備え、前
記貯水タンクに溜められた水を前記水素生成器において
利用する燃料電池発電装置において、前記凝縮器から前
記貯水タンクへの水の流路に、大気開放された部位が存
在する燃料電池発電装置である。
は、前記大気開放された部位として、前記凝縮器によっ
て凝縮された水を一時的に溜める、大気開放された滞留
部を備えた第1の本発明に記載の燃料電池発電装置であ
る。
は、前記大気開放された部位として、前記凝縮器と前記
貯水タンクとを接続する、経路の全部又は一部が大気開
放されたパイプを備えた第1の本発明に記載の燃料電池
発電装置である。
は、前記パイプには、水の流通を阻害する流通阻害物が
設けられている第3の本発明に記載の燃料電池発電装置
である。
は、前記流路に強酸性イオン交換樹脂が設けられている
第1から第4のいずれかの本発明に記載の燃料電池発電
装置である。
は、前記流路の全部又は一部が断熱されている第1から
第5のいずれかの本発明に記載の燃料電池発電装置であ
る。
は、燃料ガスと水とを利用して水素リッチガスを生成す
る水素生成器と、その水素生成器からの前記水素リッチ
ガスと酸化剤とを利用して発電する燃料電池と、その燃
料電池からの排ガス中の水を凝縮させる凝縮器と、少な
くとも前記凝縮器によって凝縮された水を溜める貯水タ
ンクとを備え、前記貯水タンクに溜められた水を前記水
素生成器において利用する燃料電池発電装置において、
前記凝縮器から前記貯水タンクへの水の流路の前記貯水
タンクへの水の注ぎ口が、前記貯水タンクの水面より上
に設けられている燃料電池発電装置である。
は、燃料ガスと水とを利用して水素リッチガスを生成す
る水素生成器と、その水素生成器からの前記水素リッチ
ガスと酸化剤とを利用して発電する燃料電池と、その燃
料電池からの排ガス中の水を凝縮させる凝縮器と、少な
くとも前記凝縮器によって凝縮された水を溜める貯水タ
ンクとを備え、前記貯水タンクに溜められた水を前記水
素生成器において利用する燃料電池発電装置における、
前記凝縮器によって凝縮された水の前記貯水タンクへの
供給方法であって、前記凝縮器から前記貯水タンクへの
水の流路において、前記凝縮器によって凝縮された水を
大気に晒して前記貯水タンクへ供給する凝縮水の貯水タ
ンクへの供給方法である。
は、燃料ガスと水とを利用して水素リッチガスを生成す
る水素生成器と、その水素生成器からの前記水素リッチ
ガスと酸化剤とを利用して発電する燃料電池と、その燃
料電池からの排ガス中の水を凝縮させる凝縮器と、少な
くとも前記凝縮器によって凝縮された水を溜める貯水タ
ンクとを備え、前記貯水タンクに溜められた水を前記水
素生成器において利用する燃料電池発電装置における、
前記凝縮器によって凝縮された水の前記貯水タンクへの
供給方法であって、前記凝縮器によって凝縮された水
を、前記貯水タンクの水面より上方から前記貯水タンク
に供給する凝縮水の貯水タンクへの供給方法である。
面を用いて説明する。
形態1における凝縮水回収部を含む燃料電池発電装置の
構成図である。1は燃料電池、2は改質器、3は燃焼
部、7は凝縮器、8は貯水タンク、10は水素側凝縮水
回収部、9は冷却水タンク、13a、bはイオン交換
器、16は冷却水供給ポンプ、17は改質水供給ポン
プ、18は凝縮水回収弁、19は凝縮水回収流路であ
る。
の詳細を示したものであり、凝縮器7、貯水タンク8、
凝縮水回収弁18、凝縮水回収流路19、滞留部20か
らなる。
る。
焼部3で燃焼され改質器2を加熱するために用いられ、
その他は原料として水素生成器としての改質器2に供給
される。改質器2内部で、貯水タンク8から改質水供給
ポンプ17で送り出され、イオン交換樹脂13bで浄化
された水との反応により水素リッチなガスを生成する。
このガスはある程度湿度も含んでいる。
送りこまれた空気中の酸素と燃料電池1内部にある電解
質を介して反応する。この反応で、水素はイオンとなっ
て空気側へ移動するので、水素側流路のガス量が大幅に
減少するので、燃料側排ガスの湿度は非常に高くなる。
分を凝縮除去した後、改質器2の燃焼部3へ送られる。
て貯水タンク8へ送られる。貯水タンク8では凝縮水
と、水が不足した場合に補給される市水が混合した状態
で貯えられている。この水を改質器2に再び供給するほ
か、燃料電池1の温度を一定に保つために循環されてい
る冷却水が減少した場合には、冷却水供給ポンプ16に
よって供給される。冷却水も電気的なリークを抑えるた
めに導電率を低くする必要があり、イオン交換樹脂13
aで浄化した後供給される。
去は以下のように行われる。
いるため凝縮器7で凝縮された水には溶存炭酸ガスが多
く含まれている。凝縮水は凝縮水回収弁18を開くこと
により貯水タンク8に導かれる。この時、凝縮水回収弁
18の入口側の水を残した状態で綴閉じれば水素が貯水
タンク8の方へ漏れてくることも、逆に空気が燃料側排
ガスに混じることもなく安全である。
く含んだ水は、図2に示すように、凝縮水回収弁18を
開くことにより、滞留部20に入る。滞留部20は大気
開放されており、ここで溶存二酸化炭素が大気中に出て
いく。滞留部20を設けない場合よりも、貯水タンク8
に入るまでの時間がかかるので、より長く大気開放され
た状態になるので、より多く二酸化炭素を追い出すこと
ができ、イオン交換樹脂13a、bの負荷を低減するこ
とができる。
ぎ口が貯水タンク8の水面より上になっているが、水面
より下であっても滞留部20での二酸化炭素放出に関し
ては同様の効果が得られる。
気開放されているが、通気性のある材質であればふたを
してあってもかまわないし、この開口部が滞留部20の
側面に設けてあっても同様の効果が得られる。
形態2における凝縮水回収部の構成図であり、凝縮器
7、貯水タンク8、凝縮水回収弁18、凝縮水回収流路
19からなる。
ープになっているので、凝縮水回収弁18を開くと、凝
縮水はゆっくり時間をかけて流れ、貯水タンク8に入
る。このスロープ部分の径を十分大きくすることによ
り、上部に空間ができ、この空間は大気開放されている
ので、スロープを流れる間に凝縮水中に溶けていた二酸
化炭素は徐々に大気中に抜けていくので、イオン交換樹
脂13a、bの負荷を低減することができる。
に開口部があるが、凝縮水回収流路19に開口部を設け
ても同様の効果が得られる。
形態3における凝縮水回収部の構成図であり、凝縮器
7、貯水タンク8、凝縮水回収弁18、パイプで構成さ
れた凝縮水回収流路19からなる。凝縮水回収流路19
の一部は緩やかなスロープになっており、スロープには
多孔質体25が敷いてあり、上部には空間がある。
を開いて凝縮水回収流路19に導かれる。スロープの多
孔質体25は水を含むので、凝縮水はスロープを一気に
流れてしまわずに多孔質体25に保持され、長時間空気
に晒されることになり、水中に溶けている二酸化炭素が
より多く大気中へ出ていく。
り、イオン交換樹脂の負荷を小さくでき、寿命を長くす
ることができる。
発電装置の流通阻害物の一例として多孔質体25を用い
ているが、不織布、織布、スポンジなどを用いても同様
の効果が得られる。
路19の一部は緩やかなスロープになっているとした
が、凝縮水回収流路19にはスロープが設けられていな
くてもよい。要するに、凝縮器7から貯水タンク8への
水の流路としての凝縮水回収流路19の少なくとも一部
が大気開放されておりさえすればよい。
形態4における凝縮水回収部の構成図であり、凝縮器
7、貯水タンク8、凝縮水回収弁18、凝縮水回収流路
19、滞留部20、強酸型イオン交換樹脂23からな
る。
るほど小さくなる。強酸型イオン交換樹脂23に水を通
すことにより、水は酸性になるので、強酸型イオン交換
樹脂23を通した後に大気開放することにより、二酸化
炭素がより効率よく除去でき、イオン交換樹脂の負荷を
小さくし、寿命を長くすることができる。
形態5における凝縮水回収部の構成図であり、凝縮器
7、貯水タンク8、凝縮水回収弁18、凝縮水回収流路
19、滞留部20からなり、凝縮水回収流路19、滞留
部20は断熱材24で覆われている。
ことで冷却し水を凝縮させるので、凝縮水は室温以上の
温度になっている。燃料側凝縮水回収流路19、滞留部
20を断熱してあるので、凝縮水は室温より高い状態に
保たれて、大気開放される。二酸化炭素の水への溶解度
は温度が高いほど低くなるので、室温になって大気開放
するよりも、効率よく二酸化炭素が出ていくので、より
一層イオン交換樹脂の負荷を小さくし、寿命を長くする
ことができる。
形態6における凝縮水回収部の構成図であり、貯水タン
ク8は大気開放されており、凝縮水回収流路19の口が
貯水タンク8の水面より上にあるため、凝縮水は大気開
放されてから貯水タンク8の水面に落ちることになる。
最大で、約50%の濃度の水素側排ガスと平衡状態にな
る濃度まで二酸化炭素を含んだ凝縮水は、大気中の二酸
化炭素濃度は約0.03%であるため、水中から大気中
に出てくる。
開閉するものとしたが、流量を調節する流量制御弁であ
っても同様の効果が得られる。
大気開放されているが、通気性のある材質であればふた
をしてあってもかまわないし、この開口部が貯水タンク
8の側面に設けてあっても同様の効果が得られる。
気中に放出したのち貯水タンク8で貯えることができ
る。
部を備えた燃料電池発電装置によれば、二酸化炭素を高
濃度に溶存する燃料側排ガスから回収した凝縮水を、高
濃度のまま大気開放させることにより二酸化炭素溶存量
を減少させた後、貯水タンクに貯えることができるの
で、イオン交換樹脂の負荷を小さくし、寿命を長くする
ことができる。
に、本発明は、燃料電池からの凝縮水中に含まれる炭酸
イオンを低減する燃料電池発電装置を提供することがで
きる。
図
Claims (9)
- 【請求項1】 燃料ガスと水とを利用して水素リッチガ
スを生成する水素生成器と、その水素生成器からの前記
水素リッチガスと酸化剤とを利用して発電する燃料電池
と、その燃料電池からの排ガス中の水を凝縮させる凝縮
器と、少なくとも前記凝縮器によって凝縮された水を溜
める貯水タンクとを備え、前記貯水タンクに溜められた
水を前記水素生成器において利用する燃料電池発電装置
において、 前記凝縮器から前記貯水タンクへの水の流路に、大気開
放された部位が存在する燃料電池発電装置。 - 【請求項2】 前記大気開放された部位として、前記凝
縮器によって凝縮された水を一時的に溜める、大気開放
された滞留部を備えた請求項1に記載の燃料電池発電装
置。 - 【請求項3】 前記大気開放された部位として、前記凝
縮器と前記貯水タンクとを接続する、経路の全部又は一
部が大気開放されたパイプを備えた請求項1に記載の燃
料電池発電装置。 - 【請求項4】 前記パイプには、水の流通を阻害する流
通阻害物が設けられている請求項3に記載の燃料電池発
電装置。 - 【請求項5】 前記流路に強酸性イオン交換樹脂が設け
られている請求項1から4のいずれかに記載の燃料電池
発電装置。 - 【請求項6】 前記流路の全部又は一部が断熱されてい
る請求項1から5のいずれかに記載の燃料電池発電装
置。 - 【請求項7】 燃料ガスと水とを利用して水素リッチガ
スを生成する水素生成器と、その水素生成器からの前記
水素リッチガスと酸化剤とを利用して発電する燃料電池
と、その燃料電池からの排ガス中の水を凝縮させる凝縮
器と、少なくとも前記凝縮器によって凝縮された水を溜
める貯水タンクとを備え、前記貯水タンクに溜められた
水を前記水素生成器において利用する燃料電池発電装置
において、 前記凝縮器から前記貯水タンクへの水の流路の前記貯水
タンクへの水の注ぎ口が、前記貯水タンクの水面より上
に設けられている燃料電池発電装置。 - 【請求項8】 燃料ガスと水とを利用して水素リッチガ
スを生成する水素生成器と、その水素生成器からの前記
水素リッチガスと酸化剤とを利用して発電する燃料電池
と、その燃料電池からの排ガス中の水を凝縮させる凝縮
器と、少なくとも前記凝縮器によって凝縮された水を溜
める貯水タンクとを備え、前記貯水タンクに溜められた
水を前記水素生成器において利用する燃料電池発電装置
における、前記凝縮器によって凝縮された水の前記貯水
タンクへの供給方法であって、 前記凝縮器から前記貯水タンクへの水の流路において、
前記凝縮器によって凝縮された水を大気に晒して前記貯
水タンクへ供給する凝縮水の貯水タンクへの供給方法。 - 【請求項9】 燃料ガスと水とを利用して水素リッチガ
スを生成する水素生成器と、その水素生成器からの前記
水素リッチガスと酸化剤とを利用して発電する燃料電池
と、その燃料電池からの排ガス中の水を凝縮させる凝縮
器と、少なくとも前記凝縮器によって凝縮された水を溜
める貯水タンクとを備え、前記貯水タンクに溜められた
水を前記水素生成器において利用する燃料電池発電装置
における、前記凝縮器によって凝縮された水の前記貯水
タンクへの供給方法であって、 前記凝縮器によって凝縮された水を、前記貯水タンクの
水面より上方から前記貯水タンクに供給する凝縮水の貯
水タンクへの供給方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001218421A JP2003031255A (ja) | 2001-07-18 | 2001-07-18 | 燃料電池発電装置、及び凝縮水の貯水タンクへの供給方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2001218421A JP2003031255A (ja) | 2001-07-18 | 2001-07-18 | 燃料電池発電装置、及び凝縮水の貯水タンクへの供給方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2003031255A true JP2003031255A (ja) | 2003-01-31 |
JP2003031255A5 JP2003031255A5 (ja) | 2008-08-28 |
Family
ID=19052600
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2001218421A Pending JP2003031255A (ja) | 2001-07-18 | 2001-07-18 | 燃料電池発電装置、及び凝縮水の貯水タンクへの供給方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP2003031255A (ja) |
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