JP2005197108A - Fuel cell power generation hot-water supply system - Google Patents

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JP2005197108A JP2004002833A JP2004002833A JP2005197108A JP 2005197108 A JP2005197108 A JP 2005197108A JP 2004002833 A JP2004002833 A JP 2004002833A JP 2004002833 A JP2004002833 A JP 2004002833A JP 2005197108 A JP2005197108 A JP 2005197108A
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Tsutomu Okuzawa
奥澤  務
Hidekazu Fujimura
秀和 藤村
Takaaki Mizukami
貴彰 水上
Shin Takahashi
高橋  心
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell power generation hot-water supply system capable of exhausting condensed water generated in gas in a heat exchanger in a fuel cell, a fuel processing device, or a tube channel, and preventing outflow of the gas and inflow of off-system air, as to one carrying out a partial-load slave operation. <P>SOLUTION: A condensed water recovery/exhaust device 6 is provided at a position with a high vapor concentration within an anode gas line and a cathode gas line at an inlet and outlet of the fuel cell. The condensed water recovery/exhaust device 6, as an example, fitted to a part or all of outlets of heat exchangers 27 in lines of the anode gas 17 and the cathode gas 19, has a structure of decelerating gas-flow velocity to a tenth or lower, and changing a flowing direction by 90° or more. By using part of condensed water left at the bottom part of a separating room 1 of the condensed water recovery/exhaust device 6 as a sealing material, the condensed water recovered is exhausted without leaking gas inside the system and without letting gas outside the system get mixed. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、燃料電池を主電源とする燃料電池発電給湯システムに係り、特に、電力需要変動及び給湯需要変動の大きい家庭用に用いるに好適な燃料電池発電給湯システムに関する。   The present invention relates to a fuel cell power generation / hot water supply system using a fuel cell as a main power source, and more particularly, to a fuel cell power generation / hot water supply system suitable for use in homes where electric power demand fluctuation and hot water supply demand fluctuation are large.

従来の燃料電池発電給湯システムの構成としては、例えば、特開2001−93550号公報に記載されているようなものが知られている。家庭用の燃料電池発電給湯システムのように、一部時間帯により高い需要電力が必要だが、平均的には需要電力は低い場合は、効率的な運転をするためには、電力需要に追随して部分負荷運転するのが経済的である。   As a configuration of a conventional fuel cell power generation hot water supply system, for example, a configuration described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-93550 is known. High demand power is required in some time zones, as in household fuel cell power and hot water supply systems. However, if the demand power is low on average, follow the power demand for efficient operation. It is economical to perform partial load operation.

特開2001−93550号公報JP 2001-93550 A

しかしながら、部分負荷追従運転状況下のもとでは、排熱回収系の熱交換器での熱交換量が変化する。さらに、100℃以下の温度で運転され、かつ、燃料改質装置(PEFC)に出入りするガスの水蒸気濃度が高いため、凝縮水が発生し、この凝縮水量も変動する。この凝縮水を配管内に放置すれば、PEFC内でフラッデイングを起こしPEFC性能の低下を招くとともに、補機動力を増大させる原因となる。また、アノード戻りガスに凝縮水が生じたまま、改質器に戻したのでは失火の原因となる。家庭用燃料電池システムにおいて、高効率化のため部分負荷追従運転が行われる。このため、運転の障害となる凝縮水の発生は時々刻々変化しており、凝縮水の回収排出装置もそれに対応して系内のガスを漏らさず、また、系外のガスを混入させないようにして凝縮水を排出しなければならないという問題がある。   However, the heat exchange amount in the heat exchanger of the exhaust heat recovery system changes under the partial load following operation condition. Furthermore, since it is operated at a temperature of 100 ° C. or lower and the water vapor concentration of the gas entering and exiting the fuel reformer (PEFC) is high, condensed water is generated and the amount of condensed water also varies. If this condensate is left in the piping, flooding occurs in the PEFC, leading to a decrease in PEFC performance and an increase in auxiliary power. Moreover, if the condensed water is generated in the anode return gas and returned to the reformer, it may cause a misfire. In a domestic fuel cell system, partial load following operation is performed for higher efficiency. For this reason, the generation of condensed water that becomes an obstacle to operation changes from moment to moment, and the condensate recovery and discharge device does not leak the gas in the system correspondingly, and also does not mix the gas outside the system. There is a problem that the condensed water must be discharged.

本発明の目的は、部分負荷追従運転を行う家庭用燃料電池発電給湯システムにおいて、燃料電池内、燃料処理装置内又は管路内の熱交換器内のガス中に発生する凝縮水を排出でき、また、当該ガスの流出と系外の空気の流入を防止できる燃料電池発電給湯システムを提供することにある。   An object of the present invention is to discharge the condensed water generated in the gas in the heat exchanger in the fuel cell, the fuel processing device or the pipe line in the domestic fuel cell power generation hot water supply system that performs the partial load following operation, It is another object of the present invention to provide a fuel cell power hot water supply system that can prevent outflow of the gas and inflow of air outside the system.

(1)上記目的を達成するために、本発明は、燃料処理装置と燃料電池とを有する燃料電池発電給湯システムにおいて、前記燃料電池の入出のアノードガスライン及びカソードガスラインの内、水蒸気濃度の高い位置に凝縮水回収排出装置を備えるようにしたものである。
かかる構成により、燃料電池内、燃料処理装置内又は管路内の熱交換器内のガス中に発生する凝縮水を排出できるものとなる。
(1) In order to achieve the above object, according to the present invention, in a fuel cell power hot water supply system having a fuel processing device and a fuel cell, the concentration of water vapor in the anode gas line and the cathode gas line entering and exiting the fuel cell is reduced. A condensed water recovery / discharge device is provided at a high position.
With this configuration, the condensed water generated in the gas in the fuel cell, the fuel processing apparatus, or the heat exchanger in the pipe line can be discharged.

(2)上記(1)において、好ましくは、前記凝縮水回収排出装置を、前記アノードガス及びカソードガスラインの熱交換器出口の一部または全てに備えるようにしたものである。   (2) In the above (1), preferably, the condensed water recovery / discharge device is provided in a part or all of the heat exchanger outlets of the anode gas and cathode gas lines.

(3)上記(1)において、好ましくは、前記凝縮水回収排出装置を、前記燃料処理装置で製造された燃料ガス(アノードガス)の出口及び戻りアノードガスの燃料処理装置への戻り口の直前に、凝縮水回収排出装置を備えるようにしたものである。   (3) In the above (1), preferably, the condensed water recovery / discharge device is disposed immediately before the outlet of the fuel gas (anode gas) produced by the fuel processing device and the return port of the return anode gas to the fuel processing device. In addition, a condensed water recovery / discharge device is provided.

(4)上記(1)において、好ましくは、前記凝縮水回収排出装置を、燃料電池のカソード排ガス出口,アノードガスの入口、またはアノード排ガス出口の一部或いは全てに、凝縮水回収排出装置を備えるようにしたものである。   (4) In the above (1), preferably, the condensed water collecting / discharging device is provided with a condensed water collecting / discharging device at a part or all of the cathode exhaust gas outlet, the anode gas inlet, or the anode exhaust gas outlet of the fuel cell. It is what I did.

(5)上記(2)〜(4)のいずれかにおいて、好ましくは、前記凝縮水回収排出装置は、ガス流速を凝縮水液滴の自由落下速度以下に減速し、かつ、凝縮水の落下方向に対してガス流の流れ方向を異ならせる構成としたものである。   (5) In any one of the above (2) to (4), preferably, the condensed water recovery / discharge device decelerates a gas flow rate to be equal to or lower than a free falling speed of the condensed water droplets, and a falling direction of the condensed water. In contrast, the flow direction of the gas flow is made different.

(6)上記(2)〜(4)のいずれかにおいて、前記凝縮水回収排出装置は、分離室の底部または下部に設置されたバルブを備え、前記分離室の底部に凝縮水の一部を残してシール材として用いることで、系内のガスを漏らさず系外のガスを混入させずに回収凝縮水を排出するようにしたものである。   (6) In any one of the above (2) to (4), the condensed water recovery / discharge device includes a valve installed at the bottom or lower part of the separation chamber, and a part of the condensed water is placed at the bottom of the separation chamber. By using it as a sealing material, the recovered condensed water is discharged without leaking the gas in the system and without mixing the gas outside the system.

(7)上記(6)において、好ましくは、前記凝縮水回収排出装置は、水位計と、この水位計からの信号に基づき、前記バルブを開閉させる制御手段を備えるようにしたものである。   (7) In the above (6), preferably, the condensed water recovery / discharge device is provided with a water level meter and a control means for opening and closing the valve based on a signal from the water level meter.

(8)上記(6)において、好ましくは、前記凝縮水回収排出装置は、複数の水位計と、これらの水位計からの信号に基づき、前記バルブを開閉させる制御手段を備えるようにしたものである。   (8) In the above (6), preferably, the condensed water recovery / discharge device includes a plurality of water level gauges and a control means for opening and closing the valve based on signals from these water level gauges. is there.

本発明によれば、部分負荷追従運転を行う家庭用燃料電池発電給湯システムにおいて、燃料電池内、燃料処理装置内又は管路内の熱交換器内のガス中に発生する凝縮水を排出でき、また、当該ガスの流出と系外の空気の流入を防止できる。   According to the present invention, in a domestic fuel cell power generation hot water supply system that performs a partial load following operation, condensed water generated in a gas in a fuel cell, a fuel processing device, or a heat exchanger in a pipeline can be discharged, Further, the outflow of the gas and the inflow of air outside the system can be prevented.

最初に、図1を用いて、本発明の一実施形態による燃料電池発電給湯システムの構成について説明する。
図1は、本発明の一実施形態による燃料電池発電給湯システムの構成を示すシステム構成図である。
Initially, the structure of the fuel cell power generation hot water supply system by one Embodiment of this invention is demonstrated using FIG.
FIG. 1 is a system configuration diagram showing the configuration of a fuel cell power hot water supply system according to an embodiment of the present invention.

本実施形態による燃料電池発電給湯システムでは、複数の凝縮水回収排出装置6を付設させて、効率の良い運用を図っている。   In the fuel cell power generation and hot water supply system according to the present embodiment, a plurality of condensate recovery / discharge devices 6 are provided for efficient operation.

燃料処理装置12は、都市ガス13,空気14及び戻りアノードガス15から、水素を含むアノードガス17と燃焼排ガス18を発生させる。燃料電池20は、燃料処理装置12からのアノードガス17と、カソードから流入する空気19とを反応させて発電する。燃料電池冷却水系22は、貯水槽21と熱交換器27−2からなり、燃料電池20を冷却する。
熱交換器27−1は、燃料改質装置12からのアノードガス17を燃料電池20のアノードに入るのに適した温度とするために用いられる。熱交換器27−2は、燃料電池冷却水系22から熱を回収するために用いられる。熱交換器27−3は、燃料電池20へ供給するカソード空気19を燃料電池20からのカソード排ガス24で加熱するために用いられる。熱交換器27−4は、熱交換器27−3からのカソード排ガス26からと、燃料電池20からのアノード排ガス25から熱回収するために備えられる。
The fuel processor 12 generates an anode gas 17 containing hydrogen and a combustion exhaust gas 18 from the city gas 13, the air 14, and the return anode gas 15. The fuel cell 20 generates electricity by reacting the anode gas 17 from the fuel processor 12 and the air 19 flowing in from the cathode. The fuel cell cooling water system 22 includes a water storage tank 21 and a heat exchanger 27-2, and cools the fuel cell 20.
The heat exchanger 27-1 is used to bring the anode gas 17 from the fuel reformer 12 to a temperature suitable for entering the anode of the fuel cell 20. The heat exchanger 27-2 is used to recover heat from the fuel cell cooling water system 22. The heat exchanger 27-3 is used to heat the cathode air 19 supplied to the fuel cell 20 with the cathode exhaust gas 24 from the fuel cell 20. The heat exchanger 27-4 is provided to recover heat from the cathode exhaust gas 26 from the heat exchanger 27-3 and from the anode exhaust gas 25 from the fuel cell 20.

バルブ28−1は、燃料電池冷却水22が熱交換器27−2をバイパスするためのものである。バルブ28−2は、水道水29が熱交換器27−2をバイパスするためのものである。   The valve 28-1 is for the fuel cell cooling water 22 to bypass the heat exchanger 27-2. The valve 28-2 is for the tap water 29 to bypass the heat exchanger 27-2.

さらに、本実施形態においては、凝縮水が発生する個所に設置された凝縮水回収排出装置6−1,6−2,…,6−8を備えている。凝縮水回収排出装置6−1は、熱交換器27−1の下流に設置され、アノードガス17から凝縮水を回収し、排出する。凝縮水回収排出装置6−2は、燃料電池20の下流に設置され、戻りアノードガス25から凝縮水を回収し、排出する。凝縮水回収排出装置6−3は、燃料処理装置12の上流に設置され、戻りアノードガスガス15から凝縮水を回収し、排出する。凝縮水回収排出装置6−4は、燃料電池20の下流に設置され、ソードオフガス24から凝縮水を回収し、排出する。凝縮水回収排出装置6−5は、熱交換器27−3の下流に設置され、カソードオフガス24から凝縮水を回収し、排出する。凝縮水回収排出装置6−6は、燃料電池20の上流に設置され、アノードガス17から凝縮水を回収し、排出する。凝縮水回収排出装置6−7は、熱交換器27−4の下流に設置され、アノードオフガス25から凝縮水を回収し、排出する。凝縮水回収排出装置6−8は、燃料処理装置12で製造された燃料ガス(アノードガス)の出口に設置され、アノードガス17から凝縮水を回収し、排出する。   Furthermore, in this embodiment, the condensed water collection | recovery discharge apparatus 6-1,6-2, ..., 6-8 installed in the location where condensed water generate | occur | produces is provided. The condensed water collection / discharge device 6-1 is installed downstream of the heat exchanger 27-1, collects condensed water from the anode gas 17, and discharges it. The condensed water recovery / discharge device 6-2 is installed downstream of the fuel cell 20 and recovers and discharges the condensed water from the return anode gas 25. The condensed water recovery / discharge device 6-3 is installed upstream of the fuel processing device 12, and recovers and discharges the condensed water from the return anode gas gas 15. The condensed water recovery / discharge device 6-4 is installed downstream of the fuel cell 20, recovers condensed water from the sword off gas 24, and discharges it. The condensed water collection / discharge device 6-5 is installed downstream of the heat exchanger 27-3, collects condensed water from the cathode off gas 24, and discharges it. The condensed water recovery / discharge device 6-6 is installed upstream of the fuel cell 20, recovers condensed water from the anode gas 17, and discharges it. The condensed water recovery / discharge device 6-7 is installed downstream of the heat exchanger 27-4, recovers condensed water from the anode off gas 25, and discharges it. The condensed water recovery / discharge device 6-8 is installed at the outlet of the fuel gas (anode gas) produced by the fuel processing device 12, collects condensed water from the anode gas 17, and discharges it.

なお、凝縮水回収排出装置6−1,6−2,…,6−8は、望ましくは、全部設置すべきであるが、配管が短い場合や凝縮水の発生が少ないときは、一部を省略することも可能である。例えば、凝縮水回収排出装置6−6によって、凝縮水回収排出装置6−1をカバーして、凝縮水回収排出装置6−1を省くこともできる。また、凝縮水回収排出装置6−3によって、凝縮水回収排出装置6−7をカバーして、凝縮水回収排出装置6−7を省くこともできる。   It should be noted that all of the condensed water recovery / discharge devices 6-1, 6-2,..., 6-8 should preferably be installed. It can be omitted. For example, the condensed water recovery / discharge device 6-1 can be covered by the condensed water recovery / discharge device 6-6, and the condensed water recovery / discharge device 6-1 can be omitted. Further, the condensed water recovery / discharge device 6-3 can cover the condensed water recovery / discharge device 6-7 and omit the condensed water recovery / discharge device 6-7.

次に、本実施形態の燃料電池発電給湯システムの動作について説明する。燃料電池発電給湯システムは、まず燃料処理装置12により水素リッチなガス17と空気19を燃料電池20内に規定量送り込み、電気化学反応により、直流の電力と熱を発生させる。この熱の一部は、燃料電池冷却水系22で除去し、残りのカソード排ガス24の持つ熱は、一部は再び熱交換器27−3でカソード空気19に戻し、残りをカソードオフガス26から熱交換器27−4で回収する。同時に、燃料電池20からのアノードオフガス25からも熱交換器27−4で回収する。その他の熱源である燃料処理装置1の生成アノードガス17からは、熱交換器11−1で排熱回収する。ちなみに、この熱交換器11−1の出口でアノードガス6は燃料電池9に入る関係上、70℃付近の温度から大きくずれることは許されない。   Next, operation | movement of the fuel cell power generation hot water supply system of this embodiment is demonstrated. In the fuel cell power hot water supply system, first, the fuel processing device 12 sends hydrogen-rich gas 17 and air 19 into the fuel cell 20 in a predetermined amount, and generates DC power and heat by an electrochemical reaction. Part of this heat is removed by the fuel cell cooling water system 22, and part of the heat of the remaining cathode exhaust gas 24 is returned again to the cathode air 19 by the heat exchanger 27-3, and the rest is heated from the cathode off-gas 26. It collect | recovers with the exchanger 27-4. At the same time, the anode off gas 25 from the fuel cell 20 is also recovered by the heat exchanger 27-4. From the produced anode gas 17 of the fuel processing apparatus 1 which is another heat source, exhaust heat is recovered by the heat exchanger 11-1. Incidentally, the anode gas 6 at the outlet of the heat exchanger 11-1 is not allowed to deviate greatly from a temperature around 70 ° C. because it enters the fuel cell 9.

これらの熱交換器27では、排熱回収温度が100℃以下であり、ガスの水分濃度が高いため、排熱を回収すると、凝縮水を生じる。この凝縮水を放置すると、配管内の圧力損失が増大するばかりでなく燃料電池内でフラッディングを起こしてセルの性能低下を招く。また、アノード戻りガス15に混入して燃料処理装置12の中に入ると、燃焼ガスの熱が奪われて燃焼しにくくなるとともに燃焼出来たとしても温度が低くなり排熱回収率が低下する。   In these heat exchangers 27, the exhaust heat recovery temperature is 100 ° C. or less, and the moisture concentration of the gas is high. Therefore, when exhaust heat is recovered, condensed water is generated. If this condensed water is left unattended, not only the pressure loss in the pipe increases, but also flooding occurs in the fuel cell, leading to a decrease in cell performance. Further, when mixed into the anode return gas 15 and enters the fuel processing device 12, the heat of the combustion gas is taken away, making it difficult to burn, and even if combustion is possible, the temperature is lowered and the exhaust heat recovery rate is reduced.

そこで、本実施形態では、図中の位置,すなわち、アノードガス及びカソードガスラインの熱交換器出口の一部または全てに、凝縮水回収排出装置6−1,6−2,…,6−8を設置することで、簡便にこの問題を解決し、システム全体の効率を向上することができる。   Therefore, in this embodiment, the condensed water recovery / discharge devices 6-1, 6-2,... By installing, this problem can be solved easily and the efficiency of the entire system can be improved.

以上説明したように、本実施形態によれば、低コストで部分負荷運転に安定して追従でき、かつ、燃料電池の性能劣化を招かないで、経済的な運転が可能となる。   As described above, according to the present embodiment, it is possible to stably follow the partial load operation at a low cost, and it is possible to perform an economical operation without causing deterioration of the performance of the fuel cell.

次に、図2を用いて、本発明の他の実施形態による燃料電池発電給湯システムの構成について説明する。
図2は、本発明の他の実施形態による燃料電池発電給湯システムの構成を示すシステム構成図である。なお、図1と同一符号は、同一部分を示している。
Next, the configuration of a fuel cell power hot water supply system according to another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 2 is a system configuration diagram showing the configuration of a fuel cell power hot water supply system according to another embodiment of the present invention. The same reference numerals as those in FIG. 1 indicate the same parts.

本実施形態では、図1に示した燃料電池発電給湯システムから、熱交換器27−3を取り去り、それに伴い凝縮水回収排出装置6−5を取り去ったものである。カソード空気の流量が小さいと、空気19が燃料電池20に向かう途中の配管で燃料電池20からの伝導熱により昇温されるため、図2に示した構成としても、実施可能である。   In the present embodiment, the heat exchanger 27-3 is removed from the fuel cell power generation hot water supply system shown in FIG. 1, and the condensate recovery / discharge device 6-5 is removed accordingly. When the flow rate of the cathode air is small, the temperature of the air 19 is raised by conduction heat from the fuel cell 20 through a pipe on the way to the fuel cell 20, so that the configuration shown in FIG.

以上説明したように、本実施形態によれば、低コストで部分負荷運転に安定して追従でき、かつ、燃料電池の性能劣化を招かないで、経済的な運転が可能となる。また、燃料電池発電給湯システムの構成を簡単にすることができる。   As described above, according to the present embodiment, it is possible to stably follow the partial load operation at a low cost, and it is possible to perform an economical operation without causing deterioration of the performance of the fuel cell. In addition, the configuration of the fuel cell power hot water supply system can be simplified.

なお、本発明は、燃料電池システムに限らず、凝縮水が発生し回収除去しなければならないシステムにも利用できる。   The present invention is not limited to the fuel cell system, and can be used for a system in which condensed water is generated and must be recovered and removed.

次に、図3を用いて、本発明の各実施形態による燃料電池発電給湯システムに用いる凝縮水回収排出装置の第1の構成について説明する。
図3は、本発明の一実施形態による燃料電池発電給湯システムに用いる凝縮水回収排出装置の第1の構成を示す構成図である。
Next, the 1st structure of the condensed water collection | recovery discharge apparatus used for the fuel cell power generation hot water supply system by each embodiment of this invention is demonstrated using FIG.
FIG. 3 is a configuration diagram showing a first configuration of the condensed water recovery / discharge device used in the fuel cell power hot water supply system according to the embodiment of the present invention.

凝縮水回収排出装置6は、分離室1と、電磁弁5と、制御装置8と、水位計10とから構成されている。分離室1には、上部に接続された配管2から凝縮水を含むガス流が流入し、凝縮水を含むガス流から凝縮水を分離する。凝縮水を除去した後のガスは、分離室1の上部に接続された配管3からが他の部位に移動するために流出する。配管4は、分離室1の下部に接続され、凝縮水を系外に排出するために用いられる。電磁弁5は、配管4の下部に設けられ、分離室4に蓄積された凝縮水を排出させるために用いられる。排出される凝縮水は、電磁弁5の下流の配管7を経て、凝縮水タンク(図示せず)等に送る。   The condensed water recovery / discharge device 6 includes a separation chamber 1, a solenoid valve 5, a control device 8, and a water level meter 10. A gas stream containing condensed water flows into the separation chamber 1 from a pipe 2 connected to the upper part, and the condensed water is separated from the gas stream containing condensed water. The gas after removing the condensed water flows out from the pipe 3 connected to the upper part of the separation chamber 1 to move to another part. The pipe 4 is connected to the lower part of the separation chamber 1 and is used for discharging condensed water out of the system. The electromagnetic valve 5 is provided in the lower part of the pipe 4 and is used for discharging condensed water accumulated in the separation chamber 4. The discharged condensed water is sent to a condensed water tank (not shown) or the like through a pipe 7 downstream of the electromagnetic valve 5.

水位計取付け用配管9は、分離室1の下部に接続された配管4と分離室1の上部側とを接続するように設置され、その一部又は全面がガラス又はアクリル等の透明部材からなる。水位計取付け用配管9には、水位計10が取り付けられる。水位計10は、分離室1内の水位を水位計取付け用配管9の透明部分から検知し、検知信号を発する。制御装置8は、水位計10からの信号を得て、電磁弁5の開閉を制御する。   The pipe 9 for attaching the water level gauge is installed so as to connect the pipe 4 connected to the lower part of the separation chamber 1 and the upper side of the separation chamber 1, and a part or the entire surface thereof is made of a transparent member such as glass or acrylic. . A water level gauge 10 is attached to the water level gauge attachment pipe 9. The water level gauge 10 detects the water level in the separation chamber 1 from the transparent portion of the pipe 9 for attaching the water level gauge, and issues a detection signal. The control device 8 obtains a signal from the water level gauge 10 and controls the opening / closing of the electromagnetic valve 5.

なお、電磁弁5は、必ずしも電磁弁である必要はなく、空気圧または流体圧作動弁でもよいものである。   The solenoid valve 5 is not necessarily a solenoid valve, and may be a pneumatic or fluid pressure actuated valve.

以上のように構成された凝縮水排出回収装置6では、まず、熱交換器(図示せず)等から流出した凝縮水を含むガス流は配管2を通り、分離室1に入る。分離室1の断面積は、配管2の断面積の10倍以上となっており、分離室1に入ったガス流の流速は、10分の1以下に低下する。そして、凝縮水液滴の自由落下速度よりも低下させる。液滴のサイズが1mmの場合、自由落下速度は400cm/sであり、液滴のサイズが2mmの場合、自由落下速度は600cm/sである。したがって、配管2を流れる流速が300cm/sの場合、分離室1の断面積を配管2の断面積の10倍以上とすると、分離室1に入ったガス流の流速を10分の1以下,30cm/sとなり、液滴とガスを完全に分離することができる。また、分離室1内において、配管2は、鉛直方向した向きに設けられ、液滴は図面の下方向に落下するのに対して、ガス流は上方に移動するため、ガス流の流れ方向が液滴の落下方向に対して180度異なっている。このようにガス流の流れ方向と液滴の方向とを変えることにより、両者の分離を容易に行える。このとき、ガス流の流れ方向と液滴の落下方向を90度以上変えると、凝縮水の分離性能が向上する。これにより、凝縮水を分離したガス流は、凝縮水水滴が落下するのに十分な時間を分離室1内に滞留し、分離室1内を上昇して配管3より分離室1を出て目的の部位に向かう。その際、ガス流から離した凝縮水は、分離室1の下部に溜まる。   In the condensed water discharge / recovery device 6 configured as described above, first, a gas flow containing condensed water flowing out from a heat exchanger (not shown) or the like passes through the pipe 2 and enters the separation chamber 1. The cross-sectional area of the separation chamber 1 is 10 times or more the cross-sectional area of the pipe 2, and the flow velocity of the gas flow entering the separation chamber 1 is reduced to 1/10 or less. And it makes it lower than the free fall speed of a condensed water droplet. When the droplet size is 1 mm, the free fall velocity is 400 cm / s, and when the droplet size is 2 mm, the free fall velocity is 600 cm / s. Therefore, when the flow rate flowing through the pipe 2 is 300 cm / s, if the cross-sectional area of the separation chamber 1 is 10 times or more the cross-sectional area of the pipe 2, the flow rate of the gas flow entering the separation chamber 1 is 1/10 or less. It becomes 30 cm / s, and the droplet and the gas can be completely separated. In the separation chamber 1, the pipe 2 is provided in the vertical direction, and the liquid droplet moves downward while the gas flow moves upward. It is 180 degrees different from the drop direction of the droplet. Thus, by changing the flow direction of the gas flow and the direction of the liquid droplets, it is possible to easily separate them. At this time, if the flow direction of the gas flow and the falling direction of the droplets are changed by 90 degrees or more, the separation performance of the condensed water is improved. As a result, the gas flow from which the condensed water has been separated stays in the separation chamber 1 for a time sufficient for the condensed water droplets to fall, rises in the separation chamber 1 and exits the separation chamber 1 from the pipe 3. Head for the part. At that time, the condensed water separated from the gas flow is accumulated in the lower part of the separation chamber 1.

分離室1の下部に溜まった凝縮水の水位は、水位計取付け用配管9を介して水位計10に光学的あるいは電気的に検知される。所定の水位になると、水位計10からの水位検知信号は、制御装置8に入力する。制御装置8は、水位計10からの検知信号を受けると、電磁弁5に開信号を送り、電磁弁5が開いて、蓄積した凝縮水が排出される。凝縮水が排出されて水位計の検知信号がオフとなると、制御装置8内から閉信号が送られて電磁弁5が閉となる。この際、分離室の下部には、凝縮水を完全に排除せずに僅かな量を残して系内のガスとバルブの開閉部及びシール部が直接接触せずに水を介して接触するようにして、系内外のガスを接触させないように運転する。   The water level of the condensed water accumulated in the lower part of the separation chamber 1 is optically or electrically detected by the water level gauge 10 through the water level gauge mounting pipe 9. When the water level reaches a predetermined level, a water level detection signal from the water level gauge 10 is input to the control device 8. When the control device 8 receives the detection signal from the water level gauge 10, it sends an open signal to the electromagnetic valve 5, the electromagnetic valve 5 is opened, and the accumulated condensed water is discharged. When the condensed water is discharged and the detection signal of the water level meter is turned off, a closing signal is sent from the control device 8 and the electromagnetic valve 5 is closed. At this time, the gas in the system, the valve opening / closing part and the seal part are not in direct contact with each other through the water, leaving a small amount without completely eliminating condensed water at the lower part of the separation chamber. Then, the system is operated so as not to contact the gas inside and outside the system.

なお、水位計10の検知信号がオンになると電磁弁5を開き、検知信号がオフになると電磁弁5を閉じる方式で頻繁に電磁弁5がオンオフを繰り返すほど凝縮水の発生水量が多い場合には、検知信号がオンになった時、電磁弁5を開くとともに、タイマー等を用いて所定時間経過後に、電磁弁5を閉じるようにしてもよいものである。   When the detection signal of the water level meter 10 is turned on, the electromagnetic valve 5 is opened. When the detection signal is turned off, the electromagnetic valve 5 is closed. When the detection signal is turned on, the solenoid valve 5 may be opened and the solenoid valve 5 may be closed after elapse of a predetermined time using a timer or the like.

なお、凝縮水排水装置として、蒸気配管等で使用されているフロート式の凝縮水排水装置を用いることも検討したが、家庭用燃料電池システムのように流量が極めて少量であり、かつ、ガスの圧力が殆ど常圧の場合、フロートをシールに押し付ける圧力も小さく、微量なガス漏れが発生する恐れがある。水素ガスを含むガスを取り扱う装置においては、ガス量が微量とはいえ、安全性の面での着実な配慮が必要と考える。その点、本実施形態のように、分離室の下部にある程度の量の水を残留させてシールすることにより、ガス漏れを効果的に防止することができる。   In addition, as a condensate drainage device, the use of a float type condensate drainage device used in steam pipes and the like was also examined, but the flow rate is extremely small as in a domestic fuel cell system, and gas When the pressure is almost normal pressure, the pressure for pressing the float against the seal is small, and there is a possibility that a slight amount of gas leakage may occur. In an apparatus that handles gas containing hydrogen gas, although the amount of gas is very small, it is necessary to steadily consider safety. In that respect, gas leakage can be effectively prevented by leaving a certain amount of water remaining in the lower part of the separation chamber and sealing it as in this embodiment.

以上のように、凝縮水の蓄積量を測ることにより電磁弁を開閉して凝縮水を排出するので、部分負荷追従運転による凝縮量の増減に関わりなくガスを系外に放出せず、また、系外の空気を入れずに確実に運転できる。したがって、発生した凝縮水を効果的に回収排水しガス漏れや空気の混入を防止できるので、安全で効率の高いシステムを得ることができる。   As described above, since the condensed water is discharged by opening and closing the solenoid valve by measuring the accumulated amount of condensed water, the gas is not released out of the system regardless of the increase or decrease of the condensed amount due to the partial load following operation, It can be operated reliably without air outside the system. Therefore, since the generated condensed water can be effectively recovered and drained to prevent gas leakage and air mixing, a safe and highly efficient system can be obtained.

次に、図4を用いて、本発明の各実施形態による燃料電池発電給湯システムに用いる凝縮水回収排出装置の第2の構成について説明する。
図4は、本発明の一実施形態による燃料電池発電給湯システムに用いる凝縮水回収排出装置の第2の構成を示す構成図である。なお、図3と同一符号は、同一部分を示している。
Next, the 2nd structure of the condensed water collection | recovery discharge apparatus used for the fuel cell power generation hot water supply system by each embodiment of this invention is demonstrated using FIG.
FIG. 4 is a configuration diagram showing a second configuration of the condensed water recovery / discharge device used in the fuel cell power hot water supply system according to the embodiment of the present invention. In addition, the same code | symbol as FIG. 3 has shown the same part.

本例では、図3の構成に加えて、水位計11が追加されている。凝縮水が溜まり水位計11の設定水位を越えたとき、水位計11から制御装置8に信号が送られ、その信号により制御装置8で電磁弁5を開操作する。これにより、凝縮水が排出されて水位が下がり、水位計10の設定水位より下がると、水位計10から制御装置8に信号が送られ、その信号により制御装置8で電磁弁5に閉操作を行う。これにより、分離室の下部には、凝縮水を完全に排除せずに僅かな量を残して系内のガスとバルブの開閉部及びシール部が直接接触せずに水を介して接触するようにして、一定の凝縮水をシール材として保持できるのでより安全なシステムを構築できる。   In this example, a water level gauge 11 is added to the configuration of FIG. When condensed water accumulates and exceeds the set water level of the water level gauge 11, a signal is sent from the water level gauge 11 to the control device 8, and the electromagnetic valve 5 is opened by the control device 8 based on the signal. As a result, when the condensed water is discharged and the water level drops and falls below the set water level of the water level meter 10, a signal is sent from the water level meter 10 to the control device 8, and the control device 8 closes the solenoid valve 5 by the signal. Do. As a result, the gas in the system and the valve opening / closing part and the seal part do not directly contact with each other through the water, leaving a small amount without completely eliminating condensed water at the lower part of the separation chamber. Thus, since a certain amount of condensed water can be retained as a sealing material, a safer system can be constructed.

以上の構成により、発生した凝縮水を効果的に回収排水しガス漏れや空気の混入を防止できるので、安全で効率の高いシステムを得ることができる。
With the above configuration, the generated condensed water can be effectively recovered and drained to prevent gas leakage and air mixing, so that a safe and highly efficient system can be obtained.

本発明の一実施形態による燃料電池発電給湯システムの構成を示すシステム構成図である。1 is a system configuration diagram showing a configuration of a fuel cell power hot water supply system according to an embodiment of the present invention. 本発明の他の実施形態による燃料電池発電給湯システムの構成を示すシステム構成図である。It is a system block diagram which shows the structure of the fuel cell power generation hot water supply system by other embodiment of this invention. 本発明の一実施形態による燃料電池発電給湯システムに用いる凝縮水回収排出装置の第1の構成を示す構成図である。It is a block diagram which shows the 1st structure of the condensed water collection | recovery discharge apparatus used for the fuel cell power generation hot water supply system by one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態による燃料電池発電給湯システムに用いる凝縮水回収排出装置の第2の構成を示す構成図である。It is a block diagram which shows the 2nd structure of the condensed water collection | recovery discharge apparatus used for the fuel cell power generation hot water supply system by one Embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1…分離室
2…配管
3…配管
4…配管
5…電磁弁
6…凝縮水回収排出装置
7…配管
8…制御装置
9…水位計取り付け用配管
10…水位計
11…水位計
12…燃料処理装置
13…都市ガス
14…空気
15…戻りアノードガス
17…アノードガス
18…燃焼排ガス
19…カソード空気
20…燃料電池
21…貯水槽
22…燃料電池冷却水系
24…カソード排ガス
25…アノード排ガス
26…カソード排ガス
27…熱交換器
28…バルブ
29…水道水
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Separation chamber 2 ... Piping 3 ... Piping 4 ... Piping 5 ... Solenoid valve 6 ... Condensate collection / discharge device 7 ... Piping 8 ... Control device 9 ... Piping for water level meter 10 ... Water level meter 11 ... Water level meter 12 ... Fuel processing Equipment 13 ... City gas 14 ... Air 15 ... Return anode gas 17 ... Anode gas 18 ... Combustion exhaust gas 19 ... Cathode air 20 ... Fuel cell 21 ... Water tank 22 ... Fuel cell cooling water system 24 ... Cathode exhaust gas 25 ... Anode exhaust gas 26 ... Cathode Exhaust gas 27 ... Heat exchanger 28 ... Valve 29 ... Tap water

Claims (8)

燃料処理装置と燃料電池とを有する燃料電池発電給湯システムにおいて、
前記燃料電池の入出のアノードガスライン及びカソードガスラインの内、水蒸気濃度の高い位置に凝縮水回収排出装置を備えたことを特徴とする燃料電池発電給湯システム。
In a fuel cell power generation and hot water supply system having a fuel processing device and a fuel cell,
A fuel cell power generation hot water supply system comprising a condensate recovery / discharge device at a position having a high water vapor concentration in the anode gas line and the cathode gas line in and out of the fuel cell.
請求項1記載の燃料電池発電給湯システムにおいて、
前記凝縮水回収排出装置は、前記アノードガスライン及びカソードガスラインの熱交換器出口の一部または全てに備えられたことを特徴とする燃料電池発電給湯システム。
In the fuel cell power generation hot water supply system according to claim 1,
The condensate recovery and discharge device is provided in a part or all of the heat exchanger outlets of the anode gas line and the cathode gas line.
請求項1記載の燃料電池発電給湯システムにおいて、
前記凝縮水回収排出装置は、前記燃料処理装置で製造された燃料ガス(アノードガス)の出口及び戻りアノードガスの燃料処理装置への戻り口の直前に備えられたことを特徴とする燃料電池発電給湯システム。
In the fuel cell power generation hot water supply system according to claim 1,
The condensate recovery and discharge device is provided immediately before the outlet of the fuel gas (anode gas) produced by the fuel processing device and the return port of the return anode gas to the fuel processing device. Hot water system.
請求項1記載の燃料電池発電給湯システムにおいて、
前記凝縮水回収排出装置は、前記燃料電池のカソード排ガス出口,アノードガスの入口、またはアノード排ガス出口の一部或いは全てに備えられたことを特徴とする燃料電池発電給湯システム。
In the fuel cell power generation hot water supply system according to claim 1,
The condensate recovery / discharge device is provided at a part or all of a cathode exhaust gas outlet, an anode gas inlet, or an anode exhaust gas outlet of the fuel cell.
請求項2〜請求項4のいずれかに記載の燃料電池発電給湯システムにおいて、
前記凝縮水回収排出装置は、ガス流速を凝縮水液滴の自由落下速度以下に減速し、かつ、凝縮水の落下方向に対してガス流の流れ方向を異ならせる構成を有することを特徴とする燃料電池発電給湯システム。
In the fuel cell power generation hot water supply system according to any one of claims 2 to 4,
The condensed water collecting / discharging device has a configuration in which the gas flow rate is reduced to be equal to or lower than the free falling speed of the condensed water droplets, and the flow direction of the gas flow is made different from the falling direction of the condensed water. Fuel cell power hot water supply system.
請求項2〜請求項4のいずれかに記載の燃料電池発電給湯システムにおいて、
前記凝縮水回収排出装置は、分離室の底部または下部に設置されたバルブを備え、
前記分離室の底部に凝縮水の一部を残してシール材として用いることで、系内のガスを漏らさず系外のガスを混入させずに回収凝縮水を排出することを特徴とする燃料電池発電給湯システム。
In the fuel cell power generation hot water supply system according to any one of claims 2 to 4,
The condensed water recovery / discharge device includes a valve installed at the bottom or lower part of the separation chamber,
A fuel cell characterized in that a part of condensed water remains at the bottom of the separation chamber and is used as a sealing material to discharge recovered condensed water without leaking gas in the system and without mixing gas outside the system. Power generation hot water system.
請求6記載の燃料電池発電給湯システムにおいて、
前記凝縮水回収排出装置は、水位計と、この水位計からの信号に基づき、前記バルブを開閉させる制御手段を備えたことを特徴とする燃料電池発電給湯システム。
In the fuel cell power generation hot water supply system according to claim 6,
The condensate recovery and discharge device is provided with a water level meter and a control means for opening and closing the valve based on a signal from the water level meter.
請求6記載の燃料電池発電給湯システムにおいて、
前記凝縮水回収排出装置は、複数の水位計と、これらの水位計からの信号に基づき、前記バルブを開閉させる制御手段を備えたことを特徴とする燃料電池発電給湯システム。
In the fuel cell power generation hot water supply system according to claim 6,
The condensate recovery and discharge device is provided with a fuel cell power hot water supply system comprising a plurality of water level gauges and a control means for opening and closing the valve based on signals from these water level gauges.
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Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0248624A (en) * 1988-08-11 1990-02-19 Minolta Camera Co Ltd Zoom lens
JP2009518820A (en) * 2006-07-31 2009-05-07 フュエルセル・パワー・インコーポレイテッド Fuel cell system
JP2009104832A (en) * 2007-10-22 2009-05-14 Ebara Ballard Corp Gas-liquid separator and fuel cell system
JP2011016039A (en) * 2009-07-07 2011-01-27 Nissan Motor Co Ltd Gas-liquid separator for vehicle
JP2016515190A (en) * 2013-03-11 2016-05-26 ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツングRobert Bosch Gmbh Heating equipment and method of operating heating equipment
CN116742080A (en) * 2023-07-19 2023-09-12 江苏申氢宸科技有限公司 Hydrogen fuel cell water separation method and system
WO2024038834A1 (en) * 2022-08-18 2024-02-22 京セラ株式会社 Fuel cell system

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0248624A (en) * 1988-08-11 1990-02-19 Minolta Camera Co Ltd Zoom lens
JP2009518820A (en) * 2006-07-31 2009-05-07 フュエルセル・パワー・インコーポレイテッド Fuel cell system
JP2009104832A (en) * 2007-10-22 2009-05-14 Ebara Ballard Corp Gas-liquid separator and fuel cell system
JP2011016039A (en) * 2009-07-07 2011-01-27 Nissan Motor Co Ltd Gas-liquid separator for vehicle
JP2016515190A (en) * 2013-03-11 2016-05-26 ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツングRobert Bosch Gmbh Heating equipment and method of operating heating equipment
WO2024038834A1 (en) * 2022-08-18 2024-02-22 京セラ株式会社 Fuel cell system
CN116742080A (en) * 2023-07-19 2023-09-12 江苏申氢宸科技有限公司 Hydrogen fuel cell water separation method and system
CN116742080B (en) * 2023-07-19 2024-05-28 江苏申氢宸科技有限公司 Hydrogen fuel cell water separation method and system

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