JP2006236598A - Water recovery device for fuel cell power generator - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a water recovery device for a fuel cell power generator capable of reducing an auxiliary machine loss in the fuel cell power generator for improving system efficiency. <P>SOLUTION: In this water recovery device 30 for the fuel cell power generator, vapor water in emission gas discharged from a fuel cell 20 is liquefied by condensing means 31a and 33, and the liquid water is fed to the fuel cell 20. The water recovery device 30 is provided with a water tank 34 for collecting the liquid water W in the downstream part of the condensing means 31a and 33, and using a water pressure of the water tank 32, the liquid water W is supplied to the fuel cell 20. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、燃料電池から排出される排ガス中より水蒸気を回収して燃料電池にリサイクルする水回収装置に関するものである。   The present invention relates to a water recovery apparatus that recovers water vapor from exhaust gas discharged from a fuel cell and recycles it into the fuel cell.

近年、燃料の有する化学エネルギーを直接電気エネルギーに変換する燃料電池は、高効率でクリーンな発電装置として注目されている。特に、固体酸化物形燃料電池は発電効率が高く、且つ、排熱を有効に利用できるなどの多くの利点を有することから、第三世代の発電用燃料電池として研究開発が進めらている。   In recent years, fuel cells that directly convert chemical energy of fuel into electrical energy have attracted attention as highly efficient and clean power generators. In particular, since solid oxide fuel cells have many advantages such as high power generation efficiency and effective use of exhaust heat, research and development are being promoted as a third generation fuel cell for power generation.

上記固体酸化物形燃料電池は、酸化物イオン導電体から成る固体電解質層を両側から空気極層（カソード）と燃料極層（アノード）で挟み込んだ積層構造を有し、この積層体から成る発電セルとセパレータを交互に複数積層してスタック化すると共に、ハウジング内に収納することによりモジュール化したものである。   The solid oxide fuel cell has a laminated structure in which a solid electrolyte layer composed of an oxide ion conductor is sandwiched between an air electrode layer (cathode) and a fuel electrode layer (anode) from both sides, and power generation composed of this laminated body. A plurality of cells and separators are alternately stacked to form a stack and housed in a housing to form a module.

発電時には、反応用ガスとして空気極層側に酸化剤ガス（酸素) が、また燃料極層側に燃料ガス (Ｈ2、ＣＯ、ＣＨ4等) が供給される。空気極層と燃料極層は、反応用ガスが固体電解質層との界面に到達することができるよう、何れも多孔質の層とされている。 During power generation, an oxidant gas (oxygen) is supplied to the air electrode layer side as a reaction gas, and a fuel gas (H 2 , CO, CH 4, etc.) is supplied to the fuel electrode layer side. The air electrode layer and the fuel electrode layer are both porous layers so that the reaction gas can reach the interface with the solid electrolyte layer.

発電セル内において、空気極層側に供給された酸素は、空気極層内の気孔を通って固体電解質層との界面近傍に到達し、この部分で空気極層から電子を受け取って酸化物イオン（Ｏ2-）にイオン化される。この酸化物イオンは、燃料極層に向かって固体電解質層内を拡散移動する。燃料極層との界面近傍に到達した酸化物イオンは、この部分で燃料ガスと反応し、反応生成物としてＨ2Ｏ（水蒸気）、ＣＯ2等を生じ、燃料極層に電子を放出する。電極反応で生じた電子は、別ルートの外部負荷にて起電力として取り出すことができる。 In the power generation cell, oxygen supplied to the air electrode layer passes through the pores in the air electrode layer and reaches the vicinity of the interface with the solid electrolyte layer. It is ionized to (O 2− ). The oxide ions diffuse and move in the solid electrolyte layer toward the fuel electrode layer. Oxide ions that have reached the vicinity of the interface with the fuel electrode layer react with the fuel gas at this portion to generate H 2 O (water vapor), CO 2, etc. as reaction products, and discharge electrons to the fuel electrode layer. Electrons generated by the electrode reaction can be taken out as an electromotive force at an external load on another route.

ところで、このような燃料電池では、酸化剤ガスとして空気を用い、都市ガス等の炭化水素燃料ガス（原燃料）を改質して得た水素リッチなガスを燃料ガスとして用いるのが一般的である。このため、燃料電池モジュール内部に燃料改質器を組み込み（内部改質）、この燃料改質器において原燃料ガスの改質を行い燃料ガスを生成することが行われている。   By the way, in such a fuel cell, it is common to use air as an oxidant gas and a hydrogen-rich gas obtained by reforming a hydrocarbon fuel gas (raw fuel) such as city gas as a fuel gas. is there. For this reason, a fuel reformer is incorporated in the fuel cell module (internal reforming), and reforming of the raw fuel gas is performed in the fuel reformer to generate fuel gas.

燃料改質器における原燃料の改質は、例えば、原燃料としてメタンに水蒸気を加え、水とメタンとの反応を触媒で促進して行う。従って、燃料改質器には原燃料の改質反応に使用した水蒸気量に対応して水を補給する必要がある。従来、補給用の水は、主にイオン交換式水処理装置等で不純物を除去した水道水（イオン交換水）が用いられていたが、近年ではコージェネレーション化のため、燃料電池の排ガス中の発電生成水を用いることも提案されている（特許文献１参照）。特許文献１には、燃料電池より排出される排ガス中の水蒸気を凝縮水として液化し、燃料電池の燃料改質器に供給する技術が開示されている。
特開平０７−２６３００６号公報 The reforming of the raw fuel in the fuel reformer is performed, for example, by adding water vapor to methane as the raw fuel and promoting the reaction between water and methane with a catalyst. Accordingly, it is necessary to replenish the fuel reformer with water corresponding to the amount of water vapor used for the reforming reaction of the raw fuel. Conventionally, water for supply has been mainly tap water (ion-exchanged water) from which impurities have been removed by an ion-exchange water treatment device or the like, but in recent years, for cogeneration, It has also been proposed to use power generation water (see Patent Document 1). Patent Document 1 discloses a technique in which water vapor in exhaust gas discharged from a fuel cell is liquefied as condensed water and supplied to a fuel reformer of the fuel cell.
Japanese Patent Laid-Open No. 07-263006

しかしながら、上記特許文献１を含む従来技術では、燃料電池への水供給にポンプを使用することから、ポンプの電力消費による補機損失が大きく、燃料電池システム全体の効率が低下するという問題を有していた。   However, since the conventional technology including the above-mentioned Patent Document 1 uses a pump for supplying water to the fuel cell, there is a problem that the auxiliary machine loss due to the power consumption of the pump is large and the efficiency of the entire fuel cell system is lowered. Was.

本発明は、上記問題に鑑みなされたもので、発電装置の補機損失を抑制し、システムの効率を向上できる燃料電池発電装置の水回収装置を提供することを目的としている。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a water recovery device for a fuel cell power generation device that can suppress auxiliary machinery loss of the power generation device and improve the efficiency of the system.

すなわち、請求項１に記載の本発明は、燃料電池より排出される排ガス中の水蒸気を凝縮手段により液化し、この液体水を前記燃料電池に供給する燃料電池発電装置の水回収装置において、前記凝縮手段の下流部に前記液体水を回収するための水タンクを配設し、当該水タンクの水圧により前記液体水を前記燃料電池に供給することを特徴としている。   That is, the present invention described in claim 1 is a water recovery apparatus for a fuel cell power generator that liquefies water vapor in exhaust gas discharged from a fuel cell by a condensing unit and supplies the liquid water to the fuel cell. A water tank for collecting the liquid water is disposed downstream of the condensing means, and the liquid water is supplied to the fuel cell by the water pressure of the water tank.

また、請求項２に記載の本発明は、請求項１に記載の燃料電池発電装置の水回収装置において、前記水タンクを、その水圧により液体水を前記燃料電池に供給し得る前記燃料電池の横部、または上部に配設したことを特徴としている。   According to a second aspect of the present invention, there is provided the water recovery device for a fuel cell power generator according to the first aspect, wherein the water tank is configured to supply liquid water to the fuel cell by its water pressure. It is characterized by being arranged in the horizontal part or the upper part.

また、請求項３に記載の本発明は、請求項１または請求項２の何れかに記載の燃料電池発電装置の水回収装置において、前記水タンクは、オーバーフロー用の排水機構を備えることを特徴としている。   Further, according to a third aspect of the present invention, in the water recovery apparatus for a fuel cell power generator according to the first or second aspect, the water tank includes a drainage mechanism for overflow. It is said.

また、請求項４に記載の本発明は、請求項３に記載の燃料電池発電装置の水回収装置において、前記排水機構の位置を水位方向に可変とし、オーバーフロー水位を調整可能としたことを特徴としている。   According to a fourth aspect of the present invention, in the water recovery device for a fuel cell power generation device according to the third aspect, the position of the drainage mechanism is variable in the water level direction so that the overflow water level can be adjusted. It is said.

また、請求項５に記載の本発明は、請求項１から請求項４までの何れかに記載の燃料電池発電装置の水回収装置において、前記水タンクの下流部にイオン交換樹脂を設けたことを特徴としている。   Further, according to a fifth aspect of the present invention, in the water recovery device for a fuel cell power generator according to any one of the first to fourth aspects, an ion exchange resin is provided in a downstream portion of the water tank. It is characterized by.

また、請求項６に記載の本発明は、請求項１から請求項５までの何れかに記載の燃料電池発電装置の水回収装置において、前記燃料電池が固体酸化物形燃料電池であることを特徴としている。   According to a sixth aspect of the present invention, in the water recovery device for a fuel cell power generator according to any one of the first to fifth aspects, the fuel cell is a solid oxide fuel cell. It is a feature.

本発明によれば、燃料電池より排出される排ガス中の水蒸気を液化して水タンクに回収し、その水圧を利用して燃料電池に液体水を供給するようにしたので、従来用いた給水ポンプが不要となり、これにより、当ポンプによる電力消費を無くし、燃料電池発電装置の効率を向上できる。   According to the present invention, the water vapor in the exhaust gas discharged from the fuel cell is liquefied and recovered in the water tank, and liquid water is supplied to the fuel cell using the water pressure. This eliminates the need for power consumption by the pump and improves the efficiency of the fuel cell power generator.

また、水タンクにオーバーフロー用の排水機構を備え、その位置を可変としてオーバーフロー水位を調整可能としたので、オーバーフロー水位により供給水圧を変化し、燃料電池出力に応じた給水量（例えば、燃料改質のための水蒸気量）を得ることが可能となり、これにより、常に効率の良い発電を行うことができるようになる。   In addition, the water tank is equipped with a drainage mechanism for overflow, and its position can be changed to adjust the overflow water level. Therefore, the supply water pressure is changed according to the overflow water level, and the amount of water supplied according to the fuel cell output (for example, fuel reforming) For this reason, it is possible to always perform efficient power generation.

また、水タンクの下流部にイオン交換樹脂を設けたので、このイオン交換樹脂の脱塩作用により水タンクより燃料電池に供給される液体水中から不純物が除去されて改質反応が良好に行われることにより、効率の良い発電を行うことができる。   Further, since the ion exchange resin is provided in the downstream part of the water tank, impurities are removed from the liquid water supplied to the fuel cell from the water tank by the desalting action of the ion exchange resin, and the reforming reaction is performed well. Therefore, efficient power generation can be performed.

以下、図面に基づいて本発明の一実施形態を説明する。図１は本発明が適用された燃料電池発電装置の概略構成を示し、図２は燃料電池スタックの構成を示している。   Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows a schematic configuration of a fuel cell power generator to which the present invention is applied, and FIG. 2 shows a configuration of a fuel cell stack.

本実施形態の燃料電池発電装置は、図１に示すように、燃料ガスと酸化剤ガス（空気）を導入して直流出力電力を発生する固体酸化物形燃料電池１（燃料電池スタック１）、炭化水素系ガス（例えば、都市ガス）を改質して燃料電池スタック１に供給する燃料改質器１５等を断熱ハウジングに収納した燃料電池モジュール２０、および、この燃料電池モジュール２０の周辺に配設され、燃料電池スタック１に空気を導入するための空気供給系２２、燃料改質器１５に都市ガスを導入するための燃料供給系２１、燃料電池モジュール２０からの排ガス中より水蒸気を回収して燃料電池モジュール２０にリサイクルするための水回収装置３０等で構成されている。   As shown in FIG. 1, the fuel cell power generator according to the present embodiment introduces a fuel gas and an oxidant gas (air) to generate DC output power (solid oxide fuel cell 1 (fuel cell stack 1)), A fuel cell module 20 in which a fuel gas reformer 15 or the like that reforms hydrocarbon gas (for example, city gas) and supplies it to the fuel cell stack 1 is housed in a heat insulating housing, and is disposed around the fuel cell module 20. The water supply system 22 for introducing air into the fuel cell stack 1, the fuel supply system 21 for introducing city gas into the fuel reformer 15, and the steam from the exhaust gas from the fuel cell module 20 are recovered. And a water recovery device 30 for recycling to the fuel cell module 20.

上記燃料電池スタック１は、図２に示すように、固体電解質層２の両面に燃料極層３と空気極層４を配した発電セル５と、燃料極層３の外側に配した燃料極集電体６と、空気極層４の外側に配した空気極集電体７と、各集電体６、７の外側に配したセパレータ８とで構成した単セル１０を縦方向に多数積層してスタック化したものである。   As shown in FIG. 2, the fuel cell stack 1 includes a power generation cell 5 in which a fuel electrode layer 3 and an air electrode layer 4 are disposed on both surfaces of a solid electrolyte layer 2, and a fuel electrode assembly disposed outside the fuel electrode layer 3. A large number of unit cells 10 each including a current collector 6, an air current collector 7 disposed outside the air electrode layer 4, and a separator 8 disposed outside each current collector 6, 7 are stacked in the vertical direction. Are stacked.

単セル１０の構成要素の内、固体電解質層２はイットリアを添加した安定化ジルコニア（ＹＳＺ）等で構成され、燃料極層３はＮｉ、Ｃｏ等の金属またはＮｉ−ＹＳＺ、Ｃｏ−ＹＳＺ等のサーメットで構成され、空気極層４はＬａＭｎＯ3、ＬａＣｏＯ3等で構成され、燃料極集電体６はＮｉ基合金等のスポンジ状の多孔質焼結金属板で構成され、空気極集電体７はＡｇ基合金等のスポンジ状の多孔質焼結金属板で構成され、セパレータ８はステンレス等で構成されている。 Among the constituent elements of the unit cell 10, the solid electrolyte layer 2 is composed of stabilized zirconia (YSZ) or the like to which yttria is added, and the fuel electrode layer 3 is made of a metal such as Ni or Co or Ni-YSZ or Co-YSZ. It is composed of cermet, the air electrode layer 4 is composed of LaMnO 3 , LaCoO 3 or the like, and the fuel electrode current collector 6 is composed of a sponge-like porous sintered metal plate such as a Ni-based alloy. 7 is composed of a sponge-like porous sintered metal plate such as an Ag-based alloy, and the separator 8 is composed of stainless steel or the like.

セパレータ８は、発電セル５間を電気的に接続すると共に、発電セル５に対して反応用ガスを供給する機能を有するもので、燃料ガスをセパレータ８の外周面から導入してセパレータ８の燃料極集電体６に対向する面のほぼ中央部１１ａから吐出する燃料ガス通路１１と、酸化剤ガスをセパレータ８の外周面から導入してセパレータ８の空気極集電体７に対向する面のほぼ中央部１２ａから吐出する酸化剤ガス通路１２を備えている。   The separator 8 has a function of electrically connecting the power generation cells 5 and supplying a reaction gas to the power generation cells 5. The fuel of the separator 8 is introduced by introducing fuel gas from the outer peripheral surface of the separator 8. The fuel gas passage 11 discharged from the substantially central portion 11a of the surface facing the electrode current collector 6 and the surface of the surface of the separator 8 facing the air electrode current collector 7 by introducing oxidant gas from the outer peripheral surface of the separator 8 An oxidant gas passage 12 that is discharged from the substantially central portion 12a is provided.

燃料電池スタック１内には、積層方向に延びる燃料ガス用のマニホールド１７と酸化剤ガス用のマニホールド１８が設けられており、これらマニホールド１７、１８には外部から供給される燃料ガスと空気が流通し、各ガスが各セパレータ８の各ガス通路１１、１２を通して各ガス吐出口１１ａ、１２ａより吐出して各発電セルの各電極に分配・供給されるようになっている。また、燃料電池スタック１の両端には、ステンレス等で成る一対の端板８ａ、８ｂが配設されており、燃料電池スタック１の発電電力は、この端板８ａ、８ｂを介して取り出すことができるようになっている。   A fuel gas manifold 17 and an oxidant gas manifold 18 extending in the stacking direction are provided in the fuel cell stack 1, and fuel gas and air supplied from the outside flow through these manifolds 17 and 18. Each gas is discharged from each gas discharge port 11a and 12a through each gas passage 11 and 12 of each separator 8 and distributed and supplied to each electrode of each power generation cell. Further, a pair of end plates 8a and 8b made of stainless steel or the like are disposed at both ends of the fuel cell stack 1, and the generated power of the fuel cell stack 1 can be taken out through the end plates 8a and 8b. It can be done.

また、この燃料電池スタック１は、発電セル５の外周部にガス漏れ防止シールを敢えて設けないシールレス構造を採用しており、運転時には、発電反応で消費されなかった余剰ガス（高温排ガス）を発電セル５の外周部からハウジング内に自由に放出するようになっている。   In addition, the fuel cell stack 1 employs a sealless structure in which a gas leakage prevention seal is not provided on the outer periphery of the power generation cell 5, and surplus gas (high temperature exhaust gas) that has not been consumed in the power generation reaction during operation is used. It is discharged freely from the outer periphery of the power generation cell 5 into the housing.

また、ハウジングの上下部には、その内部空間に放出された高温度の排ガスを外部設置の熱回収装置３３に誘導する排気管３１が接続されている。この排気管３１は熱回収装置３３の下流側において２つに分岐させられ、一方の排気管３１が斜め上方の勾配を持って延設されて自然冷却部３１ａを構成しており、その端部が外気に開放されていると共に、他方の排気管３１は、熱回収装置３３により凝縮された排ガス中の水蒸気を液体水として回収する水タンク３４に接続されている。   In addition, an exhaust pipe 31 that guides the high-temperature exhaust gas discharged into the internal space to an external heat recovery device 33 is connected to the upper and lower portions of the housing. This exhaust pipe 31 is branched into two on the downstream side of the heat recovery device 33, and one exhaust pipe 31 is extended with an obliquely upward gradient to constitute a natural cooling part 31a, and its end part Is open to the outside air, and the other exhaust pipe 31 is connected to a water tank 34 that recovers water vapor in the exhaust gas condensed by the heat recovery device 33 as liquid water.

この水タンク３４は、その水圧により液体水を燃料電池モジュール２０に供給し得るよう、燃料電池モジュールの上部（或いは、横部）近傍に配設されており、その出口３５側には、回収されたタンク内の液体水Ｗを燃料電池モジュール２０内に誘導するための水供給管３２が接続されている。この水供給管３２内には脱塩作用を有するイオン交換樹脂（図示せず）が設けられている。
また、この水タンク３４には、タンク内の水位を一定保つ（一定水圧）ためのオーバーフロー用の排水機構３６（排水穴３６）を備えており、オーバーフロー水は、この排水穴３６よりオーバーフロー管３７を通してタンク外に排出されるようになっている。本実施形態では、この排水穴３６の位置を水位方向に可変とすることにより、オーバーフロー水位を調整可能としている。オーバーフロー水位の調整範囲は、例えば、±１ｍ程度としている。 The water tank 34 is disposed in the vicinity of the upper part (or the lateral part) of the fuel cell module so that liquid water can be supplied to the fuel cell module 20 by the water pressure, and is recovered at the outlet 35 side. A water supply pipe 32 for guiding the liquid water W in the tank into the fuel cell module 20 is connected. An ion exchange resin (not shown) having a desalting action is provided in the water supply pipe 32.
The water tank 34 is provided with an overflow drain mechanism 36 (drain hole 36) for keeping the water level in the tank constant (constant water pressure). Through the tank. In the present embodiment, the overflow water level can be adjusted by making the position of the drain hole 36 variable in the water level direction. The adjustment range of the overflow water level is, for example, about ± 1 m.

上記した自然冷却部３１ａを含む排気管３１、熱回収装置３３、水タンク３４、水供給管３２等により、本実施形態の水回収装置３０が構成されている。   The exhaust pipe 31, including the natural cooling unit 31a, the heat recovery apparatus 33, the water tank 34, the water supply pipe 32, and the like constitute the water recovery apparatus 30 of the present embodiment.

上記構成の水回収装置３０では、ハウジング上下の排気口１９ａ、１９ｂより、排気管３１を通してハウジング内の高温排ガス（作動温度が７００℃前後の固体酸化物形燃料電池の場合、４５０〜６００℃程度）が熱回収装置３３に誘導されると共に、この熱回収装置３３にて熱回収され、例えば、熱回収により生成された温水は、店舗や家庭内において給湯器や空調（暖／冷房）用の熱エネルギー源として利用される。   In the water recovery apparatus 30 configured as described above, high-temperature exhaust gas in the housing through the exhaust pipe 31 from the upper and lower exhaust ports 19a and 19b (in the case of a solid oxide fuel cell having an operating temperature of around 700 ° C, about 450 to 600 ° C). ) Is guided to the heat recovery device 33, and heat is recovered by the heat recovery device 33. For example, hot water generated by heat recovery is used for water heaters and air conditioning (warming / cooling) in stores and homes. Used as a heat energy source.

一方、熱回収装置３３にて熱回収された排ガスは１００〜２００℃程度の低温排ガスとなっており、このため、水蒸気の一部は凝縮され液体水Ｗとなって水タンク３４に回収されると共に、２００℃に近い比較的高温の水蒸気は、熱回収装置３３より自然冷却部３１ａを通して大気中に排出される過程で１００℃程度に冷却され、排気管３１内で液体水Ｗとなって管勾配を流下して水タンク３４に回収され、排水穴３６の位置で決まる所定の水位（すなわち、オーバーフロー水位）にてタンク内に貯留される。
そして、水タンク３４内の液体水は、その水位で決まる所定の供給水圧（例えば、２００〜３００ｇ／ｃｍ2）をもって水タンク３４の出口３５より水供給管３２を通して燃料電池モジュール２０内に導入され、図示しないモジュール内の水蒸気発生器により高温水蒸気となり、燃料改質器１５に供給される。 On the other hand, the exhaust gas heat-recovered by the heat recovery device 33 is a low-temperature exhaust gas of about 100 to 200 ° C. For this reason, a part of the water vapor is condensed and recovered into the water tank 34 as liquid water W. At the same time, relatively high-temperature water vapor close to 200 ° C. is cooled to about 100 ° C. in the process of being discharged from the heat recovery device 33 through the natural cooling unit 31 a to the atmosphere, and becomes liquid water W in the exhaust pipe 31. The water flows down the gradient, is collected in the water tank 34, and is stored in the tank at a predetermined water level determined by the position of the drain hole 36 (that is, the overflow water level).
The liquid water in the water tank 34 is introduced into the fuel cell module 20 through the water supply pipe 32 from the outlet 35 of the water tank 34 with a predetermined supply water pressure (for example, 200 to 300 g / cm 2 ) determined by the water level. Then, the steam is generated at a high temperature by a steam generator in a module (not shown) and supplied to the fuel reformer 15.

この高温水蒸気は、燃料改質器１５において燃料供給系２１より導入された都市ガスと混合され、その混合ガスが改質触媒の作用により水素リッチな燃料ガスに改質され、燃料電池スタック１に供給される。
本実施形態では、水供給管３２内にイオン交換樹脂を設けているので、このイオン交換樹脂の脱塩作用により水タンク３４より燃料電池モジュール２０に供給される液体水中から不純物が除去されており、これにより、燃料改質器１５での改質反応が良好に行われることになり、効率の良い発電を行うことができる。 This high-temperature steam is mixed with the city gas introduced from the fuel supply system 21 in the fuel reformer 15, and the mixed gas is reformed into a hydrogen-rich fuel gas by the action of the reforming catalyst. Supplied.
In this embodiment, since the ion exchange resin is provided in the water supply pipe 32, impurities are removed from the liquid water supplied from the water tank 34 to the fuel cell module 20 by the desalting action of the ion exchange resin. Thus, the reforming reaction in the fuel reformer 15 is favorably performed, and efficient power generation can be performed.

このように、本発明では、燃料電池モジュール２０より排出される排ガス中の水蒸気を液化して水タンク３４に回収し、その水圧を利用して燃料電池モジュール２０に液体水を供給するようにしたので、従来用いた給水用のポンプが不要となり、装置のコスト低減が図れると共に、当ポンプによる電力消費を無くすことができる。これにより、燃料電池発電装置の効率を向上でき、排ガスを有効利用したコージェネレーション化が実現できる。   As described above, in the present invention, water vapor in the exhaust gas discharged from the fuel cell module 20 is liquefied and collected in the water tank 34, and liquid water is supplied to the fuel cell module 20 using the water pressure. Therefore, the conventionally used pump for water supply becomes unnecessary, the cost of the apparatus can be reduced, and power consumption by the pump can be eliminated. Thereby, the efficiency of the fuel cell power generator can be improved, and cogeneration using the exhaust gas can be realized.

また、水タンク３４にオーバーフロー用の排水機構３６を備え、その位置を可変としてオーバーフロー水位を調整可能としたので、オーバーフロー水位により燃料電池モジュールへ２０の供給水圧を変化し、燃料電池出力に応じた給水量（例えば、燃料改質のための水蒸気量）を得ることが可能となる。
すなわち、高電力出力時は、排水機構３６を高位置に設定し、水タンク３４の供給水圧を高くして、燃料電池モジュール２０への水供給量を増大し、低電力出力時は、排水機構３６を低位置に設定し、水タンク３４の供給水圧を低くして、燃料電池モジュール２０への水供給量を減少するようにする。これにより、燃料電池出力に応じた効率の良い発電を行うことができるようになる。 Further, since the water tank 34 is provided with a drainage mechanism 36 for overflow, and the position can be changed to adjust the overflow water level, the supply water pressure to the fuel cell module 20 is changed according to the overflow water level, and the fuel cell output is changed according to the fuel cell output. It is possible to obtain a water supply amount (for example, an amount of water vapor for fuel reforming).
That is, at the time of high power output, the drainage mechanism 36 is set at a high position, the supply water pressure of the water tank 34 is increased to increase the amount of water supplied to the fuel cell module 20, and at the time of low power output, the drainage mechanism 36 is set to a low position, and the supply water pressure of the water tank 34 is lowered to reduce the amount of water supplied to the fuel cell module 20. Thereby, efficient power generation according to the fuel cell output can be performed.

以上、本実施形態では、燃料電池として固体酸化物形燃料電池を用いたが、本発明の水回収装置３０は、これ以外の他の公知の燃料電池を用いた発電装置にも適用できることは勿論である。   As described above, in this embodiment, the solid oxide fuel cell is used as the fuel cell. However, the water recovery device 30 of the present invention can be applied to other power generation devices using other known fuel cells. It is.

本発明が適用された燃料電池発電装置の概略構成図。1 is a schematic configuration diagram of a fuel cell power generator to which the present invention is applied. 固体酸化物形燃料電池スタックの構成を示す図。The figure which shows the structure of a solid oxide fuel cell stack.

符号の説明Explanation of symbols

２０ 燃料電池（燃料電池モジュール）
３０ 水回収装置
３１ａ、３３ 凝縮手段（熱回収装置、自然冷却部）
３４ 水タンク
３６ 排水機構（排水穴）
Ｗ 液体水 20 Fuel cell (fuel cell module)
30 Water recovery device 31a, 33 Condensing means (heat recovery device, natural cooling part)
34 Water tank 36 Drainage mechanism (drainage hole)
W liquid water

Claims (6)

燃料電池より排出される排ガス中の水蒸気を凝縮手段により液化し、この液体水を前記燃料電池に供給する燃料電池発電装置の水回収装置において、
前記凝縮手段の下流部に前記液体水を回収するための水タンクを配設し、当該水タンクの水圧により前記液体水を前記燃料電池に供給することを特徴とする燃料電池発電装置の水回収装置。 In the water recovery device of the fuel cell power generator that liquefies the water vapor in the exhaust gas discharged from the fuel cell by the condensing means and supplies this liquid water to the fuel cell,
A water tank for recovering the liquid water is disposed downstream of the condensing means, and the liquid water is supplied to the fuel cell by the water pressure of the water tank. apparatus. 前記水タンクを、その水圧により液体水を前記燃料電池に供給し得る前記燃料電池の横部、または上部に配設したことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池発電装置の水回収装置。 2. The water recovery device for a fuel cell power generator according to claim 1, wherein the water tank is disposed in a lateral portion or an upper portion of the fuel cell capable of supplying liquid water to the fuel cell by its water pressure. . 前記水タンクは、オーバーフロー用の排水機構を備えることを特徴とする請求項１または請求項２の何れかに記載の燃料電池発電装置の水回収装置。 The water recovery apparatus for a fuel cell power generator according to claim 1, wherein the water tank includes a drainage mechanism for overflow. 前記排水機構の位置を水位方向に可変とし、オーバーフロー水位を調整可能としたことを特徴とする請求項３に記載の燃料電池発電装置の水回収装置。 The water recovery device for a fuel cell power generator according to claim 3, wherein the position of the drainage mechanism is variable in the water level direction, and the overflow water level can be adjusted. 前記水タンクの下流部にイオン交換樹脂を設けたことを特徴とする請求項１から請求項４までの何れかに記載の燃料電池発電装置の水回収装置。 The water recovery device for a fuel cell power generator according to any one of claims 1 to 4, wherein an ion exchange resin is provided in a downstream portion of the water tank. 前記燃料電池が固体酸化物形燃料電池であることを特徴とする請求項１から請求項５までの何れかに記載の燃料電池発電装置の水回収装置。 The water recovery device for a fuel cell power generator according to any one of claims 1 to 5, wherein the fuel cell is a solid oxide fuel cell.
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