JP2008027587A - 燃料電池発電装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】水処理装置等のメンテナンス周期を長期化させて、ランニングコストに優れた燃料電池発電装置を提供すること。
【解決手段】燃料電池本体の空気極から排出される排空気から回収した排空気凝縮水を水タンク10に供給する第1の供給経路31と、改質器から排出される燃焼排ガスから回収した燃焼排ガス凝縮水を水タンクに供給する第2の供給経路43aと、改質器から排出される燃焼排ガスから回収した燃焼排ガス凝縮水を系外に排出する排出経路42aとを備え、排空気凝縮水は、第1の供給経路31を通して水タンク10に供給し、燃焼排ガス凝縮水は、水タンク10の水位が所定値を下回っている場合は、第2の供給経路43aを通して水タンク10に供給し、水タンク10の水位が所定値を超えている場合は、排出経路42aを通して系外へ排出するように構成されている燃料電池発電装置。
【選択図】図2

Description

本発明は、燃料電池発電装置内部で必要とされる水を、排出される排ガスから回収して再利用する燃料電池発電装置に関する。
燃料電池発電装置は、水素と酸素との結合エネルギーを直接電気エネルギーに変換する発電装置である。かかる燃料電池発電装置には、電解質と、これを挟持する燃料極及び空気極から成る単位電池を複数積層することによって構成された燃料電池本体が使用されており、天然ガスなどの炭化水素系の原燃料を水蒸気改質して得られた燃料ガス中の水素と、空気中の酸素とを、燃料電池の燃料極及び空気極にそれぞれ供給し、両極間で起きる電気化学反応を利用して起電力を得ている。
原燃料を燃料ガスに改質するには、天然ガスなどの炭化水素系の原燃料に水蒸気を加えて、水と原燃料との反応を触媒で促進して行う改質器が通常用いられる。従って、改質器には、燃料の改質に必要となる水を補給する必要がある。
この改質反応に用いる水は、燃料電池から排出される排ガスを凝縮させて得られる凝縮水を、イオン交換式の水処理装置などで不純物を除去したイオン交換水などを利用している。そして、この水処理装置への負荷を低減させるため、通常は、これらの凝縮水に精製処理を施す前に脱炭酸処理を行い、炭酸ガス濃度を低減している。
凝縮水の脱炭酸処理方法として、種々の方法が知られており、例えば下記特許文献1には、水処理装置の前段に、燃焼排ガス凝縮水と、燃料電池本体の空気極側から排出される排空気とを直接向流接触させる直接接触式脱気装置を配置して脱炭酸処理することが開示されている。
また、下記特許文献2には、空気極側から排出される排ガスから回収する排空気凝縮水等の処理不要凝縮水と、改質器から排出される燃焼排ガスから回収する燃焼排ガス凝縮水等の脱炭酸処理を施す必要のある処理対象凝縮水とを分別して回収すると共に、処理対象凝縮水のみに対し脱炭酸処理を施すことが開示されている。
特許第3106552号明細書 特開2005−32673号公報
しかしながら、燃焼排ガス凝縮水に対し、脱炭酸処理を施した場合であっても、燃焼排ガス凝縮水中の炭酸ガス濃度を、燃料電池本体の空気極側から排出される排空気から得られる排空気凝縮水の炭酸ガス濃度と同等程度まで低減することは困難であった。
すなわち、燃焼排ガス中の炭酸ガス濃度は、約15%であり、このときの40℃の燃焼排ガス凝縮水中の炭酸ガス濃度は約160mg/Lである。これに対し、排空気中の炭酸ガス濃度は、大気と等しく約0.035%であり、このときの40℃の排空気凝縮水中の炭酸ガス濃度は約0.37mg/Lである。このように、燃焼排ガス凝縮水の炭酸ガス濃度は、排空気凝縮水の約430倍である。このため、燃焼排ガス凝縮水の炭酸ガス濃度を、排空気凝縮水の炭酸ガス濃度と同等にするには、脱炭酸処理装置を大型にしたり、脱炭酸処理時間に時間をかける必要があった。
また、回収水である凝縮水の量は、凝縮器である熱交換器の性能にも依存するが、外部の冷却水の温度で著しく変動する。すなわち、冬季等の外部冷却水の温度が低い条件下では、排空気凝縮水のみで、燃料電池発電装置の運転に要する水の全てもしくは大部分をまかなうことが可能な場合がある。このため、上記特許文献1、2のように、燃焼排ガス凝縮水と排空気凝縮水とを常時合流させていると、水処理装置に過剰な負荷を与えることとなり、イオン交換樹脂等の交換周期が短くなり、結果として燃料電池発電装置のランニングコストが増加するという問題があった。
したがって、本発明の目的は、燃料電池発電装置内部で必要とされる水を、燃料電池発電装置の発電時の反応で生成される水を回収して用いると共に、水処理装置等のメンテナンス周期を長期化でき、ランニングコストの優れた燃料電池発電装置を提供することにある。
本発明の燃料電池発電装置は、電解質を燃料極及び空気極によって挟持した単位電池が複数個積層された燃料電池本体と、燃料を改質して前記燃料極に改質ガスを供給する改質器と、前記空気極に空気を供給する空気供給装置と、前記燃料電池本体及び/又は前記改質器より排出される排ガスから凝縮水を回収する凝縮熱交換器と、前記凝縮水を貯留する水タンクとを備えた燃料電池発電装置において、前記燃料電池本体の空気極から排出される排空気から回収した排空気凝縮水を前記水タンクに供給する第1の供給経路と、前記改質器から排出される燃焼排ガスから回収した燃焼排ガス凝縮水を前記水タンクに供給する第2の供給経路と、前記改質器から排出される燃焼排ガスから回収した燃焼排ガス凝縮水を系外に排出する排出経路とを備え、前記排空気凝縮水は、前記第1の供給経路を通して前記水タンクに供給し、前記燃焼排ガス凝縮水は、前記水タンクの水位が所定値を下回っている場合は、前記第2の供給経路を通して前記水タンクに供給し、前記水タンクの水位が所定値を超えている場合は、前記排出経路を通して系外へ排出するように構成されていることを特徴とする。
上記発明の作用効果について説明すると、凝縮熱交換器での凝縮効率や、燃料電池本体の運転状態などによっては、燃料電池発電装置の運転に要する水の全てもしくは大部分を排空気凝縮水でまかなうことが可能な場合がある。したがって、水タンク内に貯留された水量が所定量未満の場合のみ、水質的に不利な凝縮水である燃焼排ガス凝縮水を回収するようにすることで、水処理装置などへの負荷を大幅に低減でき、燃料電池発電装置のランニングコストの低減が図れる。
また、本発明の燃料電池発電装置は、前記第2の供給経路が、前記水タンク内に貯留された凝縮水中に下端部が浸漬するように、前記水タンク内に挿入されたドレン管からなり、前記排出経路が、前記ドレン管に接続された前記水タンクの水位を所定値以下に保つためのオーバーフロー配管により構成されていることが好ましい。この態様によれば、水タンク内の水位がオーバーフロー配管よりも高い場合、燃焼排ガス凝縮水がオーバーフロー配管から系外へと流出し、水タンク内の水位がオーバーフロー配管よりも低い場合のみ、ドレン管から燃焼排ガス凝縮水が水タンクへ供給されるので、水質的に不利な水質的に不利な凝縮水である燃焼排ガス凝縮水の混入を最小限に抑えることができる。
また、本発明の燃料電池発電装置は、前記第2の供給経路が、前記水タンク内の水位が所定高さよりも低い場合に開き、前記水タンク内の水位が前記所定高さよりも高い場合に閉じる弁を備えていることが好ましい。この態様によれば、水タンク内の水位が所定高さよりも低くなると弁が開き、水位が所定高さに達するまで水タンク内に燃焼排ガス凝縮水が供給されるので、水タンク内にはほぼ一定量の水量を維持でき、また、水質的に不利な凝縮水である燃焼排ガス凝縮水の混入を最小限に抑えることができる。
また、本発明の燃料電池発電装置は、前記第2の供給経路が、前記水タンク内の水位を所定値以下に保つための水位調整用オーバーフロー配管と接続しており、前記水位調整用オーバーフロー配管は、前記第2の供給経路との接続点よりも低い位置で前記水タンクと接続していることが好ましい。この態様によれば、水タンク内の水位が水位調整用オーバーフロー配管よりも高い場合、燃焼排ガス凝縮水が、水位調整用オーバーフロー配管を通って系外へと流出し、水タンク内の水位が水位調整用オーバーフロー配管よりも低い場合、水位調整用オーバーフロー配管を通って、水タンク内に燃焼排ガス凝縮水が供給されるので、水タンク内には、ほぼ一定量の水量を維持でき、また、水質的に不利な水質的に不利な凝縮水である燃焼排ガス凝縮水の混入を最小限に抑えることができる。
また、本発明の燃料電池発電装置は、前記燃焼排ガス凝縮水を前記第2の供給経路に導入する前段には、前記排空気から排空気凝縮水を回収した後の排空気を、前記燃焼排ガス凝縮水に吹き付けて、該燃焼排ガス凝縮水を脱炭酸処理する脱炭酸処理機構が設けられていることが好ましい。この態様によれば、燃焼排ガス凝縮水に対し、脱炭酸処理を施すことで、水処理装置などに対する負荷をより低減することができる。そして、該排空気は、炭酸ガスの濃度が低く、通常の空気とほぼ同等であることから、排ガスを有効利用でき、運転コストの削減が図れる。
本発明によれば、炭酸ガス濃度が高く水質として不利な凝縮水が、系統内に混入しにくく、凝縮水の純度を維持するために必要な水処理装置のイオン交換樹脂等の寿命を伸ばすことができ、ランニングコストを低減できる。
以下、図面に基づいて本発明の燃料電池発電装置の実施形態を説明する。図1に、本発明の燃料電池発電装置の概略構成図を示し、図2に、同燃料電池発電装置の水タンク周辺部の概略構成図を示す。
本発明の燃料電池発電装置は、電解質1cを挟持する燃料極1a及び空気極1bと、これらからなる単位セルの複数個を重ねる毎に配設される冷却管を有する冷却系1dとで構成されている燃料電池本体1と、燃料極1aに燃料を改質して得られる水素を主体とした改質ガスを供給する改質器3と、空気極1bに空気を供給する空気供給装置7と、燃料電池本体1及び/又は改質器3より排出される排ガスから凝縮水を回収する凝縮熱交換器22と、凝縮水を貯留する水タンク10とで主に構成されている。
燃料極1aの改質ガス供給側は、改質器3から伸びた改質ガス供給ラインL1と接続している。また、燃料極1aのオフガス排出側からは、オフガス供給ラインL7が伸び、燃料予熱器21を介して改質器3と接続している。このオフガス供給ラインL7には、途中に燃料予熱器21が配置されており、燃焼排ガス排出口3dから伸びた燃焼排ガスラインL8と熱交換できるように構成されている。
空気極1bの空気供給側は、空気供給装置7から伸びた空気供給ラインL2と接続している。また、空気極1bの排空気排出側からは、排空気ラインL9が伸び、凝縮熱交換器22と接続している。
改質器3は、改質触媒部3aとバーナ部3bとで構成されている。
改質触媒部3aの改質原料の投入側は、原燃料源から伸びた原燃料供給ラインL3と接続している。この原料供給ラインL3には、途中に脱硫器2が配置されており、原燃料を脱硫処理できるように構成されている。また、この原料供給ラインL3は、一部が分岐しており、精製水貯留タンク9から伸びた精製水供給ラインL4と接続している。
改質触媒部3aの改質ガスの回収側からは、改質ガス供給ラインL1が伸び、燃料極1aの改質ガス供給側と接続している。この改質ガス供給ラインL1には、途中にCO変成器4及びCO除去器5が配置されている。
バーナ部3bの燃料導入口3cは、原料供給ラインL3から分岐して伸びた起動用燃料供給ラインL5と、燃焼空気ブロア6から伸びた燃焼空気供給ラインL6と、燃料極1aのオフガス排出側から伸びたオフガス供給ラインL7が接続している。
バーナ部3bの燃焼排ガス排出口3dからは、燃焼排ガスラインL8が伸び、燃料予熱器21を経て、凝縮熱交換器22の入口側と接続している。また、凝縮熱交換器22の入口側には、空気極1bの排空気排出側から伸びた排空気ラインL9及び、冷却系1dから伸びた冷却水ラインL13が接続している。
凝縮熱交換器22の出口側は、凝縮熱交換器22で凝縮処理された排空気凝縮水を含む排空気を水タンク10へ供給する排空気凝縮水供給ラインL11と、凝縮熱交換器22で凝縮処理後された排燃焼ガス凝縮水を含む燃焼排ガスを脱炭酸装置11へ供給する燃焼排ガス凝縮水供給ラインL10が接続している。
図2を併せて参照すると、脱炭酸装置11aは、水タンクの上部に設けられている排空気凝縮水の供給室10aと隣接して配設されている。
供給室10aの上部側又は側部側には、排空気凝縮水供給ラインL11に接続される排空気凝縮水供給口30が設けられている。また、供給室10aの下部側には、排空気凝縮水供給ドレン(第1の供給経路)31が設けられている。また、供給室10aの側壁には、脱炭酸装置11aに連結する排空気給排気口32が設けられている。
脱炭酸装置11aの上部側には、燃焼排ガス凝縮水供給ラインL10に接続される燃焼排ガス凝縮水供給口40及び、凝縮水中の二酸化炭素を取り込んだ排空気(脱炭酸用空気)及び燃焼排ガスを排出する排気口41が設けられている。また、脱炭酸装置11aの下部側には、燃焼排ガス凝縮水供給ドレン(第2の供給経路)43aが配置されており、その先端部が水タンク10内に貯留された凝縮水中に浸漬している。また、燃焼排ガス凝縮水供給ドレン43aは、オーバーフロー配管(排出経路)42aを備えている。このオーバーフロー配管42aは、燃焼排ガス凝縮水供給ドレン43aから略水平方向に伸び、その先端部が水タンク10の外部に挿出している(排出経路)。また、脱炭酸装置11aの内部には、傾斜板50が配置されている。
水タンク10の側壁には、水タンク10内に外部から市水を供給する市水供給配管45が配置されている。また、水タンク10の底部には、凝縮水回収ラインL12に接続される凝縮水引抜き口46が設けられている。
水処理装置12は配管を介して精製水貯留タンク9と接続している。そして、精製水貯留タンク9には、燃料電池本体1の冷却系1dと接続する冷却水ラインL13と、原料供給ラインL3と接続する精製水供給ラインL4とが接続されている。
次に、本発明の燃料電池発電装置の動作について説明する。
原燃料源から供給される原燃料は、まず脱硫器2へ導入されて原燃料に含まれる硫黄成分が除去される。そして、硫黄成分が除去された原燃料は、精製水供給ラインL4から供給される改質水(精製水)と混合して改質器の改質触媒部3aへと供給し、改質反応により水素に富む改質ガスを生成させる。なお、上記改質反応は、吸熱反応であることから、改質器3のバーナ部3bに、燃焼空気供給ラインL6から燃焼用空気と、起動用燃料供給ラインL5から原燃料及び/又はオフガス供給ラインL7からオフガスとを供給し、これらを燃焼して改質触媒部3aを加熱する。
そして、改質器3で生成された改質ガスは、CO変成器4及びCO除去器5にて一酸化炭素濃度を低減した後、改質ガス供給ラインL1から燃料極1aへと供給される。
燃料電池本体1では、燃料極1aへ供給された改質ガスと、空気極1bへ供給された空気とを電解質1cの界面で電気化学反応させて発電し、この発電出力をインバータユニット(図示せず)などにて、所定電圧の交流電力に変換し電力系統に連係される。
燃料極1aから排出されるオフガスは、オフガス供給ラインL2を通してバーナ部3bへと供せられ、燃焼源として用いられる。一方、バーナ部3bから排出される燃焼排ガスと、空気極1bから排出される排空気は、凝縮熱交換器22へと供給され、ここで冷却して凝縮水を回収する。
本発明では、燃焼排ガスから回収される燃焼排ガス凝縮水と、排空気から回収される排空気凝縮水とをそれぞれ分離して回収する。
すなわち、排空気凝縮水を含む排空気は、排空気凝縮水供給ラインL11を通して、水タンク10の供給室10aへと導入し、排空気凝縮水は、排空気凝縮水供給ドレン31から水タンク10へと流入させて回収し、排空気は、排空気給排気口32から脱炭酸装置11aへと供給する。
一方、燃焼排ガスを含む燃焼排ガス凝縮水は、燃焼排ガス凝縮水供給ラインL10を通して、脱炭酸装置11aの燃焼排ガス凝縮水供給口40から傾斜板50の上面へと燃焼排ガス凝縮水を供給し、排空気給排気口32から供給される排空気(脱炭酸用空気)と傾斜板50上で接触させて、燃焼排ガス凝縮水を脱炭酸処理する。上記傾斜板50は、多孔質材料で構成されていることが好ましい。これによれば、傾斜板50の上面側を流下させる凝縮水を、傾斜板50に吸水保持でき、脱炭酸用空気と凝縮水との接触時間を十分確保することができるので、脱炭酸効率を向上できる。
排空気給排気口32から供給された排空気(脱炭酸用空気)は、凝縮水中の二酸化炭素を取り込んで、燃焼排ガスと共に排気口41から排出し、脱炭酸処理後の燃焼排ガス凝縮水は、燃焼排ガス凝縮水供給ドレン43aへと供する。そして、水タンク10の水位が、オーバーフロー配管42aよりも低い場合、燃焼排ガス凝縮水供給ドレン43aを通って水タンク10に流入させて、回収水として貯留し、水タンク10内の水位がオーバーフロー配管42aよりも高い場合、オーバーフロー配管42aを通って水タンク10の外部に流出させる。
このように、本発明では、炭酸ガス濃度の少ない凝縮水である排空気凝縮水は、排空気凝縮水供給ドレン31から、常時水タンク10へと流入させ、回収水としてここに貯留するのに対し、炭酸ガス濃度が高く水質的に不利な凝縮水である燃焼排ガス凝縮水は、脱炭酸装置11aで、脱炭酸処理した後、水タンク10内の水位がオーバーフロー配管42aよりも低い場合のみ回収している。
ここで、凝縮熱交換器22での凝縮効率や、燃料電池本体1の運転状態などによっては、燃料電池発電装置の運転に要する水の全てもしくは大部分を排空気凝縮水でまかなうことが可能な場合がある。したがって、水タンク10内に貯留された水量が所定量未満の場合のみ、水質的に不利な凝縮水である燃焼排ガス凝縮水を回収するようにすることで、後述する水処理装置12などへの負荷を大幅に低減でき、燃料電池発電装置のランニングコストの低減が図れる。なお、凝縮水の回収量が少ない場合は、外部水源から市水供給配管45を通して水タンク10へ市水を供給してもよい。また、この実施形態では、燃焼排ガス凝縮水の脱炭酸処理方法として、内部に傾斜板50の配置された脱炭酸装置を用いて脱炭酸処理を行っているが、特に限定はなく、種々の脱炭酸処理方法を用いることができる。
本発明では、水タンク10に貯留された排空気凝縮水と、燃焼排ガス凝縮水供給ドレン43a内に滞留する燃焼排ガス凝縮水との接触面積が大きいと、燃焼排ガス凝縮水が、排空気凝縮水と混合拡散し、水タンク内の貯留水中の炭酸ガス濃度が増加しやすくなることから、燃焼排ガス凝縮水供給ドレン43aの内径は出来るだけ小さい方が望ましく、燃焼排ガス凝縮水が滞留することなく流せる程度の大きさで、最小限の径であることが望ましい。具体的には、出力1kW級の固体高分子形燃料電池の場合、燃焼排ガス凝縮水供給ドレン43aの内径は、8mm程度が好ましい。
水タンク10に貯留された貯留水は、側壁又は底部に配置された凝縮水回収ラインL12から水処理装置12へと供給され、ここで最終的な精製処理が行われる。
水処理装置12で精製処理した凝縮水(精製水)は、精製水貯留タンク9に供給され、冷却水ラインL13から燃料電池本体1の冷却系1d及び凝縮熱交換器22へと供給して、冷却水として循環利用され、また、精製水供給ラインL4から改質器3の改質触媒部3aへと供給して、原燃料の改質反応にも利用される。
以上のように、本発明の燃料電池発電装置によれば、炭酸ガス濃度が高く水質として不利な凝縮水である燃焼排ガス凝縮水が混入しにくくなるので、凝縮水の純度を維持するために必要な水処理装置12のイオン交換樹脂等の寿命を伸ばすことができ、ランニングコストを低減できる。
図3には、本発明の燃料電池発電装置の第2の実施形態を表す水タンク周辺部の概略構成図が示されている。なお、水タンク周辺部の構成以外は、上記実施形態と同一であることから、その説明は省略することとする。また、前記実施形態の燃料電池発電装置と同一部分には、同符号を付してその説明を省略することとする。
この実施形態では、脱炭酸装置11bの下部側に、オーバーフロー配管(排出経路)42bが配置されている。また、脱炭酸装置11bの底部は、脱炭酸処理の施された燃焼排ガス凝縮水を一時的に貯留する貯留部となしている。更にまた、脱炭酸装置11bの底部に、電磁弁47、制御装置48を備えた燃焼排ガス凝縮水供給ドレン(第2の供給経路)43bが配置されている。そして、水タンク10の側壁には、水タンク10内の水位を所定値以下に維持するための水位調整用オーバーフロー配管44aが配置されている点が上記実施形態と異なる。
この実施形態では、水タンク10内の水位に応じて電磁弁47の開閉を制御し、水タンク10への燃焼排ガス凝縮水の供給を制御している。すなわち、水タンク10内の水位が所定高さよりも低い場合には、電磁弁47を開いて貯留部に一時的に貯留された燃焼排ガス凝縮水を水タンク10へ供給し、水タンク10内の水位が所定高さよりも高い場合には、電磁弁47を閉じて、燃焼排ガス凝縮水をオーバーフロー配管(排出経路)42bから外部へと流出させる。
このような電磁弁47による開閉の制御方法としては、例えば、フロート49a、上限センサー49b、下限センサー49cを備えた水位センサー49を水タンク内に配置し、フロート49aが、下限センサー49cに接触すると、上限センサー49bに接触するまで電磁弁47を開となるようにする制御する方法などが挙げられる。
この実施形態によれば、水タンク10内の水位に応じて、電磁弁47を開閉させ、燃焼排ガス凝縮水を水タンク10へと供給するので、必要量以上の燃焼排ガス凝縮水が水タンク10へと混入しにくく、水の純度を維持するために必要な水処理装置12のイオン交換樹脂等の寿命を伸ばすことができ、ランニングコストを低減できる。
図4には、本発明の燃料電池発電装置の第3の実施形態を表す水タンク周辺部の概略構成図概略構成図が示されている。なお、水タンク周辺部の構成以外は、上記実施形態と同一であることから、その説明は省略することとする。また、上記実施形態の燃料電池発電装置と同一部分には、同符号を付してその説明を省略することとする。
この実施形態では、供給室10aの上部側又は側部側に、排空気凝縮水供給ラインL11に接続される排空気凝縮水供給口30が設けられている。また、供給室10aの下部側に、排空気凝縮水供給ドレン(第1の供給経路)31が設けられている。また、供給室10aの側壁に、脱炭酸用空気供給管60に接続される排空気排気口33が設けられており、脱炭酸用空気供給管60を介して脱炭酸装置11cの排空気供給口34と接続している。
また、脱炭酸装置11cに、脱炭酸処理手段として、内部にSUS等のラッシヒリングが充填された脱気部51が配置されている。また、脱炭酸装置11cの上部側に、燃焼排ガス凝縮水供給ラインL10に接続される燃焼排ガス凝縮水供給口40及び、凝縮水中の二酸化炭素を取り込んだ排空気(脱炭酸用空気)及び燃焼排ガスを排出する排気口41が設けられている。また、脱炭酸装置11bの底部から伸びた燃焼排ガス凝縮水供給ドレン(第2の供給経路)43cは、水タンク10の側壁から伸びた水位調整用オーバーフロー配管44bと接続している。この水位調整用オーバーフロー配管44bは、水タンク10の側壁から斜め上方に伸びた傾斜部61と、該傾斜部61の先端から略水平方向に伸びた略水平部62とを有し、傾斜部61の途中に燃焼排ガス凝縮水供給ドレン43cが接続している点が上記実施形態と異なる。
この実施形態によれば、水タンク10内の水位が略水平部62の水位よりも低い場合、水位調整用オーバーフロー配管44bから、水タンク10内に燃焼排ガス凝縮水が流入し、略水平部62の水位よりも高い場合、水位調整用オーバーフロー配管44bから、系外へ燃焼排ガス凝縮水が流出するので、必要量以上の燃焼排ガス凝縮水が水タンク10へと混入しにくく、水の純度を維持するために必要な水処理装置12のイオン交換樹脂等の寿命を伸ばすことができ、ランニングコストを低減できる。
なお、本実施の形態では、供給室10aを設けているがこれを省略し、排空気凝縮水供給口30を水タンク10の気相部(水位調整用オーバーフロー配管44bの水平部62よりも高い位置)に直接接続し、同じく水タンク10の気相部に排空気排気口33を設けて脱炭酸用空気供給管60を水タンク10に直接接続することとしても良い。また、本実施形態においても、脱炭酸脱炭酸装置11cに代えて、第1の実施形態で用いた傾斜板50を供える脱炭酸装置11aを用いることとしても良い。
図5には、本発明の燃料電池発電装置の第4の実施形態を表す水タンク周辺部の概略構成図概略構成図が示されている。なお、水タンク周辺部の構成以外は、上記実施形態と同一であることから、その説明は省略することとする。また、上記実施形態の燃料電池発電装置と同一部分には、同符号を付してその説明を省略することとする。
この実施形態は、基本的な構成は上記第3の実施形態と同一であるが、水位調整用オーバーフロー配管44bの代わりに、水タンク10の側壁から略水平方向に伸びた第1略水平部63と、この第1略水平部63から上方に向かって略垂直に伸びて燃焼排ガス凝縮水供給ドレン(第2の供給経路)43dと接続する略垂直部64と、略垂直部64と燃焼排ガス凝縮水供給ドレン43dとの接続点から略水平方向に伸びる第2略水平部65とで構成された水位調整用オーバーフロー配管44cを用いた点が上記第3の実施形態との相違点である。
この実施形態によれば、水タンク10内の水位が第2略水平部65の水位よりも低い場合、水位調整用オーバーフロー配管44cから、水タンク10内に燃焼排ガス凝縮水が流入し、第2略水平部65の水位よりも高い場合、水位調整用オーバーフロー配管44cの第2略水平部65から、系外へ燃焼排ガス凝縮水が流出するので、必要量以上の燃焼排ガス凝縮水が水タンク10へと混入しにくく、水の純度を維持するために必要な水処理装置12のイオン交換樹脂等の寿命を伸ばすことができ、ランニングコストを低減できる。
本発明の燃料電池発電装置の概略構成図である。 同燃料電池発電装置の第1の実施形態を表す水タンク周辺部の概略構成図である。 同燃料電池発電装置の第2の実施形態を表す水タンク周辺部の概略構成図である。 同燃料電池発電装置の第3の実施形態を表す水タンク周辺部の概略構成図である。 同燃料電池発電装置の第4の実施形態を表す水タンク周辺部の概略構成図である。
符号の説明
1:燃料電池本体
2:脱硫器
3:改質器
4:CO変成器
5:CO除去器
6:燃焼空気ブロア
7:空気供給装置
9:精製水貯留タンク
10:水タンク
11、11a、11b、11c:脱炭酸装置
12:水処理装置
21:燃料予熱器
22:凝縮熱交換器
30:排空気凝縮水供給口
31:排空気凝縮水供給ドレン(第1の供給経路)
40:燃焼排ガス凝縮水供給口
42a、42b:オーバーフロー配管(排出経路)
43a、43b、43c、43d:燃焼排ガス凝縮水供給ドレン(第2の供給経路)
44a、44b、44c:水位調整用オーバーフロー配管
47:電磁弁
48:制御装置
49:水位センサー
50:傾斜板
60:脱炭酸用空気供給管

Claims (5)

  1. 電解質を燃料極及び空気極によって挟持した単位電池が複数個積層された燃料電池本体と、燃料を改質して前記燃料極に改質ガスを供給する改質器と、前記空気極に空気を供給する空気供給装置と、前記燃料電池本体及び/又は前記改質器より排出される排ガスから凝縮水を回収する凝縮熱交換器と、前記凝縮水を貯留する水タンクとを備えた燃料電池発電装置において、
    前記燃料電池本体の空気極から排出される排空気から回収した排空気凝縮水を前記水タンクに供給する第1の供給経路と、前記改質器から排出される燃焼排ガスから回収した燃焼排ガス凝縮水を前記水タンクに供給する第2の供給経路と、前記改質器から排出される燃焼排ガスから回収した燃焼排ガス凝縮水を系外に排出する排出経路とを備え、
    前記排空気凝縮水は、前記第1の供給経路を通して前記水タンクに供給し、前記燃焼排ガス凝縮水は、前記水タンクの水位が所定値を下回っている場合は、前記第2の供給経路を通して前記水タンクに供給し、前記水タンクの水位が所定値を超えている場合は、前記排出経路を通して系外へ排出するように構成されていることを特徴とする燃料電池発電装置。
  2. 前記第2の供給経路が、前記水タンク内に貯留された凝縮水中に下端部が浸漬するように、前記水タンク内に挿入されたドレン管からなり、前記排出経路が、前記ドレン管に接続された前記水タンクの水位を所定値以下に保つためのオーバーフロー配管により構成されている請求項1に記載の燃料電池発電装置。
  3. 前記第2の供給経路が、前記水タンク内の水位が所定高さよりも低い場合に開き、前記水タンク内の水位が前記所定高さよりも高い場合に閉じる弁を備えている請求項1に記載の燃料電池発電装置。
  4. 前記第2の供給経路が、前記水タンク内の水位を所定値以下に保つための水位調整用オーバーフロー配管と接続しており、前記水位調整用オーバーフロー配管は、前記第2の供給経路との接続点よりも低い位置で前記水タンクと接続している、請求項1に記載の燃料電池発電装置。
  5. 前記燃焼排ガス凝縮水を前記第2の供給経路に導入する前段には、前記排空気から排空気凝縮水を回収した後の排空気を、前記燃焼排ガス凝縮水に吹き付けて、該燃焼排ガス凝縮水を脱炭酸処理する脱炭酸処理機構が設けられている請求項1〜4のいずれか1つに記載の燃料電池発電装置。
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