JP2009224121A - Fuel cell power generation device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell power generation device capable of simplifying structure of the device and reutilizing condensed water for a long period in a system by efficiently carrying out deionization treatment. <P>SOLUTION: The fuel cell power generation device is provided with a recovery water tank 4 to store condensed water recovered from exhaust gas exhausted from a fuel cell body 1 and/or a reforming device 3, an electric deionization device 10 which has a desalination chamber and a condensing chamber demarcated by an ion exchange film between a positive electrode and a negative electrode and in which an ion exchange resin is filled in the desalination chamber, a treating water supply line L21 which connects the recovery water tank 4 and the desalination chamber of the electric deionization device 10 and in which a first metering pump P1 is installed in-between, and a condensed water supply line L22 which connects the recovery water tank 4 and the condensing chamber of the electric deionization device 10 and in which a second metering pump P2 is installed in-between. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、電気式脱イオン装置を備えた燃料電池発電装置に関する。   The present invention relates to a fuel cell power generator equipped with an electrical deionization device.

燃料電池本体から排出される燃料電池排ガスや、改質装置の燃焼部から排出される燃焼排ガスは水分を含んでおり、燃料電池発電装置の系内での水自立(外部からの補給水を受けいれることなく運転を継続する状態)を維持するため、燃料電池排ガスや燃焼排ガスから凝縮水を回収し、再利用することが一般的に行われている。そして、凝縮水には、炭酸イオンや、配管から溶出した金属イオン等が含まれており、これらのイオンは、電極触媒や、改質触媒に悪影響を及ぼす恐れがあるので、凝縮水は、脱イオン処理を行った後、再利用するようにしている。   Fuel cell exhaust gas discharged from the fuel cell main body and combustion exhaust gas discharged from the combustion section of the reformer contain moisture, and water self-sustained within the system of the fuel cell power generation device (accepts supplementary water from outside) In order to maintain a state in which the operation is continued without any trouble, it is a common practice to collect condensed water from fuel cell exhaust gas or combustion exhaust gas and reuse it. Condensed water contains carbonate ions, metal ions eluted from piping, etc., and these ions may adversely affect the electrode catalyst and reforming catalyst. After ion treatment, it is reused.

凝縮水の脱イオン処理方法としては、電気式脱イオン装置を用いて凝縮水を脱イオン処理する試みが近年行われている。   As a method for deionizing condensed water, attempts have been made in recent years to deionize condensed water using an electric deionizer.

電気式脱イオン装置は、例えば、下記特許文献1に開示されているように、陽極と陰極との間に、イオン交換膜によって区画された脱塩室と濃縮室とを有し、脱塩室にはイオン交換樹脂が充填された水処理装置である。脱塩室に流入したイオンはその親和力、濃度及びイオン強度に基づいてイオン交換樹脂と反応し、電位の傾きの方向に樹脂中を移動し、イオン交換膜まで達する。そして、カチオンはカチオン交換膜を透過し、アニオンはアニオン交換膜を透過して、それぞれ濃縮室に移動する。これによって凝縮水を、脱イオン水と濃縮水に分離することができる。   The electric deionization apparatus has, for example, a demineralization chamber and a concentration chamber defined by an ion exchange membrane between an anode and a cathode, as disclosed in Patent Document 1 below, and a demineralization chamber Is a water treatment device filled with an ion exchange resin. The ions flowing into the desalting chamber react with the ion exchange resin based on their affinity, concentration and ionic strength, move in the direction of the potential gradient, and reach the ion exchange membrane. The cations permeate the cation exchange membrane and the anions permeate the anion exchange membrane and move to the concentration chamber. Thereby, the condensed water can be separated into deionized water and concentrated water.

電気式脱イオン装置を用いた脱イオン処理では、脱塩室及び濃縮室に通水する水量の比が変化すると脱イオン能力が低下し、更には、電気式脱イオン装置のイオン交換膜やイオン交換樹脂に不可逆的な損傷が生じる恐れがある。   In the deionization process using an electric deionization device, the deionization capacity decreases when the ratio of the amount of water passing through the demineralization chamber and the concentration chamber changes. Furthermore, the ion exchange membrane and ion of the electric deionization device are reduced. Irreversible damage may occur to the exchange resin.

例えば、下記特許文献2では、バルブと流量計とを組み合わせて用いて、各室への水の供給水量が一定となるように制御している。
特開2003−266075号公報 特開2001−236981号公報
For example, in the following Patent Document 2, a valve and a flow meter are used in combination to control the amount of water supplied to each chamber to be constant.
JP 2003-266075 A Japanese Patent Laid-Open No. 2001-236981

流量調整弁などにより、電気式脱イオン装置の脱塩室及び濃縮室への水の供給流量があらかじめ一定になるように設定しても、電気式脱イオン装置のイオン交換膜やイオン交換樹脂等の目詰まりなどにより圧損が生じるため、脱塩室及び濃縮室に供給される水量にばらつきが生じることがあった。   Even if the water supply flow rate to the demineralization chamber and concentration chamber of the electric deionization device is set to be constant in advance by using a flow control valve, etc., the ion exchange membrane, ion exchange resin, etc. of the electric deionization device Since pressure loss occurs due to clogging of the water, the amount of water supplied to the desalting chamber and the concentration chamber may vary.

また、上記特許文献2のように、流量計とバルブ類とを組み合わせて流量制御する場合は、部品点数が多くなるので、機器コストがかさみ、また、装置全体が複雑化してメンテナンスコストがかさむ問題があった。   In addition, as in Patent Document 2, when flow control is performed by combining a flow meter and valves, the number of parts increases, so that the equipment cost increases, and the entire apparatus becomes complicated and the maintenance cost increases. was there.

したがって、本発明の目的は、装置構成の簡略化が可能で、長期にわたって凝縮水を効率よく脱イオン処理して、系内で凝縮水を再利用できる燃料電池発電装置を提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a fuel cell power generator capable of simplifying the device configuration, efficiently deionizing condensed water over a long period of time, and reusing the condensed water in the system.

上記目的を達成するため、本発明の燃料電池発電装置は、
燃料電池本体及び/又は改質装置から排出される排ガスから回収した凝縮水を貯留する回収水タンクと、
陽極と陰極の間に、イオン交換膜によって区画された脱塩室と濃縮室とを有し、脱塩室にはイオン交換樹脂が充填された電気式脱イオン装置と、
前記回収水タンクと前記電気式脱イオン装置の前記脱塩室とを接続する、第1定量ポンプが介装された被処理水供給ラインと、
前記回収水タンクと前記電気式脱イオン装置の前記濃縮室とを接続する、第2定量ポンプが介装された濃縮水供給ラインと、
を備えることを特徴とする。
In order to achieve the above object, a fuel cell power generator of the present invention comprises:
A recovered water tank for storing condensed water recovered from the exhaust gas discharged from the fuel cell main body and / or the reformer;
An electric deionization apparatus having a demineralization chamber and a concentration chamber partitioned by an ion exchange membrane between an anode and a cathode, the demineralization chamber being filled with an ion exchange resin;
A treated water supply line that is connected to the recovered water tank and the demineralization chamber of the electric deionizer, and is provided with a first metering pump;
A concentrated water supply line interfacing with a second metering pump, connecting the recovered water tank and the concentration chamber of the electric deionizer;
It is characterized by providing.

本発明の燃料電池発電装置によれば、被処理水供給ラインと、濃縮水供給ラインとのそれぞれに、定量ポンプを配置したので、圧損が発生し、脱塩室及び濃縮室への水の供給流量が変動したとしても、常に一定量の水を供給できるので、脱塩室への凝縮水の供給量と濃縮室への凝縮水の供給量との比があらかじめ設定した範囲を維持できる。このため、凝縮水を長期にわたって効率よく脱イオン処理でき、電池冷却水、改質反応用の改質水、燃料電池の反応ガス用の加湿水として好適に用いることができる。   According to the fuel cell power generator of the present invention, since the metering pumps are arranged in each of the treated water supply line and the concentrated water supply line, pressure loss occurs, and water is supplied to the desalination chamber and the concentration chamber. Even if the flow rate fluctuates, a constant amount of water can always be supplied, so that the ratio of the amount of condensed water supplied to the desalting chamber and the amount of condensed water supplied to the concentrating chamber can be maintained within a preset range. Therefore, the condensed water can be efficiently deionized over a long period of time, and can be suitably used as battery cooling water, reforming water for reforming reaction, and humidifying water for reaction gas of a fuel cell.

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す。   Hereinafter, embodiments of a fuel cell power generator according to the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows a schematic configuration diagram of a fuel cell power generator of the present invention.

図中の1は、燃料電池本体であって、電解質1cを挟持するアノード電極1a及びカソード電極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。   In the figure, reference numeral 1 denotes a fuel cell body, which is a cooling system 1d having an anode electrode 1a and a cathode electrode 1b sandwiching an electrolyte 1c, and a cooling pipe disposed each time a plurality of unit cells made of these are stacked. It consists of and.

アノード電極1aの改質ガス供給側は、改質装置3から伸びた改質ガス供給ラインL1が連結している。この改質ガス供給ラインL1には、改質ガスドレントラップQ1が配置されており、改質ガスドレントラップQ1の凝縮水貯留部からは、改質ガス凝縮水供給ラインL2が伸びて、脱炭酸装置5に連結している。
アノード電極1aのアノードオフガス排出側からは、アノードオフガス排出ラインL3が伸びており、その先端側は、燃焼用燃料供給ラインL12に連結している。また、アノードオフガス排出ラインL3には、途中にアノードオフガスドレントラップQ2が配置されており、アノードオフガスドレントラップQ2の凝縮水貯留部からは、アノードオフガス凝縮水供給ラインL4が伸びて、脱炭酸装置5に連結している。
A reformed gas supply line L1 extending from the reformer 3 is connected to the reformed gas supply side of the anode electrode 1a. The reformed gas supply line L1 is provided with a reformed gas drain trap Q1, and the reformed gas condensate water supply line L2 extends from the condensate storage part of the reformed gas drain trap Q1 to decarboxylate. It is connected to the device 5.
An anode off-gas discharge line L3 extends from the anode off-gas discharge side of the anode electrode 1a, and the tip side thereof is connected to the combustion fuel supply line L12. Further, an anode offgas drain trap Q2 is disposed in the middle of the anode offgas discharge line L3, and the anode offgas condensed water supply line L4 extends from the condensate storage part of the anode offgas drain trap Q2. 5 is connected.

カソード電極1bの空気供給側は、空気供給源から伸びた空気供給ラインL5が連結している。この空気供給ラインL5には、加湿器2が配置されている。
カソード電極1bの排空気排出側からは、カソードオフガス排出ラインL6が伸びて、水タンク4に連結している。このカソードオフガス排出ラインL6には、カソードオフガス熱交換器Q3が配置されている。
An air supply line L5 extending from an air supply source is connected to the air supply side of the cathode electrode 1b. The humidifier 2 is disposed in the air supply line L5.
A cathode offgas discharge line L6 extends from the cathode air discharge side of the cathode electrode 1b and is connected to the water tank 4. A cathode offgas heat exchanger Q3 is disposed in the cathode offgas discharge line L6.

冷却系1dの冷却水供給側は、電池冷却水タンク12から伸びた電池冷却水供給ラインL7が連結している。
冷却系1dの冷却水排出側からは、電池冷却水排出ラインL8が伸びて、電池冷却水タンク12に接続している。
A battery coolant supply line L7 extending from the battery coolant tank 12 is connected to the coolant supply side of the cooling system 1d.
A battery cooling water discharge line L8 extends from the cooling water discharge side of the cooling system 1d and is connected to the battery cooling water tank 12.

改質装置3は、水蒸気改質触媒が充填された改質触媒層3aと、バーナが配置された燃焼部3bとを備え、バーナで燃焼用燃料を燃焼した際に発生する燃焼熱及び燃焼排ガスで前記改質触媒層3aを加熱するように構成されている。   The reformer 3 includes a reforming catalyst layer 3a filled with a steam reforming catalyst and a combustion section 3b in which a burner is disposed, and combustion heat and combustion exhaust gas generated when combustion fuel is burned by the burner. Thus, the reforming catalyst layer 3a is heated.

改質触媒層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L9と、電池冷却水タンク12から伸びた改質水供給ラインL10が連結している。
改質触媒層3aの改質ガス吐出側からは、改質ガス供給ラインL1が伸びてアノード電極1aに連結している。
A raw material supply line L9 extending from the raw fuel source and a reforming water supply line L10 extending from the battery cooling water tank 12 are connected to the reforming raw material input side of the reforming catalyst layer 3a.
From the reformed gas discharge side of the reformed catalyst layer 3a, the reformed gas supply line L1 extends and is connected to the anode electrode 1a.

燃焼部3bの燃焼燃料導入口側は、燃焼用燃料供給ラインL12と、燃焼空気供給ラインL11とが連結しており、燃焼部3bに配置されたバーナに燃料用燃料と燃焼用空気とを供給できるように構成されている。燃焼用燃料供給ラインL12の上流側は、アノードオフガス排出ラインL3及び原燃料供給ラインL9が接続している。
燃焼部3bの燃焼排ガス排出側からは、燃焼排ガスラインL13が伸びて、脱炭酸装置5に接続している。燃焼排ガスラインL13には、途中燃焼排ガス熱交換器Q4が配置されている。
A combustion fuel supply line L12 and a combustion air supply line L11 are connected to the combustion fuel inlet side of the combustion section 3b, and fuel fuel and combustion air are supplied to a burner disposed in the combustion section 3b. It is configured to be able to. The anode offgas discharge line L3 and the raw fuel supply line L9 are connected to the upstream side of the combustion fuel supply line L12.
A combustion exhaust gas line L13 extends from the combustion exhaust gas exhaust side of the combustion section 3b and is connected to the decarbonation device 5. A combustion exhaust gas heat exchanger Q4 is disposed in the combustion exhaust gas line L13.

脱炭酸装置5は、水タンク4の上部に隣接して配設されており、ドレン口6を介して連通している。脱炭酸装置5の上部には、改質ガス凝縮水供給ラインL2、アノードオフガス凝縮水供給ラインL4、燃焼排ガスラインL13、及び、後述する電気式脱イオン装置10の濃縮室から伸びた濃縮水排出ラインL24が連結している。また、脱炭酸装置5からは、排気ラインL17が伸びている。   The decarbonation device 5 is disposed adjacent to the upper portion of the water tank 4 and communicates via the drain port 6. In the upper part of the decarboxylation device 5, the concentrated gas discharge extending from the reforming gas condensate supply line L 2, the anode off-gas condensate supply line L 4, the combustion exhaust gas line L 13, and the concentration chamber of the electric deionization device 10 described later. Line L24 is connected. Further, an exhaust line L17 extends from the decarboxylation device 5.

脱炭酸装置5としては特に限定はなく、凝縮水と脱炭酸用空気とを接触させて凝縮水中の炭酸ガスを気中拡散して脱気できるような構成のものが好ましく用いることができる。このような構成の脱気装置としては、SUS等のラッシヒリングが充填された脱気部を備え、該脱気部の上部に凝縮水を供給すると共に、脱気部の下部から脱炭酸用空気を供給し、凝縮水を重力落下させながら脱炭酸用空気と接触させて脱炭酸処理するような構成のものや、例えば、特開2007−323969号に開示されているような、多孔質材料で構成された傾斜板が配置された脱気部を備え、傾斜板の下部側から上部側へ脱炭酸用空気を流通させると共に、傾斜板の上部側から下部側へ向けて凝縮水を流下させて、凝縮水を脱炭酸処理するような構成のものなどが一例として挙げられる。   The decarbonation device 5 is not particularly limited, and a device that can degas by condensing condensed water and decarbonation air to diffuse carbon dioxide in the condensed water in the air can be preferably used. The deaeration device having such a configuration includes a deaeration part filled with a SUSCH ring or the like, supplies condensed water to the upper part of the deaeration part, and supplies decarbonation air from the lower part of the deaeration part. Supplying and condensing water by gravity falling, contacting with decarbonation air and decarboxylation treatment, for example, a porous material as disclosed in JP-A-2007-323969 The degassing part in which the inclined plate is arranged is provided, decarbonation air is circulated from the lower side of the inclined plate to the upper side, and condensed water is allowed to flow downward from the upper side of the inclined plate, An example of such a structure that decarboxylates the condensed water is given as an example.

水タンク4には、カソードオフガス排出ラインL6と、電池冷却水タンク12から伸びた電池冷却水オーバフローラインL18が接続している。また、水タンク4の側壁には、タンク水オーバフローラインL19が伸びて、タンク内の水位が一定水位を超えないようにされている。また、水タンク4の下部からは、回収水供給ラインL20が伸びている。   The water tank 4 is connected to a cathode offgas discharge line L6 and a battery cooling water overflow line L18 extending from the battery cooling water tank 12. A tank water overflow line L19 extends on the side wall of the water tank 4 so that the water level in the tank does not exceed a certain level. Further, a recovered water supply line L20 extends from the lower part of the water tank 4.

回収水供給ラインL20には、上流側から入口フィルタ8、金属イオン除去装置9が配置されている。そして、回収水供給ラインの先端は、電気式脱イオン装置10の脱塩室に接続する被処理水供給ラインL21と、電気式脱イオン装置10の濃縮室に接続する濃縮水供給ラインL22とに分岐している。   In the recovered water supply line L20, an inlet filter 8 and a metal ion removing device 9 are arranged from the upstream side. And the front-end | tip of a collection | recovery water supply line is to the to-be-processed water supply line L21 connected to the demineralization chamber of the electrical deionization apparatus 10, and the concentrated water supply line L22 connected to the concentration chamber of the electrical deionization apparatus Branched.

本発明の燃料電池発電装置では、上記被処理水供給ラインL21には、第1定量ポンプP1が介装されており、また、上記濃縮水供給ラインL22には、第2定量ポンプP2が介装されている。   In the fuel cell power generator according to the present invention, a first metering pump P1 is interposed in the treated water supply line L21, and a second metering pump P2 is interposed in the concentrated water supply line L22. Has been.

第1定量ポンプP1及び第2定量ポンプP2としては、背圧の変動に流量が影響を受けない定量性に優れたポンプであれば特に限定はなく、例えば、株式会社イワキ製の「ハイセラポンプ」(商品名)や、日本コントロール工業株式会社製の「CCPP」(商品名)等が好ましい一例として挙げられる。   The first metering pump P1 and the second metering pump P2 are not particularly limited as long as the flow rate is not affected by fluctuations in back pressure and is excellent in quantification. For example, “Hicera Pump” (manufactured by Iwaki Co., Ltd.) (Trade name), “CCPP” (trade name) manufactured by Nippon Control Industrial Co., Ltd., and the like are preferable examples.

入口フィルタ8としては、水タンク4で回収した回収水に含まれている煤や粉塵等の不純物を除去するものであれば特に限定はなく、金属除去フィルタ、微粒子除去フィルタ等が好ましく挙げられる。   The inlet filter 8 is not particularly limited as long as it removes impurities such as soot and dust contained in the recovered water collected in the water tank 4, and a metal removal filter, a particulate removal filter, and the like are preferable.

金属イオン除去装置9としては、凝縮水中に含まれる金属イオン吸着樹脂や、キレート樹脂などが好ましく挙げられる。   Preferred examples of the metal ion removing device 9 include metal ion adsorption resins and chelate resins contained in condensed water.

電気式脱イオン装置10は、陽極と陰極との間に、イオン交換膜によって区画された脱塩室と濃縮室とを有し、脱塩室にはイオン交換樹脂が充填された水処理装置である。そして、電気式脱イオン装置10の脱塩室からは、脱イオン水供給ラインL23が伸びて、電池冷却水タンク12に連結している。また、電気式脱イオン装置10の濃縮室からは、濃縮水排出ラインL24が伸びて、脱炭酸装置5に連結しており、濃縮水を水タンク4の上流側に還流するように構成されている。   The electric deionization apparatus 10 is a water treatment apparatus having a demineralization chamber and a concentration chamber partitioned by an ion exchange membrane between an anode and a cathode, and the demineralization chamber is filled with an ion exchange resin. is there. A deionized water supply line L23 extends from the demineralization chamber of the electric deionizer 10 and is connected to the battery cooling water tank 12. Further, a concentrated water discharge line L24 extends from the concentration chamber of the electric deionizer 10 and is connected to the decarboxylation device 5 so that the concentrated water is returned to the upstream side of the water tank 4. Yes.

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。   Next, the operation of the fuel cell power generator of the present invention will be described.

改質装置3では、原燃料供給ラインL9から供給される原燃料を、改質水供給ラインL10から供給される改質水と混合して、改質触媒層3aに供給し、水蒸気改質反応により水素に富む改質ガスを生成させる。水蒸気改質反応は、吸熱反応であることから、改質装置3の燃焼部3bに、燃焼用燃料供給ラインL12から燃焼用燃料と、燃焼空気供給ラインL11から燃焼空気を供給し、これらを燃焼して改質触媒層3aを加熱する。なお、燃料電池発電装置の起動開始時においては、燃焼用燃料としては、原燃料供給ラインL9から供給される原燃料を主体として用いられ、燃焼部3bでの燃焼状態が安定し、改質触媒層3aが十分加熱されたら、アノードオフガスが主体として用いられる。   In the reformer 3, the raw fuel supplied from the raw fuel supply line L9 is mixed with the reformed water supplied from the reformed water supply line L10, and supplied to the reforming catalyst layer 3a to perform the steam reforming reaction. To produce reformed gas rich in hydrogen. Since the steam reforming reaction is an endothermic reaction, combustion fuel is supplied from the combustion fuel supply line L12 and combustion air from the combustion air supply line L11 to the combustion unit 3b of the reformer 3, and these are combusted. Then, the reforming catalyst layer 3a is heated. At the start of startup of the fuel cell power generator, the raw fuel supplied from the raw fuel supply line L9 is mainly used as the combustion fuel, the combustion state in the combustion section 3b is stabilized, and the reforming catalyst When the layer 3a is sufficiently heated, anode off-gas is mainly used.

そして、改質装置3で生成された改質ガスは、改質ガス供給ラインL1を通ってアノード電極1aに供給される。改質ガスに含まれる凝縮水は、改質ガス供給ラインL1の途中に配置された改質ガスドレントラップQ1にて回収され、改質ガス凝縮水供給ラインL2を通って脱炭酸装置5に供給される。   The reformed gas generated by the reformer 3 is supplied to the anode electrode 1a through the reformed gas supply line L1. Condensed water contained in the reformed gas is recovered by the reformed gas drain trap Q1 disposed in the middle of the reformed gas supply line L1, and supplied to the decarbonation device 5 through the reformed gas condensed water supply line L2. Is done.

燃料電池本体1では、アノード電極1aに供給された改質ガスと、カソード電極1bに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、この発電出力を電力系統に供給する。   In the fuel cell main body 1, the reformed gas supplied to the anode electrode 1a and the air supplied to the cathode electrode 1b are electrochemically reacted at the interface of the electrolyte 1c to generate power, and this generated output is supplied to the power system. .

カソード電極1bから排出されるカソードオフガスは、カソードオフガス熱交換器Q3で冷却されて、カソードオフガス凝縮水とカソードガスと共に、カソードオフガス排出ラインL6を通って水タンク4に供給される。   The cathode offgas discharged from the cathode electrode 1b is cooled by the cathode offgas heat exchanger Q3 and supplied to the water tank 4 through the cathode offgas discharge line L6 together with the cathode offgas condensed water and the cathode gas.

アノード電極1aから排出されるアノードオフガスは、アノードオフガス排出ラインL3を通って燃焼部3bへと供せられ、燃焼用燃料として用いられる。アノードオフガスに含まれる凝縮水は、アノードオフガス排出ラインL3の途中に配置されたアノードオフガスドレントラップQ2にて回収され、アノードオフガス凝縮水供給ラインL4を通って脱炭酸装置5に供給される。   The anode off gas discharged from the anode electrode 1a is supplied to the combustion unit 3b through the anode off gas discharge line L3 and used as a combustion fuel. The condensed water contained in the anode off gas is recovered by an anode off gas drain trap Q2 disposed in the middle of the anode off gas discharge line L3, and is supplied to the decarbonation device 5 through the anode off gas condensed water supply line L4.

改質装置3の燃焼部3bから排出される燃焼排ガスは、燃焼排ガス熱交換器Q4で冷却されて、燃焼排ガスと共に脱炭酸装置5に供給される。   The combustion exhaust gas discharged from the combustion unit 3b of the reformer 3 is cooled by the combustion exhaust gas heat exchanger Q4 and supplied to the decarbonation device 5 together with the combustion exhaust gas.

そして、水タンク4に回収された凝縮水は、入口フィルタ8にて煤や粉塵等の不純物除去が行われた後、金属イオン除去装置9にて金属イオンの除去処理を行った後、電気式脱イオン装置10に送られて脱イオン処理される。そして、脱塩室から吐出される脱イオン水は、脱イオン水供給ラインL23を通って電池冷却水タンク12に送られ、電池冷却水、加湿水、改質水などに使用される。一方、電気式脱イオン装置10の濃縮室から排出される濃縮水は、濃縮水排出ラインL24を通って脱炭酸装置5に返送される。   The condensed water collected in the water tank 4 is subjected to removal of impurities such as soot and dust by the inlet filter 8 and then subjected to metal ion removal processing by the metal ion removal device 9, and then is electrically operated. It is sent to the deionization apparatus 10 and deionized. The deionized water discharged from the demineralization chamber is sent to the battery cooling water tank 12 through the deionized water supply line L23 and used for battery cooling water, humidified water, reformed water, and the like. On the other hand, the concentrated water discharged from the concentration chamber of the electric deionizer 10 is returned to the decarbonator 5 through the concentrated water discharge line L24.

ところで、長時間作動すると、配管などにスケールがたまったり、フィルタ8などが詰まったりして、圧損が発生し、脱塩室及び濃縮室への水の供給流量が変動してしまう。電気式脱イオン装置10での脱イオン処理は、脱塩室及び濃縮室に供給する水量バランスが崩れると、脱塩処理が不十分なまま脱塩室から排出されることがあり、処理水質が悪化し、燃料電池本体1や、改質装置3へのイオン負荷が増大するおそれがある。   By the way, if it operates for a long time, a scale will accumulate in piping etc., the filter 8 etc. will be clogged, pressure loss will generate | occur | produce, and the supply flow rate of the water to a desalination chamber and a concentration chamber will change. In the deionization process in the electric deionization apparatus 10, when the balance of the amount of water supplied to the demineralization chamber and the concentration chamber is lost, the demineralization treatment may be insufficiently discharged from the demineralization chamber. There is a risk that the ion load on the fuel cell body 1 and the reformer 3 will increase.

本発明の燃料電池発電装置では、被処理水供給ラインL21と、濃縮水供給ラインL22のそれぞれに、定量ポンプP1,P2を配置したので、圧損が発生し、脱塩室及び濃縮室への水の供給流量が変動したとしても、常に一定量の水を供給できる。その結果、特に複雑な制御を行わなくても、脱塩室への凝縮水の供給量と濃縮室への凝縮水の供給量との比があらかじめ設定した範囲を維持でき、長期にわたって凝縮水を効率よく脱イオン処理して、電池冷却水、改質反応用の改質水、燃料電池の反応ガス用の加湿水として好適に再利用できる。   In the fuel cell power generation device of the present invention, since the metering pumps P1 and P2 are arranged in each of the treated water supply line L21 and the concentrated water supply line L22, pressure loss occurs, and water to the desalination chamber and the concentration chamber Even if the supply flow rate of the water fluctuates, a constant amount of water can always be supplied. As a result, the ratio of the amount of condensed water supplied to the desalting chamber and the amount of condensed water supplied to the concentrating chamber can be maintained within a preset range without any complicated control, and the condensed water can be maintained over a long period of time. It can be efficiently deionized and reused suitably as battery cooling water, reforming water for reforming reaction, or humidifying water for reaction gas of fuel cells.

本発明の燃料電池発電装置の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the fuel cell power generator of the present invention.

符号の説明Explanation of symbols

1:燃料電池本体
1a:アノード電極
1b:カソード電極
1c:電解質
1d:冷却系
2:加湿器
3:改質装置
3a:改質触媒層
3b:燃焼部
4:水タンク
5:脱炭酸装置
6:ドレン口
8:入口フィルタ
9:金属イオン除去装置
10:電気式脱イオン装置
12:電池冷却水タンク
L1:改質ガス供給ライン
L2:改質ガス凝縮水供給ライン
L3:アノードオフガス排出ライン
L4:アノードオフガス凝縮水供給ライン
L5:空気供給ライン
L6:カソードオフガス排出ライン
L7:電池冷却水供給ライン
L8:電池冷却水排出ライン
L9:原燃料供給ライン
L10:改質水供給ライン
L11:燃焼空気供給ライン
L12:燃焼用燃料供給ライン
L13:燃焼排ガスライン
L17:排気ライン
L18:電池冷却水オーバフローライン
L19:タンク水オーバフローライン
L20:回収水供給ライン
L21:被処理水供給ライン
L22:濃縮水供給ライン
L23:脱イオン水供給ライン
L24:濃縮水排出ライン
P1:第1定量ポンプ
P2:第2定量ポンプ
Q1:改質ガスドレントラップ
Q2:アノードオフガスドレントラップ
Q3:カソードオフガス熱交換器
Q4:燃焼排ガス熱交換器
1: Fuel cell body 1a: Anode electrode 1b: Cathode electrode 1c: Electrolyte 1d: Cooling system 2: Humidifier 3: Reforming device 3a: Reforming catalyst layer 3b: Combustion unit 4: Water tank 5: Decarbonation device 6: Drain port 8: Inlet filter 9: Metal ion removal device 10: Electric deionization device 12: Battery cooling water tank L1: Reformed gas supply line L2: Reformed gas condensed water supply line L3: Anode off-gas discharge line L4: Anode Off-gas condensed water supply line L5: Air supply line L6: Cathode off-gas discharge line L7: Battery cooling water supply line L8: Battery cooling water discharge line L9: Raw fuel supply line L10: Reformed water supply line L11: Combustion air supply line L12 : Combustion fuel supply line L13: Combustion exhaust gas line L17: Exhaust line L18: Battery cooling water overflow line L19: Tan Water overflow line L20: recovered water supply line L21: treated water supply line L22: concentrated water supply line L23: deionized water supply line L24: concentrated water discharge line P1: first metering pump P2: second metering pump Q1: modified Gas drain trap Q2: Anode offgas drain trap Q3: Cathode offgas heat exchanger Q4: Combustion exhaust gas heat exchanger

Claims (1)

燃料電池本体及び/又は改質装置から排出される排ガスから回収した凝縮水を貯留する回収水タンクと、
陽極と陰極の間に、イオン交換膜によって区画された脱塩室と濃縮室とを有し、脱塩室にはイオン交換樹脂が充填された電気式脱イオン装置と、
前記回収水タンクと前記電気式脱イオン装置の前記脱塩室とを接続する、第1定量ポンプが介装された被処理水供給ラインと、
前記回収水タンクと前記電気式脱イオン装置の前記濃縮室とを接続する、第2定量ポンプが介装された濃縮水供給ラインと、
を備えることを特徴とする燃料電池発電装置。
A recovered water tank for storing condensed water recovered from the exhaust gas discharged from the fuel cell main body and / or the reformer;
An electric deionization apparatus having a demineralization chamber and a concentration chamber partitioned by an ion exchange membrane between an anode and a cathode, the demineralization chamber being filled with an ion exchange resin;
A treated water supply line that is connected to the recovered water tank and the demineralization chamber of the electric deionizer, and is provided with a first metering pump;
A concentrated water supply line interfacing with a second metering pump, connecting the recovered water tank and the concentration chamber of the electric deionizer;
A fuel cell power generator comprising:
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