JP2010250949A - Fuel cell system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料電池システムに関する。 The present invention relates to a fuel cell system.
従来の燃料電池システムとして、まず、燃料電池から排出される燃料排ガスに含まれる水蒸気と、燃料ガス生成装置で原料ガスおよび燃料排ガスの少なくとも一つのガスを燃焼して得られる燃焼排ガスに含まれる水蒸気と、を凝縮して得た回収水を一旦回収水タンクに貯水する。その後、回収水タンクからポンプなどの送水手段を用いてイオン除去装置に送り、回収水を脱イオン処理し、燃料電池やその発電に利用する水素を生成するための水として利用する。そのとき、余剰となった回収水は中和槽で中和処理した後、燃料電池システムの外部に排水する構成が開示されている(例えば、特許文献1参照)。 As a conventional fuel cell system, first, water vapor contained in the fuel exhaust gas discharged from the fuel cell and water vapor contained in the combustion exhaust gas obtained by burning at least one of the raw material gas and the fuel exhaust gas in the fuel gas generator Then, the recovered water obtained by condensing is temporarily stored in the recovered water tank. Thereafter, the recovered water tank is sent to an ion removing device by using a water supply means such as a pump, and the recovered water is deionized and used as water for generating hydrogen used for the fuel cell and its power generation. At that time, a configuration is disclosed in which excess recovered water is neutralized in a neutralization tank and then drained outside the fuel cell system (see, for example, Patent Document 1).
以下に、特許文献1に開示された従来の燃料電池システムについて、図面を用いて説明する。 Hereinafter, a conventional fuel cell system disclosed in Patent Document 1 will be described with reference to the drawings.
図5は、特許文献1に開示された従来の燃料電池システムを示す構成図である。 FIG. 5 is a configuration diagram showing a conventional fuel cell system disclosed in Patent Document 1. As shown in FIG.
図5に示すように、燃料電池システム51は、燃料電池52と、空気供給装置53と、燃料ガス生成装置54と、燃料排ガス凝縮器56と、原料ガスおよび燃料排ガスの少なくとも一つのガスを燃焼する燃焼部55と、燃焼排ガス凝縮水を得る燃焼排ガス凝縮器57と、燃料排ガス凝縮器56で凝縮した燃料排ガス凝縮水と燃焼排ガス凝縮水を回収水として貯水する回収水タンク58と、回収水タンク58で余剰となった回収水を中和処理する中和槽59とから構成されている。
As shown in FIG. 5, the
ここで、空気供給装置53は燃料電池52に空気を供給し、燃料ガス生成装置54は燃料電池52に供給する燃料ガスを生成する。また、燃料排ガス凝縮器56は、燃料電池52から排出される燃料排ガスに含まれる水蒸気を凝縮し燃料排ガス凝縮水を生成する。同様に、燃焼排ガス凝縮器57は、燃料ガス生成装置54において、原料ガスおよび燃料排ガスの少なくとも一つのガスを燃焼して得られる燃焼排ガスに含まれる水蒸気を凝縮し燃焼排ガス凝縮水を生成する。
Here, the
さらに、中和槽59は、少なくとも回収水に空気を送り込むバブリング装置511と、回収水を中和する中和剤512とを具備している。これにより、炭酸ガスを多量に含む燃料排ガス凝縮水および燃焼排ガス凝縮水から炭酸ガスを除去し、炭酸ガス濃度を低減して回収水が中和される。このとき、中和槽59には、水道水が送水され、余剰となった回収水タンク内部の回収水は排水口510から排水される。
Further, the
また、従来の燃料電池システムとして、まず、燃焼排ガスに含まれる水蒸気の回収経路に脱気装置を配置し、燃焼排ガスに含まれる水蒸気を凝縮して得た回収水に含まれる炭酸ガスを予め除去した後、回収水タンクに貯水する。そして、回収水タンクからポンプなどの送水手段を用いてイオン除去装置に送り、回収水を脱イオン処理して、燃料電池やその発電に利用する水素を生成するための水として利用する。そのとき、余剰となった回収水を回収水タンクから直接排水する構成が開示されている(例えば、特許文献2参照)。 In addition, as a conventional fuel cell system, first, a degassing device is disposed in a recovery path for water vapor contained in combustion exhaust gas, and carbon dioxide contained in recovered water obtained by condensing water vapor contained in combustion exhaust gas is removed in advance. After that, it is stored in the recovered water tank. Then, the recovered water tank is sent to an ion removing device using a water supply means such as a pump, and the recovered water is deionized to be used as water for generating hydrogen used for the fuel cell and its power generation. At that time, a configuration is disclosed in which excess recovered water is drained directly from the recovered water tank (see, for example, Patent Document 2).
以下に、特許文献2に開示された従来の燃料電池システムについて、図面を用いて説明する。 The conventional fuel cell system disclosed in Patent Document 2 will be described below with reference to the drawings.
また、図6は、特許文献2に記載された従来の燃料電池システムの構成を示す構成図である。 FIG. 6 is a configuration diagram showing a configuration of a conventional fuel cell system described in Patent Document 2. As shown in FIG.
図6に示すように、燃料電池システム61は、燃料電池62と、空気供給装置63と、燃料ガス生成装置64と、燃料排ガス凝縮器66と、原料ガスおよび燃料排ガスの少なくとも一つのガスを燃焼する燃焼部65と、燃焼排ガス凝縮水を得る燃焼排ガス凝縮器67と、燃焼排ガス凝縮水に含まれる炭酸ガスを除去する脱気装置69と、脱気装置69に空気を送り込む送風装置611と、燃焼排ガス凝縮器67と脱気装置69で回収した燃焼排ガス凝縮水を回収水として貯水する回収水タンク68とから構成されている。
As shown in FIG. 6, the
ここで、空気供給装置63は燃料電池62に空気を供給し、燃料ガス生成装置64は燃料電池62に供給する燃料ガスを生成する。また、燃料排ガス凝縮器66は、燃料電池62から排出される燃料排ガスに含まれる水蒸気を凝縮し燃料排ガス凝縮水を生成する。同様に、燃焼排ガス凝縮器67は、燃料ガス生成装置64において、原料ガスおよび燃料排ガスの少なくとも一つのガスを燃焼して得られる燃焼排ガスに含まれる水蒸気を凝縮し燃焼排ガス凝縮水を生成する。
Here, the
しかしながら、上記特許文献1に記載の燃料電池システムでは、バブリング装置や中和剤を具備して構成される中和槽を配置する必要があるため、燃料電池システムの容積が大きくなるという課題があった。また、回収水を中和処理するために水道水や中和剤を中和槽に導入する必要があるため、配管や電磁弁の配置が複雑になるとともに、電磁弁の制御が煩雑であるという課題があった。さらに、中和槽における中和処理が不完全な場合、排水のPHが低下して、下水道へ排水するための排水基準を満たさないという問題があった。 However, in the fuel cell system described in Patent Document 1, it is necessary to dispose a neutralization tank that includes a bubbling device and a neutralizing agent, and thus there is a problem that the volume of the fuel cell system increases. It was. In addition, since it is necessary to introduce tap water and a neutralizing agent into the neutralization tank in order to neutralize the recovered water, the arrangement of the piping and the electromagnetic valve is complicated, and the control of the electromagnetic valve is complicated. There was a problem. Furthermore, when the neutralization process in the neutralization tank is incomplete, the pH of the drainage is lowered, and there is a problem that the drainage standard for draining into the sewer is not satisfied.
また、上記特許文献2に記載の燃料電池システムでは、脱気装置を配置する必要があるため、燃料電池システムの容積が大きくなるという課題があった。また、回収水を脱気処理するためには、脱気装置において燃焼排ガス凝縮水と接触する空気が必要になる。そのため、送風装置の付加や空気を送るための配管の配置が複雑になるという課題があった。さらに、脱気装置での脱気処理が不十分な場合、排水中には多量の炭酸ガスが含まれることになるため、排水のPHが低下して、下水道へ排水するための排水基準(PH=5.8〜8.6)を満たさないという課題があった。 Further, the fuel cell system described in Patent Document 2 has a problem that the volume of the fuel cell system increases because it is necessary to dispose a deaeration device. Further, in order to deaerate the recovered water, air that contacts the combustion exhaust gas condensed water is required in the deaeration device. Therefore, there existed a subject that arrangement | positioning of piping for addition of an air blower and sending air becomes complicated. Furthermore, when the deaeration process in the deaeration device is insufficient, the drainage water contains a large amount of carbon dioxide gas, so the pH of the drainage is lowered and the drainage standard (PH = 5.8 to 8.6) was not satisfied.
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、燃料電池システムから回収する回収水および燃料ガス生成装置で燃焼して得られる燃焼排ガスに含まれる水蒸気を凝縮して得られる回収水に含まれる炭酸ガス濃度を低減して、簡単な構成で、排水基準を満たす燃料電池システムを提供することを目的とする。 The present invention solves the above-described conventional problems, and is included in the recovered water obtained by condensing the recovered water collected from the fuel cell system and the water vapor contained in the combustion exhaust gas obtained by combustion in the fuel gas generator. An object of the present invention is to provide a fuel cell system that satisfies the drainage standard with a simple configuration by reducing the concentration of carbon dioxide.
上記従来の課題を解決するために、本発明の燃料電池システムは、回収水タンクを、回収水タンクの底面との間を回収水が通る隙間を形成する仕切板で仕切られた第1槽と、大気と通気する排水口を備えた第2槽で構成し、燃料排ガス凝縮水と燃焼排ガス凝縮水からなる回収水を、回収水タンクの第1槽に回収した後、回収水が仕切板と回収水タンクの底
面との間の隙間のみを通過して第2槽に通流する構成とし、回収水タンクで余剰となった回収水を第2槽の排水口から排水する構成としたものである。
In order to solve the above conventional problems, the fuel cell system of the present invention includes a first tank partitioned by a partition plate that forms a gap through which the recovered water passes between the recovered water tank and the bottom surface of the recovered water tank. The second tank is provided with a drain port for venting to the atmosphere, and the recovered water comprising the fuel exhaust gas condensed water and the combustion exhaust gas condensed water is recovered in the first tank of the recovered water tank, and then the recovered water is separated from the partition plate. It is configured to pass only through the gap between the bottom of the recovered water tank and flow to the second tank, and to recover the excess recovered water in the recovered water tank from the drain port of the second tank. is there.
これにより、第1槽に回収される炭酸ガスを多量に含む回収水が、排水口を介して大気と通気し大気平衡に保持される。そして、炭酸ガス濃度が低く維持された第2槽に貯水した回収水で十分に希釈されるため、炭酸ガス濃度が低下した排水が排水口を通して排水される。その結果、余剰の回収水を排水基準を満たして排水する燃料電池システムを実現できる。 Thereby, the recovered water containing a large amount of carbon dioxide gas recovered in the first tank is ventilated with the atmosphere through the drain port and is maintained in the atmospheric equilibrium. And since it fully dilutes with the collection | recovery water stored in the 2nd tank by which the carbon dioxide gas density | concentration was maintained low, the waste_water | drain with a low carbon dioxide gas density | concentration is drained through a drain outlet. As a result, it is possible to realize a fuel cell system that drains excess recovered water while satisfying the drainage standard.
また、本発明の燃料電池システムは、回収水タンクを、回収水タンクの底面に配置される開閉弁を備える排水管と、上面に配置される回収水を入水する入水口および大気と通気する開口部と、回収水タンクに貯水した水の水位を検知する水位センサと、排水管の開閉弁を制御する制御部とを有して構成し、燃料排ガス凝縮水と燃焼排ガス凝縮水とからなる回収水を、入水口から回収水タンクに回収するとともに、回収水タンクで余剰となった回収水を水位センサからの信号を受けて制御部で排水管の開閉弁を制御して排水する構成としたものである。 Further, the fuel cell system of the present invention includes a recovered water tank, a drain pipe provided with an on-off valve disposed on the bottom surface of the recovered water tank, an inlet port for receiving the recovered water disposed on the upper surface, and an opening for venting the atmosphere. And a water level sensor for detecting the level of water stored in the recovered water tank, and a control unit for controlling the open / close valve of the drain pipe, and is made up of fuel exhaust gas condensed water and combustion exhaust gas condensed water In addition to collecting the water from the inlet to the recovered water tank, the controller collects the recovered water remaining in the recovered water tank by receiving a signal from the water level sensor and controlling the drain pipe on / off valve in the control unit. Is.
これにより、回収水タンクに回収される炭酸ガスを多量に含む回収水が、開口部を介して大気と通気し大気平衡に保持される。そして、炭酸ガス濃度が低く維持された回収水タンクに貯水した回収水で十分に希釈されるため、炭酸ガス濃度が低下した排水が排水管を通して排水される。その結果、余剰の回収水を排水基準を満たして排水する燃料電池システムを実現できる。 As a result, the recovered water containing a large amount of carbon dioxide gas recovered in the recovered water tank is aerated with the atmosphere through the opening, and is maintained in atmospheric equilibrium. And since it fully dilutes with the collection | recovery water stored in the collection | recovery water tank by which the carbon dioxide gas density | concentration was maintained low, the waste_water | drain with a low carbon dioxide gas density | concentration is drained through a drain pipe. As a result, it is possible to realize a fuel cell system that drains excess recovered water while satisfying the drainage standard.
また、本発明の燃料電池システムは、回収水タンクを、回収水タンクの底面に配置される入水口と、大気と通気する排水口とを有して構成し、燃料排ガス凝縮水と燃焼排ガス凝縮水とからなる回収水を、入水口から回収水タンクに回収するとともに、回収水タンクで余剰となった回収水を、排水口から排水する構成としたものである。 In the fuel cell system of the present invention, the recovered water tank has a water inlet disposed on the bottom surface of the recovered water tank and a drain port that vents to the atmosphere, and condenses the fuel exhaust gas and the combustion exhaust gas. The recovered water composed of water is collected from the water inlet to the recovered water tank, and the recovered water remaining in the recovered water tank is drained from the drain outlet.
これにより、回収水タンクに回収される炭酸ガスを多量に含む回収水が、排水口を介して大気と通気し大気平衡に保持される。そして、炭酸ガス濃度が低く維持された回収水タンクに貯水した回収水で十分に希釈されるため、炭酸ガス濃度が低下した排水が排水口を通して排水される。その結果、余剰の回収水を排水基準を満たして排水する燃料電池システムを実現できる。 Thereby, the recovered water containing a large amount of carbon dioxide gas recovered in the recovered water tank is ventilated with the atmosphere through the drain port and is kept in the atmospheric equilibrium. And since it fully dilutes with the collection | recovery water stored in the collection | recovery water tank by which the carbon dioxide gas density | concentration was maintained low, the waste_water | drain with a low carbon dioxide gas density | concentration is drained through a drain outlet. As a result, it is possible to realize a fuel cell system that drains excess recovered water while satisfying the drainage standard.
また、入水口を底面に設けることで回収水タンクに回収される炭酸ガスを多量に含む回収水が、回収水タンクに貯水された全ての回収水と混合されるため、希釈効果が向上する。さらに、回収水タンクの分割や水位センサなどを配置する必要がないため、回収水タンクを簡易な構成で実現できる。 Further, by providing the water inlet on the bottom surface, the recovered water containing a large amount of carbon dioxide gas recovered in the recovered water tank is mixed with all the recovered water stored in the recovered water tank, so that the dilution effect is improved. Furthermore, since there is no need to divide the recovered water tank or arrange a water level sensor, the recovered water tank can be realized with a simple configuration.
本発明の燃料電池システムは、回収水タンクに回収する燃料排ガス凝縮水と燃焼排ガス凝縮水に含まれる炭酸ガスの濃度を低減するとともに、簡単な構成で、排水基準を満たす燃料電池システムを実現できる。 The fuel cell system of the present invention can reduce the concentration of carbon dioxide contained in the fuel exhaust gas condensate and combustion exhaust gas condensate recovered in the recovery water tank, and can realize a fuel cell system that satisfies the drainage standard with a simple configuration. .
第1の発明は、原料ガスを処理して水素を主成分とする燃料ガスを生成する燃料ガス生成装置と、燃料ガス中の水素と空気中の酸素とを利用して発電する燃料電池と、回収水を貯水する回収水タンクと、を少なくとも具備する燃料電池システムであって、回収水タンクは、回収水タンクの底面との間を回収水が通る隙間を形成する仕切板で仕切られた第1槽と、大気と通気する排水口を備えた第2槽を有し、燃料電池から排出される燃料排ガスに含まれる水蒸気と、燃料ガス生成装置に供給される原料ガス、燃料ガスおよび燃料排ガスの少なくとも一つを燃焼して得られる燃焼排ガスに含まれる水蒸気と、を凝縮して得られる回収水を、回収水タンクの第1槽に回収した後、隙間を通過させて、第2槽に通流させ、回収水タンクで余剰となった回収水を、第2槽の排水口から排水する燃料電池システムである。 A first invention is a fuel gas generation device that processes a raw material gas to generate a fuel gas containing hydrogen as a main component, a fuel cell that generates power using hydrogen in the fuel gas and oxygen in the air, A fuel cell system comprising at least a recovered water tank for storing recovered water, wherein the recovered water tank is partitioned by a partition plate that forms a gap through which the recovered water passes between the bottom surface of the recovered water tank. 1 tank and a 2nd tank provided with the drain which ventilates air | atmosphere, the water vapor | steam contained in the fuel exhaust gas discharged | emitted from a fuel cell, the raw material gas supplied to a fuel gas generator, fuel gas, and fuel exhaust gas The recovered water obtained by condensing water vapor contained in the flue gas obtained by burning at least one of the above is recovered in the first tank of the recovered water tank, and then passed through the gap to the second tank. Circulate and surplus in recovered water tank The recovered water is a fuel cell system to drain from the discharge port of the second tank.
この構成により、第1槽に回収される炭酸ガスを多量に含む回収水が、排水口を介して大気と通気し大気平衡に保持される。そして、炭酸ガス濃度が低く維持された第2槽に貯水した回収水で十分に希釈されるため、炭酸ガス濃度が低下した排水が排水口を通して排水される。その結果、排水口を通して排水される排水のPHが上昇し、排水基準を満たす燃料電池システムを実現できる。 With this configuration, the recovered water containing a large amount of carbon dioxide gas recovered in the first tank is ventilated with the atmosphere through the drain and maintained in atmospheric equilibrium. And since it fully dilutes with the collection | recovery water stored in the 2nd tank by which the carbon dioxide gas density | concentration was maintained low, the waste_water | drain with a low carbon dioxide gas density | concentration is drained through a drain outlet. As a result, the pH of the drainage drained through the drainage port increases, and a fuel cell system that satisfies the drainage standard can be realized.
第2の発明は、原料ガスを処理して水素を主成分とする燃料ガスを生成する燃料ガス生成装置と、燃料ガス中の水素と空気中の酸素とを利用して発電する燃料電池と、回収水を貯水する回収水タンクと、を少なくとも具備する燃料電池システムであって、回収水タンクは、回収水タンクの底面に配置される開閉弁を備える排水管と、上面に配置される回収水を入水する入水口および大気と通気する開口部と、回収水タンクに貯水した水の水位を検知する水位センサと、排水管の開閉弁を制御する制御部を有し、燃料電池から排出される燃料排ガスに含まれる水蒸気と、燃料ガス生成装置に供給される原料ガスと、燃料ガスおよび燃料排ガスの少なくとも一つを燃焼して得られる燃焼排ガスに含まれる水蒸気と、を凝縮して得られる回収水を入水口から回収するとともに、回収水タンクで余剰となった回収水を、水位センサからの信号を受けて制御部で排水管の開閉弁を制御して排水する燃料電池システムである。 According to a second aspect of the present invention, there is provided a fuel gas generation device that processes a raw material gas to generate a fuel gas containing hydrogen as a main component, a fuel cell that generates power using hydrogen in the fuel gas and oxygen in the air, A fuel cell system comprising at least a recovered water tank for storing recovered water, wherein the recovered water tank includes a drain pipe having an on-off valve disposed on a bottom surface of the recovered water tank, and a recovered water disposed on an upper surface. And a water level sensor that detects the level of water stored in the recovery water tank, and a control unit that controls the open / close valve of the drain pipe, and is discharged from the fuel cell. Recovery obtained by condensing water vapor contained in fuel exhaust gas, raw material gas supplied to the fuel gas generator, and water vapor contained in combustion exhaust gas obtained by burning at least one of fuel gas and fuel exhaust gas Add water Is recovered from the mouth, the recovered water became excessive in the recovered water tank, a fuel cell system for draining by controlling the opening and closing valve of the drain pipe at the control unit receives a signal from the water level sensor.
この構成により、回収水タンクに回収される炭酸ガスを多量に含む回収水が、開口部を介して大気と通気し大気平衡に保持される。そして、炭酸ガス濃度が低く維持された回収水タンクに貯水した回収水で十分に希釈されるため、炭酸ガス濃度が低下した排水が排水管を通して排水される。その結果、排水管を通じて排水される排水のPHが上昇し、排水基準を満たす燃料電池システムを実現できる。 With this configuration, the recovered water containing a large amount of carbon dioxide gas recovered in the recovered water tank is aerated with the atmosphere through the opening and is kept in atmospheric equilibrium. And since it fully dilutes with the collection | recovery water stored in the collection | recovery water tank by which the carbon dioxide gas density | concentration was maintained low, the waste_water | drain with a low carbon dioxide gas density | concentration is drained through a drain pipe. As a result, the pH of the drainage drained through the drain pipe increases, and a fuel cell system that satisfies the drainage standard can be realized.
第3の発明は、原料ガスを処理して水素を主成分とする燃料ガスを生成する燃料ガス生成装置と、燃料ガス中の水素と空気中の酸素とを利用して発電する燃料電池と、回収水を貯水するタンクと、を少なくとも具備する燃料電池システムであって、回収水タンクは、回収水タンクの底面に配置される入水口と、大気と通気する排水口とを有し、燃料電池から排出される燃料排ガスに含まれる水蒸気と、燃料ガス生成装置に供給される原料ガス、燃料ガスおよび燃料排ガスの少なくとも一つを燃焼して得られる燃焼排ガスに含まれる水蒸気と、を凝縮して得られる回収水を、入水口から回収するとともに、回収水タンクで余剰となった回収水を、排水口から排水する燃料電池システムである。 According to a third aspect of the present invention, there is provided a fuel gas generating device that processes a raw material gas to generate a fuel gas mainly composed of hydrogen, a fuel cell that generates power using hydrogen in the fuel gas and oxygen in the air, A fuel cell system comprising at least a tank for storing recovered water, the recovered water tank having a water inlet disposed on a bottom surface of the recovered water tank, and a drain port for venting air to the fuel cell. Water vapor contained in the fuel exhaust gas discharged from the fuel gas and the water vapor contained in the combustion exhaust gas obtained by burning at least one of the raw material gas, fuel gas and fuel exhaust gas supplied to the fuel gas generator The fuel cell system collects the recovered water obtained from the water inlet and drains the recovered water remaining in the recovered water tank from the drain outlet.
この構成により、回収水タンクに回収される炭酸ガスを多量に含む回収水が、排水口を介して大気と通気し大気平衡に保持される。そして、炭酸ガス濃度が低く維持された回収水タンクに貯水した回収水で十分に希釈されるため、炭酸ガス濃度が低下した排水が排水
口を通して排水される。その結果、排水口を通じて排水される排水のPHが上昇し、排水基準を満たす燃料電池システムを実現できる。また、入水口を底面に設けることで回収水タンクに回収される炭酸ガスを多量に含む回収水が、回収水タンクに貯水された全ての回収水と混合されるため、希釈効果が向上する。さらに、回収水タンクの分割や水位センサなどを配置する必要がないため、回収水タンクを簡易な構成で実現できる。
With this configuration, the recovered water containing a large amount of carbon dioxide gas recovered in the recovered water tank is ventilated with the atmosphere through the drain and maintained in atmospheric equilibrium. And since it fully dilutes with the collection | recovery water stored in the collection | recovery water tank by which the carbon dioxide gas density | concentration was maintained low, the waste_water | drain with a low carbon dioxide density | concentration is drained through a drain outlet. As a result, the pH of the drainage drained through the drainage port increases, and a fuel cell system that satisfies the drainage standard can be realized. Further, by providing the water inlet on the bottom surface, the recovered water containing a large amount of carbon dioxide gas recovered in the recovered water tank is mixed with all the recovered water stored in the recovered water tank, so that the dilution effect is improved. Furthermore, since there is no need to divide the recovered water tank or arrange a water level sensor, the recovered water tank can be realized with a simple configuration.
第4の発明は、第1の発明において、第1槽は、第2槽の排水口より高い位置に大気と通気する開口部を具備する燃料電池システムである。これにより、第1槽に貯水した回収水が開口部を介して大気平衡で保持されるため、回収水の炭酸ガス濃度をさらに効果的に希釈することができる。その結果、排水中の炭酸ガス濃度をより低下させ、確実に排水のPHを排水基準内に維持して、余剰な回収水を排水できる。 A fourth invention is the fuel cell system according to the first invention, wherein the first tank has an opening for ventilating with the atmosphere at a position higher than the drain outlet of the second tank. Thereby, since the recovered water stored in the first tank is maintained in atmospheric equilibrium through the opening, the carbon dioxide concentration of the recovered water can be more effectively diluted. As a result, the concentration of carbon dioxide gas in the waste water can be further reduced, the pH of the waste water can be reliably maintained within the drainage standard, and excess recovered water can be drained.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明するが、先に説明した従来の構成と同一構成については同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。なお、この実施の形態によってこの発明が限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings, but the same reference numerals are given to the same configurations as the conventional configurations described above, and the detailed description thereof will be omitted. The present invention is not limited to the embodiments.
(実施の形態1)
以下に、本発明の実施の形態1における燃料電池システムについて、図面を用いて詳細に説明する。
(Embodiment 1)
Hereinafter, the fuel cell system according to Embodiment 1 of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は、本発明の実施の形態1における燃料電池システムを示す構成図である。 FIG. 1 is a configuration diagram showing a fuel cell system according to Embodiment 1 of the present invention.
図1に示すように、燃料電池システム11は、回収水を貯水する回収水タンク18と、回収水タンク18から供給される回収水を脱イオン化し脱イオン水とするイオン除去装置113と、回収水タンク18から回収水をイオン除去装置113に供給する水ポンプ114と、水ポンプ114から脱イオン水の供給を受けて原料ガスである都市ガスを改質し水素を主成分とする燃料ガスを生成する燃料ガス生成装置14と、燃料電池12に空気を供給する空気供給装置13と、燃料ガス生成装置14から供給される燃料ガスと空気供給装置13から供給される空気により発電を行う燃料電池12と、燃料電池12から排出される燃料排ガス中に含まれる水蒸気を凝縮し燃料排ガス凝縮水を得る燃料排ガス/燃料ガス凝縮器16と、燃料排ガス/燃料ガス凝縮器16で凝縮した燃料排ガス凝縮水を回収水タンク18に導く燃料排ガス/燃料ガス凝縮水流路111と、燃料ガス生成装置14の中に配置され原料ガス、燃料ガスおよび燃料排ガスの少なくとも一つのガスを燃焼する燃焼部15と、燃料ガス生成装置14で原料ガス、燃料ガスおよび燃料排ガスの少なくとも一つのガスを燃焼して得られる燃焼排ガスに含まれる水蒸気を凝縮し燃焼排ガス凝縮水を得る燃焼排ガス凝縮器17と、燃焼排ガス凝縮器17で凝縮した燃焼排ガス凝縮水を回収水タンク18に導く燃焼排ガス凝縮水流路112とで構成される。
As shown in FIG. 1, the
また、本実施の形態の回収水タンク18は、回収水タンク18に貯水した余剰の回収水を排水する排水口110と仕切板19とを備えている。そして、仕切板19は、回収水タンク18を第1槽18aと第2槽18bに仕切るように、例えば回収水タンク18の上面に取り付けられ、下側に向かって、回収水タンク18の底面との間には回収水が通る隙間115を設けるように配設される。このとき、少なくとも隙間115が、排水口110から回収水が流出し始める位置より下に設けられるように、仕切板19の鉛直方向の長さが調整されて配設される。
Further, the recovered
以下に、燃料電池システム11を構成する構成要素の材料やその作用について具体的に説明する。
Below, the material of the component which comprises the
まず、回収水タンク18は、例えばステンレスや樹脂などで構成され、その内に回収水
が貯水される。イオン除去装置113は、例えばステンレスや樹脂などで構成された容器内に、凝縮水中の陽イオンと陰イオンを吸着して、凝縮水を脱イオン化して脱イオン水を生成するイオン交換樹脂が充填されている。
First, the recovered
また、燃料ガス生成装置14は、例えばステンレスなどで構成された容器に、アルミナ担体にルテニウムを担持した触媒が充填されている。そして、都市ガスと、イオン除去装置113を介して供給される脱イオン化した水とを、約650℃で化学反応させて、水素と二酸化炭素を生成する。このとき、イオン除去装置113から供給される脱イオン水は、上記化学反応を進行させる役割を担っている。
Further, in the
なお、燃料ガス生成装置14には、さらに、アルミナ担体に白金を担持した触媒を後流側に配置して、化学反応で微量発生する一酸化炭素を二酸化炭素に酸化する、例えば選択酸化手段などを有している。
The
また、燃料電池12は、フッ化炭素の主鎖にスルホン基の側鎖を付着させた高分子系の水素イオン伝導性電解質膜(図示せず)の両側に、カーボンブラックに触媒の白金粒子を担持して構成した燃料極と空気極(図示せず)とを備えた電池を複数積層した集合体から構成される。そして、燃料ガス生成装置14から燃料極へ供給される燃料ガス中の水素と、空気供給装置13から空気極へ供給される空気中の酸素との電気化学反応により、発電する。
In addition, the
また、燃料ガス生成装置14には、燃焼部15が設けられている。そして、燃焼部15は、燃料電池システム11の運転開始時においては原料ガスである都市ガスを燃焼させ、安定運転においては燃料電池12で使用されずに排出される燃料ガス中の水素を燃焼させる。
The
以下に、本実施の形態の燃料電池システム11の運転動作について説明する。
Below, the operation | movement operation | movement of the
まず、運転開始時、ガス供給管(図示せず)からの原料ガスとして都市ガスと、送風機(図示せず)からの空気が、燃焼部15に供給されて燃焼が始まり、燃料ガスが得られる。燃料ガスはバイパス流路116を通して燃料排ガス/燃料ガス凝縮器16に送られる。燃料排ガス/燃料ガス凝縮器16に送られた燃料ガスは燃料排ガス/燃料ガス凝縮器16において、その中に含まれる水蒸気が凝縮された後、燃焼部15に送られる。そして、燃料ガス生成装置14において、都市ガスや燃料ガスあるいは燃料排ガスを燃焼して得られる燃焼排ガスは、燃焼排ガス流路に配置した燃焼排ガス凝縮器17に送られ、燃焼排ガス中に含まれる水蒸気が凝縮され、燃焼排ガス凝縮水として回収水タンク18の第1槽18aに流入して回収される。
First, at the start of operation, city gas as raw material gas from a gas supply pipe (not shown) and air from a blower (not shown) are supplied to the
また、同時に、燃焼部15は、燃料ガス生成装置14の内部に充填した触媒を約650℃に加熱する。
At the same time, the
そして、燃料ガス生成装置14の触媒が約650℃まで加熱されると、燃料ガス生成装置14は、以下の2段階の運転動作を行う。
When the catalyst of the fuel
まず、燃料ガス生成装置14は、水ポンプ114からイオン除去装置113を介して供給される脱イオン水と、ガス供給管(記載せず)からの供給される都市ガスとの、例えば改質反応により、水素を主成分とする燃料ガスを生成する。
First, the fuel
つぎに、燃料電池12は、燃料ガス生成装置14から供給される燃料ガス中の水素と、空気供給装置13から供給される空気中の酸素との電気化学反応により発電を行う。そし
て、燃料電池12で使用されずに排出された燃料排ガスは、燃料ガス生成装置14の燃焼部15に供給されて、燃料排ガスの燃焼が起こる。このとき、燃料ガス生成装置14の燃焼部15に供給される燃料電池12からの燃料排ガスは、その流路途中に配置される燃料排ガス/燃料ガス凝縮器16により、燃料排ガス中に含まれる水蒸気が除去されて、燃焼部15に供給される。この水蒸気除去により、含有水分量の少ない燃料排ガスを燃焼部15で燃焼させて、煤などの発生しない安定した燃焼が実現する。
Next, the
以下に、本実施の形態の燃料電池システム11における回収水の流れについて説明する。
Hereinafter, the flow of recovered water in the
まず、図1に示すように、燃料電池12からの燃料排ガス流路に配置した燃料排ガス/燃料ガス凝縮器16により、燃料電池12から排出される燃料排ガスに含まれる水蒸気を凝縮して燃料排ガス凝縮水が得られる。そして、得られた燃料排ガス凝縮水は、回収水として、燃料排ガス/燃料ガス凝縮水流路111を介して、回収水タンク18の第1槽18aに送られる。
First, as shown in FIG. 1, the fuel exhaust gas /
一方、バイパス流路116を通して燃料排ガス/燃料ガス凝縮器16に送られた燃料ガスに含まれる水蒸気は、燃料排ガス/燃料ガス凝縮器16で凝縮され、燃料排ガス/燃料ガス凝縮水流路111を通して、燃料ガス凝縮水として回収水タンク18の第1槽18aに送られる。また、燃料ガス生成装置14からの燃焼排ガス流路に配置した燃焼排ガス凝縮器17により、燃料ガス生成装置14で原料ガスと燃料ガスと燃料排ガスの少なくとも一つのガスを燃焼して得られる燃焼排ガスに含まれる水蒸気を凝縮して燃焼排ガス凝縮水が得られる。そして、得られた燃焼排ガス凝縮水は、回収水として、燃焼排ガス凝縮水流路112を介して、回収水タンク18の第1槽18aに送られる。
On the other hand, the water vapor contained in the fuel gas sent to the fuel exhaust gas /
さらに、回収水タンク18の第1槽18aに送り込まれた燃料排ガス凝縮水と燃料ガス凝縮水および燃料排ガス凝縮水からなる回収水は、仕切板19と回収水タンク18の底面との間の隙間115を通過して、回収水タンク18の第2槽18bに通水される。
Further, the recovered water composed of the fuel exhaust gas condensed water, the fuel gas condensed water, and the fuel exhaust gas condensed water sent to the
そして、所定量を超える余剰となった回収水は、第2槽18bに配置した排水口110から排水される。ここで、回収水の所定量とは、燃料電池システムの通常の運転を維持できる、例えば本実施の形態の燃料電池システムの場合、1リットル程度である。そのため、少なくとも排水口は、所定量の回収水を貯水する回収水タンクの位置より高い位置に設けられる。
And the recovered water which became surplus exceeding predetermined amount is drained from the
このとき、仕切板19により、高濃度の炭酸ガスを含有する燃料排ガス凝縮水と燃料ガス凝縮水および燃焼排ガス凝縮水からなる回収水が、直接排水口から排出することを防止できる。
At this time, the
また、高濃度の炭酸ガスを含有する燃料排ガス凝縮水と燃料ガス凝縮水および燃焼排ガス凝縮水からなる回収水は、回収水タンクの第1層で、貯水されていた回収水と混合されることにより希釈され、炭酸ガスの濃度を低下させて排出できる。なぜなら、回収水タンクに、貯水されていた回収水は、第2層に設けられた排水口を介して大気と接触することで炭酸ガスの濃度が大気平衡により、低下しているため、炭酸ガスを高濃度に含有する回収水を混合により、希釈できるためである。 Also, the recovered water consisting of the fuel exhaust gas condensate containing high-concentration carbon dioxide gas, the fuel gas condensate and the combustion exhaust gas condensate is mixed with the recovered water stored in the first layer of the recovery water tank. And can be discharged with a reduced concentration of carbon dioxide. This is because the recovered water stored in the recovered water tank is in contact with the atmosphere through the drain port provided in the second layer, so that the concentration of carbon dioxide gas decreases due to atmospheric equilibrium. This is because recovered water containing a high concentration of can be diluted by mixing.
つぎに、回収水タンク18の第2槽18bに貯水した回収水は水ポンプ114によりイオン除去装置113に送られ、脱イオン化された後、燃料ガス生成装置14に供給される。
Next, the recovered water stored in the
以上で説明したように、本発明の形態の燃料電池システムによれば、回収水を、回収水タンクの第1槽に回収した後、仕切板と回収水タンクの底面との間の隙間を通過して第2槽に通流させることにより、炭酸ガスを多量に含む回収水を大気と通気して大気平衡に保持できる。また、炭酸ガス濃度が低く維持される回収水タンクに貯水した回収水で、高濃度の炭酸ガスを含有する回収水を十分に希釈できる。その結果、排水口から炭酸ガス濃度が低下した排水を排水できるので、排水のPHを排水基準に維持して排水できる燃料電池システムを実現できる。 As described above, according to the fuel cell system of the embodiment of the present invention, the recovered water is recovered in the first tank of the recovered water tank, and then passes through the gap between the partition plate and the bottom surface of the recovered water tank. Then, by allowing the water to flow through the second tank, the recovered water containing a large amount of carbon dioxide gas can be aerated with the atmosphere and kept in the atmospheric equilibrium. Moreover, the recovered water containing the high concentration carbon dioxide gas can be sufficiently diluted with the recovered water stored in the recovered water tank in which the carbon dioxide concentration is kept low. As a result, since the waste water having a reduced carbon dioxide concentration can be drained from the drain port, it is possible to realize a fuel cell system capable of draining while maintaining the drainage pH at the drainage standard.
なお、本実施の形態では、回収水タンクの仕切板で仕切られた第1槽が閉鎖空間で構成された例で説明したが、これに限られない。例えば、第2槽の排水口より高い位置で、大気と通気する開口部を第1槽に設けてもよい。これにより、第1槽に貯水した回収水を、第2層に通流しなくても大気平衡に保持して、第1槽に貯水した回収水の炭酸ガス濃度を低下できる。また、燃料排ガス凝縮水と燃料ガス凝縮水および燃焼排ガス凝縮水からなる回収水の希釈効果をより高めることができる。その結果、排水中の炭酸ガス濃度を短時間で低下できるので、より確実に排水のPHを排水基準に維持することができる。 In addition, although this Embodiment demonstrated in the example in which the 1st tank partitioned off with the partition plate of the collection | recovery water tank was comprised by closed space, it is not restricted to this. For example, you may provide the 1st tank with the opening part which ventilates air | atmosphere in the position higher than the drain outlet of a 2nd tank. Thereby, the collected water stored in the first tank can be maintained in atmospheric equilibrium without flowing through the second layer, and the carbon dioxide concentration of the collected water stored in the first tank can be reduced. Moreover, the dilution effect of the recovered water which consists of fuel exhaust gas condensed water, fuel gas condensed water, and combustion exhaust gas condensed water can be heightened more. As a result, the carbon dioxide gas concentration in the wastewater can be reduced in a short time, so that the pH of the wastewater can be more reliably maintained at the drainage standard.
また、本実施の形態では、仕切板を回収水タンクの底面との間に隙間を設けて構成する例で説明したが、これに限られない。例えば、仕切板を回収水タンクの底面との間に隙間を設けることなく配置し、仕切板の底面近傍に貫通孔を設け、第1槽に回収した回収水がかかる貫通孔のみを通過して第2槽に通水する構成としてもよく、同様の効果が得られる。 Further, in the present embodiment, the example in which the partition plate is configured by providing a gap between the bottom surface of the recovered water tank has been described, but the present invention is not limited thereto. For example, the partition plate is arranged without providing a gap between the bottom surface of the recovered water tank, a through hole is provided near the bottom surface of the partition plate, and only the through hole through which the recovered water recovered in the first tank passes is passed. It is good also as a structure which lets water flow to a 2nd tank, and the same effect is acquired.
また、本実施の形態では、仕切板を回収水タンクの上面に取り付けた構成を例で説明したが、これに限られない。例えば、第1層に回収される回収水の大気と接する表面が、第2層と通流しない構成であれば、第1層と第2層の空間が繋がるように仕切板に貫通孔を設けてもよい。これにより、第1層に回収される回収水を大気と通気して、大気平衡に保持することができる。 Moreover, although this Embodiment demonstrated the structure which attached the partition plate to the upper surface of the collection | recovery water tank as an example, it is not restricted to this. For example, if the surface of the recovered water recovered in the first layer is in contact with the atmosphere of the second layer, a through hole is provided in the partition plate so that the space between the first layer and the second layer is connected. May be. Thereby, the recovered water recovered in the first layer can be ventilated with the atmosphere and kept in the atmospheric equilibrium.
以下、本実施の形態における燃料電池システム11の具体的な効果について説明する。
Hereinafter, specific effects of the
まず、本実施の形態の構成の燃料電池システム11で、1kWの発電状態で運転を継続した時に回収水タンクの第2層の排水口から排水される排水に含まれる炭酸ガス濃度とPHから評価した。その結果、排水の炭酸ガス濃度は2.0mg/Lで、排水のPHは6.2であった。
First, in the
一方、比較のために、仕切板のない回収水タンクを備えた燃料電池システムで、同様の評価をした。その結果、排水の炭酸ガス濃度は15.0mg/Lで、排水のPHは4.9であった。 On the other hand, for comparison, the same evaluation was performed with a fuel cell system including a recovered water tank without a partition plate. As a result, the carbon dioxide gas concentration in the wastewater was 15.0 mg / L, and the pH of the wastewater was 4.9.
上記より、本実施の形態の燃料電池システムの回収水タンクから排出される排水は、従来の燃料電池システムの排水に比べて、充分に、排水基準(PH=5.8〜8.6)を満たすことがわかった。 From the above, the drainage discharged from the recovered water tank of the fuel cell system according to the present embodiment sufficiently satisfies the drainage standard (PH = 5.8 to 8.6) compared to the drainage of the conventional fuel cell system. I found it to satisfy.
(実施の形態2)
以下に、本発明の実施の形態2における燃料電池システムについて、図面を用いて説明する。
(Embodiment 2)
The fuel cell system according to Embodiment 2 of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図2は、本発明の実施の形態2における燃料電池システムを示す構成図である。なお、図2において、図1と同一の構成は同じ符号を用い、説明を省略する場合がある。 FIG. 2 is a configuration diagram showing a fuel cell system according to Embodiment 2 of the present invention. In FIG. 2, the same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and description thereof may be omitted.
つまり、図2に示すように、本実施の形態の燃料電池システム21は、第1回収水タンク22と、余剰となった回収水を排水するための排水口25を備えた第2回収水タンク23と、で回収水タンクを構成し、第1回収水タンク22と第2回収水タンク23を、それらの底面に設けた連結管24で連結した点で、実施の形態1の第1槽と第2槽からなる回収水タンクとは異なる。他の構成要素やその動作は実施の形態1と同様であるので、説明を省略する。
That is, as shown in FIG. 2, the
なお、第1回収水タンク22と第2回収水タンク23および連結管24は、例えばステンレスや樹脂などで構成される。
The first recovered
以下に、本実施の形態の燃料電池システム21の発明のポイントである、回収水の流れについて説明する。
Hereinafter, the flow of recovered water, which is the point of the invention of the
図2に示すように、燃料排ガス凝縮水と燃料ガス凝縮水および燃焼排ガス凝縮水からなる回収水は、まず、第1回収水タンク22に回収された後、連結管24を通して第2回収水タンク23に通水される。このとき、所定量を超える余剰となった回収水は、第2回収水タンク23に配置した排水口25から排水される。
As shown in FIG. 2, the recovered water composed of the fuel exhaust gas condensed water, the fuel gas condensed water and the combustion exhaust gas condensed water is first recovered in the first recovered
そして、第2回収水タンク23に貯水された回収水は、水ポンプ114によりイオン除去装置113を介して燃料ガス生成装置14に送られる。
The recovered water stored in the second recovered water tank 23 is sent to the fuel
このとき、第1回収水タンクと第2回収水タンクと回収水タンクを分離することにより、高濃度の炭酸ガスを含有する燃料排ガス凝縮水と燃料ガス凝縮水および燃焼排ガス凝縮水からなる回収水が、直接第2回収水タンクの排水口から排出することを防止できる。 At this time, by separating the first recovered water tank, the second recovered water tank, and the recovered water tank, recovered water comprising fuel exhaust gas condensed water, fuel gas condensed water, and combustion exhaust gas condensed water containing high-concentration carbon dioxide gas. However, it can prevent discharging directly from the drain port of the second recovery water tank.
また、高濃度の炭酸ガスを含有する燃料排ガス凝縮水や燃焼排ガス凝縮水からなる回収水は、第1回収水タンクに、貯水されていた回収水と混合されることにより希釈され、炭酸ガスの濃度を低下させて第2回収水タンクに通流できる。なぜなら、第1回収水タンクに、貯水されていた回収水は、連結管24で接続された第2回収水タンクに設けられた排水口を介して大気と接触することで炭酸ガスの濃度が大気平衡により、低下しているため、炭酸ガスを高濃度に含有する回収水を混合により、希釈できるためである。
In addition, recovered water composed of fuel exhaust gas condensate or combustion exhaust gas condensate containing high-concentration carbon dioxide gas is diluted by mixing with the recovered water stored in the first recovery water tank, and the carbon dioxide gas The concentration can be lowered and flowed to the second recovered water tank. This is because the recovered water stored in the first recovered water tank comes into contact with the atmosphere through the drain port provided in the second recovered water tank connected by the connecting
以上で説明したように、本発明の形態の燃料電池システムによれば、回収水を第1回収水タンクに回収した後、回収水が連結管を通して第2の回収水タンクに通水させることにより、炭酸ガスを多量に含む回収水を大気と通気して大気平衡で保持できる。また、炭酸ガス濃度が低く維持される第2回収水タンクに貯水した回収水で十分に希釈できる。その結果、排水口から炭酸ガス濃度が低下した排水を排水できるので、排水のPHを排水基準に維持して排水できる燃料電池システムを実現できる。 As described above, according to the fuel cell system of the embodiment of the present invention, the recovered water is collected in the first recovered water tank, and then the recovered water is passed through the connecting pipe to the second recovered water tank. The recovered water containing a large amount of carbon dioxide gas can be kept in atmospheric equilibrium by aeration with the atmosphere. Further, it can be sufficiently diluted with the recovered water stored in the second recovered water tank in which the carbon dioxide concentration is kept low. As a result, since the waste water having a reduced carbon dioxide concentration can be drained from the drain port, it is possible to realize a fuel cell system capable of draining while maintaining the drainage pH at the drainage standard.
なお、本実施の形態では、第1回収水タンクが閉鎖空間で構成された例で説明したが、これに限られない。例えば、第2回収水タンクの排水口より高い位置で、大気と通気する開口部を第1回収水タンクに設けてもよい。これにより、第1回収水タンクに貯水した回収水を、第2回収水タンクに通流しなくても大気平衡に保持して、第1回収水タンクに貯水した回収水の炭酸ガス濃度を低下できる。また、燃料排ガス凝縮水と燃料ガス凝縮水および燃焼排ガス凝縮水からなる回収水の希釈効果をより高めることができる。その結果、排水中の炭酸ガス濃度を短時間で低下できるので、より確実に排水のPHを排水基準に維持することができる。 In addition, in this Embodiment, although the 1st collection | recovery water tank demonstrated in the example comprised by closed space, it is not restricted to this. For example, an opening for venting to the atmosphere may be provided in the first recovered water tank at a position higher than the drain port of the second recovered water tank. Accordingly, the recovered water stored in the first recovered water tank can be kept in atmospheric equilibrium without flowing through the second recovered water tank, and the concentration of carbon dioxide in the recovered water stored in the first recovered water tank can be reduced. . Moreover, the dilution effect of the recovered water which consists of fuel exhaust gas condensed water, fuel gas condensed water, and combustion exhaust gas condensed water can be heightened more. As a result, the carbon dioxide gas concentration in the wastewater can be reduced in a short time, so that the pH of the wastewater can be more reliably maintained at the drainage standard.
以下、本実施の形態における燃料電池システム21の具体的な効果について説明する。
Hereinafter, specific effects of the
まず、本実施の形態の構成の燃料電池システム21で、1kWの発電状態で運転を継続した時に第2回収水タンクの排水口から排水される排水に含まれる炭酸ガス濃度とPHから評価した。その結果、排水の炭酸ガス濃度は2.0mg/Lで、排水のPHは6.2であった。
First, the
一方、比較のために、1つの回収水タンクを備えた燃料電池システムで、同様の評価をした。その結果、排水の炭酸ガス濃度は15.0mg/Lで、排水のPHは4.9であった。 On the other hand, for comparison, a similar evaluation was performed using a fuel cell system including one recovered water tank. As a result, the carbon dioxide gas concentration in the wastewater was 15.0 mg / L, and the pH of the wastewater was 4.9.
上記より、本実施の形態の燃料電池システムの回収水タンクから排出される排水は、従来の燃料電池システムの排水に比べて、充分に、排水基準(PH=5.8〜8.6)を満たすことがわかった。 From the above, the drainage discharged from the recovered water tank of the fuel cell system according to the present embodiment sufficiently satisfies the drainage standard (PH = 5.8 to 8.6) compared to the drainage of the conventional fuel cell system. I found it to satisfy.
(実施の形態3)
以下に、本発明の実施の形態3における燃料電池システムについて、図面を用いて説明する。
(Embodiment 3)
The fuel cell system according to Embodiment 3 of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図3は、本発明の実施の形態3における燃料電池システムを示す構成図である。なお、図3において、図1と同一の構成は同じ符号を用い、説明を省略する場合がある。 FIG. 3 is a configuration diagram showing a fuel cell system according to Embodiment 3 of the present invention. In FIG. 3, the same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and description thereof may be omitted.
つまり、図3に示すように、本実施の形態の燃料電池システム31は、回収水タンク38に、底面に配置された排水管32と、上面に配置された入水口37および大気と通気する開口部36と、回収水タンク38に貯水した回収水の水位を検知する水位センサ35を具備している。そして、排水管32には排水の通流と遮断を切り替える開閉弁33と水位センサ35からの信号、具体的には電気的信号を受け、開閉弁33の開閉状態を制御する制御装置34を有する点で、実施の形態1とは異なる。他の構成要素やその動作は実施の形態1と同様であるので、説明を省略する。
That is, as shown in FIG. 3, the
なお、回収水タンク38、排水管32および水位センサ35は、例えばステンレスや樹脂によって構成される。
The recovered
以下に、本実施の形態の燃料電池システム31の運転動作について説明する。
Below, the driving | running operation | movement of the
まず、運転開始時、ガス供給管(図示せず)からの原料ガスとして都市ガスと、送風機(図示せず)からの空気が、燃焼部15に供給されて燃焼が始まり、燃料ガスが得られる。燃料ガスはバイパス流路116を通して燃料排ガス/燃料ガス凝縮器16に送られる。燃料排ガス/燃料ガス凝縮器16に送られた燃料ガスは燃料排ガス/燃料ガス凝縮器16において、その中に含まれる水蒸気が凝縮された後、燃焼部15に送られる。そして、燃料ガス生成装置14において、都市ガスや燃料ガスを燃焼して得られる燃焼排ガスは、燃焼排ガス流路に配置した燃焼排ガス凝縮器17に送られ、燃焼排ガス中に含まれる水蒸気が凝縮され、燃焼排ガス凝縮水として回収水タンク38の入水口37から流入して回収される。
First, at the start of operation, city gas as raw material gas from a gas supply pipe (not shown) and air from a blower (not shown) are supplied to the
また、同時に、燃焼部15は、燃料ガス生成装置14の内部に充填した触媒を約650℃に加熱する。
At the same time, the
そして、燃料ガス生成装置14の触媒が約650℃まで加熱されると、燃料ガス生成装置14は、以下の2段階の運転動作を行う。
When the catalyst of the fuel
まず、燃料ガス生成装置14は、水ポンプ114からイオン除去装置113を介して供
給される脱イオン水と、ガス供給管(記載せず)からの供給される都市ガスとの、例えば改質反応により、水素を主成分とする燃料ガスを生成する。
First, the fuel
つぎに、燃料電池12は、燃料ガス生成装置14から供給される燃料ガス中の水素と、空気供給装置13から供給される空気中の酸素との電気化学反応により発電を行う。そして、燃料電池12で使用されずに排出された燃料排ガスは、燃料ガス生成装置14の燃焼部15に供給されて、燃料排ガスの燃焼が起こる。このとき、燃料ガス生成装置14の燃焼部15に供給される燃料電池12からの燃料排ガスは、その流路途中に配置される燃料排ガス/燃料ガス凝縮器16により、燃料排ガス中に含まれる水蒸気が除去されて、燃焼部15に供給される。この水蒸気除去により、含有水分量の少ない燃料排ガスを燃焼部15で燃焼させて、煤などの発生しない安定した燃焼が実現する。
Next, the
以下に、本実施の形態の燃料電池システム31のポイントである、回収水の流れについて説明する。
Hereinafter, the flow of recovered water, which is a point of the
まず、図3に示すように、燃料電池12からの燃料排ガス流路に配置した燃料排ガス/燃料ガス凝縮器16により、燃料電池12から排出される燃料排ガスに含まれる水蒸気を凝縮して燃料排ガス凝縮水が得られる。そして、得られた燃料排ガス凝縮水は、回収水として、燃料排ガス/燃料ガス凝縮水流路111を介して、入水口37から回収水タンク38に送られる。一方、バイパス流路116を通して燃料排ガス/燃料ガス凝縮器16に送られた燃料ガスに含まれる水蒸気は、燃料排ガス/燃料ガス凝縮器16で凝縮され、燃料排ガス/燃料ガス凝縮水流路111を通して、燃料ガス凝縮水として回収水タンク18の第1槽18aに送られる。また、燃料ガス生成装置14からの燃焼排ガス流路に配置した燃焼排ガス凝縮器17により、燃料ガス生成装置14で原料ガスと燃料ガスと燃料排ガスの少なくとも一つのガスを燃焼して得られる燃焼排ガスに含まれる水蒸気を凝縮して燃焼排ガス凝縮水が得られる。そして、得られた燃焼排ガス凝縮水は、回収水として、燃焼排ガス凝縮水流路112を介して、入水口37から回収水タンク38に送られる。このとき、燃料排ガス凝縮水と燃料ガスおよび燃焼排ガス凝縮水からなる回収水が、回収水タンク38の中に貯水されるにしたがって、回収水タンク38の回収水の水位が上昇する。
First, as shown in FIG. 3, the fuel exhaust gas /
そして、回収水の水位が水位センサ35で設定した所定の上限の水位を越えた場合、水位センサ35からの電気的信号を受け、制御装置34により開閉弁33が開かれ、回収水タンク38に貯水した回収水が排水管32から排水される。これにより、回収水タンク38の回収水の水位が低下する。
When the water level of the recovered water exceeds the predetermined upper limit water level set by the
一方、回収水の水位が水位センサ35で設定した所定の下限の水位より少なくなった場合、水位センサ35からの電気的信号を受け、制御装置34により開閉弁33が閉ざされ、回収水タンク38の中に回収水が貯水される。つまり、水位センサ35の情報に基づいて開閉弁33の開閉状態を切り替えることにより、所定量の回収水の量を維持して、回収水タンク38に貯水される。
On the other hand, when the water level of the recovered water becomes lower than the predetermined lower limit water level set by the
つぎに、回収水タンク38に貯水された回収水は、水ポンプ114によりイオン除去装置113を介して燃料ガス生成装置14に送られる。
Next, the recovered water stored in the recovered
このとき、回収水タンクに回収された、高濃度の炭酸ガスを含有する燃料排ガス凝縮水と燃料ガスおよび燃焼排ガス凝縮水からなる回収水の炭酸ガスの濃度は、回収水タンクの開口部を介して大気と接触することで大気平衡により、低下する。また、高濃度の炭酸ガスを含有する回収水は、回収水タンクに貯水している回収水と混合することにより、水位センサで上限が検知されて排水管から排出されるまでに十分に希釈される。 At this time, the concentration of the carbon dioxide gas recovered from the fuel exhaust gas condensate containing the high-concentration carbon dioxide gas and the fuel gas and the combustion exhaust gas condensate recovered in the recovery water tank passes through the opening of the recovery water tank. It decreases due to atmospheric equilibrium when it comes into contact with the atmosphere. Also, recovered water containing high-concentration carbon dioxide gas is sufficiently diluted by mixing with recovered water stored in the recovered water tank until the upper limit is detected by the water level sensor and discharged from the drain pipe. The
以上で説明したように、本発明の形態の燃料電池システムによれば、炭酸ガスを多量に含む燃焼排ガス凝縮水と燃料ガスおよび燃料排ガス凝縮水からなる回収水が、開口部を介して大気と通気して大気平衡で保持できる。また、炭酸ガス濃度が低く維持される回収水タンクに貯水した回収水で十分に希釈できる。その結果、排水管から炭酸ガス濃度が低下した排水を排水できるので、排水のPHを排水基準に維持して排水できる燃料電池システムを実現できる。 As described above, according to the fuel cell system of the embodiment of the present invention, the combustion exhaust gas condensate containing a large amount of carbon dioxide gas and the recovered water composed of the fuel gas and the fuel exhaust gas condensate are collected from the atmosphere through the opening. Aeration can be maintained at atmospheric equilibrium. Further, it can be sufficiently diluted with the recovered water stored in the recovered water tank where the carbon dioxide gas concentration is kept low. As a result, since the waste water having a reduced carbon dioxide concentration can be drained from the drain pipe, a fuel cell system capable of draining while maintaining the pH of the waste water at the drainage standard can be realized.
以下、本実施の形態における燃料電池システム31の具体的な効果について説明する。
Hereinafter, specific effects of the
まず、本実施の形態の構成の燃料電池システム31で、1kWの発電状態で運転を継続した時に回収水タンクの排水管から排水される排水に含まれる炭酸ガス濃度とPHから評価した。その結果、排水の炭酸ガス濃度は2.0mg/Lで、排水のPHは6.2であった。
First, the
一方、比較のために、開口部のない回収水タンクを備えた燃料電池システムで、同様の評価をした。その結果、排水の炭酸ガス濃度は15.0mg/Lで、排水のPHは4.9であった。 On the other hand, for comparison, the same evaluation was performed with a fuel cell system including a recovered water tank without an opening. As a result, the carbon dioxide gas concentration in the wastewater was 15.0 mg / L, and the pH of the wastewater was 4.9.
上記より、本実施の形態の燃料電池システムの回収水タンクから排出される排水は、従来の燃料電池システムの排水に比べて、充分に、排水基準(PH=5.8〜8.6)を満たすことがわかった。 From the above, the drainage discharged from the recovered water tank of the fuel cell system according to the present embodiment sufficiently satisfies the drainage standard (PH = 5.8 to 8.6) compared to the drainage of the conventional fuel cell system. I found it to satisfy.
(実施の形態4)
以下に、本発明の実施の形態4における燃料電池システムについて、図面を用いて説明する。
(Embodiment 4)
The fuel cell system according to Embodiment 4 of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図4は、本発明の実施の形態4における燃料電池システム41を示す構成図である。なお、図3において、図1と同一の構成は同じ符号を用い、説明を省略する場合がある。
FIG. 4 is a configuration diagram showing a
つまり、図4に示すように、本実施の形態の燃料電池システム41は、仕切板を除くとともに、回収水タンク46の底面に燃料排ガス/燃料ガス凝縮水流路43と燃焼排ガス凝縮水流路44と連結する入水口45を設けた点で、実施の形態1とは異なる。他の構成要素やその動作は実施の形態1と同様であるので、説明を省略する。
That is, as shown in FIG. 4, the
そして、図4に示すように、回収水タンク46に回収された回収水のうち、余剰となった回収水は排水口42から排水される。
As shown in FIG. 4, surplus recovered water out of the recovered water recovered in the recovered
以下に、本実施の形態の燃料電池システム41の発明のポイントである、回収水の流れについて説明する。
Hereinafter, the flow of recovered water, which is the point of the invention of the
図4に示すように、燃料排ガス凝縮水と燃料ガスおよび燃焼排ガス凝縮水からなる回収水は、まず、燃料排ガス/燃料ガス凝縮水流路43と燃焼排ガス凝縮水流路44を通して、入水口45から回収水タンク46に回収される。
As shown in FIG. 4, the recovered water comprising the fuel exhaust gas condensed water, the fuel gas, and the combustion exhaust gas condensed water is first recovered from the
そして、所定量を超える余剰となった回収水は、回収水タンク46に配置した排水口42から排水される。
The surplus recovered water exceeding a predetermined amount is drained from a
このとき、回収水タンク46の底面に設けた入水口から通流する高濃度の炭酸ガスを含有する燃料排ガス凝縮水や燃焼排ガス凝縮水からなる回収水は、回収水タンクに貯水した回収水との混合により希釈される。また、回収水タンク46に、貯水される回収水は、回
収水タンク46設けられた排水口42を介して大気と接触することで大気平衡になり炭酸ガス濃度が低下する。その結果、余剰となった回収水は排水口から排出される時には、十分に炭酸ガスの濃度が低下した状態で排水することができる。
At this time, the recovered water composed of the fuel exhaust gas condensed water and the combustion exhaust gas condensed water containing high-concentration carbon dioxide gas flowing from the water inlet provided on the bottom surface of the recovered
つぎに、回収水タンク46に貯水された回収水は、水ポンプ114によりイオン除去装置113を介して燃料ガス生成装置14に送られる。
Next, the recovered water stored in the recovered
以上で説明したように、本発明の形態の燃料電池システムによれば、炭酸ガスを多量に含む燃焼排ガス凝縮水と燃料ガスおよび燃料排ガス凝縮水からなる回収水を、回収水タンクの底面に設けた入水口から回収することにより、排水口まで貯水される間にと、排水口を介して大気と通気して大気平衡の状態になる。また、予め回収されている回収水との混合により、希釈することができる。その結果、排水口から炭酸ガス濃度が低下した排水を排水できるので、排水のPHを排水基準に維持して排水できる燃料電池システムを実現できる。 As explained above, according to the fuel cell system of the embodiment of the present invention, the combustion exhaust gas condensate containing a large amount of carbon dioxide gas and the recovered water comprising the fuel gas and the fuel exhaust gas condensate are provided on the bottom surface of the recovery water tank. By collecting the water from the water inlet, the air is aerated with the atmosphere through the water outlet while the water is stored up to the water outlet. Moreover, it can dilute by mixing with the collection | recovery water collect | recovered previously. As a result, since the waste water having a reduced carbon dioxide concentration can be drained from the drain port, a fuel cell system capable of draining while maintaining the pH of the waste water at the drainage standard can be realized.
以下、本実施の形態における燃料電池システム41の具体的な効果について説明する。
Hereinafter, specific effects of the
まず、本実施の形態の構成の燃料電池システム41で、1kWの発電状態で運転を継続した時に回収水タンクの排水管から排水される排水に含まれる炭酸ガス濃度とPHから評価した。その結果、排水の炭酸ガス濃度は2.0mg/Lで、排水のPHは6.2であった。
First, the
一方、比較のために、回収水タンクの上面に設けた入水口から回収水を回収する回収水タンクを備えた燃料電池システムで、同様の評価をした。その結果、排水の炭酸ガス濃度は15.0mg/Lで、排水のPHは4.9であった。 On the other hand, for comparison, the same evaluation was performed with a fuel cell system including a recovered water tank that recovers recovered water from a water inlet provided on the upper surface of the recovered water tank. As a result, the carbon dioxide gas concentration in the wastewater was 15.0 mg / L, and the pH of the wastewater was 4.9.
上記より、本実施の形態の燃料電池システムの回収水タンクから排出される排水は、従来の燃料電池システムの排水に比べて、充分に、排水基準(PH=5.8〜8.6)を満たすことがわかった。 From the above, the drainage discharged from the recovered water tank of the fuel cell system according to the present embodiment sufficiently satisfies the drainage standard (PH = 5.8 to 8.6) compared to the drainage of the conventional fuel cell system. I found it to satisfy.
なお、各実施の形態では、脱気装置を省略した例で説明したが、これに限られない。例えば、図6に示す燃料電池システムのように燃料排ガス凝縮水と燃料ガス凝縮水および燃料排ガス凝縮水を回収する回収経路に脱気装置を設けてもよく、同様の効果が得られる。 In each embodiment, the example in which the deaeration device is omitted has been described. However, the present invention is not limited to this. For example, as in the fuel cell system shown in FIG. 6, a degassing device may be provided in the recovery path for recovering the fuel exhaust gas condensed water, the fuel gas condensed water, and the fuel exhaust gas condensed water, and the same effect can be obtained.
本発明に係る燃料電池システムは、余剰となった回収水のPHを排水基準以下として排水することが可能となるので、定置式や移動式あるいは可搬式の燃料電池システムなどの技術分野において有用である。 The fuel cell system according to the present invention can be drained with the recovered recovered PH remaining below the drainage standard, which is useful in technical fields such as stationary, mobile, and portable fuel cell systems. is there.
11,21,31,41 燃料電池システム
12 燃料電池
13 空気供給装置
14 燃料ガス生成装置
15 燃焼部
16 燃料排ガス/燃料ガス凝縮器
17 燃焼排ガス凝縮器
18,38,46 回収水タンク
18a 第1槽
18b 第2槽
19 仕切板
22 第1回収水タンク
23 第2回収水タンク
24 連結管
25,42,110 排水口
32 排水管
33 開閉弁
34 制御装置
35 水位センサ
36 開口部
37,45 入水口
43,111 燃料排ガス/燃料ガス凝縮水流路
44,112 燃焼排ガス凝縮水流路
113 イオン除去装置
114 水ポンプ
115 隙間
116 バイパス流路
11, 21, 31, 41
Claims (4)
前記回収水タンクは、前記回収水タンクの底面との間を前記回収水が通る隙間を形成する仕切板で仕切られた第1槽と、大気と通気する排水口を備えた第2槽を有し、
前記燃料電池から排出される燃料排ガスに含まれる水蒸気と、前記燃料ガス生成装置に供給される原料ガス、燃料ガスおよび燃料排ガスの少なくとも一つを燃焼して得られる燃焼排ガスに含まれる水蒸気と、を凝縮して得られる前記回収水を、前記回収水タンクの前記第1槽に回収した後、前記隙間を通過させて、前記第2槽に通流させ、前記回収水タンクで余剰となった前記回収水を、前記第2槽の前記排水口から排水することを特徴とする燃料電池システム。 A fuel gas generation device that generates a fuel gas mainly composed of hydrogen by processing a raw material gas, a fuel cell that generates power using hydrogen in the fuel gas and oxygen in the air, and stores recovered water A fuel cell system comprising at least a recovered water tank,
The recovered water tank has a first tank that is partitioned by a partition plate that forms a gap through which the recovered water passes between the bottom surface of the recovered water tank and a second tank that has a drain port for venting air. And
Water vapor contained in the fuel exhaust gas discharged from the fuel cell, water vapor contained in the combustion exhaust gas obtained by burning at least one of the raw material gas, the fuel gas and the fuel exhaust gas supplied to the fuel gas generator, The recovered water obtained by condensing the water is recovered in the first tank of the recovered water tank, then passed through the gap and passed through the second tank, and surplus in the recovered water tank. The fuel cell system, wherein the recovered water is drained from the drain port of the second tank.
前記回収水タンクは、前記回収水タンクの底面に配置される開閉弁を備える排水管と、上面に配置される前記回収水を入水する入水口および大気と通気する開口部と、前記回収水タンクに貯水した水の水位を検知する水位センサと、前記排水管の前記開閉弁を制御する制御部を有し、
前記燃料電池から排出される燃料排ガスに含まれる水蒸気と、前記燃料ガス生成装置に供給される原料ガス、燃料ガスおよび燃料排ガスの少なくとも一つを燃焼して得られる燃焼排ガスに含まれる水蒸気と、を凝縮して得られる前記回収水を前記入水口から回収するとともに、
前記回収水タンクで余剰となった前記回収水を、前記水位センサからの信号を受けて前記制御部で前記排水管の前記開閉弁を制御して排水することを特徴とする燃料電池システム。 A fuel gas generation device that generates a fuel gas mainly composed of hydrogen by processing a raw material gas, a fuel cell that generates power using hydrogen in the fuel gas and oxygen in the air, and stores recovered water A fuel cell system comprising at least a recovered water tank,
The recovered water tank includes a drain pipe provided with an open / close valve disposed on a bottom surface of the recovered water tank, an inlet port for receiving the recovered water disposed on an upper surface, an opening for venting to the atmosphere, and the recovered water tank. A water level sensor for detecting the water level stored in the water, and a control unit for controlling the on-off valve of the drain pipe,
Water vapor contained in the fuel exhaust gas discharged from the fuel cell, water vapor contained in the combustion exhaust gas obtained by burning at least one of the raw material gas, the fuel gas and the fuel exhaust gas supplied to the fuel gas generator, Collecting the recovered water obtained by condensing the water from the inlet,
The fuel cell system characterized in that the recovered water that has become surplus in the recovered water tank is drained by receiving a signal from the water level sensor and controlling the on-off valve of the drain pipe by the control unit.
前記回収水タンクは、前記回収水タンクの底面に配置される入水口と、大気と通気する排水口とを有し、
前記燃料電池から排出される燃料排ガスに含まれる水蒸気と、前記燃料ガス生成装置に供給される原料ガス、燃料ガスおよび燃料排ガスの少なくとも一つを燃焼して得られる燃焼排ガスに含まれる水蒸気と、を凝縮して得られる前記回収水を、前記入水口から回収するとともに、前記回収水タンクで余剰となった前記回収水を、前記排水口から排水することを特徴とする燃料電池システム。 A fuel gas generation device that generates a fuel gas mainly composed of hydrogen by processing a raw material gas, a fuel cell that generates power using hydrogen in the fuel gas and oxygen in the air, and stores recovered water A fuel cell system comprising at least a tank,
The recovered water tank has a water inlet arranged on the bottom surface of the recovered water tank, and a water outlet venting to the atmosphere,
Water vapor contained in the fuel exhaust gas discharged from the fuel cell, water vapor contained in the combustion exhaust gas obtained by burning at least one of the raw material gas, the fuel gas and the fuel exhaust gas supplied to the fuel gas generator, The recovered water obtained by condensing the water is recovered from the water inlet, and the recovered water remaining in the recovered water tank is discharged from the outlet.
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