JP2816283B2 - Fuel cell device - Google Patents

Fuel cell device

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JP2816283B2
JP2816283B2 JP4328098A JP32809892A JP2816283B2 JP 2816283 B2 JP2816283 B2 JP 2816283B2 JP 4328098 A JP4328098 A JP 4328098A JP 32809892 A JP32809892 A JP 32809892A JP 2816283 B2 JP2816283 B2 JP 2816283B2
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JP
Japan
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fuel cell
water
steam
pressurized water
steam separator
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Inventor
邦宏 土居
Original Assignee
三菱電機株式会社
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Publication date
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】この発明は、水蒸気分離器の小型
化を図ることができる燃料電池装置に関するものであ
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fuel cell device capable of reducing the size of a steam separator.
【0002】[0002]
【従来の技術】図5は、例えば特開平1−217864号公報
に記載された従来の燃料電池装置を示す概略図であり、
図において、1は発電の際に内部で生じる電池反応熱を
加圧水によって回収される燃料電池本体、2は燃料電池
本体1の電池反応熱を回収した後に生じる加圧水及び水
蒸気から成る2相流を加圧水と水蒸気とに分離する水蒸
気分離器、3は水蒸気分離器2からの加圧水を燃料電池
本体1に供給する加圧水循環ポンプ、4は加圧水の昇温
用又は燃料電池本体1のロード用として用いられるヒー
タ、5は水蒸気分離器2によって分離された水蒸気の一
部を改質装(図示せず)に送出する際に用いられる改
質用水蒸気流量制御弁、6は残りの余剰水蒸気を排熱利
用系(図示せず)へ放出して水蒸気分離器2内の圧力を
制御することにより水蒸気分離器2内の温度を制御す
る、水蒸気分離器温度制御手段としての水蒸気分離器圧
力制御弁、7は水蒸気分離器2内の加圧水の水位を検知
する水蒸気分離器水位検知器、8は水位検知器7の出力
信号に従って純水を水蒸気分離器2に供給する純水補給
ポンプである。
2. Description of the Related Art FIG. 5 is a schematic view showing a conventional fuel cell device described in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-217864.
In the figure, reference numeral 1 denotes a fuel cell main body in which battery reaction heat generated inside during power generation is recovered by pressurized water; A steam separator for separating pressurized water from the steam separator 2 into the fuel cell body 1, a heater 4 for heating the pressurized water or for loading the fuel cell body 1. , 5 reforming steam flow control valve used when sending a part of the water vapor separated by the steam separator 2 to the reforming equipment (not shown), 6 is an exhaust heat utilizing the remaining excess steam A steam separator pressure control valve as steam separator temperature control means for controlling the temperature in the steam separator 2 by controlling the pressure in the steam separator 2 by discharging to a system (not shown); Steaming Steam separator water level detector for detecting the water level of the pressurized water in the separator 2, 8 is a pure water supply pump for supplying pure water to steam separator 2 in accordance with the output signal of the water level detector 7.
【0003】次に、上記従来の燃料電池装置の動作につ
いて説明する。まず、燃料電池装置の起動時には、水蒸
気分離器2内に滞留している水をヒータ4によって昇温
し、加圧水循環ポンプ3により燃料電池本体1に供給し
て燃料電池本体1を昇温する。
Next, the operation of the above-described conventional fuel cell device will be described. First, at the time of starting the fuel cell device, the water staying in the steam separator 2 is heated by the heater 4 and supplied to the fuel cell body 1 by the pressurized water circulation pump 3 to heat the fuel cell body 1.
【0004】続いて、燃料電池装置が発電を開始した段
階では、負荷が小さいので、燃料電池本体1の電圧が高
くなり、腐食電流が流れて燃料電池本体1の腐食が進み
易くなる。このため、発生した電力を水蒸気分離器2内
に設置されたヒータ4で消費させることにより、燃料電
池本体1の電圧を下げ、腐食の防止を図る。このとき、
ヒータ4の加熱によって加圧水の一部は水蒸気となる
が、水蒸気分離器2内の気相容積には余裕があるので、
気液共発(水蒸気と加圧水ミストが気相に同時に出てく
る現象)のおそれはない。
Subsequently, at the stage when the fuel cell device starts power generation, the load is small, so that the voltage of the fuel cell main body 1 increases and a corrosion current flows, so that the corrosion of the fuel cell main body 1 easily proceeds. For this reason, the generated electric power is consumed by the heater 4 installed in the steam separator 2, thereby lowering the voltage of the fuel cell main body 1 and preventing corrosion. At this time,
A part of the pressurized water becomes steam by the heating of the heater 4, but since there is a margin in the gas phase volume in the steam separator 2,
There is no risk of gas-liquid co-emission (a phenomenon in which steam and pressurized water mist simultaneously appear in the gas phase).
【0005】そして、燃料電池装置の発電運転時には、
燃料電池本体1の反応熱は、加圧水循環ポンプ3からの
加圧水の沸騰冷却によって回収される。燃料電池本体1
の電池反応熱を回収した後に生じる加圧水及び水蒸気か
ら成る2相流は、水蒸気分離器2に戻り、気液分離され
る。分離された水蒸気の一部は、改質用水蒸気として改
質用水蒸気流量制御弁5を介して改質装置(図示せず)
に送出される。残りの余剰水蒸気は、水蒸気分離器圧力
制御弁6を介して排熱利用系(図示せず)に放出され
る。水蒸気分離器圧力制御弁6は、水蒸気分離器2内の
水蒸気圧力を制御することによって加圧水の温度を所定
温度に制御するものである。
[0005] During the power generation operation of the fuel cell device,
The reaction heat of the fuel cell body 1 is recovered by boiling and cooling the pressurized water from the pressurized water circulation pump 3. Fuel cell body 1
Two-phase flow formed Ru from pressurized water and steam that occurs after the recovery of the cell reaction heat, returns to the steam separator 2 is gas-liquid separation. A part of the separated steam is used as reforming steam through a reforming steam flow control valve 5 through a reformer (not shown).
Sent to The remaining surplus steam is discharged to a waste heat utilization system (not shown) via the steam separator pressure control valve 6. The steam separator pressure control valve 6 controls the temperature of the pressurized water to a predetermined temperature by controlling the steam pressure in the steam separator 2.
【0006】また、水蒸気分離器2内の加圧水の水位は
改質用水蒸気や余剰水蒸気の放出によって低下するの
で、水蒸気分離器水位検知器7のON−OFF信号に基
づいて動作する純水補給ポンプ8によって、水蒸気分離
器2に低温の純水が補給される。
Further, since the level of the pressurized water in the steam separator 2 decreases due to the release of reforming steam or excess steam, a pure water supply pump which operates based on the ON / OFF signal of the steam separator water level detector 7 is provided. 8, the steam separator 2 is supplied with low-temperature pure water.
【0007】このとき、純水補給ポンプ8のON−OF
F頻度が高くなって寿命が短くなるのを避けるため、純
水補給ポンプ8のONレベルとOFFレベルとの間には
ある程度の幅を持たせてある。従って、純水補給ポンプ
8が動作している時間はある程度長くなる。そして、こ
の間低温の純水が水蒸気分離器2に供給されるため、仮
に水蒸気分離器2内に滞留している加圧水の水量が十分
でない場合には、水蒸気分離器2内の加圧水の温度が低
下し、燃料電池本体1の冷却条件が変化したり、ひどい
場合には改質用水蒸気の供給が困難となる。
At this time, the ON-OF of the pure water supply pump 8 is turned on.
In order to avoid an increase in the frequency of F and a shortening of the service life, a certain width is provided between the ON level and the OFF level of the pure water supply pump 8. Accordingly, the time during which the pure water supply pump 8 is operating becomes somewhat longer. During this time, low-temperature pure water is supplied to the steam separator 2. If the amount of pressurized water remaining in the steam separator 2 is not sufficient, the temperature of the pressurized water in the steam separator 2 decreases. However, if the cooling condition of the fuel cell main body 1 changes or is severe, it becomes difficult to supply the reforming steam.
【0008】[0008]
【発明が解決しようとする課題】従来の燃料電池装置
は、以上のように構成されていたので、水蒸気分離器2
内に滞留している加圧水の量を多くしてその温度変化を
抑えるため、また、2相流を予めある程度分離する消音
器等の手段を備えていないため、大きな水蒸気分離器2
を必要とするという課題があった。
Since the conventional fuel cell device is configured as described above, the steam separator 2
In order to suppress the temperature change by increasing the amount of pressurized water remaining in the inside, and because there is no means such as a muffler for separating the two-phase flow to some extent in advance, a large steam separator 2 is required.
There was a problem that needed.
【0009】この発明は、上記のような課題を解消する
ためになされたもので、加圧水の温度変化を小さくする
ことにより、また、2相流を予めある程度分離する消音
器等の手段を備えることにより、水蒸気分離器の小型化
を図ることができる燃料電池装置を得ることを目的とす
る。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and includes means such as a muffler for separating a two-phase flow to some extent in advance by reducing the temperature change of pressurized water. Accordingly, an object of the present invention is to obtain a fuel cell device capable of reducing the size of a steam separator.
【0010】[0010]
【課題を解決するための手段】この発明の請求項1に係
る燃料電池装置は、水蒸気分離器が鉛直方向に長い形状
となっており、2相流を受け入れ水平方向に長い形状を
なした気液分離管が水蒸気分離器の上部側面に取り付け
られ、多数の穴を有する筒状をなし2相流が衝突するこ
とによりこれを加圧水と水蒸気とに分離する消音管が気
液分離管内に配置されているものである。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a fuel cell device in which the steam separator has a vertically long shape and receives a two-phase flow and has a horizontally long shape. A liquid separation tube is attached to the upper side surface of the steam separator, and a muffler tube is formed in the gas-liquid separation tube. The muffler has a tubular shape having a number of holes and separates the two-phase flow into pressurized water and steam by collision. Is what it is.
【0011】この発明の請求項2に係る燃料電池装置
は、水蒸気分離器が鉛直方向に長い形状となっており、
2相流を受け入れ水平方向に長い形状をなした気液分離
管が水蒸気分離器の上部側面に取り付けられ、多数の穴
を有する平板状をなし2相流が衝突することによりこれ
を加圧水と水蒸気とに分離するパンチングメタルが気液
分離管に配置されているものである。
In the fuel cell device according to a second aspect of the present invention, the steam separator has a vertically long shape,
A two-phase flow-receiving gas-liquid separation tube, which has a long shape in the horizontal direction, is attached to the upper side of the steam separator, and has a flat plate shape with many holes. And a punching metal that separates them into the gas-liquid separation tube.
【0012】この発明の請求項3に係る燃料電池装置
は、水蒸気分離器が鉛直方向に長い形状となっており、
2相流を受け入れ水平方向に長い形状をなした気液分離
管が水蒸気分離器の上部側面に取り付けられ、多数の繊
維状金属から成る綿状のものであって2相流が衝突する
ことによりこれを加圧水と水蒸気とに分離するデミスタ
ーが気液分離管内に配置されているものである。
[0013] In the fuel cell device according to claim 3 of the present invention, the steam separator has a vertically long shape,
A gas-liquid separation tube having a two-phase flow and having a long shape in the horizontal direction is attached to the upper side surface of the steam separator, and is made of a cotton-like material made of a number of fibrous metals. A demister that separates this into pressurized water and steam is disposed in the gas-liquid separation tube.
【0013】この発明の請求項4に係る燃料電池装置
は、水位維持手段から供給される水が、電池反応熱を回
収した後に生じる2相流と合流した後に水蒸気分離器に
供給されるものである。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a fuel cell device wherein water supplied from the water level maintaining means is combined with a two-phase flow generated after recovering the reaction heat of the battery and then supplied to the steam separator. is there.
【0014】この発明の請求項5に係る燃料電池装置
は、低負荷時に燃料電池本体の発生電力を消費するヒー
ターを備え、ヒーターによって加圧水循環ポンプから燃
料電池本体に至る加圧水を加熱するようにしたものであ
る。
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a fuel cell device comprising a heater for consuming power generated by the fuel cell main body at a low load, and heating the pressurized water from the pressurized water circulation pump to the fuel cell main body by the heater. Things.
【0015】この発明の請求項6に係る燃料電池装置
は、低負荷時に燃料電池本体の発生電力を消費するヒー
ターを備え、ヒーターによって燃料電池本体から気液分
離管に至る加圧水を加熱するようにしたものである。
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a fuel cell apparatus comprising a heater for consuming power generated by the fuel cell main body at a low load, and heating the pressurized water from the fuel cell main body to the gas-liquid separation pipe by the heater. It was done.
【0016】[0016]
【作用】この発明の請求項1に係る燃料電池装置におい
ては、燃料電池本体の反応熱を回収した水蒸気及び加圧
水から成る2相流が、気液分離管内の消音管に導入さ
れ、多数の穴から勢いよく噴出して気液分離管の内壁に
衝突するため、加圧水と水蒸気とが慣性力によってほぼ
完全に分離する。
In the fuel cell device according to the first aspect of the present invention, a two-phase flow composed of steam and pressurized water from which the reaction heat of the fuel cell body has been recovered is introduced into the muffler tube in the gas-liquid separation tube, and a number of holes are formed. And presses against the inner wall of the gas-liquid separation tube, so that the pressurized water and the steam are almost completely separated by the inertial force.
【0017】この発明の請求項2に係る燃料電池装置に
おいては、燃料電池本体の反応熱を回収した水蒸気及び
加圧水から成る2相流が、気液分離管内に導入され、加
圧水と水蒸気とが慣性力によってパンチングメタルに衝
突し分離される。
[0017] In the fuel cell device according to claim 2 of the present invention, two-phase flow consisting of water vapor and pressurized water to recover the reaction heat of the fuel cell main body is introduced into the gas-liquid separation tube, pressurized
Pressurized water and steam impinge on punched metal due to inertia.
Collision and Ru are separated.
【0018】この発明の請求項3に係る燃料電池装置に
おいては、燃料電池本体の反応熱を回収した水蒸気及び
加圧水から成る2相流が、気液分離管内に導入されて
属繊維状のデミスターに慣性力によって衝突し、加圧水
と水蒸気とがほぼ完全に分離する。
[0018] In the fuel cell device according to claim 3 of the present invention, two-phase flow comprising the reaction heat of the fuel cell main body from the recovered water vapor and pressurized water is introduced into the gas-liquid separation tube gold
Collided by the inertial force demister genera fibrous, completely separated URN pressurized pressure water and steam and Gaho.
【0019】この発明の請求項4に係る燃料電池装置に
おいては、水位維持手段から供給される水が、燃料電池
本体から排出される高温の2相流と合流した後に水蒸気
分離器に導入され、合流の際に水蒸気の一部が凝縮し、
水の温度が上昇する。
In the fuel cell device according to a fourth aspect of the present invention, the water supplied from the water level maintaining means is introduced into the steam separator after being joined with the high-temperature two-phase flow discharged from the fuel cell body, Some of the water vapor condenses during the merge,
Water temperature rises.
【0020】この発明の請求項5及び6に係る燃料電池
装置においては、燃料電池本体の低負荷時に発生電力を
ヒーターによって消費して発生電圧を下げることによ
り、燃料電圧本体の腐食の進行を防止する。
In the fuel cell device according to the fifth and sixth aspects of the present invention, when the load on the fuel cell body is low, the generated power is consumed by the heater to reduce the generated voltage, thereby preventing the corrosion of the fuel voltage body from progressing. I do.
【0021】[0021]
【実施例】【Example】
実施例1.この実施例1はこの発明の請求項1及び4に
係る一実施例である。図1はこの発明の実施例1を示す
概略図であり、図において、図5に示した従来の燃料電
池装置と同一又は相当部分には同一符号を付し、その説
明は省略する。水蒸気分離器2は鉛直方向に長い形状と
なっており、9はこの水蒸気分離器2の上部側面に取り
付けられ、水平方向に長い形状をなした気液分離管であ
る。10は気液分離管9に内蔵され、多数の穴を有する
筒状の消音管、11は純水補給ポンプ8の吐出圧力を制
御する吐出圧力制御弁、12は水蒸気分離器水位検知器
7の信号に基づいて、純水補給ポンプ8から送出される
純水の量を制御することにより、水蒸気分離器2内の加
圧水の水位を制御する水位制御弁である。水蒸気分離器
水位検知器7、純水補給ポンプ8、吐出圧力制御弁11
及び水位制御弁12によって水位維持手段が構成され
る。
Embodiment 1 FIG. The first embodiment is an embodiment according to claims 1 and 4 of the present invention. FIG. 1 is a schematic view showing a first embodiment of the present invention. In the figure, the same or corresponding parts as those of the conventional fuel cell device shown in FIG. The steam separator 2 has a vertically long shape, and 9 is a gas-liquid separation tube attached to the upper side surface of the steam separator 2 and having a horizontally long shape. Numeral 10 denotes a cylindrical silencer tube having a large number of holes built in the gas-liquid separation tube 9, numeral 11 denotes a discharge pressure control valve for controlling the discharge pressure of the pure water supply pump 8, and numeral 12 denotes a steam separator water level detector 7. A water level control valve that controls the level of pressurized water in the steam separator 2 by controlling the amount of pure water sent from the pure water supply pump 8 based on the signal. Steam separator water level detector 7, pure water supply pump 8, discharge pressure control valve 11
The water level control valve 12 constitutes a water level maintaining means.
【0022】次に、この実施例1の動作について説明す
る。燃料電池装置が発電を開始すると燃料電池本体1か
ら反応熱が発生する。このため、水蒸気分離器圧力制御
弁6によって所定温度に制御された加圧水を加圧水循環
ポンプ3によって燃料電池本体1に送出し、加圧水の沸
騰冷却によりこの反応熱を回収する。反応熱を回収した
加圧水は、水蒸気及び加圧水から成る2相流となって、
燃料電池本体1の出口から気液分離管9内の消音管10
に導入される。消音管10には水散布用の多数の穴が開
いており、2相流はこの穴から勢いよく噴出して気液分
離管9の内壁に衝突するため、慣性力によって加圧水と
水蒸気とが分離する。加圧水と水蒸気の分離は気液分離
管9の部分でほぼ完了するので、気液分離のために必要
な水蒸気分離器2の気相容積は小さくてすみ、水蒸気分
離器2を小さくすることができる。
Next, the operation of the first embodiment will be described. When the fuel cell device starts generating power, reaction heat is generated from the fuel cell body 1. For this reason, pressurized water controlled to a predetermined temperature by the steam separator pressure control valve 6 is sent to the fuel cell main body 1 by the pressurized water circulation pump 3, and the reaction heat is recovered by boiling and cooling the pressurized water. The pressurized water that has recovered the reaction heat becomes a two-phase flow consisting of steam and pressurized water,
The muffler tube 10 in the gas-liquid separator 9 from the outlet of the fuel cell body 1
Will be introduced. The muffler pipe 10 has a number of holes for water spraying, and the two-phase flow gushes vigorously from these holes and collides with the inner wall of the gas-liquid separation pipe 9, so that pressurized water and steam are separated by inertia. I do. Since the separation of the pressurized water and the steam is almost completed at the gas-liquid separation tube 9, the vapor phase volume of the steam separator 2 required for the gas-liquid separation can be small, and the steam separator 2 can be downsized. .
【0023】また、従来の場合と同様に、水蒸気分離器
2内の水蒸気は、改質用水蒸気流量制御弁5や水蒸気分
離器圧力制御弁6を介して改質系(図示せず)や排熱利
用系(図示せず)に放出されるので、水蒸気分離器2内
の加圧水の水位が変化する。この水位を一定に保つた
め、水蒸気分離器水位検知器7の出力信号によって開度
が制御される水位制御弁12を介して、純水補給ポンプ
8からの純水が連続的に補給される。なお、純水補給ポ
ンプ8は吐出圧力制御弁11を備えており、その吐出圧
力は一定に制御されている。
Further, similarly to the conventional case, the steam in the steam separator 2 is supplied to a reforming system (not shown) and discharged through a reforming steam flow control valve 5 and a steam separator pressure control valve 6. Since the water is discharged to the heat utilization system (not shown), the level of the pressurized water in the steam separator 2 changes. In order to keep this water level constant, pure water from the pure water supply pump 8 is continuously supplied through a water level control valve 12 whose opening is controlled by an output signal of the steam separator water level detector 7. The pure water supply pump 8 has a discharge pressure control valve 11, and the discharge pressure is controlled to be constant.
【0024】純水補給ポンプ8から水位制御弁12を通
った純水は、燃料電池本体1から排出される2相流と合
流した後に上記の消音管10に導入されており、合流の
際に水蒸気の一部が凝縮するため、純水の温度は上昇す
る。このため、純水を水蒸気分離器2に直接補給する従
来の場合に比べて、水蒸気分離器2内の加圧水の温度低
下が小さくなり、水蒸気分離器2に滞留できる加圧水の
量に余裕をもつ必要がなくなる。一方、水蒸気分離器2
内の加圧水の水位は、加圧水循環ポンプ3のキャビテー
ション防止に必要なだけの値でよい。従って、水蒸気分
離器2の形状は鉛直方向に長くなければならないが、底
面積は小さくてもよいため、水蒸気分離器2の小型化を
図ることができる。
Pure water that has passed through the water level control valve 12 from the pure water supply pump 8 joins the two-phase flow discharged from the fuel cell main body 1 and is then introduced into the muffler tube 10. Since a part of the water vapor condenses, the temperature of the pure water increases. For this reason, the temperature of the pressurized water in the steam separator 2 is less reduced than in the conventional case where pure water is directly supplied to the steam separator 2, and the amount of pressurized water that can stay in the steam separator 2 needs to have a margin. Disappears. On the other hand, the steam separator 2
The level of the pressurized water in the inside may be a value necessary for preventing cavitation of the pressurized water circulation pump 3. Therefore, the shape of the steam separator 2 must be long in the vertical direction, but the bottom area may be small, so that the size of the steam separator 2 can be reduced.
【0025】実施例2.この実施例2はこの発明の請求
項2及び4に係る一実施例である。図2はこの発明の実
施例2を示す構成図であり、図において、13は多数の
穴を有する平板状をなし、気液分離管9内に設けられた
パンチングメタルである。
Embodiment 2 FIG. Embodiment 2 is an embodiment according to claims 2 and 4 of the present invention. FIG. 2 is a structural view showing a second embodiment of the present invention. In the drawing, reference numeral 13 denotes a punching metal formed in a gas-liquid separation tube 9 in a flat plate shape having many holes.
【0026】この実施例2の動作及び効果は、上記実施
例1の動作及び効果とほぼ同様である。異なる点は、燃
料電池本体1の反応熱を回収した2相流が慣性力によっ
パンチングメタル13に衝突し、加圧水と水蒸気とが
分離する点である。
The operation and effect of the second embodiment are almost the same as those of the first embodiment. The difference is that the two-phase flow that has recovered the reaction heat of the fuel cell body 1 is caused by the inertial force.
Collides with the punching metals 13 Te, and the pressing pressure water and steam is the point of separating.
【0027】実施例3.この実施例3はこの発明の請求
項3及び4に係る一実施例である。図3はこの発明の実
施例3を示す構成図であり、図において、14aは気液
分離管9内に配置され、多数の繊維状金属から成る綿状
のデミスター、14bは水蒸気分離器2の上部に配置さ
れたデミスターである。
Embodiment 3 FIG. The third embodiment is an embodiment according to claims 3 and 4 of the present invention. FIG. 3 is a block diagram showing a third embodiment of the present invention. In the drawing, reference numeral 14a denotes a cotton-like demister disposed in the gas-liquid separation tube 9, and a plurality of fibrous metal demisters. It is a demister arranged at the top.
【0028】この実施例3の動作及び効果は、上記実施
例1の動作及び効果とほぼ同様である。異なる点は、燃
料電池本体1の反応熱を回収した2相流が慣性力によっ
デミスター14aに衝突し、加圧水と水蒸気とが分離
する点である。
The operation and effects of the third embodiment are almost the same as those of the first embodiment. The difference is that the two-phase flow that has recovered the reaction heat of the fuel cell body 1 is caused by the inertial force.
Collides with the demister 14a Te, a pressurized pressure water and steam is the point of separating.
【0029】なお、デミスター14bを設けることによ
って、改質用水蒸気流量制御弁5及び水蒸気分離器圧力
制御弁6の方に送出される水蒸気に含まれているミスト
状になった加圧水をより完全に分離することができる。
By providing the demister 14b, the mist-like pressurized water contained in the steam sent to the reforming steam flow control valve 5 and the steam separator pressure control valve 6 can be more completely removed. Can be separated.
【0030】実施例4.この実施例4はこの発明の請求
項5に係る一実施例である。図4はこの発明の実施例4
を示す構成図であり、図において、15aは加圧水循環
ポンプ3の出口に設けられたヒーターである。なお、1
5bについては後述する。
Embodiment 4 FIG. Embodiment 4 is an embodiment according to claim 5 of the present invention. FIG. 4 shows Embodiment 4 of the present invention.
In the figure, reference numeral 15a denotes a heater provided at the outlet of the pressurized water circulation pump 3. In addition, 1
5b will be described later.
【0031】発電開始時、発電終了時の低負荷時には、
燃料電池本体1で発生する電圧が高くなり、燃料電池本
体1内に腐食電流が流れて、燃料電池本体1が腐食し易
くなるので、電圧を下げる必要がある。このため、この
実施例4では、発生した電力をヒーター15aで消費さ
せることにより電圧を下げている。ここで、ヒーター1
5aから発生した熱は、燃料電池本体1に入る前の加圧
水によって回収しているため、加圧水の温度が上昇して
しまい一部が水蒸気になるという問題がある。しかし、
加圧水の流量が多いので燃料電池本体1の冷却性能には
ほとんど変化がなく、また、燃料電池本体1から排出さ
れる2相流への影響もほとんどない。
At the start of power generation and at the time of low load at the end of power generation,
Since the voltage generated in the fuel cell main body 1 increases and a corrosion current flows in the fuel cell main body 1, the fuel cell main body 1 is easily corroded. Therefore, it is necessary to lower the voltage. Therefore, in the fourth embodiment, the generated power is consumed by the heater 15a to reduce the voltage. Here, heater 1
Since the heat generated from 5a is recovered by the pressurized water before entering the fuel cell main body 1, there is a problem that the temperature of the pressurized water rises and a part becomes steam. But,
Since the flow rate of the pressurized water is large, there is almost no change in the cooling performance of the fuel cell main body 1, and there is almost no influence on the two-phase flow discharged from the fuel cell main body 1.
【0032】この実施例4によれば、ヒーター15aを
水蒸気分離器2内に設置していないので、水蒸気分離器
2に滞留している加圧水を加熱によって沸騰させてしま
うおそれがない。従って、気液分離に必要な水蒸気分離
器2の気相部の容積は小さくてもよく、ひいては、水蒸
気分離器2の大きさを小さくすることができる。
According to the fourth embodiment, since the heater 15a is not provided in the steam separator 2, there is no possibility that the pressurized water staying in the steam separator 2 is boiled by heating. Therefore, the volume of the gas phase portion of the steam separator 2 required for the gas-liquid separation may be small, and the size of the steam separator 2 can be reduced.
【0033】実施例5.この実施例5はこの発明の請求
項6に係る一実施例である。上記実施例4では、ヒータ
ー15aを加圧水循環ポンプ3と燃料電池本体1との間
に設置する場合を示したが、図4中に点線で示すよう
に、ヒーター15bを燃料電池本体1の排出側と気液分
離管9との間に設置してもよい。この場合にも、ヒータ
ー15bが発生する熱によって水蒸気分離器2に入る2
相流の温度が上昇するという問題があるが、上述のよう
に、水蒸気分離器2内の温度は一定に制御されているた
め、燃料電池本体1の冷却性能は低下しない。この実施
例5によれば、実施例4と同様の効果がある。
Embodiment 5 FIG. Embodiment 5 is an embodiment according to claim 6 of the present invention. In the fourth embodiment, the case where the heater 15a is installed between the pressurized water circulation pump 3 and the fuel cell main body 1 has been described. However, as shown by a dotted line in FIG. And the gas-liquid separation tube 9. Also in this case, the heat generated by the heater 15b enters the steam separator 2
Although there is a problem that the temperature of the phase flow increases, as described above, since the temperature in the steam separator 2 is controlled to be constant, the cooling performance of the fuel cell main body 1 does not decrease. According to the fifth embodiment, the same effects as in the fourth embodiment can be obtained.
【0034】なお、実施例4又は5では、実施例3(図
3参照)の燃料電池装置にヒータ15a又は15bを追
加する場合を示したが、実施例1(図1参照)、実施例
2(図2参照)の燃料電池装置に追加してもよい。
In the fourth or fifth embodiment, the case where the heater 15a or 15b is added to the fuel cell device of the third embodiment (see FIG. 3) is shown. (See FIG. 2).
【0035】[0035]
【発明の効果】この発明は以上のように構成されている
ので、以下に記載されるような効果を奏する。
Since the present invention is configured as described above, it has the following effects.
【0036】この発明の請求項1の燃料電池装置によれ
ば、水蒸気分離器が鉛直方向に長い形状となっており、
2相流を受け入れ水平方向に長い形状をなした気液分離
管が水蒸気分離器の上部側面に取り付けられ、多数の穴
を有する筒状をなし2相流が衝突することによりこれを
加圧水と水蒸気とに分離する消音管が気液分離管内に配
置されているので、消音管の部分で加圧水と水蒸気とが
ほぼ完全に分離して、気液分離のために必要な水蒸気分
離器の気相容積が小さくてすみ、水蒸気分離器を小さく
することができるという効果がある。
According to the fuel cell device of the first aspect of the present invention, the steam separator has a vertically long shape,
A gas-liquid separation tube having a two-phase flow and having a long shape in the horizontal direction is attached to the upper side surface of the steam separator, and has a cylindrical shape having a large number of holes. Since the muffler tube is separated inside the gas-liquid separation tube, the pressurized water and steam are almost completely separated at the muffler tube, and the gas phase volume of the steam separator required for gas-liquid separation And the steam separator can be reduced in size.
【0037】この発明の請求項2の燃料電池装置によれ
ば、水蒸気分離器が鉛直方向に長い形状となっており、
2相流を受け入れ水平方向に長い形状をなした気液分離
管が水蒸気分離器の上部側面に取り付けられ、多数の穴
を有する平板状をなし2相流が衝突することによりこれ
を加圧水と水蒸気とに分離するパンチングメタルが気液
分離管に配置されているので、パンチングメタルの部分
で加圧水と水蒸気とがほぼ完全に分離して、気液分離の
ために必要な水蒸気分離器の気相容積が小さくてすみ、
水蒸気分離器を小さくすることができるという効果があ
る。
According to the fuel cell device of the second aspect of the present invention, the steam separator has a vertically long shape,
A two-phase flow-receiving gas-liquid separation tube, which has a long shape in the horizontal direction, is attached to the upper side of the steam separator, and has a flat plate shape with many holes. The pressurized water and steam are almost completely separated at the punching metal because the punching metal is separated in the gas-liquid separation tube, and the vapor phase volume of the steam separator required for gas-liquid separation Is small,
There is an effect that the size of the steam separator can be reduced.
【0038】この発明の請求項3の燃料電池装置によれ
ば、水蒸気分離器が鉛直方向に長い形状となっており、
2相流を受け入れ水平方向に長い形状をなした気液分離
管が水蒸気分離器の上部側面に取り付けられ、多数の繊
維状金属から成る綿状のものであって2相流が衝突する
ことによりこれを加圧水と水蒸気とに分離するデミスタ
ーが気液分離管内に配置されているので、デミスターの
部分で加圧水と水蒸気とがほぼ完全に分離して、気液分
離のために必要な水蒸気分離器の気相容積が小さくてす
み、水蒸気分離器を小さくすることができる。
According to the fuel cell device of the third aspect of the present invention, the steam separator has a vertically long shape,
A gas-liquid separation tube having a two-phase flow and having a long shape in the horizontal direction is attached to the upper side surface of the steam separator, and is made of a cotton-like material made of a number of fibrous metals. Since the demister that separates this into pressurized water and steam is placed in the gas-liquid separation tube, the pressurized water and steam are almost completely separated at the demister, and the steam separator required for gas-liquid separation is used. The vapor phase volume can be small, and the size of the steam separator can be reduced.
【0039】この発明の請求項4の燃料電池装置によれ
ば、水位維持手段から供給される水が、電池反応熱を回
収した後に生じる2相流と合流した後に水蒸気分離器に
供給されているので、加圧水の温度低下が小さくなっ
て、水蒸気分離器に滞留できる加圧水量に余裕をもつ必
要がなくなり、水蒸気分離器の小型化を図ることができ
るという効果がある。
According to the fuel cell system of the present invention, the water supplied from the water level maintaining means is supplied to the steam separator after being combined with the two-phase flow generated after the recovery of the reaction heat of the cell. Therefore, the temperature drop of the pressurized water is reduced, so that there is no need to have a margin for the amount of pressurized water that can stay in the steam separator, and the steam separator can be downsized.
【0040】この発明の請求項5の燃料電池装置によれ
ば、低負荷時に燃料電池本体の発生電力を消費するヒー
ターを備え、ヒーターによって加圧水循環ポンプから燃
料電池本体に至る加圧水を加熱するようにしたので、水
蒸気分離器に滞留している加圧水を加熱によって沸騰さ
せてしまうおそれがなく、気液分離に必要な水蒸気分離
器の気相部の容積は小さくてもよいため、水蒸気分離器
の大きさを小さくすることができるという効果がある。
According to the fuel cell system of the present invention, the heater for consuming power generated by the fuel cell main body at a low load is provided, and the heater heats pressurized water from the pressurized water circulation pump to the fuel cell main body. Therefore, there is no danger that the pressurized water remaining in the steam separator will be boiled by heating, and the volume of the gas phase portion of the steam separator required for gas-liquid separation may be small. There is an effect that the size can be reduced.
【0041】この発明の請求項6の燃料電池装置によれ
ば、低負荷時に燃料電池本体の発生電力を消費するヒー
ターを備え、ヒーターによって燃料電池本体から気液分
離管に至る加圧水を加熱するようにしたので、水蒸気分
離器に滞留している加圧水を加熱によって沸騰させてし
まうおそれがなく、気液分離に必要な水蒸気分離器の気
相部の容積は小さくてもよいため、水蒸気分離器の大き
さを小さくすることができるという効果がある。
According to the fuel cell device of the sixth aspect of the present invention, a heater for consuming power generated by the fuel cell main body at a low load is provided, and the heater heats pressurized water from the fuel cell main body to the gas-liquid separation pipe. Therefore, there is no possibility that the pressurized water staying in the steam separator is boiled by heating, and the volume of the gas phase portion of the steam separator required for gas-liquid separation may be small. There is an effect that the size can be reduced.
【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]
【図1】この発明の実施例1の燃料電池装置を示す構成
図である。
FIG. 1 is a configuration diagram showing a fuel cell device according to Embodiment 1 of the present invention.
【図2】この発明の実施例2の燃料電池装置を示す構成
図である。
FIG. 2 is a configuration diagram showing a fuel cell device according to Embodiment 2 of the present invention.
【図3】この発明の実施例3の燃料電池装置を示す構成
図である。
FIG. 3 is a configuration diagram showing a fuel cell device according to Embodiment 3 of the present invention.
【図4】この発明の実施例4及び5の燃料電池装置を示
す構成図である。
FIG. 4 is a configuration diagram showing fuel cell devices according to Embodiments 4 and 5 of the present invention.
【図5】従来の燃料電池装置を示す構成図である。FIG. 5 is a configuration diagram showing a conventional fuel cell device.
【符号の説明】[Explanation of symbols]
1 燃料電池本体 2 水蒸気分離器 3 加圧水循環ポンプ 6 水蒸気分離器圧力制御弁(水蒸気分離器温度制御手
段) 7 水蒸気分離器水位検知器(水位維持手段) 8 純水補給ポンプ(水位維持手段) 9 気液分離管 10 消音管 11 吐出圧力制御弁(水位維持手段) 12 水位制御弁(水位維持手段) 13 パンチングメタル 14a、14b デミスター 15a、15b ヒーター
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fuel cell main body 2 Steam separator 3 Pressurized water circulation pump 6 Steam separator pressure control valve (steam separator temperature control means) 7 Steam separator water level detector (water level maintaining means) 8 Pure water supply pump (water level maintaining means) 9 Gas-liquid separation pipe 10 Muffler pipe 11 Discharge pressure control valve (water level maintaining means) 12 Water level control valve (water level maintaining means) 13 Punching metal 14a, 14b Demister 15a, 15b Heater

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】(57) [Claims]
  1. 【請求項1】 発電の際に内部で生じる電池反応熱を加
    圧水によって回収される燃料電池本体と、 前記電池反応熱を回収した後に生じる加圧水及び水蒸気
    から成る2相流を、加圧水と水蒸気とに分離する水蒸気
    分離器と、 この水蒸気分離器からの加圧水を前記燃料電池本体に供
    給する加圧水循環ポンプと、 前記水蒸気分離器内の温度を制御する水蒸気分離器温度
    制御手段と、 前記水蒸気分離器内の加圧水の水位を検知して、前記水
    蒸気分離器に水を供給することにより前記水位を一定範
    囲内に維持する水位維持手段と、を有する燃料電池装置
    において、 前記水蒸気分離器が鉛直方向に長い形状となっており、 前記2相流を受け入れ水平方向に長い形状をなした気液
    分離管が、前記水蒸気分離器の上部側面に取り付けら
    れ、 多数の穴を有する筒状をなし、前記2相流が衝突するこ
    とによりこれを加圧水と水蒸気とに分離する消音管が、
    前記気液分離管内に配置されていることを特徴とする燃
    料電池装置。
    1. A fuel cell main body in which battery reaction heat generated during power generation is recovered by pressurized water, and a two-phase flow of pressurized water and steam generated after recovering the battery reaction heat is converted into pressurized water and steam. A steam separator to be separated; a pressurized water circulation pump for supplying pressurized water from the steam separator to the fuel cell body; a steam separator temperature control means for controlling the temperature in the steam separator; And a water level maintaining means for detecting the level of the pressurized water and supplying water to the water vapor separator to maintain the water level within a certain range, wherein the water vapor separator is long in the vertical direction. A gas-liquid separation tube, which has a shape and is long in the horizontal direction for receiving the two-phase flow, is attached to an upper side surface of the steam separator, and has a number of holes. A tubular shape, silencer tube to separate it into the pressurized water and steam by the two-phase flow collides is,
    A fuel cell device disposed in the gas-liquid separation tube.
  2. 【請求項2】 発電の際に内部で生じる電池反応熱を加
    圧水によって回収される燃料電池本体と、 前記電池反応熱を回収した後に生じる加圧水及び水蒸気
    から成る2相流を、加圧水と水蒸気とに分離する水蒸気
    分離器と、 この水蒸気分離器からの加圧水を前記燃料電池本体に供
    給する加圧水循環ポンプと、 前記水蒸気分離器内の温度を制御する水蒸気分離器温度
    制御手段と、 前記水蒸気分離器内の加圧水の水位を検知して、前記水
    蒸気分離器に水を供給することにより前記水位を一定範
    囲内に維持する水位維持手段と、を有する燃料電池装置
    において、 前記水蒸気分離器が鉛直方向に長い形状となっており、 前記2相流を受け入れ水平方向に長い形状をなした気液
    分離管が、前記水蒸気分離器の上部側面に取り付けら
    れ、 多数の穴を有する平板状をなし、前記2相流が衝突する
    ことによりこれを加圧水と水蒸気とに分離するパンチン
    グメタルが、前記気液分離管に配置されていることを特
    徴とする燃料電池装置。
    2. A fuel cell body in which battery reaction heat generated inside during power generation is recovered by pressurized water, and a two-phase flow of pressurized water and steam generated after recovering the battery reaction heat is converted into pressurized water and steam. A steam separator to be separated; a pressurized water circulation pump for supplying pressurized water from the steam separator to the fuel cell body; a steam separator temperature control means for controlling the temperature in the steam separator; And a water level maintaining means for detecting the level of the pressurized water and supplying water to the water vapor separator to maintain the water level within a certain range, wherein the water vapor separator is long in the vertical direction. A gas-liquid separation tube, which has a shape and is long in the horizontal direction for receiving the two-phase flow, is attached to an upper side surface of the steam separator, and has a number of holes. A flat plate shape, and the punched metal two-phase flow separates it into the pressurized water and steam by collision, the fuel cell apparatus characterized by being arranged in the gas-liquid separation tube.
  3. 【請求項3】 発電の際に内部で生じる電池反応熱を加
    圧水によって回収される燃料電池本体と、 前記電池反応熱を回収した後に生じる加圧水及び水蒸気
    から成る2相流を、加圧水と水蒸気とに分離する水蒸気
    分離器と、 この水蒸気分離器からの加圧水を前記燃料電池本体に供
    給する加圧水循環ポンプと、 前記水蒸気分離器内の温度を制御する水蒸気分離器温度
    制御手段と、 前記水蒸気分離器内の加圧水の水位を検知して、前記水
    蒸気分離器に水を供給することにより前記水位を一定範
    囲内に維持する水位維持手段と、を有する燃料電池装置
    において、 前記水蒸気分離器が鉛直方向に長い形状となっており、 前記2相流を受け入れ水平方向に長い形状をなした気液
    分離管が、前記水蒸気分離器の上部側面に取り付けら
    れ、 多数の繊維状金属から成る綿状のものであって、前記2
    相流が衝突することによりこれを加圧水と水蒸気とに分
    離するデミスターが、前記気液分離管内に配置されてい
    ることを特徴とする燃料電池装置。
    3. A fuel cell main body in which battery reaction heat generated inside during power generation is recovered by pressurized water, and a two-phase flow of pressurized water and steam generated after recovering the battery reaction heat is converted into pressurized water and steam. A steam separator to be separated; a pressurized water circulation pump for supplying pressurized water from the steam separator to the fuel cell body; a steam separator temperature control means for controlling the temperature in the steam separator; And a water level maintaining means for detecting the level of the pressurized water and supplying water to the water vapor separator to maintain the water level within a certain range, wherein the water vapor separator is long in the vertical direction. A gas-liquid separation tube which is shaped to receive the two-phase flow and has a long shape in the horizontal direction is attached to an upper side surface of the steam separator. Be those flocculent consisting the 2
    A fuel cell device, wherein a demister for separating a phase flow into pressurized water and water vapor by collision is disposed in the gas-liquid separation tube.
  4. 【請求項4】 水位維持手段から供給される水が、電池
    反応熱を回収した後に生じる2相流と合流した後に水蒸
    気分離器に供給されることを特徴とする請求項1〜3の
    いずれか1項記載の燃料電池装置。
    4. The water separator according to claim 1, wherein the water supplied from the water level maintaining unit is supplied to the steam separator after being combined with a two-phase flow generated after recovering the battery reaction heat. 2. The fuel cell device according to claim 1.
  5. 【請求項5】 低負荷時に燃料電池本体の発生電力を消
    費するヒーターを備え、前記ヒーターによって加圧水循
    環ポンプから前記燃料電池本体に至る加圧水を加熱する
    ようにしたことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1
    項記載の燃料電池装置。
    5. The fuel cell system according to claim 1, further comprising a heater consuming power generated by the fuel cell main body at a low load, wherein the heater heats pressurized water from the pressurized water circulation pump to the fuel cell main body. Any one of 4
    Item 8. The fuel cell device according to Item 1.
  6. 【請求項6】 低負荷時に燃料電池本体の発生電力を消
    費するヒーターを備え、前記ヒーターによって前記燃料
    電池本体から気液分離管に至る加圧水を加熱するように
    したことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項記載
    の燃料電池装置。
    6. The fuel cell system according to claim 1, further comprising a heater for consuming power generated by the fuel cell main body at a low load, wherein the heater heats pressurized water from the fuel cell main body to the gas-liquid separation tube. The fuel cell device according to any one of claims 4 to 4.
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