JP3077832B2 - 燃料電池発電装置の補給水回収装置 - Google Patents
燃料電池発電装置の補給水回収装置Info
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- JP3077832B2 JP3077832B2 JP03299479A JP29947991A JP3077832B2 JP 3077832 B2 JP3077832 B2 JP 3077832B2 JP 03299479 A JP03299479 A JP 03299479A JP 29947991 A JP29947991 A JP 29947991A JP 3077832 B2 JP3077832 B2 JP 3077832B2
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、燃料電池発電装置の排
ガス中の水分を回収して水処理装置に供給する補給水回
収装置に関し、特に、回収された回収水中に存在する炭
酸ガスの濃度を低減することが出来る燃料電池発電装置
の補給水回収装置に関する。
ガス中の水分を回収して水処理装置に供給する補給水回
収装置に関し、特に、回収された回収水中に存在する炭
酸ガスの濃度を低減することが出来る燃料電池発電装置
の補給水回収装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】燃料電池発電装置における従来の補給水
の回収及び処理を図２を参照して説明する。図２はリン
酸形燃料電池を例示したもので、全体を符号１で示す燃
料電池は、電解質マトリックス２を挟んで燃料極３及び
空気極４を配設した単位セルの積層体からなり、燃料極
３に原燃料（都市ガス）Ａから燃料改質装置５において
生成した燃料ガスＢを供給し、空気極４に空気Ｃを供給
することにより、電気化学反応に基づいて発電が行われ
る。
の回収及び処理を図２を参照して説明する。図２はリン
酸形燃料電池を例示したもので、全体を符号１で示す燃
料電池は、電解質マトリックス２を挟んで燃料極３及び
空気極４を配設した単位セルの積層体からなり、燃料極
３に原燃料（都市ガス）Ａから燃料改質装置５において
生成した燃料ガスＢを供給し、空気極４に空気Ｃを供給
することにより、電気化学反応に基づいて発電が行われ
る。
【０００３】燃料極オフガスＤは、燃料改質装置５のバ
ーナ６に導入され、燃料極オフガスに残存する水素（Ｈ
2 ガス）が燃焼され、その燃焼熱が燃料改質反応の反応
熱として利用される。また、残存するＨ2 ガスの燃焼に
より生じた水分を含む燃焼排ガスＥと、燃料電池の空気
極から発生した水分を含む空気極オフガスＦとは、補給
水回収装置７に送られて水分の回収が行われる。
ーナ６に導入され、燃料極オフガスに残存する水素（Ｈ
2 ガス）が燃焼され、その燃焼熱が燃料改質反応の反応
熱として利用される。また、残存するＨ2 ガスの燃焼に
より生じた水分を含む燃焼排ガスＥと、燃料電池の空気
極から発生した水分を含む空気極オフガスＦとは、補給
水回収装置７に送られて水分の回収が行われる。
【０００４】その補給水回収装置７は、例えば水分回収
塔８の内部に水冷式の熱交換器９を収めた構造であり、
この熱交換器９で凝縮された水は、水分回収塔８の底部
に回収水Ｇとして貯溜される。その回収水Ｇは、水蒸気
発生器１２を介して、ポンプ１３により燃料電池１の冷
却水として用いられる。また、必要により、ポンプ１０
により補給水として水蒸気発生器１２に送られ、水蒸気
Ｍとし原燃料Ａに添加され、原燃料の水蒸気改質に必要
な反応水として利用される。
塔８の内部に水冷式の熱交換器９を収めた構造であり、
この熱交換器９で凝縮された水は、水分回収塔８の底部
に回収水Ｇとして貯溜される。その回収水Ｇは、水蒸気
発生器１２を介して、ポンプ１３により燃料電池１の冷
却水として用いられる。また、必要により、ポンプ１０
により補給水として水蒸気発生器１２に送られ、水蒸気
Ｍとし原燃料Ａに添加され、原燃料の水蒸気改質に必要
な反応水として利用される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】燃焼排ガスを熱交換器
で凝縮して得られる回収水には、燃焼排ガス中の炭酸ガ
ス濃度に対応する濃度の炭酸ガスが含まれている。その
ため、燃焼排ガスと空気極オフガスとが混合した排ガス
中の水分を、１個の熱交換器で凝縮して得られる従来の
回収水Ｇには、多量の炭酸ガスが溶解した状態となって
いる。そして、この回収水Ｇは、上述した通り燃料電池
１の冷却用として用いられるので、蒸気発生器１２に送
る前に水処理装置１１に導いて炭酸ガス濃度を低減して
いる。この水処理装置としては、イオン交換樹脂を用い
たタイプのものを用いている。
で凝縮して得られる回収水には、燃焼排ガス中の炭酸ガ
ス濃度に対応する濃度の炭酸ガスが含まれている。その
ため、燃焼排ガスと空気極オフガスとが混合した排ガス
中の水分を、１個の熱交換器で凝縮して得られる従来の
回収水Ｇには、多量の炭酸ガスが溶解した状態となって
いる。そして、この回収水Ｇは、上述した通り燃料電池
１の冷却用として用いられるので、蒸気発生器１２に送
る前に水処理装置１１に導いて炭酸ガス濃度を低減して
いる。この水処理装置としては、イオン交換樹脂を用い
たタイプのものを用いている。
【０００６】しかし、炭酸ガス濃度の高い回収水を水処
理装置１１に供給すると、炭酸ガスイオン交換樹脂に過
負荷となり、イオン交換樹脂の再生サイクルが短くな
る。そのため、再生処理コストが大きくなると共に、そ
の保守作業工数が増大する。
理装置１１に供給すると、炭酸ガスイオン交換樹脂に過
負荷となり、イオン交換樹脂の再生サイクルが短くな
る。そのため、再生処理コストが大きくなると共に、そ
の保守作業工数が増大する。
【０００７】また、回収水を脱気処理して炭酸ガスを除
去することも考えられる。その様にすればイオン交換樹
脂の再生サイクルを延ばすことができるが、そのために
は脱気のための装置や動力を必要とし、設備の大型化、
複雑化や経済的不利益を招いてしまう。さらに、発電装
置の補機損失が増大して効率が低下するという問題も発
生する。
去することも考えられる。その様にすればイオン交換樹
脂の再生サイクルを延ばすことができるが、そのために
は脱気のための装置や動力を必要とし、設備の大型化、
複雑化や経済的不利益を招いてしまう。さらに、発電装
置の補機損失が増大して効率が低下するという問題も発
生する。
【０００８】本発明は上記した従来技術の問題点に鑑み
て提案されたもので、燃焼排ガス及び空気極オフガスか
らの回収水の炭酸ガス濃度を低減する事が出来る燃料電
池発電装置の補給水回収装置の提供を目的としている。
て提案されたもので、燃焼排ガス及び空気極オフガスか
らの回収水の炭酸ガス濃度を低減する事が出来る燃料電
池発電装置の補給水回収装置の提供を目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明の燃料電池発電装
置の補給水回収装置は、燃料電池の燃料極から燃料改質
装置を介して排出される燃焼排ガスと燃料電池から排出
される空気極オフガスとに含まれる水分を回収する燃料
電池発電装置の補給水回収装置において、前記燃焼排ガ
ス中の水分を凝縮する第１の回収塔の下方に凝縮塔を設
け、該凝縮塔の下部に前記空気極オフガスの通路を接続
し、該凝縮塔に前記第１の回収塔からの（炭酸ガス濃度
の高い）凝縮水を（炭酸ガス濃度の低い）前記空気極オ
フガスに向流接触させる直接接触式熱交換器を設け、前
記接触塔からのガスの通路を該ガス中の水分を凝縮する
第２の反応塔に接続している。
置の補給水回収装置は、燃料電池の燃料極から燃料改質
装置を介して排出される燃焼排ガスと燃料電池から排出
される空気極オフガスとに含まれる水分を回収する燃料
電池発電装置の補給水回収装置において、前記燃焼排ガ
ス中の水分を凝縮する第１の回収塔の下方に凝縮塔を設
け、該凝縮塔の下部に前記空気極オフガスの通路を接続
し、該凝縮塔に前記第１の回収塔からの（炭酸ガス濃度
の高い）凝縮水を（炭酸ガス濃度の低い）前記空気極オ
フガスに向流接触させる直接接触式熱交換器を設け、前
記接触塔からのガスの通路を該ガス中の水分を凝縮する
第２の反応塔に接続している。
【００１０】本発明の実施に際して、回収された水はイ
オン交換式水処理装置に供給され、燃料電池の冷却水と
して用いられ、及び／又は、燃料改質用の補給水として
用いられる。
オン交換式水処理装置に供給され、燃料電池の冷却水と
して用いられ、及び／又は、燃料改質用の補給水として
用いられる。
【００１１】
【作用】上記のように構成された燃料電池発電装置の補
給水回収装置においては、第１の回収塔では燃焼排ガス
を単独で水回収するので、溶解混入する炭酸ガス量が少
ない。
給水回収装置においては、第１の回収塔では燃焼排ガス
を単独で水回収するので、溶解混入する炭酸ガス量が少
ない。
【００１２】また、接触塔では、第１の回収塔からの凝
縮水は高温で炭酸ガス濃度の低い空気極ガスと直接接触
する。ここで、炭酸ガスを含む水と炭酸ガス濃度が低い
ガスとを接触させると、炭酸ガスを含む水の炭酸ガスが
脱気されるという現象が知られており、前記接触塔にお
いても同一の現象により、第１の回収塔からの凝縮水よ
り炭酸ガスが脱気される。これに加えて、炭酸ガス濃度
の低い空気極ガスは高温であるため、接触の際の温度が
高くなり、且つ、凝縮水の炭酸ガス濃度は高いので、炭
酸ガスの脱気は非常に効率良く行われる。
縮水は高温で炭酸ガス濃度の低い空気極ガスと直接接触
する。ここで、炭酸ガスを含む水と炭酸ガス濃度が低い
ガスとを接触させると、炭酸ガスを含む水の炭酸ガスが
脱気されるという現象が知られており、前記接触塔にお
いても同一の現象により、第１の回収塔からの凝縮水よ
り炭酸ガスが脱気される。これに加えて、炭酸ガス濃度
の低い空気極ガスは高温であるため、接触の際の温度が
高くなり、且つ、凝縮水の炭酸ガス濃度は高いので、炭
酸ガスの脱気は非常に効率良く行われる。
【００１３】第１の回収塔からの凝縮水から脱気される
炭酸ガスの量は、空気極オフガスの量に比較すると極め
て微小量である。そのため、第２の回収塔においては、
接触塔からの導入されるガス中の炭酸ガス濃度は低くな
る。その結果、第２の回収塔における凝縮水中の炭酸ガ
ス濃度も非常に低くなる。
炭酸ガスの量は、空気極オフガスの量に比較すると極め
て微小量である。そのため、第２の回収塔においては、
接触塔からの導入されるガス中の炭酸ガス濃度は低くな
る。その結果、第２の回収塔における凝縮水中の炭酸ガ
ス濃度も非常に低くなる。
【００１４】これ等の理由により、水処理装置への接触
塔及び第２の反応塔からの凝縮水すなわち回収水の炭酸
ガス濃度は、大幅に低減される。
塔及び第２の反応塔からの凝縮水すなわち回収水の炭酸
ガス濃度は、大幅に低減される。
【００１５】
【実施例】以下図面を参照して本発明の実施例を説明す
る。
る。
【００１６】なお、図１において図２に対応する部分に
ついては、同じ符号を付して重複説明を省略する。
ついては、同じ符号を付して重複説明を省略する。
【００１７】図１において、全体を符号２０で示す補給
水回収装置には、燃焼排ガス水分回収塔（以下第１の回
収塔という）２１、燃焼排ガス凝縮水の空気極オフガス
との接触塔（以下接触塔という）２４及び空気極オフガ
ス水分回収塔（以下第２の回収塔という）２６とが設け
られている。
水回収装置には、燃焼排ガス水分回収塔（以下第１の回
収塔という）２１、燃焼排ガス凝縮水の空気極オフガス
との接触塔（以下接触塔という）２４及び空気極オフガ
ス水分回収塔（以下第２の回収塔という）２６とが設け
られている。
【００１８】この第１の回収塔２１は、例えば水分回収
塔２２の内部に水冷式の熱交換器２３を収めた構造であ
り、頂部は大気に開放され、下側部は燃料改質装置５に
接続され、底部は接触塔２４の頂部に接続されている。
その接触塔２４は、第１の回収塔２１の下方に設けられ
ていて、例えば内部に直接接触式の熱交換器２５を設け
た構造である。該接触塔２４の下側部は空気極４に接続
され、底部はポンプ１０を介して水処理装置１１に接続
され、上側部は、第２の回収塔２６に接続されている。
塔２２の内部に水冷式の熱交換器２３を収めた構造であ
り、頂部は大気に開放され、下側部は燃料改質装置５に
接続され、底部は接触塔２４の頂部に接続されている。
その接触塔２４は、第１の回収塔２１の下方に設けられ
ていて、例えば内部に直接接触式の熱交換器２５を設け
た構造である。該接触塔２４の下側部は空気極４に接続
され、底部はポンプ１０を介して水処理装置１１に接続
され、上側部は、第２の回収塔２６に接続されている。
【００１９】この第２の回収塔２６は、第１の回収塔２
１と同様に、例えば水分回収塔２７内に水冷式の熱交換
器２８を収めた構造であり、頂部は大気に開放され、下
側部は接触塔２４に接続され、底部はポンプ１４を介し
て水処理装置１１に接続されている。
１と同様に、例えば水分回収塔２７内に水冷式の熱交換
器２８を収めた構造であり、頂部は大気に開放され、下
側部は接触塔２４に接続され、底部はポンプ１４を介し
て水処理装置１１に接続されている。
【００２０】なお、明確には図示されていないが、第１
の回収塔２１と接触塔２４との間には、第１の回収塔２
１の凝縮水が下方に落下することは許容するが、接触塔
２４に導入された空気極オフガスが第１の回収塔２１に
導入することは阻止する逆止機構が設けられている。
の回収塔２１と接触塔２４との間には、第１の回収塔２
１の凝縮水が下方に落下することは許容するが、接触塔
２４に導入された空気極オフガスが第１の回収塔２１に
導入することは阻止する逆止機構が設けられている。
【００２１】次に、補給水回収の態様を説明する。
【００２２】燃焼排ガスＥは第１の回収塔２１に送ら
れ、熱交換器２３で水分が凝縮し、高濃度の炭酸ガスを
含有した水がその底部に凝縮水Ｈとして貯溜される。そ
して、凝縮しなかったガスＬは大気中に放出される。
れ、熱交換器２３で水分が凝縮し、高濃度の炭酸ガスを
含有した水がその底部に凝縮水Ｈとして貯溜される。そ
して、凝縮しなかったガスＬは大気中に放出される。
【００２３】一方、空気極オフガスＦは接触塔２４の下
部に送られ、上部から流下する凝縮水Ｈと向流直接接触
される。そこで、凝縮水Ｈは温度が高く炭酸ガス濃度の
低い空気極オフガスＦと直接接触するので、凝縮水Ｈの
温度が高くなる。また、凝縮水ＨはＰＨが低い、すなわ
ち溶存炭酸ガスは殆どイオン化しないので、炭酸ガスが
効率良く脱気される。そして、接触後の空気極オフガス
は、第２の回収塔２６に送られ、炭酸ガス濃度の低い接
触後の凝縮水Ｊは、接触塔２４の底部に貯溜される。
部に送られ、上部から流下する凝縮水Ｈと向流直接接触
される。そこで、凝縮水Ｈは温度が高く炭酸ガス濃度の
低い空気極オフガスＦと直接接触するので、凝縮水Ｈの
温度が高くなる。また、凝縮水ＨはＰＨが低い、すなわ
ち溶存炭酸ガスは殆どイオン化しないので、炭酸ガスが
効率良く脱気される。そして、接触後の空気極オフガス
は、第２の回収塔２６に送られ、炭酸ガス濃度の低い接
触後の凝縮水Ｊは、接触塔２４の底部に貯溜される。
【００２４】第２の回収塔２６に送られた空気極オフガ
スＦは、熱交換器２７で凝縮して底部に凝縮水Ｋとして
溜まるが、送られた空気極オフガスの炭酸ガス濃度は低
いので、凝縮水Ｋの炭酸ガス濃度は非常に低い。このよ
うに、回収水すなわち凝縮水Ｊ、Ｋへの炭酸ガス溶解量
は少なく、純度の高い回収水が得られ、水処理装置１１
の負荷が大幅に軽減される。
スＦは、熱交換器２７で凝縮して底部に凝縮水Ｋとして
溜まるが、送られた空気極オフガスの炭酸ガス濃度は低
いので、凝縮水Ｋの炭酸ガス濃度は非常に低い。このよ
うに、回収水すなわち凝縮水Ｊ、Ｋへの炭酸ガス溶解量
は少なく、純度の高い回収水が得られ、水処理装置１１
の負荷が大幅に軽減される。
【００２５】
【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているので、燃焼排ガス及び空気極オフガスからの回収
水の炭酸ガス濃度を低減し、水処理装置の負荷を軽減し
てイオン交換樹脂の再生サイクルを長くすることができ
る。
ているので、燃焼排ガス及び空気極オフガスからの回収
水の炭酸ガス濃度を低減し、水処理装置の負荷を軽減し
てイオン交換樹脂の再生サイクルを長くすることができ
る。
【００２６】その結果、ランニングコストが低減し、発
電コストも低減される。さらに、本発明によれば回収水
の炭酸ガス濃度が非常に低くなるので、場合によっては
水処理装置を省略することも可能である。
電コストも低減される。さらに、本発明によれば回収水
の炭酸ガス濃度が非常に低くなるので、場合によっては
水処理装置を省略することも可能である。
【図１】本発明の一実施例を示す模式図。
【図２】従来装置の一例を示す模式図。
Ａ・・・原燃料 Ｂ・・・燃料ガス Ｃ・・・空気 Ｄ・・・燃料極オフガス Ｅ・・・燃料排ガス Ｆ・・・空気極オフガス Ｇ・・・回収水 Ｈ、Ｊ、Ｋ・・・凝縮水 Ｌ・・・炭酸ガス Ｍ・・・水蒸気 １・・・リン酸形燃料電池 ２・・・電解質マトリクス ３・・・燃料極 ４・・・空気極 ５・・・燃料改質装置 ６・・・バーナ ７、２０・・・補給水回収装置 ８、２２、２７・・・水分回収塔 ９、２３、２８・・・水冷式の熱交換器 １０、１３、１４・・・ポンプ １１・・・水処理装置 １２・・・水蒸気発生装置 ２１・・・第１の回収塔 ２４・・・接触塔 ２５・・・直接接触式の熱交換器 ２６・・・第２の回収塔
Claims (1)
- 【請求項１】 燃料電池の燃料極から燃料改質装置を介
して排出される燃焼排ガスと燃料電池の空気極から排出
される空気極オフガスとに含まれる水分を回収する燃料
電池発電装置の補給水回収装置において、前記燃焼排ガ
ス中の水分を凝縮する第１の回収塔の下方に凝縮塔を設
け、該凝縮塔の下部に前記空気極オフガスの通路を接続
し、該凝縮塔に前記第１の回収塔からの凝縮水を前記空
気極オフガスに向流接触させる直接接触式熱交換器を設
け、前記接触塔からのガスの通路を該ガス中の水分を凝
縮する第２の反応塔に接続したことを特徴とする燃料電
池発電装置の補給水回収装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03299479A JP3077832B2 (ja) | 1991-11-15 | 1991-11-15 | 燃料電池発電装置の補給水回収装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03299479A JP3077832B2 (ja) | 1991-11-15 | 1991-11-15 | 燃料電池発電装置の補給水回収装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05135791A JPH05135791A (ja) | 1993-06-01 |
| JP3077832B2 true JP3077832B2 (ja) | 2000-08-21 |
Family
ID=17873109
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP03299479A Expired - Fee Related JP3077832B2 (ja) | 1991-11-15 | 1991-11-15 | 燃料電池発電装置の補給水回収装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3077832B2 (ja) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3695309B2 (ja) * | 2000-11-02 | 2005-09-14 | 松下電器産業株式会社 | 固体高分子形燃料電池システムおよびその運転方法 |
| JP4804699B2 (ja) * | 2002-03-06 | 2011-11-02 | パナソニック株式会社 | 燃料電池システム |
| JP4876435B2 (ja) * | 2005-05-20 | 2012-02-15 | パナソニック株式会社 | 固体高分子形燃料電池システムおよびその運転方法 |
| JP5173302B2 (ja) * | 2007-07-27 | 2013-04-03 | 京セラ株式会社 | 燃料電池装置 |
| JP2010287519A (ja) * | 2009-06-15 | 2010-12-24 | Panasonic Corp | 燃料電池システム |
| JP2009295600A (ja) * | 2009-09-24 | 2009-12-17 | Panasonic Corp | 燃料電池システム |
| JP2010118354A (ja) * | 2010-01-26 | 2010-05-27 | Panasonic Corp | 燃料電池システム |
-
1991
- 1991-11-15 JP JP03299479A patent/JP3077832B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05135791A (ja) | 1993-06-01 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |