JP3591006B2 - Steam generator - Google Patents
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は、少量の過熱蒸気を発生する蒸気発生装置に係わり、特に溶融炭酸塩型燃料電池の発電前処理工程の脱脂工程で蒸気を注入する蒸気発生装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
溶融炭酸塩型燃料電池は、高効率で環境への影響が少ないなど、従来の発電装置にない特徴を有しており、水力、火力、原子力に続く発電システムとして注目を集め、現在鋭意研究が進められている。
【0003】
図3は、溶融炭酸塩型燃料電池の模式的構造図である。本図に示すように燃料電池12は、電解質板31と、電解質板31を挟むアノード32(電極)とカソード33(電極)、アノード32にアノードガス2を供給するアノードガス流路34及びカソード33にカソードガス3を供給するカソードガス流路35から構成される。電解質板31は、焼結したセラミックス粉末からなる平板であり、その間隙に炭酸塩を高温の溶融状態で保持するようにしてある。この製造方法は、支持材のLiAlO2粉末と炭酸塩の粉末を予め混合して成形する方法と、LiAlO2粉末のみで成形して後から炭酸塩を含浸させる方法とがあり、炭酸塩を含浸させる方法がよく用いられる。アノード32及びカソード33は、それぞれ焼結した金属粉末からなる平板で、電解質板31を間に挟持する。単一の電池(単セル)は、アノード32、電解質板31及びカソード33から構成される。アノードガス流路34は導電性を有しアノード32に沿って水素を含むアノードガス2を流す。カソードガス流路35も導電性を有しカソード33に沿って酸素及び炭酸ガスを含むカソードガス3を流す。
【0004】
このような溶融炭酸塩型燃料電池が工場で組立られ、現地に据え付けられた後、発電する前処理工程に電解質板31に対する脱脂工程と炭酸塩を含浸させる含浸工程とがある。脱脂工程は電解質板31を形成するときに使用した結合剤、可塑剤などの有機物が残されているのを除去する工程である。これらの有機物は焼結により炭化された状態で残留しており、蒸気の注入により除去される。
【0005】
図4は従来出力1〜10kw程度の小規な溶融炭酸塩型燃料電池の脱脂工程に用いられた蒸気発生装置を示す。タンク40には純水45を入れ、この純水45を加熱するヒータ41がタンク40周囲に設けられている。タンク40の底部にはアノードガス供給管42が設けられ、頂部には蒸気取出管43が設けられアノードに接続されている。アノードガス供給管42には流量計42aが設けられており、タンク40内の水位より上の位置に圧力計44が設けられている。
【0006】
ヒータ41により加熱してゆくと、タンク40内の圧力によってきまる飽和蒸気が発生する。アノードガスをアノードガス供給管42より供給すると、水中では気泡46となり、この気泡内のアノードガスには飽和蒸気がタンク内の圧力に応じて一定量含まれるようになり、蒸気取出管43よりアノードに供給される。これによりアノードガスの供給量とタンク内圧を計測することによりアノードに供給する蒸気量がわかる。本装置は簡単な構造であるため信頼性が高くかつ安価であるためよく使用されている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
図4で示した蒸気発生装置の場合、実験室で行う小規模な溶融炭酸塩型燃料電池には適しているが、100kw以上となると必要とされる蒸気量も多くなるり、これに対応出来なくなる。またアノードガスが水中を通過する際の圧損が大きくなる。さらに発生する蒸気が飽和蒸気であるため途中で凝縮しアノードまで届かないものも生じる。
【0008】
本発明は上述の問題点に鑑みてなされたもので、要求される蒸気量に対応でき、過熱蒸気を発生することのできる蒸気発生装置を提供することを目的とする。
【0009】
上記目的を達成するため、本発明によると、小孔を有し上下方向に間隔を設けて配置された複数の蒸発皿と、該蒸発皿を格納する格納容器と、該格納容器を貫通して最上部の蒸発皿に水を供給する給水管と、前記格納容器に設けられた蒸気取出管と、前記格納容器の周囲に設けられ内部を加熱する加熱装置と、を備え、前記蒸発皿に設けられた小孔の数は上方の蒸発皿より下方の蒸発皿にゆくに従い少なくなり、最下層の蒸発皿には小孔が設けられておらず、前記給水管に設けられ、給水管が供給する水の量を水が最下層の蒸発皿に溜まらないように制御する流量制御弁と、前記給水管に設けられ、給水管が供給する水の量を計量する流量計と、をさらに備えることを特徴とする蒸気発生装置が提供される。
【0010】
また、本発明の好ましい実施形態によると、前記蒸気取出管は、燃料電池のアノードに接続され、蒸気取出管から得られる水蒸気は、該燃料電池の脱脂工程に用いられ、前記加熱装置は、水蒸気がアノードに到達するまでに凝縮しないように前記格納容器の内部を加熱する。
【0012】
【作用】
請求項1の発明によると、加熱装置により格納容器内および各蒸発皿は加熱される。最上部の蒸発皿に供給された水は、一部はそこで蒸発し他は小孔より下の蒸発皿に落下し、同様にして落下してゆくにつれ蒸発してゆく。蒸発皿の小孔を通り落下する水滴の量は下にゆくほど少なくなるので、小孔の数もこれに応じて少なくしてゆく。最下層の蒸発皿には小孔を設けないこと構成にし、流量制御弁が、給水管が供給する水の量を水が最下層の蒸発皿に溜まらないように制御することにより、蒸発皿上で全ての水分を蒸発させることができる。格納容器内の温度を発生蒸気の加熱温度とすることにより発生した蒸気は加熱蒸気となり蒸気取出管から取り出される。また、供給された水を流量計により計量し、発生した蒸気は加熱蒸気となって目的地(例えば、アノード)に到達するよう加熱温度を設定すれば、計量した量の蒸気を目的物(アノード)に供給することができる。
【0013】
請求項2の発明によると、蒸気取出管は、燃料電池のアノードに接続され、蒸気取出管から得られる水蒸気は、該燃料電池の脱脂工程に用いられ、加熱装置は、水蒸気がアノードに到達するまでに凝縮しないように前記格納容器の内部を加熱するので、供給された純水は全て蒸発し加熱蒸気となってアノードに到達する。これにより、例えば流量計により水蒸気発生装置に供給される水の量を計量することで計量値がアノードに供給される水蒸気量になる。
【0015】
【実施例】
以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する。各図において、共通部分には同一の符号を使用する。図1は、実施例の蒸気発生装置を示し、(A)は断面図、(B)は(A)のX−X断面図である。20は蒸気発生装置を示す。21は格納容器で円筒より構成され、内部に底部を貫通して給水管22が設けられ、先端より少し下がった位置より蒸発皿24がほぼ等間隔で取付けられている。各蒸発皿24の中心を給水管22が貫通し、各蒸発皿24には小孔25が多数設けられている。この小孔25の数は上段より下段にゆくに従い少なくなり、最下段では零となっている。格納容器21の頂部には蒸気取出管26が設けられている。格納容器21の周囲には電気ヒータ27が設けられ、内部を過熱状態にする。なお電気ヒータ27の代わりにガスまたは液体バーナを用いることもできる。給水管22には流量制御弁23と給水量を計量する流量計28が設けられ、予め設定した流量となるように流量制御弁23を制御する。
【0016】
図2は実施例の蒸気発生装置20を燃料電池発電装置に取付けたブロック図である。蒸気発生装置20は燃料電池12のアノードAに接続される。接続時期は発電開始前の脱脂工程であり、脱脂後取り外す。燃料電池発電装置は、天然ガス等を水蒸気8と混合した燃料ガス1を水素を含むアノードガス2に改質する改質器10と、炭酸ガスと酸素を含むカソードガス3と水素を含むアノードガス2とから発電する燃料電池12とを備えており、改質器10で作られるアノードガス2は燃料電池12に供給され、燃料電池12の内でその大部分を消費してアノード排ガス4となり、燃焼用ガスとして改質器10の燃焼室Coへ供給される。
【0017】
改質器10ではアノード排ガス4中の可燃成分(水素、一酸化炭素、メタン等)を燃焼室Coで燃焼して高温の燃焼ガスを生成し、この燃焼ガスにより改質室Reを加熱し、改質室Reで改質触媒により燃料ガス1を改質してアノードガス2とする。アノードガス2は燃料電池12のアノードAに供給される。また燃焼室Coを出た燃焼排ガス5は空気予熱器13で冷却された後、凝縮器14及び気水分離器15により水分を除去され、低温ブロワ16で加圧され、空気6と合流してカソードガス3となる。このカソードガス3はカソードC内をカソード循環ブロワ19により循環し電池反応により発生した熱を除去する。カソードガス3は燃料電池12内で一部が反応して高温のカソード排ガス7となり、その一部は改質器10の燃焼室Coへ供給され、他の一部は空気6を圧縮するタービン圧縮機17で動力を回収した後、さらに排熱回収蒸気発生装置18で熱エネルギを回収して系外に排出される。なお、この排熱回収蒸気発生装置18で発生した水蒸気8が天然ガスと混合されて燃焼ガス1となる。
【0018】
次に図1に示す蒸気発生装置20の動作について説明する。電気ヒータ27により格納容器21内を過熱状態にし、給水管22より純水を供給する。供給量は最下段の蒸発皿24に水が溜まらない程度がよい。水の供給量は蒸気発生量となるので、蒸発皿24の寸法と段数は、計画量の水が供給された場合、最下段の蒸発皿24に水が溜まらない程度となるように決められている。これにより各蒸発皿24より発生した蒸気は格納容器内で過熱蒸気になり、アノードAに供給される。過熱の温度はアノードAに到達するまでに凝縮しないように設定する。水の供給量は流量計28により計量される。供給された純水は全て蒸発し過熱蒸気となってアノードAに到達するので水の計量値が蒸気供給量となる。
【0019】
【発明の効果】
以上の説明より明らかなように、本発明は格納容器内に複数の蒸発皿を上下方向に所定の間隔で設け、蒸発皿には小孔を設けて各蒸発皿に水が伝わるようにし、最上段の蒸発皿へ水を供給するようにして格納容器を加熱し、過熱蒸気を発生するようにしたので、水の供給量に応じて過熱蒸気を発生することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例の蒸気発生装置を示し、(A)は断面図、(B)は(A)のX−X断面図である。
【図2】実施例の蒸気発生装置を燃料電池発電装置に接続した場合のブロック図を示す。
【図3】溶融炭酸塩型燃料電池の模式的構造を示す図である。
【図4】従来の小規模な蒸気発生装置を示す図である。
【符号の説明】
1 燃料ガス
2 アノードガス
3 カソードガス
4 アノード排ガス
5 燃焼排ガス
6 空気
7 カソード排ガス
8 水蒸気
10 改質器
12 燃料電池
13 空気予熱器
14 凝縮器
15 気水分離器
16 低温ブロワ
17 タービン圧縮機
18 排熱回収蒸気発生装置
19 カソード循環ブロワ
20 蒸気発生装置
21 格納容器
22 給水管
23 流量制御弁
24 蒸発皿
25 小孔
26 蒸気取出管
27 電気ヒータ
28 流量計
Co 燃焼室
Re 改質室[0001]
[Industrial applications]
The present invention relates to a steam generator that generates a small amount of superheated steam, and more particularly to a steam generator that injects steam in a degreasing step of a power generation pretreatment step of a molten carbonate fuel cell.
[0002]
[Prior art]
Molten carbonate fuel cells have features that are not found in conventional power generators, such as high efficiency and little impact on the environment, and have attracted attention as a power generation system following hydro, thermal and nuclear power. Is underway.
[0003]
FIG. 3 is a schematic structural view of a molten carbonate fuel cell. As shown in the figure, the
[0004]
After such a molten carbonate fuel cell is assembled in a factory and installed on site, a pretreatment process for generating power includes a degreasing process for the
[0005]
FIG. 4 shows a conventional steam generator used in a degreasing process of a small molten carbonate fuel cell having an output of about 1 to 10 kW.
[0006]
When heated by the
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
The steam generator shown in FIG. 4 is suitable for a small-scale molten carbonate fuel cell to be performed in a laboratory, but if it exceeds 100 kW, the required amount of steam increases, and it is possible to cope with this. Disappears. Also, the pressure loss when the anode gas passes through the water increases. Further, since the generated steam is a saturated steam, some of the steam condenses on the way and does not reach the anode.
[0008]
The present invention has been made in view of the above-described problems, and has as its object to provide a steam generator capable of generating a superheated steam that can cope with a required amount of steam.
[0009]
To achieve the above object, according to the present invention, a plurality of evaporating dishes having small holes and arranged at intervals in the vertical direction, a storage container for storing the evaporating dishes, and a penetrating through the storage container are provided. A water supply pipe for supplying water to an uppermost evaporating dish, a steam take-out pipe provided in the containment vessel, and a heating device provided around the containment vessel for heating the inside; provided in the evaporating dish The number of provided small holes decreases as the position goes down from the upper evaporating dish to the lower evaporating dish. The lowermost evaporating dish is not provided with the small holes, but is provided in the water supply pipe and supplied by the water supply pipe. A flow control valve that controls the amount of water so that water does not collect in the lowermost evaporating dish, and a flow meter that is provided in the water supply pipe and measures the amount of water supplied by the water supply pipe, is further provided. A steam generator is provided that features.
[0010]
Further, according to a preferred embodiment of the present invention, the steam extraction pipe is connected to an anode of a fuel cell, and steam obtained from the steam extraction pipe is used in a degreasing step of the fuel cell. The interior of the containment vessel is heated so that it does not condense until it reaches the anode.
[0012]
[Action]
According to the first aspect of the present invention, the inside of the storage container and each evaporating dish are heated by the heating device. Some of the water supplied to the uppermost evaporating dish evaporates there, and the other falls to the evaporating dish below the small hole, and similarly evaporates as it falls. Since the amount of water droplets falling through the small holes of the evaporating dish decreases as it goes down, the number of small holes decreases accordingly. The lowermost evaporating dish has no small holes, and the flow control valve controls the amount of water supplied by the water supply pipe so that water does not collect in the lowermost evaporating dish. Can evaporate all the water. The steam generated by setting the temperature in the storage container to the heating temperature of the generated steam becomes heated steam and is taken out from the steam extraction pipe. Also, if the supplied water is measured by a flow meter and the generated steam becomes heating steam and the heating temperature is set so as to reach the destination (for example, anode), the measured amount of steam can be measured. ) Can be supplied.
[0013]
According to the invention of claim 2, the steam extraction pipe is connected to the anode of the fuel cell, and the steam obtained from the steam extraction pipe is used in the degreasing step of the fuel cell, and the heating device causes the steam to reach the anode. Since the inside of the storage container is heated so as not to be condensed by the time, all the supplied pure water evaporates and becomes heated steam and reaches the anode. Thus, for example, by measuring the amount of water supplied to the steam generator by the flow meter, the measured value becomes the amount of water vapor supplied to the anode.
[0015]
【Example】
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In each drawing, the same reference numerals are used for common parts. FIG. 1: shows the steam generator of an Example, (A) is sectional drawing, (B) is XX sectional drawing of (A).
[0016]
FIG. 2 is a block diagram in which the
[0017]
In the
[0018]
Next, the operation of the
[0019]
【The invention's effect】
As is clear from the above description, in the present invention, a plurality of evaporating dishes are provided in the storage container at predetermined intervals in the vertical direction, and the evaporating dishes are provided with small holes so that water can be transmitted to each evaporating dish. Since the storage container is heated by supplying water to the upper evaporating dish to generate superheated steam, superheated steam can be generated according to the supply amount of water.
[Brief description of the drawings]
1A and 1B show a steam generator according to an embodiment, in which FIG. 1A is a cross-sectional view, and FIG. 1B is a cross-sectional view of FIG.
FIG. 2 is a block diagram showing a case where the steam generator of the embodiment is connected to a fuel cell power generator.
FIG. 3 is a diagram showing a schematic structure of a molten carbonate fuel cell.
FIG. 4 is a diagram showing a conventional small-scale steam generator.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fuel gas 2 Anode gas 3 Cathode gas 4 Anode exhaust gas 5 Combustion exhaust gas 6 Air 7 Cathode exhaust gas 8
Claims (2)
前記蒸発皿に設けられた小孔の数は上方の蒸発皿より下方の蒸発皿にゆくに従い少なくなり、最下層の蒸発皿には小孔が設けられておらず、
前記給水管に設けられ、給水管が供給する水の量を水が最下層の蒸発皿に溜まらないように制御する流量制御弁と、
前記給水管に設けられ、給水管が供給する水の量を計量する流量計と、をさらに備えることを特徴とする蒸気発生装置。A plurality of evaporating dishes having small holes and arranged at intervals in the vertical direction, a storage container for storing the evaporation dishes, and a water supply pipe penetrating the storage container and supplying water to an uppermost evaporating dish And, a steam extraction pipe provided in the containment vessel, and a heating device provided around the containment vessel and heating the inside ,
The number of small holes provided in the evaporating dish is reduced as the number of the small holes goes down from the upper evaporating dish to the lower evaporating dish, and the lowermost evaporating dish is not provided with the small holes,
A flow control valve that is provided in the water supply pipe and controls the amount of water supplied by the water supply pipe so that water does not accumulate in the lowermost evaporating dish.
A steam generator , further comprising: a flow meter provided in the water supply pipe, for measuring an amount of water supplied by the water supply pipe .
前記加熱装置は、水蒸気がアノードに到達するまでに凝縮しないように前記格納容器の内部を加熱することを特徴とする請求項1に記載の蒸気発生装置。 The steam generator according to claim 1, wherein the heating device heats the inside of the storage container so that the steam does not condense before reaching the anode.
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