JP4158468B2 - Fuel cell power generation system - Google Patents
Fuel cell power generation system Download PDFInfo
- Publication number
- JP4158468B2 JP4158468B2 JP2002278484A JP2002278484A JP4158468B2 JP 4158468 B2 JP4158468 B2 JP 4158468B2 JP 2002278484 A JP2002278484 A JP 2002278484A JP 2002278484 A JP2002278484 A JP 2002278484A JP 4158468 B2 JP4158468 B2 JP 4158468B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- water
- fuel cell
- power generation
- generation system
- tank
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- 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
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池で発生する熱を、循環水に熱交換して排熱する燃料電池発電システムに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、炭化水素系の原燃料を利用して発電を行う燃料電池発電システムがある。このシステムでは、燃料電池が、酸素を含むガスと改質ガスとを電気化学的に反応させることで、電気を発生させている。この電気化学的反応は発熱を伴うため、燃料電池は電気を発生するにつれて高温になっていく。しかしながら、燃料電池は、一定温度のもとで、より効率的に電気を発生させることができる。そのため、発生した熱を燃料電池から排出するようにしないと、発電効率が低下してしまうことがある。例えば、燃料電池の中でも、取り扱い性の良さから注目度が高い固体高分子型の燃料電池では、70〜80℃程度が効率的に発電できる温度である。
【0003】
燃料電池を冷却して一定温度に保つ方法の一つに、流体状の熱媒体、例えば純水を利用するものがある。これは、燃料電池内部に、燃料電池と熱交換可能な流路を形成し、その流路内に純水を通すことで、燃料電池と純水とに熱交換させ、燃料電池を冷却するようにしている。またこの方法では、純水を一度利用するだけで廃棄することは少なく、純水の流路を環状に形成し、その環状の流路内を何度も繰り返し循環させるようにして利用することが多い。
【0004】
しかしながら、純水のような低導電率の熱媒体を用いた場合であっても、何度も循環させて繰り返し用いていると、燃料電池や流路、その他の構成部材の成分が、不純物として純水内に溶出してきて、純水の導電率を高くしてしまうことがある。純水の導電率が高くなると、燃料電池の破損、発電能力の低下等の問題を引き起こす可能性があるため、定期的もしくは連続的に熱媒体を浄化して、熱媒体の導電率を低く維持することが必要となる。
【0005】
このような熱媒体の浄化対策を施したものとして、図11に示すような燃料電池発電システムがある(例えば、特許文献1参照)。このものは、図11に示すように、浄化した水の流れる循環流路31を環状に形成すると共に、その循環流路31の一部に、新液を補給する水タンク91を形成している。この浄化した水(以下、循環水)は、循環流路31内を何度も繰り返し流れ、燃料電池1を冷却する。循環水は、循環流路31内を繰り返し流れるうちに、次第に不純物が混ざり始め、導電率が高くなってくる。そのときには、循環水の一部を循環流路31から排出する。そして、その排出した循環水の量に相当する水量の低導電率の新液を、循環流路31の一部をなす水タンク91に、市水を貯めた貯水タンク92から補給する。これにより、導電率の高くなった循環水は、低導電率の新液と混合することで、再びその導電率が低くなる。このような浄化対策を施すことにより、循環水の導電率を高くすることなく、低導電率に維持することが可能となり、燃料電池1に安定して発電を行わせることができる。
【0006】
【特許文献1】
特開2002−134126号公報
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このものでは、水タンク91が循環流路31の一部をなしているため、水タンク91に新液を補給した場合、高温の循環水中に、その循環水より低温の浄化水が混合することになるので、水タンク91内の水温が急激に低下してしまうことになる。燃料電池1は一定温度において、より効率的に発電できるので、このような水温変動が発生すると、発電が著しく不安定になってしまうことがある。
【0008】
そこで、本発明は上記問題点に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、より安定して発電することのできる燃料電池発電システムを提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
請求項1に係る発明の燃料電池発電システムは、燃料電池で発生した熱を、循環流路内を流れる循環水に熱交換させて排出すると共に、その循環水の一部を循環流路から排水しつつ、その排水した循環水の水量に相当する水量の新液を循環流路内に導入する燃料電池発電システムにおいて、上記循環流路外に配設され、新液を収容する水タンクと、上記水タンク及び上記循環流路を連通する導入流路とを備え、上記水タンクは、その壁面の一部が開放され当該開放部を通じて大気と連通すると共に、上記循環流路からの循環水の排水量に相当する水量の新液を、上記導入流路を介して上記循環流路に導入することを特徴とする。
【0010】
請求項2に係る発明の燃料電池発電システムは、請求項1に記載の燃料電池発電システムにおいて、上記燃料電池に導入する改質ガス、又は上記燃料電池が排出する排ガス中に含有される水成分を気水分離すると共に、その気水分離した水成分を上記水タンクに供給する気水分離器と、上記循環流路に導入する新液を浄化する浄化装置をも設けたことを特徴とする。
【0011】
請求項3に係る発明の燃料電池発電システムは、請求項1又は請求項2に記載の燃料電池発電システムにおいて、上記水タンクは、その壁面の上面に上記開放部を有することを特徴とする。
【0012】
請求項4に係る発明の燃料電池発電システムは、請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の燃料電池発電システムにおいて、上記水タンクに収容した新液の水位を検出する水位検出手段をも設けたことを特徴とする。
【0013】
請求項5に係る発明の燃料電池発電システムは、請求項1乃至請求項4のいずれかに記載の燃料電池発電システムにおいて、上記循環流路から排水する循環水の水量に応じて、新液を上記水タンクに補給することを特徴とする。
【0014】
請求項6に係る発明の燃料電池発電システムは、請求項1乃至請求項5のいずれかに記載の燃料電池発電システムにおいて、上記導入流路内の新液、又は上記水タンクに補給する新液を加熱する加熱手段をも設けたことを特徴とする。
【0015】
請求項7に係る発明の燃料電池発電システムは、請求項6に記載の燃料電池発電システムにおいて、上記加熱手段は、上記燃料電池のカソードが排出する空気、又はアノードが排出する排ガスと熱交換して、上記導入流路内の新液、又は上記水タンクに補給する新液を加熱することを特徴とする。
【0016】
請求項8に係る発明の燃料電池発電システムは、請求項6又は請求項7に記載の燃料電池発電システムにおいて、上記加熱手段は、上記排水流路から排水する循環水と熱交換して、上記導入流路内の新液、又は上記水タンクに補給する新液を加熱することを特徴とする。
【0017】
請求項9に係る発明の燃料電池発電システムは、請求項6乃至請求項8のいずれかに記載の燃料電池発電システムにおいて、上記加熱手段は、上記循環流路内の循環水と熱交換して、上記導入流路内の新液、又は上記水タンクに補給する新液を加熱することを特徴とする。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図示例と共に説明する。
【0019】
本発明に係わる燃料電池発電システムの第1の実施の形態を、図1を参照して以下に説明する。図1において、1は燃料電池、11は燃料電池1のカソード(空気極)、12は燃料電池1のアノード(燃料極)、31は循環流路、13は燃料電池1内部に形成されて循環流路31の一部をなす冷却流路、21は開放系の水タンク、32は水タンク21と循環流路31とを連通する導入流路、33は循環流路31から排出する循環水が通過する排水流路、61は改質装置、62は循環流路31内の循環水から熱を回収する熱回収装置を示している。
【0020】
開放系の水タンク21は、中空形状のタンクであって、その上面が大気に開放してある。すなわち、そのタンク上面の開放部を介して、タンク内外が連通する状態にしてある。そのため、水タンク21に新液を収容した場合、その新液にかかる気圧は大気圧になる。なお、開放部は、必ずしもタンク上面に設ける必要はなく、タンクの周壁の一部に設けるようにしてもよいが、その開放部は、水タンク21の上部側に位置するほど、水タンクの貯水量が大きくなり好ましい。もし、開放部が水タンク21の下部側にあれば、その開放部から新液が流れ出てしまい、貯水できる水量が少なくなってしまう。
【0021】
一方、水タンク21の下面には、導入流路32に接続する孔を設けている。すなわち、この孔を介して、水タンク21内に貯留した新液を導入流路32内に流すようにしている。なお、この導入流路32を接続する孔の位置は、必ずしもタンク下面に設ける必要はなく、タンクの周壁に設けるようにしてもよいが、開放部の位置よりも下面側であり、好ましくは、水タンク21の下面近傍である。このように、開放系の水タンク21内に新液を収容するようにしたので、新液を水タンク21から排水するとき、ポンプなどを使用することなく、水タンク21の下部に設けた孔から自然に流出する。
【0022】
また、このようにして形成した開放系の水タンク21は、図1に示すように、循環流路31の外側に設ける、すなわち、循環流路31を流れる循環水が、水タンク21に流れ込むことがないようにしており、循環流路31と水タンク21とは導入流路32を介して連通させている。これにより、水タンク21に新液を補給した際に、循環流路31内に一度に導入してしまうことを防止できる。
【0023】
以下、本実施形態の燃料電池発電システムの動作について説明する。まず、炭化水素系の原燃料を、改質装置61に供給すると、その原燃料を水蒸気改質反応により、水素リッチな改質ガスに改質して燃料電池1のアノード12に供給する。また、カソード11には、電気化学的反応に必要な、酸素を含むガス又は空気を、例えば送風機により供給する。燃料電池1は、アノード12とカソード11との間で、改質ガスと酸素とを電気化学的に反応させ、電気を発生させる。この電気の発生と共に熱も発生するが、さらに二酸化炭素、水蒸気、窒素等を含有する排ガスも発生する。
【0024】
この電気化学的反応により発生した熱が、燃料電池1を高温にするが、燃料電池1内部の冷却流路13を流れる循環水が、燃料電池1の高温になった部分と熱交換することにより、燃料電池1から熱を奪う。これにより、燃料電池1の温度は低下し、継続して効率よく発電を行うことができる。
【0025】
冷却流路13内で、燃料電池1と熱交換して高温になった循環水は、熱回収装置62を通過するときに、熱回収されて水温が低下する。そして、再び燃料電池1に向かって循環流路31内を流れるが、その循環水の一部を排水流路33から排出する。この循環水の排水動作により、循環流路31内は、排水前に比較して循環水の水量が減るため、水圧が下がる。この水圧の低下に応じて、水タンク21内の新液が導入流路32を介して、循環流路31に導入される。水タンク21は開放系であるので、新液にかかっている圧力は大気圧である。従って、循環流路31内の水圧低下を補う新液の水量は、循環水の排水量に相当するものとなる。すなわち、この燃料電池システムでは、循環水の排水動作に対応して、循環水の排水量に相当するだけの新液が、循環流路31内に自然に導入するようになっている。このようにすることで、循環流路31内に、大量の新液を一気に導入することなく、必要なだけの新液を、排水量に対応させて導入することができるので、循環水の温度を急激に低下させることがなく、循環水の体積変化を緩衝することも可能で、燃料電池1を始めとした循環流路31の構成材料を、破損から保護することができる。このようにして、循環流路31内から古い循環水を少しづつ排水すると共に、その排水量に応じて水タンク21内の新液を、循環流路31内に導入するので、循環水を常に低導電率に維持することができ、安定して発電させることが可能となる。
【0026】
なお、循環水の排水動作は、連続的でも断続的でもどちらでも構わないが、連続的に行えば、新液も水タンク21から循環流路31内に連続的に導入することになるので、循環水の水温変動をより小さく抑えることができ、好ましい。逆に断続的に排水動作を行うようにすれば、新液も水タンク21から断続的に導入することになるので、連続的に排水する場合に比べて、新液の消費量をより少なくすることができ、好ましい。
【0027】
また、水タンク21に収容する新液は、浄化水以外でも、低導電率の熱媒体であればどのようなものでも良く、例えば、不純物等が少ないイオン交換水、純水を用いることができる。
【0028】
また、熱回収装置62の熱交換の能率を制御するようにすれば、循環水の水温を制御することができ、好ましい。
【0029】
上記のように、水タンク21を循環流路31の外に設けたので、循環水の水温の変動を低減することが可能となり、燃料電池1に安定して発電動作させることが可能となる。
【0030】
(第2実施形態)
本発明の燃料電池発電システムに係る第2の実施の形態について、図2を参照して以下に説明する。本実施形態で、第1実施形態と異なる点は、アノード12及びカソード11が排出する排ガスの排気流路34に気水分離器51を設けると共に、導入流路32の途中にイオン交換樹脂槽22を設けていることである。
【0031】
アノード12及びカソード11が排出する排ガスは、高温状態であると共に、改質ガスや空気、電気化学的反応により発生した水蒸気、窒素等を含有している。そこで、この高温状態の排ガスの温度を、例えば熱交換器52で調整すると、含有していた水成分が凝縮するので、この凝縮水を気水分離器51で気水分離する。そして、この気水分離した凝縮水を水タンク21に補給して、新液として再利用する。しかし、凝縮水は若干のイオンを含んでいるので、そのまま循環流路31内に導入すると、循環水の導電率を高くしてしまう。そこで、導入流路32にイオン交換樹脂槽22を設け、導入流路32を通過する新液の脱イオン化処理をする。これにより、脱イオン化した凝縮水を循環流路31内に導入することができるので、水タンク21に補給する浄化水の補給量を、その凝縮水分だけ減少させることが可能になると共に、循環水の水温の変動を低減することが可能となり、燃料電池1に安定して発電動作させることが可能となる。
【0032】
なお、イオン交換樹脂槽22の浄化方法は、物理的浄化方法や化学的浄化方法などあり、特に限定するものはないが、メッシュや中空紙膜などを用いた粒子成分の除去と、物理的なイオン交換樹脂を用いてのイオン成分の除去とを組み合わせて行っている。
【0033】
また、本実施形態の別の形態としては、図3に示すように、気水分離器51を設ける位置を、アノード12及びカソード11の排ガスの排気流路34から、改質装置61が排出する改質ガスの燃料流路35に変更したものもある。このものでは、改質ガスの温度を、例えば熱交換器52で調整した際に凝縮する凝縮水を、気水分離器51で気水分離し、その気水分離した凝縮水を水タンク21に補給するようにしている。そして、水タンク21に収容した新液を、イオン交換樹脂槽22を通してから循環流路31に導入するようにしているので、脱イオン化して清浄にした凝縮水を循環流路31内に導入することができ、その凝縮水の分だけ、水タンク21への浄化水の補給量を低減することが可能となると共に、循環水の水温の変動を低減することが可能となり、燃料電池1に安定して発電動作させることが可能となる。
【0034】
(参考例)
本発明の燃料電池発電システムに係る参考例について、図4を参照して以下に説明する。本参考例で、第1実施形態と異なる点は、水タンク21と循環流路31とを連通する導入流路32に、水を送出するポンプ41を設けていることである。なお、第1実施形態と同じものには同じ符号を付している。
【0035】
このように、導入流路32にポンプ41を設けることで、安定して循環流路31内に新液を導入することが可能となり、循環水の温度をより一定に保つことが可能になると共に、循環水の水温の変動を低減することが可能となり、燃料電池1に安定して発電動作させることが可能となる。
【0036】
また、ポンプ41の送出量を制御できるようにすれば、循環流路31内に導入する新液の水量を自由に変更することが可能となり、例えば、新液の導入量を多くするようにすれば、循環流路31内の圧力が、大きく増加するので、その増加圧力を戻すように、排水流路33から大量の循環水を排水する。これにより、循環流路31内における循環水中の新液の率が高くなるので、循環水の導電率をより低く保つことができる。逆に、新液の導入量を少なくするようにすれば、循環流路31内の圧力増加が小さいので、排水流路33からの排水量も少なくなり、導電率を大きく低減させるには至らないものの、新液の消費量を低減することが可能となる。
【0037】
本参考例の別の形態としては、図5に示すようにポンプ41の位置を、導入流路32から排水流路33に変更したものもある。このように、ポンプ41を排水流路33に設けるようにすれば、排出する循環水の量を制御することができる。例えば、排水量を多くすれば、循環流路31内の負圧が大きくなるので、その負圧を戻すように、水タンク21から大量の新液を導入する。これにより、循環流路31内の新液量が多くなり、循環水の導電率を低くすることが可能となる。逆に、排水量を少なくすれば、循環流路31内の負圧も小さくなり、新液の導入量も減少するので、新液の消費量を低減することが可能となる。このように、排水する循環水の量を制御することは、間接的には、新液の導入量を制御していることになるので、この場合も、安定して循環流路31内に新液を導入することが可能となり、循環水の温度をより一定に保つことが可能になると共に、循環水の水温の変動を低減することが可能となり、燃料電池1に安定して発電動作させることが可能となる。
【0038】
(第3実施形態)
本発明の燃料電池発電システムに係る第3の実施の形態を、図6を参照して以下に説明する。本実施形態で、第1実施形態と異なる点は、水タンク21内の水位を検出する水位検出手段24と、水位検出手段24が検出した水位に応じて、水タンク21に補給する浄化水の水量を制御する水量制御手段25を設けたことである。なお、第1実施形態と同じものには同じ符号を付している。
【0039】
水量制御手段25は、水タンク21に補給する浄化水の補給流路36に配置してあり、その流路内の水の流れを遮断弁により、流通/遮蔽自在に変更する。このように、水タンク21内の水位に応じて、水タンク21に補給する浄化水の水量を制御するようにすれば、水タンク21内の新液の水量を略一定範囲内に維持することが可能となり、循環流路31に安定して新液を導入することができると共に、循環水の水温の変動を低減することが可能となり、燃料電池1に安定して発電動作させることが可能となる。
【0040】
なお、水位検出手段24には、水位を検出することができるものであれば、どのようなものでもよく、例えば、フロート式や光学式の水位センサを用いることができるが、より簡単に、水位の高低だけを検出できるようなものでもよい。
【0041】
また、本実施形態の別の形態としては、排水流路33から排水する循環水の排水量に応じて、水タンク21に新液を補給するようにしたものがある。このものは、排水流路33に水量計を配設すると共に、その水量計で測定した結果に応じて遮断弁の開閉時間を制御するポンプを備えて構成している。すなわち、ポンプから水タンク21に送出する水の水圧と、その断面積から、1秒間あたりの送出水量を算出できるので、遮断弁の開放時間を、水量計の測定結果に対応させて調節するようにしている。このようにすれば、排水する水量と、水タンク21に補給する水量とを略一致させることができ、循環水を循環流路31内に安定して導入することが可能になると共に、循環水の水温の変動を低減することが可能となり、燃料電池1に安定して発電動作させることが可能となる。
【0042】
(第4実施形態)
本発明の燃料電池発電システムに係る第4の実施の形態を、図7を参照して以下に説明する。本実施形態で、第1実施形態と異なる点は、燃料電池1のカソード11が排出する排ガスの排気流路34に設けた熱交換器52と、導入流路32に設けた熱交換器54とを備えることである。
【0043】
熱交換器52は、カソード11が排出する高温状態の排ガスと熱交換することで、その排ガスから熱を奪い、熱交換器54に伝熱する。熱交換器54は、熱交換器52から得た熱を、導入流路32を通過する新液に付与し、その新液を加熱する。このようにすることで、循環水に比較すれば低温の新液を、循環流路31内に導入する前に加熱して、循環水の水温に近づけることができるので、新液の導入による循環水の水温変動をより低減することが可能となると共に、燃料電池発電システム全体において熱を効率的に利用することが可能となり、新液の加熱にかかるエネルギーをより低減させることが可能になると共に、循環水の水温の変動を低減することが可能となり、燃料電池1に安定して発電動作させることが可能となる。
【0044】
また、本実施形態の別の形態として、図8に示すように熱交換器52を、カソード11が排出する排ガスの排気流路34から、アノード12が排出する排ガスの排気流路34に変更したものがある。このようにしても、新液の加熱にかかるエネルギーをより低減させることが可能になると共に、循環水の水温の変動を低減することが可能となり、燃料電池1に安定して発電動作させることが可能となる。
【0045】
なお、上記第4実施形態において、カソード11が排出する排ガスの排気流路34に熱交換器52を設けるだけでなく、アノード12が排出する排ガスの排気流路34にも熱交換器52を設けるようにすれば、二つの熱交換器52が熱交換した熱を、熱交換器54に伝えることが可能となるので、より効率的に新液を加熱することができ、好ましい。
【0046】
本実施形態のさらに別の形態として、図9に示すように、導入流路32及び排水流路33間で熱交換する熱交換器53を設けたものがある。これは、熱交換器53が、排水流路33を通過する、新液に比較すれば高温な循環水と熱交換して、その熱を奪うと共に、その奪った熱を導入流路32を通過する新液に付与して、加熱している。このようにすることでも、新液の加熱にかかるエネルギーをより低減させることが可能になると共に、循環水の水温の変動を低減することが可能となり、燃料電池1に安定して発電動作させることが可能となる。
【0047】
なお、本実施形態では、熱交換器52,53で奪った熱で、循環流路31への導入直前の新液を加熱するようにしていたが、熱交換器53,54を、水タンク21への浄化水の補給流路36に配設して、水タンク21に浄化水を補給する時点で、その浄化水に、熱交換器52,53で奪った熱を付与して加熱するようにしてもよい。
【0048】
(第5実施形態)
本発明の燃料電池発電システムに係る第5の実施の形態について、図10を参照して以下に説明する。本実施形態で、第1実施形態と異なる点は、循環流路31内を流れる循環水と熱交換する熱交換器52と、その熱交換器52で交換した熱を、水タンク21に補給する浄化水に付与して加熱する熱交換器54とを備えることである。
【0049】
このように形成することで、熱交換器52が、新液よりも高温な循環水から熱を奪い、その熱を水タンク21に補給する浄化水に付与して加熱するので、循環水と新液との水温の差を小さくすることができる。従って、その加熱した新液を循環流路31内に導入したときに、循環水の水温変動をより低減することが可能になると共に、循環水の水温の変動を低減することが可能となり、燃料電池1に安定して発電動作させることが可能となる。
【0050】
なお、本実施形態では、熱交換器52で奪った熱を、水タンク21に補給する浄化水に付与して加熱するようにしていたが、熱交換器54を導入流路32に配設して、熱交換器52で奪った熱を、導入流路32を通過する時点で、新液に付与して加熱するようにしてもよい。
【0051】
以上、本発明の好適な実施の形態を説明したが、本発明はこの実施の形態に限らず、種々の形態で実施することができる。
【0052】
【発明の効果】
上記のように本発明の請求項1に記載の燃料電池発電システムは、燃料電池で発生した熱を、循環流路内を流れる循環水に熱交換させて排出すると共に、その循環水の一部を循環流路から排水しつつ、その排水した循環水の水量に相当する水量の新液を循環流路内に導入する燃料電池発電システムにおいて、上記循環流路外に配設され、新液を収容する水タンクと、上記水タンク及び上記循環流路を連通する導入流路とを備え、上記水タンクは、その壁面の一部が開放され当該開放部を通じて大気と連通すると共に、上記循環流路からの循環水の排水量に相当する水量の新液を、上記導入流路を介して上記循環流路に導入するよう成したので、新液を循環流路内に導入したとき、循環水の水温変動を低減することができ、燃料電池に安定して発電させることが可能になる、という効果を奏する。
【0053】
本発明の請求項2記載の燃料電池発電システムによれば、請求項1の発明において、上記燃料電池に導入する改質ガス、又は上記燃料電池が排出する排ガス中に含有される水成分を気水分離すると共に、その気水分離した水成分を上記水タンクに供給する気水分離器と、上記循環流路に導入する新液を浄化する浄化装置をも設けたことを特徴とする。
【0054】
本発明の請求項3記載の燃料電池発電システムによれば、請求項1又は請求項2の発明において、上記水タンクは、その壁面の上面に上記開放部を有するので、水タンクの貯水量を大きくすることができるという効果を奏する。
【0055】
本発明の請求項4記載の燃料電池発電システムによれば、請求項1乃至請求項3のいずれかの発明において、上記水タンクに収容した新液の水位を検出する水位検出手段をも設けたので、上記の効果に加えて、循環流路に安定して新液を導入することが可能になる、という効果を奏する。
【0056】
本発明の請求項5記載の燃料電池発電システムによれば、請求項1乃至請求項4のいずれかに記載の発明において、上記循環流路から排水する循環水の水量に応じて、新液を上記水タンクに補給するので、上記の効果に加えて、循環水の水温変動をより低減することが可能になる、という効果を奏する。
【0057】
本発明の請求項6乃至請求項9記載の燃料電池発電システムによれば、請求項1乃至請求項5のいずれかに記載の発明において、新液を加熱手段により加熱してから循環流路内に導入するので、上記の効果に加えて、循環水と新液との水温差を小さくすることができ、循環水の水温変動をより低減することが可能になる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係わる燃料電池発電システムの第1の実施の形態を示す図である。
【図2】本発明に係わる燃料電池発電システムの第2の実施の形態を示す図である。
【図3】上記燃料電池発電システムにおける別の形態を示す図である。
【図4】 本発明に係わる燃料電池発電システムの参考例を示す図である。
【図5】上記燃料電池発電システムにおける別の形態を示す図である。
【図6】 本発明に係わる燃料電池発電システムの第3の実施の形態を示す図である。
【図7】 本発明に係わる燃料電池発電システムの第4の実施の形態を示す図である。
【図8】上記燃料電池発電システムにおける別の形態を示す図である。
【図9】上記燃料電池発電システムにおけるさらに別の形態を示す図である。
【図10】 本発明に係わる燃料電池発電システムの第5の実施の形態を示す図である。
【図11】従来の燃料電池発電システムを示す図である。
【符号の説明】
1 燃料電池
11 カソード
12 アノード
21 水タンク
22 イオン交換樹脂槽
24 水位検出手段
25 水量制御手段
31 循環流路
32 導入流路
33 排水流路
34 排気流路
35 燃料流路
36 補給流路
41 ポンプ
51 気水分離器
52,53,54 熱交換器[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a fuel cell power generation system that exhausts heat generated in a fuel cell by exchanging heat with circulating water.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, there is a fuel cell power generation system that generates power using a hydrocarbon-based raw fuel. In this system, a fuel cell generates electricity by electrochemically reacting a gas containing oxygen and a reformed gas. Since this electrochemical reaction is accompanied by heat generation, the fuel cell becomes hot as electricity is generated. However, the fuel cell can generate electricity more efficiently at a constant temperature. Therefore, unless the generated heat is discharged from the fuel cell, the power generation efficiency may be reduced. For example, in a fuel cell, a solid polymer type fuel cell, which has a high degree of attention due to good handleability, has a temperature at which about 70 to 80 ° C. can be efficiently generated.
[0003]
One method for cooling the fuel cell to keep it at a constant temperature is to use a fluid heat medium such as pure water. This is because a flow path capable of exchanging heat with the fuel cell is formed inside the fuel cell, and pure water is passed through the flow path to exchange heat between the fuel cell and pure water, thereby cooling the fuel cell. I have to. Also, with this method, it is rare to discard pure water once it is used, and it is possible to form a pure water flow path in an annular shape and use it by repeatedly circulating in the annular flow path. Many.
[0004]
However, even when a low-conductivity heat medium such as pure water is used, if it is circulated many times and repeatedly used, the components of the fuel cell, the flow path, and other components will become impurities. Elution into pure water may increase the conductivity of pure water. If the conductivity of pure water increases, it may cause problems such as damage to the fuel cell and a decrease in power generation capacity. Therefore, periodically or continuously purify the heat medium to keep the heat medium conductivity low. It is necessary to do.
[0005]
A fuel cell power generation system as shown in FIG. 11 is provided with such a heat medium purification measure (see, for example, Patent Document 1). As shown in FIG. 11, this circuit forms a
[0006]
[Patent Document 1]
JP 2002-134126 A
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, in this case, since the water tank 91 forms a part of the
[0008]
The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a fuel cell power generation system capable of generating power more stably.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In the fuel cell power generation system according to the first aspect of the present invention, heat generated in the fuel cell is discharged by exchanging heat with circulating water flowing in the circulation channel, and part of the circulating water is drained from the circulation channel. However, in the fuel cell power generation system that introduces a new amount of water corresponding to the amount of the drained circulating water into the circulation channel,A water tank that is disposed outside the circulation flow path and contains a new liquid; and an introduction flow path that communicates the water tank and the circulation flow path. The water tank has a part of its wall surface opened. In addition to communicating with the atmosphere through the open portion, a new amount of water corresponding to the amount of circulating water discharged from the circulation channel is introduced into the circulation channel through the introduction channel.
[0010]
A fuel cell power generation system according to a second aspect of the present invention is the fuel cell power generation system according to the first aspect, wherein the water component contained in the reformed gas introduced into the fuel cell or the exhaust gas discharged from the fuel cell. Air and water, and the water component separatedWaterAn air / water separator supplied to the tank and a purification device for purifying the new liquid introduced into the circulation flow path are also provided.
[0011]
The fuel cell power generation system according to claim 3 is the fuel cell power generation system according to
[0012]
A fuel cell power generation system according to a fourth aspect of the present invention is the fuel cell power generation system according to any one of the first to third aspects.WaterA water level detecting means for detecting the water level of the new liquid stored in the tank is also provided.
[0013]
A fuel cell power generation system according to a fifth aspect of the present invention is the fuel cell power generation system according to any one of the first to fourth aspects, wherein a new liquid is supplied according to the amount of circulating water drained from the circulation passage. UpWaterIt is characterized by replenishing the tank.
[0014]
A fuel cell power generation system according to a sixth aspect of the present invention is the fuel cell power generation system according to any one of the first to fifth aspects, wherein the fresh liquid in the introduction flow path or the topWaterA heating means for heating the new liquid to be supplied to the tank is also provided.
[0015]
A fuel cell power generation system according to a seventh aspect of the present invention is the fuel cell power generation system according to the sixth aspect, wherein the heating means exchanges heat with air exhausted from the cathode of the fuel cell or exhaust gas exhausted from the anode. New liquid in the introduction flow path, orWaterIt is characterized by heating a new liquid to be supplied to the tank.
[0016]
A fuel cell power generation system according to an eighth aspect of the present invention is the fuel cell power generation system according to the sixth or seventh aspect, wherein the heating means exchanges heat with circulating water drained from the drainage channel, and New liquid in the introduction flow path or aboveWaterIt is characterized by heating a new liquid to be supplied to the tank.
[0017]
A fuel cell power generation system according to a ninth aspect of the present invention is the fuel cell power generation system according to any one of the sixth to eighth aspects, wherein the heating means exchanges heat with the circulating water in the circulation flow path. , New solution in the introduction channel, or aboveWaterIt is characterized by heating a new liquid to be supplied to the tank.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0019]
A fuel cell power generation system according to a first embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG. In FIG. 1, 1 is a fuel cell, 11 is a cathode (air electrode) of the
[0020]
The
[0021]
On the other hand, a hole connected to the
[0022]
Further, as shown in FIG. 1, the
[0023]
Hereinafter, the operation of the fuel cell power generation system of this embodiment will be described. First, when a hydrocarbon-based raw fuel is supplied to the
[0024]
The heat generated by this electrochemical reaction raises the temperature of the
[0025]
In the
[0026]
The draining operation of the circulating water may be either continuous or intermittent, but if it is continuously performed, the new liquid is continuously introduced into the
[0027]
The new liquid stored in the
[0028]
In addition, it is preferable to control the heat exchange efficiency of the
[0029]
As described above, since the
[0030]
(Second Embodiment)
A second embodiment according to the fuel cell power generation system of the present invention will be described below with reference to FIG. The present embodiment is different from the first embodiment in that an air /
[0031]
The exhaust gas discharged from the
[0032]
The method for purifying the ion
[0033]
Moreover, as another form of this embodiment, as shown in FIG. 3, the
[0034]
(Reference example)
According to the fuel cell power generation system of the present inventionReference exampleIs described below with reference to FIG. BookReference exampleThus, the difference from the first embodiment is that a
[0035]
Thus, by providing the
[0036]
In addition, if the delivery amount of the
[0037]
BookReference exampleAs another form, the position of the
[0038]
(No.3Embodiment)
The fuel cell power generation system according to the present invention3This embodiment will be described below with reference to FIG. The present embodiment is different from the first embodiment in that the water level detection means 24 that detects the water level in the
[0039]
The water amount control means 25 is disposed in the
[0040]
The water
[0041]
Further, as another form of the present embodiment, there is one in which a new liquid is supplied to the
[0042]
(No.4Embodiment)
The fuel cell power generation system according to the present invention4This embodiment will be described below with reference to FIG. The present embodiment differs from the first embodiment in that a
[0043]
The
[0044]
As another form of the present embodiment, as shown in FIG. 8, the
[0045]
The above4In the embodiment, if the
[0046]
As another form of the present embodiment, there is one provided with a
[0047]
In the present embodiment, the new liquid immediately before being introduced into the
[0048]
(No.5Embodiment)
The fuel cell power generation system according to the present invention5This embodiment will be described below with reference to FIG. This embodiment is different from the first embodiment in that a
[0049]
By forming in this way, the
[0050]
In the present embodiment, the heat deprived by the
[0051]
The preferred embodiment of the present invention has been described above, but the present invention is not limited to this embodiment and can be implemented in various forms.
[0052]
【The invention's effect】
As described above, in the fuel cell power generation system according to
[0053]
According to the fuel cell power generation system of the second aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, the water component contained in the reformed gas introduced into the fuel cell or the exhaust gas discharged from the fuel cell is removed. In addition to water separation,WaterAn air / water separator supplied to the tank and a purification device for purifying the new liquid introduced into the circulation flow path are also provided.
[0054]
According to the fuel cell power generation system of claim 3 of the present invention, in the invention of
[0055]
According to a fuel cell power generation system of a fourth aspect of the present invention, in any one of the first to third aspects,WaterSince the water level detection means for detecting the water level of the new liquid stored in the tank is also provided, in addition to the above effects, there is an effect that the new liquid can be stably introduced into the circulation channel.
[0056]
According to the fuel cell power generation system according to claim 5 of the present invention, in the invention according to any one of
[0057]
According to the fuel cell power generation system according to claims 6 to 9 of the present invention, in the invention according to any one of
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a first embodiment of a fuel cell power generation system according to the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a second embodiment of a fuel cell power generation system according to the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing another embodiment of the fuel cell power generation system.
FIG. 4 shows a fuel cell power generation system according to the present invention.Reference exampleFIG.
FIG. 5 is a diagram showing another embodiment of the fuel cell power generation system.
FIG. 6 shows a fuel cell power generation system according to the present invention.3It is a figure which shows this embodiment.
FIG. 7 shows a fuel cell power generation system according to the present invention.4It is a figure which shows this embodiment.
FIG. 8 is a diagram showing another form of the fuel cell power generation system.
FIG. 9 is a diagram showing still another form of the fuel cell power generation system.
FIG. 10 shows a fuel cell power generation system according to the present invention.5It is a figure which shows this embodiment.
FIG. 11 is a diagram showing a conventional fuel cell power generation system.
[Explanation of symbols]
1 Fuel cell
11 Cathode
12 Anode
21 Water tank
22 Ion exchange resin tank
24 Water level detection means
25 Water volume control means
31 Circulation channel
32 Introduction channel
33 Drainage channel
34 Exhaust flow path
35 Fuel flow path
36 Supply channel
41 pump
51 Water separator
52, 53, 54 heat exchanger
Claims (9)
上記循環流路外に配設され、新液を収容する水タンクと、
上記水タンク及び上記循環流路を連通する導入流路とを備え、
上記水タンクは、その壁面の一部が開放され当該開放部を通じて大気と連通すると共に、
上記循環流路からの循環水の排水量に相当する水量の新液を、上記導入流路を介して上記循環流路に導入することを特徴とする燃料電池発電システム。 The heat generated in the fuel cell is discharged by exchanging heat with the circulating water flowing in the circulation channel, and a part of the circulating water is drained from the circulation channel and corresponds to the amount of the drained circulating water. In a fuel cell power generation system that introduces a new amount of water into the circulation channel,
A water tank disposed outside the circulation channel and containing a new liquid;
An introduction flow path communicating the water tank and the circulation flow path,
The water tank is partly open and communicates with the atmosphere through the open part.
A fuel cell power generation system, wherein a new amount of water corresponding to a drainage amount of circulating water from the circulation channel is introduced into the circulation channel via the introduction channel.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002278484A JP4158468B2 (en) | 2002-09-25 | 2002-09-25 | Fuel cell power generation system |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002278484A JP4158468B2 (en) | 2002-09-25 | 2002-09-25 | Fuel cell power generation system |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2004119098A JP2004119098A (en) | 2004-04-15 |
JP4158468B2 true JP4158468B2 (en) | 2008-10-01 |
Family
ID=32273749
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2002278484A Expired - Lifetime JP4158468B2 (en) | 2002-09-25 | 2002-09-25 | Fuel cell power generation system |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4158468B2 (en) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006236598A (en) * | 2005-02-22 | 2006-09-07 | Mitsubishi Materials Corp | Water recovery device for fuel cell power generator |
JP5501733B2 (en) * | 2009-10-30 | 2014-05-28 | Jx日鉱日石エネルギー株式会社 | Fuel cell system and its pure water replacement method |
KR101454290B1 (en) * | 2012-12-31 | 2014-10-27 | 두산중공업 주식회사 | Complex power generating system connected to the LNG Receiving terminal |
-
2002
- 2002-09-25 JP JP2002278484A patent/JP4158468B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2004119098A (en) | 2004-04-15 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP3722019B2 (en) | Fuel cell system | |
US7507487B2 (en) | Solid polymer fuel cell with reactant air humidified by a processed water tank | |
JP4915452B2 (en) | FUEL CELL SYSTEM AND CONTROL METHOD FOR FUEL CELL SYSTEM | |
WO2008016216A1 (en) | Fuel cell system and cooling control method thereof | |
JP2011023168A (en) | Fuel cell system | |
JP2010238485A (en) | Fuel cell generator, and operation method of fuel cell generator | |
JP2010238473A (en) | Fuel cell system | |
JP5383111B2 (en) | Fuel cell | |
JP5063189B2 (en) | Fuel cell device | |
JP2006093157A (en) | Solid polymer fuel cell system | |
JP5415168B2 (en) | Water electrolysis system | |
JP2008300058A (en) | Fuel cell device | |
JP4158468B2 (en) | Fuel cell power generation system | |
JP2008159467A (en) | Fuel cell device | |
JP2009009807A (en) | Fuel cell device | |
JP5178042B2 (en) | Fuel cell device | |
JP2003331901A (en) | Fuel cell generating system | |
JP2007066833A (en) | Fuel cell power generating system | |
US7514165B2 (en) | Fuel cell system fluid recovery | |
JP5282472B2 (en) | Operation method of fuel cell power generation system | |
JP2009076216A (en) | Fuel cell power generation system, and water circulating system thereof | |
JP2003217620A (en) | Solid polymer electrolyte fuel cell generator | |
JP2006147348A (en) | Fuel cell power generation device and water quality control method of the same | |
JP2006114413A (en) | Water quality management method of fuel cell generator | |
JP2004171974A (en) | Fuel cell system |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20050406 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20071025 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20080129 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20080222 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20080624 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20080707 |
|
R151 | Written notification of patent or utility model registration |
Ref document number: 4158468 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110725 Year of fee payment: 3 |
|
S533 | Written request for registration of change of name |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110725 Year of fee payment: 3 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110725 Year of fee payment: 3 |
|
S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313114 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110725 Year of fee payment: 3 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110725 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120725 Year of fee payment: 4 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130725 Year of fee payment: 5 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
EXPY | Cancellation because of completion of term |