JP5239994B2 - Fuel cell device - Google Patents
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Description
本発明は、電気化学反応により発電を行なう燃料電池装置に関する。 The present invention relates to a fuel cell device that generates power by an electrochemical reaction.
近年、新発電システムの一つとして、例えば特許文献1や特許文献2に開示されるように、発電が容易な燃料電池装置が考えられている。こうした燃料電池装置は、酸化器と、気体の電気化学反応により発電を行なう燃料電池などを、基本的な構成として備えている。また、上記基本的な構成において、各々の構成要素を円滑に動作させるために、改質装置や、燃料電池に送る水中の不要物を除去する浄化体や、イオン交換体などの、さまざまな補助機器が配置されている。
In recent years, as one of new power generation systems, as disclosed in, for example, Patent Document 1 and
しかし、上記構成において、酸化器に導入する気体は所定温度まで温度を変える必要があり、気体に含まれる蒸気の凝縮によって、凝縮水が発生する。この凝縮水が酸化器に流入すると、酸化反応を阻害して、一酸化炭素を十分に除去していない気体が燃料電池に供給されるから、当該凝縮水を排出する必要が生じる。また、気体の取出しと、酸化反応のための気体の取入れが必要なため、複雑な配管を必要とし、配管コストの増加と組立性の著しい悪化をもたらすという問題点を有していた。 However, in the above configuration, the temperature of the gas introduced into the oxidizer needs to be changed to a predetermined temperature, and condensed water is generated by condensation of the vapor contained in the gas. When this condensed water flows into the oxidizer, the oxidation reaction is hindered, and gas that does not sufficiently remove carbon monoxide is supplied to the fuel cell, so that it is necessary to discharge the condensed water. Further, since it is necessary to take out the gas and to take in the gas for the oxidation reaction, complicated piping is required, resulting in an increase in piping cost and a significant deterioration in assemblability .
本発明は上記問題点に鑑み、酸化反応を阻害することがなく、さらには配管に関するコストの低減を図ると同時に、組立性を犠牲にすることなく小型化が実現可能な燃料電池装置を提供することを、その第1の目的とする。 In view of the above problems, the present invention provides a fuel cell device that does not hinder the oxidation reaction, further reduces the cost of piping, and can be miniaturized without sacrificing assembly. This is the first purpose .
本発明の請求項1における燃料電池装置では、気体を熱交換器によって温度変更を行ない、この熱交換器で凝縮された水が分離器で分離および排出され、凝縮水を含まない気体が酸化器に導入される。したがって、酸化器に水が浸入して酸化反応を阻害するのを防止できる。 In the fuel cell device according to claim 1 of the present invention, the temperature of the gas is changed by the heat exchanger, the water condensed in the heat exchanger is separated and discharged by the separator, and the gas not containing the condensed water is oxidized. To be introduced. Therefore, it is possible to prevent water from entering the oxidizer and inhibiting the oxidation reaction.
本発明の請求項1または2における燃料電池装置では、分離器に導入された凝縮水と気体は、所定方向に導かれる過程で凝縮水だけが所定方向に流れ、気体だけが前記所定方向と異なる方向に排出され、酸化器に送り出される。よって、酸化器に水が浸入して酸化反応を阻害するのを確実に防止できる。
In the fuel cell device according to
本発明の請求項1における燃料電池装置では、気液分離後の気体の流路に、脱硫反応用の気体出口と、酸化反応用の気体入口とを一体に備えたことで、複雑な配管が不要になって簡素化され、配管コストの低減と組立性の向上が可能になると共に、小型化が可能になる。 In the fuel cell device according to claim 1 of the present invention, the gas flow path after gas-liquid separation is integrally provided with a gas outlet for desulfurization reaction and a gas inlet for oxidation reaction, so that complicated piping is provided. It becomes unnecessary and simplified, and it is possible to reduce the piping cost and improve the assemblability, and to reduce the size .
本発明の請求項1によれば、酸化反応を阻害することがない燃料電池装置を提供できる。 According to claim 1 of the present invention, it is possible to provide a fuel cell device that does not inhibit the oxidation reaction.
本発明の請求項1または2によれば、酸化器に水が浸入して酸化反応を阻害するのを確実に防止することが可能な燃料電池装置を提供できる。
According to
本発明の請求項1によれば、配管に関するコストの低減を図ると同時に、組立性を犠牲にすることなく小型化が実現可能な燃料電池装置を提供できる。 According to the first aspect of the present invention, it is possible to provide a fuel cell device that can be reduced in size without sacrificing assembly while simultaneously reducing the cost related to piping .
以下、本発明における燃料電池装置の好ましい実施形態について、添付図面を参照しながら説明する。本装置の構成を示す図1において、1は燃料ガスを昇圧する昇圧ブロアで、この昇圧ブロア1の吐出口には活性炭などからなる脱硫器2が接続される。また脱硫器2の出口には、触媒からなる改質部とこの改質部を加熱するバーナー部とにより構成される改質器3の入口が接続され、改質器3の出口には、触媒からなるCOシフト反応器4の入口が接続される。さらに、反応器たるCOシフト反応器4の出口は、ポンプたる循環ポンプ5の出口からの冷水を冷媒とした熱交換器6の入口に接続され、当該熱交換器6の出口は気液分離器7を介して、触媒からなるCO選択酸化器8の入口に接続される。酸化器たるCO選択酸化器5の出口は燃料電池9のアノード10に接続され、アノード10の出口は改質器3のバーナー部に接続される。
Hereinafter, a preferred embodiment of a fuel cell device according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In FIG. 1 showing the configuration of this apparatus, reference numeral 1 denotes a booster blower for boosting fuel gas, and a
燃料電池9は、触媒を担持した電極としてのアノード10とカソード11との間に、固体高分子からなる電解質膜12を挟持すると共に、アノード7およびカソード8のそれぞれに燃料ガスや空気を送り込むための流路を形成したセパレータ(図示せず)を備えて構成される。また14は、空気供給装置としての空気ブロアで、これは燃料電池9のカソード11へ接続され、他に別な空気供給装置であるバーナー空気ブロア15が、改質器3のバーナー部へ接続され、さらに別な他の空気供給装置である選択酸化空気ブロア16が、気液分離器5を介してCO選択酸化器8へそれぞれ接続される。これらの各空気ブロア14,15,16は、空気浄化装置17を介して吸気している。
The
燃料電池9を構成するカソード11のガス口すなわちカソード排気ガスの出口は、熱回収装置としての排熱利用熱交換器21のガス口に接続される。また、排熱利用熱交換器21には、フィルター(孔径1ミクロン)などからなる浄化装置22と、イオン交換樹脂からなるイオン交換装置23と、水ポンプ24が順次接続される。水ポンプ24の吐出口は2方向に分岐され、一方の吐出口は燃料電池9のアノード10に接続され、他方の吐出口は水蒸気発生用熱交換器25を経由して、改質器3の入口に接続される。
A gas port of the cathode 11 constituting the
改質器3を構成するバーナー部の燃焼排気ガスの出口は、水蒸気発生用熱交換器25の入口に接続される。そして、この改質器3のバーナー部からの燃焼排気ガスは、水蒸気発生用熱交換器25を経由して燃料電池9のカソード11のガス口に接続されることで、燃料電池9からのカソード排気ガスと共に、排熱利用熱交換器21に送り出されるようになっている。
The outlet of the combustion exhaust gas in the burner section constituting the
27は市水の流入量を制御する電磁弁で、その出口は前記熱交換器6と排熱利用熱交換器21とを順次経由し、熱利用外部機器である貯湯槽28の温水入口29と、放熱装置(クーリングモジュール)30の温水入口31にそれぞれ接続される。また32は、貯湯槽28の温水出口である。そして、貯湯槽28の冷水出口33と放熱装置30の冷水出口34は、三方弁35を経由して循環ポンプ5の入口に接続され、循環ポンプ5の出口は熱交換器6を経由して排熱利用熱交換器21に接続される。放熱装置30には放熱用ファン36が設けられており、放熱装置30に導入された温水を外部から取り込んだ空気の強制対流により冷却し、冷水として冷水出口34より排出するようになっている。さらに37は、図3に示す燃料電池装置の外郭たるパッケージ38内の空気を強制対流で外部に放出する送風装置としての換気ファンである。
27 is an electromagnetic valve for controlling the inflow of city water, and its outlet sequentially passes through the
その他、この図1には図示していないが、後に図2において示すように、ガス,空気および水の流れや温度を制御するためのセンサー,コントローラおよび開閉器(例えば電磁弁)などの補助機器41や、燃料電池9で得た直流発電電力を交流電力に変換するインバータ42や、装置の運転を制御する制御装置(図示せず)なども、本装置内に配置・接続される。
In addition, although not shown in FIG. 1, as shown in FIG. 2 later, auxiliary devices such as sensors, controllers, and switches (for example, solenoid valves) for controlling the flow and temperature of gas, air, and water are used. 41, an
図2に装置全体の概略構成を表しており、43は天然ガスなどの燃料ガス(原燃料)から水素ガスを生成する改質装置であり、この改質装置43は図1に示す昇圧ブロア1、脱硫器2、改質器3、COシフト反応器4、熱交換器6、気液分離器7、CO選択酸化器8、水蒸気発生用熱交換器25などから構成されるものである。
FIG. 2 shows a schematic configuration of the entire apparatus, in which 43 is a reformer that generates hydrogen gas from fuel gas (raw fuel) such as natural gas, and this
酸化剤ガスとしての酸素(空気)を供給する空気供給装置としての空気ブロワ14からの酸素と改質装置43からの水素ガスが、燃料電池9により電気化学反応を起こし、燃料電池9内で発電を行なうようになっている。また42は、燃料電池9で発生した電気エネルギー(直流電力)を商用電圧・周波数の交流電力に変換する電力変換装置としてのインバータである。改質装置43や燃料電池9で発生する熱(排ガス)は回収装置すなわち熱回収装置である排熱利用熱交換器21により回収され、交換器である熱交換器(図示せず)に接続可能な外部の熱利用機器である例えば温水器としての貯湯槽28や床暖房機器などの熱利用外部機器に供給される。その他、これらの各構成要素を円滑に動作させるために、例えばポンプや、電磁弁や、これらのポンプおよび電磁弁などを制御する制御器としてのコントローラなどの補助機器41が設けられている。
Oxygen from the
図4および図5は、上記気液分離器7を示したものである。気液分離器7は前述したように、熱交換器6とCO選択酸化器8との間に接続され、熱交換器6が燃料ガスを冷却することで得られる凝縮水を、ここで排水する機構が設けられている。具体的には、ここでの気液分離器7は、上下方向に連通して延びる直線状の本管51と、一端が本管51の上部側面に接続され、選択酸化空気ブロア16からの選択酸化反応用の空気を取入れるために、開口した取入口52Aを他端に有する直線状の第1の分岐管52と、一端が本管51の略中央側面に接続され、熱交換器6からの凝縮水と燃料ガスの混合流体を取入れるために、開口した取入口53Aを他端に有する直線状の第2の分岐管53と、一端が前記取入口53Aとは別の周方向に位置して、本管51の略中央側面に接続され、脱硫器2への脱硫反応用ガスを取出すために、開口した取出口54Aを他端に有するL字状に屈曲した第3の分岐管54とにより構成される。また本管51の内部には、第2の分岐管53の他端を囲うように、断面がL字状をなす分離片55が形成される。この分離片55は、本管51の内部において、第2の分岐管53の他端に連通して下方を開口した導流路56を部分的に形成しており、導流路56の下端が本管51内の他の部分である上下方向の流路57と連通している。
4 and 5 show the gas-
さらに、本管51の一端すなわち下端には、本管51内で分離した凝縮水の出口58が開口形成され、本管51の他端すなわち上端には、本管51内で分離した燃料ガスの出口59が開口形成される。出口58は浄化装置22の入口に連通接続すると共に、出口59はCO選択酸化器8の入口に連通接続する。
Further, an
次に、上記実施例における浄化装置22およびイオン交換装置23について、添付の図6および図7を参照しながら、その構造をさらに詳しく説明する。ここでは、多数の開口を有するメッシュ体61と、このメッシュ体62を保持する保持体63と、別な多数の開口を有するメッシュ体64を保持する内蓋65とにより、前述した水が通過する浄化装置22を構成する一方で、図示しないイオン交換樹脂と、このイオン交換樹脂を充填する中空円筒状のカラム66とにより、浄化装置22に連結したイオン交換装置23を構成している。筒状体としてのカラム66は、円筒以外の形状でもよい。
Next, the structure of the
前記保持体63はメッシュ体62を囲むように略円環状をなし、その外周部には内蓋65に係脱する弾性変形可能な爪71が複数箇所設けられる。この爪71に対応して、内蓋65の下部には鍔状の嵌合部72が形成されると共に、内蓋65がカラム66の一端を塞いだ時に、当該カラム66の上端に当接するフランジ73が、内蓋65の中間部に形成される。さらにフランジ73の上方に突出して、内蓋65の上部にはメッシュ体64を装着するためのキャップ状の装着部74が形成される。
The holding
ここでは、内蓋65に従来の浄化部としてのメッシュ体64を持たせ、これとは別部品である保持体63の爪71を内蓋65の嵌合部72に圧入嵌合して、2つのメッシュ体62,64を有する浄化装置22としての組立が行なわれる。保持体63の爪71を内蓋65の嵌合部72に圧入するだけで、メッシュ体64を有する内蓋65に対する保持体63の位置決めがなされ、メッシュ体62を含む保持体63の芯ずれを防止できる。
Here, the
また、浄化装置22の組立後において、カラム66の内壁面に保持体63の爪71を挿入して、浄化装置22をイオン交換装置23に装着する際に、前記カラム66が爪71の止め部すなわち開き止めとなるような形状を有することが望ましい。本実施例では、爪71の外面に当接して、この爪71の外方への開きを規制するカラム66の内壁面が上記止め部に相当し、それにより組立後における浄化装置22の外れを防止できる。爪71の弾性に抗して、内蓋65のフランジ73がカラム66の一端に当接する位置にまで、カラム66の一側から浄化装置22を挿入することで、イオン交換装置23に対する浄化押す地22の組立が完了する。このとき、カラム66の内壁面が爪71を外側から押圧して、組立後に浄化装置22がカラム66から外れるのを防止できる。また、内蓋65をカラム66に組立てた後は、内蓋65のメッシュ体64から保持体63のメッシュ体62を経てカラム66に至る流路75が形成される。
Further, after the
なお、本実施例におけるメッシュ体62,64のメッシュ径(オープニング幅)は、何れも155μmである。これは、従来構造のメッシュ体64だけのものに比べて、別なメッシュ体62が増えることで、約28倍の開口面積に拡大でき、メッシュ体62,64への詰まりを効果的に抑制できる。
Note that the mesh diameters (opening widths) of the
さらに上記構成の燃料電池装置では、改質装置43のバーナー排ガス出口(図示せず)を、熱回収装置である排熱利用熱交換器21のバーナー排ガス入口(図示せず)よりも高い位置に設けてもよい。また、燃料電池9のカソード排ガス出口(図示せず)を、熱回収装置である排熱利用熱交換器21のカソード排ガス入口(図示せず)よりも高い位置に設けてもよい。さらに、改質装置43のバーナー排ガス出口(図示せず)と熱回収装置である排熱利用熱交換器21のバーナー排ガス入口(図示せず)との間を連結するバーナー排ガス配管(図示せず)を、排熱利用熱交換器11側に下り勾配となるように傾斜させて配管してもよい。また、燃料電池9のカソード排ガス出口(図示せず)と熱回収装置である排熱利用熱交換器21のカソード排ガス入口(図示せず)との間を連結するカソード排ガス配管(図示せず)を、排熱利用熱交換器21側に下り勾配となるように傾斜させて配管してもよい。
Further, in the fuel cell device having the above-described configuration, the burner exhaust gas outlet (not shown) of the
次に、上記構成についてその作用を説明する。燃料電池装置としての運転を開始すると、燃料ガスが改質装置43の昇圧ブロア1に入って昇圧され、脱硫器2に送り出される。ここで燃料ガスに含まれる硫黄分が脱硫剤の吸着作用により取り除かれる。なお、本実施例では脱硫剤として活性炭を用いたが、他の触媒を用いてもよく、要するに燃料ガス中に含まれる硫黄分を除去できればよい。脱硫器2により硫黄分を除去する目的は、その後の改質器3などの触媒が燃料硫黄分により劣化するのを防止することにある。
Next, the effect | action is demonstrated about the said structure. When the operation as the fuel cell device is started, the fuel gas enters the booster blower 1 of the
脱硫器2を通過した燃料ガスは、水蒸気発生用熱交換器25で発生した水蒸気と混合され、改質器3の改質部に入る。この改質部はバーナー部により約750℃前後に加熱されており、燃料ガスはここで触媒の作用により水素ガスと炭酸ガス(二酸化炭素)とに変化する。しかし、ここで生成したガスには、一酸化炭素も若干含まれているが、後述する固体高分子型の燃料電池9は、一酸化炭素によりその性能が著しく低下するため、一酸化炭素の濃度を一定値以下にする必要がある。
The fuel gas that has passed through the
改質器3を通過した燃料ガスは、次のCOシフト反応器4に入り、ここでも触媒の作用により一酸化炭素は水蒸気と反応して水素ガスと二酸化炭素とに変化し、一酸化炭素の濃度はかなり低いレベルにまで低下する。COシフト反応器4を通過した燃料ガスは、次の熱交換器6を通過する際に、開放した電磁弁27を経由して送られてくる市水や、循環ポンプ5から送られてくる冷水によって、必要な温度にまで冷却され、凝縮水と燃料ガスとによる混合流体として気液分離器7に送り出される。気液分離器7では、前記混合流体から凝縮水を排出する一方、凝縮水を含まない燃料ガスと、選択酸化空気ブロア16から送り込まれた空気(酸素)と混合して、CO選択反応器8に送り出し、それにより混合気体の中に含まれる一酸化炭素が触媒の作用により二酸化炭素に変化する。この時点で初めて燃料電池9に悪影響を及ぼさない濃度まで、燃料ガス中に含まれる一酸化炭素の濃度を下げることができる。
The fuel gas that has passed through the
CO選択反応器8を通過した燃料ガスは、燃料電池9の一方の電極であるアノード10に送り込まれる。また、他方の電極であるカソード11には、空気ブロア14により酸化剤ガスとしての空気(酸素)が送り込まれる。アノード10の水素は触媒の作用によりイオン化し、電解膜質12を通ってカソード11側の酸素と結び付く。これにより、水が生成されると同時に反応熱が発生する。またこの電気化学反応によって、アノード10にマイナス極、カソード11にプラス極の電位が生じ、燃料電池9より電力を取り出すことができる。
The fuel gas that has passed through the CO
アノード10を通過した燃料ガスは、大部分の水素ガスが消費されているが、まだかなりの濃度で水素ガスを含んでおり、これを改質器3のバーナー部に戻して、バーナー空気ブロア15により送り込まれた空気と混合させ、バーナー部で燃焼する。これにより、残留する水素ガスを改質器3の昇温に用いることができる。こうして、燃料電池9からの蒸気凝縮水が保有する熱エネルギーを効率よく利用することができる。
The fuel gas that has passed through the anode 10 consumes most of the hydrogen gas, but still contains a considerable concentration of hydrogen gas, which is returned to the burner section of the
カソード11を通過した空気は、燃料電池9で発生した水(水蒸気)と熱を有しており、この空気は排熱利用熱交換器21を通過して水に戻り、その後、この水は浄化装置22を通過することにより不純物が除去される。さらに、次のイオン交換装置23により水中の電解質が除去された状態で、水ポンプ24によって燃料電池9のアノード10に送り込まれ、固体高分子膜(電解質膜12)の加湿および燃料電池9の冷却に使用される。同じく水ポンプ24により、水蒸気発生用熱交換器25に送り込まれた水は、改質器3のバーナー部から排出されるバーナー排ガスによって加熱され、水蒸気となって昇圧ブロア1からの燃料ガスと共に改質器3の改質部に入る。その際、燃料電池9のカソード排ガス出口(図示せず)は、排熱利用熱交換器21のカソード排ガス入口(図示せず)よりも高い位置に設けられており、しかもカソード排ガス配管(図示せず)は、排熱利用熱交換器21側に下り勾配となるように傾斜配管されているので、カソード排ガス配管(図示せず)を通過する蒸気凝縮水は途中で逆流することなく、スムーズに排熱利用熱交換器21に送り出される。その結果、排ガス中の蒸気凝縮水が燃料電池9に逆流することを防止して、発電性能を低下させること無く安全な運転を可能とすることができる。
The air that has passed through the cathode 11 has water (water vapor) generated in the
水蒸気発生用熱交換器25を通過したバーナー排気ガスは、カソード11からの排気ガスと一緒になって排熱利用熱交換器21に送り込まれ、そこで持っている熱エネルギーを放出する。ここでも、改質装置43のバーナー排ガス出口(図示せず)は、排熱利用熱交換器21のバーナー排ガス入口(図示せず)よりも高い位置に設けられており、しかもバーナー排ガス配管(図示せず)は、排熱利用熱交換器21側に下り勾配となるように傾斜配管されているので、バーナー排ガス配管(図示せず)を通過する蒸気凝縮水は途中で逆流することなく、スムーズに排熱利用熱交換器21に送り出される。
The burner exhaust gas that has passed through the water vapor generating
その他、貯湯槽28を含む熱利用外部機器の動作について説明すると、先ず、燃料電池装置の運転前に電磁弁27を開放して、貯湯槽28に市水を満たしておく。その後、燃料電池装置の運転を開始すると循環ポンプ5が作動し、この循環ポンプ5によって貯湯槽28内の冷水が熱交換器6および排熱利用熱交換器21に送り込まれ、COシフト反応器4からの燃料ガスの他に、燃料電池9のカソード11や改質器3のバーナー部からの排気ガスの熱エネルギーを貰って温水となる。この温水は排熱利用熱交換器21から貯湯槽28の温水入口29に送り出され、再び貯湯槽28に戻る。貯湯槽28の内部は水温の違いにより2層状態になっており、貯水槽28の上層にある温水を使用することが可能になる。
In addition, the operation of the heat-utilizing external device including the
また必要に応じて、排熱利用熱交換器21からの温水を冷却するために、放熱用ファン36を動作させた放熱装置30に温水を通過させ、ここで得られた冷却水を三方弁35から循環ポンプ5に戻すことができる。
Further, if necessary, in order to cool the hot water from the exhaust heat
上記一連の動作において、熱交換器6から排出される凝縮水を含んだガス(混合流体)は、気液分離器7において取入口53Aから第2の分岐管53に取入れられるが、当該気液分離器7はこの凝縮水を含んだガスを、第2の分岐管53に連通する導流路56によって、一度本管51の内部で下方に導いた後、導流路56から本管51内の流路57に達したところで、凝縮水と燃料ガスの密度差を利用して、凝縮水だけを自重落下させ、凝縮水と燃料ガスとの分離を促進する。これにより、本管51内の流路57では、凝縮水が下方の出口58に達して、浄化装置22の入口に導かれる一方で、燃料ガスが上方の出口59に達して、そこからCO選択酸化器8の入口に導かれる。結果として、CO選択酸化器8には凝縮水を含まない燃料ガスだけが送り込まれることとなり、CO選択酸化器8に水が侵入して、触媒による酸化反応が阻害する従来の問題を一掃することができる。
In the above series of operations, the gas (mixed fluid) containing the condensed water discharged from the
一方、本管51内において、導流路56の開口より上方に位置する気液分離後のガス流路57には、第1の分岐管52と第3の分岐管54がそれぞれ接続される。そのため、本館51内で分離された凝縮水を含まない燃料ガスは、共通する配管である本管51から、CO選択酸化器8のみならず第3の分岐管54を通して、脱硫反応用ガスとして脱硫器2に送り出すことができる。さらに、本管51の上部において、選択酸化空気ブロア16からの選択酸化反応用の空気が第1の分岐管52を通して送り込まれ、この空気と凝縮水を含まない燃料ガスが流路57内で合流して、共通する配管である本管51から、CO選択酸化器8に送り出すことが可能になる。
On the other hand, in the
以上のように本実施例では、何れも気体である燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により発電を行なう燃料電池装置において、COシフト反応器4から送り出される燃料ガスの温度を例えば下げるように変え、その燃料ガス中に含まれる水蒸気を凝縮する熱交換器6と、この熱交換器6の後段に設けられ、液体としての水である凝縮水と、気体としての燃料ガスであるガスとを分離する分離器たる気液分離器7とを、酸化器であるCO選択酸化器8の前段に設け、これらの熱交換器6と気液分離器7とにより凝縮水を排水して、凝縮水を含まない燃料ガスをCO選択酸化器8に送り出す構成となっている。
As described above, in this embodiment, the temperature of the fuel gas sent out from the
この場合、燃料ガスを熱交換器6によって冷却などの温度変更を行なった後、この熱交換器6で凝縮された水が気液分離器7で分離および排出され、凝縮水を含まない燃料ガスがCO選択酸化器8に導入される。したがって、CO選択酸化器8に水が浸入して酸化反応を阻害するのを防止できる。
In this case, after the temperature of the fuel gas is changed by cooling or the like by the
また、本実施例における気液分離器7は、凝縮水を含んだ燃料ガスを所定方向である例えば下方に導いた後、気液分離後の燃料ガスを所定方向とは異なる例えば上方に排出する構造を有しており、具体的には、上下方向に配設する本管51内に分離片55を形成し、この分離片55によって、凝縮水を含んだ燃料ガスを下方に導いて、本管51内の流路57に送り出す導流路56を形成している。
Further, the gas-
こうすると、気液分離器7に導入された凝縮水と燃料ガスの混合流体は、例えば双方の密度差を利用して、所定方向である下方に導かれる過程で凝縮水だけが自重落下などにより所定方向に流れ、その後、燃料ガスだけが所定方向とは異なる方向である上方に排出され、後段のCO選択酸化器8に送り出される。よって、CO選択酸化器8に水が浸入して酸化反応を阻害するのを確実に防止できる。
In this way, the condensed fluid introduced into the gas-
さらに本実施例では、気液分離後の前記燃料ガスの流路57に、脱流器2における脱硫反応用の気体出口である取出口54Aを有する第3の分岐管54と、CO選択酸化器8における酸化反応用の気体入口である取入口52Aを有する第1の分岐管52とを一体に備えている。
Furthermore, in this embodiment, the fuel
こうすると、気液分離後のガスの流路57に、脱硫反応用の取出口54Aと、酸化反応用の取入口52Aとを一体に備えたことで、気液分離器7における複雑な配管が不要になって簡素化され、配管コストの低減と組立性の向上が可能になると共に、気液分離器7への配管の集約化により、小型化が可能になる。
In this way, the
本実施例では、何れも気体である燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により発電を行なう燃料電池装置において、イオン交換体としてのイオン交換樹脂を収納して充填する収納体としてのカラム66により浄化装置22を構成し、この浄化装置22と、メッシュたるメッシュ体62を有する浄化体としての保持体63とにより、流体である水を浄化して水中の電解質を除去する流路75を形成し、保持体63は別なメッシュ体64付きの蓋である内蓋65に例えば圧入で収納され、カラム66の例えば内壁面に保持体63の止め部を形成している。
In this embodiment, in a fuel cell device that generates power by an electrochemical reaction between a fuel gas that is a gas and an oxidant gas, a
この場合、保持体63に設けたメッシュ体62によって、イオン交換樹脂がカラム66から漏れるのを防止し、且つカラム66と共に浄化装置22を液体などの流路75とすることができる。また、保持体63を内蓋65に収納してなる浄化装置22には、内蓋65に設けられるメッシュ部としてのメッシュ体62の他に、保持体63のメッシュとして別なメッシュ体64が設けられるので、流路75中のメッシュ面積が増加し、メッシュ体62,64における目詰まり発生を防止できる。さらに、保持体63を内蓋65に収納するだけの簡単な組立で、内蓋65に対する浄化装置22の芯ずれを防ぐことができると共に、浄化装置22をカラム66に組立てた後は、保持体63の止め部が浄化装置22の外れ止めとして機能し、当該浄化装置22ひいては内蓋65の外れを防止できる。
In this case, the
なお、本発明は、上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更可能である。例えば図6および図7で説明した浄化装置22やイオン交換装置23の構造は、図1において、熱交換器6および気液分離器7を含まない燃料電池装置に適用しても構わない。この場合、電磁弁27の出口は排熱利用熱交換器21の入口に直接接続され、またCO選択酸化器8には空気ブロア14からの空気が投入されると共に、気液分離器7への選択酸化空気ブロア16を含む空気流路は省略される。
In addition, this invention is not limited to the said Example, It can change in the range which does not deviate from the meaning of this invention. For example, the structures of the
6 熱交換器
7 気液分離器(分離器)
8 酸化器(CO選択酸化器)
57 流路
52A 取入口(気体入口)
54A 取出口(気体出口)
6
8 Oxidizer (CO selective oxidizer)
57
54A Outlet (Gas outlet)
Claims (2)
前記分離器は、上下方向に延び、一端と他端にそれぞれ下方の出口と上方の出口とを形成した直線状の本管と、一端が前記本管の上部側面に接続され、空気を取入れるために他端を開口した第1の分岐管と、一端が前記本管の略中央側面に接続され、前記混合流体を取入れるために他端を開口した第2の分岐管と、該第2の分岐管とは別の周方向に位置して前記本管の略中央側面に接続され、脱硫反応用の気体出口を他端に開口した第3の分岐管とにより構成し、前記混合流体より分離した前記凝縮水が前記下方の出口に導かれ、前記混合流体より分離した前記燃料ガスが前記上方の出口に導かれることを特徴とする燃料電池装置。 In a fuel cell device that generates electricity by an electrochemical reaction between air and fuel gas, a heat exchanger that changes the temperature of the fuel gas and condenses water vapor, and is provided at a stage subsequent to the heat exchanger, and the condensed water and the fuel and a separator for separating a mixed fluid of gas, provided before the oxidizer to reduce the concentration of carbon monoxide, a structure for draining the condensed water by said separator and said heat exchanger,
The separator extends in the vertical direction, and has a straight main pipe formed with a lower outlet and an upper outlet at one end and the other end, respectively , and one end connected to the upper side surface of the main pipe to take in air a first branch pipe which is open at the other end to one end connected to a substantially central side surface of the main pipe, a second branch pipe which is open at the other end to incorporate the mixed fluid, the second the branch pipes are connected are located in different circumferential direction substantially in the center side of the main, constituted by a third branch pipe having an open gas outlet of the desulfurizing reaction in the other end, from the fluid mixture The fuel cell device , wherein the separated condensed water is guided to the lower outlet, and the fuel gas separated from the mixed fluid is guided to the upper outlet .
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