JPH02126568A - Fuel cell power generation device - Google Patents

Fuel cell power generation device

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Publication number
JPH02126568A
JPH02126568A JP63277295A JP27729588A JPH02126568A JP H02126568 A JPH02126568 A JP H02126568A JP 63277295 A JP63277295 A JP 63277295A JP 27729588 A JP27729588 A JP 27729588A JP H02126568 A JPH02126568 A JP H02126568A
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JP
Japan
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cooling water
fuel electrode
water
direct contact
fuel cell
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Application number
JP63277295A
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Japanese (ja)
Inventor
Mitsuo Sato
光雄 佐藤
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
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Publication of JPH02126568A publication Critical patent/JPH02126568A/en
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/06Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
    • H01M8/0662Treatment of gaseous reactants or gaseous residues, e.g. cleaning
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • YGENERAL 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
    • 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

Abstract

PURPOSE:To make it possible to remove impurities at a low cost by leading the cooling water of a direct contact type impurity removing device from a cooling water loop, and leading the cooling water released from the cooling water loop to the upper stream side of a water purifying system. CONSTITUTION:A water purifying device 7 to purify the cooling water is provided on the way of the cooling water loop of a cooling plate 4, and furthermore, a direct contact type impurity removing device 10 to contact directly the fuel electrode gas and the cooling water in a sufficient time is provided on the way of a fuel electrode gas feeding pipe 9 to feed the fuel electrode gas to a fuel electrode 2 of a cell main body 1. The cooling water of the direct contact type impurity removing device 10 is led from the cooling water loop, and the cooling water released from the loop is led to the upper stream side of a water purifying system 7. After the cooling water is purified in the water purifying device 7, a part of the cooling water is led to the cooling plate 4, and a part of it is delivered to the direct contact type impurity removing device 10 again to be circulated to contact to the fuel electrode gas. Consequently, impurities can be removed at a low cost.

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 (産業上の利用分野) 本発明は冷却水ループを改良した燃料電池発電装置に関
する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Object of the Invention] (Industrial Application Field) The present invention relates to a fuel cell power generation device with an improved cooling water loop.

(従来の技術) 燃料電池発電装置は、効率が高く、また環境へ悪影響を
及ぼす有害物質の排出が少いなどの特長があり、さらに
排熱の有効利用が期待されるなどのことより、注目され
ている発電システムである。
(Conventional technology) Fuel cell power generation devices are attracting attention due to their high efficiency and low emissions of harmful substances that have a negative impact on the environment.They are also expected to make effective use of waste heat. This is a power generation system.

燃料電池は燃料極へ水素に富むガスまたは原燃料を送り
、他方空気極へは空気を送り、電気化学的反応により、
水素と酸素を反応させて直流電力を取り出すよう構成さ
れている。
A fuel cell sends hydrogen-rich gas or raw fuel to the fuel electrode, and air to the air electrode, and through an electrochemical reaction,
It is configured to generate DC power by reacting hydrogen and oxygen.

(発明が解決しようとする課題) 燃料電池に使用される水素に富むガスは、そのガスを製
造するときの原燃料または製造方法により、種々の不純
物を含み、そのうちのいくつかは燃料電池の特性を低下
させたり、寿命を短縮させたりする。このため有害な不
純物をガス中より除去する安価な装置が望まれていた。
(Problem to be Solved by the Invention) Hydrogen-rich gas used in fuel cells contains various impurities depending on the raw fuel or manufacturing method used to produce the gas, and some of these impurities affect the characteristics of the fuel cell. or shorten the lifespan. Therefore, an inexpensive device for removing harmful impurities from gas has been desired.

本発明の目的は、水素に富むガス中の不純物を水との接
触により水中へ除去し、その微量の不純物を含む水を電
池冷却水ループ中の水質浄化装置へ蕊き通過させること
により、安価に不純物を除去して、燃料電池本体の能力
を充分に発揮できる燃料電池発電装置を提供することに
ある。
The object of the present invention is to remove impurities in a hydrogen-rich gas by contacting the water with water, and to pass the water containing trace amounts of impurities through a water purification device in a battery cooling water loop, thereby reducing the cost of water. It is an object of the present invention to provide a fuel cell power generation device that can fully utilize the capabilities of a fuel cell main body by removing impurities.

〔発明の構成〕[Structure of the invention]

(課題を解決するための手段) 本発明の燃料電池発電装置は、燃料極および空気極を積
層して構成した燃料電池本体と、この燃料電池本体を冷
却するために設けられ外部の冷却水ループから冷却水が
供給される磁動板とを具備し、前記冷却板の冷却水ルー
プの途中に冷却水を浄化する水質浄化装置を設け、さら
に前記燃料電池本体の燃料極に燃料極ガスを送る燃料極
ガス供給管の途中に燃料極ガスと冷却水とを充分な滞留
時間で直接接触させる直接接触式不純物除去装置を設け
るとともに、この直接接触式不純物除去装置の冷却水は
前記冷却水ループから厚かれそこから排出された冷却水
は前記水質浄化装置系の上流側に導かれることを特徴と
するものである。
(Means for Solving the Problems) The fuel cell power generation device of the present invention includes a fuel cell main body configured by stacking a fuel electrode and an air electrode, and an external cooling water loop provided for cooling the fuel cell main body. a magnetic plate to which cooling water is supplied from the cooling plate, a water purification device for purifying the cooling water is provided in the middle of the cooling water loop of the cooling plate, and further sends fuel electrode gas to the fuel electrode of the fuel cell main body. A direct contact type impurity removal device is provided in the middle of the fuel electrode gas supply pipe to bring the fuel electrode gas and cooling water into direct contact with each other for a sufficient residence time, and the cooling water for this direct contact type impurity removal device is supplied from the cooling water loop. The cooling water discharged therefrom is characterized in that it is guided to the upstream side of the water purification system.

(作 用) 本発明においては、燃料極ガスが直接接触式不純物除去
装置を通るときに充分な滞留時間で冷却水と接触するこ
とにより、ガス中の不純物は水中に除去される。さらに
この冷却水は水質浄化装置で浄化されたのら、その一部
は冷却板に専かれ、その一部は再び直接接触式不純物除
去装置に送られて燃料極ガスと接触させるべくw4環さ
せられる。
(Function) In the present invention, impurities in the gas are removed into the water by contacting the cooling water for a sufficient residence time when the fuel electrode gas passes through the direct contact type impurity removal device. Furthermore, after this cooling water is purified by a water purification device, a portion of it is dedicated to the cooling plate, and a portion of it is sent again to the direct contact type impurity removal device and is passed through the W4 ring to contact the fuel electrode gas. It will be done.

(実施例) 以下本発明を第1図、第2図および第3図に示す実施例
を参照して説明する。各図面において同一符号は同一部
分を示すものであるからその説明を省略する。
(Embodiments) The present invention will be described below with reference to embodiments shown in FIGS. 1, 2, and 3. In each drawing, the same reference numerals indicate the same parts, so a description thereof will be omitted.

第1図に示す実施例において、燃料電池本体1は燃料極
2と空気極3とより構成されている。図面には燃料極2
と空気極3とは一組しか示されていないが、これらを多
数組重ね合わせて、実用的規模の燃料電池本体を構成す
ることになる。さらに電池本体1の発熱を除去するため
に、多数枚の冷却板4を有し、これら燃料極2、空気極
3および冷却板4を胴体la内に配置することにより電
池本体1は構成されている。
In the embodiment shown in FIG. 1, a fuel cell main body 1 is composed of a fuel electrode 2 and an air electrode 3. As shown in FIG. The drawing shows fuel electrode 2.
Although only one set of the air electrode 3 and the air electrode 3 are shown, a practical scale fuel cell main body is constructed by stacking many sets of these. Furthermore, in order to remove heat generated from the battery body 1, the battery body 1 is constructed by having a large number of cooling plates 4, and arranging these fuel electrodes 2, air electrodes 3, and cooling plates 4 inside the body la. There is.

さらに本発明においては、燃料電池本体1の冷却板4を
ポンプ5により供給される。冷却水により冷却する冷却
方式を採用している。すなわち、ポンプ5より供給され
る冷却水は、電池本体入口に供給されて冷却板4を通過
し、電池本体1を冷却したのち電池本体出口より排出し
、熱交換器6を経て再びポンプ5へ戻る。そして冷却水
は熱交換器6により電池本体1を冷却するのに適切な温
度に制御される。またポンプ5より送出された冷却水の
一部は、熱交換器8を経て水質浄化装置7へ送られ、水
質を浄化されたのち再びポンプ5へ戻る。
Further, in the present invention, the cooling plate 4 of the fuel cell main body 1 is supplied by the pump 5. A cooling method that uses cooling water is used. That is, the cooling water supplied from the pump 5 is supplied to the battery main body inlet, passes through the cooling plate 4, cools the battery main body 1, and is then discharged from the battery main body outlet, passes through the heat exchanger 6, and returns to the pump 5. return. The temperature of the cooling water is controlled by the heat exchanger 6 to an appropriate temperature for cooling the battery body 1. Further, a part of the cooling water sent out from the pump 5 is sent to the water purification device 7 via the heat exchanger 8, and returns to the pump 5 again after the water quality is purified.

燃料極ガス供給管9より供給された燃料極ガスは、まず
直接接触式不純物除去装置10へ導かれてここで浄化さ
れたのち燃料極2へ送られる。燃料極2で電気化学的反
応を経たガスは、導出管11より排出されるが、その一
部はブロワ12により再循環される場合もある。
The fuel electrode gas supplied from the fuel electrode gas supply pipe 9 is first guided to a direct contact type impurity removal device 10, purified there, and then sent to the fuel electrode 2. The gas that has undergone an electrochemical reaction at the fuel electrode 2 is discharged from the outlet pipe 11, but a part of it may be recirculated by the blower 12.

しかして本発明によって設けた直接接触式不純物除去装
置10は、燃料極ガスと水質浄化装置7で浄化された冷
却水とが充分な滞留時間で直接接触するように構成され
ている。排出された水はポンプ13により再び熱交換器
8を経て水質浄化装置7に送られる。冷却板4および直
接接触式不純物除去装置10を含む冷却水ループには冷
却水導出管17が配備されている。
Thus, the direct contact type impurity removal device 10 provided according to the present invention is configured so that the fuel electrode gas and the cooling water purified by the water purification device 7 come into direct contact for a sufficient residence time. The discharged water is again sent to the water purification device 7 via the heat exchanger 8 by the pump 13. A cooling water outlet pipe 17 is provided in the cooling water loop including the cooling plate 4 and the direct contact type impurity removal device 10.

また空気は供給管14より供給されて燃料電池本体1の
空気極3へ送られる。空気極3で電気化学的反応を経た
ガスは導出管15より排出されるが、その一部はブロワ
16により再循環される場合もある。
Air is also supplied from the supply pipe 14 and sent to the air electrode 3 of the fuel cell main body 1. The gas that has undergone an electrochemical reaction at the air electrode 3 is discharged from the outlet pipe 15, but a part of it may be recirculated by the blower 16.

次にこのように構成された本発明の燃料電池発電装置の
作動を説明する。電池本体1の燃料極2および空気極3
では、供給ガスの電気化学的反応によって水素と酸素と
が反応し、水または水蒸気を発生するとともに直流出力
を取り出す。電池本体1で発生した熱は、冷却板4を通
過する水により排出される。電池本体1の温度を適切な
温度範囲に維持するために、熱交換器6により電池本体
1へ供給される冷却の温度は制御される。
Next, the operation of the fuel cell power generating apparatus of the present invention configured as described above will be explained. Fuel electrode 2 and air electrode 3 of battery body 1
In this case, hydrogen and oxygen react through an electrochemical reaction of the feed gas, producing water or steam and extracting a direct current output. Heat generated in the battery body 1 is discharged by water passing through the cooling plate 4. In order to maintain the temperature of the battery body 1 within an appropriate temperature range, the temperature of the cooling supplied to the battery body 1 by the heat exchanger 6 is controlled.

電池本体1を流出する水は、設計思想により液体、水だ
けの単相流の場合もあり、水蒸気、水の気液混合流の2
相流の場合もある。第1図は単相流において適切な冷却
ループ構成として示しであるが、2相流として考えても
本発明の作用は変らない。但し図示していない若干の変
更を冷却ループとしては必要となる場合もある。
The water flowing out of the battery body 1 may be a liquid or a single-phase flow of only water depending on the design concept, or may be a two-phase flow of water vapor or a gas-liquid mixed flow of water.
Sometimes it is a phase flow. Although FIG. 1 is shown as a suitable cooling loop configuration for single-phase flow, the operation of the invention does not change when considered for two-phase flow. However, some modifications (not shown) may be required for the cooling loop.

本発明の燃料電池発電装置の冷却水系においては、冷却
水の水質の劣化を防止また修正するために、水質浄化装
置7を配備して電池冷却水の一部を循環して水質を維持
するようにしている。熱交換器8は水質浄化装置7が適
切に作動するように温度を制御している。水質浄化装置
7より送出された水の一部は直接接触式不純物除去装置
10へ送られて燃料極ガスと接触する。そして冷却水ル
ープにおける余剰の冷却水は、冷却水濡出管17より排
出して冷却水ループを適切な状態に保つ。
In the cooling water system of the fuel cell power generation device of the present invention, in order to prevent or correct deterioration of the quality of the cooling water, a water purification device 7 is provided to circulate a part of the battery cooling water to maintain the water quality. I have to. The heat exchanger 8 controls the temperature so that the water purification device 7 operates appropriately. A portion of the water sent out from the water purification device 7 is sent to the direct contact type impurity removal device 10 and comes into contact with the fuel electrode gas. The excess cooling water in the cooling water loop is discharged from the cooling water wetting pipe 17 to maintain the cooling water loop in an appropriate state.

燃料極ガスはM燃料ガスである場合もあるが、第1図に
おいては水素に富むガスを想定している。
The fuel electrode gas may be M fuel gas, but in FIG. 1, hydrogen-rich gas is assumed.

燃料極ガスはその製造法および原燃料成分により不純物
を含み、その一部は電池本体1の特性を劣化するものも
ある。特にアンモニア、塩素などはその例であり、水と
の接触により除去することが可能である。直接接触式不
純物除去装置10は燃料極ガスと水とが充分な接触時間
を得るように構成されており、水に溶解する不純物は燃
料極ガスより除去される。
The fuel electrode gas contains impurities due to its manufacturing method and raw fuel components, some of which may deteriorate the characteristics of the battery body 1. Particular examples include ammonia and chlorine, which can be removed by contact with water. The direct contact type impurity removal device 10 is configured to provide sufficient contact time between the anode gas and water, and impurities dissolved in water are removed from the anode gas.

直接接触式不純物除去装置10より排出された水は、ポ
ンプ13により、電池冷却水の水質浄化装置7へ送られ
、ここで浄化されて再循環される。このようにして、水
質浄化装置7を一つにまとめることにより、コスト低減
をはかり、また電池特性の劣化を防止できる。
The water discharged from the direct contact impurity removal device 10 is sent by the pump 13 to the battery cooling water purification device 7, where it is purified and recirculated. By integrating the water purification device 7 in this manner, it is possible to reduce costs and prevent deterioration of battery characteristics.

なおポンプ13の入口温度が高い場合には、ポンプ13
の入口上流に図示していない熱交換器を配備する場合も
あるし、また、ポンプ13の出口温度が適切な温度範囲
で、水質浄化装置7の作動温度とマツチングする場合は
、熱交換器8を通さずに行なうこともできる。
Note that if the inlet temperature of the pump 13 is high, the pump 13
A heat exchanger (not shown) may be installed upstream of the inlet of the pump 13, and if the outlet temperature of the pump 13 is within an appropriate temperature range and matches the operating temperature of the water purification device 7, the heat exchanger 8 may be installed upstream of the inlet of the pump 13. It can also be done without going through it.

浄化された燃料極ガスは、燃料極2へ供給されて反応の
後に導出管11より導出される。ブロワ12は燃料極2
の状態を適切に維持するために、作動する場合もある。
The purified fuel electrode gas is supplied to the fuel electrode 2 and led out from the outlet pipe 11 after reaction. The blower 12 is the fuel electrode 2
In some cases, it operates in order to maintain the proper state.

また空気供給管14より導入された空気は、空気wA3
へ供給されたのち導出管15より導出される。ブロワ1
6は空気極3の状態を適切に維持するために、作動する
場合もある。
Moreover, the air introduced from the air supply pipe 14 is air wA3
After being supplied to, it is led out from the lead-out pipe 15. Blower 1
6 may operate in order to maintain the condition of the air electrode 3 appropriately.

燃料極2より排出された排燃料ガスの利用は、プラント
システムの構成により異なる。図示していないが、例え
ば改質装置のある場合はその加熱源として用いられるし
、また燃焼器へ投入され、タービンを駆動したり、ボイ
ラへの熱源とすることも可能である。一方空気極3より
排出された排空気は、プラントシステムにより種々に利
用゛される。図示していないが、例えば燃焼器へ投入さ
れて燃焼用酸素源として用いられたり、またはそのまま
タービンの駆動源となる場合もある。
The use of the exhaust fuel gas discharged from the fuel electrode 2 differs depending on the configuration of the plant system. Although not shown, it can be used as a heat source for a reformer, for example, if there is one, or it can be fed into a combustor to drive a turbine or serve as a heat source for a boiler. On the other hand, the exhaust air discharged from the air electrode 3 is used in various ways by the plant system. Although not shown, for example, it may be put into a combustor and used as an oxygen source for combustion, or it may directly serve as a driving source for a turbine.

このように本発明の燃料電池発電装置においては、燃料
極ガスの不純物は直接接触式不純物除去装置10により
水中に溶解して除去されて、電池本体1の性能を向上さ
せるとともに、寿命劣化を防止することができる。また
水中に溶解した不純物は、電池冷却水系に配備された水
質浄化装置7に寓かれて除去される。とくにアンモニア
などの不純物は、BOD [生物学的酸素要求fa: 
(Biological Oxygen Demand
) ]を高めるので、 そのまま排出するには制約があ
り、これを水処理装置で除去すると、そのコストが高く
なる傾向にあった。
In this way, in the fuel cell power generation device of the present invention, impurities in the fuel electrode gas are removed by being dissolved in water by the direct contact type impurity removal device 10, thereby improving the performance of the battery body 1 and preventing deterioration of its life. can do. Further, impurities dissolved in the water are removed by a water purification device 7 installed in the battery cooling water system. In particular, impurities such as ammonia reduce BOD [biological oxygen demand fa:
(Biological Oxygen Demand
), so there are restrictions on discharging it as is, and removing it with water treatment equipment tends to increase the cost.

本実施例によると電池冷却水系の水質浄化装置7を利用
して、不純物を除去することにより、安価に構成できる
According to this embodiment, by using the water purification device 7 of the battery cooling water system to remove impurities, it can be constructed at low cost.

燃料極ガス供給管9より供給される燃料ガスは、図に示
していない改質装置よりの改質ガスである場合もあるし
、また、ツーダニ業における電解槽などより発生する水
素である場合もある。解質ガスの場合には、原燃料中の
窒素がアンモニアに変換されて不純物となったり、また
電解槽の水素の場合にも不純物として微量のアンモニア
を含んでいる場合もある。いずれの場合においても、本
実施例の直接接触式不純物除去装置10により水中に除
去され、次いで水質浄化装置7で除去される。
The fuel gas supplied from the fuel electrode gas supply pipe 9 may be reformed gas from a reformer not shown in the diagram, or it may be hydrogen generated from an electrolytic tank or the like in the two-dani industry. be. In the case of decomposed gas, nitrogen in the raw fuel is converted to ammonia and becomes an impurity, and in the case of hydrogen from an electrolytic tank, it may also contain a trace amount of ammonia as an impurity. In either case, the impurity is removed into the water by the direct contact type impurity removal device 10 of this embodiment, and then by the water purification device 7.

次に第2図に示す本発明の他の実施例においては、第1
図のものに調整のための制御弁や計測装置を加えたもの
である。すなわち第2図において、電池本体1の冷却水
系に配備されている水質浄化装置7より直接接触式不純
物除去装置10へ供給される冷却水ラインに流量制御弁
20および流量測定装置21を設け、さらに熱交換器2
2および温度制御弁23を配質し、温度測定装置24を
設けている。また直接接触式不純物除去装置10より流
出する燃料極ガスの温度を計測する温度測定装置25を
設けている。
Next, in another embodiment of the present invention shown in FIG.
This is the same as the one shown in the figure, with a control valve and measuring device added for adjustment. That is, in FIG. 2, a flow rate control valve 20 and a flow rate measuring device 21 are provided in the cooling water line supplied from the water purification device 7 disposed in the cooling water system of the battery body 1 to the direct contact type impurity removal device 10, and further heat exchanger 2
2 and a temperature control valve 23, and a temperature measuring device 24 is provided. Further, a temperature measuring device 25 is provided to measure the temperature of the fuel electrode gas flowing out from the direct contact type impurity removing device 10.

各温度測定装置24.25で測定された温度信号は温度
制御装置26へ伝えられる。流量測定装置21で測定さ
れた流量は流量制御装置27へ伝へられる。
The temperature signals measured by each temperature measuring device 24 , 25 are transmitted to a temperature control device 26 . The flow rate measured by the flow rate measurement device 21 is transmitted to the flow rate control device 27.

温度制御装置26からの制御信号により温度制御弁23
を制御し、また流量制御装置27へ伝へられろ。
The temperature control valve 23 is activated by a control signal from the temperature control device 26.
and be transmitted to the flow rate control device 27.

流量ルIノ御装置27よりの制御信号は流量制御弁20
を制御する。
The control signal from the flow rate control device 27 is transmitted to the flow rate control valve 20.
control.

次に第2図に示す他の実施例の作用を説明する。Next, the operation of another embodiment shown in FIG. 2 will be explained.

直接接触式不純物除去装置10より流出する燃N極ガス
は1発電システムの運転状態により指定された温度に維
持されることが望ましい。その温度は発電システムの負
荷に対応して変化するように指定される場合もあるし、
一定の値に保持するように指定される場合もある。直接
接触式不純物除去装置10より流出する燃料極ガスの温
度は、温度測定装置25で測定され、温度制御装置26
へ伝へられる。
It is desirable that the fuel N-electrode gas flowing out from the direct contact type impurity removal device 10 is maintained at a temperature specified by the operating state of the power generation system. The temperature may be specified to vary in response to the load on the power generation system;
In some cases, it is specified to hold it at a constant value. The temperature of the fuel electrode gas flowing out from the direct contact impurity removal device 10 is measured by a temperature measuring device 25, and
It is passed down to

燃料極ガス供給管9より直接接触式不純物除去装置10
に供給される燃料極ガスの量は、燃料電池発電システム
の負荷に対応して大きく変動する。
Direct contact type impurity removal device 10 from the fuel electrode gas supply pipe 9
The amount of fuel electrode gas supplied to the fuel cell power generation system varies greatly depending on the load of the fuel cell power generation system.

従って温度測定装置25で測定される温度を制御するの
は、直接接触式不純物除去装置10へ供給される冷却水
の温度と冷却水の流量である。この制御方法には種々あ
り、冷却水の温度をほぼ一定として流量を変化させるこ
とが、冷却水流量をほぼ一定として冷却水温度を変化さ
せるとか、冷却水の温度および流量をともに変化させる
とか、ともにほぼ一定に維持するとかなどがある。これ
らのどの方法を選択するかは、発電システムよりの要求
に依存する。
Therefore, the temperature measured by the temperature measuring device 25 is controlled by the temperature and flow rate of the cooling water supplied to the direct contact impurity removal device 10. There are various ways to control this, such as keeping the temperature of the cooling water almost constant and changing the flow rate, keeping the flow rate of the cooling water almost constant and changing the temperature of the cooling water, or changing both the temperature and flow rate of the cooling water. For example, both may be kept almost constant. Which of these methods is selected depends on the requirements of the power generation system.

本発明においては、冷却水の流量を調節する手段として
流量制御弁20および流量測定装置21を配備してあり
、流量測定装置21よりの記号と温度制御装置26より
の信号を流量制御装置27へ伝え、流量制御装置27よ
りの信号は流量制御弁20を制御する。
In the present invention, a flow rate control valve 20 and a flow rate measuring device 21 are provided as means for regulating the flow rate of cooling water, and a symbol from the flow rate measuring device 21 and a signal from the temperature control device 26 are sent to the flow rate controlling device 27. The signal from the flow control device 27 controls the flow control valve 20.

第2図に示す電気制御系を含む本発明の燃料電池発電装
置の作動について説明する。冷却水の温度制御は次の通
りである。温度測定装置24で測定された信号と、温度
測定装置25で測定された信号とを温度制御装置26に
入力する。温度制御装置2Gにおいて1発電プラントが
指定している燃料極ガス温度との関係から計算・判断し
て信号を出し、冷却水の温度制御弁23を調節して熱交
換器22を制御する。他方温度制御装置26よりの信号
は、流量制御装置27へ送られて情報の一つとして利用
される。
The operation of the fuel cell power generation apparatus of the present invention including the electrical control system shown in FIG. 2 will be explained. Cooling water temperature control is as follows. The signal measured by the temperature measuring device 24 and the signal measured by the temperature measuring device 25 are input to the temperature control device 26. The temperature control device 2G calculates and judges based on the relationship with the fuel electrode gas temperature designated by one power generation plant, issues a signal, adjusts the cooling water temperature control valve 23, and controls the heat exchanger 22. On the other hand, the signal from the temperature control device 26 is sent to the flow rate control device 27 and used as one of the information.

なお熱交換器22の制御弁23については、第2図に該
冷却水側に制御弁23を入れる場合を示しであるが、熱
交換器の他側の流体を調節しても同じ効果を得ることが
できる。また水質浄化装置7の温度の制御は、熱交換器
8で行われる。そしてその制御方法は図示していないが
、前記の直接接触式不純物除去装置10へ供給する冷却
水の温度を制御する方法が適用できるものである。
Regarding the control valve 23 of the heat exchanger 22, although Fig. 2 shows a case where the control valve 23 is installed on the cooling water side, the same effect can be obtained by adjusting the fluid on the other side of the heat exchanger. be able to. Further, the temperature of the water purification device 7 is controlled by a heat exchanger 8. Although the control method is not shown, the method of controlling the temperature of the cooling water supplied to the direct contact type impurity removal device 10 described above can be applied.

さらに水質浄化装置7の制御温度と冷却水@度測定装置
24で調節される温度とが近い温度であり、かつ燃料ガ
スの温度測定装置25で調節される温度の変動範囲に許
容される場合には、冷却水の熱交換器22および温度制
御弁23を省略できる。
Furthermore, when the control temperature of the water purification device 7 and the temperature adjusted by the cooling water temperature measuring device 24 are close to each other, and the temperature is allowed to fluctuate within the temperature fluctuation range adjusted by the fuel gas temperature measuring device 25, In this case, the cooling water heat exchanger 22 and the temperature control valve 23 can be omitted.

このように本発明の第2図に示す他の実施例においでは
、冷却水の温度および流量を制御することができて、燃
料極ガスの温度を発電システムが要求する値の範囲に制
御できる。これにより燃料極ガス中の不純物は除去され
、燃料電池本体の特性劣化を防ぎ、長寿命化をめざすこ
とが安価に実現できる。
As described above, in the other embodiment of the present invention shown in FIG. 2, the temperature and flow rate of the cooling water can be controlled, and the temperature of the fuel electrode gas can be controlled within the range of values required by the power generation system. This removes impurities in the fuel electrode gas, prevents deterioration of the characteristics of the fuel cell body, and makes it possible to extend the life of the fuel cell at low cost.

次に第3図に示す実施例においては、第1図および第2
図に示す直接接触式不純物除去装置10を熱交換器30
.31で実質的に代替するように構成されたものである
。温度制御弁32.33を配備し、温度測定装置34の
信号は流量制御装置36へ伝へられ、温度測定装置35
の信号は温度制御装置37へ伝へられる。
Next, in the embodiment shown in FIG.
The direct contact type impurity removal device 10 shown in the figure is connected to a heat exchanger 30.
.. It is configured to substantially replace .31. Temperature control valves 32, 33 are provided, the signal of the temperature measuring device 34 is transmitted to the flow control device 36 and the temperature measuring device 35
The signal is transmitted to the temperature control device 37.

この第3図に示す燃料電池発電装置において、燃料極ガ
ス供給管9より供給された燃料極ガスは、一般に蒸気を
その成分の一つとして含んでいる。
In the fuel cell power generation apparatus shown in FIG. 3, the fuel electrode gas supplied from the fuel electrode gas supply pipe 9 generally contains steam as one of its components.

このように蒸気を含んでいる場合に本実施例は有用に機
能するものである。供給された燃料極ガスは熱交換器3
1で冷却されてから凝縮熱交換器30へ入る。燃料極ガ
スの中の蒸気の一部は、凝縮するとともにその不純物は
、例えばアンモニア、塩素などは容易に凝縮水中に溶解
する。凝縮水はポンプ13によって冷却水ループの水質
浄化装置7へ送られて浄化される。凝縮熱交換器30の
温度は、温度測定装置34により測定される。その信号
は流量制御装置36へ伝へられて計算2判断されて流量
制御装置36よりの信号により流量制御弁32を調節す
る。これにより凝縮熱交換器30の温度は燃料電池発電
システムが要求する適切な範囲に調節され、また不純物
も除去されろ。
This embodiment functions effectively when vapor is contained in this way. The supplied fuel electrode gas is transferred to heat exchanger 3
1 and then enters the condensing heat exchanger 30. A portion of the vapor in the fuel electrode gas condenses, and its impurities, such as ammonia and chlorine, easily dissolve in the condensed water. The condensed water is sent by the pump 13 to the water purifier 7 in the cooling water loop and purified. The temperature of the condensing heat exchanger 30 is measured by a temperature measuring device 34. The signal is transmitted to the flow control device 36, where it is calculated and determined, and the flow control valve 32 is adjusted according to the signal from the flow control device 36. As a result, the temperature of the condensing heat exchanger 30 is adjusted to an appropriate range required by the fuel cell power generation system, and impurities are also removed.

凝縮熱交換器30より流出した燃料極ガスは、再び熱交
換器31へ厚かれ、再熱されて燃料電池本体へ導かれる
。熱交換器31の温度は温度測定装置35で測定され、
その信号は温度制御装置37へ伝えられて計算9判断さ
れる。温度制御装置37よりの信号は、温度制御弁33
を調節して燃料極ガスの温度を適切な範囲に制御すると
ともに、流量制御装置36へ伝えられる。
The fuel electrode gas flowing out from the condensing heat exchanger 30 is concentrated again in the heat exchanger 31, where it is reheated and guided to the fuel cell main body. The temperature of the heat exchanger 31 is measured by a temperature measuring device 35,
The signal is transmitted to the temperature control device 37 and subjected to calculation 9. The signal from the temperature control device 37 is sent to the temperature control valve 33.
is adjusted to control the temperature of the fuel electrode gas within an appropriate range, and is also transmitted to the flow rate control device 36.

第3図に示す構成と作用により供給される燃料極ガス中
の不純物を適切に除去できるとともに浄化し、また燃料
電池発電システムが要求する適切な温度範囲のガスを供
給することができる。
With the configuration and operation shown in FIG. 3, impurities in the supplied fuel electrode gas can be appropriately removed and purified, and gas in an appropriate temperature range required by the fuel cell power generation system can be supplied.

なお第3図において、温度測定装置34.35で制御さ
れる温度が近い温度である場合には熱交換器31が省略
できて、従って温度制御弁33.温度測定装置35、温
度制御装置37などが省略できろ。
In FIG. 3, if the temperatures controlled by the temperature measuring devices 34, 35 are close to each other, the heat exchanger 31 can be omitted, and therefore the temperature control valve 33. The temperature measurement device 35, temperature control device 37, etc. can be omitted.

また第3図においては、凝縮熱交換器30への冷却水を
、流量制御弁32で制御する場合を示しているが、第2
図に示したように、温度調節弁またはその組合せであっ
ても同様の効果を得ることができる。また凝縮熱交換器
30への冷却水そのものは゛電池本体の冷却水ループよ
りの冷却水を一部循環しつつ用いてもよいし、また別の
冷却水を用いても同様の効果を得ろことができる。
Furthermore, although FIG. 3 shows a case where the cooling water to the condensing heat exchanger 30 is controlled by the flow rate control valve 32, the second
As shown in the figure, a similar effect can be obtained using a temperature control valve or a combination thereof. In addition, the cooling water itself to the condensing heat exchanger 30 may be used while partially circulating the cooling water from the cooling water loop of the battery main body, or it is possible to obtain the same effect by using another cooling water. can.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上のように本発明においては、燃−料電池本体の冷却
板に対する冷却水ループの途中に水質浄化装置を設け、
さらに燃料極ガス供給管の途中に直接接触式不純物除去
装置を設けるとともに、この直接接触式不純物除去装置
から排出された冷却水を水質浄化装置の上流側に導くこ
とにより、燃料電池本体の冷却板の冷却水と直接接触式
不純物除去装置の冷却水とは、同一冷却水ループから導
かれ、特に直接接触式不純物除去装置の冷却水は水質浄
化装置を通って循環せられるよう構成したことにより燃
料極ガスの不純物は有効に除去され、しかも全体の冷却
水ループが簡素化されるなどの利点を有する。
As described above, in the present invention, a water purification device is provided in the middle of the cooling water loop for the cooling plate of the fuel cell main body,
Furthermore, by providing a direct contact type impurity removal device in the middle of the fuel electrode gas supply pipe and guiding the cooling water discharged from this direct contact type impurity removal device to the upstream side of the water purification device, the cooling plate of the fuel cell main body The cooling water of the direct contact impurity removal device and the cooling water of the direct contact impurity removal device are drawn from the same cooling water loop, and in particular, the cooling water of the direct contact impurity removal device is configured to be circulated through the water purification device. Impurities in the polar gas are effectively removed, and the overall cooling water loop is simplified.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の燃料電池発電装置の一実施例を示す系
統構成図、第2図および第3図は本発明のそれぞれ異な
る他の実施例を示す系統構成図である。 1・・・電池本体     2・・・燃料極3・・・空
気極      4・・・冷却板5・・・冷却水ポンプ
   6・・・熱交換器7・・・水質浄化装置   8
・・・熱交換器9・・・燃料極ガス供給管 10・・・直接接触式不純物除去装置 (8733)代理人弁理士 猪 股 祥 晃(ほか1名
)第 図 茅 図
FIG. 1 is a system configuration diagram showing one embodiment of the fuel cell power generation apparatus of the present invention, and FIGS. 2 and 3 are system configuration diagrams showing other different embodiments of the present invention. 1... Battery body 2... Fuel electrode 3... Air electrode 4... Cooling plate 5... Cooling water pump 6... Heat exchanger 7... Water purification device 8
... Heat exchanger 9 ... Fuel electrode gas supply pipe 10 ... Direct contact impurity removal device (8733) Representative patent attorney Yoshiaki Inomata (and one other person) Fig.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 燃料極および空気極を積層して構成した燃料電池本体と
、この燃料電池本体を冷却するために設けられ外部の冷
却水ループから冷却水が供給される冷却板とを具備し、
前記冷却板の冷却水ループの途中に冷却水を浄化する水
質浄化装置を設け、さらに前記燃料電池本体の燃料極に
燃料極ガスを送る燃料極ガス供給管の途中に燃料極ガス
と冷却水とを充分な滞留時間で直接接触させる直接接触
式不純物除去装置を設けるとともに、この直接接触式不
純物除去装置の冷却水は前記冷却水ループから導かれそ
こから排出された冷却水は前記水質浄化装置系の上流側
に導かれることを特徴とする燃料電池発電装置。
A fuel cell main body configured by stacking a fuel electrode and an air electrode, and a cooling plate provided to cool the fuel cell main body and supplied with cooling water from an external cooling water loop,
A water purification device for purifying the cooling water is provided in the middle of the cooling water loop of the cooling plate, and a fuel electrode gas and cooling water are further provided in the middle of the fuel electrode gas supply pipe that sends the fuel electrode gas to the fuel electrode of the fuel cell main body. A direct contact type impurity removal device is provided, in which the cooling water of the direct contact type impurity removal device is brought into direct contact with the water for a sufficient residence time, and the cooling water of the direct contact type impurity removal device is led from the cooling water loop, and the cooling water discharged from there is passed through the water purification system. A fuel cell power generation device characterized by being guided to the upstream side of.
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Cited By (2)

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US6638655B2 (en) 2000-04-13 2003-10-28 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Fuel cell system
DE10085063B4 (en) * 1999-10-14 2007-07-26 UTC Fuel Cells, LLC, South Windsor Method and apparatus for removing contaminants from the coolant supply of a fuel cell power plant

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