JPH05326005A - りん酸形燃料電池発電装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】空気極オフガスに含まれる微量のりん酸が空気
系排熱回収熱交換器の内壁に堆積することを未然に防
ぎ、りん酸型燃料電池発電装置の長期連続運転性能に及
ぼす悪影響を回避する。 【構成】複数の単位セルと冷却板１２との積層体からな
り燃料改質装置２から燃料ガス２Ｆを反応空気供給系３
Ｃから反応空気３Ａを受けて発電するりん酸形燃料電池
１が、冷却板に水蒸気分離器１５および循環ポンプ１４
を介して冷却水１１Ｗを循環する冷却水循環系１１と、
りん酸形燃料電池の空気極オフガス３０Ａの出口側に連
結されて空気極オフガスの排熱を回収する排熱回収熱交
換器４とを含むものにおいて、熱交換器４が冷却水循環
系１１からブロ−水１５Ｗを受けて熱交換器４の内部に
噴霧する圧力噴霧式ノズル２２を含む洗浄装置２１を備
える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、空気極オフガスの排
熱を回収する熱交換器を備えたりん酸形燃料電池発電装
置、ことに、空気極オフガス中に含まれるりん酸が熱交
換器内に付着するのを防止する手段を備えたりん酸形燃
料電池発電装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】電解液としてりん酸を使用するりん酸形
燃料電池においては、反応ガスが電池内部を通過する
際、反応ガス中にある程度のりん酸が飛散することが知
られている。かようなりん酸の飛散は微少ではあるが長
期間にわたる累積量は無視できない量に達し、その不足
分の補給を怠った場合には燃料電池の発電特性の低下を
招く。したがって、燃料電池を長期間安定して連続運転
するためには電解液としてのりん酸を断続的もしくは連
続的に補給する必要があり、このため運転中反応ガス中
へのりん酸の飛散が持続して発生することは避けられな
い。

【０００３】一方、オフガス中に含まれて燃料電池から
排出されるりん酸には非常に強い腐食性があるため、電
池の下流側の構成部品を浸食するという問題がある。殊
に、下流側に連結されてオフガスの排熱を回収する熱交
換器が金属製である場合、熱交換器内部でりん酸が凝縮
してりん酸化合物を形成し、これが堆積することにより
熱交換器内にガス通路の閉塞や、器壁の腐食によるガス
漏れなどを生ずるという問題がある。また、このような
事態を回避するために、熱交換器を耐食性の高い金属材
料、例えばチタンで構成したものも知られているが、熱
交換器そのものが非常に高価になるという問題があり、
その改善が求められている。

【０００４】図５は従来のりん酸形燃料電池発電装置の
要部を模式化して示す概略系統図である。図において、
模式化して示すりん酸形燃料電池１は、電解質としての
りん酸を含浸したマトリックスを一対の燃料電極および
酸化剤電極で挟持した単位セル複数層の積層体（スタッ
ク）からなり、単位セル複数層を１ブロックとして各ブ
ロック毎に冷却パイプ１２Ｐを有する冷却板１２が積層
される。燃料改質装置２は天然ガスあるいはメタノ−ル
等の原燃料に水蒸気供給系１５Ｃから供給される水蒸気
１５Ｓを添加したものを改質原料とし、これを水蒸気改
質して水素リッチな燃料ガス２Ｆとし、燃料ガス供給系
２Ｃを介してりん酸形燃料電池１の燃料電極に供給す
る。また、りん酸形燃料電池１の酸化剤電極（空気電
極）には、反応空気ブロワ３を有する反応空気供給系３
Ｃが空気系排熱回収用熱交換器４を介して連結されてお
り、空気極オフガス供給系３０Ｃを介して空気系排熱回
収用熱交換器４に供給される空気極オフガスを熱源とし
て、酸化剤としての反応空気３Ａが所定の運転温度近く
に加熱された状態でりん酸型燃料電池１の空気電極に供
給される。

【０００５】このように構成されたりん酸形燃料電池で
は燃料電極上でのＨ₂ →２Ｈ⁺ ＋２ｅ^- なる電極反応
と、空気電極上での２Ｈ⁺ ＋２ｅ^- ＋Ｏ₂ ／２→Ｈ₂ Ｏ
なる電極反応とによって発電が行われ、これに伴って空
気電極側に水が生成し、この発電生成水が水蒸気となっ
て反応空気中に放出される際、微量ながらりん酸を巻き
込んで放出されるため、りん酸形燃料電池から排出され
る空気極オフガス３０Ａは微量のりん酸ミストを含んだ
状態となる。

【０００６】ところで、上記電気化学反応は発熱反応で
あり、この反応生成熱を排熱するために冷却板１２に埋
設された冷却パイプ１２Ｐには冷却水循環系１１が連結
される。冷却水循環系１１は、循環ポンプ１４により冷
却水循環系を循環する冷却水１１Ｗが熱回収用熱交換器
１３で冷却媒体と熱交換して冷却され、水蒸気分離器１
５で気液分離された冷却水１１Ｗが冷却パイプ１２Ｐに
還流することにより、りん酸形燃料電池１をその運転に
好適な作動温度例えば１９０°Ｃ程度に保持して運転が
持続される。また、熱回収用熱交換器１３で加熱された
熱媒体はユ−ザ−熱媒配管１３Ｃを介して図示しない排
熱利用系に送られてりん酸形燃料電池の発電生成熱が有
効に利用される。さらに、水蒸気分離器１５で気液分離
された水蒸気１５Ｓの一部は水蒸気供給系１５Ｃを介し
て原燃料に添加され、燃料改質装置２における原燃料の
水蒸気改質反応に必要な水蒸気として利用される。

【０００７】一方、りん酸形燃料電池１の燃料電極で水
素が消費された燃料オフガス２０Ｆは燃料改質器用バ−
ナ２Ｂに送られて残余の水素が燃焼し、原燃料の改質反
応に利用される。また、空気電極で酸素の一部が消費さ
れた空気極オフガス３０Ａは、前述のように空気系排熱
回収熱交換器４に導かれて反応空気３Ａとの間で熱交換
され、空気極オフガス３０Ａの排熱が反応空気の予熱に
利用される。さらに、空気系排熱回収熱交換器４を出た
空気極オフガス３０Ａは前述の電極反応で空気電極側に
生成した発電生成水を水蒸気とて含んでいるので、生成
水回収熱交換器５に導かれて冷却水により冷却され、電
極反応で生じた発電生成水が回収された後、空気排出系
５Ｄを介して系外に排出される。

【０００８】また、復水５Ｗは、例えばイオン交換式水
処理装置等を含む水処理装置１９で浄化処理され、電気
伝導度が極めて低いイオン交換水１９Ｗが補給水の一部
として冷却水循環系１１に供給されるとともに、水蒸気
分離器１５内の冷却水１１Ｗの一部がブロ−水１５Ｗと
して外部に排出されることにより、冷却水循環系１１内
の冷却水１１Ｗを常に電気伝導度の低い純水状態に保持
してりん酸形燃料電池における液絡現象に基づく自己放
電を防止するよう構成される。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】このように構成された
従来のりん酸形燃料電池発電装置において、電極反応に
基づいて空気電極側に生じた発電生成水は、電極上から
水蒸気となって反応空気中に放出される際、少量のりん
酸を溶解して反応空気中に放出され、空気極オフガス３
０Ａとなってりん酸形燃料電池１から排出され、その下
流に空気極オフガス供給系３０Ｃを介して連結された空
気系排熱回収熱交換器４に流入する。この時、空気系排
熱回収熱交換器４に流入した空気極オフガス３０Ａはそ
の流速が低下し、さらに反応空気３Ａと熱交換すること
により温度が低下するので、空気極オフガス中のりん酸
を含む水蒸気が凝縮して熱交換面を含む空気系排熱回収
熱交換器４の内壁面に付着し、逐次堆積する。

【００１０】器壁に堆積したりん酸は、りん酸そのもの
であるうちは容易に取り去ることができるが、熱交換器
の構成材料である金属と反応して金属酸化物を形成する
と強固に器壁にこびり付いて取り去ることが困難になる
ため、この金属酸化物の堆積量は長期間にわたって相当
な量となり、熱交換器内部のガス通路を閉塞したり、あ
るいは器壁が腐食して空気極オフガスの漏洩等を引き起
こし、りん酸形燃料電池発電装置の連続運転を阻害する
という問題に進展する。また、金属酸化物が熱交換器の
熱交換面に形成された場合には、熱交換器の熱交換効率
に悪影響を及ぼすという問題も発生する。

【００１１】一方、これらの事態を回避するために、空
気系排熱回収熱交換器４にチタンなどりん酸に対する耐
蝕性の高い金属材料を使用するよう構成した場合、熱交
換器の製造コストが大幅に上昇するという問題が発生す
る。この発明の目的は、空気極オフガスに含まれる微量
のりん酸が空気系排熱回収熱交換器の内壁に堆積するこ
とを未然に防ぎ、りん酸型燃料電池発電装置の長期連続
運転性能に及ぼす悪影響を回避することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、この発明によれば、複数の単位セルと冷却板との積
層体からなり燃料改質装置から燃料ガスを空気供給系か
ら反応空気をそれぞれ受けて発電するりん酸形燃料電池
が、前記冷却板に水蒸気分離器および循環ポンプを介し
て冷却水を循環する冷却水循環系と、前記りん酸形燃料
電池の空気極オフガス出口側に連結されて空気極オフガ
スの排熱を回収する熱交換器とを含むものにおいて、前
記熱交換器が前記冷却水循環系から水あるいはスチ−ム
の内少なくとも一方の供給を受けて熱交換器内部に噴霧
するノズルを含む洗浄装置を備えてなるものとする。

【００１３】また、ノズルが、冷却水循環系からノズル
に供給される流体の持つ圧力を利用してこの流体を熱交
換器内に噴霧する圧力噴霧式ノズルであるものとする。
さらに、洗浄装置を含む熱交換器が、空気極オフガスを
加熱媒体として反応空気を所定温度に加熱する排熱回収
熱交換器であり、その空気極オフガス室側に圧力噴霧式
ノズルが配され、空気極オフガスに対して加圧状態にあ
る冷却水循環系からブロ−水の供給を受けてこのブロ−
水を熱交換器内に噴霧するよう形成されてなるものとす
る。

【００１４】一方、複数の単位セルと冷却板との積層体
からなり燃料改質装置から燃料ガスを空気供給系から反
応空気をそれぞれ受けて発電するりん酸形燃料電池が、
前記冷却板に水蒸気分離器および循環ポンプを介して冷
却水を循環する冷却水循環系、およびこの冷却水循環系
に低電導度の冷却水を補給する純水製造装置と、前記り
ん酸形燃料電池の空気極オフガスを加熱媒体として反応
空気を所定温度に加熱する空気系排熱回収熱交換器とを
含むものにおいて、前記空気系排熱回収熱交換器が前記
純水製造装置から純水の供給を受けて空気系排熱回収熱
交換器内部に噴霧するノズルを含む洗浄装置を備えてな
るものとする。

【００１５】また、複数の単位セルと冷却板との積層体
からなり燃料改質装置から燃料ガスを空気供給系から反
応空気をそれぞれ受けて発電するりん酸形燃料電池が、
前記りん酸形燃料電池の空気極オフガスを加熱媒体とし
て反応空気を所定温度に加熱する空気系排熱回収熱交換
器と、その空気極オフガス出口側に連結されて空気極オ
フガス中の水蒸気を凝縮して回収する生成水回収装置と
を含むものにおいて、前記空気系排熱回収熱交換器が前
記生成水回収装置から回収水の供給を受けて空気系排熱
回収熱交換器内部に噴出するノズルを含む洗浄装置を備
えてなるものとする。

【００１６】

【作用】この発明の構成において、りん酸形燃料電池の
空気極オフガス出口側に連結されて空気極オフガスの排
熱を回収する熱交換器が、冷却水循環系から水あるいは
スチ−ムの内少なくとも一方の供給を受けて熱交換器内
部に噴霧するノズルを含む洗浄装置を備えるよう構成し
たことにより、空気極オフガスによって熱交換器内に運
ばれ，凝縮して器壁に堆積したりん酸は、熱交換器の構
成材料と反応して金属酸化物を形成する間もなく噴霧さ
れた水滴あるいは水蒸気に溶解して外部に排出されるの
で、りん酸が堆積することによって生ずる空気極オフガ
スの流通障害や、金属材料の腐食によるガス漏れ等を、
耐蝕性を有する高価な金属材料を器壁に用いることなく
未然に防止できるとともに、これらの障害が原因で発生
するりん酸形燃料電池発電装置の発電性能，長期連続運
転性能への悪影響をも防止する機能が得られる。

【００１７】また、冷却水循環系からノズルに供給され
る流体の持つ圧力を利用してこの流体を熱交換器内に噴
霧する圧力噴霧式ノズルを用いることにより、噴霧され
た流体の圧力を利用して器壁に付着したりん酸および金
属酸化物を強制洗浄する機能が得られる。なお、冷却水
循環系内で高温および圧力を保持した冷却水は、圧力噴
霧式ノズルから熱交換器内に放出されることによって急
速に水蒸気化し、燃料改質器の内壁面に吹き付けられる
ので、堆積したりん酸を主としてスチ−ム洗浄する作用
が得られる。

【００１８】さらに、洗浄装置を含む熱交換器が、空気
極オフガスを加熱媒体として反応空気を所定温度に加熱
する熱交換器であり、その空気極オフガス室側に圧力噴
霧式ノズルが配され、空気極オフガスに対して加圧状態
にある冷却水循環系からブロ−水の供給を受けてこのブ
ロ−水を熱交換器内に噴霧するよう形成すれば、冷却水
循環系の冷却水の電気伝導度を低く保つために放出され
る純度の高いブロ−水を利用して熱交換器内部をスチ−
ム洗浄し、りん酸の堆積を防止するとともに、空気極オ
フガスの排熱を効率よく反応空気側に回収する機能が得
られる。

【００１９】さらにまた、空気極オフガス中の水蒸気を
凝縮して回収する生成水回収装置を、洗浄装置を含む熱
交換器の空気極オフガス出口側に備えるよう構成すれ
ば、洗浄装置によりりん酸ミストが補足された空気極オ
フガスを生成水回収装置が受けて生成水を回収するの
で、りん酸溶解量の少なく、再利用が容易な回収水を回
収する機能が得られる。

【００２０】一方、りん酸型燃料電池発電装置が冷却水
循環系に低電導度の冷却水を補給する純水製造装置と、
りん酸形燃料電池の空気極オフガスを加熱媒体として反
応空気を所定温度に加熱する空気系排熱回収熱交換器と
を含むものにおいて、空気系排熱回収熱交換器が純水製
造装置から純水の供給を受けて空気系排熱回収熱交換器
内部に噴出するノズルを含む洗浄装置を備えるよう構成
したことにより、常温の純水はノズルから空気極オフガ
ス中に噴出し、りん酸が付着した熱交換器の内壁面に吹
き付けられるので、付着したりん酸を溶解して洗い流す
水洗洗浄作用が得られる。

【００２１】また、りん酸型燃料電池発電装置が、空気
系排熱回収熱交換器と、その空気極オフガス出口側に連
結されて空気極オフガス中の水蒸気を凝縮して回収する
生成水回収装置とを含むものにおいて、空気系排熱回収
熱交換器が生成水回収装置から回収水の供給を受けて空
気系排熱回収熱交換器内部に噴出するノズルを含む洗浄
装置を備えるよう構成すれば、洗浄装置によりりん酸ミ
ストが補足された空気極オフガスを復水装置が受けて生
成水を回収するので、りん酸溶解量の少ない回収水を洗
浄装置にリサイクルして水洗洗浄する機能が得られる。

【００２２】

【実施例】以下、この発明を実施例に基づいて説明す
る。図１はこの発明の実施例になるりん酸形燃料電池発
電装置の要部を示す系統図であり、従来技術と同じ構成
部分には同一参照符号を付すことにより、重複した説明
を省略する。図において、洗浄装置２１は、空気系排熱
回収熱交換器４の空気極オフガス室側に設けた例えば圧
力噴霧式ノズル２２と、自動弁２４を介して冷却水循環
系１１の水蒸気分離器１５に一方端が連通し、ブロ−水
１５Ｗを圧力噴霧式ノズル２２に供給する給水管２３と
で構成される。

【００２３】このように構成された洗浄装置２１を備え
たりん酸形燃料電池１が運転中、反応空気ブロワ３から
送られる反応空気３Ａが空気系排熱回収熱交換器４で空
気極オフガス３０Ａと熱交換し、その温度がりん酸形燃
料電池の運転温度（例えば１９０°Ｃ）近くに予熱され
て空気電極に供給され、冷却水循環系１１を循環する冷
却水１１Ｗが熱交換器１３で冷却されて運転温度より所
定温度（例えば２０°Ｃ）低下し，水蒸気分離器で気液
分離されて冷却板１２に循環することにより、りん酸形
燃料電池１は上記運転温度を保持して発電運転が行われ
る。この時、水蒸気分離器１５内で気液分離された水蒸
気１５Ｓは冷却水温度に平衡した高い水蒸気圧を保持し
ており、洗浄装置２１の自動弁２４を一定時間毎に開く
ことにより、水蒸気分離器内の圧力を動力に利用して加
圧されたブロ−水１５Ｗが加圧噴霧式ノズル２２に供給
され、排熱回収熱交換器４の空気極オフガス３０Ａ側の
区画室内にノズル２２から噴出し、水蒸気化して熱交換
面を含む器壁に吹きつけられる。したがって、空気極オ
フガス３０Ａによって排熱回収熱交換器４内に運ばれ、
凝縮して器壁に付着したりん酸はノズルから吹きつけら
れる高温の水蒸気によってスチ−ム洗浄され、りん酸の
堆積および金属酸化物の生成が阻止される。なお、給水
管２３を水蒸気分離器１５の上部に連結して水蒸気１５
Ｓを圧力噴霧式ノズルから噴射するよう構成してもよ
い。

【００２４】図２はこの発明の実施例における洗浄装置
を備えた熱交換器の一例を模式化して示す断面図であ
り、水平管式またはパネル式熱交換器からなる空気系排
熱回収熱交換器４は、水平管内またはパネル内を水平方
向に通過する反応空気３Ａと、水平管またはパネルの外
表面を下方に向けて流れる空気極オフガス３０Ａとの間
で熱交換が行われる。洗浄装置２１は空気極オフガス側
の上部マニホ−ルド２５内に設けられ、必要数分散配置
された圧力噴霧式ノズル２２から大気圧に近い空気極オ
フガス内に噴射したブロ−水１５Ｗの霧またはスチ−ム
１５Ｓが水平管，パネル，あるいは容器の内壁に吹き付
けられる。この洗浄操作が自動弁２３によって定期的に
繰り返されることにより、熱交換器の熱交換面などに付
着したりん酸は金属酸化物を形成する間もなく洗い流さ
れ、りん酸の堆積および金属酸化物の生成が阻止され
る。したがって、りん酸の堆積や金属酸化物の生成に起
因して従来発生した空気極オフガスの流通障害，金属材
料の腐食による反応空気の漏洩，さらには熱交換効率の
低下など、りん酸形燃料電池の長期連続運転や発電性能
に悪影響を及ぼす障害が排除され、りん酸形燃料電池発
電装置を安定して連続運転できる効果が得られる。

【００２５】また、圧力噴霧式ノズルから噴射した霧ま
たは水蒸気は蒸気洗浄作用を行うと同時に、空気極オフ
ガス３０Ａと混合してガス中に浮遊するりん酸ミスト等
を捕捉して溶解するよう機能し、りん酸や金属酸化物等
を含む排水は下部マニホ−ルドの排水口から外部に排出
される。したがって、図１において空気系排熱回収熱交
換器４から排出される空気極オフガス３０Ａ中に含まれ
る発電生成水を、生成水回収熱交換器５で凝縮して得ら
れる回収水５Ｗは、従来の装置で得られる回収水に比べ
てりん酸等の不純物の溶解量が少なく、これを水処理装
置（純水製造装置）１９で浄化処理して冷却水循環系１
１の補給水に再利用する場合、浄化処理に必要なイオン
交換樹脂の消費量を従来より低減できる利点が得られ
る。なお、冷却水を洗浄水として利用することにより冷
却水循環系１１に生じた冷却水の不足分は、水処理装置
１９から補給される。

【００２６】図３はこの発明の他の実施例になるりん酸
型燃料電池発電装置の要部を示す系統図であり、りん酸
型燃料電池発電装置がその冷却水循環系１１に純水を補
給する純水製造装置３９およびポンプ３８を備えるとと
もに、洗浄装置３１が、空気系排熱回収熱交換器４の空
気極オフガス室内に配されたノズル３４と、このノズル
３４とポンプ３８の吐出側との間に自動弁３４を介して
連結された純水供給系３３とで構成された点が前述の実
施例と異なっている。このように構成された洗浄装置３
１を有するりん酸型燃料電池発電装置において、その運
転中にある一定時間毎に自動弁３２を開いて純水３９Ｗ
を間欠的にノズル３２に供給し、空気系排熱回収熱交換
器４の空気極オフガス室内に吹き付ける。この時、純水
の温度が低いのでノズルから噴出した純水が一気に水蒸
気化することはなく、水滴として器壁に付着したりん酸
に吹き付けられるので、器壁に付着したりん酸あるいは
その化合物が固形化する前に洗い流され、ある一定以上
に，かつ局部的に金属化合物の堆積層が成長することを
阻止できる。従って、堆積層の成長によるガス通路の閉
塞や、熱交換器の器壁の腐食が回避され、りん酸型燃料
電池発電装置を長期間安定して連続運転できるととも
に、空気系排熱回収熱交換器４にりん酸に対する耐蝕性
が高く高価な金属材料を使用しないで済むので、熱交換
器を安価に形成できる利点が得られる。なお、洗い流さ
れたりん酸またはその化合物は水とともに下流に運ば
れ、回収またはフィルタ−に補集される。

【００２７】図４はこの発明の異なる他の実施例になる
りん酸型燃料電池発電装置の要部を示す系統図であり、
りん酸型燃料電池発電装置が、生成水回収熱交換器５、
およびその回収水４６Ｗを貯留する回収水タンク４６か
らなる生成水回収装置を備え、洗浄装置４１が空気系排
熱回収熱交換器４の空気極オフガス室側に配されたノズ
ル４４と、このノズル４４と回収水タンク４６とにポン
プ４５および自動弁４２を介して連結された回収水補給
系４３とで構成された点が前述の各実施例と異なってい
る。

【００２８】このように構成された洗浄装置４１を有す
るりん酸型燃料電池発電装置において、その運転中にあ
る一定時間毎に自動弁４４を開いて回収水４６Ｗを間欠
的にノズル４２に供給し、空気系排熱回収熱交換器４の
空気極オフガス室に吹き付ける。この時、回収水の温度
が低いのでノズルから噴出した純水が一気に水蒸気化す
ることはなく、水滴として器壁に付着したりん酸に吹き
付けられるので、器壁に付着したりん酸あるいはその化
合物が固形化する前に洗い流され、ある一定以上に，か
つ局部的に金属化合物の堆積層が成長することを阻止で
きる。その結果、堆積層の成長によるガス通路の閉塞
や、熱交換器の器壁の腐食が回避され、りん酸型燃料電
池発電装置を長期間安定して連続運転できるとともに、
空気系排熱回収熱交換器４にりん酸に対する耐蝕性が高
く高価な金属材料を使用しないで済むので、熱交換器を
安価に形成できる利点が得られる。なお、空気系排熱回
収熱交換器４から排出される空気極オフガス３０Ａ中に
含まれる発電生成水を、生成水回収熱交換器５で凝縮し
て得られる回収水４６Ｗは、従来の装置で得られる回収
水復水に比べてりん酸等の不純物の溶解量が少ないの
で、この回収水を洗浄装置４１側にリサイクルして洗浄
水として利用することにより、器壁に付着したりん酸の
水洗洗浄効果が得られるとともに、純水を使用した場合
必要になる純水製造装置の保守作業、ことにイオン交換
樹脂の再生処理作業を軽減できる利点が得られる。

【００２９】

【発明の効果】この発明は前述のように、りん酸形燃料
電池の空気極オフガス出口側に連結されて空気極オフガ
スの排熱を回収する空気系排熱回収熱交換器が、冷却水
循環系から水あるいはスチ−ムの内少なくとも一方の供
給を受けて熱交換器内部に噴霧するノズルを含む洗浄装
置を備えるよう構成した。その結果、空気極オフガスに
よって熱交換器内に運ばれ，凝縮して器壁に付着したり
ん酸は、噴霧された高温の水蒸気によりスチ−ム洗浄さ
れ、りん酸化合物が堆積することによって生ずる熱交換
効率の低下やガス通路の閉塞，金属材料の腐食によるガ
ス漏れ等の障害を未然に防止できるとともに、熱交換器
に耐蝕性が高く高価な金属材料を使用しないで済むた
め、長期連続運転の安定性に優れたりん酸形燃料電池発
電装置を経済的にも有利に提供することができる。

【００３０】また、洗浄装置に圧力噴霧式ノズルを用
い、冷却水循環系の水蒸気分離器から放出されるブロ−
水を噴霧するよう構成すれば、水蒸気分離器内の圧力
と、廃棄される純度の高いブロ−水とを利用して熱交換
器の器壁に付着したりん酸および金属酸化物を強制洗浄
できる洗浄装置を備えたりん酸形燃料電池発電装置を経
済的にも有利に提供することができる。

【００３１】さらに、洗浄装置を含む熱交換器が、空気
極オフガスを加熱媒体として反応空気を所定温度に加熱
する排熱回収熱交換器であり、その後段に空気極オフガ
ス中の水蒸気を凝縮して回収する生成水回収装置を備え
るよう構成すれば、洗浄作用により排熱回収熱交換器の
熱交換効率を高度に維持して空気極オフガスの排熱を回
収できるとともに、洗浄装置によりりん酸ミストが捕捉
された空気極オフガスを生成水回収装置が受けて生成水
を回収するので、りん酸溶解量が少なく再利用が容易な
回収水を回収できる利点が得られる。

【００３２】一方、りん酸型燃料電池発電装置が純水製
造装置または生成水回収装置を備える場合、洗浄装置の
ノズルに純水または回収水を供給するよう構成すること
により、純水および回収水の温度が冷却水循環系の冷却
水のそれに比べて低いことを利用して、熱交換器の器壁
に付着したりん酸およびその化合物を水洗洗浄し、金属
化合物の堆積層の成長を防止できるので、熱交換器内部
のガス通路の閉塞および腐食によるガス漏れを防止し、
長時間連続運転可能なりん酸型燃料電池発電装置を経済
的にも有利に提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例になるりん酸形燃料電池発電
装置の要部を示す系統図

【図２】この発明の実施例における洗浄装置を備えた熱
交換器の一例を模式化して示す断面図

【図３】この発明の他の実施例になるりん酸型燃料電池
発電装置の要部を示す系統図

【図４】この発明の異なる他の実施例になるりん酸型燃
料電池発電装置の要部を示す系統図

【図５】従来のりん酸形燃料電池発電装置の要部を簡略
化して示す系統図

【符号の説明】

１ りん酸形燃料電池 ２ 燃料改質装置 ２Ｆ 燃料ガス ３ 反応空気ブロワ ３Ａ 反応空気 ３Ｃ 反応空気供給系 ４ 空気系排熱回収熱交換器 ５ 生成水回収熱交換器 ５Ｗ 回収水 １１ 冷却水循環系 １１Ｗ 冷却水 １２ 冷却板 １３ 熱回収用熱交換器 １４ 循環ポンプ １５ 水蒸気分離器 １５Ｓ スチ−ム １５Ｗ ブロ−水 ２１ 洗浄装置 ２２ 圧力噴霧式ノズル ２３ 給水管 ２４ 自動弁 ２５ 空気極オフガス入口マニホ−ルド ３０Ａ 空気極オフガス ２０Ｆ 燃料極オフガス ３１ 洗浄装置 ３２ ノズル ３３ 純水供給系 ３４ 自動弁 ３９Ｗ 純水 ３９ 純水製造装置 ４１ 洗浄装置 ４２ ノズル ４３ 回収水供給系 ４４ 自動弁 ４５ ポンプ ４６ 回収水タンク ４６Ｗ 回収水

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山本 修 神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号 富士電機株式会社内 (72)発明者 大賀 俊輔 神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号 富士電機株式会社内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数の単位セルと冷却板との積層体からな
   り燃料改質装置から燃料ガスを空気供給系から反応空気
   をそれぞれ受けて発電するりん酸形燃料電池が、前記冷
   却板に水蒸気分離器および循環ポンプを介して冷却水を
   循環する冷却水循環系と、前記りん酸形燃料電池の空気
   極オフガス出口側に連結されて空気極オフガスの排熱を
   回収する熱交換器とを含むものにおいて、前記熱交換器
   が前記冷却水循環系から水あるいはスチ−ムの内少なく
   とも一方の供給を受けて熱交換器内部に噴霧するノズル
   を含む洗浄装置を備えてなることを特徴とするりん酸形
   燃料電池発電装置。
2. 【請求項２】ノズルが、冷却水循環系からノズルに供給
   される流体の持つ圧力を利用してこの流体を熱交換器内
   に噴霧する圧力噴霧式ノズルであることを特徴とする請
   求項１記載のりん酸形燃料電池発電装置。
3. 【請求項３】洗浄装置を含む熱交換器が、空気極オフガ
   スを加熱媒体として反応空気を所定温度に加熱する排熱
   回収熱交換器であり、圧力噴霧式ノズルが空気極オフガ
   ス室側に配され、空気極オフガスに対して加圧状態にあ
   る冷却水循環系からブロ−水の供給を受けてこのブロ−
   水を熱交換器内に噴霧するよう形成されてなることを特
   徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載のり
   ん酸形燃料電池発電装置。
4. 【請求項４】空気極オフガス中の水蒸気を凝縮して回収
   する復水器を、洗浄装置を含む排熱回収熱交換器の空気
   極オフガス出口側に備えてなることを特徴とする請求項
   ３記載のりん酸形燃料電池発電装置。
5. 【請求項５】複数の単位セルと冷却板との積層体からな
   り燃料改質装置から燃料ガスを空気供給系から反応空気
   をそれぞれ受けて発電するりん酸形燃料電池が、前記冷
   却板に水蒸気分離器および循環ポンプを介して冷却水を
   循環する冷却水循環系、およびこの冷却水循環系に低電
   導度の冷却水を補給する純水製造装置と、前記りん酸形
   燃料電池の空気極オフガスを加熱媒体として反応空気を
   所定温度に加熱する排熱回収熱交換器とを含むものにお
   いて、前記排熱回収熱交換器が前記純水製造装置から純
   水の供給を受けて排熱回収熱交換器内部に噴霧するノズ
   ルを含む洗浄装置を備えてなることを特徴とするりん酸
   形燃料電池発電装置。
6. 【請求項６】複数の単位セルと冷却板との積層体からな
   り燃料改質装置から燃料ガスを空気供給系から反応空気
   をそれぞれ受けて発電するりん酸形燃料電池が、前記り
   ん酸形燃料電池の空気極オフガスを加熱媒体として反応
   空気を所定温度に加熱する排熱回収熱交換器と、その空
   気極オフガス出口側に連結されて空気極オフガス中の水
   蒸気を凝縮して回収する生成水回収装置とを含むものに
   おいて、前記排熱回収熱交換器が前記生成水回収装置か
   ら回収水の供給を受けて排熱回収熱交換器内部に噴霧す
   るノズルを含む洗浄装置を備えてなることを特徴とする
   りん酸形燃料電池発電装置。