JPH065301A - 水分分離器を備えた燃料電池発電装置 - Google Patents

水分分離器を備えた燃料電池発電装置

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JPH065301A
JPH065301A JP4160512A JP16051292A JPH065301A JP H065301 A JPH065301 A JP H065301A JP 4160512 A JP4160512 A JP 4160512A JP 16051292 A JP16051292 A JP 16051292A JP H065301 A JPH065301 A JP H065301A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 発電装置を小型にし、運転に必要な冷却水の
量を減らし、かつ放熱損出を低減させてプラント効率を
高めることができる燃料電池発電装置。 【構成】 改質器10の排ガスを冷却して水分を凝縮さ
せる凝縮器16と、水分を分離する気液分離器18と、
分離された水分を収容する凝縮水容器17と、からな
り、凝縮器、気液分離器が、凝縮水容器内に格納されて
いる、ことを特徴とする水分分離器を備えている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、燃料電池発電装置に関
し、更に詳しくは、改質器の排ガスから水蒸気を凝縮し
て分離する水分分離器を備えた溶融炭酸塩型燃料電池発
電装置に関する。
【0002】
【従来の技術】溶融炭酸塩型燃料電池は、高効率、かつ
環境への影響が少ないなど、従来の発電装置にはない特
徴を有しており、水力・火力・原子力に続く発電システ
ムとして注目を集め、現在世界各国で鋭意研究開発が行
われている。特に天然ガスを燃料とする溶融炭酸塩型燃
料電池を用いた発電設備は、都市部のビルやマンション
等に分散して設置し、都市ガスを燃料として発電と冷暖
房を行うことにより、従来の送電に伴うロスが大幅に低
減でき、かつ80%以上の熱効率を発揮できるシステム
として脚光を浴びている。
【0003】かかる発電設備は、改質器と燃料電池を備
え、改質器により天然ガスを水素を含むアノードガスに
改質し、このアノードガスと酸素を含むカソードガスと
から燃料電池により発電し、その余熱により温水を製造
する。この燃料電池内での主な電池反応は、H2 +CO
3 2-→H2 O+CO2 +2e のアノード反応と、1/2
2 +CO2 +2e →CO3 2- のカソード反応であ
り、全体としては水素(H2 )が水(H2 O)に変わる
反応である。従って、本質的に排ガスはクリーンであ
り、環境への影響は極めて少ない。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記反応において、カ
ソード側では二酸化炭素(CO2 )を消費し、アノード
側ではこれを発生するので、発電設備内で二酸化炭素を
アノード側からカソード側へ循環させる必要がある。一
方、上記反応により発生した水蒸気を電池内で循環させ
ると、カソード側での水蒸気の分圧が上がり反応に寄与
する酸素や二酸化炭素の分圧が下がり、カソード反応が
阻害されるので、これを除去する必要がある。従来の発
電装置では、この水蒸気を除去するために、改質器の下
流に凝縮器と気液分離器を備え、改質器の排ガスを凝縮
器で凝縮し、次いで気液分離器で水滴を除去し、二酸化
炭素を含むガスのみをカソード側に循環させていた。
【0005】しかし、かかる従来の発電設備では、改質
器の高温の排ガスを凝縮器で凝縮させるため大型の凝縮
器を必要とし、発電装置が大型になり、また運転に大量
の冷却水が必要であり、かつ冷却水による熱損失が大き
い問題があった。
【0006】本発明は、かかる問題を解決するために創
案されたものである。すなわち、本発明は、発電装置を
小型にし、運転に必要な冷却水の量を減らし、かつ放熱
損出を低減させてプラント効率を高めることができる燃
料電池発電装置を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、改質器
の排ガスを冷却して水分を凝縮させる凝縮器と、凝縮し
た水分を分離する気液分離器と、分離された水分を収容
する凝縮水容器と、からなり、前記凝縮器、気液分離器
が、前記凝縮水容器内に格納されている、ことを特徴と
する水分分離器を備えた燃料電池発電装置が提供され
る。
【0008】前記凝縮水容器は、容器中央部に設けられ
た排ガス供給口と、容器頂部に設けられた排ガス排出口
と、容器下端に設けられた凝縮水排出口とを備えてい
る。また、カソード側に供給される空気と改質器の排ガ
スとの間で熱を交換する空気予熱器を更に備え、該空気
予熱器で冷却された排ガスが前記排ガス供給口を介して
前記凝縮器に供給され、前記気液分離器で分離された排
ガスが前記排ガス排出口を介して前記空気に供給され
る、ことが好ましい。
【0009】
【作用】本発明の構成によれば、凝縮器、気液分離器
が、1つの容器内に格納されているので、凝縮器と気液
分離器を別個に設ける場合と比較して、装置が小型にな
り、製作コストも低減される。また、空気予熱器を更に
備え、空気予熱器で冷却された排ガスを排ガス供給口を
介して凝縮水容器内の凝縮器に供給し、凝縮水容器内の
気液分離器で分離された排ガスを排ガス排出口を介して
カソード側に供給される空気に供給するようにすれば、
凝縮器が小型になり、凝縮水容器内への格納も容易にな
り、かつ運転に必要な冷却水の量が少なくなり、冷却水
による熱損失も大幅に低減することができる。
【0010】
【実施例】以下に本発明の好ましい実施例を図面を参照
して説明する。図1は、本発明による発電設備を示す全
体構成図である。この図において、発電設備は、燃料ガ
スを水素を含むアノードガスに改質する改質器10と、
前記アノードガスと酸素を含むカソードガスとから発電
する燃料電池20と、アノード排ガスを燃焼させる触媒
燃焼器30と、改質器10を出た高温のアノードガスと
改質器10に供給する低温の燃料ガスとの間で熱を交換
する熱交換器すなわち燃料予熱器40とを備える。更
に、本発電設備は、燃料ガス中に含まれる硫黄分を除去
する脱硫器12と、空気を予熱する空気予熱器14と、
排ガス中の水分を凝縮する凝縮器16と凝縮した水分を
分離する気液分離器18とからなる水分分離器19とを
備えている。
【0011】硫黄分を含む天然ガス等の燃料ガスは脱硫
器12により脱硫された後、ライン1を通って燃料加熱
器40に供給され、この燃料予熱器40で加熱されて改
質器10に供給される。
【0012】改質器10は、触媒燃焼器30から燃焼ガ
スライン6を介して供給される高温の燃焼ガスが完全燃
焼する燃焼室Coと、燃焼室からの伝熱により燃料ガス
を改質する改質室Reとからなる。改質器10は、燃焼
室Coと改質室Reを平面状にし、これを複数積層させ
たプレート型改質器であるのが良い。改質室Re内には
改質触媒が充填され、燃焼室Coで発生した高温の燃焼
ガスにより燃料ガスを水素を含む高温のアノードガスに
改質する。放熱により温度が下がった燃焼排ガスは、燃
焼排ガスライン7を介して空気予熱器14に供給されて
空気を加熱し、次いで、水分分離器19により水分が除
去される。一方、改質器10を出た高温のアノードガス
は、アノードガスライン2を介して燃料予熱器40に供
給され、この燃料予熱器40で冷却され、燃料電池20
に供給される。
【0013】燃料電池20は、アノードガスが通過する
アノード側Aと、カソードガスが通過するカソード側C
とからなり、アノードガス中の水素、一酸化炭素と、カ
ソードガス中の酸素、二酸化炭素とから化学反応により
電気を発生するようになっている。燃料電池20は、溶
融炭酸塩型燃料電池であるのが良い。
【0014】燃料電池20を出たアノード排ガスとカソ
ード排ガスはアノード排ガスライン4及びカソード排ガ
スライン5を介して触媒燃焼器30に供給される。この
触媒燃焼器30内には、ハニカム状のニッケルを主成分
とする燃焼触媒が充填されており、アノード排ガスに含
まれる未燃分をカソード排ガスに含まれる酸素により燃
焼させるようになっている。この触媒燃焼器30で発生
した高温の燃焼ガスはライン6を介して改質器10の燃
焼室Coに供給される。
【0015】燃料電池20のカソードガスライン3には
空気源(図示せず)から空気ライン8、空気予熱器14
を介して空気が供給される。この空気ライン8には水分
分離器19により水分が分離された燃焼排ガスの一部が
供給され、電池の反応に必要な二酸化炭素を供給するよ
うになっている。
【0016】更に、燃料電池のカソード側Cを通過した
カソード排ガスの一部はカソード循環ライン9を介して
カソードライン3に循環される。このカソード循環ライ
ン9には通常、熱交換器(図示せず)、ブロア22が設
けられ、循環するカソードガスの温度、流量を制御でき
るようになっている。
【0017】水分分離器19は、図2に示すように、改
質器の排ガスを冷却して水分を凝縮させる凝縮器16
と、水分を分離する気液分離器18と、分離された水分
を収容する凝縮水容器17とからなる。凝縮器16と気
液分離器18は、凝縮水容器17内に格納されている。
【0018】凝縮水容器17は、容器中央部に設けられ
た排ガス供給口17aと、容器頂部に設けられた排ガス
排出口17bと、容器下端に設けられた凝縮水排出口1
7cとを備える。凝縮器16は内部を冷却水が流れる水
管であり、凝縮水容器17のほぼ中央部に設けられるの
が良い。気液分離器18は、細長い金属片が密に充填さ
れた通気性のある板状体であり、内部をガスが通過する
際に水滴が捕獲されるようになっている。この気液分離
器18は凝縮水容器17の上部に設けられる。更に、凝
縮水容器17は、内部が空洞の密封容器であり、凝縮水
排出口17cから蒸気トラップ(図示せず)等を介して
外部に凝縮水を取り出せるようになっている。
【0019】この水分分離器19の使用において、空気
予熱器14で冷却された排ガスは排ガス供給口17aを
介して凝縮器16に供給され、気液分離器18で分離さ
れた排ガスは排ガス排出口17bを介して、空気予熱器
14に供給される空気に合流する。
【0020】かかる構成によれば、凝縮器、気液分離器
が、1つの凝縮水容器内に格納されているので、凝縮器
と気液分離器を別個に設ける場合と比較して、装置が小
型になり、製作コストも低減される。
【0021】また、空気予熱器を備え、空気予熱器で冷
却された排ガスを排ガス供給口を介して凝縮水容器内の
凝縮器に供給し、凝縮水容器内の気液分離器で分離され
た排ガスを排ガス排出口を介してカソード側に供給され
る空気に供給すれば、凝縮器が小型になり、凝縮水容器
内への格納も容易になり、かつ運転に必要な冷却水の量
が少なくなり、冷却水による熱損失も大幅に低減するこ
とができる。
【0022】
【発明の効果】従って、本発明によれば、発電装置を小
型にし、運転に必要な冷却水の量を減らし、かつ放熱損
出を低減させてプラント効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による発電装置を示す全体構成図であ
る。
【図2】水分分離器の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
1 燃料ガスライン 2 アノードガスライン 3 カソードガスライン 4 アノード排ガスライン 5 カソード排ガスライン 6 燃焼ガスライン 7 燃焼排ガスライン 8 カソードガスライン 9 カソード循環ライン 10 改質器 12 脱硫器 14 空気予熱器 16 凝縮器 17 凝縮水容器 18 気液分離器 19 水分分離器 20 燃料電池 30 触媒燃焼器 40 燃料予熱器

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 改質器の排ガスを冷却して水分を凝縮さ
    せる凝縮器と、凝縮した水分を分離する気液分離器と、
    分離された水分を収容する凝縮水容器と、からなり、前
    記凝縮器、気液分離器が、前記凝縮水容器内に格納され
    ている、ことを特徴とする水分分離器を備えた燃料電池
    発電装置。
  2. 【請求項2】 前記凝縮水容器は、容器中央部に設けら
    れた排ガス供給口と、容器頂部に設けられた排ガス排出
    口と、容器下端に設けられた凝縮水排出口とを備える、
    ことを特徴とする請求項1に記載の燃料電池発電装置。
  3. 【請求項3】 カソード側に供給される空気と改質器の
    排ガスとの間で熱を交換する空気予熱器を更に備え、該
    空気予熱器で冷却された排ガスが前記排ガス供給口を介
    して前記凝縮器に供給され、前記気液分離器で分離され
    た排ガスが前記排ガス排出口を介して前記空気に供給さ
    れる、ことを特徴とする請求項2に記載の燃料電池発電
    装置。
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