JPH0660899A - 燃料電池用直接接触式熱交換器 - Google Patents
燃料電池用直接接触式熱交換器Info
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- JPH0660899A JPH0660899A JP4210476A JP21047692A JPH0660899A JP H0660899 A JPH0660899 A JP H0660899A JP 4210476 A JP4210476 A JP 4210476A JP 21047692 A JP21047692 A JP 21047692A JP H0660899 A JPH0660899 A JP H0660899A
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
- H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
- H01M8/04119—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28C—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA COME INTO DIRECT CONTACT WITHOUT CHEMICAL INTERACTION
- F28C1/00—Direct-contact trickle coolers, e.g. cooling towers
- F28C2001/006—Systems comprising cooling towers, e.g. for recooling a cooling medium
-
- 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
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- Sustainable Energy (AREA)
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- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明は同一熱交換器内の冷却水から補給水
を供給することにより、熱回収水温度の低下を小さくす
る。 【構成】 本発明は、燃料電池１の排ガスと、熱回収水
および冷却水とを直接接触させて熱交換する直接接触式
熱交換器であって、同一筐体の上部から順に冷却水の散
水手段５、排ガスと冷却水の熱交換部４、冷却水の貯水
部７、熱回収水の散水手段１３、排ガスと熱回収水の熱
交換部１２、熱回収水の貯水部１４を設け、筐体の上部
に排ガスの排出口１１、筐体の下部に排ガスの入口２１
を設けた構成とし、冷却水の貯水部７にたまった冷却水
を熱回収水の貯水部１４に供給するようにしたことを最
も主要な特徴とする。
を供給することにより、熱回収水温度の低下を小さくす
る。 【構成】 本発明は、燃料電池１の排ガスと、熱回収水
および冷却水とを直接接触させて熱交換する直接接触式
熱交換器であって、同一筐体の上部から順に冷却水の散
水手段５、排ガスと冷却水の熱交換部４、冷却水の貯水
部７、熱回収水の散水手段１３、排ガスと熱回収水の熱
交換部１２、熱回収水の貯水部１４を設け、筐体の上部
に排ガスの排出口１１、筐体の下部に排ガスの入口２１
を設けた構成とし、冷却水の貯水部７にたまった冷却水
を熱回収水の貯水部１４に供給するようにしたことを最
も主要な特徴とする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、燃料電池排ガスから熱
回収を行うと共に凝縮水を回収する熱交換器に係り、特
に燃料電池用直接接触式熱交換器に関するものである。
回収を行うと共に凝縮水を回収する熱交換器に係り、特
に燃料電池用直接接触式熱交換器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図２は従来の直接接触式熱交換器を燃料
電池に接続した例を示す。
電池に接続した例を示す。
【０００３】一般に、燃料電池は、燃料の持つ化学的エ
ネルギーを直接電気エネルギーに変換する発電装置であ
り、都市ガス等を改質して得られる水素と空気中の酸素
を電気化学的に反応させ、水の電気分解とは逆の原理で
発電が行われる。また、発電に伴って生じる排熱を回収
することにより、高い総合効率が期待できる。
ネルギーを直接電気エネルギーに変換する発電装置であ
り、都市ガス等を改質して得られる水素と空気中の酸素
を電気化学的に反応させ、水の電気分解とは逆の原理で
発電が行われる。また、発電に伴って生じる排熱を回収
することにより、高い総合効率が期待できる。
【０００４】燃料電池１において反応に用いられる水素
の製造には、原燃料である都市ガスと電池冷却水から供
給される水蒸気を触媒上で反応させる水蒸気改質反応を
利用しており、この反応が吸熱反応であるので改質器２
２を一定温度に維持するため、燃料極２４から排出され
る水素を改質器２２のバーナーで燃焼させる。
の製造には、原燃料である都市ガスと電池冷却水から供
給される水蒸気を触媒上で反応させる水蒸気改質反応を
利用しており、この反応が吸熱反応であるので改質器２
２を一定温度に維持するため、燃料極２４から排出され
る水素を改質器２２のバーナーで燃焼させる。
【０００５】この結果、改質器２２からはこの改質器の
燃焼排ガスが排出される。また、空気極２５からは発電
反応に使われた空気の排ガスが排出される。これらの燃
料電池１からの排ガスは、燃料電池排ガス供給配管２へ
導かれた後、燃料電池排ガス供給配管２より熱交換器３
内に供給され、熱交換器３内を上昇し、熱交換部４にお
いて冷却水の散水手段５により散水された冷却水と対向
流で直接接触により熱交換を行う。
燃焼排ガスが排出される。また、空気極２５からは発電
反応に使われた空気の排ガスが排出される。これらの燃
料電池１からの排ガスは、燃料電池排ガス供給配管２へ
導かれた後、燃料電池排ガス供給配管２より熱交換器３
内に供給され、熱交換器３内を上昇し、熱交換部４にお
いて冷却水の散水手段５により散水された冷却水と対向
流で直接接触により熱交換を行う。
【０００６】このとき排ガス中の水蒸気は凝縮する。
【０００７】熱交換によって温められた冷却水は、熱交
換器３内を流下し、冷却水貯水部６に溜まり、ここから
循環ポンプ８により冷却塔９あるいは温水発生器等に導
かれる。
換器３内を流下し、冷却水貯水部６に溜まり、ここから
循環ポンプ８により冷却塔９あるいは温水発生器等に導
かれる。
【０００８】また、排ガス中の水蒸気の凝縮による余剰
の冷却水は、燃料電池の補給水タンク１９に供給され、
ここから都市ガスより水素を製造する際に消費された水
蒸気分を補うため、電池冷却水として補給水供給ポンプ
２３により供給される。
の冷却水は、燃料電池の補給水タンク１９に供給され、
ここから都市ガスより水素を製造する際に消費された水
蒸気分を補うため、電池冷却水として補給水供給ポンプ
２３により供給される。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の直接接触式熱交換器を使って燃料電池の排ガ
スから熱回収を行い、吸収式冷凍機の熱源として使おう
とした場合には、熱回収水の温度が高くなければならな
いため、排ガス中の水蒸気が凝縮しない。
うな従来の直接接触式熱交換器を使って燃料電池の排ガ
スから熱回収を行い、吸収式冷凍機の熱源として使おう
とした場合には、熱回収水の温度が高くなければならな
いため、排ガス中の水蒸気が凝縮しない。
【００１０】このため、水素を製造するための水蒸気改
質反応に使われる電池冷却水を外部の市水から補給しな
ければならなかった。
質反応に使われる電池冷却水を外部の市水から補給しな
ければならなかった。
【００１１】また、熱回収水の温度が高いために排ガス
の出口温度も高くなり、排ガス中の水蒸気分圧が飽和水
蒸気圧以下になるような場合には、排ガス中の水蒸気が
凝縮しないばかりか、熱交換器３内の熱回収水が熱交換
過程で水蒸気に気化し、排ガス排出口１１より大気中に
放出される。
の出口温度も高くなり、排ガス中の水蒸気分圧が飽和水
蒸気圧以下になるような場合には、排ガス中の水蒸気が
凝縮しないばかりか、熱交換器３内の熱回収水が熱交換
過程で水蒸気に気化し、排ガス排出口１１より大気中に
放出される。
【００１２】この結果、補給水供給配管１０より低温の
市水を補わなければならず、熱回収水の温度が低下する
という欠点があった。
市水を補わなければならず、熱回収水の温度が低下する
という欠点があった。
【００１３】これらの欠点を補うため、熱回収用の熱交
換器と凝縮水回収用の熱交換器を別々に２台設置する
と、接続配管による熱損失が生じると共に、設置にかか
る専有スペースが増大し、配管工事も煩雑となってい
た。
換器と凝縮水回収用の熱交換器を別々に２台設置する
と、接続配管による熱損失が生じると共に、設置にかか
る専有スペースが増大し、配管工事も煩雑となってい
た。
【００１４】そこで、本発明は以上のような点に鑑みて
なされたもので、１台の直接接触式熱交換器により、
（１）燃料電池の排ガスから吸収式冷凍機の熱源とする
ための熱回収を行うとともに、電池冷却水に供給する凝
縮水を回収できるようにし、且つ（２）熱回収水から水
蒸気が蒸発して熱回収水が減少する場合には、同一熱交
換器内の冷却水から補給水を供給するようにして、熱回
収水温度の低下を小さくすることができる極めて良好な
燃料電池用直接接触式熱交換器を提供することを目的と
している。
なされたもので、１台の直接接触式熱交換器により、
（１）燃料電池の排ガスから吸収式冷凍機の熱源とする
ための熱回収を行うとともに、電池冷却水に供給する凝
縮水を回収できるようにし、且つ（２）熱回収水から水
蒸気が蒸発して熱回収水が減少する場合には、同一熱交
換器内の冷却水から補給水を供給するようにして、熱回
収水温度の低下を小さくすることができる極めて良好な
燃料電池用直接接触式熱交換器を提供することを目的と
している。
【００１５】
【課題を解決するための手段及び作用】本発明は、燃料
電池の排ガスと、熱回収水および冷却水とを直接接触さ
せて熱交換する直接接触式熱交換器であって、同一筐体
の上部から順に冷却水の散水手段、排ガスと冷却水の熱
交換部、冷却水の貯水部、熱回収水の散水手段、排ガス
と熱回収水の熱交換部、熱回収水の貯水部を設け、筐体
の上部に排ガスの排出口、筐体の下部に排ガスの入口を
設けた構成とし、冷却水の貯水部にたまった冷却水を熱
回収水の貯水部に供給するようにしたことを最も主要な
特徴とする。
電池の排ガスと、熱回収水および冷却水とを直接接触さ
せて熱交換する直接接触式熱交換器であって、同一筐体
の上部から順に冷却水の散水手段、排ガスと冷却水の熱
交換部、冷却水の貯水部、熱回収水の散水手段、排ガス
と熱回収水の熱交換部、熱回収水の貯水部を設け、筐体
の上部に排ガスの排出口、筐体の下部に排ガスの入口を
設けた構成とし、冷却水の貯水部にたまった冷却水を熱
回収水の貯水部に供給するようにしたことを最も主要な
特徴とする。
【００１６】
【実施例】以下図面を参照して本発明の一実施例につき
説明する。
説明する。
【００１７】但し、燃料電池１の構成は図２と同様であ
るので、省略するものとする。
るので、省略するものとする。
【００１８】図１は本発明の一実施例を示す構成説明図
であり、熱交換器３と同一筐体内上部に冷却水散水手段
５、燃料電池排ガスと冷却水の熱交換部４、冷却水の貯
水部７、下部に熱回収水の散水手段１３、燃料電池排ガ
スと熱回収水の熱交換部１２、熱回収水の貯水部１４を
設け、筐体上部に排ガスの排出口１１、筐体下部に燃料
電池の排ガスの入口２１を設けた構造とする。
であり、熱交換器３と同一筐体内上部に冷却水散水手段
５、燃料電池排ガスと冷却水の熱交換部４、冷却水の貯
水部７、下部に熱回収水の散水手段１３、燃料電池排ガ
スと熱回収水の熱交換部１２、熱回収水の貯水部１４を
設け、筐体上部に排ガスの排出口１１、筐体下部に燃料
電池の排ガスの入口２１を設けた構造とする。
【００１９】先ず、この燃料電池用直接接触式熱交換器
の作用について説明する。燃料電池１からの排ガスは、
燃料電池排ガス供給配管２により熱交換器３内に導か
れ、内部を上昇して熱交換部１２に入る。
の作用について説明する。燃料電池１からの排ガスは、
燃料電池排ガス供給配管２により熱交換器３内に導か
れ、内部を上昇して熱交換部１２に入る。
【００２０】一方、吸収式冷凍機１６から出た熱回収水
は、熱回収水散水手段１３により熱交換部において、排
ガスと対向流で直接接触による熱回収を行い、温められ
て熱回収水貯水部１４へ落下する。熱回収水貯水部１４
へ貯められた熱回収水は、循環ポンプ１５により吸収式
冷凍機１６の熱源として使用される。
は、熱回収水散水手段１３により熱交換部において、排
ガスと対向流で直接接触による熱回収を行い、温められ
て熱回収水貯水部１４へ落下する。熱回収水貯水部１４
へ貯められた熱回収水は、循環ポンプ１５により吸収式
冷凍機１６の熱源として使用される。
【００２１】次に、熱回収水と熱交換した低温排ガス
は、更に熱交換器３内を上昇して熱交換部４に入る。一
方、冷却塔９から出た冷却水は、冷却水散水手段５によ
り熱交換部において低温排ガスと対向流で直接接触によ
る熱回収を行い、温められて冷却水貯水部７へ落下す
る。このとき、排ガスの凝縮水も同時に冷却水貯水部７
に落下する。冷却水貯水部７へ貯められた冷却水は循環
ポンプ８により冷却塔へ送られ、熱を放出する。そして
熱交換後の排ガスは、排ガス排出口１１より大気中へ排
出される。排ガスの凝縮水により増加した冷却水は、補
給水供給配管２０を通って補給水タンク１９に供給され
る。
は、更に熱交換器３内を上昇して熱交換部４に入る。一
方、冷却塔９から出た冷却水は、冷却水散水手段５によ
り熱交換部において低温排ガスと対向流で直接接触によ
る熱回収を行い、温められて冷却水貯水部７へ落下す
る。このとき、排ガスの凝縮水も同時に冷却水貯水部７
に落下する。冷却水貯水部７へ貯められた冷却水は循環
ポンプ８により冷却塔へ送られ、熱を放出する。そして
熱交換後の排ガスは、排ガス排出口１１より大気中へ排
出される。排ガスの凝縮水により増加した冷却水は、補
給水供給配管２０を通って補給水タンク１９に供給され
る。
【００２２】ここで、熱交換部１２において熱回収水が
高温の場合、排ガスの温度も高いため排ガス中の水蒸気
分圧が飽和水蒸気圧より低くなり、熱回収水の一部が排
ガス中に蒸発し、熱回収水が減少する。この場合は、排
ガスの凝縮水により増加した冷却水の一部を補給水供給
配管２０を経て、熱回収水貯水部１４に供給し、熱回収
水の水量を一定に保つ。熱回収水の水量を一定に保つに
は、熱回収水貯水部１４内に設置した水位センサ１７に
より、補給水制御弁１８を制御すればよい。
高温の場合、排ガスの温度も高いため排ガス中の水蒸気
分圧が飽和水蒸気圧より低くなり、熱回収水の一部が排
ガス中に蒸発し、熱回収水が減少する。この場合は、排
ガスの凝縮水により増加した冷却水の一部を補給水供給
配管２０を経て、熱回収水貯水部１４に供給し、熱回収
水の水量を一定に保つ。熱回収水の水量を一定に保つに
は、熱回収水貯水部１４内に設置した水位センサ１７に
より、補給水制御弁１８を制御すればよい。
【００２３】
【発明の効果】以上説明したように、燃料電池からの排
ガス配管に本発明による二段式直接接触式熱交換器を設
けることにより、排ガスの熱エネルギーを１台の熱交換
器で回収し、吸収式冷凍機に供給できると共に、燃料電
池の燃料を改質するための水蒸気の補給水を、排ガスか
らの回収水で補えるようになる。
ガス配管に本発明による二段式直接接触式熱交換器を設
けることにより、排ガスの熱エネルギーを１台の熱交換
器で回収し、吸収式冷凍機に供給できると共に、燃料電
池の燃料を改質するための水蒸気の補給水を、排ガスか
らの回収水で補えるようになる。
【００２４】この結果、熱回収用の熱交換器と凝縮水回
収用の熱交換器を別々に２台設置する場合に比べて、排
ガスからの熱損失が少なくなると共に、熱交換器の専有
スペースが小さくなり、排ガス配管の工事も簡単にな
る。更に、熱回収水が高温のため、熱回収水の一部が排
ガス中に蒸発して熱回収水が減少する場合には、同一熱
交換器内で冷却水により凝縮した排ガスの比較的高温の
凝縮水を熱回収水に補給することにより、熱回収水への
低温の市水の補給が不要となるため、熱回収水温度の低
下が抑制できる。この結果、吸収式冷凍機の性能低下を
防ぐことができる。
収用の熱交換器を別々に２台設置する場合に比べて、排
ガスからの熱損失が少なくなると共に、熱交換器の専有
スペースが小さくなり、排ガス配管の工事も簡単にな
る。更に、熱回収水が高温のため、熱回収水の一部が排
ガス中に蒸発して熱回収水が減少する場合には、同一熱
交換器内で冷却水により凝縮した排ガスの比較的高温の
凝縮水を熱回収水に補給することにより、熱回収水への
低温の市水の補給が不要となるため、熱回収水温度の低
下が抑制できる。この結果、吸収式冷凍機の性能低下を
防ぐことができる。
【図１】本発明装置の一実施例を示す要部のシステム構
成図
成図
【図２】従来装置を示すシステム構成図である。
１…燃料電池 ２…燃料電池排ガス供給配管 ３…熱交換器 ４…熱交換部 ５…冷却水散水手段 ６…冷却水貯水部 ７…冷却水貯水部 ８…循環ポンプ ９…冷却塔 １０…補給水供給配管 １１…排ガス排出口 １２…熱交換部 １３…熱回収水散水手段 １４…熱回収水貯水部 １５…循環ポンプ １６…吸収式冷凍機 １７…水位センサ １８…補給水制御弁 １９…補給水タンク ２０…補給水供給配管 ２１…排ガス入口 ２２…改質器 ２３…補給水供給ポンプ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 北田 秀一 東京都千代田区内幸町一丁目１番６号 日 本電信電話株式会社内
Claims (2)
- 【請求項１】 都市ガス等を改質して得られる水素と空
気中の酸素を反応させて、電気エネルギーと熱エネルギ
ーを発生させる燃料電池と、 前記燃料電池の熱エネルギーの供給を受けて冷水を製造
する吸収式冷凍機と、 前記燃料電池の余剰熱と前記吸収式冷凍機の排熱を放散
させるための冷却塔からなる燃料電池システムに用いら
れ、前記燃料電池の排ガスから熱エネルギーを回収して
前記吸収式冷凍機へ供給するための熱回収水および前記
燃料電池の排ガスから前記吸収式冷収式冷凍機に供給さ
れなかった熱エネルギーを冷却塔から放散させるために
用いられる冷却水と前記燃料電池の排ガスを直接接触さ
せて熱交換する熱交換器であって、 同一筐体の上部から順に前記冷却水の散水手段、前記排
ガスと前記冷却水の熱交換部、前記冷却水の貯水部、前
記熱回収水の散水手段、前記排ガスと前記熱回収水の熱
交換部、前記熱回収水の貯水部を設けると共に、 前記筐体の上部に前記排ガスの排出口、前記筐体の下部
に前記排ガスの入口を設けたことを特徴とする燃料電池
用直接接触式熱交換器。 - 【請求項２】 前記冷却水の貯水部にたまった冷却水を
前記熱回収水の貯水部に供給するようにしたことを特徴
とする請求項１の燃料電池用直接接触式熱交換器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04210476A JP3114950B2 (ja) | 1992-08-06 | 1992-08-06 | 燃料電池用直接接触式熱交換器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04210476A JP3114950B2 (ja) | 1992-08-06 | 1992-08-06 | 燃料電池用直接接触式熱交換器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0660899A true JPH0660899A (ja) | 1994-03-04 |
| JP3114950B2 JP3114950B2 (ja) | 2000-12-04 |
Family
ID=16589980
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP04210476A Expired - Fee Related JP3114950B2 (ja) | 1992-08-06 | 1992-08-06 | 燃料電池用直接接触式熱交換器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3114950B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1998004011A3 (en) * | 1996-07-19 | 1998-04-23 | Ztek Corp | Fuel cell system for electric generation, heating, cooling and ventilation |
| JP2001223017A (ja) * | 2000-02-09 | 2001-08-17 | Toyota Motor Corp | 燃料電池用燃料ガスの生成システム |
| CN109029006A (zh) * | 2018-10-25 | 2018-12-18 | 单东海 | 一种闭式空爆冷却水塔 |
-
1992
- 1992-08-06 JP JP04210476A patent/JP3114950B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1998004011A3 (en) * | 1996-07-19 | 1998-04-23 | Ztek Corp | Fuel cell system for electric generation, heating, cooling and ventilation |
| KR100471501B1 (ko) * | 1996-07-19 | 2005-03-07 | 지텍 코포레이션 | 전기 발생, 난방, 냉방 및 환기용 연료 셀 시스템 |
| JP2001223017A (ja) * | 2000-02-09 | 2001-08-17 | Toyota Motor Corp | 燃料電池用燃料ガスの生成システム |
| CN109029006A (zh) * | 2018-10-25 | 2018-12-18 | 单东海 | 一种闭式空爆冷却水塔 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3114950B2 (ja) | 2000-12-04 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |