JPH08110001A

JPH08110001A - 蒸気発生装置

Info

Publication number: JPH08110001A
Application number: JP24738294A
Authority: JP
Inventors: Hajime Saito; 一斉藤
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 1994-10-13
Filing date: 1994-10-13
Publication date: 1996-04-30
Anticipated expiration: 2019-11-17
Also published as: JP3591006B2

Abstract

(57)【要約】【目的】要求される蒸気量に対応でき、過熱蒸気を発
生することのできる蒸気発生装置を得る。【構成】小孔２５を有する複数の蒸発皿２４を上下方
向に間隔を設けて給水管２２で支持し、格納容器２１内
に設置する。給水管２２は格納容器２１の底部を貫通
し、上下方向に配置されて蒸発皿２４を支持し、最上部
の蒸発皿２４に水を供給する。格納容器２１は円筒状で
その頂部には蒸気取出管２６が設けられ、周囲には電気
ヒータ２７が設けられ内部を加熱する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、少量の過熱蒸気を発生
する蒸気発生装置に係わり、特に溶融炭酸塩型燃料電池
の発電前処理工程の脱脂工程で蒸気を注入する蒸気発生
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】溶融炭酸塩型燃料電池は、高効率で環境
への影響が少ないなど、従来の発電装置にない特徴を有
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、現在鋭意研究が進められている。

【０００３】図３は、溶融炭酸塩型燃料電池の模式的構
造図である。本図に示すように燃料電池１２は、電解質
板３１と、電解質板３１を挟むアノード３２（電極）と
カソード３３（電極）、アノード３２にアノードガス２
を供給するアノードガス流路３４及びカソード３３にカ
ソードガス３を供給するカソードガス流路３５から構成
される。電解質板３１は、焼結したセラミックス粉末か
らなる平板であり、その間隙に炭酸塩を高温の溶融状態
で保持するようにしてある。この製造方法は、支持材の
LiAlO₂粉末と炭酸塩の粉末を予め混合して成形する方法
と、LiAlO₂粉末のみで成形して後から炭酸塩を含浸させ
る方法とがあり、炭酸塩を含浸させる方法がよく用いら
れる。アノード３２及びカソード３３は、それぞれ焼結
した金属粉末からなる平板で、電解質板３１を間に挟持
する。単一の電池（単セル）は、アノード３２、電解質
板３１及びカソード３３から構成される。アノードガス
流路３４は導電性を有しアノード３２に沿って水素を含
むアノードガス２を流す。カソードガス流路３５も導電
性を有しカソード３３に沿って酸素及び炭酸ガスを含む
カソードガス３を流す。

【０００４】このような溶融炭酸塩型燃料電池が工場で
組立られ、現地に据え付けられた後、発電する前処理工
程に電解質板３１に対する脱脂工程と炭酸塩を含浸させ
る含浸工程とがある。脱脂工程は電解質板３１を形成す
るときに使用した結合剤、可塑剤などの有機物が残され
ているのを除去する工程である。これらの有機物は焼結
により炭化された状態で残留しており、蒸気の注入によ
り除去される。

【０００５】図４は従来出力１〜１０ｋｗ程度の小規な
溶融炭酸塩型燃料電池の脱脂工程に用いられた蒸気発生
装置を示す。タンク４０には純水４５を入れ、この純水
４５を加熱するヒータ４１がタンク４０周囲に設けられ
ている。タンク４０の底部にはアノードガス供給管４２
が設けられ、頂部には蒸気取出管４３が設けられアノー
ドに接続されている。アノードガス供給管４２には流量
計４２ａが設けられており、タンク４０内の水位より上
の位置に圧力計４４が設けられている。

【０００６】ヒータ４１により加熱してゆくと、タンク
４０内の圧力によってきまる飽和蒸気が発生する。アノ
ードガスをアノードガス供給管４２より供給すると、水
中では気泡４６となり、この気泡内のアノードガスには
飽和蒸気がタンク内の圧力に応じて一定量含まれるよう
になり、蒸気取出管４３よりアノードに供給される。こ
れによりアノードガスの供給量とタンク内圧を計測する
ことによりアノードに供給する蒸気量がわかる。本装置
は簡単な構造であるため信頼性が高くかつ安価であるた
めよく使用されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】図４で示した蒸気発生
装置の場合、実験室で行う小規模な溶融炭酸塩型燃料電
池には適しているが、１００ｋｗ以上となると必要とさ
れる蒸気量も多くなるり、これに対応出来なくなる。ま
たアノードガスが水中を通過する際の圧損が大きくな
る。さらに発生する蒸気が飽和蒸気であるため途中で凝
縮しアノードまで届かないものも生じる。

【０００８】本発明は上述の問題点に鑑みてなされたも
ので、要求される蒸気量に対応でき、過熱蒸気を発生す
ることのできる蒸気発生装置を提供することを目的とす
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、小孔を有し上下方向に間隔を設けて配置された複数
の蒸発皿と、該蒸発皿を格納する格納容器と、該格納容
器を貫通して最上部の蒸発皿に水を供給する給水管と、
前記格納容器に設けられた蒸気取出管と、前記圧力容器
の周囲に設けられ内部を加熱する加熱装置とを備えたも
のである。

【００１０】また、前記格納容器内に前記給水管が上下
方向に配置され、前記蒸発皿が所定間隔で給水管に水平
に取付けられたものである。

【００１１】また、前記蒸発皿に設けられた小孔の数は
上方の蒸発皿より下方の蒸発皿にゆくに従い少なくな
り、最下層の蒸発皿には小孔が設けられていないように
したものである。

【００１２】

【作用】加熱装置により格納容器内および各蒸発皿は加
熱される。最上部の蒸発皿に供給された水は、一部はそ
こで蒸発し他は小孔より下の蒸発皿に落下し、同様にし
て落下してゆくにつれ蒸発してゆく。格納容器内の温度
を発生蒸気の過熱温度とすることにより発生した蒸気は
過熱蒸気となり蒸気取出管から取り出される。供給され
た水を流量計により計量し、発生した蒸気は過熱蒸気と
なって目的地（アノード）に到達するよう過熱温度を設
定すれば、計量した量の蒸気を目的物（アノード）に供
給することができる。

【００１３】格納容器内に給水管を上下方向に設けこれ
に蒸発皿を所定の間隔で水平に設けることにより、給水
管を蒸発皿の支持部材として利用でき、かつコンパクト
な配置となる。

【００１４】蒸発皿の小孔を通り落下する水滴の量は下
にゆくほど少なくなるので、小孔の数もこれに応じて少
なくしてゆく。最下層の蒸発皿には小孔を設けないこと
により蒸発皿上で全ての水分を蒸発させることができ
る。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。各図において、共通部分には同一の符号を
使用する。図１は、実施例の蒸気発生装置を示し、
（Ａ）は断面図、（Ｂ）は（Ａ）のＸ−Ｘ断面図であ
る。２０は蒸気発生装置を示す。２１は格納容器で円筒
より構成され、内部に底部を貫通して給水管２２が設け
られ、先端より少し下がった位置より蒸発皿２４がほぼ
等間隔で取付けられている。各蒸発皿２４の中心を給水
管２２が貫通し、各蒸発皿２４には小孔２５が多数設け
られている。この小孔２５の数は上段より下段にゆくに
従い少なくなり、最下段では零となっている。格納容器
２１の頂部には蒸気取出管２６が設けられている。格納
容器２１の周囲には電気ヒータ２７が設けられ、内部を
過熱状態にする。なお電気ヒータ２７の代わりにガスま
たは液体バーナを用いることもできる。給水管２２には
流量制御弁２３と給水量を計量する計量計２８が設けら
れ、予め設定した流量となるように流量制御弁２３を制
御する。

【００１６】図２は実施例の蒸気発生装置２０を燃料電
池発電装置に取付けたブロック図である。蒸気発生装置
２０は燃料電池１２のアノードＡに接続される。接続時
期は発電開始前の脱脂工程であり、脱脂後取り外す。燃
料電池発電装置は、天然ガス等を水蒸気８と混合した燃
料ガス１を水素を含むアノードガス２に改質する改質器
１０と、炭酸ガスと酸素を含むカソードガス３と水素を
含むアノードガス２とから発電する燃料電池１２とを備
えており、改質器１０で作られるアノードガス２は燃料
電池１２に供給され、燃料電池１２の内でその大部分を
消費してアノード排ガス４となり、燃焼用ガスとして改
質器１０の燃焼室Ｃｏへ供給される。

【００１７】改質器１０ではアノード排ガス４中の可燃
成分（水素、一酸化炭素、メタン等）を燃焼室Ｃｏで燃
焼して高温の燃焼ガスを生成し、この燃焼ガスにより改
質室Ｒｅを加熱し、改質室Ｒｅで改質触媒により燃料ガ
ス１を改質してアノードガス２とする。アノードガス２
は燃料電池１２のアノードＡに供給される。また燃焼室
Ｃｏを出た燃焼排ガス５は空気予熱器１３で冷却された
後、凝縮器１４及び気水分離器１５により水分を除去さ
れ、低温ブロワ１６で加圧され、空気６と合流してカソ
ードガス３となる。このカソードガス３はカソードＣ内
をカソード循環ブロワ１９により循環し電池反応により
発生した熱を除去する。カソードガス３は燃料電池１２
内で一部が反応して高温のカソード排ガス７となり、そ
の一部は改質器１０の燃焼室Ｃｏへ供給され、他の一部
は空気６を圧縮するタービン圧縮機１７で動力を回収し
た後、さらに排熱回収蒸気発生装置１８で熱エネルギを
回収して系外に排出される。なお、この排熱回収蒸気発
生装置１８で発生した水蒸気８が天然ガスと混合されて
燃焼ガス１となる。

【００１８】次に図１に示す蒸気発生装置２０の動作に
ついて説明する。電気ヒータ２７により格納容器２１内
を過熱状態にし、給水管２２より純水を供給する。供給
量は最下段の蒸発皿２４に水が溜まらない程度がよい。
水の供給量は蒸気発生量となるので、蒸発皿２４の寸法
と段数は、計画量の水が供給された場合、最下段の蒸発
皿２４に水が溜まらない程度となるように決められてい
る。これにより各蒸発皿２４より発生した蒸気は格納容
器内で過熱蒸気になり、アノードＡに供給される。過熱
の温度はアノードＡに到達するまでに凝縮しないように
設定する。水の供給量は流量計２８により計量される。
供給された純水は全て蒸発し過熱蒸気となってアノード
Ａに到達するので水の計量値が蒸気供給量となる。

【００１９】

【発明の効果】以上の説明より明らかなように、本発明
は格納容器内に複数の蒸発皿を上下方向に所定の間隔で
設け、蒸発皿には小孔を設けて各蒸発皿に水が伝わるよ
うにし、最上段の蒸発皿へ水を供給するようにして格納
容器を加熱し、過熱蒸気を発生するようにしたので、水
の供給量に応じて過熱蒸気を発生することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例の蒸気発生装置を示し、（Ａ）は断面
図、（Ｂ）は（Ａ）のＸ−Ｘ断面図である。

【図２】実施例の蒸気発生装置を燃料電池発電装置に接
続した場合のブロック図を示す。

【図３】溶融炭酸塩型燃料電池の模式的構造を示す図で
ある。

【図４】従来の小規模な蒸気発生装置を示す図である。

【符号の説明】

１燃料ガス２アノードガス３カソードガス４アノード排ガス５燃焼排ガス６空気７カソード排ガス８水蒸気１０改質器１２燃料電池１３空気予熱器１４凝縮器１５気水分離器１６低温ブロワ１７タービン圧縮機１８排熱回収蒸気発生装置１９カソード循環ブロワ２０蒸気発生装置２１格納容器２２給水管２３流量制御弁２４蒸発皿２５小孔２６蒸気取出管２７電気ヒータ２８流量計Ｃｏ燃焼室Ｒｅ改質室

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】小孔を有し上下方向に間隔を設けて配置
された複数の蒸発皿と、該蒸発皿を格納する格納容器
と、該格納容器を貫通して最上部の蒸発皿に水を供給す
る給水管と、前記格納容器に設けられた蒸気取出管と、
前記格納容器の周囲に設けられ内部を加熱する加熱装置
と、を備えたことを特徴とする蒸気発生装置。
【請求項２】前記格納容器内に前記給水管が上下方向
に配置され、前記蒸発皿が所定間隔で給水管に水平に取
付けられていることを特徴とする請求項１記載の蒸気発
生装置。
【請求項３】前記蒸発皿に設けられた小孔の数は上方
の蒸発皿より下方の蒸発皿にゆくに従い少なくなり、最
下層の蒸発皿には小孔が設けられていないことを特徴と
する請求項１または２記載の蒸気発生装置。