JPH08190926A - 燃料電池用改質ガスの冷却・気水分離器 - Google Patents

燃料電池用改質ガスの冷却・気水分離器

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JPH08190926A
JPH08190926A JP7000952A JP95295A JPH08190926A JP H08190926 A JPH08190926 A JP H08190926A JP 7000952 A JP7000952 A JP 7000952A JP 95295 A JP95295 A JP 95295A JP H08190926 A JPH08190926 A JP H08190926A
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JP
Japan
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water
reformed gas
container
cooling
steam
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Pending
Application number
JP7000952A
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English (en)
Inventor
Shunsuke Oga
俊輔 大賀
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Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Co Ltd
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Publication date
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    • 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

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  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】燃料改質装置からの高温,多湿の改質ガスを伝
熱管を通流する冷却水により冷却する熱交換器と、この
熱交換器からの冷却により凝縮した水を含む改質ガスを
気水分離する気水分離器とを一体化して小型化、コスト
の低減をはかる。 【構成】容器30をこの底板31から隙間32を持たせ
て離した仕切板33で2分し、仕切板33の一方の側を
冷却水が通流する伝熱管6を備える熱交換室35とし、
一方熱交換室35の下方の空間37とこの空間37に隙
間32により連通し、仕切板33の他方の側でデミスタ
14を備える空間38とを気水分離室40とする。な
お、容器30には水位検出器20を備える水位検出室1
6を設け、また、容器30の底部に、水位検出器20に
よりオン・オフ制御される制御弁25を備える凝縮水供
給系24を接続する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、燃料改質装置と燃料電
池とを備える燃料電池発電装置において、燃料改質装置
から送出される高温,多湿の改質ガスを冷却し、この冷
却により凝縮した水を含む改質ガスの気水分離を行な
い、得られた改質ガスを燃料電池に供給する燃料電池用
改質ガスの冷却・気水分離器に関する。
【0002】
【従来の技術】燃料電池発電装置では燃料改質装置で炭
化水素系やアルコール系の原燃料を水素に富むガスに水
蒸気改質した改質ガスを燃料電池、例えばりん酸形燃料
電池に燃料として供給している。なお、燃料電池では前
記改質ガスと別に供給される空気とにより電気化学反応
を起こして発電する。
【0003】ところで、燃料改質装置で生成された改質
ガスは高温,多湿であるので、この改質ガスを冷却水と
の熱交換により冷却及び除湿して燃料電池に供給するた
めに、図2に示す高温,多湿の改質ガスを冷却し、この
冷却により凝縮した水を含む改質ガスを気水分離する機
器構成が知られている。図2において、改質ガス冷却用
熱交換器1は、改質ガス入口管2を備えた入口側マニホ
ールド3と、改質ガス出口管4を備えた出口側マニホー
ルド5と、これらの入口側マニホールド3と出口側マニ
ホールド5との間に高温,多湿の改質ガスを冷却し、こ
の冷却により水蒸気の一部を凝縮して水にする冷却水が
通流する伝熱管6が設置される胴体7とから構成されて
いる。
【0004】気水分離器10は、ケーシング11の下部
に入口管12が設けられ、上部に気水分離した改質ガス
を排出する出口管13が設けられ、さらに、出口管13
の手前のケーシング11の上部に凝縮した水蒸気ミスト
を捕集するデミスタ14が設けられている。なお、気水
分離器10の側壁には水位検出室16が設けられ、この
水位検出室16には気水分離器10の底部に溜まる凝縮
水の水位を検出する水位高センサ17と水位低センサ1
8とを備える水位検出器20が設けられている。なお、
水位検出室16は、気水分離器10の側壁の下部に設け
られた孔21により分離して溜まる凝縮水に連通し、上
部に設けられた孔22により分離した改質ガスに連通し
ている。
【0005】気水分離器10の底板23には、気水分離
器10内に貯留した凝縮水を外部機器に制御弁25を備
えて供給する凝縮水供給系24が接続されている。な
お、制御弁25には水位検出器20での水位高センサ1
7,水位低センサ18で検出した信号が入力され、制御
弁25はオン・オフ制御されて気水分離器10内の凝縮
水は外部機器に供給される。
【0006】このような構成により、燃料改質装置で生
成された高温,多湿の改質ガスは改質ガス冷却用熱交換
器1内に改質ガス入口管2から入口側マニホールド3を
経て流入する。この流入した改質ガスは伝熱管6を通流
する冷却水により冷却,除湿されて、水蒸気の一部は凝
縮水となり、出口側マニホールド5を経て改質ガス出口
管4から排出される。この際、改質ガス冷却用熱交換器
1に流入する改質ガスはおよそ20mol%の水蒸気を
含んでいるが、伝熱管6を通流する冷却水により改質ガ
スを50℃程度に冷却することにより、含有される水蒸
気のおよそ50%の水蒸気が凝縮されて水となる。した
がって、この凝縮水を含む改質ガスが改質ガス出口管4
から気水分離器10の入口管12を経て気水分離器10
内に流入する。
【0007】この流入した凝縮水を含む改質ガスは気水
分離器10で気水分離され、分離した凝縮水は気水分離
器10の底部に溜まり、一方、分離した改質ガスは、こ
の改質ガスに含まれる凝縮した水蒸気ミストがデミスタ
14に捕集されて出口管13から図示しない燃料電池に
供給される。ここで、気水分離器10の底部に溜まる凝
縮水は水位高センサ17,水位低センサ18を備える水
位検出器20によりその水位が検出され、水位高センサ
17と水位低センサ18との間で制御弁25はオン・オ
フ制御され、この制御により気水分離器10内の水位、
すなわち保有する水量が所定水量に保有されて気水分離
器10内の凝縮水は凝縮水供給系24を経て外部機器に
回収水として供給される。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】上記のような改質ガス
冷却用熱交換器1と気水分離器10との組合わせにおい
ては、気水分離器10は、気水分離の効率上、凝縮水を
含む改質ガスの流速を遅くするため、その流路断面積を
大きくし、また制御弁のオン・オフ制御による開閉周期
を長くして制御弁の損傷を防ぐため保有水量をある程度
以上にしなければならないことから大型化にせざるを得
ず、さらに改質ガス冷却用熱交換器1と気水分離器10
とを接続する改質ガス出口管4と入口管12とからなる
接続配管を含めると占有スペースはさらに大きくなるた
め、小型化が要求される燃料電池発電装置には不適当な
機器構成になるという問題がある。
【0009】本発明の目的は、燃料改質装置で生成され
て送出される高温,多湿の改質ガスを冷却し、この冷却
により水蒸気を凝縮して水にする機能と、凝縮水を含む
改質ガスを気水分離する機能とを兼備させて小型にする
ことのできる燃料電池用改質ガスの冷却・気水分離器を
提供することである。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本発明によれば容器と、この容器内を2分する底
板から離して設けた仕切板と、この仕切板の一方の側の
容器の上板に設けられ、燃料改質装置から送出される高
温,多湿の改質ガスが流入する改質ガス入口と、この改
質ガス入口の下方の仕切板と容器の側壁との間の空間に
前記改質ガスを熱交換により冷却する冷却水が通流する
伝熱管が設置される熱交換室と、この熱交換室の熱交換
した改質ガスの出口から容器の底板に至る空間及びこの
空間に仕切板の下端と底板との間の隙間を介して連通
し、仕切板の伝熱管と反対側の側面と容器の側壁とで囲
まれ、上部にデミスタを備える空間とからなり、熱交換
室から排出され、冷却により凝縮した水を含む改質ガス
を気水分離する気水分離室と、この気水分離室の上部の
容器の上板に設けられ、分離した改質ガスを排出して燃
料電池に供給する改質ガス出口と、気水分離室を形成す
る容器の底板に設けられ、気水分離室の底部に貯留する
凝縮水を排出する凝縮水出口と、気水分離室の底部に分
離して貯留された凝縮水の水位を検出し、水位制御する
ための信号を出力する水位検出器とを備えるものとす
る。
【0011】また、上記の水位検出器は、水位高,水位
低を検出するセンサを有するものとする。
【0012】
【作用】容器内を、この底板から離れた仕切板で2分
し、一方の仕切板の側面と容器の側壁との間に冷却水が
通流する伝熱管を設置して熱交換室を形成する。そし
て、熱交換室の上部の容器の上板に設けられた改質ガス
入口から燃料電池に供給するための燃料改質装置で生成
された高温,多湿の改質ガスを熱交換室内に流入させて
前記伝熱管を介して冷却水により冷却し、改質ガスに含
まれる水蒸気の一部を凝縮して水にする。そして熱交換
室から排出された凝縮水を含む改質ガスは、熱交換室の
熱交換した改質ガスの出口と容器の底板との間の空間、
及びこの空間に仕切板の下端と容器の底板との間の隙間
を介して連通する仕切板の伝熱管と反対側の側面と容器
の側壁で囲まれる空間からなる気水分離室を流れて気水
分離され、改質ガスに含まれる凝縮した水蒸気ミストは
上方に設けられたデミスタにより捕集され、分離した改
質ガスは気水分離室の上部の容器の上板に設けられた改
質ガス出口から燃料電池に供給される。
【0013】一方、分離した凝縮水は気水分離室の底部
に溜まり、この貯留した凝縮水は水位検出器で検出した
水位信号により制御弁のような制御手段を制御して所定
の水位に制御され、気水分離室の凝縮水出口から外部に
供給され、改質ガスに含まれる凝縮水は連続して除去さ
れる。なお、水位検出器は、オン・オフ制御するための
水位高と水位低とを検出し、この水位検出により凝縮水
出口から排出される凝縮水を連続,断絶を繰返す流れに
制御するようにして気水分離室の水位を制御する。
【0014】
【実施例】以下図面に基づいて本発明の実施例について
説明する。図1は本発明の実施例による燃料電池用改質
ガスの冷却・気水分離器の断面図である。図1において
図2の従来例と同一部品には同じ符号を付し、その説明
を省略する。図1において従来例と異なるのは下記の通
りである。
【0015】容器30内を、この底板31から離して隙
間32を持たせて2分する仕切板33を設けている。仕
切板33の一方の側面と容器30の側壁34とで囲まれ
る空間に冷却水が通流する伝熱管6が設置されて熱交換
室35を形成している。熱交換室35の上部には仕切板
33の一方の側面と容器30の側壁34とで囲まれ、改
質ガスが導かれる入口側マニホールド36を形成してい
る。また、熱交換室35の下部には熱交換した改質ガス
の出口から底板31までの空間37を出口側マニホール
ドとして形成している。
【0016】気水分離室40は前記空間37と、この空
間37に隙間32を介して連通し、仕切板33の伝熱管
6の反対側の側面と容器30の側壁34aとで囲まれる
空間38とで形成し、気水分離室40の上部にデミスタ
14を配設している。なお、容器30には従来と同様に
水位検出器20を備えた水位検出室16を設けている。
【0017】このような構成により、燃料改質装置から
の高温,多湿の改質ガスは改質ガス入口管2から熱交換
室35に流入し、入口側マニホールド36に導かれた
後、伝熱管6が設置された空間を下方に流れ、改質ガス
は伝熱管6を通流する冷却水により冷却され、この冷却
により含有する水蒸気の一部は凝縮して水になり、凝縮
水を含む改質ガスは出口マニホールドである空間37と
この空間37に隙間32を介して連通する空間38とか
らなる気水分離室40を、空間37から仕切板33の下
端の隙間32を経て空間38に流れる。この流れの間、
凝縮水を含む改質ガスは気水分離され、凝縮水は容器3
0の底部に溜まり、一方、分離した改質ガスは出口管1
3から排出される。なお、この際、改質ガスに含まれる
凝縮した水蒸気ミストはデミスタ14により捕集されて
分離した改質ガスは出口管13から燃料電池に供給され
る。
【0018】なお、容器30の底部に貯留した凝縮水の
水位は前述のように水位検出器20により水位を検出し
て制御弁25のオン・オフ制御により外部機器に供給さ
れ、改質ガスに含まれる凝縮水は連続して除去される。
【0019】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば従来別置される改質ガス冷却用熱交換器と気水
分離器とを、一箇の容器内に熱交換室と気水分離室とを
形成して一体化したので、小型化されるとともにコスト
も低減し、また、一体化することにより構成部材の接続
部が減少するので、ガス漏れ等の危険性が低下する。
【0020】また、気水分離室は熱交換室の出口マニホ
ールドである下部空間とこの空間に隣接する空間とで形
成されるので、凝縮水を含む改質ガスの気水分離する流
路長が長くなり、このため気水分離効率を高めることが
できる。また、気水分離した凝縮水は熱交換室の下部空
間の底部にも溜めることができるので、保有水量が従来
の気水分離器の底部のみに保有するのに比べて多くな
り、このため実施例で示す制御弁のオン・オフ制御によ
る開閉周期が長くなり、制御弁の寿命が長くなるという
効果も得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例による燃料電池用改質ガスの冷
却・気水分離器の断面図
【図2】従来の燃料電池用改質ガスを冷却及び気水分離
するための改質ガス冷却用熱交換器と気水分離器とを接
続して配設した機器の断面図
【符号の説明】
2 改質ガス入口 6 伝熱管 13 出口管 14 デミスタ 16 水位検出室 17 水位高センサ 18 水位低センサ 20 水位検出器 30 容器 33 仕切板 35 熱交換室 40 気水分離室

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】容器と、この容器内を2分する底板から離
    して設けた仕切板と、この仕切板の一方の側の容器の上
    板に設けられ、燃料改質装置から送出される高温,多湿
    の改質ガスが流入する改質ガス入口と、この改質ガス入
    口の下方の仕切板と容器の側壁との間の空間に前記改質
    ガスを熱交換により冷却する冷却水が通流する伝熱管が
    設置される熱交換室と、この熱交換室の熱交換した改質
    ガスの出口から容器の底板に至る空間及びこの空間に仕
    切板の下端と底板との間の隙間を介して連通し、仕切板
    の伝熱管と反対側の側面と容器の側壁とで囲まれ、上部
    にデミスタを備える空間からなり、熱交換室から排出さ
    れ、冷却により凝縮した水を含む改質ガスを気水分離す
    る気水分離室と、この気水分離室の上部の容器の上板に
    設けられ、分離した改質ガスを排出して燃料電池に供給
    する改質ガス出口と、気水分離室を形成する容器の底板
    に設けられ、気水分離室の底部に貯留する凝縮水を排出
    する凝縮水出口と、気水分離室の底部に分離して貯留さ
    れた凝縮水の水位を検出し、水位制御するための信号を
    出力する水位検出器とを備えたことを特徴とする燃料電
    池用改質ガスの冷却・気水分離器。
  2. 【請求項2】請求項1記載のものにおいて、水位検出器
    は、水位高と水位低とを検出するセンサを有することを
    特徴とする燃料電池用改質ガスの冷却・気水分離器。
JP7000952A 1995-01-09 1995-01-09 燃料電池用改質ガスの冷却・気水分離器 Pending JPH08190926A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006344593A (ja) * 2005-06-07 2006-12-21 Renault Sas 改良された燃料電池システムと、自動車に搭載された燃料電池のための水製造方法
US7402354B2 (en) 2002-08-27 2008-07-22 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Fuel cell apparatus
US20100279184A1 (en) * 2007-12-06 2010-11-04 Nissan Motor Co., Ltd. Solid electrolyte fuel cell system

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