JPH11204127A - 燃料電池発電プラント - Google Patents
燃料電池発電プラントInfo
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Abstract
て炭酸除去効率を高めると共に、凝縮水中のリン酸イオ
ン負荷を低減する。 【解決手段】 排ガス凝縮器として、バーナ燃焼排ガス
凝縮器3aとカソード排ガス凝縮器3bとが個別に設け
られる。バーナ燃焼排ガス凝縮器3aによって、バーナ
燃焼排ガス中の水蒸気を凝縮し、バーナ燃焼排ガス凝縮
水回収ライン5aを介してバーナ燃焼排ガス凝縮水とし
て回収する。カソード排ガス凝縮器3bによって、カソ
ード排ガス中の水蒸気を凝縮し、カソード排ガス凝縮水
回収ライン5bを介してカソード排ガス凝縮水として回
収する。バーナ燃焼排ガス凝縮水は、脱炭酸塔6を通し
て脱炭酸された後、水タンク7に供給される。カソード
排ガス凝縮水は、沈殿槽21を介してリン酸イオンの腐
食生成物を除去された後、水タンク7に供給される。
Description
スとカソード排ガス中の水蒸気を凝縮回収する燃料電池
発電プラントに係り、特に凝縮水中の炭酸およびリン酸
イオンを除去するためのシステムの改良に関する。
して得られる水素と、空気中の酸素とを電気化学的に反
応させて直接発電するものであり、高い発電効率が得ら
れる。また、反応生成物が水であるため、プラントで必
要とする水を排ガス中から凝縮回収することにより、水
自立することが可能となり、補給水が不要となる特徴が
ある。図4は、このような燃料電池発電プラントのう
ち、特に、排ガス中の水蒸気を回収するための従来のシ
ステムを示す構成図である。
ガスを水蒸気改質して水素リッチガスを得る改質器のバ
ーナから発生するバーナ燃焼排ガスと、燃料電池本体の
カソード極出口から排出されるカソード排ガスがある。
そのため、燃料電池発電プラントにおいては、図4に示
すように、これらの排ガスを回収するためのバーナ燃焼
排ガスライン1とカソード排ガスライン2とが設けられ
ており、これらのバーナ燃焼排ガスライン1とカソード
排ガスライン2が共通の凝縮器3に接続されている。
リサイクルライン4と凝縮水回収ライン5がそれぞれ構
成されている。すなわち、凝縮器3によって、各排ガス
ライン1,2から供給される排ガスを冷却し、冷却した
排ガスを排ガスリサイクルライン4を介してリサイクル
に供すると共に、排ガス中の水蒸気を凝縮し、凝縮水回
収ライン5を介して凝縮水を回収するようになってい
る。
脱炭酸塔6が設けられており、凝縮器3によって得られ
た凝縮水は、この脱炭酸塔6を通して空気と接触しなが
ら脱炭酸された後、水タンク7に溜められるようになっ
ている。また、水タンク7には、空気供給ライン8が接
続されており、この空気供給ライン8からの空気が、水
タンク7を介して脱炭酸塔6に供給されるようになって
いる。
は、凝縮水リサイクルライン9を介してリサイクルに供
せられるようになっている。凝縮水リサイクルライン9
には、ポンプ10とイオン交換樹脂塔11が設けられて
おり、水タンク7に溜められた凝縮水は、ポンプ10で
加圧されたのち、イオン交換樹脂塔11を通して純水と
なり、電池冷却水系12に供給されるようになってい
る。
2が凝縮器3に接続されているように示されているが、
実際は、凝縮器3の上流で排ガスライン1,2が合流
し、共通の排ガスラインが凝縮器3に接続される場合が
多い。
ようなシステムによって排ガス中の水蒸気を凝縮回収す
る従来の燃料電池発電プラントには、次のような問題点
がある。すなわち、改質器バーナ燃焼排ガスとカソード
排ガス中の水蒸気を凝縮回収した場合、凝縮水中の炭酸
除去効率が低くなるため、水タンク7に溜まる凝縮水の
水質が低下する。また、改質器バーナ燃焼排ガスとカソ
ード排ガス中の水蒸気を凝縮回収した場合、凝縮水中の
リン酸イオンの負荷も大きい。このように凝縮中におけ
る炭酸とリン酸イオンの負荷が大きいことに起因して、
イオン交換樹脂塔11が短時間で劣化してしまい、樹脂
交換頻度が高くなると共に、運転継続に必要な費用が増
大してしまう。
解決するために提案されたものであり、その目的は、脱
炭酸塔によって処理する凝縮水量を低減して炭酸除去効
率を高めると共に、凝縮水中のリン酸イオン負荷を低減
することにより、イオン交換樹脂塔の寿命の延長および
樹脂交換頻度の低減を実現し、運転継続に必要な費用の
増大を抑制して経済性を向上可能な燃料電池発電プラン
トを提供することである。
め、本発明は、改質器バーナから排出される燃焼排ガス
中に含まれる水蒸気と燃料電池カソード極から排出され
るカソード排ガス中に含まれる水蒸気とを凝縮水として
回収するための排ガス凝縮器と、前記凝縮水を脱炭酸す
るための脱炭酸塔とを備えた燃料電池発電プラントにお
いて、以下のような技術的特徴を有する。
まず、排ガス凝縮器が、燃焼排ガス中の水蒸気を燃焼排
ガス凝縮水として回収する燃焼排ガス凝縮部とカソード
排ガス中の水蒸気をカソード排ガス凝縮水として回収す
るカソード排ガス凝縮部とを備える。そして、燃焼排ガ
ス凝縮部を含む燃焼排ガス凝縮水回収ラインとカソード
排ガス凝縮部を含むカソード排ガス凝縮水回収ラインと
が分離して設けられたことを特徴としている。以上のよ
うな構成を有する請求項1の発明では、燃焼排ガス中の
水蒸気とカソード排ガス中の水蒸気を個別の排ガス凝縮
部によって個別に凝縮し、2種類の凝縮水として分離し
て回収することができる。その結果、分離した2種類の
凝縮水の一方のみを脱炭酸処理することが可能となるた
め、脱炭酸処理の対象となる凝縮水流量を従来の約半分
として炭酸除去効率の向上を図ることができる。
料電池発電プラントにおいて、脱炭酸塔が、燃焼排ガス
凝縮水回収ラインだけに設けられ、燃焼排ガス凝縮水だ
けについて脱炭酸を行うように構成されたことを特徴と
している。以上のような構成を有する請求項2の発明で
は、炭酸の量が多い燃焼排ガス凝縮水だけを脱炭酸塔に
通すことにより、脱炭酸塔で処理する凝縮水流量が従来
の約半分となるため、炭酸除去効率を確実に高めること
ができる。
料電池発電プラントにおいて、脱炭酸塔に、凝縮水の配
流を均一にするための流量オリフィスが設置されたこと
を特徴としている。以上のような構成を有する請求項3
の発明では、流量オリフィスによって脱炭酸塔内の凝縮
水の流れを均一にして、脱炭酸塔の壁面へのバイパス流
を最小限とすることができるため、炭酸除去効率を高め
ることができる。
料電池発電プラントにおいて、カソード排ガス凝縮水回
収ラインに、凝縮水中のリン酸イオンと金属イオンとの
反応によって得られた腐食生成物を除去する沈殿槽が設
置されたことを特徴としている。以上のような構成を有
する請求項4の発明では、リン酸イオンと金属イオンと
の反応によって得られた腐食生成物を沈殿槽で除去する
ことができるため、凝縮水中のリン酸イオン負荷を低減
することができる。
料電池発電プラントにおいて、カソード排ガス凝縮水回
収ラインに、凝縮水中のリン酸イオンと反応して腐食生
成物を生成する金属材料からなる腐れ代が設置され、こ
の腐れ代の下流に沈殿槽が設置されたことを特徴として
いる。以上のような構成を有する請求項5の発明では、
カソード排ガス凝縮水中のリン酸イオンを、腐れ代を構
成する金属材料の金属イオンと積極的に反応させて腐食
生成物とした後、沈殿槽で除去することができるため、
リン酸イオンを積極的に除去することができ、凝縮水中
のリン酸イオン負荷をさらに低減することができる。
料電池発電プラントにおいて、カソード排ガス凝縮部の
内部に腐れ代を含むことを特徴としている。以上のよう
な構成を有する請求項6の発明では、カソード排ガス凝
縮部内で得られたカソード排ガス凝縮水中のリン酸イオ
ンを、腐れ代を構成する金属材料の金属イオンと積極的
に反応させることができる。すなわち、カソード排ガス
凝縮部内で凝縮水中のリン酸イオンを腐食生成物として
積極的に取り出し、容易に沈殿除去することができる。
したがって、凝縮水中のリン酸イオン負荷をさらに低減
することができる。
料電池発電プラントにおいて、腐れ代を構成する金属材
料が炭素鋼であることを特徴としている。以上のような
構成を有する請求項7の発明では、次のような作用が得
られる。すなわち、前述した請求項5または6の発明に
おいて、腐れ代には各種の金属材料を使用可能である
が、特に、請求項7記載のように炭素鋼を使用すること
が望ましい。そして、このように腐れ代に炭素鋼を使用
することにより、カソード排ガス凝縮水中のリン酸イオ
ンを炭素鋼と積極的に反応させ、腐食生成物として積極
的に取り出すことができるため、凝縮水中のリン酸イオ
ン負荷を十分に低減することができる。
料電池発電プラントにおいて、燃焼排ガス凝縮水回収ラ
イン中の凝縮水温度が、カソード排ガス凝縮水回収ライ
ン中の凝縮水温度より高くなるように構成されたことを
特徴としている。以上のような構成を有する請求項8の
発明では、燃料排ガス凝縮水回収ライン中の凝縮水温度
を高くすることにより、凝縮水中への溶存炭酸量を低減
することができるため、炭酸除去効率を高めることがで
きる。
発電プラントの実施の形態について、図面を参照して具
体的に説明する。なお、図4に示す従来技術と同様の部
材には同一の符号を付し、説明は省略する。
電プラントを示す図であり、特に、排ガス中の水蒸気を
回収するためのシステムを示す構成図である。
ムの構成を説明する。本システムにおいては、排ガス凝
縮器として、バーナ燃焼排ガス凝縮器(燃焼排ガス凝縮
部)3aとカソード排ガス凝縮器(カソード排ガス凝縮
部)3bとが個別に設けられており、バーナ燃焼排ガス
ライン1がバーナ燃焼排ガス凝縮器3aに接続されると
共に、カソード排ガスライン2がカソード排ガス凝縮器
3bに接続されている。
点としたバーナ燃焼排ガス凝縮水回収ライン5aが構成
されると共に、このバーナ燃焼排ガス凝縮水回収ライン
5aと分離する形で、カソード排ガス凝縮器3bを起点
としたカソード排ガス凝縮水回収ライン5bが構成され
ている。また、各排ガス凝縮器3a,3bからの排ガス
は、共通の排ガスリサイクルライン4に送られるように
なっている。
よって、バーナ燃焼排ガスライン1から供給されるバー
ナ燃焼排ガスを冷却し、冷却した排ガスを排ガスリサイ
クルライン4を介してリサイクルに供すると共に、バー
ナ燃焼排ガス中の水蒸気を凝縮し、バーナ燃焼排ガス凝
縮水回収ライン5aを介してバーナ燃焼排ガス凝縮水と
して回収するようになっている。また、カソード排ガス
凝縮器3bによって、カソード排ガスライン2から供給
されるカソード排ガスを冷却し、冷却した排ガスを排ガ
スリサイクルライン4を介してリサイクルに供すると共
に、カソード排ガス中の水蒸気を凝縮し、カソード排ガ
ス凝縮水回収ライン5bを介してカソード排ガス凝縮水
として回収するようになっている。
は、バーナ燃焼排ガス凝縮水回収ライン5aだけに設け
られている。すなわち、バーナ燃焼排ガス凝縮器3aに
よって得られたバーナ燃焼排ガス凝縮水は、脱炭酸塔6
を通して空気と接触しながら脱炭酸された後、水タンク
7に供給されるようになっている。
bには、腐食生成物を除去する沈殿槽21が設けられて
おり、この沈殿槽21は、カソード排ガス凝縮水中に含
まれるリン酸イオンと、配管等に含まれる金属イオンと
の反応による腐食生成物を除去するように構成されてい
る。すなわち、カソード排ガス凝縮器3bによって得ら
れたカソード排ガス凝縮水は、沈殿槽21を介してリン
酸イオンの腐食生成物を除去された後、水タンク7に供
給されるようになっている。
本実施の形態の作用を説明する。まず、バーナ燃焼排ガ
ス中の水蒸気とカソード排ガス中の水蒸気を個別の排ガ
ス凝縮器3a,3bによって個別に凝縮し、2種類の凝
縮水として分離して回収することができる。その結果、
分離した2種類の凝縮水の一方のみを脱炭酸処理するこ
とが可能となるため、脱炭酸処理の対象となる凝縮水流
量を従来の約半分とすることができる。すなわち、炭酸
の量が多いバーナ燃焼排ガス凝縮水だけを脱炭酸塔6に
通すことにより、脱炭酸塔で処理する凝縮水流量が従来
の約半分となるため、炭酸除去効率を確実に高めること
ができる。
bに、腐食生成物を除去する沈殿槽21を設けたことに
より、カソード排ガス凝縮水中のリン酸イオンと配管等
に含まれる金属イオンとの反応による腐食生成物を、こ
の沈殿槽21で除去することができるため、凝縮水中の
リン酸イオン負荷を低減することができる。
は以下の通りである。すなわち、脱炭酸処理の必要な凝
縮水量を従来の約半分とすることができるので、炭酸除
去効率を高めることができる。また、凝縮水中のリン酸
イオンと金属イオンとの反応による腐食生成物を、沈殿
槽21で除去することができるので、凝縮水中のリン酸
イオン負荷を低減することができる。
燃焼排ガス凝縮水とカソード排ガス凝縮水の水質を向上
できるため、高い水質の凝縮水をイオン交換樹脂塔11
に供給することができる。したがって、従来に比べてイ
オン交換樹脂塔11の劣化に至る時間が長くなり、樹脂
交換頻度を低減できると共に、運転継続に必要な費用の
増大を抑制して経済性を向上できる。
しては、カソード排ガス凝縮水回収ライン5b中におけ
る沈殿槽21の上流に、炭素鋼を材料とする腐れ代を設
置することが考えられる。この構成とした場合には、カ
ソード排ガス凝縮水中のリン酸イオンを炭素鋼と積極的
に反応させて腐食生成物とした後、沈殿槽21で除去す
ることができるため、凝縮水中のリン酸イオン負荷をさ
らに低減することができる。
ントのうち、脱炭酸塔6を改良した場合の一つの実施の
形態を示す断面図である。この図2に示すように、本実
施の形態において、脱炭酸塔6には、凝縮水を中央に集
めて配流を均一にするための流量オリフィス22が一つ
以上設置されている。
よって脱炭酸塔6内における凝縮水の流れを均一にし
て、脱炭酸塔6の壁面へのバイパス流を最小限とするこ
とができるため、炭酸除去効率を高めることができる。
きることから、水タンク7に溜められるバーナ燃焼排ガ
ス凝縮水とカソード排ガス凝縮水の水質を向上できるた
め、高い水質の凝縮水をイオン交換樹脂塔11に供給す
ることができる。したがって、従来に比べてイオン交換
樹脂塔11の劣化に至る時間が長くなり、樹脂交換頻度
を低減できると共に、運転継続に必要な費用の増大を抑
制して経済性を向上できる。
ントにおいて、カソード排ガス凝縮器3bに腐れ代23
を設置する場合の一つの実施の形態を示す図であり、
(A)は内部平面図、(B)は側面断面図である。この
図3に示すように、本実施の形態においては、カソード
排ガス凝縮水回収ライン5bの一部を構成するカソード
排ガス凝縮器3b内部の排ガス出口側に、炭素鋼を材料
とする腐れ代23が広範囲に亘って設置されている。
3b内で得られたカソード排ガス凝縮水中のリン酸イオ
ンを、腐れ代23を構成する炭素鋼と積極的に反応させ
て、カソード排ガス凝縮器3b内で腐食生成物として積
極的に取り出し、容易に沈殿除去することができる。そ
の結果、凝縮水中のリン酸イオン負荷を十分に低減する
ことができる。
ン負荷を低減できることから、水タンク7に溜められる
バーナ燃焼排ガス凝縮水とカソード排ガス凝縮水の水質
を向上できるため、高い水質の凝縮水をイオン交換樹脂
塔11に供給することができる。したがって、従来に比
べてイオン交換樹脂塔11の劣化に至る時間が長くな
り、樹脂交換頻度を低減できると共に、運転継続に必要
な費用の増大を抑制して経済性を向上できる。
池発電プラントにおいて、2種類の排ガス凝縮水回収ラ
インの凝縮水温度に差をつけた場合の一つの実施の形態
について、以下に説明する。
池発電プラントは、バーナ燃焼排ガス凝縮水回収ライン
5a中の凝縮水温度が、カソード排ガス凝縮水回収ライ
ン5b中の凝縮水温度より高くなるように構成される。
なお、このような構成は、配管材料や配管構造の単なる
選択を含めた各種の既存の温度調整技術を使用して容易
に実現可能である。
れる。まず、周知のように、水中への炭酸ガスの溶存量
は、水温が高いほど小さくなるという性質を持つが、本
実施の形態は、この性質を利用したものである。すなわ
ち、本実施の形態のように、バーナ燃焼排ガス凝縮水回
収ライン5a中の凝縮水温度をカソード排ガス凝縮水回
収ライン5b中の凝縮水温度より高くすることにより、
凝縮水中への溶存炭酸量を低減することができるため、
炭酸除去効率を高めることができる。
きることから、水タンク7に溜められるバーナ燃焼排ガ
ス凝縮水とカソード排ガス凝縮水の水質を向上できるた
め、高い水質の凝縮水をイオン交換樹脂塔11に供給す
ることができる。したがって、従来に比べてイオン交換
樹脂塔11の劣化に至る時間が長くなり、樹脂交換頻度
を低減できると共に、運転継続に必要な費用の増大を抑
制して経済性を向上できる。
はなく、他にも、本発明の範囲内で多種多様な形態を実
施可能である。すなわち、排ガス凝縮器、脱炭酸塔、腐
れ代、沈殿槽、イオン交換樹脂塔などの具体的な構成は
適宜選択可能であり、排ガス凝縮部を含む排ガス凝縮水
回収ラインの具体的な構成は適宜選択可能である。例え
ば、本発明において、燃焼排ガス凝縮部とカソード排ガ
ス凝縮部は、必ずしも構造的に完全に別個の凝縮器とし
て構成する必要はなく、少なくとも各々が独立した排ガ
ス流路と凝縮水流路を備えていれば十分であり、構造的
に一体化することも可能である。さらに、本発明は、燃
料電池発電プラントの中でも、排ガス中の水蒸気を回収
するためのシステムに係るものであるため、燃料電池本
体や改質器などの他の部分の構成を何等制限するもので
はない。
改質器バーナから排出される燃焼排ガス中に含まれる水
蒸気と燃料電池カソード極から排出されるカソード排ガ
ス中に含まれる水蒸気とを個別に凝縮し、2種類の凝縮
水として分離して回収することにより、脱炭酸塔によっ
て処理する凝縮水量を低減して炭酸除去効率を高めると
共に、凝縮水中のリン酸イオン負荷を低減することがで
きる。したがって、イオン交換樹脂塔の寿命の延長およ
び樹脂交換頻度の低減を実現し、運転継続に必要な費用
の増大を抑制して経済性を向上可能な燃料電池発電プラ
ントを提供することができる。
発電プラントを示す図であり、特に、排ガス中の水蒸気
を回収するためのシステムを示す構成図である。
を示す断面図である。
排ガス凝縮器を示す図であり、(A)は内部平面図、
(B)は側面断面図である。
特に、排ガス中の水蒸気を回収するためのシステムを示
す構成図である。
Claims (8)
- 【請求項1】 改質器バーナから排出される燃焼排ガス
中に含まれる水蒸気と燃料電池カソード極から排出され
るカソード排ガス中に含まれる水蒸気とを凝縮水として
回収するための排ガス凝縮器と、前記凝縮水を脱炭酸す
るための脱炭酸塔とを備えた燃料電池発電プラントにお
いて、 前記排ガス凝縮器が、前記燃焼排ガス中の水蒸気を燃焼
排ガス凝縮水として回収する燃焼排ガス凝縮部と前記カ
ソード排ガス中の水蒸気をカソード排ガス凝縮水として
回収するカソード排ガス凝縮部とを備え、 前記燃焼排ガス凝縮部を含む燃焼排ガス凝縮水回収ライ
ンと前記カソード排ガス凝縮部を含むカソード排ガス凝
縮水回収ラインとが分離して設けられたことを特徴とす
る燃料電池発電プラント。 - 【請求項2】 前記脱炭酸塔が、前記燃焼排ガス凝縮水
回収ラインだけに設けられ、燃焼排ガス凝縮水だけにつ
いて脱炭酸を行うように構成されたことを特徴とする請
求項1記載の燃料電池発電プラント。 - 【請求項3】 前記脱炭酸塔に、前記凝縮水の配流を均
一にするための流量オリフィスが設置されたことを特徴
とする請求項2記載の燃料電池発電プラント。 - 【請求項4】 前記カソード排ガス凝縮水回収ライン
に、前記凝縮水中のリン酸イオンと金属イオンとの反応
によって得られた腐食生成物を除去する沈殿槽が設置さ
れたことを特徴とする請求項1記載の燃料電池発電プラ
ント。 - 【請求項5】 前記カソード排ガス凝縮水回収ライン
に、前記凝縮水中のリン酸イオンと反応して腐食生成物
を生成する金属材料からなる腐れ代が設置され、この腐
れ代の下流に前記沈殿槽が設置されたことを特徴とする
請求項4記載の燃料電池発電プラント。 - 【請求項6】 前記カソード排ガス凝縮部の内部に前記
腐れ代を含むことを特徴とする請求項5記載の燃料電池
発電プラント。 - 【請求項7】 前記腐れ代を構成する金属材料が炭素鋼
であることを特徴とする請求項5記載の燃料電池発電プ
ラント。 - 【請求項8】 前記燃焼排ガス凝縮水回収ライン中の凝
縮水温度が、前記カソード排ガス凝縮水回収ライン中の
凝縮水温度より高くなるように構成されたことを特徴と
する請求項1記載の燃料電池発電プラント。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP00863798A JP3845510B2 (ja) | 1998-01-20 | 1998-01-20 | 燃料電池発電プラント |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP00863798A JP3845510B2 (ja) | 1998-01-20 | 1998-01-20 | 燃料電池発電プラント |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH11204127A true JPH11204127A (ja) | 1999-07-30 |
JP3845510B2 JP3845510B2 (ja) | 2006-11-15 |
Family
ID=11698475
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP00863798A Expired - Fee Related JP3845510B2 (ja) | 1998-01-20 | 1998-01-20 | 燃料電池発電プラント |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3845510B2 (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2005032673A (ja) * | 2003-07-11 | 2005-02-03 | Osaka Gas Co Ltd | 燃料電池システム |
JP2009224064A (ja) * | 2008-03-13 | 2009-10-01 | Fuji Electric Holdings Co Ltd | 燃料電池発電装置の水回収方法及び燃料電池発電装置 |
JP2018073607A (ja) * | 2016-10-28 | 2018-05-10 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | 燃料電池システム |
-
1998
- 1998-01-20 JP JP00863798A patent/JP3845510B2/ja not_active Expired - Fee Related
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JP3845510B2 (ja) | 2006-11-15 |
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