JP2005158501A - Catalyst combustion device and fuel cell cogeneration system - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a catalyst combustion device that can burn with good thermal efficiency the combustible gas having low calorific value and much moisture and a fuel cell cogeneration system that is equipped with this catalyst combustion device and has a high total energy efficiency by burning anode off-gas and uses a fuel of pure hydrogen or hydrogen-rich gas. <P>SOLUTION: This is a catalyst combustion device 150 which is equipped with a catalyst filling layer 164 in which a combustion catalyst 166 for promoting combustion of a combustion assistant gas 22a having oxygen and a combustible gas 21a is filled, a gas inlet passage 165 which is formed at the surrounding of the catalyst filling layer and is a passage of the combustion assistant gas and the combustible gas, a heat transfer medium filling layer 174 which is a passage of a gas 63a burnt in the catalyst filling layer and is filled with a heat transfer promoting medium 176 that transfers the heat of the burnt gas, and a cooling water passage 175 which is formed at the surrounding of the heat transfer medium filling layer and is a passage of a cooling water 42a. Furthermore, this is a fuel cell cogeneration system which has this catalyst combustion device and burns the anode off-gas. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、触媒燃焼装置に関し、特に、熱回収効率の高い触媒燃焼装置に関する。また、該触媒燃焼装置を備えたエネルギ効率の高い燃料電池コージェネレーションシステムに関する。   The present invention relates to a catalytic combustion apparatus, and more particularly to a catalytic combustion apparatus with high heat recovery efficiency. The present invention also relates to an energy efficient fuel cell cogeneration system provided with the catalytic combustion apparatus.

従来、原料燃料が純水素又は水素に富むガスであり、原料燃料をそのまま燃料ガスとして用いる、発電量が０．５〜５ｋWのような小型燃料電池システムの場合、燃料電池から排出されたアノードオフガスは、含有する水素量が少なくて熱量が少ないことや水分含有量が多くて燃焼しにくいことのために燃焼させて熱を回収するには燃焼システムが複雑になることから、空気等で希釈して放出するのが一般的であった。   Conventionally, in the case of a small fuel cell system in which the raw material fuel is pure hydrogen or a gas rich in hydrogen and the raw material fuel is directly used as a fuel gas and the power generation amount is 0.5 to 5 kW, the anode off-gas discharged from the fuel cell Is difficult to burn because of its low hydrogen content and low heat content, and high moisture content. Was generally released.

しかし、アノードオフガスを希釈して放出すると、含有する水素ガスの熱量や保有する顕熱と潜熱が回収されずに廃棄され、更に、水分も回収利用されないことになるので、燃料電池システムの総合エネルギ効率および水自立性が低下してしまう。
そこで本発明は、発熱量が少なくて水分が多い可燃ガスを熱効率よく燃焼することができる触媒燃焼装置と、該触媒燃焼装置を備えることにより燃焼空気ブロワ等の電動補機を追加することなくアノードオフガスの燃焼を行うことで、高い総合エネルギ効率を有する純水素又は水素に富むガスを燃料とする燃料電池コージェネレーションシステムを提供することを目的とする。 However, if the anode off gas is diluted and released, the amount of heat of the hydrogen gas contained and the sensible heat and latent heat that it contains are discarded without being recovered, and moisture is not recovered and utilized. Efficiency and water independence are reduced.
Accordingly, the present invention provides a catalytic combustion apparatus capable of thermally combusting a combustible gas having a small calorific value and a large amount of water, and an anode without adding an electric auxiliary device such as a combustion air blower by including the catalytic combustion apparatus. An object of the present invention is to provide a fuel cell cogeneration system that uses pure hydrogen or a gas rich in hydrogen having high total energy efficiency as a fuel by burning off-gas.

上記の目的を達成するために、請求項１に記載の発明に係る触媒燃焼装置は、例えば図１に示すように、酸素を有する支燃剤ガス２２ａと可燃ガスと２１ａの燃焼を促進する燃焼触媒１６６を充填した触媒充填層１６４と、触媒充填層１６４の周囲に形成された、支燃剤ガス２２ａと可燃ガス２１ａとの流路であるガス導入路１６５と、触媒充填層１６４で燃焼したガス６３ａの流路であって、燃焼したガス６３ａの熱を伝熱する伝熱促進媒体１７６を充填した伝熱媒体充填層１７４と、伝熱媒体充填層１７４の周囲に形成された冷却水４２ａの流路である冷却水流路１７５とを備える。   In order to achieve the above object, a catalytic combustion apparatus according to the first aspect of the present invention is a combustion catalyst that promotes the combustion of a combustion-supporting gas 22a, a combustible gas, and 21a having oxygen as shown in FIG. The catalyst packed bed 164 filled with 166, the gas introduction path 165 formed around the catalyst packed bed 164 as a flow path between the combustion support gas 22 a and the combustible gas 21 a, and the gas 63 a burned in the catalyst packed bed 164 The heat transfer medium filling layer 174 filled with the heat transfer promoting medium 176 that transfers the heat of the burned gas 63a, and the flow of the cooling water 42a formed around the heat transfer medium filling layer 174 And a cooling water channel 175 which is a channel.

このように構成すると、支燃剤ガスと可燃ガスとがガス導入路を流通する過程で、触媒燃焼層で生ずる燃焼熱により予熱を受け、また、同一流路を流通することにより混合されるので、触媒燃焼層に導入された支燃剤ガスと可燃ガスとが燃焼し易い。また、触媒燃焼層には、燃焼触媒が充填されており、支燃剤ガスと可燃ガスとの燃焼が促進される。よって、支燃剤ガスと可燃ガスとを予熱するための予熱装置を追加することなく効率よく燃焼する触媒燃焼装置となる。また、触媒燃焼により発生した燃焼ガスは冷却水と熱交換し、燃焼熱が冷却水に回収される。特に、燃焼ガスは伝熱促進媒体を充填した伝熱媒体充填層を流通することにより、燃焼ガスの熱が伝熱促進媒体に伝熱され、熱が伝熱促進媒体を経て冷却水に伝えられるので、熱交換が効率よく行われる。   When configured in this way, the combustion support gas and the combustible gas are preheated by the combustion heat generated in the catalytic combustion layer in the process of flowing through the gas introduction path, and are mixed by flowing through the same flow path. The combustor gas and the combustible gas introduced into the catalytic combustion layer are easily combusted. Moreover, the catalyst combustion layer is filled with a combustion catalyst, and combustion of the combustion support gas and the combustible gas is promoted. Therefore, it becomes a catalytic combustion apparatus which burns efficiently, without adding the preheating apparatus for preheating the combustion support gas and the combustible gas. Further, the combustion gas generated by the catalytic combustion exchanges heat with the cooling water, and the combustion heat is recovered into the cooling water. In particular, the combustion gas flows through the heat transfer medium packed bed filled with the heat transfer promoting medium, whereby the heat of the combustion gas is transferred to the heat transfer promoting medium, and the heat is transferred to the cooling water through the heat transfer promoting medium. Therefore, heat exchange is performed efficiently.

また、請求項２に記載の発明に係る触媒燃焼装置は、例えば図１に示すように、請求項１に記載の触媒燃焼装置１５０において、ガス導入路１６５が、触媒充填層１６４の周囲に形成されたジャケット１６２により構成される。   Further, in the catalytic combustion apparatus according to the second aspect of the present invention, for example, as shown in FIG. 1, in the catalytic combustion apparatus 150 according to the first aspect, the gas introduction path 165 is formed around the catalyst packed bed 164. The jacket 162 is made up of.

このように構成すると、ジャケット内を流通する過程で、予熱を受けることに加え、支燃剤ガスと可燃ガスとが充分に混合されるので、触媒燃焼層に導入された支燃剤ガスと可燃ガスとがより燃焼し易くなる。また、支燃剤ガスと可燃ガスとの流路がジャケットとなるので、圧力損失の増大もない。また、ジャケットで構成することにより、構成が単純になり、更に、触媒燃焼層に断熱材を設ける必要もなくなるか、断熱材を薄くすることができる。   If comprised in this way, in addition to receiving preheating in the process which distribute | circulates in the inside of a jacket, since a combustion support gas and a combustible gas are fully mixed, the combustion support gas introduced into the catalyst combustion layer, and a combustible gas Becomes easier to burn. Further, since the flow path between the combustion support gas and the combustible gas serves as a jacket, there is no increase in pressure loss. Moreover, by comprising with a jacket, a structure becomes simple, and also it becomes unnecessary to provide a heat insulating material in a catalyst combustion layer, or a heat insulating material can be made thin.

また、請求項３に記載の発明に係る触媒燃焼装置は、例えば図１に示すように、請求項１又は請求項２に記載の触媒燃焼装置１５０において、冷却水流路１７５が、伝熱媒体充填層１７４の周囲に形成されたジャケット１７２により構成される。   Further, in the catalytic combustion apparatus according to the invention described in claim 3, for example, as shown in FIG. 1, in the catalytic combustion apparatus 150 according to claim 1 or 2, the cooling water flow path 175 is filled with the heat transfer medium. It is constituted by a jacket 172 formed around the layer 174.

このように構成すると、冷却水の流路がジャケットとなるので、圧力損失の増大もない。また、ジャケットで構成することにより、機器数を増やすこともなく熱交換が行われ、更に、伝熱媒体充填層に断熱材を設ける必要もなくなるか、断熱材を薄くすることができる。   If comprised in this way, since the flow path of a cooling water becomes a jacket, there will be no increase in pressure loss. Moreover, by comprising with a jacket, heat exchange is performed, without increasing the number of apparatuses, and also it becomes unnecessary to provide a heat insulating material in a heat transfer medium filling layer, or a heat insulating material can be made thin.

前記の目的を達成するために、請求項４に記載の発明に係る燃料電池コージェネレーションシステム１は、例えば図２に示すように、燃料ガス４ａと酸化剤ガス６１ａとの電気化学的反応により発電し、水を発生する燃料電池３０と、燃料電池３０から排出されるアノードオフガス２１ａとカソードオフガス２２ａとを導入して触媒燃焼を行う請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の触媒燃焼装置１５０と、発生した水を回収した回収水４２ａにより酸化剤ガス６１ａを加湿する酸化剤ガス加湿装置７０と、回収水４２ａにより燃料ガス４ａを加湿する燃料ガス加湿装置１４０と、燃料電池３０を冷却した冷却水２４ａと、熱を回収する排熱温水４３ａとの熱交換を行う冷却水熱交換器１１０と、排熱温水４３ａを貯留する貯湯装置１２０とを備える。   In order to achieve the above object, a fuel cell cogeneration system 1 according to a fourth aspect of the present invention generates power by an electrochemical reaction between a fuel gas 4a and an oxidant gas 61a, for example, as shown in FIG. 4. The catalyst according to claim 1, wherein catalytic combustion is performed by introducing a fuel cell 30 that generates water, and an anode offgas 21 a and a cathode offgas 22 a discharged from the fuel cell 30. 5. Combustion device 150, oxidant gas humidifier 70 that humidifies oxidant gas 61 a with recovered water 42 a that recovers the generated water, fuel gas humidifier 140 that humidifies fuel gas 4 a with recovered water 42 a, and fuel cell 30 The cooling water heat exchanger 110 that performs heat exchange between the cooling water 24a that cools the exhaust water and the exhaust heat hot water 43a that recovers heat, and the hot water storage device 1 that stores the exhaust heat hot water 43a 0 and a.

このように構成すると、燃料電池で発生した回収水を用いて、燃料ガスと酸化剤ガスを加湿するので、燃料電池の発電効率が高まり、また、加湿に回収水を用いているので、水自立したシステム、すなわち外部からの水の供給なしに稼動できるシステムとなる。また、アノードオフガスとカソードオフガスとを燃焼効率よく触媒燃焼させるので、燃料ガスの利用効率が向上する。その燃焼ガスと冷却水とが熱交換して熱エネルギを回収するので、エネルギの回収率も向上する。したがって、総合エネルギ効率の高い燃料電池コージェネレーションシステムとなる。   With this configuration, the fuel gas and the oxidant gas are humidified using the recovered water generated in the fuel cell, so that the power generation efficiency of the fuel cell is increased, and the recovered water is used for humidification. System, that is, a system that can operate without external water supply. In addition, since the anode off-gas and the cathode off-gas are catalytically burned with high combustion efficiency, the fuel gas utilization efficiency is improved. Since the combustion gas and cooling water exchange heat to recover thermal energy, the energy recovery rate is also improved. Therefore, it becomes a fuel cell cogeneration system with high total energy efficiency.

また、請求項５に記載の発明に係る燃料電池コージェネレーションシステム１は、例えば図２に示すように、請求項４に記載の燃料電池コージェネレーションシステム１において、伝熱媒体充填層１７０の冷却水流路１７５に、回収水４２ａが流通する。   Further, the fuel cell cogeneration system 1 according to the invention described in claim 5 is the fuel cell cogeneration system 1 described in claim 4, for example, as shown in FIG. The recovered water 42a flows through the path 175.

このように構成すると、触媒燃焼の燃焼ガスから回収水が熱を回収し、回収水にて燃焼ガスの熱が有効利用されるので、総合エネルギ効率の高い燃料電池コージェネレーションシステムとなる。   With this configuration, the recovered water recovers heat from the combustion gas of catalytic combustion, and the heat of the combustion gas is effectively used in the recovered water, so that a fuel cell cogeneration system with high overall energy efficiency is obtained.

本発明によれば、ガス導入路を流通する過程で、支燃剤ガスと可燃ガスとが触媒燃焼層で生ずる燃焼熱により予熱を受け、良く混合するので、予熱装置やガス混合装置を別途追加することなく触媒燃焼し、燃料効率の向上した触媒燃焼装置が得られる。また、燃焼ガスが冷却水と熱交換することで、燃焼熱が冷却水に回収されるので、効率の高い触媒燃焼装置が得られる。   According to the present invention, the combustion support gas and the combustible gas are preheated and mixed well by the combustion heat generated in the catalytic combustion layer in the process of flowing through the gas introduction path, so a preheating device and a gas mixing device are separately added. Thus, catalytic combustion can be performed without causing a catalytic combustion apparatus with improved fuel efficiency. In addition, since the combustion gas exchanges heat with the cooling water, the combustion heat is recovered into the cooling water, so that a highly efficient catalytic combustion apparatus can be obtained.

また、本発明に係る触媒燃焼装置を備えた燃料発電コージェネレーションシステムでは、燃料電池での電気化学的反応により発生した水分により燃料ガスと酸化剤ガスとを加湿するので、燃料電池の発電効率を高めることができ、水自立したシステムとなる。また、燃料ガスの利用効率が向上し、エネルギの回収率も向上するので、総合エネルギ効率の高い燃料電池コージェネレーションシステムとなる。   Further, in the fuel power generation cogeneration system equipped with the catalytic combustion apparatus according to the present invention, the fuel gas and the oxidant gas are humidified by the water generated by the electrochemical reaction in the fuel cell, so that the power generation efficiency of the fuel cell is improved. It can be increased and it becomes a water-independent system. Further, the fuel gas utilization efficiency is improved and the energy recovery rate is also improved, so that a fuel cell cogeneration system with high overall energy efficiency is obtained.

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において、互いに同一又は相当する装置には同一符号を付し、重複した説明は省略する。なお、図２中、「ａ」を添えた符号及び「４２Ａ」、「４２Ｂ」、「４２Ｃ」は物を表し、これらの符号で示されるときに線は物の流れを、これらの符号を添えていない符号で示されるときに線は配管を表す。また、破線は、電気信号を表す。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In each figure, the same or equivalent devices are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted. In FIG. 2, the symbols with “a” and “42A”, “42B”, and “42C” represent objects, and when indicated by these symbols, the line indicates the flow of the object, and these symbols are appended. Lines represent piping when not indicated by a symbol. A broken line represents an electric signal.

図１は、本発明の第１の実施の形態である触媒燃焼装置１５０を説明する模式的断面図である。触媒燃焼装置１５０は、図２に示す燃料電池コージェネレーションシステム１において、燃料電池３０から排出されるアノードオフガス２１ａとカソードオフガス２２ａとを触媒燃焼させ、回収水４２ａで燃焼熱を回収するための装置である。触媒燃焼装置１５０では、触媒充填層１６４とガス導入路としてのガス流路１６５とを備える触媒燃焼部１６０を上に、伝熱媒体充填層１７４と冷却水流路１７５とを備える伝熱部１７０を下に積層し、一体としている。すなわち、触媒燃焼部１６０で触媒燃焼により発生した燃焼ガス６３ａは、伝熱部１７０を通り、熱回収され冷却される。触媒燃焼部１６０は、円筒形又は角筒形の容器である触媒充填層の側壁（以降、「触媒充填層壁」という。）１６１と、触媒１６６より小さな***を多数有する平板あるいは網目であって、触媒充填層壁１６１の底部で断面に広がる、触媒支持板１６３とを有している。触媒充填層壁１６１の上部は開放されているが、触媒充填層壁１６１と触媒支持板１６３とで囲まれた空間として、触媒充填層１６４を形成する。触媒充填層１６４には燃焼触媒１６６が充填されている。   FIG. 1 is a schematic cross-sectional view for explaining a catalytic combustion apparatus 150 according to the first embodiment of the present invention. The catalytic combustion apparatus 150 is an apparatus for catalytically burning the anode offgas 21a and the cathode offgas 22a discharged from the fuel cell 30 in the fuel cell cogeneration system 1 shown in FIG. 2 and recovering the combustion heat with the recovered water 42a. It is. In the catalytic combustion apparatus 150, a catalytic combustion section 160 including a catalyst packed bed 164 and a gas flow path 165 as a gas introduction path is disposed above, and a heat transfer section 170 including a heat transfer medium packed layer 174 and a cooling water flow path 175 is provided. Laminated underneath and integrated. That is, the combustion gas 63a generated by catalytic combustion in the catalytic combustion unit 160 passes through the heat transfer unit 170 and is recovered and cooled. The catalyst combustion unit 160 is a flat plate or mesh having a side wall (hereinafter referred to as “catalyst packed layer wall”) 161 that is a cylindrical or rectangular tube-shaped container and a large number of small holes smaller than the catalyst 166. And a catalyst support plate 163 extending in a cross section at the bottom of the catalyst packed layer wall 161. Although the upper part of the catalyst packed bed wall 161 is open, the catalyst packed bed 164 is formed as a space surrounded by the catalyst packed bed wall 161 and the catalyst support plate 163. The catalyst packed bed 164 is filled with a combustion catalyst 166.

燃焼触媒１６６は、貴金属系燃焼触媒、特に、プラチナＰｔ、パラジウムＰｄ、又はプラチナＰｔ−パラジウムＰｄ二元系燃焼触媒が好適に用いられるが、銅等の卑金属系燃焼触媒を用いてもよい。貴金属系燃焼触媒を用いると、触媒活性が高く使用量が少なくて済み、触媒充填層１６４を小さくすることができる。卑金属系燃焼触媒を用いると、燃焼触媒が安価となる。また、触媒燃焼装置１５０では、触媒の形状は粒状であるが、ペレット状、モノリス状あるいはハニカム状であってもよい。燃焼触媒の形状を粒状とすると、燃焼触媒が損傷を受けにくくなる。また、ペレット状とすると、燃焼触媒の製造が粒状とする場合に比べ、容易になる。また、モノリス状あるいはハニカム状とすると、触媒の幾何学表面積が増大し、触媒効率が向上する。燃焼触媒充填層１６４は、アノードオフガス２１ａとカソードオフガス２２ａとの混合ガスのガス空塔速度が、最大流量の場合に、５，０００〜５０，０００（１／時間）とし、好ましくは、１０，０００〜３０，０００（１／時間）となる容積とする。ここで、ガス空塔速度とは、単位時間当たりのアノードオフガス２１ａとカソードオフガス２２ａとの混合ガス流量を、燃焼触媒充填層１６４の容積で除した値である。このガス空塔速度が得られるように、触媒充填層１６４の容積を選定する。また、燃焼触媒充填層１６４の高さ（Ｌ）と直径（Ｄ）との比（Ｌ／Ｄ）は１〜５、好ましくは、２〜４とする。   As the combustion catalyst 166, a noble metal combustion catalyst, in particular, platinum Pt, palladium Pd, or platinum Pt-palladium Pd binary combustion catalyst is preferably used, but a base metal combustion catalyst such as copper may be used. When a noble metal-based combustion catalyst is used, the catalyst activity is high and the amount used is small, and the catalyst packed bed 164 can be made small. When a base metal combustion catalyst is used, the combustion catalyst becomes inexpensive. In the catalytic combustion apparatus 150, the shape of the catalyst is granular, but may be a pellet, a monolith, or a honeycomb. If the shape of the combustion catalyst is granular, the combustion catalyst is less likely to be damaged. Moreover, when it is set as a pellet form, manufacture of a combustion catalyst becomes easy compared with the case where it makes granular. Further, when the monolith shape or the honeycomb shape is used, the geometric surface area of the catalyst is increased, and the catalyst efficiency is improved. When the gas superficial velocity of the mixed gas of the anode off gas 21a and the cathode off gas 22a is the maximum flow rate, the combustion catalyst packed bed 164 is set to 5,000 to 50,000 (1 / hour), preferably 10, The volume is 000 to 30,000 (1 / hour). Here, the gas superficial velocity is a value obtained by dividing the mixed gas flow rate of the anode off-gas 21a and the cathode off-gas 22a per unit time by the volume of the combustion catalyst packed bed 164. The volume of the catalyst packed bed 164 is selected so that this gas superficial velocity can be obtained. The ratio (L / D) of the height (L) and the diameter (D) of the combustion catalyst packed bed 164 is 1 to 5, preferably 2 to 4.

触媒充填層壁１６１の周囲に間隙を有してガスジャケット１６２が形成され、ガス流路１６５が触媒充填層壁１６１とガスジャケット１６２との間の空間として触媒充填層壁１６１の周囲に形成される。なお、「ジャケット」というときは、ジャケット内に形成される流体流路を意味するときもあるが、触媒燃焼部１６０及び後述の伝熱部１７０の説明においては、「ジャケット」は構造としての殻を意味し、流体流路は流路として別の名称を用いる。ガスジャケット１６２は、上面が平板で封止され、下面の触媒充填層壁１６１との間も封止される。すなわち、ガスジャケット１６２により、触媒燃焼部１６０は閉じた空間となる。ガスジャケット１６２の下面近くの側面にアノードオフガスノズル１６８とカソードオフガスノズル１６７が形成され、外部とガス流路１６５とが連通される。図１では、アノードオフガスノズル１６８とカソードオフガスノズル１６７とは上下の位置に接続されているが、周方向に並んでいてもよい。ただし、アノードオフガスノズル１６８から導入される可燃ガスとしてのアノードオフガス２１ａと、カソードオフガスノズル１６７から導入される支燃剤ガスとしてのカソードオフガス２２ａとが、充分に混合するように、両ノズル１６７、１６８は、近接した位置とすることが好ましい。特に、カソードオフガス２２ａの流量がアノードオフガス２１ａの流量より多い場合、カソードオフガスノズル１６７がアノードオフガスノズル１６８の下に配置されることにより、アノードオフガス２１ａが滞留することなく、アノードオフガス２１ａとカソードオフガス２２ａとはよく混合する。ガスジャケット１６２の上面は触媒充填層壁１６１より高い位置に配され、ガスジャケット１６２上面の下の空間がガス流路１６５と燃焼触媒充填部１６４とを連通する。   A gas jacket 162 is formed with a gap around the catalyst packed bed wall 161, and a gas flow path 165 is formed around the catalyst packed bed wall 161 as a space between the catalyst packed bed wall 161 and the gas jacket 162. The The term “jacket” may mean a fluid flow path formed in the jacket, but in the description of the catalytic combustion unit 160 and the heat transfer unit 170 described later, the “jacket” is a shell as a structure. And the fluid channel uses another name for the channel. The upper surface of the gas jacket 162 is sealed with a flat plate, and the gas jacket 162 is also sealed between the gas jacket 162 and the catalyst packed bed wall 161 on the lower surface. That is, due to the gas jacket 162, the catalytic combustion unit 160 becomes a closed space. An anode off-gas nozzle 168 and a cathode off-gas nozzle 167 are formed on the side surface near the lower surface of the gas jacket 162, and the gas passage 165 communicates with the outside. In FIG. 1, the anode offgas nozzle 168 and the cathode offgas nozzle 167 are connected to the upper and lower positions, but may be arranged in the circumferential direction. However, both the nozzles 167 and 168 are mixed so that the anode offgas 21a as the combustible gas introduced from the anode offgas nozzle 168 and the cathode offgas 22a as the combustion support gas introduced from the cathode offgas nozzle 167 are sufficiently mixed. Are preferably close to each other. In particular, when the flow rate of the cathode offgas 22a is larger than the flow rate of the anode offgas 21a, the cathode offgas nozzle 167 is disposed below the anode offgas nozzle 168, so that the anode offgas 21a and the cathode offgas are not retained. Mix well with 22a. The upper surface of the gas jacket 162 is disposed at a position higher than the catalyst filling layer wall 161, and the space below the upper surface of the gas jacket 162 communicates the gas flow path 165 and the combustion catalyst filling portion 164.

アノードオフガス２１ａとカソードオフガス２２ａとの触媒充填層壁１６１廻りのガス流路は、ジャケットでなくてもよく、例えば、触媒充填層壁１６１に沿ってその周囲に巻き付けられた管としてもよい。ただし、ジャケットとすることで、構造も簡単になり、圧力損失の増大も防ぐこともできる。   The gas flow path around the catalyst packed bed wall 161 of the anode off gas 21a and the cathode off gas 22a may not be a jacket, and may be a pipe wound around the catalyst packed bed wall 161, for example. However, by using a jacket, the structure is simplified and an increase in pressure loss can be prevented.

伝熱部１7０では、触媒充填層壁１６１と同形の伝熱部１７０の側壁及び底板（以降、両者を合わせて「伝熱媒体充填層壁」という。）１７１が一つの容器を形成する。なお、触媒充填層壁１６１と伝熱媒体充填層壁１７１とは、一体で成形されている。伝熱媒体充填層壁１７１の底板の僅か上で、その下に燃焼ガス６３ａの流路を形成する位置に、伝熱促進媒体１７６より小さな***を多数有する平板あるいは網目である伝熱媒体支持板１７３が断面に広がる。伝熱媒体支持板１７３より上方の伝熱媒体層壁１７１の内部が伝熱媒体充填層１７４を形成する。伝熱媒体充填層１７４には伝熱促進媒体１７６が充填される。しかし、触媒燃焼装置１５０では触媒燃焼部１６０と伝熱部１７０とが一体とされ、触媒充填層壁１６１と伝熱媒体充填層壁１７１とが一体に連続して形成されているので、伝熱促進媒体１７６は、後述する冷却水ジャケット１７２の上面まで充填される。伝熱媒体充填層壁１７１の底板には、燃焼ガスノズル１７７が形成され、伝熱部１７０内部（伝熱媒体支持板１７３の下の空間）と外部を連通する。   In the heat transfer section 170, a side wall and a bottom plate of the heat transfer section 170 having the same shape as the catalyst packed bed wall 161 (hereinafter referred to as “heat transfer medium packed bed wall”) 171 form one container. The catalyst packed layer wall 161 and the heat transfer medium packed layer wall 171 are integrally formed. A heat transfer medium support plate which is a flat plate or mesh having a number of small holes smaller than the heat transfer promotion medium 176 at a position slightly above the bottom plate of the heat transfer medium packed layer wall 171 and below which the flow path of the combustion gas 63a is formed. 173 spreads across the cross section. The inside of the heat transfer medium layer wall 171 above the heat transfer medium support plate 173 forms a heat transfer medium filling layer 174. The heat transfer medium filling layer 174 is filled with a heat transfer promoting medium 176. However, in the catalytic combustion apparatus 150, the catalyst combustion section 160 and the heat transfer section 170 are integrated, and the catalyst packed bed wall 161 and the heat transfer medium packed bed wall 171 are integrally formed continuously. The promotion medium 176 is filled up to the upper surface of a cooling water jacket 172 described later. A combustion gas nozzle 177 is formed on the bottom plate of the heat transfer medium packed layer wall 171 and communicates the inside of the heat transfer section 170 (the space under the heat transfer medium support plate 173) with the outside.

伝熱促進媒体１７６は、燃焼ガス６３ａに対して耐蝕性及び耐熱性を有し、且つ、高い熱伝導率を有する物質、例えばステンレス鋼で形成される。伝熱促進媒体１７６は、触媒燃焼装置１５０では球体の集合体であるが、球体でなく、線状物の集合体あるいはハニカム状としてもよい。伝熱促進媒体１７６は、燃焼ガス６３ａとの接触面積が大きくなるように、その表面積が大きく成形される。また、燃焼ガス６３ａから回収した熱を伝熱媒体充填層壁１７１に速やかに伝導するように、伝熱促進媒体１７６は伝熱媒体充填層壁１７１まで連続する一体として成形される。伝熱促進媒体１７６の充填量は、伝熱促進媒体の形状や熱伝導性と、要求される燃焼ガス６３ａの排出温度によって異なるが、燃焼触媒１６６の充填量の２〜５倍である。   The heat transfer promoting medium 176 is formed of a material having corrosion resistance and heat resistance to the combustion gas 63a and having high thermal conductivity, for example, stainless steel. The heat transfer promoting medium 176 is a spherical aggregate in the catalytic combustion apparatus 150, but may be a linear aggregate or honeycomb instead of a sphere. The heat transfer promoting medium 176 is formed with a large surface area so that the contact area with the combustion gas 63a is large. In addition, the heat transfer promoting medium 176 is formed as a continuous piece up to the heat transfer medium filling layer wall 171 so that the heat recovered from the combustion gas 63a is quickly conducted to the heat transfer medium filling layer wall 171. The filling amount of the heat transfer promoting medium 176 is 2 to 5 times the filling amount of the combustion catalyst 166, although it varies depending on the shape and thermal conductivity of the heat transfer promoting medium and the required exhaust temperature of the combustion gas 63a.

伝熱媒体充填層壁１７１の側面には、伝熱媒体充填層壁１７１の周囲に間隙を有して、冷却水ジャケット１７２が形成され、伝熱媒体充填層壁１７１と冷却水ジャケット１７２との間の空間として冷却水流路１７５を形成する。冷却水ジャケット１７２は、上面および下面の伝熱媒体充填層壁１７１との間は封止され、閉じられた空間となっている。冷却水ジャケット１７２の上面は、ガスジャケット１６２の下面とは接触せず、両者の間に空隙が設けられているが、冷却水ジャケット１７２の上面とガスジャケット１６２の下面とを接触させ、あるいは、ガスジャケット１６２と冷却水ジャケット１７２を一体として、冷却水ジャケット１７２の上面とガスジャケット１６２の下面とを一枚のプレートで兼用してもよい。冷却水ジャケット１７２の下部の側面に冷却水入口ノズル１７８が、上部の側面に冷却水出口ノズル１７９が形成され、外部と冷却水流路１７５とを連通する。   A cooling water jacket 172 is formed on the side surface of the heat transfer medium filling layer wall 171 with a gap around the heat transfer medium filling layer wall 171, and the heat transfer medium filling layer wall 171 and the cooling water jacket 172 have a gap. A cooling water channel 175 is formed as a space therebetween. The cooling water jacket 172 is sealed between the upper surface and the lower surface of the heat transfer medium filling layer wall 171 to form a closed space. The upper surface of the cooling water jacket 172 is not in contact with the lower surface of the gas jacket 162 and a gap is provided between them, but the upper surface of the cooling water jacket 172 and the lower surface of the gas jacket 162 are contacted, or The gas jacket 162 and the cooling water jacket 172 may be integrated, and the upper surface of the cooling water jacket 172 and the lower surface of the gas jacket 162 may be shared by a single plate. A cooling water inlet nozzle 178 is formed on the lower side surface of the cooling water jacket 172, and a cooling water outlet nozzle 179 is formed on the upper side surface, and communicates the outside with the cooling water flow path 175.

伝熱媒体充填層壁１７１廻りの冷却水流路は、ジャケットでなくてもよく、例えば、伝熱媒体充填層壁１７１に沿ってその周囲に巻き付けられた管としてもよい。ただし、ジャケットとすることで、構造も簡単になり、圧力損失の増大も防ぐこともできる。   The cooling water flow path around the heat transfer medium filling layer wall 171 does not have to be a jacket, and may be, for example, a pipe wound around the heat transfer medium filling layer wall 171. However, by using a jacket, the structure is simplified and an increase in pressure loss can be prevented.

続いて、図１を参照して、触媒燃焼装置１５０における燃焼について説明する。可燃ガスとしてのアノードオフガス２１ａがアノードオフガスノズル１６８からガス流路１６５内の下部に導入される。また、支燃剤ガスとしてのカソードオフガス２２ａがカソードオフガスノズル１６７からガス流路１６５内の下部に導入される。アノードオフガス２１ａとカソードオフガス２２ａとは、ガス流路１６５を充満し、下部から上方に流される。触媒充填層壁１６１は、後述するように触媒充填層１６４内での触媒燃焼により加熱されており、アノードオフガス２１ａとカソードオフガス２２ａとがガス流路１６５を上昇するに伴い、触媒充填壁１６１により加熱される。また、アノードオフガス２１ａとカソードオフガス２２ａとが近接した二つのノズル１６７、１６８からガス流路１６５に導入され、混在して流れるので、ガス流路１６５を上昇する間に攪拌され、両ガス２１ａ、２２ａは混合する。   Subsequently, combustion in the catalytic combustion apparatus 150 will be described with reference to FIG. An anode off-gas 21 a as a combustible gas is introduced from the anode off-gas nozzle 168 into the lower part of the gas flow path 165. Further, the cathode offgas 22a as the combustion support gas is introduced from the cathode offgas nozzle 167 into the lower portion of the gas flow path 165. The anode off gas 21a and the cathode off gas 22a fill the gas flow path 165 and flow upward from the bottom. The catalyst packed bed wall 161 is heated by catalytic combustion in the catalyst packed bed 164 as will be described later. As the anode off-gas 21a and the cathode off-gas 22a rise in the gas flow path 165, the catalyst packed wall 161 Heated. Further, since the anode off gas 21a and the cathode off gas 22a are introduced into the gas flow path 165 from the two adjacent nozzles 167 and 168 and flow in a mixed manner, they are agitated while rising up the gas flow path 165, and both gases 21a, 22a is mixed.

アノードオフガス２１ａとカソードオフガス２２ａとの混合ガスがガス流路１６５を上昇し、触媒充填層壁１６１の上面に達すると、ジャケット１６２の上面により上昇を阻まれ、ジャケット１６２上面の下部を通って、触媒充填層１６４に導かれる。その時点でアノードオフガス２１ａとカソードオフガス２２ａとの混合ガスは加熱され、且つ、二種のガス２１ａ、２２ａは充分に混合している。触媒充填層１６４では、アノードオフガス２１ａとカソードオフガス２２ａとは、下降する流れとなる。そこで、燃焼触媒１６６により燃焼が促進されるので、アノードオフガス２１ａ中の水素とカソードオフガス２２ａ中の酸素とが燃焼する。水素と酸素は、燃焼することにより、熱を発生し、水分を生ずる。発生した熱の一部は、触媒充填層壁１６１に伝えられ、ガス流路１６５を流通するアノードオフガス２１ａとカソードオフガス２２ａとを加熱する。   When the mixed gas of the anode off gas 21a and the cathode off gas 22a rises in the gas flow path 165 and reaches the upper surface of the catalyst packed layer wall 161, the upper surface of the jacket 162 prevents the rise, passes through the lower portion of the upper surface of the jacket 162, Guided to the catalyst packed bed 164. At that time, the mixed gas of the anode off-gas 21a and the cathode off-gas 22a is heated, and the two gases 21a and 22a are sufficiently mixed. In the catalyst packed bed 164, the anode off gas 21a and the cathode off gas 22a flow downward. Therefore, since combustion is promoted by the combustion catalyst 166, hydrogen in the anode off gas 21a and oxygen in the cathode off gas 22a are combusted. When hydrogen and oxygen burn, they generate heat and produce moisture. Part of the generated heat is transferred to the catalyst packed bed wall 161 to heat the anode off-gas 21a and the cathode off-gas 22a flowing through the gas flow path 165.

触媒燃焼装置１５０では、可燃ガスとしてのアノードオフガス２１ａと支燃剤ガスとしてのカソードオフガス２２ａとが、予熱され、且つ、充分に混合された上で、燃焼触媒１６６により燃焼が促進されるので、酸素を追加供給することなく燃焼させることができる。したがって、燃焼空気を供給するためのブロワ等の電動補機を備えることなく、アノードオフガス２１ａのように水素含有量が少なく水分を多く含む可燃ガスを燃焼させることができる。   In the catalytic combustion apparatus 150, the anode off gas 21a as the combustible gas and the cathode off gas 22a as the combustion support gas are preheated and mixed sufficiently, and then combustion is promoted by the combustion catalyst 166. Can be burned without additional supply. Therefore, a combustible gas containing a small amount of hydrogen and containing a large amount of water, such as the anode off-gas 21a, can be burned without providing an electric accessory such as a blower for supplying combustion air.

触媒充填層１６４において、触媒燃焼したアノードオフガス２１ａとカソードオフガス２２ａとは、燃焼ガス６３ａとして、燃焼熱と水分を保有したまま下降し、触媒支持板１６３の***を通過して、伝熱媒体充填層１７４に導入される。伝熱媒体充填層１７４を下降するにつれ、燃焼ガス６３ａは、伝熱促進媒体１７６と熱交換をし、温度が低下し、水分も凝縮する。燃焼ガス６３ａは、伝熱媒体充填層１７４を下降して、伝熱媒体支持板１７３の***を通過し、燃焼ガスノズル１７７から、触媒燃焼装置１５０外へ排出される。燃焼ガス６３ａから伝熱促進媒体１７６に伝えられた熱は、伝熱促進媒体１７６中を伝導し、伝熱媒体充填層壁１７１に伝えられる。   In the catalyst packed bed 164, the catalyst-burned anode off-gas 21a and cathode off-gas 22a descend as the combustion gas 63a while holding the combustion heat and moisture, pass through the small holes in the catalyst support plate 163, and fill the heat transfer medium. Introduced into layer 174. As the heat transfer medium packed bed 174 descends, the combustion gas 63a exchanges heat with the heat transfer promoting medium 176, the temperature decreases, and moisture condenses. The combustion gas 63 a descends the heat transfer medium filling layer 174, passes through a small hole in the heat transfer medium support plate 173, and is discharged from the combustion gas nozzle 177 to the outside of the catalytic combustion apparatus 150. The heat transferred from the combustion gas 63 a to the heat transfer promoting medium 176 is conducted through the heat transfer promoting medium 176 and transferred to the heat transfer medium packed layer wall 171.

冷却水入口ノズル１７８から低温の冷却水としての回収水４２ａが冷却水ジャケット１７５に流入し、冷却水ジャケット１７５内を充満して上昇し、冷却水出口ノズル１７９から流出する。回収水４２ａが冷却水ジャケット１７５内を上昇する間に伝熱媒体充填層壁１７１と熱交換をし、燃焼ガス６３ａの熱を回収する。   The recovered water 42a as low-temperature cooling water flows from the cooling water inlet nozzle 178 into the cooling water jacket 175, fills the cooling water jacket 175, rises, and flows out from the cooling water outlet nozzle 179. While the recovered water 42a rises in the cooling water jacket 175, heat is exchanged with the heat transfer medium packed layer wall 171 to recover the heat of the combustion gas 63a.

これまで説明した触媒燃焼装置１５０は、触媒燃焼部１６０と伝熱部１７０とが上下に一体に形成されており、装置数を減少することができ、設置場所も小さくなり、触媒燃焼部１６０と伝熱部１７０とを連接する配管も不要になる。しかし、触媒燃焼部１６０と伝熱部１７０とをそれぞれ独立した装置としてもよく、その場合には、触媒燃焼部１６０と伝熱部１７０とを別々に補修できメンテナンスが容易になり、また、一つ一つの装置が小さく軽量となるので、輸送や設置作業が容易になる。   In the catalytic combustion apparatus 150 described so far, the catalytic combustion section 160 and the heat transfer section 170 are integrally formed vertically, so that the number of apparatuses can be reduced, the installation place is reduced, and the catalytic combustion section 160 A pipe connecting the heat transfer section 170 is also unnecessary. However, the catalyst combustion unit 160 and the heat transfer unit 170 may be independent devices. In this case, the catalyst combustion unit 160 and the heat transfer unit 170 can be repaired separately, and maintenance is facilitated. Each device is small and lightweight, making it easy to transport and install.

上記のように、可燃ガスであるアノードオフガス２１ａと支燃剤ガスであるカソードオフガス２２ａとがガス流路１６５を流通する間に燃焼熱により予熱され、且つ二種のガス２１ａ、２２ａとが充分に混合するので、効率よく触媒燃焼する。また、燃焼ガス６３ａが伝熱媒体充填層１７４を通過し伝熱促進媒体１７６に熱を伝え、冷却水である回収水４２ａが伝熱促進媒体１７６からの熱で過熱された伝熱媒体充填層壁１７１に沿った冷却水流路１７５を流通するので、燃焼ガス６３ａから回収水４２ａへ効率よく熱を回収することができる。   As described above, the anode off-gas 21a as the combustible gas and the cathode off-gas 22a as the combustion support gas are preheated by the combustion heat while flowing through the gas flow path 165, and the two types of gases 21a and 22a are sufficiently obtained. Since they are mixed, catalytic combustion is efficiently performed. Further, the combustion gas 63a passes through the heat transfer medium packed bed 174 and transfers heat to the heat transfer promoting medium 176, and the recovered water 42a as cooling water is overheated by the heat from the heat transfer promoting medium 176. Since it flows through the cooling water flow path 175 along the wall 171, heat can be efficiently recovered from the combustion gas 63a to the recovered water 42a.

次に図２を参照して、本発明の第２の実施の形態である燃料電池コージェネレーションシステム１について説明する。図２は、これまで説明した触媒燃焼装置１５０を備える燃料電池コージェネレーションシステム１の模式的ブロック図である。燃料電池コージェネレーションシステム１は、燃料電池３０と、酸化剤ガス加湿装置としての気液接触塔７０と、燃料ガス加湿装置１４０と、触媒燃焼装置１５０と、燃料ガス熱交換器１１４と、冷却水熱交換器１１０と、貯湯装置としての貯湯タンク１２０と、制御部１２２と、気液分離器４５、５５、８９と、ブロワ８４と、ポンプ８２、１０８、１２５と、水処理装置９３と、排熱温水の流路切替手段としての三方電磁弁１２７とを備える。   Next, with reference to FIG. 2, the fuel cell cogeneration system 1 which is the 2nd Embodiment of this invention is demonstrated. FIG. 2 is a schematic block diagram of the fuel cell cogeneration system 1 including the catalytic combustion apparatus 150 described so far. The fuel cell cogeneration system 1 includes a fuel cell 30, a gas-liquid contact tower 70 as an oxidant gas humidifier, a fuel gas humidifier 140, a catalytic combustion device 150, a fuel gas heat exchanger 114, cooling water A heat exchanger 110, a hot water storage tank 120 as a hot water storage device, a control unit 122, gas-liquid separators 45, 55, 89, a blower 84, pumps 82, 108, 125, a water treatment device 93, And a three-way solenoid valve 127 as a hot water flow path switching means.

燃料電池コージェネレーションシステム１には、系外から純水素あるいは水素に富むガスが燃料電池３０の燃料ガス４ａとして供給される。系外から燃料ガス４ａを搬送する配管（不図示）は、燃料ガス加湿装置１４０に接続される。燃料ガス加湿装置１４０は、後述する回収水４２ａの一部をバブラ保持液１４９ａとして貯留するバブラ容器１４８と、燃料ガス４ａを導入する燃料ガス導入ノズル１４２と、燃料ガス４ａを加湿する水であるバブラ保持液１４９ａ中に燃料ガス４ａを細かい泡状にして吐出する燃料ガス分散器１４３と、回収水４２ａの一部をバブラ保持液１４９ａとして導入するための回収水補給ノズル１４６と、バブラ保持液１４９ａと循環する（バブラ保持液１４９ａとして用いられない）回収水４２ａとの熱交換をする熱交換部であるジャケット１４１とを備える。   The fuel cell cogeneration system 1 is supplied with pure hydrogen or a gas rich in hydrogen from outside the system as the fuel gas 4 a of the fuel cell 30. A pipe (not shown) for transporting the fuel gas 4 a from outside the system is connected to the fuel gas humidifier 140. The fuel gas humidifier 140 is a bubbler container 148 that stores a part of the recovered water 42a described later as a bubbler retentate 149a, a fuel gas introduction nozzle 142 that introduces the fuel gas 4a, and water that humidifies the fuel gas 4a. A fuel gas disperser 143 that discharges the fuel gas 4a in the bubbler holding liquid 149a in the form of fine bubbles, a recovered water replenishing nozzle 146 for introducing a part of the recovered water 42a as the bubbler holding liquid 149a, a bubbler holding liquid 149a and a jacket 141 that is a heat exchanging part that performs heat exchange with the recovered water 42a that circulates (not used as the bubbler retentate 149a).

バブラ容器１４８は、燃料ガス４ａを加湿するための水であるバブラ保持液１４９ａを貯留する円筒状の容器である。形状は円筒状でなくてもよいが、円筒状であると強度的に弱い部分がなく均等となるので、バブラ容器１４８の製造が容易となる。バブラ容器１４８内の底面に広がって燃料ガス分散器１４３が配置される。燃料ガス分散器１４３は、燃料ガス４ａをバブラ保持液１４９ａ中に細かな気泡として吐出するための部材で、多数の細かな***（不図示）を多数有し、その中に燃料ガス４ａの流路（不図示）が形成された板若しくは管若しくは多孔質金属焼結体又はそれらの組み合わせなどで構成される。燃料ガス分散器１４３がバブラ容器１４８内の底面に広がっているので、バブラ保持液１４９ａと燃料ガス４ａとの接触面積が増大し、効率が高くなる。燃料ガス分散器１４３は、その燃料ガス４ａの流路の入口が燃料ガス導入ノズル１４２と連接し、系外から燃料ガス４ａを導入する。バブラ容器１４８の上面には燃料ガス出口ノズル１４７が設けられ、燃料ガス熱交換器１１４と接続される。なお、２つの機器等が「接続される」とは、配管を介して接続される場合を含む。   The bubbler container 148 is a cylindrical container that stores a bubbler retentate 149a that is water for humidifying the fuel gas 4a. The shape does not have to be cylindrical, but if it is cylindrical, there is no weak portion in strength and it is uniform, so that the bubbler container 148 can be easily manufactured. A fuel gas distributor 143 is disposed so as to extend to the bottom surface in the bubbler container 148. The fuel gas distributor 143 is a member for discharging the fuel gas 4a into the bubbler retentate 149a as fine bubbles, and has a large number of small small holes (not shown) in which the flow of the fuel gas 4a is flowed. It is comprised with the board or pipe | tube with which the path | route (not shown) was formed, porous metal sintered compact, those combinations, etc. Since the fuel gas distributor 143 spreads on the bottom surface in the bubbler container 148, the contact area between the bubbler retentate 149a and the fuel gas 4a increases, and the efficiency increases. In the fuel gas distributor 143, the inlet of the flow path of the fuel gas 4a is connected to the fuel gas introduction nozzle 142, and the fuel gas 4a is introduced from outside the system. A fuel gas outlet nozzle 147 is provided on the upper surface of the bubbler container 148 and is connected to the fuel gas heat exchanger 114. It should be noted that “connected” of two devices includes the case where they are connected via piping.

燃料ガス加湿装置１４０は、上記に説明するバブラ加湿方式でなくてもよく、気液接触塔を用いた接触塔加湿方式あるいは加湿膜を用いた膜加湿法でもよい。ただし、燃料ガス４ａは流量が比較的少なく、すなわち加湿負荷が小さいので、バブラ加湿方式で充分に加湿され、装置も簡単となる。   The fuel gas humidifier 140 may not be the bubbler humidification method described above, but may be a contact tower humidification method using a gas-liquid contact tower or a film humidification method using a humidification film. However, since the flow rate of the fuel gas 4a is relatively small, that is, the humidification load is small, the fuel gas 4a is sufficiently humidified by the bubbler humidification method, and the apparatus becomes simple.

回収水補給ノズル１４６には、後述の回収水４２ａの循環流路中の配管１３８から分岐した配管１３９が接続する。配管１３９には、仕切弁である回収水補給バルブ１３６が配置される。回収水補給バルブ１３６は、ソレノイド、モータなどのアクチュエータで動作するように構成され、制御部１２２からアクチュエータの起動・停止を指示する電気信号ｉ５用ケーブルが接続される。   A pipe 139 branched from a pipe 138 in the circulation path of the recovered water 42a described later is connected to the recovered water supply nozzle 146. The pipe 139 is provided with a recovered water supply valve 136 that is a gate valve. The recovered water replenishing valve 136 is configured to operate with an actuator such as a solenoid or a motor, and is connected with a cable for an electric signal i5 that instructs activation / stop of the actuator from the control unit 122.

また、バブラ容器１４８には、バブラ保持液１４９ａの液面を検知するレベルセンサ１４４が備えられる。レベルセンサ１４４からは、液面高さの電気信号ｉ４を伝達する信号ケーブルが制御部１２２に配線される。   Further, the bubbler container 148 is provided with a level sensor 144 for detecting the liquid level of the bubbler holding liquid 149a. From the level sensor 144, a signal cable that transmits an electric signal i <b> 4 having a liquid level is wired to the control unit 122.

バブラ容器１４８の周囲にはジャケット１４１が形成される。ジャケット１４１には、触媒燃焼装置１５０の伝熱部１７０で加熱された回収水４２ａが流れ、バブラ保持液１４９ａを加熱する。すなわち、ジャケット１４１がバブラ保持液１４９ａと回収水４２ａとの熱交換部となる。バブラ保持液１４９ａと回収水４２ａとの熱交換部をジャケットとすることで、製作が容易となり、且つ回収水４２ａの圧力損失の増大も防げる。しかし、バブラ保持液１４９ａと回収水４２ａとの熱交換部はジャケットでなく、回収水４２ａが流れる配管をバブラ容器１４８内に挿入してもよい。このように構成すると、熱交換効率が向上する。   A jacket 141 is formed around the bubbler container 148. The recovered water 42a heated by the heat transfer section 170 of the catalytic combustion apparatus 150 flows through the jacket 141, and heats the bubbler retentate 149a. That is, the jacket 141 serves as a heat exchange part between the bubbler retentate 149a and the recovered water 42a. By using a heat exchange part between the bubbler retentate 149a and the recovered water 42a as a jacket, the manufacture becomes easy and an increase in pressure loss of the recovered water 42a can be prevented. However, the heat exchange portion between the bubbler retentate 149a and the recovered water 42a is not a jacket, and a pipe through which the recovered water 42a flows may be inserted into the bubbler container 148. If comprised in this way, heat exchange efficiency will improve.

燃料電池３０は、例えば積層型の固体高分子型燃料電池を使用することができ、冷却水流路３１と燃料極３２と空気極３３とを有する。燃料極３２には、燃料ガス加湿装置１４０で加湿され燃料ガス熱交換器１１４を経て供給される燃料ガス４ａを導入するノズル（不図示）と、燃料ガス４ａのオフガスであるアノードオフガス２１ａを排出するノズル（不図示）が配置される。空気極３３には、気液接触塔７０から燃料ガス熱交換器１１４を経て送出される酸化剤ガス６１ａを導入するノズル（不図示）と、酸化剤ガス６１ａのオフガスであるカソードオフガス２２ａを排出するノズル（不図示）が配置される。冷却水流路３１には、ポンプ１０８から圧送されて燃料ガス熱交換器１１４を経て供給される冷却水としてのスタック冷却水２４ａを導入するノズル（不図示）と、スタック冷却水２４ａを流出するノズル（不図示）が配置される。   As the fuel cell 30, for example, a stacked polymer electrolyte fuel cell can be used, and has a cooling water flow path 31, a fuel electrode 32, and an air electrode 33. A nozzle (not shown) for introducing the fuel gas 4a humidified by the fuel gas humidifier 140 and supplied via the fuel gas heat exchanger 114 and an anode offgas 21a which is an offgas of the fuel gas 4a are discharged to the fuel electrode 32. A nozzle (not shown) is arranged. A nozzle (not shown) for introducing an oxidant gas 61a sent from the gas-liquid contact tower 70 via the fuel gas heat exchanger 114 and a cathode offgas 22a which is an offgas of the oxidant gas 61a are discharged to the air electrode 33. A nozzle (not shown) is arranged. A nozzle (not shown) that introduces stack cooling water 24a as cooling water that is pumped from the pump 108 and supplied via the fuel gas heat exchanger 114, and a nozzle that flows out the stack cooling water 24a are provided in the cooling water flow path 31. (Not shown) is arranged.

燃料電池３０は、燃料ガス４ａと酸化剤ガス６１ａとの電気化学的反応により電力を出力し、水を発生する。この電気化学的反応は、発熱反応であり、冷却するためにスタック冷却水２４ａが導入されている。ここで発生した熱が主に排熱となり、スタック冷却水２４ａあるいは排出されるガス（アノードオフガス２１ａ、カソードオフガス２２ａ）により燃料電池３０から搬出される。また、固体高分子型燃料電池を用いる場合には、プロトン交換膜（不図示）の電気伝導度を高く維持するために、燃料極３２に供給する燃料ガス４ａと空気極３３に供給する酸化剤ガス６１ａを所定の露点まで加湿する必要がある。使用する燃料電池の作動温度等運転条件によって変わるが、要求される燃料ガス４ａの露点は５０〜８０℃の範囲であるのが一般的であり、要求される酸化剤ガス６１ａの露点は５０〜８０℃の範囲であるのが一般的である。   The fuel cell 30 outputs electric power and generates water by an electrochemical reaction between the fuel gas 4a and the oxidant gas 61a. This electrochemical reaction is an exothermic reaction, and stack cooling water 24a is introduced for cooling. The heat generated here becomes mainly exhaust heat and is carried out of the fuel cell 30 by the stack cooling water 24a or the exhausted gas (anode off gas 21a, cathode off gas 22a). When a polymer electrolyte fuel cell is used, the oxidant supplied to the fuel electrode 4a and the air electrode 33 supplied to the fuel electrode 32 in order to maintain high electrical conductivity of the proton exchange membrane (not shown). It is necessary to humidify the gas 61a to a predetermined dew point. Although depending on the operating conditions such as the operating temperature of the fuel cell to be used, the dew point of the required fuel gas 4a is generally in the range of 50 to 80 ° C., and the required dew point of the oxidant gas 61a is 50 to 50 ° C. Generally, it is in the range of 80 ° C.

燃料電池３０の燃料極３２から排出されたアノードオフガス２１ａを搬送するアノードオフガス配管３６は触媒燃焼装置１５０に接続し、空気極３３から排出されたカソードオフガス２２ａを搬送するカソードオフガス配管３７も、触媒燃焼装置１５０に接続する。   The anode offgas pipe 36 that carries the anode offgas 21a discharged from the fuel electrode 32 of the fuel cell 30 is connected to the catalytic combustion device 150, and the cathode offgas pipe 37 that carries the cathode offgas 22a discharged from the air electrode 33 is also a catalyst. Connect to combustion device 150.

燃料電池３０の冷却水流路３１には、スタック冷却水２４ａが流れ、燃料ガス４ａと酸化剤ガス６１ａとの電気化学的反応により発生した熱を吸収して、燃料電池３０を冷却する。冷却水流路３１から排出されるスタック冷却水２４ａが流れる流路には、冷却水熱交換器１１０とポンプ１０８と燃料ガス熱交換器１１４とが、この順序で配置され、冷却水２４ａの流路は、これらの機器を経由して冷却水流路３１に戻る循環経路とされる。なお、ポンプ１０８は、スタック冷却水２４ａを圧送して循環させるもので、冷却水熱交換器１１０と燃料ガス熱交換器１１４との間でなくても、循環するスタック冷却水２４ａの経路上に配置されればよい。   The stack cooling water 24 a flows through the cooling water flow path 31 of the fuel cell 30 and absorbs heat generated by the electrochemical reaction between the fuel gas 4 a and the oxidant gas 61 a to cool the fuel cell 30. The cooling water heat exchanger 110, the pump 108, and the fuel gas heat exchanger 114 are arranged in this order in the flow path through which the stack cooling water 24a discharged from the cooling water flow path 31 flows, and the flow path of the cooling water 24a. Is a circulation path that returns to the cooling water flow path 31 via these devices. The pump 108 pumps and circulates the stack cooling water 24a. Even if it is not between the cooling water heat exchanger 110 and the fuel gas heat exchanger 114, the pump 108 is on the path of the circulating stack cooling water 24a. It only has to be arranged.

アノードオフガス配管３６とカソードオフガス配管３７とが接続する触媒燃焼装置１５０は、前記のように、アノードオフガス２１ａとカソードオフガス２２ａとを触媒燃焼させる装置である。触媒燃焼装置１５０から燃焼ガス６３ａが排出されるノズル１７７には、気液分離器８９を経て系外へ至る配管３８が接続され、気液分離器８９で水分が回収される。気液分離器８９で燃焼ガス６３ａから水分が回収された残りの排ガス６４ａは、配管３８により系外１０２へ放出される。   The catalytic combustion apparatus 150 to which the anode offgas pipe 36 and the cathode offgas pipe 37 are connected is an apparatus for catalytically burning the anode offgas 21a and the cathode offgas 22a as described above. The nozzle 177 from which the combustion gas 63 a is discharged from the catalytic combustion apparatus 150 is connected to a pipe 38 that extends outside the system via the gas-liquid separator 89, and moisture is recovered by the gas-liquid separator 89. The remaining exhaust gas 64 a from which moisture has been recovered from the combustion gas 63 a by the gas-liquid separator 89 is discharged to the outside of the system 102 through the pipe 38.

冷却水熱交換器１１０は、貯湯タンク１２０に貯えられる排熱温水４３ａと、スタック冷却水２４ａとを熱交換する熱交換器であり、温度差の比較的小さな液体同士で熱交換を行うためにプレート型熱交換器が好適に用いられる。冷却水熱交換器１１０により、排熱温水４３ａは加熱され、冷却水２４ａは冷却される。すなわち、排熱温水４３ａによりスタック冷却水２４ａ中の排熱を回収する。冷却水熱交換器１１０の排熱温水４３ａの出口ノズル（不図示）は、貯湯タンク１２０に接続され、排熱温水４３ａが排熱を回収した後に貯湯タンク１２０に貯留されることにより、排熱は貯湯タンク１２０に回収熱として貯えられる。   The cooling water heat exchanger 110 is a heat exchanger for exchanging heat between the exhaust heat hot water 43a stored in the hot water storage tank 120 and the stack cooling water 24a, and performs heat exchange between liquids having a relatively small temperature difference. A plate heat exchanger is preferably used. The exhaust water warm water 43a is heated by the cooling water heat exchanger 110, and the cooling water 24a is cooled. That is, the exhaust heat in the stack cooling water 24a is recovered by the exhaust heat hot water 43a. The outlet nozzle (not shown) of the exhaust heat hot water 43a of the cooling water heat exchanger 110 is connected to the hot water storage tank 120, and the exhaust heat hot water 43a collects the exhaust heat and is then stored in the hot water storage tank 120, thereby exhausting heat. Is stored in the hot water storage tank 120 as recovered heat.

燃料ガス熱交換器１１４は、スタック冷却水２４ａと、気液接触塔７０から送出される酸化剤ガス６１ａとを熱交換し、更にスタック冷却水２４ａと、燃料ガス加湿装置１４０から送出される燃料ガス４ａとを熱交換する３流体の熱交換器であって、多管式熱交換器が好適に用いられる。更に好適には、気体である酸化剤ガス６１ａと燃料ガス４ａとの流路にフィンを設けた管を備える多管式熱交換器とする。あるいは、３重管型熱交換器も好適に用いられる。   The fuel gas heat exchanger 114 exchanges heat between the stack cooling water 24a and the oxidant gas 61a delivered from the gas-liquid contact tower 70, and further, the fuel delivered from the stack cooling water 24a and the fuel gas humidifier 140. A three-fluid heat exchanger that exchanges heat with the gas 4a is preferably used. More preferably, a multi-tube heat exchanger is provided that includes a pipe provided with fins in the flow path between the oxidizing gas 61a, which is a gas, and the fuel gas 4a. Alternatively, a triple tube heat exchanger is also preferably used.

燃料ガス熱交換器１１４の燃料ガス４ａの出口ノズル（不図示）は、気液分離器４５を経て、燃料電池３０の燃料極３２に接続される。燃料ガス熱交換器１１４の酸化剤ガス６１ａの出口ノズル（不図示）は、気液分離器５５を経て、燃料電池３０の空気極３３に接続される。燃料ガス熱交換器１１４のスタック冷却水２４ａの出口ノズル（不図示）は、燃料電池３０の冷却水流路３１に接続される。   An outlet nozzle (not shown) of the fuel gas 4 a of the fuel gas heat exchanger 114 is connected to the fuel electrode 32 of the fuel cell 30 via the gas-liquid separator 45. The outlet nozzle (not shown) of the oxidant gas 61 a of the fuel gas heat exchanger 114 is connected to the air electrode 33 of the fuel cell 30 via the gas-liquid separator 55. An outlet nozzle (not shown) of the stack cooling water 24 a of the fuel gas heat exchanger 114 is connected to the cooling water passage 31 of the fuel cell 30.

気液分離器４５は、燃料ガス４ａ中の水分を分離する装置で、分離された回収水４２Ａを気液接触塔７０に導入する配管が接続される。気液分離器５５は、酸化剤ガス６１ａ中の水分を分離する装置で、分離された回収水４２Ｂを気液接触塔７０に導入する配管が接続される。また、気液分離器８９は、燃焼ガス６３ａ中の水分を分離する装置で、分離された回収水４２Ｃを気液接触塔７０に導入する配管が接続される。   The gas-liquid separator 45 is a device that separates moisture in the fuel gas 4a, and a pipe for introducing the separated recovered water 42A into the gas-liquid contact tower 70 is connected thereto. The gas-liquid separator 55 is a device that separates moisture in the oxidant gas 61a, and is connected to a pipe for introducing the separated recovered water 42B into the gas-liquid contact tower 70. The gas-liquid separator 89 is a device that separates moisture in the combustion gas 63a, and is connected to a pipe for introducing the separated recovered water 42C into the gas-liquid contact tower 70.

気液接触塔７０は、その下部に、気液分離器４５、５５、８９から送出された回収水４２Ａ、４２Ｂ、４２Ｃが入る回収水入口７３と、導入された回収水４２Ａ、４２Ｂ、４２Ｃを回収水４２ａとして貯留する貯液部７１と、ポンプ８２によって回収水４２ａが外に向けて吸引される回収水吸引口７４と、所定の水位レベルを超える回収水４２ａが溢れ出て流れ込む溢流管７５と、回収水４２ａが溢流管７５に溢れて流れ込む溢流口７６とを有し、酸化剤ガス６１ａが入り込む酸化剤ガス入口７２を溢流口７６の上方に有する。所定の水位レベルとは、溢流口７６が設定された水位レベルである。回収水４２ａは溢流管７５から気液接触塔７０の系外に流れ出る。また、貯液部７１の周囲には、熱交換部として、排熱温水４３ａが流れるジャケット１３０が設けられる。なお、本実施の形態で例示する酸化剤ガス入口７２は、大気開放されており、大気中の空気を酸化剤ガス６１ａとして用いる。   The gas-liquid contact tower 70 has a recovered water inlet 73 into which the recovered water 42A, 42B, 42C sent from the gas-liquid separators 45, 55, 89 enters, and the introduced recovered water 42A, 42B, 42C. A liquid storage unit 71 that stores the recovered water 42a, a recovered water suction port 74 through which the recovered water 42a is sucked outward by the pump 82, and an overflow pipe into which the recovered water 42a that exceeds a predetermined water level overflows and flows. 75 and an overflow port 76 through which the recovered water 42 a flows into the overflow pipe 75 and has an oxidant gas inlet 72 into which the oxidant gas 61 a enters above the overflow port 76. The predetermined water level is a water level at which the overflow port 76 is set. The recovered water 42a flows out of the gas-liquid contact tower 70 from the overflow pipe 75. In addition, a jacket 130 through which the exhaust heat hot water 43a flows is provided as a heat exchange part around the liquid storage part 71. Note that the oxidant gas inlet 72 exemplified in this embodiment is open to the atmosphere, and air in the atmosphere is used as the oxidant gas 61a.

気液接触塔７０は、その上部に、酸化剤ガス６１ａが燃料電池３０の空気極３３に向けて流れ出る酸化剤ガス出口７７と、燃料ガス加湿装置１４０のジャケット１４１から戻った回収水４２ａが注入される回収水注入口７８と、回収水注入口７８に注入された回収水４２ａを細かい水滴として気液接触塔７０内に撒き散らす水分散器７９とを有する。また、上部に配置する水分散器７９と酸化剤ガス出口７７との間に、デミスタ９１が設けられる。デミスタ９１により、上昇する酸化剤ガス６１ａに随伴したミストが除去される。   In the gas-liquid contact tower 70, an oxidant gas outlet 77 from which the oxidant gas 61 a flows toward the air electrode 33 of the fuel cell 30 and recovered water 42 a returned from the jacket 141 of the fuel gas humidifier 140 are injected into the upper part of the gas-liquid contact tower 70. And a water disperser 79 for dispersing the recovered water 42a injected into the recovered water injection port 78 as fine water droplets into the gas-liquid contact tower 70. In addition, a demister 91 is provided between the water disperser 79 and the oxidant gas outlet 77 disposed in the upper part. The mist accompanying the rising oxidant gas 61a is removed by the demister 91.

気液接触塔７０は、その上部と下部の間に、注入された回収水４２ａと酸化剤ガス６１ａとの気液接触を促進するための充填物を充填した充填部８０と、充填部８０を支持する充填物支持板８１とを有する。   The gas-liquid contact tower 70 includes a filling unit 80 filled with a filling for promoting gas-liquid contact between the injected recovered water 42a and the oxidant gas 61a between an upper part and a lower part, and a filling part 80. And a filling support plate 81 for supporting.

回収水吸引口７４の先は、ポンプ８２、水処理装置９３、触媒燃焼装置１５０の冷却水流路１７５及び燃料ガス加湿装置１４０のジャケット１４１を経て、気液接触塔７０上部の水分散器７９に接続される。このように、貯液部７１から回収水吸引口７４、ポンプ８２、水処理装置９３、触媒燃焼装置１５０の冷却水流路１７５、燃料ガス加湿装置１４０のジャケット１４１、回収水注入口７８、水分散器７９、充填部８０を経て貯液部７１に回収水４２ａを循環する循環経路が構成される。   The tip of the recovered water suction port 74 passes through the pump 82, the water treatment device 93, the cooling water flow path 175 of the catalytic combustion device 150, and the jacket 141 of the fuel gas humidification device 140 to the water disperser 79 above the gas-liquid contact tower 70. Connected. As described above, the recovered water suction port 74, the pump 82, the water treatment device 93, the cooling water flow path 175 of the catalytic combustion device 150, the jacket 141 of the fuel gas humidification device 140, the recovered water injection port 78, the water dispersion from the liquid storage unit 71. A circulation path for circulating the recovered water 42 a to the liquid storage part 71 through the container 79 and the filling part 80 is configured.

気液接触塔７０の酸化剤ガス出口７７に、酸化剤ガス６１ａを燃料電池３０に圧送するブロワ８４が接続される。ブロワ８４により気液接触塔７０内の酸化剤ガス６１ａが吸引される。酸化剤ガス入口７２から吸引された酸化剤ガス６１ａと、回収水注入口７８から注入された回収水４２ａは、充填部８０にて向流接触する。   A blower 84 that pumps the oxidant gas 61 a to the fuel cell 30 is connected to the oxidant gas outlet 77 of the gas-liquid contact tower 70. The oxidant gas 61 a in the gas-liquid contact tower 70 is sucked by the blower 84. The oxidant gas 61 a sucked from the oxidant gas inlet 72 and the recovered water 42 a injected from the recovered water inlet 78 are in countercurrent contact at the filling unit 80.

ブロワ８４の出口は、燃料ガス熱交換器１１４、気液分離器５５を経て、燃料電池３０の空気極３３に接続される。ブロワ８４にて酸化剤ガス６１ａを昇圧して、燃料電池３０の空気極３３に供給する。   The outlet of the blower 84 is connected to the air electrode 33 of the fuel cell 30 through the fuel gas heat exchanger 114 and the gas-liquid separator 55. The blower 84 boosts the oxidant gas 61 a and supplies it to the air electrode 33 of the fuel cell 30.

ブロワ８４による昇圧の結果、酸化剤ガス６１ａの露点が上昇する。例えば、ブロワ８４による酸化剤ガス６１ａの圧力上昇を１２ｋＰａとして、酸化剤ガス出口７７における酸化剤ガス６１ａの露点が５０℃の場合は、酸化剤ガス６１ａの露点が約２℃上昇し約５２℃になる。よって、酸化剤ガス６１ａの達成すべき露点が一定の場合、酸化剤ガス６１ａのブロワ８４を気液接触塔７０の下流側に配置することにより、気液接触塔７０の加湿負荷を軽減し、気液接触塔７０をコンパクト化することができる。また、ブロワ８４を酸化剤ガス入口７２側に配置した場合と違って、気液接触塔７０内はブロワ８４により加圧されることがない。   As a result of the pressure increase by the blower 84, the dew point of the oxidant gas 61a increases. For example, when the pressure increase of the oxidant gas 61a by the blower 84 is 12 kPa and the dew point of the oxidant gas 61a at the oxidant gas outlet 77 is 50 ° C., the dew point of the oxidant gas 61a is increased by about 2 ° C. and about 52 ° C. become. Therefore, when the dew point to be achieved by the oxidant gas 61a is constant, the humidifying load of the gas-liquid contact tower 70 is reduced by arranging the blower 84 of the oxidant gas 61a downstream of the gas-liquid contact tower 70, The gas-liquid contact tower 70 can be made compact. Unlike the case where the blower 84 is disposed on the oxidant gas inlet 72 side, the inside of the gas-liquid contact tower 70 is not pressurized by the blower 84.

また、気液接触塔７０内の貯液部７１は、酸化剤ガス入口７２にて大気開放状態を維持することにより大気圧の状態にあるので、気液分離器４５、５５、８９とのレベル差によって気液分離器４５、５５、８９から回収水４２Ａ、４２Ｂ、４２Ｃを貯液部７１へ導入することができる。したがって、回収水４２Ａ、４２Ｂ、４２Ｃを液送する送液ポンプ等を不要にすることができる。さらに、余剰の回収水４２ａは、追加の送液ポンプや液面センサ等の系外排出機器を用いることなく、貯液部７１内に配置する溢流管７５の底部排出口から燃料電池コージェネレーションシステム１の系外へ排出することができる利点もある。   Further, since the liquid storage part 71 in the gas-liquid contact tower 70 is in an atmospheric pressure state by maintaining the open state to the atmosphere at the oxidant gas inlet 72, the level with the gas-liquid separators 45, 55, and 89 is maintained. Due to the difference, the recovered water 42A, 42B, 42C can be introduced from the gas-liquid separators 45, 55, 89 into the liquid storage unit 71. Therefore, a liquid feed pump for feeding the recovered water 42A, 42B, and 42C can be eliminated. Further, the surplus recovered water 42a is supplied from the bottom discharge port of the overflow pipe 75 disposed in the liquid storage unit 71 without using an extra-system discharge device such as an additional liquid feed pump or a liquid level sensor. There is also an advantage that the system 1 can be discharged out of the system.

水処理装置９３は、気液接触塔７０の回収水吸引口７４に接続する回収水４２ａの循環経路中のポンプ８２の下流側に配置され、イオン交換樹脂充填カラム９４を有している。この水処理装置９３のイオン交換樹脂充填カラム９４に用いるイオン交換樹脂としては、陰イオン交換樹脂が望ましい。本実施の形態において、酸化剤ガス６１ａ中に含まれる酸性ガス汚染物質、例えば、硫黄酸化物ＳＯ２は、ＳＯ２ ＋ ＯＨ− → ＨＳＯ３ − の反応式のように、充填部８０にて接触する回収水４２ａの中の水酸化イオンＯＨ−と反応してイオン化し、回収水４２ａに吸収されている。そして、吸収された回収水４２ａ中のＨＳＯ３ −は、ＨＳＯ３ − ＋ Ｒ−ＯＨ− → Ｒ−ＨＳＯ３ − ＋ ＯＨ− の反応式のように、イオン交換樹脂充填カラム９４にて陰イオン交換樹脂の水酸化イオンＯＨ−とイオン交換をしてイオン交換樹脂充填カラム９４内のイオン交換樹脂に吸着される。この時に、水酸化イオンＯＨ−が回収水４２ａに供給される。また、イオン交換樹脂充填カラム９４の下流側にフィルタ９５を設置することで、イオン交換樹脂が回収水４２ａに混入することを防止する。更に、酸化剤ガス６１ａに粉塵等の固形汚染物質が多量に含まれる場合には、イオン交換樹脂充填カラム９４の上流側に固形物フィルタを追加することもできる。 The water treatment device 93 is disposed on the downstream side of the pump 82 in the circulation path of the recovered water 42 a connected to the recovered water suction port 74 of the gas-liquid contact tower 70, and has an ion exchange resin packed column 94. As the ion exchange resin used for the ion exchange resin packed column 94 of the water treatment device 93, an anion exchange resin is desirable. In the present embodiment, the acidic gas pollutant contained in the oxidant gas 61a, for example, the sulfur oxide SO 2 is contacted at the filling unit 80 as in the reaction formula of SO 2 + OH − → HSO 3 −. It reacts with the hydroxide ion OH − in the recovered water 42a to be ionized and is absorbed in the recovered water 42a. Then, the absorbed HSO 3 − in the recovered water 42a is anion exchanged in the ion exchange resin packed column 94 as shown in the reaction formula of HSO 3 − + R—OH − → R—HSO 3 − + OH −. The resin is ion-exchanged with hydroxide ion OH − and adsorbed on the ion exchange resin in the ion exchange resin packed column 94. At this time, hydroxide ions OH − are supplied to the recovered water 42a. Further, by installing a filter 95 on the downstream side of the ion exchange resin packed column 94, the ion exchange resin is prevented from being mixed into the recovered water 42a. Furthermore, when the oxidizing gas 61a contains a large amount of solid contaminants such as dust, a solid filter can be added upstream of the ion exchange resin-filled column 94.

本実施の形態では、回収水４２ａが循環する循環経路に、陰イオン交換樹脂を用いた水処理装置９３を備えることによって、気液接触塔７０で酸化剤ガス６１ａと気液接触する回収水４２ａに水酸化イオンＯＨ−を常に供給する。すなわち、循環する回収水４２ａが常にアルカリ性に保たれ、酸化剤ガス６１ａに含有されるＮＯｘ、ＳＯｘ等の酸性ガスの汚染物質が効果的に除去される。但し、水処理装置９３は、備えられていなくてもよい。 In the present embodiment, by providing a water treatment device 93 using an anion exchange resin in the circulation path through which the recovered water 42a circulates, the recovered water 42a in gas-liquid contact with the oxidant gas 61a in the gas-liquid contact tower 70. Is always supplied with hydroxide ion OH − . That is, the recovered water 42a that circulates is always kept alkaline, and pollutants of acidic gas such as NOx and SOx contained in the oxidant gas 61a are effectively removed. However, the water treatment device 93 may not be provided.

貯湯タンク１２０は、排熱温水４３ａを貯留するタンクである。貯湯タンク１２０には、排熱温水４３ａを供給又は循環させることにより系外の熱需要に熱を供給する装置（不図示）が接続されている。例えば、貯湯タンク１２０に貯留される排熱温水４３ａが系外に循環し、排熱を供給した後に、貯湯タンク１２０に戻される。すなわち、排熱温水４３ａに回収された排熱が、熱源として有効利用される。   The hot water storage tank 120 is a tank that stores the exhaust heat hot water 43a. The hot water storage tank 120 is connected to a device (not shown) for supplying heat to heat demand outside the system by supplying or circulating the exhaust hot water 43a. For example, the waste heat hot water 43 a stored in the hot water storage tank 120 circulates outside the system and supplies the exhaust heat, and then is returned to the hot water storage tank 120. That is, the exhaust heat recovered in the exhaust heat hot water 43a is effectively used as a heat source.

貯湯タンク１２０には、上記の系外への循環経路の他に、燃料電池コージェネレーションシステム１内に、排熱を回収するための排熱温水４３ａの循環経路が接続されている。この循環経路として、貯湯タンク１２０に第１の配管１２８が接続される。第１の配管１２８には、ポンプ１２５が設置され、排熱温水４３ａを吸引し、圧送する。第１の配管１２８には、第１の分岐部であり、かつ、流路切替手段である三方電磁弁１２７が配置されている。三方電磁弁１２７の一方は、更に第１の配管１２８を経て、気液接触塔７０のジャケット１３０に接続している。三方電磁弁１２７の他の一方は、バイパス配管１３１に接続している。   In addition to the circulation path to the outside of the above system, the hot water storage tank 120 is connected to a circulation path of exhaust hot water 43a for recovering exhaust heat in the fuel cell cogeneration system 1. As this circulation path, a first pipe 128 is connected to the hot water storage tank 120. The first pipe 128 is provided with a pump 125 that sucks the exhaust heat hot water 43a and pumps it. The first pipe 128 is provided with a three-way solenoid valve 127 that is a first branch portion and that is a flow path switching unit. One of the three-way solenoid valves 127 is further connected to the jacket 130 of the gas-liquid contact tower 70 via the first pipe 128. The other one of the three-way solenoid valves 127 is connected to the bypass pipe 131.

気液接触塔７０のジャケット１３０は、排熱温水４３ａと貯液部７１に貯留する回収水４２ａとの熱交換を行う熱交換部である。触媒燃焼装置１５０の伝熱部１７０で加熱され、貯液部７１に貯留される回収水４２ａの熱を、ジャケット１３０を流れる排熱温水４３ａにより回収する。熱交換部がジャケットで構成されるので、排熱温水４３ａの圧力損失も少なくなり、気液接触塔７０の構造も単純になるが、熱交換部をジャケットとしないで、例えば、貯液部７１に貯留される回収水４２ａ中に排熱温水４２ａの配管を敷設する構成としてもよい。   The jacket 130 of the gas-liquid contact tower 70 is a heat exchange unit that performs heat exchange between the exhaust heat hot water 43 a and the recovered water 42 a stored in the liquid storage unit 71. Heat of the recovered water 42a heated by the heat transfer section 170 of the catalytic combustion apparatus 150 and stored in the liquid storage section 71 is recovered by the exhaust hot water 43a flowing through the jacket 130. Since the heat exchanging part is constituted by a jacket, the pressure loss of the exhaust hot water 43a is reduced and the structure of the gas-liquid contact tower 70 is simplified, but the heat exchanging part is not used as a jacket. It is good also as a structure which lays piping of the waste heat hot water 42a in the recovered water 42a stored by this.

ジャケット１３０の出口ノズル（不図示）には、第２の配管１２９が接続している。第２の配管１２９は冷却水熱交換器１１０に接続している。ジャケット１３０と冷却水熱交換器１１０との間の第２の配管１２９上に、分岐管１３７が配置されている。分岐管１３７は、第１の配管１２８上の三方電磁弁１２７と接続するバイパス配管１３１と冷却水熱交換器１１０とに接続される。第２の配管１２９が、更に、冷却水熱交換器１１０と貯湯タンク１２０とを接続することにより、循環経路を構成する。   A second pipe 129 is connected to the outlet nozzle (not shown) of the jacket 130. The second pipe 129 is connected to the cooling water heat exchanger 110. A branch pipe 137 is disposed on the second pipe 129 between the jacket 130 and the cooling water heat exchanger 110. The branch pipe 137 is connected to the bypass pipe 131 connected to the three-way solenoid valve 127 on the first pipe 128 and the cooling water heat exchanger 110. The second pipe 129 further connects the cooling water heat exchanger 110 and the hot water storage tank 120 to form a circulation path.

この循環経路を流れることにより、貯湯タンク１２０に貯留される排熱温水４３ａは、ジャケット１３０で回収水４２ａと、冷却水熱交換器１１０でスタック冷却水２４ａと熱交換をして、排熱を回収し、貯湯タンク１２０に戻り、排熱を貯湯タンク１２０に蓄える。   By flowing through this circulation path, the exhaust heat hot water 43a stored in the hot water storage tank 120 exchanges heat with the recovered water 42a in the jacket 130 and the stack cooling water 24a in the cooling water heat exchanger 110, thereby removing the exhaust heat. The collected heat is returned to the hot water storage tank 120, and the exhaust heat is stored in the hot water storage tank 120.

貯湯タンク１２０の下部には、第１の温度検出器１２４が設置され、第１の温度検出器１２４から制御部１２２に電気信号を伝達する信号ケーブルが接続される。貯湯タンク１２０内で、排熱温水４３ａは温度による成層をなして貯留されており、すなわち、高温の排熱温水４３ａは貯湯タンク１２０の上部に、低温の排熱温水４３ａは貯湯タンク１２０の下部に貯留する。そこで、系外に熱源として供給される排熱温水４３ａは上部の排熱温水４３ａを、排熱回収のためにジャケット１３０及び冷却水熱交換器１１０を循環する排熱温水４３ａは下部の排熱温水４３ａを用いる。第１の温度検出器１２４は、ジャケット１３０及び冷却水熱交換器１１０を循環する排熱温水４３ａの温度を計測するために貯湯タンク１２０の下部に設置される。あるいは、貯湯タンク１２０から排熱回収に循環する配管１２８の貯湯タンク１２０と三方電磁弁１２７との間に配置してもよい。第１の温度検出器１２４で検出された温度は、電気信号ｉ１として、制御部１２２に伝送される。   A first temperature detector 124 is installed below the hot water storage tank 120, and a signal cable that transmits an electrical signal from the first temperature detector 124 to the control unit 122 is connected. In the hot water storage tank 120, the exhaust heat hot water 43a is stored in a stratified state, that is, the high temperature exhaust heat hot water 43a is at the upper part of the hot water storage tank 120, and the low temperature exhaust heat hot water 43a is at the lower part of the hot water storage tank 120. Store in. Accordingly, the exhaust heat hot water 43a supplied as a heat source outside the system is the upper exhaust heat hot water 43a, and the exhaust heat hot water 43a circulating through the jacket 130 and the cooling water heat exchanger 110 for exhaust heat recovery is the lower exhaust heat water. Hot water 43a is used. The first temperature detector 124 is installed in the lower part of the hot water storage tank 120 in order to measure the temperature of the exhaust hot water 43 a circulating through the jacket 130 and the cooling water heat exchanger 110. Or you may arrange | position between the hot water storage tank 120 of the piping 128 and the three-way solenoid valve 127 which circulate from the hot water storage tank 120 to waste heat recovery. The temperature detected by the first temperature detector 124 is transmitted to the control unit 122 as an electric signal i1.

また、第２の温度検出器１２６が、燃料ガス加湿装置１４０のジャケット１４１を出て、気液接触塔７０の水分散器７９に送られる回収水４２ａの温度を測定するために、配管１３８のジャケット１４１から気液接触塔７０に至る流路に設置される。なお、第２の温度検出器１２６は、回収水注入口７８に配置されてもよい。第２の温度検出器１２６から制御部１２２には電気信号を伝達する信号ケーブルが接続され、検出された温度が電気信号ｉ２として、制御部１２２に伝送される。更に、制御部１２２からは三方電磁弁１２７に信号ケーブルが接続され、三方電磁弁１２７の制御信号ｉ３が第１の配管１２８上の三方電磁弁１２７に送られる。   Further, the second temperature detector 126 exits the jacket 141 of the fuel gas humidifier 140 and measures the temperature of the recovered water 42a sent to the water disperser 79 of the gas-liquid contact tower 70. It is installed in a flow path from the jacket 141 to the gas-liquid contact tower 70. Note that the second temperature detector 126 may be disposed at the recovered water inlet 78. A signal cable for transmitting an electrical signal is connected from the second temperature detector 126 to the control unit 122, and the detected temperature is transmitted to the control unit 122 as an electrical signal i2. Further, a signal cable is connected from the control unit 122 to the three-way solenoid valve 127, and a control signal i 3 of the three-way solenoid valve 127 is sent to the three-way solenoid valve 127 on the first pipe 128.

次に、本発明の実施の形態である燃料電池コージェネレーションシステム１の作用を説明する。
系外から供給された純水素あるいは水素に富む燃料ガス４ａは、燃料ガス加湿装置１４０に送られ、燃料ガス導入ノズル１４２から燃料ガス分散器１４３を通って細かな気泡となりバブラ保持液１４９ａ中に吐出される。燃料ガス分散気１４３がバブラ容器１４８の底面に広がっているので、気泡を広く分散して吐出することができ、効率がよい。バブラ保持液１４９ａとの接触により加湿された燃料ガス４ａは、燃料ガス出口ノズル１４７より燃料ガス熱交換器１１４へ搬送される。また、バブラ保持液１４９ａが、後述するように、回収水４２ａと熱交換し加熱され、５０〜８０℃となっており、燃料ガス４ａも５０〜８０℃に加熱される。 Next, the operation of the fuel cell cogeneration system 1 according to the embodiment of the present invention will be described.
The pure hydrogen or hydrogen-rich fuel gas 4a supplied from outside the system is sent to the fuel gas humidifier 140 and becomes fine bubbles from the fuel gas introduction nozzle 142 through the fuel gas distributor 143 into the bubbler retentate 149a. Discharged. Since the fuel gas dispersion 143 spreads on the bottom surface of the bubbler container 148, the bubbles can be widely dispersed and discharged, which is efficient. The fuel gas 4a humidified by contact with the bubbler retentate 149a is conveyed from the fuel gas outlet nozzle 147 to the fuel gas heat exchanger 114. Further, as will be described later, the bubbler retentate 149a exchanges heat with the recovered water 42a and is heated to 50 to 80 ° C., and the fuel gas 4a is also heated to 50 to 80 ° C.

燃料ガス４ａを加湿することによりバブラ保持液１４９ａは減少し液面が低下する。バブラ保持液１４９ａの液面は、レベルセンサ１４４により検知されており、レベルセンサ１４４から制御部１２２に電気信号ｉ４により液面高さが伝達される。バブラ保持液１４９ａの液面が所定量以下に低下すると、制御部１２２からバルブを開放する信号ｉ５が回収水補給バルブ１３６へ伝達され、回収水補給バルブ１３６は開放される。すると、回収水４２ａを循環する配管１３８から回収水４２ａの一部が配管１３９を通ってバブラ容器１４８に送り込まれ、バブラ保持液１４９ａの液面は上昇する。バブラ保持液１４９ａの液面が所定量以上になると、レベルセンサ１４４からの電気信号ｉ４により制御部１２２では、回収水補給バルブ１３６を閉止すると判断し、制御部１２２から回収水補給バルブ１３６を閉止する電気信号ｉ５が伝達され、回収水補給バルブ１３６は閉止される。   By humidifying the fuel gas 4a, the bubbler retentate 149a decreases and the liquid level decreases. The liquid level of the bubbler holding liquid 149a is detected by the level sensor 144, and the liquid level height is transmitted from the level sensor 144 to the control unit 122 by the electric signal i4. When the liquid level of the bubbler holding liquid 149a falls below a predetermined amount, a signal i5 for opening the valve is transmitted from the control unit 122 to the recovered water supply valve 136, and the recovered water supply valve 136 is opened. Then, a part of the recovered water 42a is sent from the pipe 138 that circulates the recovered water 42a through the pipe 139 to the bubbler container 148, and the liquid level of the bubbler holding liquid 149a rises. When the liquid level of the bubbler holding liquid 149a exceeds a predetermined amount, the control unit 122 determines that the recovered water supply valve 136 is closed by the electric signal i4 from the level sensor 144, and the recovered water supply valve 136 is closed from the control unit 122. The electrical signal i5 to be transmitted is transmitted, and the recovered water supply valve 136 is closed.

燃料ガス加湿装置１４０で加湿された燃料ガス４ａは、燃料ガス熱交換器１１４に送出され、燃料ガス熱交換器１１４でスタック冷却水２４ａにより冷却され、温度及び露点が適宜調整される。冷却された燃料ガス４ａは５０〜７０℃となり、燃料ガス加湿装置１４０で加湿された水分の一部が凝縮し、気液分離器４５において回収水４２Ａが分離される。気液分離器４５で回収水４２Ａが分離された燃料ガス４ａは、燃料電池３０の燃料極３２に供給される。   The fuel gas 4a humidified by the fuel gas humidifier 140 is sent to the fuel gas heat exchanger 114, cooled by the stack cooling water 24a in the fuel gas heat exchanger 114, and the temperature and dew point are adjusted as appropriate. The cooled fuel gas 4 a becomes 50 to 70 ° C., part of the moisture humidified by the fuel gas humidifier 140 is condensed, and the recovered water 42 A is separated in the gas-liquid separator 45. The fuel gas 4 a from which the recovered water 42 </ b> A has been separated by the gas-liquid separator 45 is supplied to the fuel electrode 32 of the fuel cell 30.

気液接触塔７０に吸引された酸化剤ガス６１ａは、充填部８０へ導かれ、充填部８０を通過中に回収水４２ａと気液接触し、回収水４２ａによって洗浄されると共に、昇温及び加湿される。洗浄、昇温、加湿が終了した酸化剤ガス６１ａは、デミスタ９１にてミストが除去された後に気液接触塔７０から流出する。なお、気液接触塔７０に入る酸化剤ガス６１ａの温度は、５〜４０℃であり、気液接触塔７０を流出する酸化剤ガス６１ａの温度は、５０〜６５℃である。   The oxidant gas 61a sucked into the gas-liquid contact tower 70 is guided to the filling unit 80, comes into gas-liquid contact with the recovered water 42a while passing through the filling unit 80, and is cleaned by the recovered water 42a. Humidified. The oxidant gas 61 a that has been cleaned, heated, and humidified flows out from the gas-liquid contact tower 70 after the mist is removed by the demister 91. The temperature of the oxidant gas 61a entering the gas-liquid contact tower 70 is 5 to 40 ° C., and the temperature of the oxidant gas 61a flowing out of the gas-liquid contact tower 70 is 50 to 65 ° C.

気液接触塔７０を流出した酸化剤ガス６１ａは、ブロワ８４によって昇圧され、燃料ガス熱交換器１１４に圧送され、燃料ガス熱交換器１１４でスタック冷却水２４ａにより冷却される。燃料ガス熱交換器１１４で冷却された酸化剤ガス６１ａは、余剰な水分が凝縮し、気液分離器５５で凝縮した回収水４２Ｂが分離され、回収水４２Ｂが分離された酸化剤ガス６１ａは、燃料電池３０の空気極３３に供給される。燃料ガス熱交換器１１４に入る前の酸化剤ガス６１ａの温度は、５５〜８５℃、燃料ガス熱交換器１１４を出る酸化剤ガス６１ａの温度は、５０〜７０℃である。燃料ガス熱交換器１１４に入る前のスタック冷却水２４ａの温度は、５０〜７０℃であり、燃料ガス熱交換器１１４を出るスタック冷却水２４ａの温度は、５０〜７０℃である。ここで、燃料ガス熱交換器１１４においては、スタック冷却水２４ａと、酸化剤ガス６１ａ並びに燃料ガス４ａとの比熱が大きく異なるので、燃料ガス４ａ並びに酸化剤ガス６１ａが冷却されても、スタック冷却水２４ａの温度はほとんど変わらない。スタック冷却水２４ａ、酸化剤ガス６１ａ及び燃料ガス４ａは、燃料ガス熱交換器１１４で並流することによりそれぞれの出口温度は同じとなり、燃料電池３０に送られる。   The oxidant gas 61a that has flowed out of the gas-liquid contact tower 70 is pressurized by the blower 84, sent to the fuel gas heat exchanger 114, and cooled by the stack cooling water 24a in the fuel gas heat exchanger 114. The oxidant gas 61a cooled by the fuel gas heat exchanger 114 is condensed with excess water, the recovered water 42B condensed by the gas-liquid separator 55 is separated, and the oxidant gas 61a from which the recovered water 42B is separated is , And supplied to the air electrode 33 of the fuel cell 30. The temperature of the oxidant gas 61a before entering the fuel gas heat exchanger 114 is 55 to 85 ° C, and the temperature of the oxidant gas 61a exiting the fuel gas heat exchanger 114 is 50 to 70 ° C. The temperature of the stack cooling water 24a before entering the fuel gas heat exchanger 114 is 50 to 70 ° C., and the temperature of the stack cooling water 24a exiting the fuel gas heat exchanger 114 is 50 to 70 ° C. Here, in the fuel gas heat exchanger 114, the specific heat of the stack cooling water 24a, the oxidant gas 61a, and the fuel gas 4a is greatly different. Therefore, even if the fuel gas 4a and the oxidant gas 61a are cooled, the stack cooling is performed. The temperature of the water 24a hardly changes. The stack cooling water 24 a, the oxidant gas 61 a, and the fuel gas 4 a are sent through the fuel gas heat exchanger 114 to have the same outlet temperature and are sent to the fuel cell 30.

燃料電池３０は、燃料極３２に供給された燃料ガス４ａと、空気極３３に供給された酸化剤ガス６１ａとの、電気化学的反応により電力を出力し、燃料極３２からアノードオフガス２１ａを、空気極３３からカソードオフガス２２ａを排出する。なお、燃料ガス４ａは水素を主成分としており、酸化剤ガス６１ａとの電気化学的反応で、水分を多く生じ、オフガスと共に排出される。   The fuel cell 30 outputs electric power by an electrochemical reaction between the fuel gas 4 a supplied to the fuel electrode 32 and the oxidant gas 61 a supplied to the air electrode 33, and the anode off gas 21 a is output from the fuel electrode 32. The cathode off gas 22a is discharged from the air electrode 33. The fuel gas 4a contains hydrogen as a main component, and a large amount of moisture is generated by an electrochemical reaction with the oxidant gas 61a and is discharged together with off-gas.

燃料極３２から排出されたアノードオフガス２１ａと空気極３３から排出されたカソードオフガス２２ａとは、触媒燃焼装置１５０へ送られる。触媒燃焼装置１５０では、前述の通りに、ガス流路１６５にてアノードオフガス２１ａとカソードオフガス２２ａとが混合され、燃焼触媒充填層１６４にて燃焼触媒１６６（図１参照）により燃焼反応が行われ、アノードオフガス２１ａ中に残留する水素が燃焼する。このように、燃料ガス４ａ中に含有される水素ガスは、無駄なく燃焼させられ、熱を生ずると共に水も生成される。続いて、伝熱部１７０で、触媒燃焼により発生した燃焼ガス６３ａと回収水４２ａとの間で熱交換が行われ、燃焼ガス６３ａ中の顕熱及び潜熱の一部が、気液接触塔７０から供給された回収水４２ａに回収される。すなわち、燃料電池３０での燃料ガス４ａと酸化剤ガス６１ａとの電気化学的反応により発生した熱であってスタック冷却水２４ａに吸収されなかった熱と、触媒燃焼装置１５０でアノードオフガス２１ａとカソードオフガス２２ａとの触媒燃焼により発生した熱とが、回収水４２ａに回収される。触媒燃焼した直後の燃焼ガス６３ａの温度は、１００〜４００℃であり、触媒燃焼装置１５０を出る燃焼ガス６３ａの温度は、３５〜５５℃である。また、この場合の触媒燃焼装置１５０に入る前の回収水４２ａの温度は、３０〜５０℃であり、触媒燃焼装置１５０を出る回収水４２ａの温度は、５５〜８５℃である。触媒燃焼装置１５０において燃焼ガス６３ａと回収水４２ａとの間で熱交換が行われ、回収水４２ａが燃焼ガス６３ａによって加熱されることにより燃焼ガス６３ａ中の熱が回収水４２ａに回収される。伝熱部１７０にて冷却された燃焼ガス６３ａ中には、燃料ガス４ａ及び酸化剤ガス６３ａに含まれていた水分、燃料電池３０における電気化学的反応により生じた水分及び触媒燃焼で生成した水分が凝縮し、回収水４２Ｃとして気液分離器８９で分離される。水分が分離された燃焼ガス６３ａは、系外１０２に排ガス６４ａとして放出される。   The anode off gas 21 a discharged from the fuel electrode 32 and the cathode off gas 22 a discharged from the air electrode 33 are sent to the catalytic combustion device 150. In the catalytic combustion apparatus 150, as described above, the anode offgas 21a and the cathode offgas 22a are mixed in the gas flow path 165, and the combustion reaction is performed by the combustion catalyst 166 (see FIG. 1) in the combustion catalyst packed bed 164. Then, the hydrogen remaining in the anode off gas 21a burns. Thus, the hydrogen gas contained in the fuel gas 4a is burned without waste, generating heat and water. Subsequently, heat exchange is performed between the combustion gas 63a generated by catalytic combustion and the recovered water 42a in the heat transfer section 170, and part of the sensible heat and latent heat in the combustion gas 63a is converted into the gas-liquid contact tower 70. It is recovered in the recovered water 42a supplied from. That is, the heat generated by the electrochemical reaction between the fuel gas 4a and the oxidant gas 61a in the fuel cell 30 and not absorbed by the stack cooling water 24a, and the anode offgas 21a and the cathode in the catalytic combustion device 150 Heat generated by catalytic combustion with the off gas 22a is recovered in the recovered water 42a. The temperature of the combustion gas 63a immediately after catalytic combustion is 100 to 400 ° C., and the temperature of the combustion gas 63a exiting the catalytic combustion device 150 is 35 to 55 ° C. In this case, the temperature of the recovered water 42a before entering the catalytic combustion apparatus 150 is 30 to 50 ° C., and the temperature of the recovered water 42a exiting the catalytic combustion apparatus 150 is 55 to 85 ° C. In the catalytic combustion apparatus 150, heat exchange is performed between the combustion gas 63a and the recovered water 42a, and the recovered water 42a is heated by the combustion gas 63a, whereby the heat in the combustion gas 63a is recovered in the recovered water 42a. In the combustion gas 63a cooled by the heat transfer section 170, the water contained in the fuel gas 4a and the oxidant gas 63a, the water generated by the electrochemical reaction in the fuel cell 30 and the water generated by catalytic combustion. Is condensed and separated by the gas-liquid separator 89 as recovered water 42C. The combustion gas 63a from which the moisture has been separated is released to the outside of the system 102 as exhaust gas 64a.

スタック冷却水２４ａは、燃料ガス熱交換器１１４で燃料ガス４ａ及び酸化剤ガス６１ａを冷却した後に、燃料電池３０の冷却水流路３１に送られ、燃料電池３０を冷却し、燃料ガス４ａと酸化剤ガス６１ａとの電気化学的反応により発生した熱を吸収する。冷却水流路３１を出たスタック冷却水２４ａは、冷却水熱交換器１１０に導入される。冷却水熱交換器１１０で、スタック冷却水２４ａと貯湯タンク１２０から導入された排熱温水４３ａとの間で熱交換が行われ、スタック冷却水２４ａは排熱温水４３ａを加熱し、排熱温水４３ａはスタック冷却水２４ａを冷却する。このようにして、スタック冷却水２４ａ中に吸収された燃料電池３０からの排熱は、排熱温水４３ａに回収される。なお、冷却水熱交換器１１０に入る前のスタック冷却水２４ａの温度は、６０〜８０℃であり、冷却水熱交換器１１０を出るスタック冷却水２４ａの温度は、５０〜７０℃である。また、冷却水熱交換器１１０に入る前の排熱温水４３ａの温度は、５〜４５℃であり、冷却水熱交換器１１０を出る排熱温水４３ａの温度は、６０〜８０℃である。   After the fuel gas heat exchanger 114 cools the fuel gas 4a and the oxidant gas 61a, the stack cooling water 24a is sent to the cooling water passage 31 of the fuel cell 30 to cool the fuel cell 30 and oxidize with the fuel gas 4a. The heat generated by the electrochemical reaction with the agent gas 61a is absorbed. The stack cooling water 24 a exiting the cooling water flow path 31 is introduced into the cooling water heat exchanger 110. In the cooling water heat exchanger 110, heat exchange is performed between the stack cooling water 24a and the exhaust hot water 43a introduced from the hot water storage tank 120, and the stack cooling water 24a heats the exhaust hot water 43a, and the exhaust heat hot water. 43a cools the stack cooling water 24a. In this manner, the exhaust heat from the fuel cell 30 absorbed in the stack cooling water 24a is recovered into the exhaust heat hot water 43a. The temperature of the stack cooling water 24a before entering the cooling water heat exchanger 110 is 60 to 80 ° C., and the temperature of the stack cooling water 24a exiting the cooling water heat exchanger 110 is 50 to 70 ° C. Moreover, the temperature of the waste heat hot water 43a before entering the cooling water heat exchanger 110 is 5 to 45 ° C, and the temperature of the waste heat hot water 43a exiting the cooling water heat exchanger 110 is 60 to 80 ° C.

冷却水熱交換器１１０によって排熱温水４３ａに排熱を回収させ、温度が低下したスタック冷却水２４ａは、ポンプ１０８へ導かれ、ポンプ１０８により昇圧され、再び燃料ガス熱交換器１１４へ送出される。   The exhaust heat is collected in the exhaust heat hot water 43a by the cooling water heat exchanger 110, and the stack cooling water 24a whose temperature is lowered is led to the pump 108, boosted by the pump 108, and sent to the fuel gas heat exchanger 114 again. The

燃料ガス熱交換器１１４で冷却された燃料ガス４ａ中に凝縮し気液分離器４５によって分離された回収水４２Ａは、気液接触塔７０に導入される。燃料ガス熱交換器１１４により冷却された酸化剤ガス６１ａ中に凝縮し気液分離器５５によって分離された回収水４２Ｂは気液接触塔７０に導入される。触媒燃焼装置１５０で触媒燃焼後に冷却された燃焼ガス６３ａ中に凝縮し気液分離器８９によって分離された回収水４２Ｃは、気液接触塔７０に導入される。これらの導入された回収水４２Ａ〜Ｃは、一緒になって回収水４２ａとして気液接触塔７０の貯液部７１に貯留される。燃料電池コージェネレーションシステム１では回収水４２ａを利用することで、外部からの水の供給が不要となり、燃料電池コージェネレーションシステム１の水自立が達成される。   The recovered water 42A condensed in the fuel gas 4a cooled by the fuel gas heat exchanger 114 and separated by the gas-liquid separator 45 is introduced into the gas-liquid contact tower 70. The recovered water 42B condensed in the oxidant gas 61a cooled by the fuel gas heat exchanger 114 and separated by the gas-liquid separator 55 is introduced into the gas-liquid contact tower 70. The recovered water 42C condensed in the combustion gas 63a cooled after catalytic combustion in the catalytic combustion device 150 and separated by the gas-liquid separator 89 is introduced into the gas-liquid contact tower 70. These introduced recovered waters 42A to 42C are stored together in the liquid storage part 71 of the gas-liquid contact tower 70 as recovered water 42a. In the fuel cell cogeneration system 1, by using the recovered water 42a, it is not necessary to supply water from the outside, and water independence of the fuel cell cogeneration system 1 is achieved.

気液接触塔７０内の回収水４２ａは、回収水吸引口７４からポンプ８２により吸引され、水処理装置９３に圧送される。水処理装置９３のイオン交換樹脂充填カラム９４により回収水４２ａ中の酸性ガス汚染物質が除去される。水処理装置９３を出た回収水４２ａは、触媒燃焼装置１５０の伝熱部１７０の冷却水流路１７５を流通することにより燃焼ガス６３ａにより加熱され、燃焼ガス６３ａ中の排熱を回収し、５５〜８５℃となる。排熱を回収した回収水４２ａは、燃料ガス加湿装置１４０のジャケット１４１に送られる。ジャケット１４１を流れる間に、バブラ容器１４８内のバブラ保持液１４９ａと熱交換し、バブラ保持液１４９ａを加熱し、温度が２〜７℃程度低下する。ジャケット１４１を出た回収水４２ａは、気液接触塔７０に注入され、水分散器７９によって充填部８０に分散して撒かれ、そこで酸化剤ガス６１ａと気液接触し、酸化剤ガス６１ａを加湿、昇温、洗浄する。一方、回収水４２ａは、酸化剤ガス６１ａによって脱炭酸され、冷却される。脱炭酸され、冷却された回収水４２ａは、再び貯液部７１に戻り、貯留される。したがって、貯液部７１に貯留される回収水４２ａは、脱炭酸されたものとなる。なお、回収水４２ａの脱炭酸処理工程により少量の炭酸ガスが酸化剤ガス６１ａに混入するが、炭酸ガスが燃料電池３０内の空気極触媒(不図示)に対する触媒被毒作用をほとんど有しないので、燃料電池３０の劣化や寿命に影響することはない。   The recovered water 42 a in the gas-liquid contact tower 70 is sucked by the pump 82 from the recovered water suction port 74 and is pumped to the water treatment device 93. Acid gas contaminants in the recovered water 42a are removed by the ion exchange resin-filled column 94 of the water treatment device 93. The recovered water 42a exiting the water treatment device 93 is heated by the combustion gas 63a by flowing through the cooling water passage 175 of the heat transfer section 170 of the catalytic combustion device 150, recovering the exhaust heat in the combustion gas 63a, 55 ~ 85 ° C. The recovered water 42a recovered from the exhaust heat is sent to the jacket 141 of the fuel gas humidifier 140. While flowing through the jacket 141, heat exchange is performed with the bubbler holding liquid 149 a in the bubbler container 148 to heat the bubbler holding liquid 149 a, and the temperature decreases by about 2 to 7 ° C. The recovered water 42a exiting the jacket 141 is injected into the gas-liquid contact tower 70, dispersed in the filling section 80 by the water disperser 79, and is then brought into gas-liquid contact with the oxidant gas 61a. Humidify, heat up and wash. On the other hand, the recovered water 42a is decarboxylated by the oxidant gas 61a and cooled. The recovered water 42a that has been decarboxylated and cooled is returned to the liquid storage unit 71 and stored. Therefore, the recovered water 42a stored in the liquid storage unit 71 is decarboxylated. A small amount of carbon dioxide gas is mixed into the oxidant gas 61a in the decarbonation process of the recovered water 42a, but the carbon dioxide gas has almost no catalyst poisoning action on the air electrode catalyst (not shown) in the fuel cell 30. This does not affect the deterioration or life of the fuel cell 30.

また、回収水４２ａの一部は、バブラ保持液１４９ａとして使用される。前述の通りに、バブラ容器１４８内のバブラ保持液１４９ａの液面が低下したときには、水処理装置９３を出た回収水４２ａは、分岐する配管１３９を通り、回収水補給バルブ１３６を通過して、回収水補給ノズル１４６からバブラ容器１４８内に送られる。   A part of the recovered water 42a is used as the bubbler retentate 149a. As described above, when the liquid level of the bubbler holding liquid 149a in the bubbler container 148 decreases, the recovered water 42a exiting the water treatment device 93 passes through the branched pipe 139 and passes through the recovered water supply valve 136. The recovered water supply nozzle 146 is sent into the bubbler container 148.

冷却水熱交換器１１０でスタック冷却水２４ａから排熱を回収した排熱温水４３ａは、貯湯タンク１２０に貯留され、貯湯タンク１２０から熱需要に供給又は循環される（不図示）。すなわち、系外の熱需要にて熱を有効利用され、減少した分の新たな排熱温水４３ａ用の水が系外から不図示の給水管により供給され、又は、温度が下がった排熱温水４３ａが貯湯タンク１２０に戻されるので、貯湯タンク１２０中の排熱温水４３ａには、温度の低いものが混じる。貯湯タンク１２０では、前述の通り、排熱温水４３ａは温度により層をなして貯留されており、熱源として利用する排熱温水４３ａは高温の上層のものであり、スタック冷却水２４ａを冷却し、排熱を回収する排熱温水４３ａは低温の下層のものである。   The exhaust heat hot water 43a recovered from the stack coolant 24a by the coolant heat exchanger 110 is stored in the hot water storage tank 120 and supplied or circulated from the hot water storage tank 120 to the heat demand (not shown). That is, the heat is effectively utilized by the heat demand outside the system, and the reduced amount of water for the new waste heat hot water 43a is supplied from outside the system through a water supply pipe (not shown) or the temperature is lowered. Since 43a is returned to the hot water storage tank 120, the low temperature hot water 43a in the hot water storage tank 120 is mixed. As described above, in the hot water storage tank 120, the exhaust heat hot water 43a is stored in layers according to temperature, and the exhaust heat hot water 43a used as a heat source is a high temperature upper layer, cooling the stack cooling water 24a, The exhaust heat hot water 43a for recovering the exhaust heat is a low temperature lower layer.

排熱温水４３ａは、貯湯タンク１２０の下部からポンプ１２５により吸引され、第１の配管１２８を流送する。一方、制御部１２２が、第１の温度検出器１２４で検出された温度の電気信号ｉ１と第２の温度検出器１２６で検出された温度の電気信号ｉ２とから、排熱温水４３ａを気液接触塔７０のジャケット１３０に送るか否かを判断する。   The exhaust hot water 43a is sucked by the pump 125 from the lower part of the hot water storage tank 120 and flows through the first pipe 128. On the other hand, the control unit 122 gas-liquids the exhaust hot water 43a from the electrical signal i1 of the temperature detected by the first temperature detector 124 and the electrical signal i2 of the temperature detected by the second temperature detector 126. It is determined whether or not to send to the jacket 130 of the contact tower 70.

第１の温度検出器１２４から電気信号ｉ１を通じて伝送される貯湯タンク１２０下部の温度、すなわち、第１の配管１２８に流送される排熱温水４３ａの温度により、貯湯タンク１２０が満蓄していないことを確認する。満蓄しているとは、排熱回収が進み、もはやスタック冷却水２４ａを冷却できないほどに排熱温水の温度が上がっていることであり、貯湯タンク１２０に貯留される排熱温水４３ａの温度が、下層においても高くなっている状態である。満蓄すると、排熱温水４３ａとの熱交換でスタック冷却水２４ａを冷却できなくなるので、燃料電池３０の運転を停止するか、ラジエータなどによりスタック冷却水２４ａを空冷する必要がある。そこで、満蓄しそうな場合には、貯湯タンク１２０に貯留される排熱温水４３ａの温度を上げないために、排熱回収を抑制するのがよく、スタック冷却水２４ａ以外からの排熱回収を停止する。すなわち、排熱温水４３ａを気液接触塔７０のジャケット１３０に送るのを停止する。   The hot water storage tank 120 is fully stored by the temperature of the lower part of the hot water storage tank 120 transmitted from the first temperature detector 124 through the electric signal i1, that is, the temperature of the exhaust heat hot water 43a fed to the first pipe 128. Make sure there is no. “Full storage” means that the exhaust heat recovery has progressed and the temperature of the exhaust heat hot water has risen so that the stack cooling water 24 a can no longer be cooled. The temperature of the exhaust heat hot water 43 a stored in the hot water storage tank 120 However, it is the state which is high also in the lower layer. When fully charged, the stack cooling water 24a cannot be cooled by heat exchange with the exhaust heat water 43a. Therefore, it is necessary to stop the operation of the fuel cell 30 or to cool the stack cooling water 24a with a radiator or the like. In view of this, in the case of full storage, in order not to raise the temperature of the exhaust heat hot water 43a stored in the hot water storage tank 120, it is preferable to suppress exhaust heat recovery, and to recover exhaust heat from other than the stack cooling water 24a. Stop. That is, the supply of the exhaust hot water 43a to the jacket 130 of the gas-liquid contact tower 70 is stopped.

また、第２の温度検出器１２６から電気信号ｉ２を通じて伝送される、気液接触塔７０で酸化剤ガス６１ａと気液接触する前の回収水４２ａの温度により、酸化剤ガス６１ａの加湿・加熱条件を確認する。排熱温水４３ａによる回収水４２ａからの排熱回収が進み、回収水４２ａの温度が過剰に低下すると、酸化剤ガス６１ａと気液接触しても酸化剤ガス６１ａを十分に加熱することができず、所定の加湿が行えなくなる。そこで、気液接触塔７０で酸化剤ガス６１ａと気液接触する前の回収水４２ａの温度が、所定の温度以下となると、排熱温水４３ａによる回収水４２ａからの排熱回収、つまり回収水４２ａの冷却を停止する。すなわち、排熱温水４３ａを気液接触塔７０のジャケット１３０に送るのを停止する。   Further, the humidification / heating of the oxidant gas 61a is transmitted according to the temperature of the recovered water 42a transmitted from the second temperature detector 126 through the electric signal i2 before coming into gas-liquid contact with the oxidant gas 61a in the gas-liquid contact tower 70. Check the conditions. When exhaust heat recovery from the recovered water 42a by the exhaust hot water 43a proceeds and the temperature of the recovered water 42a decreases excessively, the oxidant gas 61a can be sufficiently heated even if it contacts with the oxidant gas 61a. Therefore, the predetermined humidification cannot be performed. Therefore, when the temperature of the recovered water 42a before coming into gas-liquid contact with the oxidant gas 61a in the gas-liquid contact tower 70 becomes a predetermined temperature or less, the exhaust heat recovery from the recovered water 42a by the exhaust hot water 43a, that is, recovered water The cooling of 42a is stopped. That is, the supply of the exhaust hot water 43a to the jacket 130 of the gas-liquid contact tower 70 is stopped.

そこで、制御部１２２は、電気信号ｉ１により伝送される第１の温度検出器１２４での温度が所定の温度以下であり、かつ、電気信号ｉ２により伝送される第２の温度検出器１２６での温度が所定の温度以上である場合には、排熱温水４３ａを気液接触塔７０のジャケット１３０に送り、電気信号ｉ１により伝送される第１の温度検出器１２４での温度が所定の温度より高い場合、あるいは、電気信号ｉ２により伝送される第２の温度検出器１２６での温度が所定の温度より低い場合には、排熱温水４３ａを気液接触塔７０のジャケット１３０に送らないように三方電磁弁１２７を制御する電気信号ｉ３を出力する。   Therefore, the control unit 122 has the temperature at the first temperature detector 124 transmitted by the electric signal i1 is equal to or lower than a predetermined temperature, and at the second temperature detector 126 transmitted by the electric signal i2. When the temperature is equal to or higher than the predetermined temperature, the exhaust heat hot water 43a is sent to the jacket 130 of the gas-liquid contact tower 70, and the temperature at the first temperature detector 124 transmitted by the electric signal i1 is lower than the predetermined temperature. When the temperature is high, or when the temperature at the second temperature detector 126 transmitted by the electric signal i2 is lower than a predetermined temperature, the exhaust heat water 43a is not sent to the jacket 130 of the gas-liquid contact tower 70. An electric signal i3 for controlling the three-way solenoid valve 127 is output.

三方電磁弁１２７は、制御部１２２から伝送される電気信号ｉ３に応じて、ポンプ１２５から流送される排熱温水４３ａを、第１の配管１２８を通ってジャケット１３０に送る運転、あるいはバイパス配管１３１に送る運転となるように流路を切り替える。なお、流路の切り替えは、三方電磁弁１２７でなく、例えば分岐管と閉止弁とを組み合わせて構築してもよい。   The three-way solenoid valve 127 is operated to send the exhaust hot water 43a fed from the pump 125 to the jacket 130 through the first pipe 128 according to the electric signal i3 transmitted from the control unit 122, or bypass pipe. The flow path is switched so that the operation to send to 131 is performed. The switching of the flow path may be constructed by combining, for example, a branch pipe and a stop valve instead of the three-way solenoid valve 127.

排熱温水４３ａが、気液接触塔７０のジャケット１３０に送られる運転では、排熱温水４３ａは、ジャケット１３０を通過する過程で回収水４２ａの熱を回収する。すなわち、排熱温水４３ａは加熱され、回収水４２ａは冷却される。ジャケット１３０で加熱された排熱温水４３ａは、第２の配管１２９を戻り、分岐管１３７を通過して第２の配管１２９を更に流送し、冷却水熱交換器１１０でスタック冷却水２４ａから排熱を回収し、更に加熱される。なお、ジャケット１３０を出た排熱温水４３ａの温度は、２０〜４５℃であり、冷却水流路３１を出たスタック冷却水２４ａの温度である６０〜８０℃より低く、冷却水熱交換器１１０で排熱温水４３ａは加熱され、スタック冷却水２４ａは冷却される。回収水４２ａ及びスタック冷却水２４ａの排熱を回収した排熱温水４３ａは、貯湯タンク１２０に戻る。   In the operation in which the exhaust hot water 43a is sent to the jacket 130 of the gas-liquid contact tower 70, the exhaust hot water 43a recovers the heat of the recovered water 42a in the process of passing through the jacket 130. That is, the exhaust heat hot water 43a is heated and the recovered water 42a is cooled. The exhaust hot water 43a heated by the jacket 130 returns to the second pipe 129, passes through the branch pipe 137, and further flows through the second pipe 129, and from the stack cooling water 24a by the cooling water heat exchanger 110. Waste heat is recovered and further heated. The temperature of the exhaust heat hot water 43a exiting the jacket 130 is 20 to 45 ° C., which is lower than 60 to 80 ° C. which is the temperature of the stack coolant 24a exiting the coolant flow path 31, and the coolant heat exchanger 110. Thus, the exhaust heat hot water 43a is heated, and the stack cooling water 24a is cooled. The exhaust heat hot water 43a recovered from the exhaust heat of the recovered water 42a and the stack cooling water 24a returns to the hot water storage tank 120.

一方、排熱温水４３ａが、バイパス配管１３１に送られる運転では、排熱温水４３ａは、ジャケット１３０を通過せず、バイパス配管１３１から分岐管１３７にて第２の配管１２９に戻り、冷却水熱交換器１１０でスタック冷却水２４ａから排熱を回収する。スタック冷却水２４ａの排熱を回収した排熱温水４３ａは、貯湯タンク１２０に戻る。   On the other hand, in the operation in which the exhaust heat hot water 43a is sent to the bypass pipe 131, the exhaust heat hot water 43a does not pass through the jacket 130 and returns to the second pipe 129 from the bypass pipe 131 through the branch pipe 137, and the cooling water heat Exhaust heat is recovered from the stack cooling water 24a by the exchanger 110. The exhaust heat hot water 43a recovered from the exhaust heat of the stack cooling water 24a returns to the hot water storage tank 120.

本発明の実施の形態である燃料電池コージェネレーションシステム１は、触媒燃焼装置１５０を用いてアノードオフガス２１ａとカソードオフガス２２ａとを触媒燃焼させるので、燃料ガス４ａ中の水素の利用効率が向上する。更に、触媒燃焼装置１５０に伝熱部１７０を設け、触媒燃焼による発熱を回収水４２ａに回収させ有効利用し、水素の燃焼により生ずる水分は燃料ガス触媒燃焼装置１５０の下流に配した気液分離器８９で回収水４２Ｃとして回収する。よって、総合エネルギ効率の向上した、また、水自立性の向上した燃料電池コージェネレーションシステムとなる。   In the fuel cell cogeneration system 1 according to the embodiment of the present invention, the anode offgas 21a and the cathode offgas 22a are catalytically combusted using the catalytic combustion apparatus 150, so that the utilization efficiency of hydrogen in the fuel gas 4a is improved. Further, the heat transfer section 170 is provided in the catalytic combustion apparatus 150, and the heat generated by the catalytic combustion is recovered in the recovered water 42a for effective use. The water generated by the hydrogen combustion is separated from the gas-liquid separation disposed downstream of the fuel gas catalytic combustion apparatus 150. The recovered water is recovered as recovered water 42C by the vessel 89. Therefore, a fuel cell cogeneration system with improved overall energy efficiency and improved water independence is obtained.

本発明の実施の形態である触媒燃焼装置を説明する模式的断面図である。It is typical sectional drawing explaining the catalytic combustion apparatus which is embodiment of this invention. 本発明の実施の形態である燃料電池コージェネレーションシステムを説明する模式的ブロック図である。1 is a schematic block diagram illustrating a fuel cell cogeneration system according to an embodiment of the present invention.

符号の説明Explanation of symbols

１ 燃料電池コージェネレーションシステム
４ａ 燃料ガス
２１ａ アノードオフガス
２２ａ カソードオフガス
２４ａ スタック冷却水
３０ 燃料電池
３１ 冷却水流路
３２ 燃料極
３３ 空気極
３６ アノードオフガス配管
３７ カソードオフガス配管
３８ 燃焼ガス（排ガス）配管
４２ａ、４２Ａ、４２Ｂ、４２Ｃ 回収水
４３ａ 排熱温水
４５、５５、８９ 気液分離器
６１ａ 酸化剤ガス
６３ａ 燃焼ガス
６４ａ 排ガス
７０ 気液接触塔(酸化剤ガス加湿装置)
７１ 貯液部
７２ 酸化剤ガス入口
７３ 回収水入口
７４ 回収水吸引口
７５ 溢流管
７６ 溢流口
７７ 酸化剤ガス出口
７８ 回収水注入口
７９ 水分散器
８０ 充填部
８１ 充填物支持板
８２、１０８、１２５ ポンプ
８４ ブロワ
９１ デミスタ
９３ 水処理装置
９４ イオン交換樹脂充填カラム
９５ フィルタ
１１０ 冷却水熱交換器
１１４ 燃料ガス熱交換器
１２０ 貯湯タンク(貯湯装置)
１２２ 制御部
１２４ 第１の温度検出器
１２６ 第２の温度検出器
１２７ 三方電磁弁（第１の分岐部、流路切替手段）
１２８ 第１の配管
１２９ 第２の配管
１３０ 気液接触塔のジャケット（熱交換部）
１３１ バイパス配管
１３６ 回収水補給バルブ
１３７ 分岐管
１３８ 回収水循環配管
１３９ 回収水補給配管
１４０ 燃料ガス加湿装置
１４１ （燃料ガス加湿装置の）ジャケット(熱交換部）
１４２ 燃料ガス導入ノズル
１４３ 燃料ガス分散器
１４４ レベルセンサ
１４６ 回収水補給ノズル
１４７ 燃料ガス出口ノズル
１４８ バブラ容器
１４９ａバブラ保持液（燃料ガス加湿水）
１５０ 触媒燃焼装置
１６０ （触媒燃焼装置の）触媒燃焼部
１６１ 触媒充填層壁
１６２ ガスジャケット
１６３ 触媒支持板
１６４ 触媒充填層
１６５ ガス流路
１６６ 触媒
１６７ カソードオフガスノズル
１６８ アノードオフガスノズル
１７０ （触媒燃焼装置の）伝熱部
１７１ 伝熱媒体充填層壁
１７２ 冷却水ジャケット
１７３ 伝熱媒体支持板
１７４ 伝熱媒体充填層
１７５ 冷却水流路
１７６ 伝熱促進媒体
１７７ 燃焼ガスノズル
１７８ 冷却水入口ノズル
１７９ 冷却水出口ノズル
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fuel cell cogeneration system 4a Fuel gas 21a Anode off gas 22a Cathode off gas 24a Stack cooling water 30 Fuel cell 31 Cooling water flow path 32 Fuel electrode 33 Air electrode 36 Anode off gas piping 37 Cathode off gas piping 38 Combustion gas (exhaust gas) piping 42a, 42A , 42B, 42C Recovery water 43a Waste heat water 45, 55, 89 Gas-liquid separator 61a Oxidant gas 63a Combustion gas 64a Exhaust gas 70 Gas-liquid contact tower (oxidant gas humidifier)
71 Liquid storage portion 72 Oxidant gas inlet 73 Recovery water inlet 74 Recovery water suction port 75 Overflow pipe 76 Overflow port 77 Oxidant gas outlet 78 Recovery water injection port 79 Water disperser 80 Filling portion 81 Filling support plate 82, 108, 125 Pump 84 Blower 91 Demister 93 Water treatment device 94 Ion exchange resin filled column 95 Filter 110 Cooling water heat exchanger 114 Fuel gas heat exchanger 120 Hot water storage tank (hot water storage device)
122 controller 124 first temperature detector 126 second temperature detector 127 three-way solenoid valve (first branching section, flow path switching means)
128 1st piping 129 2nd piping 130 Jacket of gas-liquid contact tower (heat exchange part)
131 Bypass pipe 136 Collected water supply valve 137 Branch pipe 138 Collected water circulation pipe 139 Collected water supply pipe 140 Fuel gas humidifier 141 (for fuel gas humidifier) Jacket (heat exchange part)
142 Fuel gas introduction nozzle 143 Fuel gas distributor 144 Level sensor 146 Recovered water supply nozzle 147 Fuel gas outlet nozzle 148 Bubbler container 149a Bubbler retentate (fuel gas humidified water)
150 Catalytic Combustion Device 160 Catalytic Combustion Unit 161 (Catalytic Combustion Device) Catalyst Packing Layer Wall 162 Gas Jacket 163 Catalyst Support Plate 164 Catalyst Packing Layer 165 Gas Channel 166 Catalyst 167 Cathode Off Gas Nozzle 168 Anode Off Gas Nozzle 170 (Catalyst Combustion Device) ) Heat transfer section 171 Heat transfer medium filling layer wall 172 Cooling water jacket 173 Heat transfer medium support plate 174 Heat transfer medium filling layer 175 Cooling water flow path 176 Heat transfer promoting medium 177 Combustion gas nozzle 178 Cooling water inlet nozzle 179 Cooling water outlet nozzle

Claims (5)

酸素を有する支燃剤ガスと可燃ガスとの燃焼を促進する燃焼触媒を充填した触媒充填層と；
前記触媒充填層の周囲に形成された、前記支燃剤ガスと前記可燃ガスとの流路であるガス導入路と；
前記触媒充填層で燃焼したガスの流路であって、前記燃焼したガスの熱を伝熱する伝熱促進媒体を充填した伝熱媒体充填層と；
前記伝熱媒体充填層の周囲に形成された冷却水の流路である冷却水流路とを備える；
触媒燃焼装置。 A catalyst packed bed filled with a combustion catalyst that promotes combustion of a combustion support gas having oxygen and a combustible gas;
A gas introduction path which is formed around the catalyst packed bed and is a flow path between the combustion support gas and the combustible gas;
A flow path of gas burned in the catalyst packed bed, and a heat transfer medium packed bed filled with a heat transfer promoting medium for transferring heat of the burned gas;
A cooling water channel that is a cooling water channel formed around the heat transfer medium packed bed;
Catalytic combustion device. 前記ガス導入路が、前記触媒充填層の周囲に形成されたジャケットにより構成される；
請求項１に記載の触媒燃焼装置。 The gas introduction path is constituted by a jacket formed around the catalyst packed bed;
The catalytic combustion apparatus according to claim 1. 前記冷却水流路が、前記伝熱媒体充填層の周囲に形成されたジャケットにより構成される；
請求項１又は請求項２に記載の触媒燃焼装置。 The cooling water flow path is constituted by a jacket formed around the heat transfer medium packed bed;
The catalytic combustion apparatus according to claim 1 or 2. 燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学的反応により発電し、水を発生する燃料電池と；
前記燃料電池から排出されるアノードオフガスとカソードオフガスとを導入して触媒燃焼を行う請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の触媒燃焼装置と；
前記発生した水を回収した回収水により前記酸化剤ガスを加湿する酸化剤ガス加湿装置と；
前記回収水により前記燃料ガスを加湿する燃料ガス加湿装置と；
前記燃料電池を冷却した冷却水と、熱を回収する排熱温水との熱交換を行う冷却水熱交換器と；
前記排熱温水を貯留する貯湯装置とを備える；
燃料電池コージェネレーションシステム。 A fuel cell that generates water by generating an electrochemical reaction between a fuel gas and an oxidant gas and generates water;
The catalytic combustion apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein catalytic combustion is performed by introducing an anode off-gas and a cathode off-gas discharged from the fuel cell;
An oxidant gas humidifier that humidifies the oxidant gas with the recovered water obtained by collecting the generated water;
A fuel gas humidifier that humidifies the fuel gas with the recovered water;
A cooling water heat exchanger for exchanging heat between the cooling water that has cooled the fuel cell and the exhaust hot water that recovers heat;
A hot water storage device for storing the exhaust heat hot water;
Fuel cell cogeneration system. 前記伝熱媒体充填層の冷却水流路に、前記回収水が流通する；
請求項４に記載の燃料電池コージェネレーションシステム。 The recovered water flows through the cooling water flow path of the heat transfer medium packed bed;
The fuel cell cogeneration system according to claim 4.
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